JPH0731149Y2 - Torque sensor - Google Patents

Torque sensor

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JPH0731149Y2
JPH0731149Y2 JP1988074074U JP7407488U JPH0731149Y2 JP H0731149 Y2 JPH0731149 Y2 JP H0731149Y2 JP 1988074074 U JP1988074074 U JP 1988074074U JP 7407488 U JP7407488 U JP 7407488U JP H0731149 Y2 JPH0731149 Y2 JP H0731149Y2
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cylinder
torque
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coil
shaft
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学 谷口
英信 永野
美一 池木
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Koyo Seiko Co Ltd
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Koyo Seiko Co Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はトルクセンサに関し、特に自動車の電動パワー
ステアリング装置に適用するのに好適なトルクセンサを
提案するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a torque sensor, and particularly proposes a torque sensor suitable for being applied to an electric power steering device of an automobile.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

自動車の操舵輪を操作する力を補助するパワーステアリ
ング装置として電動式のものが開発されつつある。これ
は操舵輪により加えられたトルクを検出し、その検出ト
ルクに応じて、操舵機構に設けた電動機を回転させる構
造となっている。ところで操舵輪により加えられたトル
クを検出する従来のトルクセンサはポテンションメータ
を用いた構造となっている。
An electric power steering device is being developed as a power steering device for assisting a force for operating a steering wheel of an automobile. This has a structure in which the torque applied by the steered wheels is detected, and the electric motor provided in the steering mechanism is rotated according to the detected torque. By the way, the conventional torque sensor for detecting the torque applied by the steered wheels has a structure using a potentiometer.

しかしながらポテンションメータを用いると、その長期
使用によって接触不良が生じてトルクを誤検出する虞れ
がある。そのため本願出願人は例えば第3図に半截断面
図で示す構造のトルクセンサを提案している(例えば特
願昭63-72269号)。入力軸1は図示しない操舵輪が取り
付けられている上部軸1aと、操舵機構の図示しないピニ
オンが取り付けられている下部軸1cとがトーションバー
1bを介して同軸的に連結され、円筒のケース2内を挿通
させて軸受3によりケース2に回転自在に支持されてい
る。
However, if a potentiometer is used, contact failure may occur due to long-term use thereof, and torque may be erroneously detected. Therefore, the applicant of the present application has proposed, for example, a torque sensor having a structure shown in a half cross-sectional view in FIG. 3 (for example, Japanese Patent Application No. 63-72269). The input shaft 1 includes an upper shaft 1a to which a steering wheel (not shown) is attached and a lower shaft 1c to which a pinion (not shown) of the steering mechanism is attached.
It is coaxially connected via 1b, is inserted through a cylindrical case 2, and is rotatably supported by the case 2 by a bearing 3.

上部軸1aの下端部(図面左側)には非磁性体からなる第
1スリーブ4aを外嵌固着し、その第1スリーブ4aには磁
性体からなる第1の円筒5及び第2の円筒6を軸方向に
適長離隔して外嵌固着している。
A first sleeve 4a made of a non-magnetic material is externally fitted and fixed to the lower end portion (left side in the drawing) of the upper shaft 1a, and a first cylinder 5 and a second cylinder 6 made of a magnetic material are attached to the first sleeve 4a. It is externally fitted and fixed with a proper distance in the axial direction.

第2の円筒6は第1の円筒5の軸端面と対向しない側の
軸端面に多数の歯部6aが周設されている。一方、下部軸
1cには、非磁性体からなる第2スリーブ4bを外嵌固着し
ており、その第2スリーブ4bに磁性体からなる第3の円
筒7を外嵌固着している。この第3の円筒7は第2の円
筒6の軸端面と対向する軸端面に多数の歯部7aを周設し
ている。そして第2,第3の円筒6,7の歯部6a及び7aが形
成された軸端面は適長離隔して対向している。前記ケー
ス2内には内周面に2本の周設溝8a,8bを形成している
ボビン8が内嵌固着されており、第1,第2の円筒5,6の
軸端面対向位置に対向する周設溝8aには、第1,第2の円
筒5,6の磁気結合に関連する誘起電圧を得る温度補償コ
イル9を巻回している。また第2,第3の円筒6,7の軸端
面対向位置に対向する周設溝8bには、第2,第3の円筒6,
7の磁気結合による誘起電圧を得るトルク検出コイル10
を巻回している。
The second cylinder 6 has a large number of teeth 6a provided around the shaft end surface of the first cylinder 5 which is not opposed to the shaft end surface. On the other hand, the lower shaft
A second sleeve 4b made of a non-magnetic material is externally fitted and fixed to 1c, and a third cylinder 7 made of a magnetic material is externally fitted and fixed to the second sleeve 4b. The third cylinder 7 has a large number of tooth portions 7a on the shaft end face opposite to the shaft end face of the second cylinder 6. The shaft end faces of the second and third cylinders 6 and 7 on which the tooth portions 6a and 7a are formed face each other with a proper distance. A bobbin 8 having two circumferential grooves 8a, 8b formed on its inner peripheral surface is internally fitted and fixed in the case 2, and the bobbin 8 is located at a position facing the shaft end surfaces of the first and second cylinders 5, 6. A temperature compensating coil 9 for obtaining an induced voltage related to magnetic coupling between the first and second cylinders 5 and 6 is wound around the opposing circumferential groove 8a. In addition, in the circumferential groove 8b facing the axial end surface facing positions of the second and third cylinders 6 and 7, the second and third cylinders 6 and
Torque detection coil 10 to obtain induced voltage by magnetic coupling of 7
Is wound.

図示しない高周波発振器の発振出力をトルク検出コイル
10及び温度補償コイル9に与える。いま、上部軸1aに回
転トルクを与えるとトーションバー1bがそのトルクに応
じて捩じれ、上部軸1aに固設している第2の円筒6は、
下部軸1cに固設している第3の円筒7に対して相対的に
回転する。それにより両円筒6,7の軸端面の対向面積が
変化して、両円筒6,7の磁気結合状態がトルクに応じて
変化して、トルク検出コイル10の誘起電圧が変化する。
一方、温度補償コイル9の誘起電圧は第1,第2の円筒5,
6の磁気結合状態に応じて得られ、周囲温度が変化して
両円筒5,6の対向面積が変化した場合にそれに応じて変
化する。したがって、トルク検出コイル10と温度補償コ
イル9との誘起電圧差を求めて、温度補償された検出ト
ルクを得ている。また、これとは別に特開昭59-46526号
公報には、軸端部に鋸歯状端縁を形成しており、その鋸
歯状端縁を互いに対向させている高透磁率材料の1対の
筒状体と、この筒状体に接触しないように筒状体を包囲
するトルク検出コイルとを備えて構成している電磁スト
レスセンサが示されている。また特開昭58-73833号公報
には、励磁線輪の両側に検出線輪を並設しており、それ
により2個の検出線輪を備えて構成している、回転状態
における相対変位角非接触測定装置が示されている。
The oscillation output of a high-frequency oscillator (not shown) is used as the torque detection coil.
10 and the temperature compensation coil 9. Now, when a rotational torque is applied to the upper shaft 1a, the torsion bar 1b is twisted according to the torque, and the second cylinder 6 fixed to the upper shaft 1a is
It rotates relative to the third cylinder 7 fixed to the lower shaft 1c. As a result, the opposed areas of the shaft end surfaces of both cylinders 6 and 7 change, the magnetic coupling state of both cylinders 6 and 7 changes according to the torque, and the induced voltage of torque detection coil 10 changes.
On the other hand, the induced voltage of the temperature compensation coil 9 is the first, second cylinder 5,
It is obtained according to the magnetic coupling state of 6 and changes accordingly when the ambient temperature changes and the facing area of both cylinders 5 and 6 changes. Therefore, the temperature-compensated detection torque is obtained by obtaining the induced voltage difference between the torque detection coil 10 and the temperature compensation coil 9. Separately from this, Japanese Patent Laid-Open No. 59-46526 discloses a pair of high magnetic permeability materials in which a serrated edge is formed at the shaft end and the serrated edges are opposed to each other. An electromagnetic stress sensor including a tubular body and a torque detection coil surrounding the tubular body so as not to contact the tubular body is shown. Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 58-73833, detection coils are arranged in parallel on both sides of an excitation coil, whereby two detection coils are provided, and a relative displacement angle in a rotating state. A non-contact measuring device is shown.

〔考案が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the device]

ところで、従来のトルクセンサ及び特開昭59-46526号公
報に示されている電磁ストレスセンサにはいずれも、単
一のトルク検出コイル10を設けているから、このトルク
検出コイル10が断線した場合には上部軸1aに作用したト
ルクが検出できなくなる。また特開昭58-73833号公報に
示されている、回転状態における相対変位角非接触測定
装置は、励磁線輪の両側に並設した2個の検出線輪の差
動出力を求めて相対変位角を測定するようにしているの
で、一方の検出線輪が断線した場合には、相対変位角が
検出できなくなるという問題がある。したがって、この
ようなトルクセンサを自動車に装備している場合には、
運転者はその断線後は操舵輪を強い力で操作することを
強いられるという問題がある。
By the way, since both the conventional torque sensor and the electromagnetic stress sensor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-46526 are provided with a single torque detection coil 10, if the torque detection coil 10 is disconnected. The torque acting on the upper shaft 1a cannot be detected. The relative displacement angle non-contact measuring device in the rotating state disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-73833 obtains the relative output by obtaining the differential output of two detection coils arranged side by side on the excitation coil. Since the displacement angle is measured, there is a problem that the relative displacement angle cannot be detected when one of the detection coils is broken. Therefore, if a vehicle is equipped with such a torque sensor,
There is a problem that the driver is forced to operate the steered wheels with a strong force after the disconnection.

本考案は斯かる問題に鑑み、1つのトルク検出コイルに
よるトルク検出が不能になっても、引き続きトルクを検
出するトルクセンサを提供することを目的とする。
In view of such a problem, the present invention has an object to provide a torque sensor that continuously detects the torque even when the torque detection by one torque detection coil becomes impossible.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本考案に係るトルクセンサは、トーションバーを介して
連結された2つの軸の一方の軸に固設され、一側軸端面
に歯部を周設している磁性体製の第1,第2の円筒と、他
方の軸に固設され、一側軸端面に歯部を周設しており該
歯部が前記第1,第2の円筒の前記一側軸端面と対向し、
その他側軸端面が互いに対向している磁性体製の第3,第
4の円筒と、第1の円筒と第3の円筒との磁気結合に関
連する誘起電圧を得る第1のトルク検出コイルと、第2
の円筒と第4の円筒との磁気結合に関連する誘起電圧を
得る第2のトルク検出コイルと、第3の円筒の外周に配
設された第1の温度補償コイルと、第4の円筒の外周に
配設された第2の温度補償コイルと、第1のトルク検出
コイルと第1の温度補償コイルとの差動出力を第1の出
力とし、第2のトルク検出コイルと第2の温度補償コイ
ルとの差動出力を第2の出力とし、前記第1の出力,第
2の出力が入力されるとともに、両出力のいずれか一方
を選択出力する選択手段とを備えていることを特徴とす
る。
The torque sensor according to the present invention is fixed to one of the two shafts connected via a torsion bar, and is made of a magnetic material having first and second magnetic members having toothed portions around the end surface of one shaft. And a shaft fixed to the other shaft, and a tooth portion is provided around the one side shaft end surface, and the tooth portion faces the one side shaft end surface of the first and second cylinders,
Third and fourth cylinders made of magnetic material, the end faces of the other side shafts of which face each other, and a first torque detection coil for obtaining an induced voltage related to magnetic coupling between the first cylinder and the third cylinder. , Second
A second torque detecting coil for obtaining an induced voltage related to the magnetic coupling between the cylinder and the fourth cylinder; a first temperature compensation coil arranged on the outer periphery of the third cylinder; The second temperature compensation coil disposed on the outer periphery and the differential output between the first torque detection coil and the first temperature compensation coil are used as the first output, and the second torque detection coil and the second temperature are detected. A differential output from the compensation coil is used as a second output, and the first output and the second output are input, and selection means for selectively outputting one of the two outputs is provided. And

〔作用〕[Action]

トーションバーを介して連結された2つの軸の一方の軸
に回転トルクを与えるとトーションバーが捩じれる。第
1と第3の円筒及び第2と第4の円筒とが夫々等量で相
対的に回転して、夫々が対向している軸端面の対向面積
が変化する。第1のトルク検出コイルには、第1,第3の
円筒の磁気結合状態に相応する誘起電圧が生じる。第2
のトルク検出コイルには、第2,第4の円筒の磁気結合状
態に相応する誘起電圧が生じる。
When a rotational torque is applied to one of the two shafts connected via the torsion bar, the torsion bar is twisted. The first and third cylinders and the second and fourth cylinders relatively rotate in equal amounts, respectively, and the facing areas of the shaft end faces facing each other change. An induced voltage corresponding to the magnetically coupled states of the first and third cylinders is generated in the first torque detection coil. Second
An induced voltage corresponding to the magnetically coupled states of the second and fourth cylinders is generated in the torque detection coil.

第1,第2の温度補償コイル夫々には、第3の円筒と第4
の円筒とが対向している軸端面の磁気結合状態に関連す
る誘起電圧が生じる。第1のトルク検出コイルの誘起電
圧と第1の温度補償コイルの誘起電圧との電圧差が温度
補償された検出トルクである第1の出力となり、第2の
トルク検出コイルの誘起電圧と第2の温度補償コイルの
誘起電圧との電圧差が温度補償された検出トルクである
第2の出力となる。故障により第1の出力又は第2の出
力が消滅すると、選択手段は第2の出力又は第1の出力
を選択して出力する。
Each of the first and second temperature compensation coils has a third cylinder and a fourth cylinder.
An induced voltage is generated which is related to the magnetic coupling state of the shaft end face which faces the cylinder of. The voltage difference between the induced voltage of the first torque detection coil and the induced voltage of the first temperature compensation coil becomes the first output that is the temperature-compensated detected torque, and the induced voltage of the second torque detection coil and the second output. The voltage difference from the induced voltage of the temperature compensation coil of is the second output which is the temperature-compensated detected torque. When the first output or the second output disappears due to a failure, the selecting means selects and outputs the second output or the first output.

これにより、一方の軸に与えた回転トルクを、第1,第2
のトルク検出コイルがともに検出する。故障により第1
の出力、第2の出力のいずれかが消滅しても、トルクの
検出が不能にならない。
As a result, the rotational torque applied to one shaft is
Both torque detection coils detect. First due to failure
The torque cannot be detected even if any of the output of 1 and the output of 2 disappears.

これにより、一方の軸に与えた回転トルクは第1,第2の
トルク検出コイルがともに検出する。
As a result, the rotational torque applied to one shaft is detected by both the first and second torque detection coils.

〔実施例〕〔Example〕

以下本考案をその実施例を示す図面によって詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing an embodiment thereof.

第1図は本考案に係るトルクセンサの構造を示す半截断
面図である。入力軸100は図示しない操舵輪が取り付け
られている上部軸11aと操舵機構の図示しないピニオン
が取り付けられている下部軸11cとがトーションバー11b
を介して同軸的に連結されているものであり、上部軸11
aは例えば車体に固定されている筒状のケース12に軸受1
3を介して回転自在に支持されている。
FIG. 1 is a half sectional view showing a structure of a torque sensor according to the present invention. The input shaft 100 includes an upper shaft 11a to which a steering wheel (not shown) is attached and a lower shaft 11c to which a pinion (not shown) of a steering mechanism is attached, and a torsion bar 11b.
Is connected coaxially via the upper shaft 11
a is a bearing 1 in a cylindrical case 12 fixed to the vehicle body, for example.
It is rotatably supported via 3.

上部軸11aの下端部(図面左側)の外径は、下部軸11cの
上端部(図面右側)の孔への挿入のために小径となって
いる。下部軸11cの上端部寄りには適幅寸法の周設凹部1
1dが設けられている。この周設凹部11d位置には、内径
寸法が下部軸11cの外径寸法より稍大径の非磁性体から
なる第1スリーブ14aを遊嵌して配設しており、この第
1スリーブ14aはこれに係入させたピン15を、下部軸11c
の径方向に貫通させて上部軸11aの小径部に係入させ上
部軸11aに同心的に周設されている。なお、ピン15は第
1スリーブ14aの周方向に複数本等配しており、またそ
れらのピンが貫通している下部軸11c部分は、下部軸11c
の回転を妨げないように周方向に適長のピン孔11eを設
けている。それにより第1スリーブ14aは上部軸11aと連
動するようになっている。
The outer diameter of the lower end of the upper shaft 11a (on the left side in the drawing) is small for insertion into the hole of the upper end of the lower shaft 11c (on the right side in the drawing). Around the upper end of the lower shaft 11c, a circumferential recess 1 with an appropriate width
1d is provided. A first sleeve 14a made of a non-magnetic material having an inner diameter dimension slightly larger than the outer diameter dimension of the lower shaft 11c is loosely fitted and disposed at the position of the circumferential recessed portion 11d. Insert the pin 15 engaged in this into the lower shaft 11c
Is penetrated in the radial direction and is engaged with the small diameter portion of the upper shaft 11a, and is concentrically provided around the upper shaft 11a. A plurality of pins 15 are equally arranged in the circumferential direction of the first sleeve 14a, and the lower shaft 11c portion through which these pins penetrate is the lower shaft 11c.
A pin hole 11e having an appropriate length is provided in the circumferential direction so as not to hinder the rotation of the pin. As a result, the first sleeve 14a is linked with the upper shaft 11a.

第1スリーブ14aには、一側軸端面に多数の歯部61aを周
設している磁性体からなる第1の円筒61を、その歯部61
aを上部軸11aの上端側(図面右側)にして外嵌固着して
いる。
The first sleeve 14a is provided with a first cylinder 61 made of a magnetic material and having a plurality of teeth 61a provided on one end of the shaft.
The upper shaft 11a is set to the upper end side (right side in the drawing) of the upper shaft 11a for external fitting.

上部軸11aの下端部における大径部には、非磁性体から
なる第2スリーブ14bを外嵌固着しており、この第2ス
リーブ14bには、一側軸端面に前記歯部61aと同ピッチで
多数の歯部62aを周設している磁性体からなる第2の円
筒62を、その歯部62aを前記歯部61a側にして外嵌固着し
ている。下部軸11cの上端部には非磁性体からなる第3
スリーブ14cを外嵌固着しており、この第3スリーブ14c
には、一側軸端面に歯部61aと同ピッチで多数の歯部63a
を周設した磁性体からなる第3の円筒63及び同様に多数
の歯部64aを周設した磁性体からなる第4の円筒64を、
歯部63a,64aを有しない他側軸端面63b,64bを互いに適長
離隔して対向させて外嵌固着している。そして、第1の
円筒61の歯部61aを有する軸端面と第3の円筒63の歯部6
3aを有する一側軸端面とが、また第2の円筒62の歯部62
aを有する一側軸端面と第4の円筒64の歯部64aを有する
一側軸端面とが、ともに等しい距離で対向させている。
また歯部61aと63a及び歯部62aと64aとは対向状態を同じ
にしてある。
A second sleeve 14b made of a non-magnetic material is externally fitted and fixed to the large-diameter portion at the lower end of the upper shaft 11a. The second sleeve 14b has the same pitch as the tooth portion 61a on the end face of one side of the shaft. The second cylinder 62 made of a magnetic material and surrounding a large number of tooth portions 62a is externally fitted and fixed with the tooth portion 62a facing the tooth portion 61a. The upper end of the lower shaft 11c has a third non-magnetic material
The sleeve 14c is externally fitted and fixed, and the third sleeve 14c
Includes a large number of teeth 63a at the same pitch as the teeth 61a on the end face of one shaft.
A third cylinder 63 made of a magnetic material and a fourth cylinder 64 made of a magnetic material having a large number of tooth portions 64a.
The other-side shaft end surfaces 63b, 64b having no tooth portions 63a, 64a are opposed to each other with a proper distance therebetween and are externally fitted and fixed. Then, the shaft end surface having the tooth portion 61a of the first cylinder 61 and the tooth portion 6 of the third cylinder 63.
3a and one side shaft end surface, and also the tooth portion 62 of the second cylinder 62.
The one-side shaft end surface having a and the one-side shaft end surface having the tooth portion 64a of the fourth cylinder 64 face each other at the same distance.
Further, the tooth portions 61a and 63a and the tooth portions 62a and 64a have the same facing state.

なお対向させた歯部同士は歯幅全部で対向させているが
歯幅の一部で対向させてもよい。
In addition, the opposed tooth portions are opposed to each other in the entire tooth width, but may be opposed to each other in a part of the tooth width.

前記ケース12内には、内周面に4本の周設溝16a,16b,16
c,16dを軸方向に並設しているボビン16を内嵌固着して
いる。そしてこのボビン16がケース12の所定位置に内嵌
された場合には、周設溝16aの幅方向中心が歯部61aと63
aとの対向位置に、周設溝16b,16cが第3,第4の円筒63,6
4の他側軸端面63b,64bの対向位置寄りに、周設溝16dの
幅方向の中心が第2,第4の円筒62,64の歯部62a,64aの対
向位置に夫々位置すべく設けている。そして周設溝16a
には第1のトルク検出コイル17を、周設溝16dには第2
のトルク検出コイル18を夫々溝に沿わせて巻回してお
り、これらのコイル17,18の線径は同一に、巻回数は適
宜の同一巻回数にしてある。
Inside the case 12, there are four circumferential grooves 16a, 16b, 16 on the inner peripheral surface.
A bobbin 16 in which c and 16d are arranged side by side in the axial direction is internally fixed. When the bobbin 16 is fitted in a predetermined position of the case 12, the center of the circumferential groove 16a in the width direction is toothed portions 61a and 63a.
Circumferential grooves 16b and 16c are provided at positions facing a, and third and fourth cylinders 63 and 6 are provided.
Provided so that the center of the circumferential groove 16d in the width direction is located at the position facing the tooth portions 62a, 64a of the second and fourth cylinders 62, 64, respectively, near the positions facing the other shaft end surfaces 63b, 64b of the other 4 side. ing. And the circumferential groove 16a
The first torque detecting coil 17 in the
The torque detecting coils 18 are wound along the respective grooves, the wire diameters of the coils 17 and 18 are the same, and the number of windings is appropriately the same.

また周設溝16bには第1の温度補償コイル19を、周設溝1
6cには第2の温度補償コイル20を夫々溝に沿わせて巻回
しており、これらのコイル19,20の線径は同一に、巻回
数は適宜の同一巻回数にしてある。更に、トルク検出コ
イル17,18の巻回方向は同方向であり、温度補償コイル1
9,20の巻回方向を同方向にしている。
Further, the first temperature compensation coil 19 is provided in the circumferential groove 16b and the first temperature compensation coil 19 is provided in the circumferential groove 1b.
The second temperature compensating coil 20 is wound around the groove 6c along the groove. The coils 19 and 20 have the same wire diameter and the same number of turns. Furthermore, the winding directions of the torque detection coils 17 and 18 are the same, and the temperature compensation coil 1
The winding direction of 9,20 is the same direction.

第2図は本考案のトルクセンサの電気回路要部の回路図
である。第1,第2のトルク検出コイル17,18及び第1,第
2の温度補償コイル19,20の夫々の一端を接地してい
る。
FIG. 2 is a circuit diagram of an essential part of an electric circuit of the torque sensor of the present invention. One ends of the first and second torque detection coils 17 and 18 and the first and second temperature compensation coils 19 and 20 are grounded.

第1のトルク検出コイル17及び第1の温度補償コイル19
の各他端を第1の差動増幅器21の正,負入力端子+,−
と各接続している。また第2のトルク検出コイル18及び
第2の温度補償コイル20の各他端を第2の差動増幅器22
の正,負入力端子+,−と各接続している。第1,第2差
動増幅器21,22の夫々の出力を増幅回路23,24へ各入力し
ている。増幅回路23,24の夫々の出力をマルチプレクサ2
5の入力端子25a,25bへ各入力しており、マルチプレクサ
25が選択した出力信号TSはパワーステアリング用モータ
の制御回路(図示せず)へ与えられる。また図示しない
選択制御部からマルチプレクサ25に選択指令信号SSを与
えるようになっている。
First torque detection coil 17 and first temperature compensation coil 19
To the positive and negative input terminals + and − of the first differential amplifier 21.
And each is connected. The other ends of the second torque detection coil 18 and the second temperature compensation coil 20 are connected to the second differential amplifier 22.
Each of the positive and negative input terminals of + and-is connected. The outputs of the first and second differential amplifiers 21 and 22 are input to the amplifier circuits 23 and 24, respectively. The multiplexer 2 outputs the outputs of the amplifier circuits 23 and 24, respectively.
Input to each of the 5 input terminals 25a and 25b
The output signal TS selected by 25 is given to the control circuit (not shown) of the power steering motor. Further, a selection command signal SS is given to the multiplexer 25 from a selection control unit (not shown).

次に本考案のトルクセンサの動作を第1図により説明す
る。このトルクセンサを動作させる場合には、例えば5
〜10kHzで発振する図示しない高周波発振器を発振させ
てその発振出力を第1,第2のトルク検出コイル17,18及
び第1,第2の温度補償コイル19,20の夫々に与える。そ
うすると、トルク検出コイル17には円筒61と63との一側
軸端面の磁気結合状態に関連する誘起電圧が、トルク検
出コイル18には円筒62と64との一側軸端面の磁気結合状
態に関連する誘起電圧が、温度補償コイル19,20には円
筒63と64との他側軸端面の磁気結合状態に関連する誘起
電圧が生じることになる。
Next, the operation of the torque sensor of the present invention will be described with reference to FIG. When operating this torque sensor, for example, 5
A high-frequency oscillator (not shown) that oscillates at ˜10 kHz is oscillated, and its oscillation output is given to each of the first and second torque detection coils 17 and 18 and the first and second temperature compensation coils 19 and 20. Then, an induced voltage related to the magnetic coupling state of the one-side shaft end faces of the cylinders 61 and 63 is applied to the torque detection coil 17, and a magnetic coupling state of the one-side shaft end face of the cylinders 62 and 64 is applied to the torque detection coil 18. A related induced voltage is generated in the temperature compensation coils 19 and 20 related to the magnetic coupling state of the other shaft end faces of the cylinders 63 and 64.

さて、第1図において図示しない操舵輪を操作して上部
軸11aを時計方向(実線矢符方向)へ回転させるとトー
ションバー11bが捩じれて、第1,第2の円筒61,62が第3,
第4の円筒63,64に対して時計回転方向へ相対的に回転
して、歯部61aと63aとの及び62aと64aとの対向面積が減
少し、磁気結合が小となり、第1,第2のトルク検出コイ
ル17,18の誘起電圧が低くなる。これに対し第3,第4の
円筒63,64の他側軸端面63b,64bが対向している部分の磁
気結合は不変であるから、第1,第2の温度補償コイル1
9,20の誘起電圧が変化しない。それにより差動増幅器2
1,22の各出力は前述した相対回転差に関連したものとな
る。そして両差動増幅器21,22の夫々の出力が増幅回路2
3,24へ入力されて、増幅された後マルチプレクサ25へ入
力される。マルチプレクサ25は選択指令信号SSによっ
て、増幅回路23,24のいずれかの出力を選択して、図示
しない制御回路へ出力して、検出トルクに応じて電動機
を駆動することになる。
Now, when operating the steered wheels (not shown in FIG. 1) to rotate the upper shaft 11a in the clockwise direction (solid arrow direction), the torsion bar 11b is twisted, and the first and second cylinders 61, 62 move to the third position. ,
By rotating relative to the fourth cylinders 63 and 64 in the clockwise direction, the facing areas of the tooth portions 61a and 63a and 62a and 64a are reduced, and the magnetic coupling becomes small. The induced voltage of the second torque detection coils 17 and 18 becomes low. On the other hand, the magnetic coupling of the portions where the other shaft end surfaces 63b and 64b of the third and fourth cylinders 63 and 64 face each other does not change. Therefore, the first and second temperature compensation coils 1
The induced voltage of 9,20 does not change. Thereby the differential amplifier 2
The outputs of 1, 22 are related to the relative rotation difference described above. The respective outputs of the two differential amplifiers 21 and 22 are the amplification circuit 2
The signals are input to 3, 24, amplified, and then input to the multiplexer 25. The multiplexer 25 selects one of the outputs of the amplifier circuits 23 and 24 by the selection command signal SS and outputs it to the control circuit (not shown) to drive the electric motor according to the detected torque.

なお、操舵輪を反時計方向(破線矢符方向)へ操作した
場合も、前述した場合と同様に電磁結合状態が小となっ
て第1,第2のトルク検出コイル17,18の誘起電圧が低く
なり、前記同様に出力することになる。
Even when the steered wheels are operated in the counterclockwise direction (the direction of the broken arrow), the electromagnetic coupling state becomes small and the induced voltages of the first and second torque detection coils 17 and 18 become the same as in the case described above. It becomes low, and the output is performed in the same manner as described above.

そして、前記相対回転量は入力軸11に操舵輪によって加
えた回転トルクによって定まるから、結局は差動増幅器
21又は22の出力によりトルクが検出できたことになる。
Since the relative rotation amount is determined by the rotation torque applied to the input shaft 11 by the steered wheels, the differential amplifier is eventually used.
The output of 21 or 22 means that the torque can be detected.

しかして、例えばトルク検出コイル17が断線すると、そ
の誘起電圧が消滅してそれによるトルク検出が不能とな
るが、それを図示しない選択制御部が制御するとマルチ
プレクサ25に新たな選択指令信号SSを与えて、マルチプ
レクサ25は増幅回路24の出力を選択して出力信号TSを出
力することになり、マルチプレクサ25の出力が瞬時的に
も消滅せず、トルクセンサによるトルク検出が不能に陥
ることがない。
Then, for example, when the torque detection coil 17 is broken, its induced voltage disappears and torque detection due to it disappears, but when a selection control unit (not shown) controls it, a new selection command signal SS is given to the multiplexer 25. Then, the multiplexer 25 selects the output of the amplifier circuit 24 and outputs the output signal TS, so that the output of the multiplexer 25 does not disappear instantaneously and the torque detection by the torque sensor does not become impossible.

したがって、1つのトルク検出コイルが例え断線して
も、パワーステアリング制御を継続させることができる
ことになる。
Therefore, even if one torque detection coil is broken, the power steering control can be continued.

これとは別に、トルクセンサの周囲温度が変化した場合
には、熱膨張係数により第1,第3の円筒61,63の軸端面
の対向間隙及び第2,第4の円筒62,64の軸端面の対向間
隙が変化するが、それに相応して第3,第4の他側軸端面
63b,64bの対向間隙も変化するから、トルク検出コイル1
7,18及び温度補償コイル19,20の誘起電圧変化に及ぼす
影響が等しくなり、差動増幅器21,22でトルク検出コイ
ル17,18と温度補償コイル19,20との夫々の誘起電圧差を
求めることでトルク検出の温度補償が行える。
Apart from this, when the ambient temperature of the torque sensor changes, due to the coefficient of thermal expansion, the opposing gaps of the shaft end faces of the first and third cylinders 61 and 63 and the shafts of the second and fourth cylinders 62 and 64 are different. The facing gap of the end faces changes, but the third and fourth other shaft end faces are correspondingly changed.
Since the opposing gap between 63b and 64b also changes, the torque detection coil 1
7, 18 and temperature compensation coils 19 and 20 have the same effect on the induced voltage changes, and differential amplifiers 21 and 22 calculate the induced voltage difference between torque detection coils 17 and 18 and temperature compensation coils 19 and 20, respectively. This allows temperature compensation for torque detection.

なお、磁性体からなる円筒61,62,63,64の歯部の形状は
本実施例に限定されるものではなく、その相対回転によ
って対向軸端面間の磁気結合状態が変化する形状であれ
ばよい。またマルチプレクサ25をOR回路に替えて一方の
増幅回路の出力が消滅したときには他方の増幅回路の出
力を出力するようにしてもよい。
The shape of the teeth of the cylinders 61, 62, 63, 64 made of a magnetic material is not limited to this embodiment, and the shape of the magnetic coupling between the opposite shaft end faces is changed by the relative rotation thereof. Good. Alternatively, the multiplexer 25 may be replaced with an OR circuit so that when the output of one amplifier circuit disappears, the output of the other amplifier circuit is output.

そして、本考案のトルクセンサは自動車のパワーステア
リング装置に限らず、例えば回転量自体の測定にも適用
できることは勿論である。
The torque sensor of the present invention can be applied not only to the power steering device of an automobile but also to the measurement of the rotation amount itself.

〔考案の効果〕[Effect of device]

以上詳述したように本考案のトルクセンサは、第1,第2
のトルク検出コイル及び第1,第2の温度補償コイルを備
え、第1のトルク検出コイルの出力と第1の温度補償コ
イルの出力との差動出力、及び第2のトルク検出コイル
の出力と第2の温度補償コイルの出力との差動出力がと
もに得られるようにし、それらを選択手段により選択し
て出力するようにしたから、故障により一方の差動出力
が得られなくなった場合には、選択手段により他方の差
動出力が選択されて出力され、トルクが検出できない状
態になる虞れがなく、またトルク検出の温度補償が行わ
れて、フェイルセーフ機能を備えるとともに、トルクの
検出精度を高めることができる。
As described in detail above, the torque sensor of the present invention is
The torque detection coil and the first and second temperature compensation coils, and the differential output between the output of the first torque detection coil and the output of the first temperature compensation coil, and the output of the second torque detection coil. Since both the differential output of the second temperature compensation coil and the differential output of the second temperature compensation coil are obtained and the differential output is selected and output by the selection means, when one of the differential outputs cannot be obtained due to a failure. , The other differential output is selected and output by the selection means, there is no risk that the torque cannot be detected, temperature compensation for torque detection is performed, and the fail-safe function is provided and the torque detection accuracy is provided. Can be increased.

よって本考案は信頼性及び安全性に優れたトルクセンサ
を提供できる優れた効果を奏する。
Therefore, the present invention has an excellent effect of providing a torque sensor having excellent reliability and safety.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本考案に係るトルクセンサの構造を示す半截断
面図、第2図は本考案のトルクセンサの電気回路要部の
回路図、第3図は従来のトルクセンサの構造を示す半截
断面図である。 11a…上部軸、11b…トーションバー、11c…下部軸、12
…ケース、17…第1のトルク検出コイル、18…第2のト
ルク検出コイル、19,20…温度補償コイル、61…第1の
円筒61a…歯部、62…第2の円筒、62a…歯部63…第3の
円筒、63a…歯部、64…第4の円筒64a…歯部、100…入
力軸
FIG. 1 is a half sectional view showing a structure of a torque sensor according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of an electric circuit main part of a torque sensor of the present invention, and FIG. 3 is a half sectional view showing a structure of a conventional torque sensor. It is a figure. 11a ... upper shaft, 11b ... torsion bar, 11c ... lower shaft, 12
... Case, 17 ... First torque detection coil, 18 ... Second torque detection coil, 19, 20 ... Temperature compensation coil, 61 ... First cylinder 61a ... Tooth portion, 62 ... Second cylinder, 62a ... Tooth Part 63 ... Third cylinder, 63a ... Tooth part, 64 ... Fourth cylinder 64a ... Tooth part, 100 ... Input shaft

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】トーションバーを介して連結された2つの
軸の一方の軸に固設され、一側軸端面に歯部を周設して
いる磁性体製の第1,第2の円筒と、他方の軸に固設さ
れ、一側軸端面に歯部を周設しており該歯部が前記第1,
第2の円筒の前記一側軸端面と対向し、その他側軸端面
が互いに対向している磁性体製の第3,第4の円筒と、第
1の円筒と第3の円筒との磁気結合に関連する誘起電圧
を得る第1のトルク検出コイルと、第2の円筒と第4の
円筒との磁気結合に関連する誘起電圧を得る第2のトル
ク検出コイルと、第3の円筒の外周に配設された第1の
温度補償コイルと、第4の円筒の外周に配設された第2
の温度補償コイルと、第1のトルク検出コイルと第1の
温度補償コイルとの差動出力を第1の出力とし、第2の
トルク検出コイルと第2の温度補償コイルとの差動出力
を第2の出力とし、前記第1の出力,第2の出力が入力
されるとともに、両出力のいずれか一方を選択出力する
選択手段とを備えていることを特徴とするトルクセン
サ。
1. A first and a second cylinder made of a magnetic material, which is fixed to one of two shafts connected via a torsion bar and has teeth on one end of one shaft. , Is fixed to the other shaft, and a tooth portion is provided around the end face of the one side shaft, and the tooth portion has the first and second teeth.
Magnetic coupling between the first and third cylinders, and third and fourth cylinders made of magnetic material, which face the one side shaft end surface of the second cylinder and the other side shaft end surfaces thereof face each other. A first torque detecting coil for obtaining an induced voltage related to the first cylinder, a second torque detecting coil for obtaining an induced voltage related to magnetic coupling between the second cylinder and the fourth cylinder, and an outer circumference of the third cylinder. The first temperature compensation coil arranged and the second temperature compensation coil arranged on the outer circumference of the fourth cylinder.
Of the temperature compensating coil and the differential output of the first torque detecting coil and the first temperature compensating coil as the first output, and the differential output of the second torque detecting coil and the second temperature compensating coil A torque sensor comprising: a second output, the first output and the second output being input, and selection means for selectively outputting one of the two outputs.
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