トルクセンサ装置
【課題】 外部ノイズの影響をなくすことができ、かつ、出力を大きくするできること。
【解決手段】 ２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ間の透磁率の高い材料からなる内側ヨーク４は、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂに同一の外部ノイズを通過させ、かつ、互いに異なる軸方向に着磁された２極に対応して、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力で差動検出を行うものであるから、回転軸１の軸方向の外部ノイズが到来しても、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂがそれを相殺でき、回転軸１とシールド部材との隙間から入った地磁気等の外部ノイズの影響をなくすことができる。
【解決手段】 ２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ間の透磁率の高い材料からなる内側ヨーク４は、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂに同一の外部ノイズを通過させ、かつ、互いに異なる軸方向に着磁された２極に対応して、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力で差動検出を行うものであるから、回転軸１の軸方向の外部ノイズが到来しても、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂがそれを相殺でき、回転軸１とシールド部材との隙間から入った地磁気等の外部ノイズの影響をなくすことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクセンサ装置に関し、特に、回転軸に加えられるトルクを非接触で計測する磁気弾性トルク検出装置に関するものである。このトルクセンサ装置は、回転軸として、車両のステアリングシャフト、エンジンクランクシャフト、ドライブシャフト、電動機及び発電機の入力または出力シャフト、工作機械、搬送機械等のシャフトのトルクを検出するものであり、回転負荷の状態を検出するものに適用できるトルクセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のトルクセンサ装置は、測定されるトルクが「０」のとき、本質的に「０」を検出するようキャリブレーションを行い、測定されるトルクに応じてその方向と大きさとを変えるという特許文献１に記載のトルクセンサ装置がある。
【０００３】
この特許文献１に記載のトルクセンサ装置は、回転軸に取付けられ、その回転軸に加えられるトルクは磁歪環に伝達され、その磁歪環に加えられたトルクは、磁歪環の円周方向の磁気方向性を偏向させ、円周方向及び軸方向の両成分を有する螺旋状の磁気方向性を発生する。その磁歪環と対向する所定の位置には、磁界ベクトルセンサが設けられており、磁歪環内の磁気の軸方向の成分から発生する磁界に対応するように方向付けられている。この磁界センサの出力は、回転軸に加えられて磁歪環に伝達されたトルクにより発生する磁歪環の磁気方向性の変化に比例するようになっている。
【０００４】
この構成によって、特許文献１の発明は、トルクが「０」の状態の検出量の数値「０」が温度と、回転トルク部材の角度位置と、回転速度と、トルク部材及びそのトルク量検出手段の間の径方向又は長さ方向のエアギャップとによって実質的に影響されないトルクセンサ装置の出力が得られる。
【０００５】
また、励磁電流もコイルも必要とせず、簡単で、低コストで製造可能であり、極めて信頼性の高いシステムに導入されるトルクセンサ装置とすることができる。そして、周辺の磁界に起因する検出磁界変化を避けるためのシールド構造の必要性を最小化または排除することができる。
【特許文献１】特表平９−５１１８３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の発明は、特許文献１に示されている磁気センサ２個がヨークの両端に配設され、シールド部材の配設が必須の要件となっており、外部ノイズの影響を外的手段によって解消している。即ち、２個の磁気センサを有していても、それらの磁気センサに入力される外部磁界の影響が無視できないことから、シールド部材を配設している。
【０００７】
特許文献１に示されている磁気センサは、何れも、回転軸の周囲に配設されており、車両のステアリングシャフトに沿った方向に地磁気の流れが一致すると、回転軸とシールド部材との隙間から入った地磁気等の外部ノイズは、一方のみの磁気センサに影響を与える可能性が高い。また、仮に、同時に２個の磁気センサに外部ノイズが入っても、その２個の磁気センサの出力からノイズの影響をなくす対応策が講じられていないことから、その外部ノイズの影響をなくすことができなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、これらの問題点を解消すべく、外部ノイズの影響をなくすことができ、かつ、検出出力を大きくすることができるトルクセンサ装置の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１にかかるトルクセンサ装置の磁歪環は、磁性体または非磁性体の何れかからなる回転軸に取付けられたもので、嵌め合い、圧入等の固着による取付方法が適用でき、特に、回転軸に両端を溶接等によって一体に固着され、回転軸の回転歪が磁歪環に伝達される構造であればよい。また、上記磁歪環は、互いに反対の回転方向、即ち、周方向に２極または２極以上に着磁され、互いに逆方向に着磁された区画を有し、回転方向に加えられるトルクによって、磁区の変化が発生するものであればよい。
【００１０】
２個の磁気センサは、前記磁歪環の周囲に配設され、互いに異なる周方向に着磁された磁極の磁界を検出するものであれば、ホール素子、ホールＩＣ、半導体ＭＲ等の使用が可能であり、通常、２個使用されるが、２個に限定されることなく３個以上の複数使用してもよい。
【００１１】
また、２個の磁気センサ間に配設された内側ヨークは、前記磁歪環の周囲の全周乃至一部から磁気抵抗の低い、即ち、透磁率の高い材料で磁路を形成できればよい。環状または半円環状とされるのが好ましいが、小形化する場合には、直方体形状、例えば、板状とすることもできる。
【００１２】
そして、２個の磁気センサ外に配設された外側ヨークは、前記内側ヨークと同様、前記磁歪環の周囲の全周乃至一部から磁気抵抗の低い、即ち、透磁率の高い材料で磁路を形成できればよい。好ましくは、環状または半円環状とされるが、小形化する場合には板状とすることもできる。
【００１３】
請求項２の内側ヨークは、隣接する２個の磁気センサの磁路を形成するもので、別々のヨークで形成することもできるが、一体に形成することもできる。また、磁気センサと内側ヨークとを一体にすることにより、磁気抵抗を小さくすることができる。いずれにせよ、外部ノイズが２個の磁気センサを通過し易い磁気抵抗とする構造であればよい。
【００１４】
請求項３の内側ヨークは、その厚みを厚くすると、磁極境界を跨ぐことになり、磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さには、ロスが生じるものの、その断面積を大きくでき、磁気抵抗が低下するから、磁歪環に形成した磁極から回転軸の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができ、現実には、磁歪環の長さと磁気センサの位置によって、その厚みが決定される。
【００１５】
請求項４の内側ヨークの断面略Ｔ字状の厚みは、厚いほど磁気抵抗が低下できる。しかし、断面略Ｔ字状の下端を磁極境界に設定されるものであるから、厚みが厚すぎると磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さのロスが生じてくる。
【００１６】
請求項５の外側ヨークは、磁極端面から磁界を導くことになり、磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さが最も有効的に使用できるように外側ヨークが配設でき、必要に応じて、その断面積も大きくできる。
【００１７】
請求項６の外側ヨークは、断面略Ｌ字状の端部を磁極の外側端部に設定でき、他端を磁気センサに対向させ易い構造となる。このときの外側ヨークの厚みは、磁歪環の端部からはみ出しても良いので、任意の厚みに設定することができる。
【００１８】
請求項７の外側ヨークは、前記磁歪環の端面の径よりも小径になるように形成されているから、磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さが最も有効的に使用でき、かつ、必要に応じて、その断面積も大きくできるので磁気抵抗が低下する。前記磁歪環の端面の径よりも小径な外側ヨークは、磁歪環に形成した磁極から回転軸の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができればよいから、必ずしも、回転軸の径よりも小径にする必要性はない。
【００１９】
請求項８の内側ヨーク及び外側ヨークは、磁歪環の外周との間の間隔を最小にできる。ここで、弧状にする範囲は、１８０度以下とすることができ、また、必要に応じて、１８０度以下の弧状を複数繋ぎ合わせ、３６０度の磁路を形成することもできる。そして、弧状に形成した反対側の面は、弧状を含め任意の形状にすることができる。
【００２０】
請求項９の内側ヨーク及び外側ヨークの直方体は、大気中よりも磁気抵抗を低くするものであるから、磁歪環からの磁界を導くことができる。この場合には、２個の磁気センサ及び内側ヨーク及び外側ヨークの標準化が可能となる。なお、当該直方体は、その断面積が広いほど磁気抵抗を低くすることができるが、設置条件の磁歪環の着磁幅、間隙により、厚みが制限される。
【００２１】
請求項１０は、地磁気等の外部ノイズの磁界が、磁気抵抗の低い前記内側ヨークと外側ヨークと２個の磁気センサとの最短の直線距離を通過するから、２個の磁気センサの出力の差で相殺可能とする。ここで、内側ヨーク及び外側ヨークが前記回転軸の軸心に対する垂直平面に設定されておれば、２個の磁気センサの中心を通る直線が一直線状または略平行する位置で、かつ、前記回転軸の軸線に略平行する位置に設けられることを意味する。
【００２２】
請求項１１の突起は、前記内側ヨーク及び外側ヨークと前記磁気センサとの間の磁気抵抗を低く形成し、磁気センサに磁歪環の磁束の変化を漏れなく与えようとするもので、磁気センサの磁界の検出部分に対応して磁気抵抗が低くなり、磁束が集中するような構造であれば、その突出形状を問うものではない。
【００２３】
請求項１２の前記内側ヨーク及び前記外側ヨークの前記磁気センサに対向する側の前記突起は、地磁気等の外部ノイズの磁界が、２個の磁気センサを磁気抵抗の小さい直線位置を通過するから、２個の磁気センサの出力の差で相殺可能となる。したがって、内側ヨーク及び外側ヨークが前記回転軸の軸心に対する垂直平面に設定されておれば、２個の磁気センサの中心を通る直線が一直線状または略平行する位置で、かつ、突起の中心を通る直線が、前記回転軸の軸線に略平行する位置に設けられることを意味する。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１は、回転軸の軸方向の外部ノイズが到来しても、検出回路によって、２個の磁気センサの出力を、その差を取ることによって相殺できるから、回転軸とシールド部材との隙間から入った地磁気等の外部ノイズの影響をなくすことができる。更に、内側ヨーク及び外側ヨークによって磁歪環の磁化変化（磁界変化）を磁気センサにまで導くことができるので、前記磁歪環の磁化変化を的確に検出し、その検出変化量を大きくできる。
【００２５】
請求項２は、請求項１に記載の効果に加えて、磁気抵抗を小さくすることができ、外部ノイズが２個の磁気センサを通過し易くなる。
【００２６】
請求項３は、請求項１または請求項２に記載の効果に加えて、構造が簡単であり、特に、磁気抵抗が低下するから、磁歪環に形成した磁極から回転軸の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。
【００２７】
請求項４は、請求項１または請求項２に記載の効果に加えて、磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さを長くでき、しかも、両磁気センサの間の磁気抵抗を小さくでき、磁歪環に形成した磁極から回転軸の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。
【００２８】
請求項５は、請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の効果に加えて、磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さが最も有効的に使用できるように外側ヨークが配設でき、必要に応じて、その断面積も大きくでき、磁気抵抗が低下するから、磁歪環に形成した磁極から回転軸の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。
【００２９】
請求項６は、請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の効果に加えて、断面略Ｌ字状の端部を磁極の外側端部に設定でき、他端を磁気センサに対向させ易い構造であり、磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さを長くでき、磁歪環に形成した磁極から回転軸の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。また、外側ヨークの厚みは、磁歪環の端部からはみ出しても良いので、任意の厚みに設定することができ、磁気抵抗を任意に低下させることができる。
【００３０】
請求項７は、請求項５または請求項６に記載の効果に加えて、磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さが最も有効的に使用でき、かつ、必要に応じて、その断面積も大きくでき、磁気抵抗が低下するから、磁歪環に形成した磁極から回転軸の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。また、外部ノイズを効率よく２個の磁気センサに通すものであり、他に漏らすことがないから、外部ノイズの相殺が容易である。
【００３１】
請求項８は、請求項１乃至請求項７の何れか１つに記載の効果に加えて、内側ヨーク及び外側ヨークの磁歪環の対向面が弧状に形成されているから、磁歪環の周囲の径と略同心軸上の曲率にすることができ、内側ヨーク及び外側ヨークは磁歪環の外周との間の間隔を最小とする磁路を形成でき、磁気抵抗を小さくすることができる。また、磁歪環の外周から得られる磁界は弧状の対向面の長さの範囲から得られるから、安定した出力が得られる。そして、円環状ヨークを形成する場合には、組み付け性が良くなり、組み付け性が良くなるから、磁歪環の外周との間の間隔を最小として、磁路を形成することができるから、磁気抵抗を小さくすることができる。
【００３２】
請求項９は、請求項１乃至請求項３、請求項５、請求項７及び請求項８の何れか１つに記載の効果に加えて、一体成形できるので、組付性が良くなり、また、磁気センサと内側ヨーク及び外側ヨークは一体にして規格化でき、特性のバラツキがでがたく、磁歪環の外径の影響を受け難くなるから、標準化が可能となる。
【００３３】
請求項１０にかかるトルクセンサ装置は、請求項１乃至請求項９の何れか１つに記載の効果に加えて、地磁気等の外部ノイズの磁界が２個の磁気センサを同時に通過し易い構造になるので、２個の磁気センサの出力の差で、それを相殺することが可能となる。
【００３４】
請求項１１は、請求項１乃至請求項１０の何れか１つに記載の効果に加えて、前記２個の磁気センサを通る磁気抵抗を小さくし、地磁気等の外部ノイズの磁界が２個の磁気センサを同時に通過する確率を高くし、２個の磁気センサの出力の差で外部ノイズの影響を相殺することが可能となる。
【００３５】
請求項１２は、請求項１１に記載の効果に加えて、前記２個の磁気センサを通る磁気抵抗を小さくし、地磁気等の外部ノイズの磁界が２個の磁気センサを同時に通過する確率を非常に高くし、２個の磁気センサの出力の差でそれを相殺することが可能となり、外部ノイズによる誤差を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
次に、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００３７】
なお、以下の各実施の形態において、共通する実施の形態の同一または相当する構成部分については、同一記号または同一符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００３８】
［実施の形態１]
図１は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置の全体構成を示す斜視図、図２は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置の全体構成を示す平面図、図３は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置の２個の磁気センサからの検出回路図である。図４は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置における実測特性図である。
【００３９】
図１及び図２において、磁性体または非磁性体からなる回転軸１は、本実施の形態では、ステアリングシャフトであるが、本発明を実施する場合には、エンジンシャフト、ドライブシャフト、電動機及び発電機の入力または出力シャフト、工作機械、搬送機械等のトルクを伝達するシャフト等を対象とすることができる。回転方向に加えられるトルクによって磁化変化を発生する磁歪環２は、回転軸１に固着されるもので、互いに隣接し、かつ、互いに反対の回転方向、即ち、周方向に均等に２または３または４等のように複数極に着磁されている。この着磁は、普通は、少なくとも互いに反対の回転方向の２磁極が区画されるように着磁される。また、３以上の奇数または偶数極に複数着磁した場合は、その中から、互いに反対の回転方向に２極に着磁された磁化変化が使用される。即ち、磁歪環２は、互いに反対の回転方向、周方向に２極または２極以上互いに逆方向に着磁された区画の着磁部２Ａ，２Ｂを有するもので、回転方向に加えられるトルクによって、着磁部２Ａ，２Ｂの磁区の変化が略均等に発生するものであればよい。
【００４０】
この磁歪環２は、回転軸１に対して嵌め合い、圧入等の固着による取付け方法が適用でき、特に、回転軸１に対して両端を溶接等によって一体に固着され、加えられるトルクに応じて回転軸１の周方向の応力が伝達されればよい。
【００４１】
２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂは、磁歪環２の周囲に配設され、回転軸１の中心軸Ｏ−Ｏの長さ方向を意味する軸方向に離れて配設される。詳しくは、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂは、互いに異なる軸方向の磁界を検出する着磁された磁極の各着磁部２Ａ，２Ｂの間に対応して配設されるものである。これらの２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力は、後述する差動回路からなる検出回路３０に使用される。ここで、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂは、同一特性のホール素子、ホールＩＣ、半導体ＭＲ等の磁界によって出力が変化するセンサが使用できる。なお、本実施の形態の２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂは、２個の事例で説明するが、例えば、回転軸１の軸周りの対向する位置に更に２個配置することもできる。即ち、回転軸１の軸周りを複数分割し、そこに２個一対とした磁気センサを配設してもよいし、或いは３個以上の磁気センサとして、増幅率で調整することもできる。いずれにせよ、本発明を実施する場合には、本実施の形態の２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂには限定されるものでなく、複数個であればよい。
【００４２】
そして、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ間で、磁歪環２の軸方向の略中央に配設された内側ヨーク４は、透磁率の高い材料からなり、磁気抵抗を低くすることにより、磁路を形成するものであり、断面略四角形で環状に形成され、回転軸１に微小間隙を形成して嵌め込まれ、前記回転軸１の周囲に配置される。
【００４３】
更に、外側ヨーク５，６は、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの最も外側に配設され、一方の磁気センサ３Ａまたは磁気センサ３Ｂと内側ヨーク４との間に磁路を形成する一対の透磁率の高い材料で磁気抵抗を低くすることにより、磁路を形成するものであり環状に形成され、内側ヨーク４と同様に回転軸１に微小間隙を形成して嵌め込まれ、前記回転軸１の周囲の内側ヨーク４の両側に配置される。
【００４４】
内側ヨーク４と外側ヨーク５，６との間には、２個の磁気センサ３Ａまたは磁気センサ３Ｂが配設されているから、結果的に、内側ヨーク４と外側ヨーク５，６とが均一幅でなくても、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂが配設されている箇所の磁気抵抗が低くなるから、内側ヨーク４、磁歪環２の着磁部２Ａと外側ヨーク５、磁気センサ３Ａを磁路とする磁気抵抗の低い磁気回路が形成され、また、内側ヨーク４、磁歪環２の着磁部２Ｂと外側ヨーク６、磁気センサ３Ｂを磁気回路とする磁気抵抗の低い磁気回路が形成される。
【００４５】
図３において、２個の磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂとの出力は、差動増幅回路ＯＰに入力し、そこで２個の磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの同一方向の磁界成分、即ち、互いに異なる磁極の磁界を検出する磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの出力を差として検出を行うことにより、外部ノイズを相殺し、入力抵抗とフィードバック抵抗ｆで決まる倍率の出力となる。なお、２個の磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂとの出力を差動増幅回路ＯＰに入力し、その差分を検出する検出回路３０は、本実施例に限定されるものではなく、具体的には、互いに異なる磁極の磁界を検出する２個の磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの出力を差として検出を行う他の公知の回路が使用できる。
【００４６】
本実施の形態１においては、磁気抵抗が低い２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂが透磁率の高い材料からなる内側ヨーク４と外側ヨーク５，６の間に挟まれているから、磁気回路の抵抗が低い磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂに同一の外部ノイズを通過させることになり、かつ、互いに異なる軸方向に着磁された磁歪環２の着磁部２Ａと磁歪環２の着磁部２Ｂの２極に対応して、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力を差動検出するものであるから、回転軸１の軸方向の外部ノイズが到来しても、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力がそれを互いに打ち消し、回転軸１方向に入った地磁気等の外部ノイズの影響を両磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力の差で相殺することができる。また、内側ヨーク４と外側ヨーク５，６によって磁歪環２の磁化変化を磁気センサ３Ａ，３Ｂにまで誘導できるので、磁歪環２の磁化変化を的確に検出し、その変化量を大きくすることができる。
【００４７】
本実施の形態１は、図４の実測特性図に示すように、内側ヨーク４と外側ヨーク５，６によって磁界が均一化され、回転角度変化に伴うＳ／Ｎ比のばらつきが、図４の特定の角度０度の０％の乱れに対して、最大で±１％程度以下の乱れに抑制され、回転軸１の全周において略均一な特性となった。
【００４８】
［実施の形態２]
図５は本発明の実施の形態２のトルクセンサ装置における実施例（ａ）乃至（ｄ）の２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図である。図６は本発明の実施の形態２のトルクセンサ装置における実施例の２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの突起の正面構造を示す説明図である。
【００４９】
図５の実施の形態においては、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂが内側ヨーク４と外側ヨーク５または外側ヨーク６の間で挟むことによって、その間の磁気抵抗を積極的に少なくするものである。なお、当然ながら、磁気抵抗を積極的に少なくするものであるから、説明のために図示した磁気センサ３Ａ、磁気センサ３Ｂと内側ヨーク４、外側ヨーク５または外側ヨーク６の間の間隙は、接触または接合状態、微小間隔状態となっている。
【００５０】
即ち、図５（ａ）の実施の形態においては、外側ヨーク５に突起５ａを形成し、内側ヨーク４に突起４ａを形成して、磁気センサ３Ａとの間の磁気抵抗を低くしている。同様に、外側ヨーク６に突起６ｂを形成し、内側ヨーク４に突起４ｂを形成して、磁気センサ３Ｂとの間の磁気抵抗を低くしている。図５においては、例えば、外側ヨーク５の突起５ａと内側ヨーク４の突起４ａと磁気センサ３Ａとの間には、間隙が設けられている。しかし、当該間隙はなくすことができる。同様に、外側ヨーク６に突起６ｂと内側ヨーク４の突起４ｂと磁気センサ３Ｂとの間の間隙もなくすことができる。以下省略するが、内側ヨーク４と外側ヨーク５，６との突起４ａ〜４ｈ，５ａ〜５ｄ，６ａ〜６ｄと磁気センサ３Ｂとの間の間隙は、一体に接合形成し、磁気抵抗を最小限に設定することができる。
【００５１】
図５（ａ）の突起４ａ、４ｂ，５ａ、６ａは、端面を面取りした状態の面積を有するものであるが、本発明を実施する場合には、面取りしない端面とすることができる。また、図５（ｂ）の突起４ｃ、４ｄ，５ｂ、６ｂは、端面を半円柱（蒲鉾）状としたもので、縦線状に磁束密度を高くしたものである。そして、図５（ｃ）の突起４ｅ、４ｆ，５ｃ、６ｃは、端面を面取りした状態で絞り込んだものである。このように絞込みを行う場合には、磁気センサ３Ａ，３Ｂの端面の磁束密度を端部の形状によって絞込むことができる。極端に絞込みを行う場合には、図５（ｄ）のように、突起４ｇ、４ｈ，５ｄ、６ｄの端面を線状に絞込むこともできる。このように絞込みを行う場合には、磁気センサ３Ａ，３Ｂの端面の磁束密度を線状にシャープにすることができる。
【００５２】
更に、突起４ｇ、４ｈ，５ｄ、６ｄの構造は、図５に示す平面的のみでなく、図６に示すように、立体的に絞込みを行い、絞込み端部ａａまたは絞込み端部ｂｂとして形成すると、磁気センサ３Ａ，３Ｂに入力する磁界の磁束密度をより高くすることができる。通常、磁気センサ３Ａ，３Ｂに接合、接触のために対向する端面は、磁気センサ３Ａ，３Ｂの外形に対して９０〜６０％程度の絞込みがなされる。このように、磁束密度を高くすると相対的にＳ／Ｎ比を上げることができる。
【００５３】
因みに、実施の形態１に基づく図４の実測特性図を用いて説明すると、ヨークなしとヨークありとの比較において、本実施の形態においては、回転角度変化に伴うＳ／Ｎ比のばらつきが±１％以下の乱れに抑制され、回転軸１の全周において略均一な特性が得られる。ヨークなしの場合に比較して、１／５以下に低減していることが明確である。
【００５４】
［実施の形態３，４]
図７（ａ）は本発明の実施の形態３のトルクセンサ装置における２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図及び図７（ｂ）は側面配置構造を示す説明図である。図８（ａ）は本発明の実施の形態４のトルクセンサ装置における２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図及び図８（ｂ）は側面配置構造を示す説明図である。
【００５５】
図７において、本実施の形態においては、回転軸１に嵌め込まれるものではなく、回転軸１が組み付けられた状態で、半円環状内側ヨーク４Ａ，４Ｂ、半円環状外側ヨーク５Ａ，５Ｂ、半円環状外側ヨーク６Ａ，６Ｂを後付することができる。具体的には、２個の磁気センサ３Ａ及び磁気センサ３Ｂ、半円環状内側ヨーク４Ａと半円環状外側ヨーク５Ａと半円環状外側ヨーク６Ａが樹脂等で一体にモールドされ、また、半円環状内側ヨーク４Ｂと半円環状外側ヨーク５Ｂと半円環状外側ヨーク６Ｂが樹脂等で一体にモールドされ、それらを各々回転軸１の周りに固着することによって、回転軸１に組み付けられる。したがって、本実施の形態は、組み付け作業性をよくすることができる。なお、これらのモールドは、更に信頼性を高めるために、シールド部材で覆うこともある。
【００５６】
また、図８の実施の形態４においては、実施の形態３の半円環状内側ヨーク４Ａ，４Ｂと半円環状外側ヨーク５Ａ，５Ｂと半円環状外側ヨーク６Ａ，６Ｂから、一方の半円環状内側ヨークと半円環状外側ヨークをなくしたものである。即ち、本実施の形態においても、回転軸１に嵌め込まれるものではなく、回転軸１が組み付けられた状態で、半円環状内側ヨーク４０、半円環状外側ヨーク５０、半円環状外側ヨーク６０を後付することができる。具体的には、２個の磁気センサ３Ａ及び磁気センサ３Ｂ、半円環状内側ヨーク４０と半円環状外側ヨーク５０と半円環状外側ヨーク６０が樹脂等で一体にモールドされ、それらを回転軸１の周りに固着することによって、回転軸１に組み付けられる。勿論、これらのモールドは、更に信頼性を高めるために、シールド部材で覆うこともある。したがって、本実施の形態は、組み付け作業性をよくすることができる。
【００５７】
ここで、環状にした実施の形態１乃至実施の形態３の内側ヨーク４、外側ヨーク５、外側ヨーク６は、図８の実施の形態４の半円環状内側ヨーク４０と半円環状外側ヨーク５０と半円環状外側ヨーク６０とを比較すると、半円環状内側ヨーク４０、半円環状外側ヨーク５０、半円環状外側ヨーク６０は、磁歪環２の１／２の磁化変化を得ることになり、磁気センサ３Ａ，３Ｂの磁界の変化を１／２にすることとなる。したがって、磁気センサ３Ａ，３Ｂの磁界に対する出力変化も少なくなるが、外部ノイズに対する効果は変化することがない。
【００５８】
なお、これらの実施の形態３及び実施の形態４についても、図５及び図６に示す実施の形態の形状が使用できることは言うまでもない。
【００５９】
［実施の形態５]
図９（ａ）は本発明の実施の形態５のトルクセンサ装置における２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図及び図９（ｂ）は１個の磁気センサの正面図及び図９（ｃ）はその側面図である。
【００６０】
図９においては、例えば、外側ヨーク５とセンサ外側ヨーク８Ａａとの間、内側ヨーク４とセンサ内側ヨーク８Ａｂとの間、外側ヨーク６とセンサ外側ヨーク８Ｂｂとの間、内側ヨーク４とセンサ内側ヨーク８Ｂａとの間には間隙が設けられている。本発明を実施する場合には、当該間隙をなくし、磁気抵抗を最小限に設定することができる。
【００６１】
本発明を実施する場合には、磁気センサ３Ａ，３Ｂ側から磁気抵抗を低くすることもできる。即ち、磁気センサ３Ａ及び磁気センサ３Ｂと、それを挟む内側ヨーク４と外側ヨーク５または外側ヨーク６の間の間隙は、磁気センサ３Ａ及び磁気センサ３Ｂ側にセンサ内側ヨーク、センサ外側ヨークを配設することにより、その間隙を極力少なくすることができる。
【００６２】
具体的には、各磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの両側の面に、透磁率の高い材料からなる直方体形状のセンサ外側ヨーク８Ａａとセンサ内側ヨーク８Ａｂ、センサ内側ヨーク８Ｂａとセンサ外側ヨーク８Ｂｂを配設することにより、各磁気センサ３Ａと内側ヨーク４及び外側ヨーク５との間の間隙を少なくし、同様に、磁気センサ３Ｂと内側ヨーク４及び外側ヨーク６との間の間隙を少なくし、磁気抵抗をより小さくすることができる。これによって、外側ヨーク５、センサ外側ヨーク８Ａａ、磁気センサ３Ａ、センサ内側ヨーク８Ａｂ、内側ヨーク４、センサ内側ヨーク８Ｂａ、磁気センサ３Ｂ、センサ外側ヨーク８Ｂｂ、外側ヨーク６の磁気回路の磁気抵抗が最小となり、回転軸１の軸方向の外部ノイズは、その磁気回路を通過することになる。したがって、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂを通過する外部ノイズは、略均一となり、それを相殺することができる。
【００６３】
なお、磁気センサ３Ａの端子９１〜９３は、電源及び出力端子であり、磁気センサ３Ｂも同様な構成を有する。
【００６４】
この実施の形態５以降においても、外側ヨーク５とセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂと内側ヨーク４、内側ヨーク４とセンサ内側ヨーク８Ｂａ、センサ外側ヨーク８Ｂｂと外側ヨーク６との間の間隙はなくすことができる。
【００６５】
この実施の形態５においては、各磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの両側の面に、透磁率の高い材料からなる直方体形状のセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂとセンサ内側ヨーク８Ｂａ、センサ外側ヨーク８Ｂｂを配設したものであるが、直方体形状のセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂとセンサ内側ヨーク８Ｂａ、センサ外側ヨーク８Ｂｂの厚みは、できるだけ厚く形成するのが望ましい。
【００６６】
［実施の形態６〜８]
図１０（ａ）は本発明の実施の形態６のトルクセンサ装置における１個の磁気センサの正面図及び図１０（ｂ）はその側面図、図１１（ａ）は本発明の実施の形態７のトルクセンサ装置における１個の磁気センサの正面図及び図１１（ｂ）はその側面図、図１２（ａ）は本発明の実施の形態８のトルクセンサ装置における１個の磁気センサの正面図及び図１２（ｂ）はその側面図である。図１３は本発明の実施の形態９のトルクセンサ装置における２個の磁気センサの平面構造を示す平面図である。
【００６７】
ところで、上記実施の形態では、外側ヨーク５とセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂと内側ヨーク４、内側ヨーク４とセンサ内側ヨーク８Ｂａ、センサ外側ヨーク８Ｂｂと外側ヨーク６との間の間隙をなくす方向に説明した。しかし、本発明を実施する場合には、両者間を積極的に離すことも可能である。
【００６８】
そのような場合には、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂに外部ノイズの磁路が形成され易いような磁路を形成する必要がある。図１０の実施の形態では、直方体形状のセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂの各辺を、外側に湾曲させてなる曲折部８１を形成している。磁気センサ３Ｂ側も同様に形成している。これによって、対向する磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂとの間の磁気抵抗は小さくなる。結果、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂに外部ノイズの磁路が形成され易くなる。
【００６９】
また、図１１の実施の形態では、直方体形状のセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂの中央を、磁気センサ３Ａ側に突出させた凸部８２を形成している。磁気センサ３Ｂ側も同様に形成している。これによって、対向する磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂを通過する磁束密度を高くし、かつ、その間の磁気抵抗を小さくすることにより、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂに外部ノイズの磁路が形成され易くなる。
【００７０】
そして、図１２の実施の形態では、直方体形状のセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂの中央を、磁気センサ３Ａ側に突出させた凸部（外から見た凹部）８２を形成し、かつ、直方体形状のセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂの中央にも、磁気センサ３Ａ側に突出させた凸部（外から見た凹部）８２を形成している。磁気センサ３Ｂ側も同様に形成している。これによって、対向する磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂを通過する磁束密度を高くし、かつ、その間の磁気抵抗を小さくすることにより、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂに外部ノイズの磁路が形成され易くしている。
【００７１】
更に、発明者等の実験によれば、次のことが確認された。即ち、図９乃至図１２の実施の形態の磁気センサ３Ａのセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂと磁気センサ３Ｂのとセンサ内側ヨーク８Ｂａ、センサ外側ヨーク８Ｂｂの構造は、内側ヨーク４、外側ヨーク５、外側ヨーク６を省略しても、外部ノイズの影響を検出回路３０によって用途に影響を与えない程度に低減できる。勿論、センサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂとセンサ内側ヨーク８Ｂａ、センサ外側ヨーク８Ｂｂの構造は、直方体形状に限定されることなく、円柱状等の形状とすることもできる。
【００７２】
即ち、上記各実施の形態では、基本的に、２個の磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂに、同一の外部ノイズを導くかが問題となるものであり、内側ヨーク４、外側ヨーク５、外側ヨーク６の形態は、抽出すべき信号磁束を高めることにより、２個の磁気センサ３Ａと磁気センサ３ＢのＳ／Ｎ比を高める要件であるから、要求されるＳ／Ｎ比によっては、内側ヨーク４，４０、外側ヨーク５，５０、外側ヨーク６，６０を省略することができる。図４の実測特性図に示すように、ヨークなしとヨークありとの比較において、０〜２．５％程度の回転角度によってＳ／Ｎ比が変化することになる。
【００７３】
特に、磁気センサ３Ａとセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂ、磁気センサ３Ｂとセンサ内側ヨーク８Ｂａ、センサ外側ヨーク８Ｂｂは、接着させた後、樹脂モールドされるが、その際、磁気シールドケースにそれらを収納すると、ノイズの影響がより低減でき、Ｓ／Ｎ比を高くできる。
【００７４】
勿論、内側ヨーク４，４０、外側ヨーク５，５０、外側ヨーク６，６０を用いた場合でも、磁気シールドケースにそれらを収納すると、ノイズの影響がより低減でき、Ｓ／Ｎ比を高くできる。
【００７５】
図１０乃至図１３の実施の形態のトルクセンサ装置は、互いに隣接し、かつ、互いに反対の回転方向に複数極、事例では２極に着磁され、回転方向に加えられるトルクによって磁化変化を発生する回転軸１に取付けられた磁歪環２と、磁歪環２の周囲に配設され、回転軸１の軸方向に離れ、互いに異なる軸方向の磁界を検出する着磁された２極に対応した磁歪環２に形成した２個以上の区画の磁極に対応し、回転軸１の軸方向に沿って配設された２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂと、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通る共通する単一方向の磁界に対応する出力を差として検出を行う検出回路３０と、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ間で、かつ、磁歪環２の軸方向の略中央に配設された透磁率の高い材料からなるヨーク、即ち、センサ内側ヨーク８Ａｂ、センサ内側ヨーク８Ｂａと、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの両外側間に配設され、一方の前記磁気センサ３Ａ，３Ｂ及びセンサ内側ヨーク８Ａｂ及びセンサ内側ヨーク８Ｂａとの間に磁路を形成する一対の透磁率の高い材料からなるヨーク、即ち、磁気センサ３Ａ側のセンサ外側ヨーク８Ａａと磁気センサ３Ｂ側のセンサ外側ヨーク８Ｂｂとを具備する構成とすることができる。
【００７６】
上記実施の形態のトルクセンサ装置の２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ間に配設されたセンサ内側ヨーク８Ａｂ，８Ｂａは、図１３に示すように、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの回転軸１の軸方向の両内側に対向配設され、かつ、一体に形成された連結ヨーク８０とすることができる。この実施の形態では、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通過する外部ノイズは、略同一にならざるを得ないので、相殺効果が顕著となり、Ｓ／Ｎ比を高くできる。即ち、外部ノイズが２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通過し易い磁気抵抗とする構造を有するものであるから、例えば、内側ヨーク４に２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを張り合わせてもよいことを意味する。いずれにせよ、外部ノイズが２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通過し易い磁気抵抗とする構造であればよい。
【００７７】
［実施の形態９]
図１４（ａ）は本発明の実施の形態９のトルクセンサ装置における磁歪環及びヨークの構成を示す正面説明図並びに図１４（ｂ）はその右側面図を示す説明図である。
【００７８】
図１４は、図８の実施の形態４と同様、回転軸１に嵌め込まれるものではなく、回転軸１が組み付けられた状態で、合成樹脂等でモールドされた２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ、半円環状内側ヨーク４０、半円環状外側ヨーク５０、半円環状外側ヨーク６０を一体とし、後付することができ、組み付け作業性をよくするものである。
【００７９】
本実施の形態９の半円環状外側ヨーク５０と半円環状外側ヨーク６０の外側には、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの一方の面が接合により配設されている。また、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの他方の両側の面には、連結ヨーク８０が接続され、その連結ヨーク８０の中央は半円環状内側ヨーク４０と接続されている。
【００８０】
したがって、半円環状内側ヨーク４０、半円環状外側ヨーク５０、半円環状外側ヨーク６０は、磁歪環２の１／２の磁化変化を得ることになり、磁気センサ３Ａ，３Ｂの磁界の変化を１／２にすることとなる。故に、この種の実施の形態は、回転軸１の全周において略均一な磁界が得られ、出力を大きくすると共に、高いＳ／Ｎ比が得られる。また、磁気センサ３Ａ，３Ｂの磁界に対する出力変化も少なくなるが、外部ノイズに対する効果は変化することがない。
【００８１】
また、磁気センサ３Ａ，３Ｂの磁界に対する出力変化も少なくなるが、外部ノイズに対する効果は、変化することがない。殊に、回転軸１の軸方向、即ち、中心軸Ｏ−Ｏ方向の外部ノイズは、半円環状外側ヨーク５０、半円環状外側ヨーク６０に入らず、直接、連結ヨーク８０に入ったものは、磁気センサ３Ａ，３Ｂに影響を与えることなく、通過することができる。
【００８２】
仮に、磁気センサ３Ａ及び磁気センサ３Ｂを通過したとしても、両者を差動増幅器ＯＰによって相殺することができる。
【００８３】
本実施の形態９の半円環状外側ヨーク５０と半円環状外側ヨーク６０の外側には、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの一方の面が接合により配設され、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの他方の面には、連結ヨーク８０が接続され、その連結ヨーク８０の中央は半円環状内側ヨーク４０と接続されている。したがって、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂは、回転軸１の径方向の磁界を導入する位置に配設されているから、回転軸１の径方向の外部ノイズに対応でき、外部ノイズとして回転軸１の軸方向の磁界が予測される場合に効果的な構成となる。
【００８４】
逆に、図１乃至図３に示す本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置、図５及び図６に示す本発明の実施の形態２、図７の実施の形態３、図８の実施の形態４、図９の実施の形態５については、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂを回転軸１の中心軸Ｏ−Ｏの長さ方向の磁界を導入する位置に配設したものであるから、回転軸１の軸方向の外部ノイズに対応でき、外部ノイズとして回転軸１の軸方向の磁界が予測される場合に効果的な配置となる。
【００８５】
［実施の形態１０]
図１５は本発明の実施の形態１０のトルクセンサ装置の全体構成を示す斜視図、図１６は本発明の実施の形態１０のトルクセンサ装置の全体構成を示す平面図である。
【００８６】
図１５及び図１６において、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの共通する中心軸Ｘ−Ｘは、磁歪環２の周囲に平行または略平行して配設され、回転軸１の中心軸Ｏ−Ｏと同一軸方向に離れて配設される。詳しくは、回転軸１の軸心（中心軸Ｏ−Ｏ）の軸方向に平行する軸方向にある。なお、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの各中心軸は、必ずしも中心軸Ｘ−Ｘに一致することを必要とするものではなく、略一致（略平行）すればよい。２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ間で、磁歪環２の軸方向の略中央に配設された内側ヨーク４、外側ヨーク５，６は、内側ヨーク４、外側ヨーク５，６の中心軸Ｏ−Ｏに平行し、内側ヨーク４及び外側ヨーク５，６が磁歪環２の軸方向に対して垂直面に配設され、それらの厚みの中心を通る直線上の位置が、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの中心軸Ｘ−Ｘに合致するようになっている。内側ヨーク４、外側ヨーク５，６が弧状でない場合は、内側ヨーク４、外側ヨーク５，６の厚みの中心を中心軸Ｘ−Ｘに合致するようにすればよい。
【００８７】
このように、本実施の形態は、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ、内側ヨーク４、外側ヨーク５，６を、磁歪環２の中心軸Ｏ−Ｏに対して垂直面に配設され、かつ、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通る各中心線が略平行で、かつ、回転軸１の軸心に略平行する中心軸Ｘ−Ｘに合致するように配設することにより、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通る磁気抵抗を小さくし、地磁気等の外部ノイズの磁界が２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを同時に通過する確率を非常に高くし、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力の差でそれを相殺することが可能となり、外部ノイズによる誤差を少なくすることができる。
【００８８】
［実施の形態１１]
図１７は本発明の実施の形態１１のトルクセンサ装置の全体構成を示す斜視図、図１８は本発明の実施の形態１１のトルクセンサ装置の全体構成を示す要部断面を有する平面図である。
【００８９】
図１７及び図１８において、特徴点は、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの共通する中心軸Ｘ−Ｘは、磁歪環２の周囲に平行して配設され、回転軸１の中心軸Ｏ−Ｏの長さ方向に離れて配設される。詳しくは、互いに同心円上にないものの、回転軸１の軸心の軸方向に平行する同一軸方向にある。
【００９０】
また、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ間で、磁歪環２の軸方向の略中央に配設された内側ヨーク４００は、断面略Ｔ字状に形成されており、断面略Ｔ字状の下端、即ち、内周平面部４０２の端部を異なる磁極の着磁部２Ａと着磁部２Ｂとの境界に設定できるから、磁歪環２に形成した磁極の回転軸１の軸方向の長さを長くでき、磁歪環２に形成した着磁部２Ａと着磁部２Ｂとの磁極から回転軸１の軸方向の磁界の変化を２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂで効率よく検出することができる。ここで、断面略Ｔ字状の厚みは、厚いほど磁気抵抗が低下できる。しかし、断面略Ｔ字状の下端、即ち、内周平面部４０２の端部は、磁極境界に設定されるものであるから、厚みが厚いと磁歪環２に形成した着磁部２Ａと着磁部２Ｂの回転軸１の軸方向の長さの磁極長のロスが生じてくる。断面略Ｔ字状の環状筒部４０１は、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの厚み及びその間の距離等によって決定されるものである。
【００９１】
なお、本実施の形態では、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂに挟まれる内側ヨーク４００には、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂとの間の磁気抵抗を更に低くなるようにしている。具体的には、内側ヨーク４００に突起４ａを形成して、磁気センサ３Ａとの間の磁気抵抗を低くしている。同様に、内側ヨーク４００に突起４ｂを形成して、磁気センサ３Ｂとの間の磁気抵抗を低くしている。内側ヨーク４００の突起４ａ，４ｂと磁気センサ３Ａ，３Ｂとの間の間隙は、一体に接合形成し、磁気抵抗を最小限に抑制している。
【００９２】
そして、外側ヨーク５００と外側ヨーク６００は、環状平面部５０２，６０２を磁極の外側端部に設定し、磁歪環２の外側外周には端部を磁気センサ３Ａ，３Ｂに対向する環状筒部５０１，６０１を形成している。これら環状平面部５０２，６０２と環状筒部５０１，６０１によって、断面略Ｌ字状を形成している。
【００９３】
この場合の外側ヨーク５００と外側ヨーク６００は、磁歪環２に形成した磁極の回転軸１の軸方向の長さを長くでき、磁歪環２に形成した磁極から回転軸１の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。また、外側ヨーク５００と外側ヨーク６００の厚みは、磁歪環２の端部からはみ出しても良いので、任意の厚みに設定することができ、磁気抵抗を任意に低下させることができる。
【００９４】
本実施の形態では、磁気センサ３Ａに対向する外側ヨーク５００または磁気センサ３Ｂに対向する外側ヨーク６００には、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂとの間の磁気抵抗を低くするように構成している。具体的には、外側ヨーク５００に突起５ａを形成し、磁気センサ３Ａとの間の磁気抵抗を低くし、同様に、外側ヨーク６００に突起６ｂを形成し、磁気センサ３Ｂとの間の磁気抵抗を低くしている。内側ヨーク４００と外側ヨーク５００，６００との突起４ａ，４ｂと突起５ａ，６ａと磁気センサ３Ａ，３Ｂとの間の間隙は、一体に接合形成し、磁気抵抗を最小限に抑制している。
【００９５】
内側ヨーク４００、外側ヨーク５００，６００の軸心（中心軸Ｏ−Ｏ）に平行し、内側ヨーク４００及び外側ヨーク５００，６００が磁歪環２の軸方向に対して垂直面に配設され、それらの厚みの中心を通る直線上の位置が、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの中心軸Ｘ−Ｘに合致するようになっている。内側ヨーク４００、外側ヨーク５００，６００が弧状でない場合には、内側ヨーク４００、外側ヨーク５００，６００の厚みの中心を中心軸Ｘ−Ｘに合致するようにすればよい。
【００９６】
更に、内側ヨーク４００の突起４ａ，４ｂと、外側ヨーク５００の突起５ａ、外側ヨーク６００の突起６ｂが、磁歪環２の軸方向に対して略平行に配設され、それらの突起４ａ，４ｂ、突起５ａ、突起６ｂの断面（磁歪環２の軸方向に対して垂直断面）の中心を通る各中心軸は、その直線上の位置が、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの中心軸Ｘ−Ｘに合致（略平行）するようになっている。
【００９７】
このように、本実施の形態の２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ、内側ヨーク４００、外側ヨーク５００，６００、内側ヨーク４００の突起４ａ，４ｂと外側ヨーク５００の突起５ａ、外側ヨーク６００の突起６ｂとが、磁歪環２の中心軸Ｏ−Ｏに対して垂直面に配設され、かつ、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通る中心線が回転軸１の軸心に平行する中心軸Ｘ−Ｘに合致するように配設することにより、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通る磁気抵抗を小さくし、地磁気等の外部ノイズの磁界が２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを同時に通過する確率を非常に高くし、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力の差でそれを相殺することが可能となり、外部ノイズによる誤差を少なくすることができる。
【００９８】
即ち、本発明を実施する場合には、内側ヨーク４００の突起４ａ，４ｂと外側ヨーク５００の突起５ａ、外側ヨーク６００の突起６ｂは、各２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの中心を通る直線が略平行で、かつ、回転軸１の中心軸Ｏ−Ｏに略平行配置されていればよい。
【００９９】
更に、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの中心軸Ｘ−Ｘを通る位置に、内側ヨーク４００の突起４ａ、外側ヨーク５００の突起５ａ、外側ヨーク６００の突起６ｂの軸心が配設され、磁気センサ３Ａ及び磁気センサ３Ｂと内側ヨーク４００及び外側ヨーク５００，６００との間に磁路を形成する透磁率の高い材料で磁気抵抗を低くした磁路を形成するものである。
【０１００】
内側ヨーク４００と外側ヨーク５００，６００との間には、内側ヨーク４００の突起４ａ、外側ヨーク５００の突起５ａ、外側ヨーク６００の突起６ｂ及び２個の磁気センサ３Ａまたは磁気センサ３Ｂが配設されているから、結果的に、内側ヨーク４００と外側ヨーク５００，６００とが離れていても、内側ヨーク４００の突起４ａ、外側ヨーク５００の突起５ａ、外側ヨーク６００の突起６ｂによって、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂが配設されている箇所の磁気抵抗が低くなるから、突起４ａ、内側ヨーク４００、磁歪環２の着磁部２Ａと外側ヨーク５００、突起５ａを磁路とする磁気抵抗の低い磁気回路が形成さる。同様に、突起４ｂ、内側ヨーク４００、磁歪環２の着磁部２Ｂと外側ヨーク６００、突起６ａを磁路とする磁気抵抗の低い磁気回路が形成される。
【０１０１】
特に、本実施の形態の内側ヨーク４００及び外側ヨーク５００，６００の２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂに対向する側の突起４ａ、突起５ａ、突起６ｂが、内側ヨーク４００及び外側ヨーク５００，６００と２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂに対向する側の突起構造を通る直線状の位置とし、回転軸１の中心軸Ｏ−Ｏに平行する位置に設けられているから、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通る磁気抵抗を小さくし、地磁気等の外部ノイズの磁界が２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを同時に通過する確率を非常に高くし、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力の差でそれを相殺することが可能となり、外部ノイズによる誤差を少なくすることができる。
【０１０２】
また、本実施の形態の内側ヨーク４００及び外側ヨーク５００，６００の２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂに対向する側の突起４ａ、突起５ａ、突起６ｂは、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの軸方向の両側に対向する対向面積及び磁性材料を略同一とし、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの軸方向の磁界の２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの通過前後の磁気抵抗の変化を少なくし、外部ノイズが２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通過し易い磁気抵抗とする構造としたものである。
【０１０３】
したがって、磁気センサ３Ａ，３Ｂを通る磁気抵抗が小さくでき、かつ、磁気センサ３Ａ，３Ｂの磁束の入力側と出力側の条件が略同一にでき、外部ノイズが磁気センサ３Ａ，３Ｂを通過し易い構造にできるから、地磁気等の外部ノイズの磁界が磁気センサ３Ａ，３Ｂを同時に通過する確率を高くし、磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力でその外部ノイズによる影響を相殺することが可能となる。
【０１０４】
また、内側ヨーク４００は、断面略Ｔ字状に形成されており、内周平面部４０２の内側端部を異なる磁極の着磁部２Ａと着磁部２Ｂとの境界に設定でき、磁歪環２に形成した着磁部２Ａと着磁部２Ｂとの磁極の長さを最大限活用することができるから、回転軸１の軸方向の磁界の変化を２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂで効率よく検出することができる。
【０１０５】
そして、外側ヨーク５００と外側ヨーク６００についても、磁歪環２に形成した着磁部２Ａと着磁部２Ｂとの磁極の長さを最大限活用することができるから、磁歪環２に形成した磁極から回転軸１の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。特に、外側ヨーク５００と外側ヨーク６００の厚みは、磁歪環２の端部からはみ出しても良いので、任意の厚みに設定することができ、磁気抵抗を任意に低下させることができ、感度を上げることができる。
【０１０６】
［実施の形態１２]
図１９は本発明の実施の形態１２のトルクセンサ装置の全体構成を示す要部断面を有する平面図である。
【０１０７】
図１９において、本実施の形態の特徴点は、外側ヨーク５００と外側ヨーク６００が、磁歪環２の端部の外側に環状平面部５０３，６０３を回転軸１の外周方向に延ばして形成したものである。これによって環状平面部５０３，６０３と環状筒部５０１，６０１は、両者により回転軸１の中心軸Ｏ−Ｏをとおる断面が断面略Ｌ字状を形成している。
【０１０８】
この場合の外側ヨーク５００と外側ヨーク６００は、環状平面部５０３，６０３が磁歪環２の端部の外側を覆うことにより、磁歪環２に形成した磁極の回転軸１の軸方向の長さ、即ち、多くの磁束を確保でき、磁歪環２に形成した磁極から回転軸１の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。また、外側ヨーク５００と外側ヨーク６００の厚みは、磁歪環２の端部からはみ出しても良いので、任意の厚みに設定することができ、磁気抵抗を任意に低下させることができる。
【０１０９】
また、外部ノイズを環状平面部５０３，６０３が効率よく２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂに通すものであり、シールド的な作用をなし、かつ、他に漏らすことがないから、外部ノイズの相殺が容易である。
【０１１０】
以上のように、上記実施例のトルクセンサ装置は、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ間の透磁率の高い材料からなる内側ヨーク４または半円環状内側ヨーク４Ａ，４Ｂまたは半円環状内側ヨーク４０またはセンサ内側ヨーク８Ａｂ，８Ｂａは、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂに同一の外部ノイズを通過させ、かつ、互いに異なる軸方向に着磁された２極に対応して、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力で差動検出を行うものであるから、回転軸１の軸方向の外部ノイズが到来しても、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力の差でそれを相殺できるから、回転軸１とシールド部材との隙間から入った地磁気等の外部ノイズの影響をなくすことができ、Ｓ／Ｎ比を高くすることができる。また、内側ヨーク４または半円環状内側ヨーク４Ａ，４Ｂまたは半円環状内側ヨーク４０またはセンサ内側ヨーク８Ａｂ，８Ｂａと、外側ヨーク５と外側ヨーク６または半円環状外側ヨーク５Ａ，５Ｂと半円環状外側ヨーク６Ａ，６Ｂまたは半円環状外側ヨーク５０と半円環状外側ヨーク６０またはセンサ外側ヨーク８Ａａとセンサ外側ヨーク８Ｂｂとによって磁歪環２の磁化変化を磁気センサ３Ａ，３Ｂにまで誘導できるので、磁歪環２の磁化変化を的確に検出し、その変化量を大きくすることができる。
【０１１１】
ここで、対向面積が維持できれば、対向体積まで略同一にしなくても透磁率の良い材料を使用すれば、トルクセンサ装置の構造においては、問題がないことを発明者らが確認した。即ち、上記実施例のトルクセンサ装置は、前述した内側ヨークが、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの軸方向の両側に対向する対向面積及び磁性材料を略同一として配設されたものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】図１は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置の全体構成を示す平面図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置の２個の磁気センサからの検出回路図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置における実測特性図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態２のトルクセンサ装置における実施例（ａ）乃至（ｄ）の２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態２のトルクセンサ装置における実施例の２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの突起正面構造を示す説明図である。
【図７】図７（ａ）は本発明の実施の形態３のトルクセンサ装置における２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図及び図７（ｂ）は側面配置構造を示す説明図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の実施の形態４のトルクセンサ装置における２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図及び図８（ｂ）は側面配置構造を示す説明図である。
【図９】図９（ａ）は本発明の実施の形態５のトルクセンサ装置における２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図及び図９（ｂ）は１個の磁気センサの正面図及び図９（ｃ）はその側面図である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明の実施の形態６のトルクセンサ装置における１個の磁気センサの正面図及び図１０（ｂ）はその側面図である。
【図１１】図１１（ａ）は本発明の実施の形態７のトルクセンサ装置における１個の磁気センサの正面図及び図１１（ｂ）はその側面図である。
【図１２】図１２（ａ）は本発明の実施の形態８のトルクセンサ装置における１個の磁気センサの正面図及び図１２（ｂ）はその側面図である。
【図１３】図１３は本発明の実施の形態９のトルクセンサ装置における２個の磁気センサの平面構造を示す平面図である。
【図１４】図１４（ａ）は本発明の実施の形態９のトルクセンサ装置における磁歪環及びヨークの構成を示す正面説明図並びに図１４（ｂ）はその右側面図を示す説明図である。
【図１５】図１５は本発明の実施の形態１０のトルクセンサ装置の全体構成を示す斜視図である。
【図１６】図１６は本発明の実施の形態１０のトルクセンサ装置の全体構成を示す平面図である。
【図１７】図１７は本発明の実施の形態１１のトルクセンサ装置の全体構成を示す斜視図である。
【図１８】図１８は本発明の実施の形態１１のトルクセンサ装置の全体構成を示す要部断面を有する平面図である。
【図１９】図１９は本発明の実施の形態１２のトルクセンサ装置の全体構成を示す要部断面を有する平面図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１ 回転軸
２ 磁歪環
２Ａ，２Ｂ 着磁部
３（３Ａ，３Ｂ） 磁気センサ
４ 内側ヨーク
５，６ 外側ヨーク
４ａ〜４ｈ，５ａ〜５ｄ，６ａ〜６ｄ 突起
ＯＰ 差動増幅回路
８Ａａ，８Ｂｂ センサ外側ヨーク
８Ａｂ，８Ｂａ センサ内側ヨーク
３０ 検出回路
４０ 半円環状内側ヨーク
５０，６０ 半円環状外側ヨーク
８０ 連結ヨーク
８１ 曲折部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクセンサ装置に関し、特に、回転軸に加えられるトルクを非接触で計測する磁気弾性トルク検出装置に関するものである。このトルクセンサ装置は、回転軸として、車両のステアリングシャフト、エンジンクランクシャフト、ドライブシャフト、電動機及び発電機の入力または出力シャフト、工作機械、搬送機械等のシャフトのトルクを検出するものであり、回転負荷の状態を検出するものに適用できるトルクセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のトルクセンサ装置は、測定されるトルクが「０」のとき、本質的に「０」を検出するようキャリブレーションを行い、測定されるトルクに応じてその方向と大きさとを変えるという特許文献１に記載のトルクセンサ装置がある。
【０００３】
この特許文献１に記載のトルクセンサ装置は、回転軸に取付けられ、その回転軸に加えられるトルクは磁歪環に伝達され、その磁歪環に加えられたトルクは、磁歪環の円周方向の磁気方向性を偏向させ、円周方向及び軸方向の両成分を有する螺旋状の磁気方向性を発生する。その磁歪環と対向する所定の位置には、磁界ベクトルセンサが設けられており、磁歪環内の磁気の軸方向の成分から発生する磁界に対応するように方向付けられている。この磁界センサの出力は、回転軸に加えられて磁歪環に伝達されたトルクにより発生する磁歪環の磁気方向性の変化に比例するようになっている。
【０００４】
この構成によって、特許文献１の発明は、トルクが「０」の状態の検出量の数値「０」が温度と、回転トルク部材の角度位置と、回転速度と、トルク部材及びそのトルク量検出手段の間の径方向又は長さ方向のエアギャップとによって実質的に影響されないトルクセンサ装置の出力が得られる。
【０００５】
また、励磁電流もコイルも必要とせず、簡単で、低コストで製造可能であり、極めて信頼性の高いシステムに導入されるトルクセンサ装置とすることができる。そして、周辺の磁界に起因する検出磁界変化を避けるためのシールド構造の必要性を最小化または排除することができる。
【特許文献１】特表平９−５１１８３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の発明は、特許文献１に示されている磁気センサ２個がヨークの両端に配設され、シールド部材の配設が必須の要件となっており、外部ノイズの影響を外的手段によって解消している。即ち、２個の磁気センサを有していても、それらの磁気センサに入力される外部磁界の影響が無視できないことから、シールド部材を配設している。
【０００７】
特許文献１に示されている磁気センサは、何れも、回転軸の周囲に配設されており、車両のステアリングシャフトに沿った方向に地磁気の流れが一致すると、回転軸とシールド部材との隙間から入った地磁気等の外部ノイズは、一方のみの磁気センサに影響を与える可能性が高い。また、仮に、同時に２個の磁気センサに外部ノイズが入っても、その２個の磁気センサの出力からノイズの影響をなくす対応策が講じられていないことから、その外部ノイズの影響をなくすことができなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、これらの問題点を解消すべく、外部ノイズの影響をなくすことができ、かつ、検出出力を大きくすることができるトルクセンサ装置の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１にかかるトルクセンサ装置の磁歪環は、磁性体または非磁性体の何れかからなる回転軸に取付けられたもので、嵌め合い、圧入等の固着による取付方法が適用でき、特に、回転軸に両端を溶接等によって一体に固着され、回転軸の回転歪が磁歪環に伝達される構造であればよい。また、上記磁歪環は、互いに反対の回転方向、即ち、周方向に２極または２極以上に着磁され、互いに逆方向に着磁された区画を有し、回転方向に加えられるトルクによって、磁区の変化が発生するものであればよい。
【００１０】
２個の磁気センサは、前記磁歪環の周囲に配設され、互いに異なる周方向に着磁された磁極の磁界を検出するものであれば、ホール素子、ホールＩＣ、半導体ＭＲ等の使用が可能であり、通常、２個使用されるが、２個に限定されることなく３個以上の複数使用してもよい。
【００１１】
また、２個の磁気センサ間に配設された内側ヨークは、前記磁歪環の周囲の全周乃至一部から磁気抵抗の低い、即ち、透磁率の高い材料で磁路を形成できればよい。環状または半円環状とされるのが好ましいが、小形化する場合には、直方体形状、例えば、板状とすることもできる。
【００１２】
そして、２個の磁気センサ外に配設された外側ヨークは、前記内側ヨークと同様、前記磁歪環の周囲の全周乃至一部から磁気抵抗の低い、即ち、透磁率の高い材料で磁路を形成できればよい。好ましくは、環状または半円環状とされるが、小形化する場合には板状とすることもできる。
【００１３】
請求項２の内側ヨークは、隣接する２個の磁気センサの磁路を形成するもので、別々のヨークで形成することもできるが、一体に形成することもできる。また、磁気センサと内側ヨークとを一体にすることにより、磁気抵抗を小さくすることができる。いずれにせよ、外部ノイズが２個の磁気センサを通過し易い磁気抵抗とする構造であればよい。
【００１４】
請求項３の内側ヨークは、その厚みを厚くすると、磁極境界を跨ぐことになり、磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さには、ロスが生じるものの、その断面積を大きくでき、磁気抵抗が低下するから、磁歪環に形成した磁極から回転軸の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができ、現実には、磁歪環の長さと磁気センサの位置によって、その厚みが決定される。
【００１５】
請求項４の内側ヨークの断面略Ｔ字状の厚みは、厚いほど磁気抵抗が低下できる。しかし、断面略Ｔ字状の下端を磁極境界に設定されるものであるから、厚みが厚すぎると磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さのロスが生じてくる。
【００１６】
請求項５の外側ヨークは、磁極端面から磁界を導くことになり、磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さが最も有効的に使用できるように外側ヨークが配設でき、必要に応じて、その断面積も大きくできる。
【００１７】
請求項６の外側ヨークは、断面略Ｌ字状の端部を磁極の外側端部に設定でき、他端を磁気センサに対向させ易い構造となる。このときの外側ヨークの厚みは、磁歪環の端部からはみ出しても良いので、任意の厚みに設定することができる。
【００１８】
請求項７の外側ヨークは、前記磁歪環の端面の径よりも小径になるように形成されているから、磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さが最も有効的に使用でき、かつ、必要に応じて、その断面積も大きくできるので磁気抵抗が低下する。前記磁歪環の端面の径よりも小径な外側ヨークは、磁歪環に形成した磁極から回転軸の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができればよいから、必ずしも、回転軸の径よりも小径にする必要性はない。
【００１９】
請求項８の内側ヨーク及び外側ヨークは、磁歪環の外周との間の間隔を最小にできる。ここで、弧状にする範囲は、１８０度以下とすることができ、また、必要に応じて、１８０度以下の弧状を複数繋ぎ合わせ、３６０度の磁路を形成することもできる。そして、弧状に形成した反対側の面は、弧状を含め任意の形状にすることができる。
【００２０】
請求項９の内側ヨーク及び外側ヨークの直方体は、大気中よりも磁気抵抗を低くするものであるから、磁歪環からの磁界を導くことができる。この場合には、２個の磁気センサ及び内側ヨーク及び外側ヨークの標準化が可能となる。なお、当該直方体は、その断面積が広いほど磁気抵抗を低くすることができるが、設置条件の磁歪環の着磁幅、間隙により、厚みが制限される。
【００２１】
請求項１０は、地磁気等の外部ノイズの磁界が、磁気抵抗の低い前記内側ヨークと外側ヨークと２個の磁気センサとの最短の直線距離を通過するから、２個の磁気センサの出力の差で相殺可能とする。ここで、内側ヨーク及び外側ヨークが前記回転軸の軸心に対する垂直平面に設定されておれば、２個の磁気センサの中心を通る直線が一直線状または略平行する位置で、かつ、前記回転軸の軸線に略平行する位置に設けられることを意味する。
【００２２】
請求項１１の突起は、前記内側ヨーク及び外側ヨークと前記磁気センサとの間の磁気抵抗を低く形成し、磁気センサに磁歪環の磁束の変化を漏れなく与えようとするもので、磁気センサの磁界の検出部分に対応して磁気抵抗が低くなり、磁束が集中するような構造であれば、その突出形状を問うものではない。
【００２３】
請求項１２の前記内側ヨーク及び前記外側ヨークの前記磁気センサに対向する側の前記突起は、地磁気等の外部ノイズの磁界が、２個の磁気センサを磁気抵抗の小さい直線位置を通過するから、２個の磁気センサの出力の差で相殺可能となる。したがって、内側ヨーク及び外側ヨークが前記回転軸の軸心に対する垂直平面に設定されておれば、２個の磁気センサの中心を通る直線が一直線状または略平行する位置で、かつ、突起の中心を通る直線が、前記回転軸の軸線に略平行する位置に設けられることを意味する。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１は、回転軸の軸方向の外部ノイズが到来しても、検出回路によって、２個の磁気センサの出力を、その差を取ることによって相殺できるから、回転軸とシールド部材との隙間から入った地磁気等の外部ノイズの影響をなくすことができる。更に、内側ヨーク及び外側ヨークによって磁歪環の磁化変化（磁界変化）を磁気センサにまで導くことができるので、前記磁歪環の磁化変化を的確に検出し、その検出変化量を大きくできる。
【００２５】
請求項２は、請求項１に記載の効果に加えて、磁気抵抗を小さくすることができ、外部ノイズが２個の磁気センサを通過し易くなる。
【００２６】
請求項３は、請求項１または請求項２に記載の効果に加えて、構造が簡単であり、特に、磁気抵抗が低下するから、磁歪環に形成した磁極から回転軸の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。
【００２７】
請求項４は、請求項１または請求項２に記載の効果に加えて、磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さを長くでき、しかも、両磁気センサの間の磁気抵抗を小さくでき、磁歪環に形成した磁極から回転軸の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。
【００２８】
請求項５は、請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の効果に加えて、磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さが最も有効的に使用できるように外側ヨークが配設でき、必要に応じて、その断面積も大きくでき、磁気抵抗が低下するから、磁歪環に形成した磁極から回転軸の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。
【００２９】
請求項６は、請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の効果に加えて、断面略Ｌ字状の端部を磁極の外側端部に設定でき、他端を磁気センサに対向させ易い構造であり、磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さを長くでき、磁歪環に形成した磁極から回転軸の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。また、外側ヨークの厚みは、磁歪環の端部からはみ出しても良いので、任意の厚みに設定することができ、磁気抵抗を任意に低下させることができる。
【００３０】
請求項７は、請求項５または請求項６に記載の効果に加えて、磁歪環に形成した磁極の回転軸の軸方向の長さが最も有効的に使用でき、かつ、必要に応じて、その断面積も大きくでき、磁気抵抗が低下するから、磁歪環に形成した磁極から回転軸の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。また、外部ノイズを効率よく２個の磁気センサに通すものであり、他に漏らすことがないから、外部ノイズの相殺が容易である。
【００３１】
請求項８は、請求項１乃至請求項７の何れか１つに記載の効果に加えて、内側ヨーク及び外側ヨークの磁歪環の対向面が弧状に形成されているから、磁歪環の周囲の径と略同心軸上の曲率にすることができ、内側ヨーク及び外側ヨークは磁歪環の外周との間の間隔を最小とする磁路を形成でき、磁気抵抗を小さくすることができる。また、磁歪環の外周から得られる磁界は弧状の対向面の長さの範囲から得られるから、安定した出力が得られる。そして、円環状ヨークを形成する場合には、組み付け性が良くなり、組み付け性が良くなるから、磁歪環の外周との間の間隔を最小として、磁路を形成することができるから、磁気抵抗を小さくすることができる。
【００３２】
請求項９は、請求項１乃至請求項３、請求項５、請求項７及び請求項８の何れか１つに記載の効果に加えて、一体成形できるので、組付性が良くなり、また、磁気センサと内側ヨーク及び外側ヨークは一体にして規格化でき、特性のバラツキがでがたく、磁歪環の外径の影響を受け難くなるから、標準化が可能となる。
【００３３】
請求項１０にかかるトルクセンサ装置は、請求項１乃至請求項９の何れか１つに記載の効果に加えて、地磁気等の外部ノイズの磁界が２個の磁気センサを同時に通過し易い構造になるので、２個の磁気センサの出力の差で、それを相殺することが可能となる。
【００３４】
請求項１１は、請求項１乃至請求項１０の何れか１つに記載の効果に加えて、前記２個の磁気センサを通る磁気抵抗を小さくし、地磁気等の外部ノイズの磁界が２個の磁気センサを同時に通過する確率を高くし、２個の磁気センサの出力の差で外部ノイズの影響を相殺することが可能となる。
【００３５】
請求項１２は、請求項１１に記載の効果に加えて、前記２個の磁気センサを通る磁気抵抗を小さくし、地磁気等の外部ノイズの磁界が２個の磁気センサを同時に通過する確率を非常に高くし、２個の磁気センサの出力の差でそれを相殺することが可能となり、外部ノイズによる誤差を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
次に、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００３７】
なお、以下の各実施の形態において、共通する実施の形態の同一または相当する構成部分については、同一記号または同一符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００３８】
［実施の形態１]
図１は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置の全体構成を示す斜視図、図２は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置の全体構成を示す平面図、図３は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置の２個の磁気センサからの検出回路図である。図４は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置における実測特性図である。
【００３９】
図１及び図２において、磁性体または非磁性体からなる回転軸１は、本実施の形態では、ステアリングシャフトであるが、本発明を実施する場合には、エンジンシャフト、ドライブシャフト、電動機及び発電機の入力または出力シャフト、工作機械、搬送機械等のトルクを伝達するシャフト等を対象とすることができる。回転方向に加えられるトルクによって磁化変化を発生する磁歪環２は、回転軸１に固着されるもので、互いに隣接し、かつ、互いに反対の回転方向、即ち、周方向に均等に２または３または４等のように複数極に着磁されている。この着磁は、普通は、少なくとも互いに反対の回転方向の２磁極が区画されるように着磁される。また、３以上の奇数または偶数極に複数着磁した場合は、その中から、互いに反対の回転方向に２極に着磁された磁化変化が使用される。即ち、磁歪環２は、互いに反対の回転方向、周方向に２極または２極以上互いに逆方向に着磁された区画の着磁部２Ａ，２Ｂを有するもので、回転方向に加えられるトルクによって、着磁部２Ａ，２Ｂの磁区の変化が略均等に発生するものであればよい。
【００４０】
この磁歪環２は、回転軸１に対して嵌め合い、圧入等の固着による取付け方法が適用でき、特に、回転軸１に対して両端を溶接等によって一体に固着され、加えられるトルクに応じて回転軸１の周方向の応力が伝達されればよい。
【００４１】
２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂは、磁歪環２の周囲に配設され、回転軸１の中心軸Ｏ−Ｏの長さ方向を意味する軸方向に離れて配設される。詳しくは、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂは、互いに異なる軸方向の磁界を検出する着磁された磁極の各着磁部２Ａ，２Ｂの間に対応して配設されるものである。これらの２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力は、後述する差動回路からなる検出回路３０に使用される。ここで、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂは、同一特性のホール素子、ホールＩＣ、半導体ＭＲ等の磁界によって出力が変化するセンサが使用できる。なお、本実施の形態の２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂは、２個の事例で説明するが、例えば、回転軸１の軸周りの対向する位置に更に２個配置することもできる。即ち、回転軸１の軸周りを複数分割し、そこに２個一対とした磁気センサを配設してもよいし、或いは３個以上の磁気センサとして、増幅率で調整することもできる。いずれにせよ、本発明を実施する場合には、本実施の形態の２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂには限定されるものでなく、複数個であればよい。
【００４２】
そして、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ間で、磁歪環２の軸方向の略中央に配設された内側ヨーク４は、透磁率の高い材料からなり、磁気抵抗を低くすることにより、磁路を形成するものであり、断面略四角形で環状に形成され、回転軸１に微小間隙を形成して嵌め込まれ、前記回転軸１の周囲に配置される。
【００４３】
更に、外側ヨーク５，６は、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの最も外側に配設され、一方の磁気センサ３Ａまたは磁気センサ３Ｂと内側ヨーク４との間に磁路を形成する一対の透磁率の高い材料で磁気抵抗を低くすることにより、磁路を形成するものであり環状に形成され、内側ヨーク４と同様に回転軸１に微小間隙を形成して嵌め込まれ、前記回転軸１の周囲の内側ヨーク４の両側に配置される。
【００４４】
内側ヨーク４と外側ヨーク５，６との間には、２個の磁気センサ３Ａまたは磁気センサ３Ｂが配設されているから、結果的に、内側ヨーク４と外側ヨーク５，６とが均一幅でなくても、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂが配設されている箇所の磁気抵抗が低くなるから、内側ヨーク４、磁歪環２の着磁部２Ａと外側ヨーク５、磁気センサ３Ａを磁路とする磁気抵抗の低い磁気回路が形成され、また、内側ヨーク４、磁歪環２の着磁部２Ｂと外側ヨーク６、磁気センサ３Ｂを磁気回路とする磁気抵抗の低い磁気回路が形成される。
【００４５】
図３において、２個の磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂとの出力は、差動増幅回路ＯＰに入力し、そこで２個の磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの同一方向の磁界成分、即ち、互いに異なる磁極の磁界を検出する磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの出力を差として検出を行うことにより、外部ノイズを相殺し、入力抵抗とフィードバック抵抗ｆで決まる倍率の出力となる。なお、２個の磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂとの出力を差動増幅回路ＯＰに入力し、その差分を検出する検出回路３０は、本実施例に限定されるものではなく、具体的には、互いに異なる磁極の磁界を検出する２個の磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの出力を差として検出を行う他の公知の回路が使用できる。
【００４６】
本実施の形態１においては、磁気抵抗が低い２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂが透磁率の高い材料からなる内側ヨーク４と外側ヨーク５，６の間に挟まれているから、磁気回路の抵抗が低い磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂに同一の外部ノイズを通過させることになり、かつ、互いに異なる軸方向に着磁された磁歪環２の着磁部２Ａと磁歪環２の着磁部２Ｂの２極に対応して、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力を差動検出するものであるから、回転軸１の軸方向の外部ノイズが到来しても、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力がそれを互いに打ち消し、回転軸１方向に入った地磁気等の外部ノイズの影響を両磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力の差で相殺することができる。また、内側ヨーク４と外側ヨーク５，６によって磁歪環２の磁化変化を磁気センサ３Ａ，３Ｂにまで誘導できるので、磁歪環２の磁化変化を的確に検出し、その変化量を大きくすることができる。
【００４７】
本実施の形態１は、図４の実測特性図に示すように、内側ヨーク４と外側ヨーク５，６によって磁界が均一化され、回転角度変化に伴うＳ／Ｎ比のばらつきが、図４の特定の角度０度の０％の乱れに対して、最大で±１％程度以下の乱れに抑制され、回転軸１の全周において略均一な特性となった。
【００４８】
［実施の形態２]
図５は本発明の実施の形態２のトルクセンサ装置における実施例（ａ）乃至（ｄ）の２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図である。図６は本発明の実施の形態２のトルクセンサ装置における実施例の２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの突起の正面構造を示す説明図である。
【００４９】
図５の実施の形態においては、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂが内側ヨーク４と外側ヨーク５または外側ヨーク６の間で挟むことによって、その間の磁気抵抗を積極的に少なくするものである。なお、当然ながら、磁気抵抗を積極的に少なくするものであるから、説明のために図示した磁気センサ３Ａ、磁気センサ３Ｂと内側ヨーク４、外側ヨーク５または外側ヨーク６の間の間隙は、接触または接合状態、微小間隔状態となっている。
【００５０】
即ち、図５（ａ）の実施の形態においては、外側ヨーク５に突起５ａを形成し、内側ヨーク４に突起４ａを形成して、磁気センサ３Ａとの間の磁気抵抗を低くしている。同様に、外側ヨーク６に突起６ｂを形成し、内側ヨーク４に突起４ｂを形成して、磁気センサ３Ｂとの間の磁気抵抗を低くしている。図５においては、例えば、外側ヨーク５の突起５ａと内側ヨーク４の突起４ａと磁気センサ３Ａとの間には、間隙が設けられている。しかし、当該間隙はなくすことができる。同様に、外側ヨーク６に突起６ｂと内側ヨーク４の突起４ｂと磁気センサ３Ｂとの間の間隙もなくすことができる。以下省略するが、内側ヨーク４と外側ヨーク５，６との突起４ａ〜４ｈ，５ａ〜５ｄ，６ａ〜６ｄと磁気センサ３Ｂとの間の間隙は、一体に接合形成し、磁気抵抗を最小限に設定することができる。
【００５１】
図５（ａ）の突起４ａ、４ｂ，５ａ、６ａは、端面を面取りした状態の面積を有するものであるが、本発明を実施する場合には、面取りしない端面とすることができる。また、図５（ｂ）の突起４ｃ、４ｄ，５ｂ、６ｂは、端面を半円柱（蒲鉾）状としたもので、縦線状に磁束密度を高くしたものである。そして、図５（ｃ）の突起４ｅ、４ｆ，５ｃ、６ｃは、端面を面取りした状態で絞り込んだものである。このように絞込みを行う場合には、磁気センサ３Ａ，３Ｂの端面の磁束密度を端部の形状によって絞込むことができる。極端に絞込みを行う場合には、図５（ｄ）のように、突起４ｇ、４ｈ，５ｄ、６ｄの端面を線状に絞込むこともできる。このように絞込みを行う場合には、磁気センサ３Ａ，３Ｂの端面の磁束密度を線状にシャープにすることができる。
【００５２】
更に、突起４ｇ、４ｈ，５ｄ、６ｄの構造は、図５に示す平面的のみでなく、図６に示すように、立体的に絞込みを行い、絞込み端部ａａまたは絞込み端部ｂｂとして形成すると、磁気センサ３Ａ，３Ｂに入力する磁界の磁束密度をより高くすることができる。通常、磁気センサ３Ａ，３Ｂに接合、接触のために対向する端面は、磁気センサ３Ａ，３Ｂの外形に対して９０〜６０％程度の絞込みがなされる。このように、磁束密度を高くすると相対的にＳ／Ｎ比を上げることができる。
【００５３】
因みに、実施の形態１に基づく図４の実測特性図を用いて説明すると、ヨークなしとヨークありとの比較において、本実施の形態においては、回転角度変化に伴うＳ／Ｎ比のばらつきが±１％以下の乱れに抑制され、回転軸１の全周において略均一な特性が得られる。ヨークなしの場合に比較して、１／５以下に低減していることが明確である。
【００５４】
［実施の形態３，４]
図７（ａ）は本発明の実施の形態３のトルクセンサ装置における２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図及び図７（ｂ）は側面配置構造を示す説明図である。図８（ａ）は本発明の実施の形態４のトルクセンサ装置における２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図及び図８（ｂ）は側面配置構造を示す説明図である。
【００５５】
図７において、本実施の形態においては、回転軸１に嵌め込まれるものではなく、回転軸１が組み付けられた状態で、半円環状内側ヨーク４Ａ，４Ｂ、半円環状外側ヨーク５Ａ，５Ｂ、半円環状外側ヨーク６Ａ，６Ｂを後付することができる。具体的には、２個の磁気センサ３Ａ及び磁気センサ３Ｂ、半円環状内側ヨーク４Ａと半円環状外側ヨーク５Ａと半円環状外側ヨーク６Ａが樹脂等で一体にモールドされ、また、半円環状内側ヨーク４Ｂと半円環状外側ヨーク５Ｂと半円環状外側ヨーク６Ｂが樹脂等で一体にモールドされ、それらを各々回転軸１の周りに固着することによって、回転軸１に組み付けられる。したがって、本実施の形態は、組み付け作業性をよくすることができる。なお、これらのモールドは、更に信頼性を高めるために、シールド部材で覆うこともある。
【００５６】
また、図８の実施の形態４においては、実施の形態３の半円環状内側ヨーク４Ａ，４Ｂと半円環状外側ヨーク５Ａ，５Ｂと半円環状外側ヨーク６Ａ，６Ｂから、一方の半円環状内側ヨークと半円環状外側ヨークをなくしたものである。即ち、本実施の形態においても、回転軸１に嵌め込まれるものではなく、回転軸１が組み付けられた状態で、半円環状内側ヨーク４０、半円環状外側ヨーク５０、半円環状外側ヨーク６０を後付することができる。具体的には、２個の磁気センサ３Ａ及び磁気センサ３Ｂ、半円環状内側ヨーク４０と半円環状外側ヨーク５０と半円環状外側ヨーク６０が樹脂等で一体にモールドされ、それらを回転軸１の周りに固着することによって、回転軸１に組み付けられる。勿論、これらのモールドは、更に信頼性を高めるために、シールド部材で覆うこともある。したがって、本実施の形態は、組み付け作業性をよくすることができる。
【００５７】
ここで、環状にした実施の形態１乃至実施の形態３の内側ヨーク４、外側ヨーク５、外側ヨーク６は、図８の実施の形態４の半円環状内側ヨーク４０と半円環状外側ヨーク５０と半円環状外側ヨーク６０とを比較すると、半円環状内側ヨーク４０、半円環状外側ヨーク５０、半円環状外側ヨーク６０は、磁歪環２の１／２の磁化変化を得ることになり、磁気センサ３Ａ，３Ｂの磁界の変化を１／２にすることとなる。したがって、磁気センサ３Ａ，３Ｂの磁界に対する出力変化も少なくなるが、外部ノイズに対する効果は変化することがない。
【００５８】
なお、これらの実施の形態３及び実施の形態４についても、図５及び図６に示す実施の形態の形状が使用できることは言うまでもない。
【００５９】
［実施の形態５]
図９（ａ）は本発明の実施の形態５のトルクセンサ装置における２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図及び図９（ｂ）は１個の磁気センサの正面図及び図９（ｃ）はその側面図である。
【００６０】
図９においては、例えば、外側ヨーク５とセンサ外側ヨーク８Ａａとの間、内側ヨーク４とセンサ内側ヨーク８Ａｂとの間、外側ヨーク６とセンサ外側ヨーク８Ｂｂとの間、内側ヨーク４とセンサ内側ヨーク８Ｂａとの間には間隙が設けられている。本発明を実施する場合には、当該間隙をなくし、磁気抵抗を最小限に設定することができる。
【００６１】
本発明を実施する場合には、磁気センサ３Ａ，３Ｂ側から磁気抵抗を低くすることもできる。即ち、磁気センサ３Ａ及び磁気センサ３Ｂと、それを挟む内側ヨーク４と外側ヨーク５または外側ヨーク６の間の間隙は、磁気センサ３Ａ及び磁気センサ３Ｂ側にセンサ内側ヨーク、センサ外側ヨークを配設することにより、その間隙を極力少なくすることができる。
【００６２】
具体的には、各磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの両側の面に、透磁率の高い材料からなる直方体形状のセンサ外側ヨーク８Ａａとセンサ内側ヨーク８Ａｂ、センサ内側ヨーク８Ｂａとセンサ外側ヨーク８Ｂｂを配設することにより、各磁気センサ３Ａと内側ヨーク４及び外側ヨーク５との間の間隙を少なくし、同様に、磁気センサ３Ｂと内側ヨーク４及び外側ヨーク６との間の間隙を少なくし、磁気抵抗をより小さくすることができる。これによって、外側ヨーク５、センサ外側ヨーク８Ａａ、磁気センサ３Ａ、センサ内側ヨーク８Ａｂ、内側ヨーク４、センサ内側ヨーク８Ｂａ、磁気センサ３Ｂ、センサ外側ヨーク８Ｂｂ、外側ヨーク６の磁気回路の磁気抵抗が最小となり、回転軸１の軸方向の外部ノイズは、その磁気回路を通過することになる。したがって、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂを通過する外部ノイズは、略均一となり、それを相殺することができる。
【００６３】
なお、磁気センサ３Ａの端子９１〜９３は、電源及び出力端子であり、磁気センサ３Ｂも同様な構成を有する。
【００６４】
この実施の形態５以降においても、外側ヨーク５とセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂと内側ヨーク４、内側ヨーク４とセンサ内側ヨーク８Ｂａ、センサ外側ヨーク８Ｂｂと外側ヨーク６との間の間隙はなくすことができる。
【００６５】
この実施の形態５においては、各磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの両側の面に、透磁率の高い材料からなる直方体形状のセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂとセンサ内側ヨーク８Ｂａ、センサ外側ヨーク８Ｂｂを配設したものであるが、直方体形状のセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂとセンサ内側ヨーク８Ｂａ、センサ外側ヨーク８Ｂｂの厚みは、できるだけ厚く形成するのが望ましい。
【００６６】
［実施の形態６〜８]
図１０（ａ）は本発明の実施の形態６のトルクセンサ装置における１個の磁気センサの正面図及び図１０（ｂ）はその側面図、図１１（ａ）は本発明の実施の形態７のトルクセンサ装置における１個の磁気センサの正面図及び図１１（ｂ）はその側面図、図１２（ａ）は本発明の実施の形態８のトルクセンサ装置における１個の磁気センサの正面図及び図１２（ｂ）はその側面図である。図１３は本発明の実施の形態９のトルクセンサ装置における２個の磁気センサの平面構造を示す平面図である。
【００６７】
ところで、上記実施の形態では、外側ヨーク５とセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂと内側ヨーク４、内側ヨーク４とセンサ内側ヨーク８Ｂａ、センサ外側ヨーク８Ｂｂと外側ヨーク６との間の間隙をなくす方向に説明した。しかし、本発明を実施する場合には、両者間を積極的に離すことも可能である。
【００６８】
そのような場合には、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂに外部ノイズの磁路が形成され易いような磁路を形成する必要がある。図１０の実施の形態では、直方体形状のセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂの各辺を、外側に湾曲させてなる曲折部８１を形成している。磁気センサ３Ｂ側も同様に形成している。これによって、対向する磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂとの間の磁気抵抗は小さくなる。結果、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂに外部ノイズの磁路が形成され易くなる。
【００６９】
また、図１１の実施の形態では、直方体形状のセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂの中央を、磁気センサ３Ａ側に突出させた凸部８２を形成している。磁気センサ３Ｂ側も同様に形成している。これによって、対向する磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂを通過する磁束密度を高くし、かつ、その間の磁気抵抗を小さくすることにより、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂに外部ノイズの磁路が形成され易くなる。
【００７０】
そして、図１２の実施の形態では、直方体形状のセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂの中央を、磁気センサ３Ａ側に突出させた凸部（外から見た凹部）８２を形成し、かつ、直方体形状のセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂの中央にも、磁気センサ３Ａ側に突出させた凸部（外から見た凹部）８２を形成している。磁気センサ３Ｂ側も同様に形成している。これによって、対向する磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂを通過する磁束密度を高くし、かつ、その間の磁気抵抗を小さくすることにより、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂに外部ノイズの磁路が形成され易くしている。
【００７１】
更に、発明者等の実験によれば、次のことが確認された。即ち、図９乃至図１２の実施の形態の磁気センサ３Ａのセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂと磁気センサ３Ｂのとセンサ内側ヨーク８Ｂａ、センサ外側ヨーク８Ｂｂの構造は、内側ヨーク４、外側ヨーク５、外側ヨーク６を省略しても、外部ノイズの影響を検出回路３０によって用途に影響を与えない程度に低減できる。勿論、センサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂとセンサ内側ヨーク８Ｂａ、センサ外側ヨーク８Ｂｂの構造は、直方体形状に限定されることなく、円柱状等の形状とすることもできる。
【００７２】
即ち、上記各実施の形態では、基本的に、２個の磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂに、同一の外部ノイズを導くかが問題となるものであり、内側ヨーク４、外側ヨーク５、外側ヨーク６の形態は、抽出すべき信号磁束を高めることにより、２個の磁気センサ３Ａと磁気センサ３ＢのＳ／Ｎ比を高める要件であるから、要求されるＳ／Ｎ比によっては、内側ヨーク４，４０、外側ヨーク５，５０、外側ヨーク６，６０を省略することができる。図４の実測特性図に示すように、ヨークなしとヨークありとの比較において、０〜２．５％程度の回転角度によってＳ／Ｎ比が変化することになる。
【００７３】
特に、磁気センサ３Ａとセンサ外側ヨーク８Ａａ、センサ内側ヨーク８Ａｂ、磁気センサ３Ｂとセンサ内側ヨーク８Ｂａ、センサ外側ヨーク８Ｂｂは、接着させた後、樹脂モールドされるが、その際、磁気シールドケースにそれらを収納すると、ノイズの影響がより低減でき、Ｓ／Ｎ比を高くできる。
【００７４】
勿論、内側ヨーク４，４０、外側ヨーク５，５０、外側ヨーク６，６０を用いた場合でも、磁気シールドケースにそれらを収納すると、ノイズの影響がより低減でき、Ｓ／Ｎ比を高くできる。
【００７５】
図１０乃至図１３の実施の形態のトルクセンサ装置は、互いに隣接し、かつ、互いに反対の回転方向に複数極、事例では２極に着磁され、回転方向に加えられるトルクによって磁化変化を発生する回転軸１に取付けられた磁歪環２と、磁歪環２の周囲に配設され、回転軸１の軸方向に離れ、互いに異なる軸方向の磁界を検出する着磁された２極に対応した磁歪環２に形成した２個以上の区画の磁極に対応し、回転軸１の軸方向に沿って配設された２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂと、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通る共通する単一方向の磁界に対応する出力を差として検出を行う検出回路３０と、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ間で、かつ、磁歪環２の軸方向の略中央に配設された透磁率の高い材料からなるヨーク、即ち、センサ内側ヨーク８Ａｂ、センサ内側ヨーク８Ｂａと、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの両外側間に配設され、一方の前記磁気センサ３Ａ，３Ｂ及びセンサ内側ヨーク８Ａｂ及びセンサ内側ヨーク８Ｂａとの間に磁路を形成する一対の透磁率の高い材料からなるヨーク、即ち、磁気センサ３Ａ側のセンサ外側ヨーク８Ａａと磁気センサ３Ｂ側のセンサ外側ヨーク８Ｂｂとを具備する構成とすることができる。
【００７６】
上記実施の形態のトルクセンサ装置の２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ間に配設されたセンサ内側ヨーク８Ａｂ，８Ｂａは、図１３に示すように、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの回転軸１の軸方向の両内側に対向配設され、かつ、一体に形成された連結ヨーク８０とすることができる。この実施の形態では、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通過する外部ノイズは、略同一にならざるを得ないので、相殺効果が顕著となり、Ｓ／Ｎ比を高くできる。即ち、外部ノイズが２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通過し易い磁気抵抗とする構造を有するものであるから、例えば、内側ヨーク４に２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを張り合わせてもよいことを意味する。いずれにせよ、外部ノイズが２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通過し易い磁気抵抗とする構造であればよい。
【００７７】
［実施の形態９]
図１４（ａ）は本発明の実施の形態９のトルクセンサ装置における磁歪環及びヨークの構成を示す正面説明図並びに図１４（ｂ）はその右側面図を示す説明図である。
【００７８】
図１４は、図８の実施の形態４と同様、回転軸１に嵌め込まれるものではなく、回転軸１が組み付けられた状態で、合成樹脂等でモールドされた２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ、半円環状内側ヨーク４０、半円環状外側ヨーク５０、半円環状外側ヨーク６０を一体とし、後付することができ、組み付け作業性をよくするものである。
【００７９】
本実施の形態９の半円環状外側ヨーク５０と半円環状外側ヨーク６０の外側には、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの一方の面が接合により配設されている。また、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの他方の両側の面には、連結ヨーク８０が接続され、その連結ヨーク８０の中央は半円環状内側ヨーク４０と接続されている。
【００８０】
したがって、半円環状内側ヨーク４０、半円環状外側ヨーク５０、半円環状外側ヨーク６０は、磁歪環２の１／２の磁化変化を得ることになり、磁気センサ３Ａ，３Ｂの磁界の変化を１／２にすることとなる。故に、この種の実施の形態は、回転軸１の全周において略均一な磁界が得られ、出力を大きくすると共に、高いＳ／Ｎ比が得られる。また、磁気センサ３Ａ，３Ｂの磁界に対する出力変化も少なくなるが、外部ノイズに対する効果は変化することがない。
【００８１】
また、磁気センサ３Ａ，３Ｂの磁界に対する出力変化も少なくなるが、外部ノイズに対する効果は、変化することがない。殊に、回転軸１の軸方向、即ち、中心軸Ｏ−Ｏ方向の外部ノイズは、半円環状外側ヨーク５０、半円環状外側ヨーク６０に入らず、直接、連結ヨーク８０に入ったものは、磁気センサ３Ａ，３Ｂに影響を与えることなく、通過することができる。
【００８２】
仮に、磁気センサ３Ａ及び磁気センサ３Ｂを通過したとしても、両者を差動増幅器ＯＰによって相殺することができる。
【００８３】
本実施の形態９の半円環状外側ヨーク５０と半円環状外側ヨーク６０の外側には、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの一方の面が接合により配設され、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂの他方の面には、連結ヨーク８０が接続され、その連結ヨーク８０の中央は半円環状内側ヨーク４０と接続されている。したがって、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂは、回転軸１の径方向の磁界を導入する位置に配設されているから、回転軸１の径方向の外部ノイズに対応でき、外部ノイズとして回転軸１の軸方向の磁界が予測される場合に効果的な構成となる。
【００８４】
逆に、図１乃至図３に示す本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置、図５及び図６に示す本発明の実施の形態２、図７の実施の形態３、図８の実施の形態４、図９の実施の形態５については、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂを回転軸１の中心軸Ｏ−Ｏの長さ方向の磁界を導入する位置に配設したものであるから、回転軸１の軸方向の外部ノイズに対応でき、外部ノイズとして回転軸１の軸方向の磁界が予測される場合に効果的な配置となる。
【００８５】
［実施の形態１０]
図１５は本発明の実施の形態１０のトルクセンサ装置の全体構成を示す斜視図、図１６は本発明の実施の形態１０のトルクセンサ装置の全体構成を示す平面図である。
【００８６】
図１５及び図１６において、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの共通する中心軸Ｘ−Ｘは、磁歪環２の周囲に平行または略平行して配設され、回転軸１の中心軸Ｏ−Ｏと同一軸方向に離れて配設される。詳しくは、回転軸１の軸心（中心軸Ｏ−Ｏ）の軸方向に平行する軸方向にある。なお、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの各中心軸は、必ずしも中心軸Ｘ−Ｘに一致することを必要とするものではなく、略一致（略平行）すればよい。２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ間で、磁歪環２の軸方向の略中央に配設された内側ヨーク４、外側ヨーク５，６は、内側ヨーク４、外側ヨーク５，６の中心軸Ｏ−Ｏに平行し、内側ヨーク４及び外側ヨーク５，６が磁歪環２の軸方向に対して垂直面に配設され、それらの厚みの中心を通る直線上の位置が、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの中心軸Ｘ−Ｘに合致するようになっている。内側ヨーク４、外側ヨーク５，６が弧状でない場合は、内側ヨーク４、外側ヨーク５，６の厚みの中心を中心軸Ｘ−Ｘに合致するようにすればよい。
【００８７】
このように、本実施の形態は、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ、内側ヨーク４、外側ヨーク５，６を、磁歪環２の中心軸Ｏ−Ｏに対して垂直面に配設され、かつ、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通る各中心線が略平行で、かつ、回転軸１の軸心に略平行する中心軸Ｘ−Ｘに合致するように配設することにより、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通る磁気抵抗を小さくし、地磁気等の外部ノイズの磁界が２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを同時に通過する確率を非常に高くし、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力の差でそれを相殺することが可能となり、外部ノイズによる誤差を少なくすることができる。
【００８８】
［実施の形態１１]
図１７は本発明の実施の形態１１のトルクセンサ装置の全体構成を示す斜視図、図１８は本発明の実施の形態１１のトルクセンサ装置の全体構成を示す要部断面を有する平面図である。
【００８９】
図１７及び図１８において、特徴点は、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの共通する中心軸Ｘ−Ｘは、磁歪環２の周囲に平行して配設され、回転軸１の中心軸Ｏ−Ｏの長さ方向に離れて配設される。詳しくは、互いに同心円上にないものの、回転軸１の軸心の軸方向に平行する同一軸方向にある。
【００９０】
また、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ間で、磁歪環２の軸方向の略中央に配設された内側ヨーク４００は、断面略Ｔ字状に形成されており、断面略Ｔ字状の下端、即ち、内周平面部４０２の端部を異なる磁極の着磁部２Ａと着磁部２Ｂとの境界に設定できるから、磁歪環２に形成した磁極の回転軸１の軸方向の長さを長くでき、磁歪環２に形成した着磁部２Ａと着磁部２Ｂとの磁極から回転軸１の軸方向の磁界の変化を２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂで効率よく検出することができる。ここで、断面略Ｔ字状の厚みは、厚いほど磁気抵抗が低下できる。しかし、断面略Ｔ字状の下端、即ち、内周平面部４０２の端部は、磁極境界に設定されるものであるから、厚みが厚いと磁歪環２に形成した着磁部２Ａと着磁部２Ｂの回転軸１の軸方向の長さの磁極長のロスが生じてくる。断面略Ｔ字状の環状筒部４０１は、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの厚み及びその間の距離等によって決定されるものである。
【００９１】
なお、本実施の形態では、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂに挟まれる内側ヨーク４００には、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂとの間の磁気抵抗を更に低くなるようにしている。具体的には、内側ヨーク４００に突起４ａを形成して、磁気センサ３Ａとの間の磁気抵抗を低くしている。同様に、内側ヨーク４００に突起４ｂを形成して、磁気センサ３Ｂとの間の磁気抵抗を低くしている。内側ヨーク４００の突起４ａ，４ｂと磁気センサ３Ａ，３Ｂとの間の間隙は、一体に接合形成し、磁気抵抗を最小限に抑制している。
【００９２】
そして、外側ヨーク５００と外側ヨーク６００は、環状平面部５０２，６０２を磁極の外側端部に設定し、磁歪環２の外側外周には端部を磁気センサ３Ａ，３Ｂに対向する環状筒部５０１，６０１を形成している。これら環状平面部５０２，６０２と環状筒部５０１，６０１によって、断面略Ｌ字状を形成している。
【００９３】
この場合の外側ヨーク５００と外側ヨーク６００は、磁歪環２に形成した磁極の回転軸１の軸方向の長さを長くでき、磁歪環２に形成した磁極から回転軸１の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。また、外側ヨーク５００と外側ヨーク６００の厚みは、磁歪環２の端部からはみ出しても良いので、任意の厚みに設定することができ、磁気抵抗を任意に低下させることができる。
【００９４】
本実施の形態では、磁気センサ３Ａに対向する外側ヨーク５００または磁気センサ３Ｂに対向する外側ヨーク６００には、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂとの間の磁気抵抗を低くするように構成している。具体的には、外側ヨーク５００に突起５ａを形成し、磁気センサ３Ａとの間の磁気抵抗を低くし、同様に、外側ヨーク６００に突起６ｂを形成し、磁気センサ３Ｂとの間の磁気抵抗を低くしている。内側ヨーク４００と外側ヨーク５００，６００との突起４ａ，４ｂと突起５ａ，６ａと磁気センサ３Ａ，３Ｂとの間の間隙は、一体に接合形成し、磁気抵抗を最小限に抑制している。
【００９５】
内側ヨーク４００、外側ヨーク５００，６００の軸心（中心軸Ｏ−Ｏ）に平行し、内側ヨーク４００及び外側ヨーク５００，６００が磁歪環２の軸方向に対して垂直面に配設され、それらの厚みの中心を通る直線上の位置が、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの中心軸Ｘ−Ｘに合致するようになっている。内側ヨーク４００、外側ヨーク５００，６００が弧状でない場合には、内側ヨーク４００、外側ヨーク５００，６００の厚みの中心を中心軸Ｘ−Ｘに合致するようにすればよい。
【００９６】
更に、内側ヨーク４００の突起４ａ，４ｂと、外側ヨーク５００の突起５ａ、外側ヨーク６００の突起６ｂが、磁歪環２の軸方向に対して略平行に配設され、それらの突起４ａ，４ｂ、突起５ａ、突起６ｂの断面（磁歪環２の軸方向に対して垂直断面）の中心を通る各中心軸は、その直線上の位置が、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの中心軸Ｘ−Ｘに合致（略平行）するようになっている。
【００９７】
このように、本実施の形態の２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ、内側ヨーク４００、外側ヨーク５００，６００、内側ヨーク４００の突起４ａ，４ｂと外側ヨーク５００の突起５ａ、外側ヨーク６００の突起６ｂとが、磁歪環２の中心軸Ｏ−Ｏに対して垂直面に配設され、かつ、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通る中心線が回転軸１の軸心に平行する中心軸Ｘ−Ｘに合致するように配設することにより、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通る磁気抵抗を小さくし、地磁気等の外部ノイズの磁界が２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを同時に通過する確率を非常に高くし、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力の差でそれを相殺することが可能となり、外部ノイズによる誤差を少なくすることができる。
【００９８】
即ち、本発明を実施する場合には、内側ヨーク４００の突起４ａ，４ｂと外側ヨーク５００の突起５ａ、外側ヨーク６００の突起６ｂは、各２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの中心を通る直線が略平行で、かつ、回転軸１の中心軸Ｏ−Ｏに略平行配置されていればよい。
【００９９】
更に、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの中心軸Ｘ−Ｘを通る位置に、内側ヨーク４００の突起４ａ、外側ヨーク５００の突起５ａ、外側ヨーク６００の突起６ｂの軸心が配設され、磁気センサ３Ａ及び磁気センサ３Ｂと内側ヨーク４００及び外側ヨーク５００，６００との間に磁路を形成する透磁率の高い材料で磁気抵抗を低くした磁路を形成するものである。
【０１００】
内側ヨーク４００と外側ヨーク５００，６００との間には、内側ヨーク４００の突起４ａ、外側ヨーク５００の突起５ａ、外側ヨーク６００の突起６ｂ及び２個の磁気センサ３Ａまたは磁気センサ３Ｂが配設されているから、結果的に、内側ヨーク４００と外側ヨーク５００，６００とが離れていても、内側ヨーク４００の突起４ａ、外側ヨーク５００の突起５ａ、外側ヨーク６００の突起６ｂによって、磁気センサ３Ａと磁気センサ３Ｂが配設されている箇所の磁気抵抗が低くなるから、突起４ａ、内側ヨーク４００、磁歪環２の着磁部２Ａと外側ヨーク５００、突起５ａを磁路とする磁気抵抗の低い磁気回路が形成さる。同様に、突起４ｂ、内側ヨーク４００、磁歪環２の着磁部２Ｂと外側ヨーク６００、突起６ａを磁路とする磁気抵抗の低い磁気回路が形成される。
【０１０１】
特に、本実施の形態の内側ヨーク４００及び外側ヨーク５００，６００の２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂに対向する側の突起４ａ、突起５ａ、突起６ｂが、内側ヨーク４００及び外側ヨーク５００，６００と２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂに対向する側の突起構造を通る直線状の位置とし、回転軸１の中心軸Ｏ−Ｏに平行する位置に設けられているから、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通る磁気抵抗を小さくし、地磁気等の外部ノイズの磁界が２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを同時に通過する確率を非常に高くし、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力の差でそれを相殺することが可能となり、外部ノイズによる誤差を少なくすることができる。
【０１０２】
また、本実施の形態の内側ヨーク４００及び外側ヨーク５００，６００の２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂに対向する側の突起４ａ、突起５ａ、突起６ｂは、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの軸方向の両側に対向する対向面積及び磁性材料を略同一とし、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの軸方向の磁界の２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの通過前後の磁気抵抗の変化を少なくし、外部ノイズが２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂを通過し易い磁気抵抗とする構造としたものである。
【０１０３】
したがって、磁気センサ３Ａ，３Ｂを通る磁気抵抗が小さくでき、かつ、磁気センサ３Ａ，３Ｂの磁束の入力側と出力側の条件が略同一にでき、外部ノイズが磁気センサ３Ａ，３Ｂを通過し易い構造にできるから、地磁気等の外部ノイズの磁界が磁気センサ３Ａ，３Ｂを同時に通過する確率を高くし、磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力でその外部ノイズによる影響を相殺することが可能となる。
【０１０４】
また、内側ヨーク４００は、断面略Ｔ字状に形成されており、内周平面部４０２の内側端部を異なる磁極の着磁部２Ａと着磁部２Ｂとの境界に設定でき、磁歪環２に形成した着磁部２Ａと着磁部２Ｂとの磁極の長さを最大限活用することができるから、回転軸１の軸方向の磁界の変化を２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂで効率よく検出することができる。
【０１０５】
そして、外側ヨーク５００と外側ヨーク６００についても、磁歪環２に形成した着磁部２Ａと着磁部２Ｂとの磁極の長さを最大限活用することができるから、磁歪環２に形成した磁極から回転軸１の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。特に、外側ヨーク５００と外側ヨーク６００の厚みは、磁歪環２の端部からはみ出しても良いので、任意の厚みに設定することができ、磁気抵抗を任意に低下させることができ、感度を上げることができる。
【０１０６】
［実施の形態１２]
図１９は本発明の実施の形態１２のトルクセンサ装置の全体構成を示す要部断面を有する平面図である。
【０１０７】
図１９において、本実施の形態の特徴点は、外側ヨーク５００と外側ヨーク６００が、磁歪環２の端部の外側に環状平面部５０３，６０３を回転軸１の外周方向に延ばして形成したものである。これによって環状平面部５０３，６０３と環状筒部５０１，６０１は、両者により回転軸１の中心軸Ｏ−Ｏをとおる断面が断面略Ｌ字状を形成している。
【０１０８】
この場合の外側ヨーク５００と外側ヨーク６００は、環状平面部５０３，６０３が磁歪環２の端部の外側を覆うことにより、磁歪環２に形成した磁極の回転軸１の軸方向の長さ、即ち、多くの磁束を確保でき、磁歪環２に形成した磁極から回転軸１の軸方向の磁界の変化を効率よく検出することができる。また、外側ヨーク５００と外側ヨーク６００の厚みは、磁歪環２の端部からはみ出しても良いので、任意の厚みに設定することができ、磁気抵抗を任意に低下させることができる。
【０１０９】
また、外部ノイズを環状平面部５０３，６０３が効率よく２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂに通すものであり、シールド的な作用をなし、かつ、他に漏らすことがないから、外部ノイズの相殺が容易である。
【０１１０】
以上のように、上記実施例のトルクセンサ装置は、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂ間の透磁率の高い材料からなる内側ヨーク４または半円環状内側ヨーク４Ａ，４Ｂまたは半円環状内側ヨーク４０またはセンサ内側ヨーク８Ａｂ，８Ｂａは、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂに同一の外部ノイズを通過させ、かつ、互いに異なる軸方向に着磁された２極に対応して、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力で差動検出を行うものであるから、回転軸１の軸方向の外部ノイズが到来しても、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの出力の差でそれを相殺できるから、回転軸１とシールド部材との隙間から入った地磁気等の外部ノイズの影響をなくすことができ、Ｓ／Ｎ比を高くすることができる。また、内側ヨーク４または半円環状内側ヨーク４Ａ，４Ｂまたは半円環状内側ヨーク４０またはセンサ内側ヨーク８Ａｂ，８Ｂａと、外側ヨーク５と外側ヨーク６または半円環状外側ヨーク５Ａ，５Ｂと半円環状外側ヨーク６Ａ，６Ｂまたは半円環状外側ヨーク５０と半円環状外側ヨーク６０またはセンサ外側ヨーク８Ａａとセンサ外側ヨーク８Ｂｂとによって磁歪環２の磁化変化を磁気センサ３Ａ，３Ｂにまで誘導できるので、磁歪環２の磁化変化を的確に検出し、その変化量を大きくすることができる。
【０１１１】
ここで、対向面積が維持できれば、対向体積まで略同一にしなくても透磁率の良い材料を使用すれば、トルクセンサ装置の構造においては、問題がないことを発明者らが確認した。即ち、上記実施例のトルクセンサ装置は、前述した内側ヨークが、２個の磁気センサ３Ａ，３Ｂの軸方向の両側に対向する対向面積及び磁性材料を略同一として配設されたものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】図１は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置の全体構成を示す平面図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置の２個の磁気センサからの検出回路図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態１のトルクセンサ装置における実測特性図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態２のトルクセンサ装置における実施例（ａ）乃至（ｄ）の２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態２のトルクセンサ装置における実施例の２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの突起正面構造を示す説明図である。
【図７】図７（ａ）は本発明の実施の形態３のトルクセンサ装置における２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図及び図７（ｂ）は側面配置構造を示す説明図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の実施の形態４のトルクセンサ装置における２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図及び図８（ｂ）は側面配置構造を示す説明図である。
【図９】図９（ａ）は本発明の実施の形態５のトルクセンサ装置における２個の磁気センサと内側ヨークと外側ヨークとの平面配置構造を示す説明図及び図９（ｂ）は１個の磁気センサの正面図及び図９（ｃ）はその側面図である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明の実施の形態６のトルクセンサ装置における１個の磁気センサの正面図及び図１０（ｂ）はその側面図である。
【図１１】図１１（ａ）は本発明の実施の形態７のトルクセンサ装置における１個の磁気センサの正面図及び図１１（ｂ）はその側面図である。
【図１２】図１２（ａ）は本発明の実施の形態８のトルクセンサ装置における１個の磁気センサの正面図及び図１２（ｂ）はその側面図である。
【図１３】図１３は本発明の実施の形態９のトルクセンサ装置における２個の磁気センサの平面構造を示す平面図である。
【図１４】図１４（ａ）は本発明の実施の形態９のトルクセンサ装置における磁歪環及びヨークの構成を示す正面説明図並びに図１４（ｂ）はその右側面図を示す説明図である。
【図１５】図１５は本発明の実施の形態１０のトルクセンサ装置の全体構成を示す斜視図である。
【図１６】図１６は本発明の実施の形態１０のトルクセンサ装置の全体構成を示す平面図である。
【図１７】図１７は本発明の実施の形態１１のトルクセンサ装置の全体構成を示す斜視図である。
【図１８】図１８は本発明の実施の形態１１のトルクセンサ装置の全体構成を示す要部断面を有する平面図である。
【図１９】図１９は本発明の実施の形態１２のトルクセンサ装置の全体構成を示す要部断面を有する平面図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１ 回転軸
２ 磁歪環
２Ａ，２Ｂ 着磁部
３（３Ａ，３Ｂ） 磁気センサ
４ 内側ヨーク
５，６ 外側ヨーク
４ａ〜４ｈ，５ａ〜５ｄ，６ａ〜６ｄ 突起
ＯＰ 差動増幅回路
８Ａａ，８Ｂｂ センサ外側ヨーク
８Ａｂ，８Ｂａ センサ内側ヨーク
３０ 検出回路
４０ 半円環状内側ヨーク
５０，６０ 半円環状外側ヨーク
８０ 連結ヨーク
８１ 曲折部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固着されると共に、互いに周方向の向きを反対に着磁された隣接区画が、前記回転軸に加えられたトルクに応じて前記回転軸の軸方向（軸の長さ方向）に平行する磁界を発生する磁歪環と、
前記磁歪環に形成した２個の区画の磁極に対応し、前記回転軸の軸方向に沿って配設された前記２個の磁気センサと、
前記２個の磁気センサ間で、かつ、前記磁歪環に形成された磁極境界に配設された内側ヨークと、
前記２個の磁気センサの外側に配設され、前記２個の磁気センサの各々に対応する前記内側ヨークとの間に磁路を形成する一対の外側ヨークと、
前記互いに異なる磁極の磁界を検出する前記磁気センサの出力を差として検出を行う検出回路と
を具備することを特徴とするトルクセンサ装置。
【請求項２】
前記内側ヨークは、前記２個の磁気センサの磁路が共通に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ装置。
【請求項３】
前記内側ヨークは、前記回転軸の中心軸をとおる断面が、略四角形状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトルクセンサ装置。
【請求項４】
前記内側ヨークは、前記回転軸の中心軸をとおる断面が、略Ｔ字状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトルクセンサ装置。
【請求項５】
前記外側ヨークは、前記回転軸の中心軸をとおる断面が、略四角形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項６】
前記外側ヨークは、前記回転軸の中心軸をとおる断面が、略Ｌ字状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項７】
前記外側ヨークは、前記回転軸の中心軸をとおる断面が、前記磁歪環の端面の径よりも小径になるように形成されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のトルクセンサ装置。
【請求項８】
前記内側ヨーク及び前記外側ヨークは、前記磁歪環の周囲の対向面が、弧状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項９】
前記内側ヨーク及び前記外側ヨークは、前記回転軸の周囲に取付けた全体が、略直方体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３、請求項５、請求項７及び請求項８の何れか１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項１０】
前記内側ヨーク及び前記外側ヨークは、前記２個の磁気センサの中心を通る直線が略平行で、かつ、前記回転軸の軸線に略平行配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項１１】
前記内側ヨーク及び前記外側ヨークは、前記磁気センサ側に突出した突起を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項１２】
前記内側ヨーク及び前記外側ヨークの前記磁気センサに対向する側の前記突起は、前記磁気センサの中心並びに前記内側ヨーク及び前記外側ヨークの突起の中心を通る直線に略平行で、かつ、前記回転軸の軸線に略平行する位置に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のトルクセンサ装置。
【請求項１】
回転軸に固着されると共に、互いに周方向の向きを反対に着磁された隣接区画が、前記回転軸に加えられたトルクに応じて前記回転軸の軸方向（軸の長さ方向）に平行する磁界を発生する磁歪環と、
前記磁歪環に形成した２個の区画の磁極に対応し、前記回転軸の軸方向に沿って配設された前記２個の磁気センサと、
前記２個の磁気センサ間で、かつ、前記磁歪環に形成された磁極境界に配設された内側ヨークと、
前記２個の磁気センサの外側に配設され、前記２個の磁気センサの各々に対応する前記内側ヨークとの間に磁路を形成する一対の外側ヨークと、
前記互いに異なる磁極の磁界を検出する前記磁気センサの出力を差として検出を行う検出回路と
を具備することを特徴とするトルクセンサ装置。
【請求項２】
前記内側ヨークは、前記２個の磁気センサの磁路が共通に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ装置。
【請求項３】
前記内側ヨークは、前記回転軸の中心軸をとおる断面が、略四角形状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトルクセンサ装置。
【請求項４】
前記内側ヨークは、前記回転軸の中心軸をとおる断面が、略Ｔ字状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトルクセンサ装置。
【請求項５】
前記外側ヨークは、前記回転軸の中心軸をとおる断面が、略四角形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項６】
前記外側ヨークは、前記回転軸の中心軸をとおる断面が、略Ｌ字状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項７】
前記外側ヨークは、前記回転軸の中心軸をとおる断面が、前記磁歪環の端面の径よりも小径になるように形成されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のトルクセンサ装置。
【請求項８】
前記内側ヨーク及び前記外側ヨークは、前記磁歪環の周囲の対向面が、弧状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項９】
前記内側ヨーク及び前記外側ヨークは、前記回転軸の周囲に取付けた全体が、略直方体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３、請求項５、請求項７及び請求項８の何れか１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項１０】
前記内側ヨーク及び前記外側ヨークは、前記２個の磁気センサの中心を通る直線が略平行で、かつ、前記回転軸の軸線に略平行配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項１１】
前記内側ヨーク及び前記外側ヨークは、前記磁気センサ側に突出した突起を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１つに記載のトルクセンサ装置。
【請求項１２】
前記内側ヨーク及び前記外側ヨークの前記磁気センサに対向する側の前記突起は、前記磁気センサの中心並びに前記内側ヨーク及び前記外側ヨークの突起の中心を通る直線に略平行で、かつ、前記回転軸の軸線に略平行する位置に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のトルクセンサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００６−１０６６９（Ｐ２００６−１０６６９Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８０９８３（Ｐ２００４−２８０９８３）
【出願日】平成１６年９月２８日（２００４．９．２８）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２８日（２００４．９．２８）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
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