JPH11287718A - 磁歪式トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】温度が変化しても、被検出軸に作用するトルク
を正確に検出できる磁歪式トルクセンサを提供すること
にある。 【解決手段】磁歪材５，６はシャフト２に作用するトル
クに応じた応力が伝達され、シャフト２に作用するトル
クに応じた応力磁気特性を有する。検出用コイル１３，
１４は処理回路１７を介して、シャフト２に作用するト
ルクに応じて磁歪材５，６が歪むことによる磁束の変化
からトルクに応じた電圧ΔＥを検出する。磁歪材７はシ
ャフト２に作用する応力が非伝達状態となるようにシャ
フト２に支持される。検出用コイル１５は、磁歪材７を
通る磁束の変化からシャフト２の温度に応じた電圧ＥC
を検出する。コントローラ２０はシャフトの温度に応じ
た電圧ＥC に基づいて、トルクに応じた電圧ΔＥを温度
補正し、シャフト２に作用するトルクを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検出軸に作用す
るトルクを歪み磁気特性を利用して検出する磁歪式トル
クセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の磁歪式のトルクセンサは、シャ
フトの外周面に固定された磁歪材がシャフトに働くトル
クによって捻じれて歪むことによりその透磁率がトルク
に応じて変化し、この透磁率変化に応じた磁束変化に基
づいて検出用コイルに誘導される誘導起電力からトルク
を検出するようになっている。

【０００３】従来、図４に示すように磁歪式のトルクセ
ンサ３０では、シャフト３１がハウジング３２内にベア
リング３３を介して回転可能に支持されている。そし
て、このシャフト３１の外周面に円筒状の磁歪材３４が
固着される。また、ハウジング３２内には磁歪材３４の
外周面と対向する円筒状のヨーク３６が配置されてい
る。ヨーク３６には励磁用コイル３７，３８と検出用コ
イル３９，４０とが組付けられており、ヨーク３６の内
周面は磁歪材３４の外周面と所定のギャップで対向して
いる。

【０００４】磁歪材３４の外周面には、その軸線方向に
対して４５°の方向に切溝が形成された領域Ａが形成さ
れている。また、磁歪材３４の外周面には、その軸線方
向に対して−４５°の方向に切溝が形成された領域Ｂが
形成されている。そして、励磁用コイル３７に交流電流
が流れることにより、磁束がヨーク３６→磁歪材３４の
領域Ａ→ヨーク３６を通る磁気回路が形成される。ま
た、励磁用コイル３８に交流電流が流れることにより、
磁束がヨーク３６→磁歪材３４の領域Ｂ→ヨーク３６を
通る磁気回路が形成される。この２つの領域Ａ，Ｂに
は、シャフト３１にトルクが発生すると、一方に引張
力、他方に圧縮力が働くことになる。そして、これら各
領域Ａ，Ｂにおける透磁率の変化による磁束の変化に応
じて各検出用コイル３９，４０に誘導される電圧値を処
理回路４１が差分することでトルクの検出が行われる。
つまり、処理回路４１にて差分した出力電圧ΔＥからシ
ャフト３１に働くトルクを求めるようになっている。

【０００５】具体的には、各検出コイル３９，４０に誘
導される電圧ＥA ，ＥB は次式のようになる。 ＥA ＝Ｅo ＋ΔＥT ＋ΔＥA ・・・（１０） ＥB ＝Ｅo −ΔＥT ＋ΔＥB ・・・（１１） ただし、Ｅo は基準温度でのトルク０のときの検出用コ
イル３９，４０の出力電圧であり、ΔＥT はトルクの変
化により検出用コイル３９，４０に誘導される電圧であ
る。また、ΔＥA およびΔＥB は、基準温度からの温度
変化により各コイル３９，４０に誘導される電圧であ
る。

【０００６】そして、温度の定常状態または領域Ａ，Ｂ
を極力接近配置すれば、ΔＥA ＝ΔＥB となるので、こ
れら電圧ＥA ，ＥB を差分して、次式のようにトルクの
変化による出力電圧ΔＥが算出される。

【０００７】 ΔＥ＝（１０）−（１１）＝２ΔＥT ・・・（１２） つまり、トルクの変化により誘導される電圧ΔＥT のみ
が検出電圧として出力される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、トルクセン
サ３０の製造時において、電圧ＥA を検出する磁歪材の
領域Ａ、励磁コイル３７、検出コイル３９等からなる検
出部と、電圧ＥB を検出する磁歪材の領域Ｂ、励磁コイ
ル３８、検出コイル４０等からなる検出部は、全く同一
に製造することはできず個体差が生ずる。この個体差は
ΔＥA ≠ΔＥB となってあらわれる。つまり、前記した
シャフト３１の温度変化に対するコイル３９から誘導さ
れる電圧ΔＥA と、コイル４０から誘導される電圧ΔＥ
B は相違する。 その結果、式（１２）の出力電圧ΔＥ
は ΔＥ＝２ΔＥT ＋ΔΔＥ ・・・（１３） 尚、ΔΔＥは個体差による誤差であって、ΔΔＥ＝ΔＥ
A −ΔＥB となる。

【０００９】つまり、シャフト３１に同じトルクが作用
していても、電圧ΔΔＥがその時々の温度により変化し
てしまうため、処理回路４１での差分後の出力電圧ΔＥ
も変化してしまう。

【００１０】より詳しくは、図５に示すようにシャフト
３１に働いているトルクが所定値Ｔｒであったとして
も、温度が４０℃の場合では、差分後の出力電圧はΔＥ
1 となり、温度が２５℃の場合では、出力電圧はΔＥ2
となる。さらに、温度が−１０℃の場合では、出力電圧
はΔＥ3 となる。

【００１１】このように、シャフト３１の温度によって
電圧ΔΔＥが変化し、差分後の出力電圧ΔＥは異なる値
となる。このような温度変化に応じた電圧ΔΔＥは、ト
ルクに応じて誘導される電圧ΔＥT に対し無視できない
程大きく、シャフト３１に作用する正確なトルクを検出
することが困難なものとなっていた。

【００１２】そこで、本発明の目的は、温度が変化した
としても、被検出軸に作用するトルクを正確に検出でき
る磁歪式トルクセンサを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、被検出軸に固着され、前記被検出軸に作用するトル
クに応じた応力磁気特性を有する第１の磁歪材と、前記
第１の磁歪材を通る磁束を発生するための第１のコイル
と、前記被検出軸に作用するトルクに応じて前記第１の
磁歪材が歪むことによる磁束の変化からトルクに応じた
検出値を検出する第１の検出手段とを備えた磁歪式トル
クセンサにおいて、前記被検出軸に支持され、前記被検
出軸に作用するトルクに応じた応力磁気特性が略一定と
なる第２の磁歪材と、前記第２の磁歪材を通る磁束を発
生するための第２のコイルと、前記第２の磁歪材を通る
磁束の変化から被検出軸の温度に応じた検出値を検出す
る第２の検出手段と、前記第２の検出手段により検出す
る被検出軸の温度に応じた検出値に基づいて、前記第１
の検出手段による検出値を温度補正し、前記被検出軸に
作用するトルクを算出する演算処理手段とを備えたこと
を特徴としている。

【００１４】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記第２の磁歪材は、前記被検出軸に
作用するトルクに応じた応力が非伝達状態となるように
当該検出軸に支持されるものである。

【００１５】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記演算処理手段を、前記第２の検出
手段による検出値に対する被検出軸の温度に関する温度
データと、被検出軸の温度に対する第１検出手段による
検出値の補正値に関する補正データとを記憶する記憶手
段を備え、そのデータに基づいて被検出軸に作用するト
ルクを算出するものとしている。

【００１６】請求項４に記載の発明は、被検出軸に作用
するトルクに応じた応力が伝達されるように固着され、
前記被検出軸に作用するトルクに応じた応力磁気特性を
有する第１の磁歪材と、前記第１の磁歪材を通る磁束を
発生するための第１のコイルと、前記被検出軸に作用す
るトルクに応じて前記第１の磁歪材が歪むことによる磁
束の変化からトルクに応じた検出値を検出する第１の検
出手段とを備えた磁歪式トルクセンサにおいて、前記被
検出軸に作用するトルクに応じた応力が非伝達状態とな
るように当該検出軸に支持された第２の磁歪材と、前記
第２の磁歪材を通る磁束を発生するための第２のコイル
と、前記第１の検出手段による検出値を温度補正するた
めの前記第２の磁歪材を通る磁束の変化から被検出軸の
温度に応じた検出値を検出する第２の検出手段とを備え
たことを特徴としている。

【００１７】請求項１に記載の発明によれば、第２の検
出手段は、被検出軸に作用するトルクに応じた応力が加
わっても、応力磁気特性が略一定のため、被検出軸（磁
歪材）の温度の変化に基づく検出値が検出される。従っ
て、該第２の検出手段の検出値からその時の被検出軸
（磁歪材）の温度を求めることができる。第１の検出手
段が検出する検出値は、被検出軸に作用するトルクに応
じた応力に基づく成分と被検出軸の温度の変化に基づく
成分を含む検出値となる。従って、第２の検出手段の検
出値から求められるその時の被検出軸の温度に基づい
て、第１の検出手段が検出する検出値に含まれる被検出
軸のその時の温度に基づく成分を割り出し、その成分を
除く補正をすれば被検出軸に作用するトルクが検出され
る。

【００１８】請求項２に記載の発明によれば、第２の検
出手段は、被検出軸に作用するトルクに応じた応力が伝
達されないため、被検出軸（磁歪材）の温度の変化に基
づく検出値が検出される。従って、該第２の検出手段の
検出値からその時の被検出軸（磁歪材）の温度を求める
ことができる。第１の検出手段が検出する検出値は、被
検出軸に作用するトルクに応じた応力に基づく成分と被
検出軸の温度の変化に基づく成分を含む検出値となる。
従って、第２の検出手段の検出値から求められるその時
の被検出軸の温度に基づいて、第１の検出手段が検出す
る検出値に含まれる被検出軸のその時の温度に基づく成
分を割り出し、その成分を除く補正をすれば被検出軸に
作用するトルクが検出される。

【００１９】請求項３に記載の発明によれば、記憶手段
に記憶された温度データにて、第２の検出手段の検出値
からその時の被検出軸の温度が求められ、補正データに
て、その時の被検出軸の温度から第１の検出手段が検出
する検出値に含まれる被検出軸のその時の温度に基づく
成分を除くための補正値が求められる。そして、第１の
検出手段が検出する検出値を補正値で減算すれば被検出
軸に作用するトルクが検出される。

【００２０】請求項４に記載の発明によれば、第２の検
出手段は、被検出軸に作用するトルクに応じた応力が伝
達されないため、被検出軸の温度の変化に基づく検出値
が検出される。従って、該第２の検出手段の検出値から
被検出軸に作用するトルクを求めるために必要なその時
の被検出軸の温度を求めることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態を図１〜図３に従って説明する。図１はスリーブ型
磁歪式トルクセンサ１が組付けられた部分における断面
図である。被検出軸としてのシャフト２は、円筒状のハ
ウジング３の内部に挿通された状態でベアリング４を介
して回転可能に支持されている。シャフト２には磁性体
としての磁歪特性を有する円筒状の磁歪材５，６，７が
外嵌されている。第１の磁歪材としての磁歪材５，６の
両端部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂはシャフト２に対して溶
接され固定されている。

【００２２】一方、第２の磁歪材としての磁歪材７の端
部７ａ，７ｂはシャフト２の軸線方向にズレないように
ストッパー８にて支持される。詳述すると、磁歪材７は
シャフトのトルクが伝わらないように、シャフト２に軽
くはめ込まれた状態、つまり、摩擦接触している程度で
ストッパー８を用いてシャフト２に円周方向および軸線
方向にズレないように支持されている。

【００２３】磁歪材５，６，７は磁気歪み効果を有する
ものであって、パーマロイ、鉄・ニッケル・クロム合
金、Ｎｉ SpanＣ等の高透磁率軟磁性材料が使用され、
溶接可能なスリーブに形成されている。また、ストッパ
ー８は非導体かつ非磁性の樹脂にて形成されている。

【００２４】磁歪材５，７の表面（磁歪膜領域）には、
軸線方向に４５°をなす多数の切溝がそれぞれ周方向に
等間隔に形成された被検出領域Ａ，Ｃが形成されてい
る。さらに、磁歪材６の表面（磁歪膜領域）には、軸線
方向に−４５°をなす多数の切溝が周方向に等間隔に形
成された被検出領域Ｂが形成されている。なお、磁歪材
５，６，７には、鉄−アルミニウム系の磁歪材料、アモ
ルファス磁歪材料を使用することもできる。

【００２５】ハウジング３内には磁歪材５，６，７の外
周面と対向する円筒状のヨーク９が配置されている。ヨ
ーク９の内周面には磁歪材５，６，７の各被検出領域
Ａ，ＢＣと対向する位置に３つの凹部が形成され、各凹
部には内側にコイルとしての励磁用コイル１０，１１，
１２が、外側に検出手段としての検出用コイル１３，１
４，１５が二層に巻回された状態で組付けらている。つ
まり、励磁用コイル１０，１１，１２と検出用コイル１
３，１４，１５はそれぞれ被検出領域Ａ，Ｂ，Ｃに対向
するように設けられている。なお、これらの組み付け時
において、ヨーク９と磁歪材５，６，７との軸心の一致
が図られ、両者間のギャップは周方向に高い精度で一定
に確保されている。

【００２６】図２はトルクセンサ１の電気的構成を示
す。図２に示すように、交流電源１６には励磁用コイル
１０，１１が直列に接続され、励磁用コイル１２は励磁
用コイル１０，１１に対し並列に接続されている。検出
用コイル１３，１４，１５の一方の端子が接地されると
ともに、他方の端子は、公知の処理回路１７に接続され
ている。そして、シャフト２にトルクが発生したとき、
各検出用コイル１３，１４，１５から誘導されて処理回
路１７に出力される各電圧ＥA ，ＥB ，ＥC は以下のよ
うになる。

【００２７】第１の検出手段を構成する検出用コイル１
３，１４から誘導される電圧ＥA ，ＥB は、 ＥA ＝Ｅo ＋ΔＥT ＋ΔＥA ・・・（１４） ＥB ＝Ｅo −ΔＥT ＋ΔＥB ・・・（１５） Ｅo は基準温度でのトルクが０の時の検出用コイル１
３，１４の出力される電圧である。ΔＥT はトルクの変
化によって検出用コイル１３，１４に誘導される電圧で
あって、引張力を受けている時には正、圧縮力を受けて
いる時には負となる。ΔＥA ，ΔＥB は基準温度からの
温度変化によって検出用コイル１３，１４に誘導される
電圧である。

【００２８】一方、第２の検出手段を構成する検出コイ
ル１５から誘導される電圧ＥC は、 ＥC ＝Ｅo ＋ΔＥC ・・・（１６） Ｅo は基準温度でのトルクが０の時の検出用コイル１５
の出力される電圧である。ΔＥC は基準温度からの温度
変化によって検出用コイル１５の出力される電圧であ
る。

【００２９】式（１６）において、磁歪材７にはシャフ
ト２からのトルクが伝達されないため、トルクの変化に
よって誘起される電圧は発生しない（ΔＥT ＝０であ
る）。演算処理手段を構成する前記処理回路１７は、差
動回路１８および整流回路１９を備えている。差動回路
１８は前記検出用コイル１３，１４からの電圧ＥA ，Ｅ
B を入力する。差動回路１８は電圧ＥA ，ＥB を減算
し、その減算した出力電圧ΔＥを整流回路１９に出力す
る。

【００３０】即ち、差動回路１８から出力される電圧Δ
Ｅは、式（１４），式（１５）から ΔＥ＝ＥA −ＥB ＝２ΔＥT ＋ΔＥA −ΔＥB ・・・（１７） となる。式（１７）から明らかなように、出力電圧ΔＥ
はトルクの変化によって誘導される電圧ΔＥT の他に、
磁歪材５、励磁用コイル１０、検出用コイル１３等から
なる検出部と磁歪材６、励磁用コイル１１、検出用コイ
ル１４等からなる検出部の個体差による誤差ΔΔＥ（＝
ΔＥA −ΔＥB ）が含まれる。

【００３１】つまり、図５に示すように、シャフト２に
作用するトルクが所定値Ｔｒであっても、出力電圧ΔＥ
はその時の温度に起因して変動する誤差ΔΔＥ（＝ΔＥ
A −ΔＥB ）によって同じ値にならない。そして、この
出力電圧ΔＥは整流回路１９にて整流され直流電圧に変
換されて演算処理手段を構成するコントローラ２０に出
力される。

【００３２】また、検出用コイル１５からの電圧ＥC
（＝Ｅo ＋ΔＥC ）は、整流回路１９にて整流され直流
電圧に変換されてコントローラ２０に出力される。な
お、検出用コイル１５からの電圧ＥC は前記したよう
に、基準温度でのトルクが０の時の検出用コイル１５の
出力される電圧Ｅo の他に、温度変化によって検出用コ
イル１５に誘導される電圧ΔＥC である。そして、電圧
ＥC は、トルクの変化によって誘導される電圧は含まな
い。従って、図３に示すように、シャフト２にトルクが
作用しているか否かに関係なく、温度が４０℃の場合で
は、電圧ＥC はＥC1となり、温度が２５℃の場合では、
電圧ＥC はＥC2となる。さらに、温度が−１０℃の場合
では、電圧ＥC はＥC3となる。従って、電圧ＥC はＥo
が一定値であるため、温度変化に相対した値となる。そ
の結果、電圧ＥC がわかればその時のシャフト２（各磁
歪材５，６，７）の温度がわかることになる。詳述すれ
ば、磁歪材５〜７、励磁用コイル１０〜１２、検出用コ
イル１３〜１５等からなる各検出部分の温度を知ること
ができる。

【００３３】コントローラ２０には中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）２１、記憶手段としての読出し専用メモリ（ＲＯ
Ｍ）２２、読出し書替え可能メモリ（ＲＡＭ）２３およ
びＡ／Ｄ変換回路２４が備えられている。ＣＰＵ２１は
ＲＯＭ２２に記憶されたプログラムデータに基づいて、
処理回路１７からＡ／Ｄ変換回路２４を介して入力する
入力値（出力電圧ΔＥ、および電圧ＥC の直流値）から
トルクの向きおよび大きさを算出するトルク演算処理を
行う。

【００３４】前記ＲＯＭ２２には、温度データが予め記
憶されている。温度データは、前記電圧ＥC （正確には
直流電圧に変換された後にＡ／Ｄ変換回路２４にてデジ
タル変換された値）に対する温度のデータである。つま
り、温度データは、予め試験等で各温度条件下で電圧Ｅ
C を求めて各温度に対する電圧ＥC のデータを基に作成
されたものである。従って、例えば、図３において、電
圧ＥC がＥC1の時、ＲＯＭ２２の温度データから温度が
４０℃のデータが読み出され、電圧ＥC がＥC2の時、Ｒ
ＯＭ２２の温度データから温度が２５℃のデータが読み
出されることになる。

【００３５】また、前記ＲＯＭ２２には、補正データが
予め記憶されている。補正データは、前記誤差ΔΔＥ
（＝ΔＥA −ΔＥB ）を消去するためのデータであっ
て、温度に対する補正値Ｋのデータである。補正値Ｋの
データは、試験等でシャフト２に作用させる各トルク毎
に、かつ、各温度条件下で誤差ΔΔＥ（＝ΔＥA −ΔＥ
B）を予め求め、その求めた誤差ΔΔＥを温度に対する
補正値Ｋ（＝ΔΔＥ）のデータとして作成したものであ
る。

【００３６】そして、ＣＰＵ２１はＲＯＭ２２の温度デ
ータからその時の温度を読み出すと、その温度に対する
補正値Ｋ（誤差ΔΔＥ）をＲＯＭ２２の補正データから
読み出すようになっている。ＣＰＵ２１は読み出した補
正値Ｋ（誤差ΔΔＥ）と、前記出力電圧ΔＥ（正確には
直流電圧に変換された後にＡ／Ｄ変換回路２４にてデジ
タル変換された値）とで下記の演算処理を行いシャフト
２に作用しているトルクに相対した電圧ＥT を抽出す
る。

【００３７】 ＥT ＝ΔＥ−Ｋ ＝２ΔＥT ＋ΔＥA −ΔＥB −Ｋ ＝２ΔＥT ＋ΔΔＥ−Ｋ ＝２ΔＥT 次に、本実施の形態におけるトルクセンサ１の作用を説
明する。

【００３８】トルクセンサ１の作動中は、交流電源１６
から励磁用コイル１０，１１，１２に一定の振幅および
周波数の交流電流が流され、磁束がヨーク９→磁歪材
５，６，７→ヨーク９を通る３つの磁気回路が形成され
る。シャフト２に回転力が加えられてトルクが発生する
と、磁歪材５，６におけるＡ領域とＢ領域は、それぞれ
一方が圧縮力を他方が引張力を受ける。このため、Ａ領
域とＢ領域の磁束の変化を検出する検出用コイル１３，
１４には、引張力を受けた被検出領域を検出する側で大
きな、圧縮力を受けた被検出領域を検出する側で小さく
なるようなシャフト２のトルクに比例する出力電圧ＥA
，ＥB が発生する。具体的に、Ａ領域で引張力を受
け、Ｂ領域にて圧縮力を受けた場合には、次式のように
なる。

【００３９】 ＥA ＝Ｅo ＋ΔＥT ＋ΔＥA ・・・（１） ＥB ＝Ｅo −ΔＥT ＋ΔＥB ・・・（２） そして、検出用コイル１３，１４に誘導された電圧ＥA
，ＥB は処理回路１７に入力される。処理回路１７
は、検出用コイル１３，１４から入力電圧を差動回路１
８で減算し、その減算した信号を内部に設けられた整流
回路１９で整流して、トルクに応じた電圧を検出する。
ここで、差動回路１８での減算後のトルクに応じた電圧
ΔＥは、次式のようになる。

【００４０】 ΔＥ＝（１）−（２）＝２ΔＥT ＋ΔＥA −ΔＥB ・・・（３） このように、処理回路１７は電圧ΔＥのレベルが零レベ
ルに対して正側にどれだけの値をとるか、負側にどれだ
けの値をとるかによって、トルクの大きさ及び方向を検
出するようになっている。しかしながら、式（１３）の
ΔΔＥ（＝ΔＥA −ΔＥB ）と同様に、式（３）におけ
るΔＥA −ΔＥB は温度によって変化するため、減算後
の電圧ΔＥはシャフト２の温度に応じて変化する。

【００４１】一方、磁歪材７のＣ領域では、シャフト２
に作用するトルクによる磁束の変化は起こらず、検出用
コイル１５に誘導される電圧ＥC は次式のようになる。 ＥC ＝Ｅo ＋ΔＥC ・・・（４） 前述した電圧ΔＥ，ＥC は整流回路１９を介してコント
ローラ２０に入力される。この入力電圧はＡ／Ｄ変換回
路２４によって、デジタルデータに変換され、ＣＰＵ２
１に取り込まれる。ＣＰＵ２１は電圧ＥC を用いて、Ｒ
ＯＭ２２に記憶した温度データからシャフト２の温度を
求める。次に、ＣＰＵ２１は、求めた温度に基づいて、
ＲＯＭ２２に記憶した補正データからその時の温度に対
する補正値Ｋ（誤差ΔΔＥ）を求める。そして、ＣＰＵ
２１はこの求めた補正値Ｋ（誤差ΔΔＥ）と出力電圧Δ
Ｅとでシャフト２に働く実際のトルクに相対した電圧Ｅ
Tを抽出する。

【００４２】このように本実施の形態は、下記のような
特徴を示す。 （１）磁歪材５，６がシャフト２に作用するトルクに応
じた応力が伝達されるようにシャフト２に溶接され、シ
ャフト２に作用するトルクに応じて磁歪材５，６が歪む
ことによる磁束の変化に応じた検出用コイル１３，１４
からの入力電圧を処理回路１７の差動回路１８を用いて
減算し、式（３）のようにトルクに応じた電圧ΔＥが検
出される。また、磁歪材７がシャフト２に作用する応力
が非伝達状態となるようにシャフト２にストッパー８を
用いて支持され、磁歪材７を通る磁束の変化からシャフ
ト２の温度に応じて検出用コイル１５に誘電される電圧
ＥCが検出される。そして、コントローラ２０によりシ
ャフト２の温度に応じた電圧ＥC が取り込まれ、この電
圧にＥC 基づいて、その時の温度に応じて電圧ΔＥを補
正し、シャフト２に作用するトルクが算出される。

【００４３】その結果、電圧ΔＥは、図５に示すように
シャフト２の温度により変化してしまい、シャフト２に
作用するトルクを正確に検出することができないが、シ
ャフト２の温度に応じた電圧ＥC が検出され、この電圧
ＥC を用いてコントローラ２０が電圧ΔＥを補正するこ
とにより、シャフト２に作用するトルクを正確に検出す
ることができる。

【００４４】よって、シャフト２の温度が変化したとし
ても、シャフト２に作用するトルクを正確に検出でき
る。 （２）電圧ＥC と温度に関する温度データと温度と補正
値Ｋに関するデータが、ＲＯＭ２２に予め記憶され、コ
ントローラ２０により、このデータに基づいて、シャフ
トに作用するトルクが算出される。即ち、このデータを
用いてシャフト２の温度を求め、この温度から補正値Ｋ
を求めて電圧ΔＥを補正する。従って、コントローラ２
０は複雑な演算処理をすることなく短時間にシャフトに
作用するトルクを正確に検出することができる。

【００４５】（３）処理回路１７の差動回路１８で減算
することによって、１つの磁歪材を用いた場合に検出さ
れる検出電圧（ΔＥT ）の２倍の電圧（２ΔＥT ）をコ
ントローラ２０に取り込むことができ、さらに、差分す
ることによって大部分の温度変化と、同相ノイズ等の外
乱要因を相殺して補償することができ、精度の高いトル
ク検出を行えるようになっている。

【００４６】また、温度を補償するための第２の磁歪材
７を、トルク検出用として設けられた第１の磁歪材５，
６の間に配置したので、温度補償するためにより好まし
いものとなっている。 （４）磁歪材７は、磁歪材５，６に対し同形状かつ同質
材料から形成され、これら磁歪材５，６，７が固定され
るシャフトとの合成インダクタンスを等しくなるように
したので、より精度の高い温度補正によるトルク検出を
行うことができる。

【００４７】なお、発明の実施の形態は、上記実施の形
態に限定されるものではなく、下記のように実施しても
よい。 ○上記実施の形態では３つの磁歪材を用いるものであっ
たが、図１に示す２つの磁歪材５，７のみを用いて実施
してもよい。この場合、差動回路１８には、検出用コイ
ル１３から誘導される電圧ＥA と、予め求めた基準温度
でのトルク０の時の検出用コイル１３の出力される電圧
Ｅo とを入力する。従って、差動回路１８から出力され
る電圧ΔＥは、 ΔＥ＝ＥA −Ｅo ＝Ｅo ＋ΔＥT ＋ΔＥA −Ｅo ＝ΔＥ
T ＋ΔＥA となる。

【００４８】そして、ＲＯＭ２２に記憶した補正データ
を、温度変化に基づく電圧ΔＥA を消去するための温度
に対する補正値とする。この補正値のデータは試験等で
シャフト２に作用させる各トルク毎に、かつ、各温度条
件下で電圧ΔＥA を予め求め、その求めた電圧ΔＥA を
温度に対する補正値（＝ΔＥA ）のデータとして作成す
る。

【００４９】そして、検出用コイル１５からの出力電圧
ＥC からその時の温度を求め、その求めた温度から補正
値（＝ΔＥA ）を求める。ＣＰＵ２１は読み出した補正
値（＝ΔＥA ）から、前記出力電圧ΔＥ（＝ΔＥT ＋Δ
ＥA ）のΔＥA を除去する減算処理を行い、シャフト２
に作用しているトルクに相対した電圧ＥT を抽出する。

【００５０】従って、この場合にも、シャフト２に働く
実際のトルクを温度変化に関係なく算出することができ
る。 ○磁歪材をその表面に切溝のない平滑スリーブとし、平
滑スリーブをクロスヘッド型ピックアップで検出する構
成のトルクセンサにおいて実施してもよい。

【００５１】○各検出用コイル１３〜１５からの出力値
をＡ／Ｄ変換器を介してＣＰＵに直接入力し、ＣＰＵに
おいて減算および整流処理（平均化処理）して、トルク
および温度に応じた検出値を得る構成としてもよい。こ
の構成によれば、処理回路を削減できる。

【００５２】○上記実施の形態では、温度検出用の磁歪
材７をトルク検出用の磁歪材５，６の間に設けていた
が、これに限定せず実施してもよい。即ち、磁歪材５，
６，７の配置はどのような組み合わせのものでもよい。
また、第１の磁歪材および第２の磁歪材は、上記実施形
態のように２および１つに限らず、複数の磁歪材を用い
て実施してもよい。

【００５３】○上記実施の形態では、第２の磁歪材であ
る磁歪材７をストッパー８に応力の非伝達状態で取り付
け、磁歪材７の応力磁気特性が略一定となるようにして
いたが、第２の磁歪材として、磁気ひずみ定数がほぼ０
に近い材質、例えば、Ｆｅ−７８Ｎｉ組成のパーマロイ
等を用いて、シャフト２に対して溶接固定して実施して
もよい。この場合、シャフト２にトルクが作用しても磁
気ひずみ定数が略一定（０）となるため、温度を検出す
ることができる。

【００５４】前記実施の形態から把握され、特許請求の
範囲に記載されていない技術的思想を、その効果ととも
に以下に記載する。 （１）請求項１に記載の発明において、前記第１の磁歪
材は２個であって、被検出軸に作用するトルクに対して
常に互いに異なる方向の応力がそれぞれ発生するように
被検出軸に固着されるものであり、前記第１のコイル
は、それぞれ対応する第１の磁歪材毎に設けられ、それ
ぞれの第１の磁歪材に対して磁束を発生させるものであ
り、前記第１の検出手段は、それぞれ対応する第１の磁
歪材毎に設けられ、それぞれの第１の磁歪材の歪みに応
じた検出値をそれぞれ検出するものであり、演算処理手
段は、前記２個の第１の磁歪材毎に設けられた２つの第
１の検出手段からの検出値を差分し、その差分値を温度
補正するものである磁歪式トルクセンサ。

【００５５】従って、差分回路１８から出力される電圧
ΔＥには、トルクの変化によって誘導される電圧ΔＥT
を２倍の値にして出力することができるため、感度の高
い検出が行える。また、大部分の温度変化と同相ノイズ
等の外乱を相殺することができる。

【００５６】（２）請求項２に記載の発明において、第
２の磁歪材（７）は被検出軸（２）に対して摩擦接触し
ている程度にはめ込まれストッパ（９）にて円周方向及
び軸方向にズレないように支持されている磁歪式トルク
センサ。

【００５７】従って、第２の磁歪材（７）には被検出軸
（２）に働くトルクに応じた応力はかからない。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜請求項
３に記載の発明によれば、被検出軸の温度が変化して
も、被検出軸に作用するトルクを正確に検出できる優れ
た効果を発揮する。

【００５９】請求項４に記載の発明によれば、被検出軸
に作用するトルクを算出するための温度を検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態の磁歪式トルクセンサの断面図。

【図２】 実施の形態の磁歪式トルクセンサの電気的構
成図。

【図３】 検出コイルの出力電圧の温度特性図。

【図４】 従来技術おける磁歪式トルクセンサの断面
図。

【図５】 従来技術を説明するための出力電圧の温度特
性図。

【符号の説明】

１…トルクセンサ、２…被検出軸としてのシャフト、
５，６…第１の磁歪材としての磁歪材、７…第２の磁歪
材としての磁歪材、１０，１１…第１のコイルとしての
励磁用コイル、１２…第２のコイルとしての励磁用コイ
ル、１３，１４…第１の検出手段としての検出用コイ
ル、１５…第２の検出手段としての検出用コイル、１７
…演算処理手段を構成する処理回路、２０…演算処理手
段を構成するコントローラ、２２…記憶手段としてのＲ
ＯＭ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出軸に固着され、前記被検出軸に作
   用するトルクに応じた応力磁気特性を有する第１の磁歪
   材と、 前記第１の磁歪材を通る磁束を発生するための第１のコ
   イルと、 前記被検出軸に作用するトルクに応じて前記第１の磁歪
   材が歪むことによる磁束の変化からトルクに応じた検出
   値を検出する第１の検出手段とを備えた磁歪式トルクセ
   ンサにおいて、 前記被検出軸に支持され、前記被検出軸に作用するトル
   クに応じた応力磁気特性が略一定となる第２の磁歪材
   と、 前記第２の磁歪材を通る磁束を発生するための第２のコ
   イルと、 前記第２の磁歪材を通る磁束の変化から被検出軸の温度
   に応じた検出値を検出する第２の検出手段と、 前記第２の検出手段により検出する被検出軸の温度に応
   じた検出値に基づいて、前記第１の検出手段による検出
   値を温度補正し、前記被検出軸に作用するトルクを算出
   する演算処理手段とを備えた磁歪式トルクセンサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の磁歪式トルクセンサに
   おいて、前記第２の磁歪材は、前記被検出軸に作用する
   トルクに応じた応力が非伝達状態となるように当該検出
   軸に支持されるものである磁歪式トルクセンサ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の磁歪式トルクセンサに
   おいて、前記演算処理手段は、前記第２の検出手段によ
   る検出値に対する被検出軸の温度に関する温度データ
   と、前記被検出軸の温度に対する第１検出手段による検
   出値の補正値に関する補正データとを記憶する記憶手段
   を備え、そのデータに基づいて被検出軸に作用するトル
   クを算出する磁歪式トルクセンサ。
4. 【請求項４】 被検出軸に作用するトルクに応じた応力
   が伝達されるように固着され、前記被検出軸に作用する
   トルクに応じた応力磁気特性を有する第１の磁歪材と、 前記第１の磁歪材を通る磁束を発生するための第１のコ
   イルと、 前記被検出軸に作用するトルクに応じて前記第１の磁歪
   材が歪むことによる磁束の変化からトルクに応じた検出
   値を検出する第１の検出手段とを備えた磁歪式トルクセ
   ンサにおいて、 前記被検出軸に作用するトルクに応じた応力が非伝達状
   態となるように当該検出軸に支持された第２の磁歪材
   と、 前記第２の磁歪材を通る磁束を発生するための第２のコ
   イルと、 前記第１の検出手段による検出値を温度補正するための
   前記第２の磁歪材を通る磁束の変化から被検出軸の温度
   に応じた検出値を検出する第２の検出手段とを備えた磁
   歪式トルクセンサ。