專利名稱：扭矩傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如用于檢測汽車的轉(zhuǎn)向扭矩的扭矩傳感器。
背景技術(shù)：
已往的扭矩傳感器，例如有日本特開2002-310819號公報(bào)揭示的扭矩傳感器。該扭矩傳感器，具有在軸方向相向的2個環(huán)，在該2個環(huán)的相向周面上，分別形成了凹凸，這些凹凸彼此相向。在各環(huán)之間，形成磁回路，配置著檢測通過該磁回路的磁通的霍耳元件。
2個環(huán)與受到的扭矩大小相應(yīng)地相對旋轉(zhuǎn)時，各環(huán)的凹凸面的相向狀態(tài)發(fā)生變化，它們之間的磁阻變化，霍耳元件的輸出也變化，所以，可從該霍耳元件的輸出檢測出受到的扭矩的大小。
專利文獻(xiàn)1日本特開2002-310819號公報(bào)但是，已往的扭矩傳感器，由于制造誤差的原因，當(dāng)2個環(huán)的中心偏離或傾斜時，磁阻與設(shè)計(jì)時的不同，所以磁通量變化，引起傳感器輸出值變化的問題。另外，已往的扭矩傳感器，由于通過霍耳元件的磁通方向總是一定的，所以，該傳感器是傳感器輸出極性為一定的單極型，由于制造誤差的原因，在扭矩不作用的狀態(tài)，傳感器輸出值會產(chǎn)生偏差，其校正比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了能改善上述課題的、改進(jìn)了的扭矩傳感器。
本發(fā)明的扭矩傳感器，將第1旋轉(zhuǎn)軸和第2旋轉(zhuǎn)軸配置在共同軸線上，用扭桿將該第1旋轉(zhuǎn)軸和第2旋轉(zhuǎn)軸結(jié)合，檢測作用在第1旋轉(zhuǎn)軸與第2旋轉(zhuǎn)軸之間的扭轉(zhuǎn)扭矩；其特征在于，備有磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)、磁場變化機(jī)構(gòu)和磁傳感器；上述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，在以共同軸線為中心的徑方向產(chǎn)生磁場；上述磁場變化機(jī)構(gòu)，使得從上述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)沿上述共同軸線流動的檢測磁通的方向和大小，與上述第1旋轉(zhuǎn)軸及第2旋轉(zhuǎn)軸的相對旋轉(zhuǎn)相應(yīng)地變化；上述磁傳感器，用于檢測上述的檢測磁通；該磁傳感器產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號，其極性與上述檢測磁通的方向相應(yīng)地變化，其大小與上述檢測磁通的大小相應(yīng)地變化。
發(fā)明效果本發(fā)明的扭矩傳感器，采用在共同軸線的徑方向產(chǎn)生磁場的磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，借助磁場變化機(jī)構(gòu)，使沿共同軸線流動的檢測磁通的方向和大小，與扭轉(zhuǎn)扭矩引起的第1旋轉(zhuǎn)軸和第2旋轉(zhuǎn)軸的相對旋轉(zhuǎn)相應(yīng)地變化，用磁傳感器檢測該檢測磁通。采用該構(gòu)造，可以得到雙極輸出的扭矩傳感器。另外，即使在由于制造誤差等原因，第1旋轉(zhuǎn)軸與第2旋轉(zhuǎn)軸平行地偏離、或傾斜了時，也能減小對傳感器輸出的影響。


圖1表示本發(fā)明扭矩傳感器的實(shí)施形態(tài)1，圖1(a)是省略掉其部分零件的正面圖，圖1(b)是包含其共同軸線的平面中的斷面圖。
圖2是實(shí)施形態(tài)1的扭矩傳感器的側(cè)面圖。
圖3表示實(shí)施形態(tài)1的扭矩傳感器的原點(diǎn)位置的狀態(tài)，圖3(a)是省略掉其部分零件的正面圖，圖3(b)是包含其共同軸線的平面中的斷面圖。
圖4表示實(shí)施形態(tài)1的第1扭矩范圍的狀態(tài)，圖4(a)是省略掉其部分零件的正面圖，圖4(b)是包含其共同軸線的平面中的斷面圖。
圖5是表示在實(shí)施形態(tài)1的扭矩傳感器中，第1、第2旋轉(zhuǎn)軸的軸線偏離時的磁通流動狀況的正面圖。
圖6是表示在實(shí)施形態(tài)1的扭矩傳感器中，第1、第2旋轉(zhuǎn)軸傾斜時的磁通流動狀況的斷面圖。
圖7是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的扭矩傳感器的、包含其共同軸線的平面中的斷面圖。
圖8是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的扭矩傳感器的、省略掉部分零件的正面圖。
圖9表示本發(fā)明扭矩傳感器的實(shí)施形態(tài)4，圖9(a)是省略掉其部分零件的正面圖，圖9(b)是包含其共同軸線的平面中的斷面圖，圖9(c)是表示內(nèi)周磁極與傾斜磁極板的關(guān)系的展開圖。
圖10表示本發(fā)明扭矩傳感器的實(shí)施形態(tài)5，圖10(a)是包含其共同軸線的平面中的斷面圖，圖10(b)是其側(cè)面圖。
圖11表示本發(fā)明扭矩傳感器的實(shí)施形態(tài)6，圖11(a)是包含其共同軸線的平面中的斷面圖，圖11(b)是其側(cè)面圖。
圖12表示本發(fā)明扭矩傳感器的實(shí)施形態(tài)7，圖12(a)是包含其共同軸線的平面中的斷面圖，圖12(b)是其側(cè)面圖。
圖13是表示本發(fā)明扭矩傳感器的實(shí)施形態(tài)8的側(cè)面圖。
圖14是表示實(shí)施形態(tài)8中的磁傳感器的輸出波形圖的特性圖。
圖15是表示本發(fā)明扭矩傳感器的實(shí)施形態(tài)8的側(cè)面圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明扭矩傳感器的幾個實(shí)施形態(tài)。
實(shí)施形態(tài)1圖1表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的扭矩傳感器，圖1(a)是正面圖，圖1(b)是斷面圖。圖1(a)是在軸線方向看的、實(shí)施形態(tài)1的扭矩傳感器的正面圖，為了清楚起見，其部分零件被省略掉。圖1(b)是在包含軸線的平面將實(shí)施形態(tài)1的扭矩傳感器剖切的斷面圖。圖2是實(shí)施形態(tài)1的扭矩傳感器的側(cè)面圖。
該實(shí)施形態(tài)1的扭矩傳感器，備有第1旋轉(zhuǎn)軸1、第2旋轉(zhuǎn)軸2、內(nèi)周筒3、基板4、扭桿5、磁場發(fā)生機(jī)構(gòu)6、外周筒12、磁場變化機(jī)構(gòu)30、磁傳感器15。
本發(fā)明的扭矩傳感器，用于檢測作用在第1旋轉(zhuǎn)軸1與第2旋轉(zhuǎn)軸2之間的扭轉(zhuǎn)扭矩。第1、第2旋轉(zhuǎn)軸1、2可旋轉(zhuǎn)地配置在相互共同的軸線L-L上。在第1、第2旋轉(zhuǎn)軸1、2之間，配置著內(nèi)周筒3、基板4、扭桿5、磁場發(fā)生機(jī)構(gòu)6、外周筒12、磁場變化機(jī)構(gòu)30。內(nèi)周筒3是以共同軸線L-L為中心，配置在其周圍的圓筒體，由鐵等的磁性材料構(gòu)成。該內(nèi)周筒3，其一端結(jié)合在第1旋轉(zhuǎn)軸1上，與第1旋轉(zhuǎn)軸1一起繞共同軸線L-L旋轉(zhuǎn)。
基板4是結(jié)合在第2旋轉(zhuǎn)軸2一端的圓板，與第2旋轉(zhuǎn)軸2一起繞軸線L-L旋轉(zhuǎn)。扭桿5配置在內(nèi)周筒3的內(nèi)部，沿著共同軸線L-L延伸。該扭桿5的一端結(jié)合在內(nèi)周筒3上，另一端結(jié)合在基板4的中心部，結(jié)果，扭桿5將內(nèi)周筒3與基板4連接起來。內(nèi)周筒3的扭轉(zhuǎn)剛性比扭桿5的扭轉(zhuǎn)剛性大得多，所以，扭轉(zhuǎn)扭矩作用到第1旋轉(zhuǎn)軸1與第2旋轉(zhuǎn)軸2之間時，與該扭矩的大小相應(yīng)地，扭桿5在共同軸線L-L周圍被扭轉(zhuǎn)，第1旋轉(zhuǎn)軸1和第2旋轉(zhuǎn)軸2在共同軸線L-L的周圍相對地旋轉(zhuǎn)。
外周筒12是包圍內(nèi)周筒3的圓筒體。該外周筒12，以共同軸線L-L為中心，配置在其周圍，一端結(jié)合在基板4上，與基板4一起繞共同軸線L-L旋轉(zhuǎn)。該外周筒12，由第1外周筒12a、第2外周筒12b和將這些外周筒12a、12b相互連接的連接體13構(gòu)成。外周筒12a、12b由鐵等的磁性材料構(gòu)成，連接體13由鋁等的非磁性材料構(gòu)成。連接體13做成為大體圓筒形，如圖2所示，在圓筒形的一部分有空隙部，在該空隙部內(nèi)，外周筒12a、12b的突出部12c、12d在共同軸線L-L的方向彼此相向，在這些突出部12c、12d之間，配置著磁傳感器15。該實(shí)施形態(tài)1中，磁傳感器15與外周筒12一起旋轉(zhuǎn)。
在內(nèi)周筒3與外周筒12之間，配置著磁場發(fā)生機(jī)構(gòu)6和磁場變化機(jī)構(gòu)30。實(shí)施形態(tài)1中，磁場發(fā)生機(jī)構(gòu)6是環(huán)狀的永磁鐵，配置在內(nèi)周筒3的外周中央部。該磁場發(fā)生機(jī)構(gòu)6，嵌入內(nèi)周筒3的外周面而固定在內(nèi)周筒3上，與內(nèi)周筒3一起旋轉(zhuǎn)。磁場發(fā)生機(jī)構(gòu)6，在共同軸線L-L的半徑方向被磁化，例如其內(nèi)周側(cè)是S極，外周側(cè)是N極。
在磁場發(fā)生機(jī)構(gòu)6的外周，配置著中間筒8。該中間筒8是以共同軸線L-L為中心，配置在其周圍的圓筒體，由鐵等的磁性材料構(gòu)成，嵌入磁場發(fā)生機(jī)構(gòu)6的外周，與內(nèi)周筒3一起旋轉(zhuǎn)。在磁場發(fā)生機(jī)構(gòu)6的上下兩側(cè)，配置著非磁性的分隔圈7、7。該分隔圈7、7例如由鋁等非磁性材料構(gòu)成，使來自磁場發(fā)生機(jī)構(gòu)6的磁通有效地集中到半徑方向，作用到內(nèi)周筒3和中間筒8上。該非磁性分隔圈7、7，嵌入內(nèi)周筒3與中間筒8之間，與內(nèi)周筒3一起繞共同軸線L-L旋轉(zhuǎn)。
磁場變化機(jī)構(gòu)30，與磁場發(fā)生機(jī)構(gòu)6、中間筒8、分隔圈7、7一起，配置在內(nèi)周筒3與外周筒12之間。該磁場變化機(jī)構(gòu)30，包含有第1磁場變化機(jī)構(gòu)31、第2磁場變化機(jī)構(gòu)32、第3磁場變化機(jī)構(gòu)33、第4磁場變化機(jī)構(gòu)34。這些磁場變化機(jī)構(gòu)31～34，都沿著共同軸線L-L配置。第1、第2磁場變化機(jī)構(gòu)31、32配置在中間筒8的外周，第1磁場變化機(jī)構(gòu)31配置在中間筒8的上端部，第2磁場變化機(jī)構(gòu)32配置在其下端部。第3、第4磁場變化機(jī)構(gòu)33、34配置在第1、第2磁場變化機(jī)構(gòu)31、32的外側(cè)，第3磁場變化機(jī)構(gòu)33配置在內(nèi)周筒3的上端部外周，第4磁場變化機(jī)構(gòu)34配置在內(nèi)周筒3的下端部外周。
第1至第4磁場變化機(jī)構(gòu)31、32、33、34，分別由配置在共同軸線周圍的若干個突出磁極構(gòu)成。第1磁場變化機(jī)構(gòu)31，由配置在中間筒8外周的內(nèi)周磁極11a、和在該內(nèi)周磁極11a的外周并配置在第1外周筒12a內(nèi)周的外周磁極14a構(gòu)成。這些磁極11a、14a，在共同軸線L-L的方向位于大體相同的位置，在以共同軸線L-L為中心的半徑方向，隔著空隙彼此相向，使通過間隙的磁通，與它們的相向狀態(tài)的變化相應(yīng)地變化。第2磁場變化機(jī)構(gòu)32，由配置在中間筒8外周的內(nèi)周磁極11b、和在該內(nèi)周磁極11b的外周并配置在第2外周筒12b內(nèi)周的外周磁極14b構(gòu)成。這些磁極11a、14a，在共同軸線L-L的方向位于大體相同的位置，在以共同軸線L-L為中心的半徑方向，隔著空隙彼此相向，使通過間隙的磁通與它們的相向狀態(tài)的變化相應(yīng)地變化。
第3磁場變化機(jī)構(gòu)33，由配置在嵌入內(nèi)周筒3上端部的環(huán)狀鐵心9外周的內(nèi)周磁極11c、和在該內(nèi)周磁極11c的外周并配置在第1外周筒12a內(nèi)周的外周磁極14c構(gòu)成。這些磁極11c、14c，在共同軸線L-L的方向位于大體相同的位置，在以共同軸線L-L為中心的半徑方向，隔著空隙彼此相向，使通過間隙的磁通與它們的相向狀態(tài)的變化相應(yīng)地變化。第4磁場變化機(jī)構(gòu)34，由配置在嵌入內(nèi)周筒3下端部的環(huán)狀鐵心10外周的內(nèi)周磁極11d、和在該內(nèi)周磁極11d的外周并配置在第2外周筒12b內(nèi)周的外周磁極14d構(gòu)成。這些磁極11d、14d，在共同軸線L-L的方向位于大體相同的位置，在以共同軸線L-L為中心的半徑方向，隔著空隙彼此相向，使通過間隙的磁通與它們的相向狀態(tài)的變化相應(yīng)地變化。
配置在中間筒8外周的內(nèi)周磁極11a、11b、和配置在環(huán)狀鐵心9、10外周的內(nèi)周磁極11c、11d，具有以相互相同的相位配置在共同軸線L-L周圍的若干個突出磁極。具體地說，這些內(nèi)周磁極11a～11d，分別具有以40度的角度間隔配置著的9個突出磁極，各內(nèi)周磁極11a～11d，它們的各9個突出磁極，從共同軸線L-L周圍的內(nèi)周磁極基準(zhǔn)位置開始，以相互相同的相位，配置在例如0度、40度、80度、120度、160度、200度、240度、280度、320度的角度位置。圖1(a)中，這些內(nèi)周磁極11a～11d的突出磁極，在共同軸線L-L的方向是相互重疊的狀態(tài)，用實(shí)線表示。
配置在外周筒12內(nèi)周的外周磁極14a～14d之中，第1磁場變化機(jī)構(gòu)31的外周磁極14a、和第4磁場變化機(jī)構(gòu)34的外周磁極14d，具有以相互相同的相位配置在共同軸線L-L周圍的若干個磁極。具體地說，這些外周磁極14a～14d，也分別具有以40度的間隔配置著的9個突出磁極，外周磁極14a、14d，它們的各9個突出磁極，從共同軸線L-L周圍的外周磁極基準(zhǔn)位置開始，以相互相同的相位，配置在例如0度、40度、80度、120度、160度、200度、240度、280度、320度的角度位置。圖1(a)中，這些外周磁極14a、14d的突出磁極，在共同軸線L-L的方向是相互重疊的狀態(tài)，用實(shí)線表示。
配置在外周筒12內(nèi)周的外周磁極14a～14d之中，第2磁場變化機(jī)構(gòu)32的外周磁極14b、和第3磁場變化機(jī)構(gòu)33的外周磁極14c，具有以相互相同的相位配置在共同軸線L-L周圍的若干個磁極。具體地說，這些外周磁極14b、14c，也分別具有以40度的角度間隔配置著的9個突出磁極，但是，外周磁極14b、14c，它們的各9個突出磁極，從共同軸線L-L周圍的上述外周磁極基準(zhǔn)位置開始，以與磁極11a～11d正好相反的相位，配置在20度、60度、100度、140度、180度、220度、260度、300度、340度的角度位置，它們的相互相位相同。圖1(a)中，這些外周磁極14b、14c的突出磁極，在共同軸線L-L的方向是相互重疊的狀態(tài)，用虛線表示。
磁傳感器15，例如是霍耳元件，產(chǎn)生與通過它的磁通的方向及大小相應(yīng)的輸出信號。在第1外周筒12a與第2外周筒12b之間沿共同軸線L-L流動的檢測磁通，流過該磁傳感器15。磁傳感器15的輸出信號的極性，與通過磁傳感器15的檢測磁通的方向相應(yīng)地、作為正極性和負(fù)極性的極性反轉(zhuǎn)的輸出信號，另外，該輸出信號的大小，與通過磁傳感器15的檢測磁通的大小成正比。
圖1(a)中，為了圖面清楚起見，省略掉了第1、第2旋轉(zhuǎn)軸1、2、內(nèi)周筒3、扭桿5、基板4。
圖3表示實(shí)施形態(tài)1的扭矩傳感器的原點(diǎn)位置，圖3(a)是與該原點(diǎn)位置中的圖1(a)同樣的正面圖，圖3(b)是與該原點(diǎn)位置中的圖1(b)同樣的斷面圖。在該圖3的原點(diǎn)位置，在第1、第2、第3、第4磁場變化機(jī)構(gòu)31、32、33、34中，磁極11a、11b、11c、11d，如圖3(a)所示，沿著共同軸線L-L周圍的周方向，位于實(shí)線所示的磁極14a、14d的中心重合的角度位置θa、與虛線所示的磁極14b、14c的中心重合的角度位置θb的正好中間的角度位置。
在該圖3(a)所示的原點(diǎn)位置，流過圖3(b)所示的磁通16a和磁通16b。磁通16a如圖3(b)所示，從中間筒8通過第1磁場變化機(jī)構(gòu)31的磁極11a、14a，到達(dá)第1外周筒12a，從該第1外周筒12a，通過第3磁場變化機(jī)構(gòu)33的磁極14c、11c，經(jīng)過環(huán)狀鐵心9流到內(nèi)周筒3。另外，磁通16b如圖3(b)所示，從中間筒8通過第2磁場變化機(jī)構(gòu)32的磁極11b、14b，到達(dá)第2外周筒12b，從該第2外周筒12b，通過第4磁場變化機(jī)構(gòu)34的磁極14d、11d，經(jīng)過環(huán)狀鐵心10流到內(nèi)周筒3。磁極11a、11b、11c、11d，如圖3(a)所示，由于沿著共同軸線L-L周圍的周方向，位于磁極14a、14d的中心重合的角度位置θa、與磁極14b、14c的中心重合的角度位置θb的正好中間的角度位置，所以，磁通16a和磁通16b流過的磁路的磁阻相互大體相等，因此，磁通16a、16b的大小相互大體相等。這樣，在第1外周筒12a和第2外周筒12b之間通過磁傳感器15的磁通的大小約為0，磁傳感器15的信號輸出也為0。
圖4表示第1旋轉(zhuǎn)軸1從圖3的原點(diǎn)位置相對于第2旋轉(zhuǎn)軸2朝反時針方向旋轉(zhuǎn)，磁極11a、11b、11c、11d變位到了接近磁極14a、14d的中心重合的角度位置θa的旋轉(zhuǎn)角度的第1扭矩范圍。該第1扭矩范圍中，磁極11a、11b、11c、11d，遠(yuǎn)離磁極14b、14c的中心重合的角度位置θb，位于接近磁極14a、14d的中心重合的角度位置θa的范圍。圖4(a)是該第1扭矩范圍中的與圖1(a)同樣的正面圖，圖3(b)是該第1扭矩范圍中的與圖1(b)同樣的斷面圖。
該圖4所示的第1扭矩范圍中，由于第1磁場變化機(jī)構(gòu)31的磁極11a、14a與第4磁場變化機(jī)構(gòu)34的磁極11d、14d的相向面積增加，所以，通過這些第1、第4磁場變化機(jī)構(gòu)31、34的磁通的大小增大。反之，由于第2磁場變化機(jī)構(gòu)32的磁極11b、14b與第3磁場變化機(jī)構(gòu)33的磁極11c、14c的相向面積減小，所以，通過這些第2、第3磁場變化機(jī)構(gòu)32、33的磁通的大小減小。因此，在圖4所示的第1扭矩范圍中，如圖4(b)所示，磁通16a、16b減小，流過新的第1檢測磁通16c。該第1檢測磁通16c，從中間筒8通過第1磁場變化機(jī)構(gòu)31的磁極11a、14a，到達(dá)第1外周筒12a，從該第1外周筒12a，沿著共同軸線L-L通過磁傳感器15，到達(dá)第2外周筒12b，經(jīng)由環(huán)狀鐵心10到達(dá)內(nèi)周筒3。磁傳感器15，根據(jù)沿著共同軸線L-L流動的第1檢測磁通16c，在圖2中，檢測出從第1外周筒12a流向第2外周筒12b的磁通，例如產(chǎn)生正極性的信號輸出。該正極性的信號輸出，可在通過第1扭矩范圍、即第1、第4磁場變化機(jī)構(gòu)31、34的磁通增大、通過第2、第3磁場變化機(jī)構(gòu)32、33的磁通減小的范圍得到，該輸出信號的大小，與在該第1扭矩范圍中作用在第1、第2旋轉(zhuǎn)軸1、2間的扭轉(zhuǎn)扭矩的增大相應(yīng)地增大。
第1旋轉(zhuǎn)軸1從圖3所示的原點(diǎn)位置，相對于第2旋轉(zhuǎn)軸2，朝著圖4所示的第1扭矩范圍相反方向、順時針地旋轉(zhuǎn)，在磁極11a、11b、11c、11d變位到了接近磁極14b、14c的中心重合的角度位置θb的角度位置的第2扭矩范圍中，作用在第1、第2旋轉(zhuǎn)軸1、2間的扭轉(zhuǎn)扭矩，相對于第1扭矩范圍是相反方向。在該第2扭矩范圍中，磁極11a、11b、11c、11d比圖3所示的原點(diǎn)位置遠(yuǎn)離磁極14a、14d的中心重合的角度位置θa，成為接近磁極14b、14c的中心重合的角度位置θb的狀態(tài)。
該第2扭矩范圍中，由于第2磁場變化機(jī)構(gòu)32的磁極11b、14b與第3磁場變化機(jī)構(gòu)33的磁極11c、14c的相向面積增加，所以，通過這些第2、第3磁場變化機(jī)構(gòu)32、33的磁通的大小增大。反之，由于第1磁場變化機(jī)構(gòu)31的磁極11a、14a與第4磁場變化機(jī)構(gòu)34的磁極11d、14d的相向面積減小，所以，通過這些第1、第4磁場變化機(jī)構(gòu)31、34的磁通的大小減小。因此，在第2扭矩范圍，磁通16a、16b減小，流過新的第2檢測磁通。該第2扭矩范圍中的第2檢測磁通，從中間筒8通過第2磁場變化機(jī)構(gòu)32的磁極11b、14b，到達(dá)第2外周筒12b，從該第2外周筒12b，沿著共同軸線L-L通過磁傳感器15，到達(dá)第1外周筒12a，經(jīng)由環(huán)狀鐵心9到達(dá)內(nèi)周筒3。磁傳感器15，根據(jù)該第2檢測磁通，在圖2中，檢測出從第2外周筒12b流向第1外周筒12a的磁通，例如產(chǎn)生負(fù)極性的信號輸出。該負(fù)極性的信號輸出，在通過第2扭矩范圍、即通過第2、第3磁場變化機(jī)構(gòu)32、33的磁通增大、通過第1、第4磁場變化機(jī)構(gòu)31、34的磁通減小的范圍可得到，該輸出信號的大小，與在該第2扭矩范圍中作用在第1、第2旋轉(zhuǎn)軸1、2間的反方向的扭轉(zhuǎn)扭矩的減小相應(yīng)地增大。
使旋轉(zhuǎn)軸1、2間例如產(chǎn)生±10度即20度的相對旋轉(zhuǎn)，扭矩傳感器檢測其角度范圍內(nèi)的扭轉(zhuǎn)扭矩的變化、即檢測旋轉(zhuǎn)軸1、2間的相對旋轉(zhuǎn)。把該20度的相對旋轉(zhuǎn)范圍稱為檢測范圍。在實(shí)施形態(tài)1中，該檢測范圍這樣設(shè)定圖3所示原點(diǎn)位置與該檢測范圍的中間對應(yīng)，從在上述第2扭矩范圍、磁傳感器15的輸出信號為負(fù)極性最大值的第1角度位置，大體直線地變化到在第1扭矩范圍的磁傳感器15的輸出信號為正極性最大值的第2角度位置。具體地說，實(shí)施形態(tài)1中，角度位置θa、θb間的角度是20度，由于原點(diǎn)位置設(shè)在其中間，所以，檢測范圍被設(shè)定在從原點(diǎn)位置朝角度位置θb側(cè)接近10度的第1角度位置、與從原點(diǎn)位置朝角度位置θa側(cè)接近10度的第2角度位置之間。第1角度位置在第2扭矩范圍，磁傳感器15的輸出信號在第1角度位置成為負(fù)極性的最大值。第2角度位置在第1扭矩范圍，磁傳感器15的輸出信號在第2角度位置成為正極性的最大值。
這樣，實(shí)施形態(tài)1中，在檢測范圍內(nèi)，可從磁傳感器15得到這樣的輸出信號該輸出信號，隨著作用的扭轉(zhuǎn)扭矩的增大，其極性反轉(zhuǎn)，其大小大體直線地增大。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)雙極輸出的扭矩傳感器。該雙極輸出的扭矩傳感器，具有極性反轉(zhuǎn)的原點(diǎn)位置，在該原點(diǎn)位置的傳感器輸出值的偏差容易校正。
下面，說明由于制造誤差的原因，使第1旋轉(zhuǎn)軸1與第2旋轉(zhuǎn)軸偏離時的情形。圖5是垂直于共同線軸L-L、包含內(nèi)周磁極11a和外周磁極14a的斷面圖。表示第1旋轉(zhuǎn)軸1相對于第2旋轉(zhuǎn)軸2在紙面上側(cè)平行地錯開的情形、即偏心的狀態(tài)。該斷面中，磁通16d、16e、16f、16g、16h、16i、16j、16k、16l從9個內(nèi)周磁極11a沿半徑方向流向9個外周磁極14a。這時，由于內(nèi)周磁極11a與外周磁極14a之間的空隙長度有偏差，所以各自的磁阻也不相同。因此，永磁鐵6的磁動勢產(chǎn)生的半徑方向磁通會產(chǎn)生偏差，例如，空隙長度小的部分的磁通16d、16e大，空隙長度大的部分的磁通16h、16i小。但是，沿共同軸線L-L在軸方向通過磁傳感器15的磁通，依存于這些磁通16d、16e、16f、16g、16h、16i、16j、16k、16l的總和，所以，第1旋轉(zhuǎn)軸1與第2旋轉(zhuǎn)軸2的偏心產(chǎn)生的影響變小。
圖6表示第1旋轉(zhuǎn)軸1和第2旋轉(zhuǎn)軸2傾斜的狀態(tài)，是包含共同軸線L-L的平面中的局部斷面圖。環(huán)狀永磁鐵6的磁極，外周是N極，內(nèi)周是S極，所以，磁通的方向是圖6所示的磁通16m、16n、16o、16p、16q、16r、16s、16t那樣的方向。如圖6所示，在軸傾斜的狀態(tài)，空隙長度小的部分的磁通16m、16t最大，空隙長度大的部分的磁通16p、16q最小。但是，沿共同軸線L-L在軸方向通過磁傳感器15的磁通，依存于這些磁通16m、16n、16q、16r的總和與磁通16o、16p、16s、16t的總和之差，所以，第1旋轉(zhuǎn)軸1與第2旋轉(zhuǎn)軸2的傾斜產(chǎn)生的影響變小。
這樣，實(shí)施形態(tài)1的扭矩傳感器，將第1旋轉(zhuǎn)軸1和第2旋轉(zhuǎn)軸2配置在共同軸線L-L上，用扭桿5將該第1旋轉(zhuǎn)軸1和第2旋轉(zhuǎn)軸2結(jié)合，檢測作用在第1旋轉(zhuǎn)軸1與第2旋轉(zhuǎn)軸2之間的扭轉(zhuǎn)扭矩。該扭矩傳感器的特征是，備有磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)6、磁場變化機(jī)構(gòu)30和磁傳感器15；上述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)6，在共同軸線L-L的徑方向產(chǎn)生磁場；上述磁場變化機(jī)構(gòu)30，使從上述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)6沿著共同軸線L-L流動的檢測磁通的方向及大小，與上述第1旋轉(zhuǎn)軸1及第2旋轉(zhuǎn)軸2的相對旋轉(zhuǎn)相應(yīng)地變化；上述磁傳感器15，用于檢測上述的檢測磁通。該磁傳感器15產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號，其極性與上述檢測磁通的方向相應(yīng)地變化，其大小與上述檢測磁通的大小相應(yīng)地變化。根據(jù)該特征，可得到磁傳感器15的輸出信號的極性反轉(zhuǎn)的雙極輸出信號。根據(jù)該扭矩傳感器，可以容易地修正極性反轉(zhuǎn)位置的信號的偏差和誤差。另外，由于制造誤差的原因，即使在第1旋轉(zhuǎn)軸1和第2旋轉(zhuǎn)軸2的中心軸偏離的偏心狀態(tài)，或者在第1旋轉(zhuǎn)軸1和第2旋轉(zhuǎn)軸2的中心軸傾斜的狀態(tài)，通過磁傳感器15的檢測磁通也很少有實(shí)質(zhì)性的變化，可以實(shí)現(xiàn)制造誤差影響小的扭矩傳感器。
另外，也可以用實(shí)心軸代替內(nèi)周筒3，扭桿5也可以設(shè)置在別的位置，以連接旋轉(zhuǎn)軸1、2。另外，非磁性體的分隔圈7、非磁性的連接體13的材料，也可以是鋁、樹脂材料等，只要能設(shè)置作為磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)的永磁鐵6、磁性體即可。另外，也可以在中間筒8的外周面及外周筒12a、12b的內(nèi)周面，設(shè)置缺口或孔洞等，代替內(nèi)周磁極11a、11b、11c、11d及外周磁極14a、14b、14c、14d，只要使磁阻變化即可。
實(shí)施形態(tài)2圖7是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的扭矩傳感器的斷面圖。該圖7是在實(shí)施形態(tài)2中，與圖1(b)同樣的、在包含共同軸線L-L的平面剖切的斷面圖。該實(shí)施形態(tài)2中，采用在徑方向磁化的徑向配向的2個環(huán)狀永磁鐵6，該2個永磁鐵6配置在內(nèi)周磁極11a、11b與內(nèi)周筒3之間。其它的構(gòu)造與實(shí)施形態(tài)1相同，該實(shí)施形態(tài)2也能得到與實(shí)施形態(tài)1同樣的作用和效果。
另外，實(shí)施形態(tài)2中的永磁鐵6，也可以是磁通沿半徑方向出來的構(gòu)造。另外，也可以把圖7所示的2個永磁鐵6總合為一個筒形的永磁鐵。
實(shí)施形態(tài)3圖8是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的扭矩傳感器的斷面圖。該圖8是在實(shí)施形態(tài)3中表示與共同軸線L-L正交的平面中的斷面圖。該實(shí)施形態(tài)3中，用若干個板狀或圓弧板狀的永磁鐵板17，代替實(shí)施形態(tài)1中的徑向配向的環(huán)狀永磁鐵6。具體地說，在內(nèi)周磁極11a、11b的內(nèi)周位置，分別配置9個徑方向磁化的永磁鐵板17。這些永磁鐵板17配置在由鐵等的磁性材料構(gòu)成的中間筒8的內(nèi)部。其它的構(gòu)造與實(shí)施形態(tài)1相同。
該實(shí)施形態(tài)3也同樣地，各永磁鐵板17產(chǎn)生的磁通，在圖8的斷面中是沿半徑方向，所以，可得到與實(shí)施形態(tài)1同樣的效果。另外，實(shí)施形態(tài)3中，是采用9個永磁鐵板17，但是，由于磁通被中間筒8擴(kuò)散，所以，也可以減少永磁鐵板17的個數(shù)。
這樣，采用若干個板狀或圓弧板狀的永磁鐵板17，可以實(shí)現(xiàn)低成本的扭矩傳感器。
實(shí)施形態(tài)4本發(fā)明的扭矩傳感器中，由于第1旋轉(zhuǎn)軸1和第2旋轉(zhuǎn)軸2的相對旋轉(zhuǎn)，沿共同軸線L-L流動的檢測磁通的方向和大小產(chǎn)生變化。使沿共同軸線L-L的方向流動的檢測磁通的方向和大小變化的磁場變化機(jī)構(gòu)30，在實(shí)施形態(tài)1中，是采用內(nèi)周磁極11a、11b、11c、11d和外周磁極14a、14b、14c、14d，但也可以采用其它的磁場變化機(jī)構(gòu)。
圖9是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4之扭矩傳感器的正面圖和斷面圖。圖9(a)是與圖1(a)同樣的共同軸線L-L方向的正面圖。圖9(b)是在包含共同軸線L-L的平面的、與圖1(b)同樣的局部斷面圖。圖9(c)是表示內(nèi)周磁極11a、11b、11c、11d與傾斜磁極板18a、18b的關(guān)系的圖，表示將磁極11a～11d和傾斜磁極板18a、18d投影到與共同軸線L-L平行的面上的圖。
圖9的實(shí)施形態(tài)4中，在中間筒8的內(nèi)周，采用5個板狀或圓弧板狀的永磁鐵17，在半徑方向產(chǎn)生磁動勢。該實(shí)施形態(tài)4中，4個磁場變化機(jī)構(gòu)31、32、33、34的內(nèi)周磁極11a、11b、11c、11d，分別由相隔72度的角度間隔、相互同相地配置著的5個突出磁極構(gòu)成。另外，該實(shí)施形態(tài)4中，采用5個第1傾斜磁極板18a，代替實(shí)施形態(tài)1的外周磁極14a、14c，另外，采用5個第2傾斜磁極板18b，代替外周磁極14b、14d。
5個第1傾斜磁極板18a，沿圓周方向并排地配置在共同軸線L-L周圍的同一圓周上，配置在將各第1外周筒12a的內(nèi)周面5等分的72度的角度范圍內(nèi)。該5個第1傾斜磁極板18a，分別與以72度的角度間隔配置著的內(nèi)周磁極11a、11c的各突出磁極對應(yīng)。該各第1傾斜磁極板18a，在72度的角度范圍內(nèi)，如圖9(c)所示，在相對于共同軸線L-L傾斜預(yù)定角度α的方向延伸，與內(nèi)周磁極11a、11c的突出磁極相向。當(dāng)該第1傾斜磁極板18a繞共同軸線L-L旋轉(zhuǎn)時，與內(nèi)周磁極11a、11c的突出磁極相向的面積發(fā)生變化。
5個第2傾斜磁極板18b，沿圓周方向并排地配置在共同軸線L-L周圍的同一圓周上，配置在將各第2外周筒12b的內(nèi)周面5等分的72度的角度范圍內(nèi)。該5個第2傾斜磁極板18b，與以72度的角度間隔配置著的內(nèi)周磁極11b、11d的各突出磁極對應(yīng)。該各第2傾斜磁極板18b，在72度的角度范圍內(nèi)，如圖9(c)所示，在相對于共同軸線L-L傾斜預(yù)定角度α的方向延伸，與內(nèi)周磁極11b、11d的突出磁極相向。該第2傾斜磁極板18b也繞共同軸線L-L旋轉(zhuǎn)時，與內(nèi)周磁極11b、11d的突出磁極相向的面積發(fā)生變化。
例如，在圖9(c)的狀態(tài)，第1、第2傾斜磁極板18a、18b與內(nèi)周磁極11a、11d相向的面積大，與內(nèi)周磁極11b、11c相向的面積小。因此，第1傾斜磁極板18a與內(nèi)周磁極11a之間的磁阻、以及第2傾斜磁極板18b與內(nèi)周磁極11d之間的磁阻小。反之，第1傾斜磁極板18a與內(nèi)周磁極11c之間的磁阻、以及第2傾斜磁極板18b與內(nèi)周磁極11d之間的磁阻增大。這時，主磁通成為圖9(b)所示的磁通16a、16b、16c，存在著沿共同軸線L-L在軸方向流過磁傳感器15的檢測磁通16c。該檢測磁通16c，成為從中間筒8經(jīng)過磁極11a、第1傾斜磁極板18a，到達(dá)第1外周筒12a，從該第1外周筒12a沿共同軸線L-L通過磁傳感器15，經(jīng)過第2外周筒12b、第2傾斜磁極板18b、內(nèi)周磁極11d，到達(dá)中間筒8的磁通，從第1外周筒12a朝著第2外周筒12b的方向流到磁傳感器15。該檢測磁通16c的大小，與旋轉(zhuǎn)軸1、2的相對旋轉(zhuǎn)角度成正比，即，與第1、第2傾斜磁極板18a、18b和內(nèi)周磁極11a～11d的相對旋轉(zhuǎn)角度成正比。
第1、第2傾斜磁極板18a、18b進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，第1、第2傾斜磁極板18a、18b與內(nèi)周磁極11a、11d相向的面積減小，反之，第1、第2傾斜磁極板18a、18b與內(nèi)周磁極11b、11c相向的面積增大時，檢測磁通沿共同軸線L-L在軸方向從第2外周筒12b流向第1外周筒12a，流向磁傳感器15的檢測磁通的方向反轉(zhuǎn)。因此，隨著第1、第2傾斜磁極板18a、18b的旋轉(zhuǎn)，檢測磁通的方向反轉(zhuǎn)，所以，磁傳感器15的輸出信號的極性反轉(zhuǎn)。該極性反轉(zhuǎn)后的檢測磁通的大小，也與旋轉(zhuǎn)軸1、2的相對旋轉(zhuǎn)角度成正比，即，與第1、第2傾斜磁極板18a、18b和內(nèi)周磁極11a～11d的相對旋轉(zhuǎn)角度成正比。
這樣，實(shí)施形態(tài)4中，通過采用傾斜磁極板18a、18b，與第1旋轉(zhuǎn)軸1和第2旋轉(zhuǎn)軸2的相對旋轉(zhuǎn)角度相應(yīng)地，傾斜磁極板18a、18b與內(nèi)周磁極11a～11d的相向面積發(fā)生變化，可以一邊使磁傳感器15的輸出信號的極性反轉(zhuǎn)，一邊檢測出扭矩。另外，傾斜磁極板18a、18b，也可以分別由一塊板構(gòu)成，或者也可以把若干個磁性薄板的位置錯開，做成為臺階狀的傾斜磁極板。
實(shí)施形態(tài)5圖10是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)5的扭矩傳感器的斷面圖和側(cè)面圖。圖10(a)與圖1(b)同樣地，是在包含共同軸線L-L的平面剖切的斷面圖，圖10(b)是與圖2同樣的側(cè)面圖。該實(shí)施形態(tài)5中，第1旋轉(zhuǎn)軸1側(cè)的第1外周筒12a和第2旋轉(zhuǎn)軸2側(cè)的第2外周筒12b，由非磁性的連接體13連接著。該連接體13，構(gòu)成為圓筒形，如圖10(a)所示，在外周筒12a、12b的相向端部的內(nèi)周面?zhèn)?，將外周?2a、12b連接。第2旋轉(zhuǎn)軸2旋轉(zhuǎn)時，外周筒12a、12b與連接體13一體地旋轉(zhuǎn)。
在第1外周筒12a與第2外周筒12b之間的連接體13的外周，設(shè)置著磁傳感器15。在該磁傳感器15的兩側(cè)，配置著由鐵等磁性材料構(gòu)成的固定磁極19a、19b。這些固定磁極19a、19b不與外周筒12a、12b接觸，隔著小的空隙長度與外周筒12a、12b相向。這些固定磁極19a、19b和磁傳感器15，固定在不動的絕對空間內(nèi)。其它構(gòu)造與實(shí)施形態(tài)1相同。
該實(shí)施形態(tài)5中，由于固定磁極19a、19b和磁傳感器15固定在不動的絕對空間內(nèi)，所以，即使第2旋轉(zhuǎn)軸2旋轉(zhuǎn)，從磁傳感器15出來的檢測用電線也不會糾結(jié)在一起，另外，磁傳感器15的耐久性也提高。當(dāng)扭轉(zhuǎn)扭矩作用在第1旋轉(zhuǎn)軸1與第2旋轉(zhuǎn)軸2之間，相對角度變化時，檢測磁通流過外周筒12a、12b之間，但該檢測磁通朝著共同軸線的方向流，通過固定磁極19a、19b，流過磁傳感器15。流過該磁傳感器15的檢測磁通，與實(shí)施形態(tài)1同樣地，其方向和大小與旋轉(zhuǎn)軸1、2的相對旋轉(zhuǎn)角度相應(yīng)地變化，所以，與實(shí)施形態(tài)1同樣地，可以從磁傳感器15得到雙極的輸出信號，通過檢測磁傳感器15的輸出值，就可以測定扭轉(zhuǎn)扭矩。
實(shí)施形態(tài)6圖11是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)6的扭矩傳感器的斷面圖和側(cè)面圖。圖11(a)與圖1(b)同樣地，是在包含共同軸線L-L的平面剖切的斷面圖，圖11(b)是與圖2同樣的側(cè)面圖。該實(shí)施形態(tài)6中，連接體13如圖11(a)、(b)所示，是與外周筒12a、12b大體相同半徑的圓筒形。第2旋轉(zhuǎn)軸2旋轉(zhuǎn)時，第1旋轉(zhuǎn)軸1側(cè)的第1外周筒12a和第2旋轉(zhuǎn)軸2側(cè)的第2外周筒12b，與非磁性體的連接體13一體地旋轉(zhuǎn)。
在連接體13的外周，設(shè)置著磁傳感器15。在該磁傳感器15上，配置著由鐵等磁性材料構(gòu)成的固定磁極19a、19b。固定磁極19a，隔著小的空隙與第1外周筒12a的、與第2外周筒12b相向的端部的外周面相向。固定磁極19b，隔著小的空隙與第2外周筒12b的、與第1外周筒12a相向的端部的外周面相向。這些固定磁極19a、19b和磁傳感器15，固定在不動的絕對空間內(nèi)。其它構(gòu)造與實(shí)施形態(tài)1相同。
當(dāng)扭轉(zhuǎn)扭矩作用在第1旋轉(zhuǎn)軸1與第2旋轉(zhuǎn)軸2之間，它們的相對角度變化時，檢測磁通沿共同軸線方向流過外周筒11a、12b之間，但該檢測磁通通過固定磁極19a、19b流到磁傳感器15。流過磁傳感器15的檢測磁通，與實(shí)施形態(tài)1同樣地，其方向和大小與旋轉(zhuǎn)軸1、2的相對旋轉(zhuǎn)角度相應(yīng)地變化，所以，與實(shí)施形態(tài)1同樣地，可以從磁傳感器15得到雙極的輸出信號，通過檢測磁傳感器15的輸出值，就可以測定扭轉(zhuǎn)扭矩。
該實(shí)施形態(tài)6中也同樣地，由于磁傳感器15和固定磁軛19a、19b固定在不動的絕對空間內(nèi)，所以，即使第2旋轉(zhuǎn)軸2旋轉(zhuǎn)，傳感器檢測用電線也不糾結(jié)在一起，另外，磁傳感器15的耐久性也提高。
實(shí)施形態(tài)7圖12是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)7的扭矩傳感器的斷面圖和側(cè)面圖。圖12(a)與圖1(b)同樣地，是在包含共同軸線L-L的平面剖切的斷面圖，圖12(b)是與圖2同樣的側(cè)面圖。該實(shí)施形態(tài)7的特征是設(shè)置了若干個磁傳感器。圖12中，設(shè)置了2個磁傳感器15a、15b。其它的構(gòu)造與實(shí)施形態(tài)1相同。
本發(fā)明的扭矩傳感器，在使用中，磁傳感器15有發(fā)生故障的可能性，所以，采用若干個磁傳感器15a、15b，作為冗長的設(shè)計(jì)，可以提高安全性。磁傳感器15a、15b與實(shí)施形態(tài)1的磁傳感器15同樣地，設(shè)置在連接體13的空隙部。
例如當(dāng)?shù)?旋轉(zhuǎn)軸1側(cè)的第1外周筒12a和第2旋轉(zhuǎn)軸2側(cè)的第2外周筒12b傾斜設(shè)置著時，這些外周筒12a、12b與磁傳感器15之間的空隙長度產(chǎn)生誤差，但如本實(shí)施形態(tài)7這樣地采用若干個磁傳感器15a、15b時，采用它們的輸出信號的輸出平均值，可以緩和制造誤差的影響。另外，通過采用靈敏度不同的若干個磁傳感器15a、15b，可以高靈敏度地檢測大的測定范圍。
這樣，通過采用若干個磁傳感器15a、15b，可以提高安全性，緩和制造誤差的影響，高靈敏度地檢測大的測定范圍。
實(shí)施形態(tài)8圖13是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)8的扭矩傳感器的側(cè)面圖。第1旋轉(zhuǎn)軸1側(cè)的第1外周筒12a和第2旋轉(zhuǎn)軸2側(cè)的第2外周筒12b，由非磁性的連接體13連接著，一體地旋轉(zhuǎn)。另外，設(shè)置著若干個磁傳感器15a、15b。磁傳感器15a與固定磁極19a、19b一起固定在不動的絕對空間內(nèi)。磁傳感器15b與固定磁極19c、19d一起固定在不動的絕對空間內(nèi)。
在第1外周筒12a的靠連接體13側(cè)的端面22上，如圖13所示，形成了凹凸形狀23。該凹凸形狀23，具有在端面22的周方向以預(yù)定間隔交替形成的凹部分和凸部分。各凹部分和凸部分的高度全部相同。磁傳感器15a的固定磁極19a和磁傳感器15b的固定磁極19c，隔著小空隙與該凹凸形狀23相向，但它們的相向狀態(tài)是，相對于凹凸形狀23彼此呈相反的相位。具體地說，當(dāng)磁傳感器15a的固定磁極19a與凹凸形狀23的凸部分相向時，磁傳感器15b的固定磁極19c就與其凹部分相向。當(dāng)磁傳感器15a的固定磁極19a與凹凸形狀23的凹部分相向時，磁傳感器15b的固定磁極19c就與其凸部分相向。圖13中，表示磁傳感器15a的固定磁極19a與凹凸形狀的凸部分相向，磁傳感器15b的固定磁極19c與其凹部分相向的狀態(tài)。其它構(gòu)造與實(shí)施形態(tài)1相同。
圖14表示一邊使實(shí)施形態(tài)8的扭矩傳感器旋轉(zhuǎn)，一邊加大扭矩時的傳感器的輸出波形。圖14的橫軸表示時間，縱軸表示磁傳感器的輸出信號。磁傳感器15a的輸出波形，例如如實(shí)線的波形20a所示，隨著時間的經(jīng)過，呈正弦波或近似正弦波的變化，其平均的大小隨扭矩的增大而增大。該扭矩的增大，依存于在實(shí)施形態(tài)1說明的角度位置θa、θb間的檢測范圍中，通過磁傳感器15a的檢測磁通的大小隨著扭矩的增大而直線增大這一情形。輸出波形20a的正弦波形的變化，依存于磁傳感器15a的固定磁極19a與第1外周筒12a的凹凸形狀的相向部分的變化，隨著第1外周筒12a的旋轉(zhuǎn)，固定磁極19a與凹凸形狀的相向部分依次地變化，結(jié)果，呈現(xiàn)正弦波形的變化。
磁傳感器15b的輸出波形，是虛線的波形20b。由于固定磁極19c和固定磁極19a相對于凹凸形狀的相向相位彼此相反，所以，該磁傳感器15b的輸出波形20b，是與磁傳感器15a的輸出波形20a相反相位的正弦波。該磁傳感器15b的輸出波形20b也與磁傳感器15a的輸出波形20a同樣地，其平均的大小，隨扭矩的增大而增大。但該扭矩的增大，依存于在實(shí)施形態(tài)1說明的角度位置θa、θb間的檢測范圍中，通過磁傳感器15a的檢測磁通的大小隨著扭矩的增大而直線增大這一情形。
圖14的點(diǎn)劃線波形20c，表示磁傳感器15a的輸出波形20a和磁傳感器15b的輸出波形20b的算術(shù)平均值。輸出波形20a、20b，結(jié)果是沿著該波形20c，隨著扭矩的增大而增大。由于磁傳感器15a的輸出波形20a和磁傳感器15b的輸出波形20b是反相的，所以，該波形20c中，第1外周筒12a的端面22的凹凸形狀23的影響產(chǎn)生的、旋轉(zhuǎn)時的正弦波狀變動成分互相抵消。因此，作為磁傳感器15a的輸出波形20a和磁傳感器15b的輸出波形20b的算術(shù)平均值而得到的點(diǎn)劃線波形20c，不受第1外周筒12a的端面22的凹凸形狀23的影響，該波形20c表示作用在旋轉(zhuǎn)軸1、2間的扭轉(zhuǎn)摶矩的大小的變化。根據(jù)該波形20c，可以檢測出作用在旋轉(zhuǎn)軸1、2上的扭轉(zhuǎn)扭矩。
圖14的雙點(diǎn)劃線波形20d，表示磁傳感器15a的輸出波形20a和磁傳感器15b的輸出波形20b之差的1/2的大小，該大小沿橫軸呈正弦波狀變化。作用在第1旋轉(zhuǎn)軸1與第2旋轉(zhuǎn)軸2之間的扭矩的大小，對磁傳感器15a的輸出和磁傳感器15b的輸出雙方有影響，所以，通過取它們的差，就可以除去扭矩成分。另一方面，由于磁傳感器15a的輸出波形20a和磁傳感器15b的輸出波形20b是相互反相的，所以，對第1旋轉(zhuǎn)軸1側(cè)的第1外周筒12a的端面22的凹凸形狀23的影響產(chǎn)生的、旋轉(zhuǎn)時的變動成分，通過取它們的差，第1外周筒12a的端面22的凹凸形狀23的影響，留在該波形20d中，根據(jù)該波形20d，可以檢測第1外周筒12a的旋轉(zhuǎn)角度。
另外，圖13所示的實(shí)施形態(tài)8中，第1外周筒12a的端面22上的凹凸形狀23的高度，在其端面22的周方向是均勻的，但是，在周方向使它們的高度變化時，也可以檢測絕對角度。另外，也可以采用3個或3個以上的磁傳感器，第1外周筒12a的端面22的凹凸形狀23也可以是多級的。另外，也可以在第2外周筒12b的與第1外周筒12a相向的端面上形成凹凸形狀23。另外，也可以采取凹凸形狀23以外的方式，只要是使外周筒12a、12b與固定磁極19a、19b、19c、19d之間的磁阻變化的方式均可。另外，凹凸形狀23也可以不形成在外周筒12a、12b的端面上，而形成在其周面、例如外周面上。
該實(shí)施形態(tài)8中，是采用2個磁傳感器15a、15b，求它們的輸出信號之和、之差，當(dāng)一個磁傳感器出故障時，采用另一個磁傳感器的檢測信號，雖然性能稍稍差一點(diǎn)，但是，可以作為扭矩傳感器使用，所以，扭矩傳感器也成為冗長的設(shè)計(jì)。
這樣，通過在第1、第2外周筒12a、12b上形成凹凸形狀23等的磁阻變化部分，除了檢測扭矩外，還可以檢測旋轉(zhuǎn)角度。采用若干個磁傳感器，使它們與凹凸形狀23相向的相位相反，取若干個磁傳感器的輸出信號之和或之差，可以用低成本實(shí)現(xiàn)能檢測扭矩和旋轉(zhuǎn)角度雙方的傳感器。
實(shí)施形態(tài)9圖15是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)9的扭矩傳感器的側(cè)面圖。在第1外周筒12a的靠第1旋轉(zhuǎn)軸1側(cè)的端面，在周方向形成了凹凸形狀24，用與該凹凸形狀24相向的旋轉(zhuǎn)角度檢測機(jī)構(gòu)21，檢測旋轉(zhuǎn)角度。該旋轉(zhuǎn)角度檢測機(jī)構(gòu)21，例如是渦電流式的變位傳感器等。其它構(gòu)造與實(shí)施形態(tài)5相同。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的扭矩傳感器，可用于檢測例如汽車方向盤的轉(zhuǎn)向扭矩，但是，只要是檢測扭矩，也可以應(yīng)用于其它用途。
權(quán)利要求
1.扭矩傳感器，將第1旋轉(zhuǎn)軸和第2旋轉(zhuǎn)軸配置在共同軸線上，用扭桿將該第1旋轉(zhuǎn)軸和第2旋轉(zhuǎn)軸結(jié)合，檢測作用在第1旋轉(zhuǎn)軸與第2旋轉(zhuǎn)軸之間的扭轉(zhuǎn)扭矩；其特征在于，備有磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)、磁場變化機(jī)構(gòu)和磁傳感器；上述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，在以上述共同軸線為中心的徑方向產(chǎn)生磁場；上述磁場變化機(jī)構(gòu)，使得從上述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)沿上述共同軸線流動的檢測磁通的方向和大小，與上述第1旋轉(zhuǎn)軸及第2旋轉(zhuǎn)軸的相對旋轉(zhuǎn)相應(yīng)地變化；上述磁傳感器，用于檢測上述檢測磁通；上述磁傳感器產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號，其極性與上述檢測磁通的方向相應(yīng)地變化，其大小與上述檢測磁通的大小相應(yīng)地變化。
2.如權(quán)利要求1所述的扭矩傳感器，其特征在于，上述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，是在上述共同軸線的周圍配置至少一個環(huán)狀永磁鐵而形成的，在以上述共同軸線為中心的徑方向，將上述永磁鐵磁化。
3.如權(quán)利要求1所述的扭矩傳感器，其特征在于，上述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，是將若干個永磁鐵板配置在上述共同軸線的周圍而形成的，借助這些永磁鐵板產(chǎn)生上述磁場。
4.如權(quán)利要求1所述的扭矩傳感器，其特征在于，備有與上述第2旋轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)的外周筒，上述磁場變化機(jī)構(gòu)具有若干個磁場變化機(jī)構(gòu)，這些若干個磁場變化機(jī)構(gòu)沿上述共同軸線配置在上述外周筒的內(nèi)周。
5.如權(quán)利要求4所述的扭矩傳感器，其特征在于，上述外周筒具有沿上述共同軸線配置著的第1外周筒和第2外周筒，這些第1外周筒和第2外周筒，使上述檢測磁通流過它們之間，配置著被檢測磁通通過的上述磁傳感器。
6.如權(quán)利要求5所述的扭矩傳感器，其特征在于，在上述第1外周筒的內(nèi)周，配置著第1磁場變化機(jī)構(gòu)和第3磁場變化機(jī)構(gòu)，在上述第2外周筒的內(nèi)周，配置著第2磁場變化機(jī)構(gòu)和第4磁場變化機(jī)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的扭矩傳感器，其特征在于，上述第1、第2、第3、第4磁場變化機(jī)構(gòu)，分別具有與上述第1旋轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)的內(nèi)周磁極、和與該內(nèi)周磁極相向的外周磁極；上述第1、第3磁場變化機(jī)構(gòu)的各外周磁極，配置在上述第1外周筒的內(nèi)周面；上述第2、第4磁場變化機(jī)構(gòu)的各外周磁極，配置在上述第2外周筒的內(nèi)周面。
8.如權(quán)利要求6所述的扭矩傳感器，其特征在于，在上述第1外周筒和第2外周筒的內(nèi)周，分別配置著在相對上述共同軸線傾斜預(yù)定角度的方向延伸的第1傾斜磁極板和第2傾斜磁極板；用上述第1傾斜磁極板，構(gòu)成上述第1磁場變化機(jī)構(gòu)和第3磁場變化機(jī)構(gòu)；用上述第2傾斜磁極板，構(gòu)成上述第2磁場變化機(jī)構(gòu)和第4磁場變化機(jī)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求5所述的扭矩傳感器，其特征在于，即使上述第1外周筒和第2外周筒旋轉(zhuǎn)，上述磁傳感器也固定著不動。
10.如權(quán)利要求1所述的扭矩傳感器，其特征在于，備有第1、第2磁傳感器，這些磁傳感器，分別檢測從上述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)沿上述共同軸線流動的檢測磁通，產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號，其極性與檢測磁通的方向相應(yīng)地變化，其大小與檢測磁通的大小相應(yīng)地變化。
11.如權(quán)利要求1所述的扭矩傳感器，其特征在于，根據(jù)上述磁傳感器的輸出信號，除了檢測上述扭轉(zhuǎn)扭矩外，也檢測上述第2旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度。
12.如權(quán)利要求1所述的扭矩傳感器，其特征在于，備有第1、第2磁傳感器，這些磁傳感器，分別檢測從上述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)沿上述共同軸線流動的檢測磁通時，上述第1磁傳感器，包含著隨著上述第2旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)而周期地變化的第1信號成分；上述第2磁傳感器，包含著隨著上述第2旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)而與上述第1信號成分反相的第2信號成分。
13.如權(quán)利要求1所述的扭矩傳感器，其特征在于，還備有檢測上述第2旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)角度檢測機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供能得到雙極型的輸出信號、并且能減小軸的偏心對輸出信號的影響的扭矩傳感器。本發(fā)明的扭矩傳感器，第1旋轉(zhuǎn)軸(1)和第2旋轉(zhuǎn)軸(2)配置在共同軸線(L－L)上，用扭桿(5)將該第1旋轉(zhuǎn)軸(1)和第2旋轉(zhuǎn)軸(2)結(jié)合，檢測作用在第1旋轉(zhuǎn)軸(1)與第2旋轉(zhuǎn)軸(2)之間的扭轉(zhuǎn)扭矩；其特征在于，備有磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)(6)、磁場變化機(jī)構(gòu)(30))和磁傳感器(15)。上述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)(6)，在以共同軸線(L－L)為中心的徑方向產(chǎn)生磁場。上述磁場變化機(jī)構(gòu)(30)，使得從磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)(6)沿共同軸線(L－L)流的檢測磁通的方向和大小，與第1旋轉(zhuǎn)軸(1)及第2旋轉(zhuǎn)軸(2)的相對旋轉(zhuǎn)相應(yīng)地變化。上述磁傳感器(15)，用于檢測檢測磁通；該磁傳感器(15)產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號，其極性與檢測磁通的方向相應(yīng)地變化，其大小與檢測磁通的大小相應(yīng)地變化。
文檔編號G01L3/10GK1930458SQ20058000829
公開日2007年3月14日 申請日期2005年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月17日
發(fā)明者吉桑義雄, 今城昭彥 申請人:三菱電機(jī)株式會社