JP2001124640A - トルク検出装置 - Google Patents

トルク検出装置

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JP2001124640A
JP2001124640A JP30893199A JP30893199A JP2001124640A JP 2001124640 A JP2001124640 A JP 2001124640A JP 30893199 A JP30893199 A JP 30893199A JP 30893199 A JP30893199 A JP 30893199A JP 2001124640 A JP2001124640 A JP 2001124640A
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magnetic
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yoke
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/105Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、応答性の高いトルク検出装置を
得る。 【解決手段】 この発明に係わるトルク検出装置は、磁
性素11〜13及びヨーク22a〜22dの厚さは、次
式で算出される表皮厚さδの2倍以下である。 【数1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、自動車のパワー
ステアリング機構等、回転軸に外力が印加された際のト
ルクを非接触で検出するためのトルク検出装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】自動車のパワーステアリング機構におい
ては、パワーアシストの量を決定するために、操舵輪に
加わるトルクを検出する必要がある。このためのトルク
検出装置が例えば特開平6−174569号公報に開示
されている。この装置の構造を図8に基づいて説明す
る。このトルク検出装置は、ケース4と、操舵輪(図示
せず)が取付けられた第1の軸1及び操舵機構のピニオ
ンギア(図示せず)が取付けられた第2の軸2の中心軸
上に設けられているとともに、第1の軸1と第2の軸2
とを周方向(捩れ方向)に弾性的に接続する弾性部材で
あるトーションバー3と、ケース4と第1の軸1との間
に設けられ第1の軸1を回転自在に支持したベアリング
5と、第1の軸1に固着された非磁性体からなる第1の
スリーブ14aと、第2の軸2に固着された非磁性体か
らなる第2のスリーブ14bと、第1のスリーブ14a
に固着された、軟磁性材料からなる第1の磁性素子11
及び第2の磁性素子12と、第2のスリーブ14bに固
着された、軟磁性材料からなる第3の磁性素子13とを
備えている。第1の磁性素子11には第2の磁性素子1
2に対向した歯部11aが形成されている。第2の磁性
素子12及び第3の磁性素子13にはそれぞれ互いに対
向して歯部12a及び13aが形成されている。
【0003】また、トルク検出装置は、第1の磁性素子
11及び第2の磁性素子12を周回して設けられた第1
のコイル21aと、第1のコイル21aの外側を囲むよ
うにしてケース4に固定されているとともに内フランジ
を有する第1のヨーク22aと、第2の磁性素子12及
び第3の磁性素子13を周回して設けられた第2のコイ
ル21bと、第2のコイル21bの外側を囲むようにし
てケース4に固定されているとともに内フランジを有す
る第2のヨーク22bとを備えている。
【0004】第1〜第3の磁性素子11〜13及び第1
のヨーク22a、第2のヨーク22bは、構造上の強度
を保たせるために、厚さ1〜2mmの金属磁性体、或い
は、厚さ3〜5mmのフェライトで作られる。電気伝導
度の低いフェライトを使用すれば、磁気特性に関して
は、高周波数まで高感度の周波数特性が得られるが、強
度的に脆く、かつ高価なので、量産品への適用が難し
い。従って、通常は、機械的強度が高く、低価格の金属
磁性体である電磁ステンレス鋼が用いられている。
【0005】次に、上記トルク検出装置の動作について
説明する。第1の軸1に操舵輪からのトルクが印加され
ると、トーションバー3に捻り変形が発生し、第1の軸
1と第2の軸2との間に周方向に相対角度のずれが発生
する。すると、第1のスリーブ14aを介して第1の軸
1に固着された第2の磁性素子12と、第2のスリーブ
14bを介して固着された第3の磁性素子13との間に
周方向の相対変位が発生し、第2の磁性素子12の歯部
12aと第3の磁性素子13の歯部13aとの対向面積
が変化する。第2のコイル21bに交流駆動電流を流す
ことにより生じた磁束は、ヨーク22b、第2の磁性素
子12、第3の磁性素子13で構成された磁気回路を通
るが、磁路となる、歯部12aと歯部13aとの対向面
積が変化することで、この磁気回路の磁気抵抗が変化
し、第2のコイル21bのインダクタンスが変化する。
このインダクタンスの変化を検出回路(図示せず)によ
って検出することでトルクが求められる。
【0006】第2のコイル21bは、磁性素子やヨーク
に渦電流を発生させるため、渦電流の発生のない、理想
的な磁性素子やヨークを使用したと仮定した場合に比
べ、インダクタンスが低下している。この低下度合い
は、磁性素子やヨークの透磁率が一定で有れば、抵抗率
が低いほど大きい。金属材料の抵抗率は、特殊な場合を
除いて、高温ほど高いので、低温になれば抵抗率が下が
り、渦電流の影響が大きくなる。従って、渦電流の影響
度合いは、温度によって異なるので、温度変動の有る環
境で使用する場合には、温度補償を行う必要がある。第
1の磁性素子11及び第2の磁性素子12は、どちらも
第1のスリーブ14aを介して第1の軸1に固着されて
いるので、トルクの印加によっても第1の磁性素子11
と第2の磁性素子12との間での相対角度は変化せず、
第1の磁性素子11及び第2の磁性素子12の中間位置
を周回するように設けられた第1のコイル21aのイン
ダクタンスは変化しない。しかし、第2のコイル21b
と同様に温度変化により第1のコイル21aのインダク
タンスは変化するので、第1のコイル21aと第2のコ
イル21bとのインダクタンスの差を検出することによ
って、温度に影響されず、トルクだけに比例した出力を
得ることができる。
【0007】ところで、第2のコイル21bに交流駆動
電流を流すことによって第2のコイル21bに発生する
電圧は駆動電流の周波数に同期した交流電圧であり、ト
ルク検出装置からAD変換器への出力は、トルクに比例
した直流電圧、または直流電流にする必要があるので、
交流駆動電流の周波数に同期したリップルを除去し、出
力を滑らかな直流にするためのローパスフィルタが必要
である。第2のコイル21bの駆動周波数は数kHz程
度なので、このローパスフィルタの時定数は数百Hz程
度以下にする必要がある。従って、トルク出力の応答性
は、ローパスフィルタの時定数である数百Hzより速く
することができない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】近年、自動車のパワー
ステアリング機構においては、応答性を向上させるた
め、トルク検出装置には、従来よりも1桁ほど速い、数
kHzの応答性を求められるようになってきた。この要
求に応えるためには、駆動電流の周波数は、それより1
桁高い、数十kHz〜100kHzにする必要がある。
ところが、従来のトルク検出装置では、駆動電流の周波
数を高くすると、第2のコイル21bのインダクタンス
やインダクタンスのトルク感度が渦電流の影響で低くな
ってしまい、このため応答性を早くすることができない
という問題点があった。また、渦電流に起因する温度特
性の悪さとそのばらつきのため、広い温度範囲で使用す
る場合には、必ずしも完全に温度補償を行うことが難し
いという問題点があった。
【0009】この発明は、このような問題点を解決する
ことを課題とするものであって、応答性が速く、温度特
性の優れたトルク検出装置を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1及び
2に係るトルク検出装置では、磁性素子及びヨークの厚
さは、次式で算出される表皮厚さδの2倍以下である
【0011】
【数3】
【0012】この発明の請求項3に係るトルク検出装置
では、ヨークは、ヨークは、周方向に、複数の構成要素
に分離され、コイルの発生する磁束の通る部分では、そ
れら構成要素は、相互に電気的に絶縁されている。
【0013】この発明の請求項4に係るトルク検出装置
では、磁性素子は、周方向に、複数の構成要素に分離さ
れ、コイルの発生する磁束の通る部分では、それら構成
要素は、相互に電気的に絶縁されている。
【0014】この発明の請求項5に係るトルク検出装置
では、磁性素子は、周方向に、複数の構成要素に分離さ
れ、コイルの発生する磁束の通る部分では、それら構成
要素は、相互に電気的に絶縁されている。
【0015】この発明の請求項6に係るトルク検出装置
では、磁性素子、ヨークは、厚さ80μm以下の、軟磁
性材料よりなる板で構成されている。
【0016】この発明の請求項7に係るトルク検出装置
では、磁性素子、ヨークは、アモルファス金属板で構成
されている。
【0017】この発明の請求項8に係るトルク検出装置
では、磁性素子、ヨークの主要部は、導電性の部材と密
着させない。
【0018】この発明の請求項9に係るトルク検出装置
では、磁性素子と第1、第2の軸との間には導電性材
料、または、高透磁率材料よりなる磁気シールドが介在
している。
【0019】この発明の請求項10に係るトルク検出装
置では、磁性素子の中間部が、径方向外側に最も大きく
変位したときには、磁性素子の中間部がドーナツ状のヨ
ークの内端面よりも外径側に位置するようになってい
る。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図に基づいて説明するが、各図において、従来例で
ある図8と同一または相当の部材及び部位には、同一符
号を付して説明する。
【0021】実施の形態1.図1はこの発明の実施の形
態1によるトルク検出装置の正面一部断面図である。こ
のトルク検出装置は、ケース4と、操舵輪(図示せず)
が取付けられた第1の軸1及び操舵機構のピニオンギア
(図示せず)が取付けられた第2の軸2の中心軸上に設
けられているとともに、第1の軸1と第2の軸2とを周
方向(捩れ方向)に弾性的に接続した弾性部材であるト
ーションバー3と、ケース4と第1の軸1との間に設け
られ第1の軸1を回転自在に支持したベアリング5と、
第1の軸1に固着された銅製円筒状の第1の磁気シール
ド15aと、第2の軸2に固着された銅製円筒状の第2
の磁気シールド15bと、第1の磁気シールド15aの
外周に固着された非磁性体である樹脂製円筒状の第1の
スリーブ14aと、第2の磁気シールド15bの外周に
固着された非磁性体である樹脂製円筒状の第2のスリー
ブ14bと、第1のスリーブ14aに固着された厚さ2
0μmのコバルト系アモルファス金属からなる第1の磁
性素子11及び第2の磁性素子12と、第2のスリーブ
14bに固着された、同じくアモルファス金属からなる
第3の磁性素子13とを備えている。第1の磁性素子1
1には第2の磁性素子12に対向した歯部11aが形成
されている。第2の磁性素子12及び第3の磁性素子1
3にはそれぞれ互いに対向して歯部12a及び13aが
形成されている。なお、図中では第1の磁性素子11及
び第2の磁性素子12と、第1のスリーブ14aとを区
別するため、また第3の磁性素子13と第2のスリーブ
14bとを区別するために間隔を空けて示されている
が、実際には密着している。
【0022】また、このトルク検出装置は、それぞれ第
1と第2の磁性素子11、12の中間位置及び第2と第
3の磁性素子12、13の中間位置を周回する様に設け
られた、樹脂製の第1、第2のボビン23a、23b
と、それぞれのボビンに巻装された第1、第2のコイル
21a、21bと、第1のボビン23a及び第2のボビ
ン23bの側面に周方向に沿って設けられたアモルファ
ス金属からなるドーナツ状のヨーク22a〜22cと、
ヨーク22a〜22cの外周端面に固着しヨーク22a
〜22cを覆うアモルファス金属からなる円筒状のヨー
ク22dと、内壁面にヨーク22dが固着され外壁面が
ケース4に固着された樹脂製円筒状の第3のスリーブ2
4とを備えている。磁気回路を構成する、ヨーク22a
〜ヨーク22d、磁性素子11〜13は厚さが同じ20
μmのアモルファス金属で構成されている。
【0023】次に、上記構成のトルク検出装置の動作に
ついて説明する。基本動作は、従来例と全く同様であ
る。第1の軸1に操舵輪からのトルクが印加されると、
トーションバー3に捻り変形が発生し、第1の軸1と第
2の軸2との間に周方向に相対角度のずれが発生する。
すると、磁気シールド15a、第1のスリーブ14aを
介して第1の軸1に固着された第2の磁性素子12と、
磁気シールド15b、第2のスリーブ14bを介して固
着された第3の磁性素子13との間に周方向の相対変位
が発生し、第2の磁性素子12の歯部12aと第3の磁
性素子13の歯部13aとの対向面積が変化する。第2
のコイル21bに交流駆動電流を流すことにより生じた
磁束は、ヨーク22b、ヨーク22d、ヨーク22c、
ヨーク22d、第2の磁性素子12、第3の磁性素子1
3で構成された磁気回路を通るが、磁路となる、歯部1
2aと歯部13aとの対向面積が変化することで、この
磁気回路の磁気抵抗が変化し、第2のコイル21bのイ
ンダクタンスが変化する。このインダクタンスの変化を
検出回路(図示せず)によって検出することでトルクが
求められる。
【0024】第2のコイル21bのインダクタンスは、
従来のトルク検出装置よりも影響度は格段に小さいもの
の、温度によっても変化するため、高い精度を要求する
場合には、温度補償を行う必要がある。第1の磁性素子
11及び第2の磁性素子12は、どちらも第1のスリー
ブ14a、磁気シールド15aを介して第1の軸1に固
着されているので、トルクの印加によっても第1の磁性
素子11と第2の磁性素子12との間での相対角度は変
化せず、第1の磁性素子11及び第2の磁性素子12の
中間位置を周回するようにに設けられた第1のコイル2
1aのインダクタンスは変化しない。しかし、第2のコ
イル21bと同様に温度変化により第1のコイル21a
のインダクタンスは変化するので、第1のコイル21a
と第2のコイル21bとのインダクタンスの差を検出す
ることによって、温度に影響されず、トルクだけに比例
した出力を得ることができる。従来のトルク検出装置に
比べて、個々のコイルの元々の温度特性が良いため、よ
り高精度な温度補償が可能である。
【0025】ところで、一般に、磁性体に高周波数の交
番磁界が印加された場合、磁束が通るのは実質的には磁
性体の表面だけである。この、磁束が通る部分の厚さ
は、表皮厚さδと呼ばれ、次式で表されることが知られ
ている。
【0026】
【数4】
【0027】磁性体の表面からの深さが表皮厚さδ付近
の場所では、交番磁界を打ち消す方向の、大きな渦電流
が発生し、それより深い場所にはほとんど磁界は及ばな
い。従って、磁性体が板状の場合、表裏の面から磁束が
浸入するので、板厚が2δ以上になると、渦電流の影響
によって、磁束の通る有効面積が小さくなる。
【0028】この実施の形態では、磁気回路を構成す
る、ヨーク22a〜ヨーク22d、磁性素子11〜13
は厚さ20μmのアモルファス金属で構成されている。
このアモルファス金属の物性は、比透磁率μs=100
00、比抵抗ρ=136μΩcmであるので、(1)式
より周波数F=100kHzにおける表皮厚さδを求め
ると、δ=19μmとなる。この実施の形態では、アモ
ルファス金属の厚さは20μmであり、2δよりも十分
薄いので、渦電流の影響を大幅に低減することができ
る。
【0029】また、磁性素子11〜13及びヨーク22
a〜22dは、導電性の無い樹脂製のスリーブ14a、
14b及びボビン23a、23bによって導電性の構造
物から絶縁しているので、導電性の構造物に渦電流が流
れ、インダクタンスを低下させるのを防いでいる。
【0030】また、磁性素子11〜13及びヨーク22
a〜22dは、アモルファス金属で構成されているの
で、機械的強度も大きいため、耐久性が高い。
【0031】また、磁性素子11〜13と、第1及び第
2の軸1、2との間には、銅製の磁気シールド15a、
15bを備えたので、磁気回路からの漏れ磁束が第1及
び第2の軸1、2を通る割合が小さく、従って第1の軸
1、第2の軸2の素材に、安価ではあるが磁気特性の温
度特性が悪い炭素鋼を用いても、出力の温度特性に与え
る悪影響を低減することができる。
【0032】なお、上記実施の形態では、磁気回路を構
成する部材としてアモルファス金属を用いたが、他の軟
磁性材料を用いても良い。例えば、磁性材を一般的な電
磁ステンレス鋼で構成した場合、電磁ステンレス鋼の比
透磁率μsを850、比抵抗ρを57μΩcmとする
と、磁界の周波数Fが100kHzでは、表皮厚さδは
約40μmであり、2δは80μmとなる。電磁ステン
レス鋼よりも高性能で、透磁率の高い磁性材を使用した
場合には、2δはさらに薄くなるので、板厚は80μm
以下にする必要が有る。また、上記実施の形態では、高
精度な温度補償を行うために、1対のコイルを用いた
が、温度補償のためのコイル21aおよびその周囲の磁
気回路を省略し、1本のコイル21bのみからトルクを
求めても良い。コイルの温度特性が良いため、動作温度
範囲が狭い場合や、さほどの精度を要求しない場合に
は、温度補償用のコイルは無くても十分である。また、
上記実施の形態では、磁性素子及びヨークには、駆動周
波数100kHz時の2δ、38μmに対して、約半分
の厚さの20μmのアモルファス金属の板を用いたが、
2δに対して、さらに薄い板を用いても良い。例えば、
前記電磁ステンレス鋼を用いて、駆動周波数を3kHz
とした場合、2δ=480μmとなるが、それよりもず
っと薄い、例えば板厚80μmとすることで、温度特性
はさらに良くなる。ただし、板厚を極端に薄くした場
合、磁路の断面積が小さくなるので、駆動電流を大きく
すると、磁化が飽和するので、駆動電流は、磁化が飽和
しない範囲に制限する必要がある。
【0033】実施の形態2.図2はこの発明の実施の形
態2によるトルク検出装置を示す正面断面図である。図
3は図2の矢印A方向から視た断面図、図4は図2の矢
印B方向から視た断面図で、第1の軸1と第2の軸2と
の間で、矢印Cの方向にトルクが印加されたときの状態
を示している。このトルク検出装置では、ボビン23
a、23bの側面には、アモルファス金属からなるドー
ナツ状のヨーク22a〜22dが設けられ、またこのヨ
ーク22a〜22dの外周にはアモルファス金属からな
る円筒状のヨーク22e、22fが設けられている。コ
イル21a、21b、ボビン23a、23b及びヨーク
22a〜22fは、樹脂製のスリーブ24をスリーブ2
4を介してケース4に固着されている。
【0034】第2の軸2の端面には断面円弧状のアルミ
ニウム製の第1及び第2の支持部材32a、32bの左
端面が固定されている。この第1及び第2の支持部材3
2a、32bは、ベアリング5aの左側の第1の軸1の
延長部1aを覆い、先端部がヨーク22aの右側まで延
びている。第1の軸1の延長部1aの外周面には支持部
材33a〜33dが固定されている。支持部材32aの
片側には磁性素子11aの一端部が固定され、この磁性
素子11aの他端部は支持部材33aに固定されてい
る。支持部材32bの片側には磁性素子11bの一端部
が固定され、この磁性素子11bの他端部は支持部材3
3bに固定されている。また、支持部材32aの片側に
は磁性素子11cの一端部が固定され、この磁性素子1
1cの他端部は支持部材33cに固定されている。支持
部材32bの片側には磁性素子11dの一端部が固定さ
れ、この磁性素子11dの他端部は支持部材33dに固
定されている。そして、磁性素子11a〜11d、及び
ヨーク22a〜22fは、100kHzにおける表皮厚
さδの2倍より十分薄いコバルト系のアモルファス金属
で構成されている。また、トルクの印加によって、磁性
素子11a〜11dの中間部が、径方向外側に最も大き
く変位したときには、磁性素子11a〜11dの中間部
がドーナツ状のヨーク22a〜22dの内端面よりも外
径側に位置するようになっている。
【0035】次に、上記構成のトルク検出装置の動作に
ついて説明する。第1の軸1に操舵輪からのトルクが印
加されると、トーションバー3に捻り変形が発生し、第
1の軸1と第2の軸2との間に周方向に相対角度のずれ
が発生する。第1の軸1に固定された支持部材33a〜
33dと、第2の軸2に固定された支持部材32a、3
2bとの間に周方向の相対変位が発生すると、図3に示
すように、磁性素子11a、11bは、中間部が径外側
方向に撓み変形し、また、同時に磁性素子11c、11
dは、図4に示すように中間部が径内側方向に変位す
る。
【0036】第1のコイル21aによって発生する磁束
は、ヨーク22b、22e、22a、磁性素子11c及
び11dを構成する磁気回路を通り、第2のコイル21
bによって発生する磁束は、ヨーク22d、22f、2
2c、磁性素子11a及び11bを構成する磁気回路を
通る。ヨーク22a〜22f、磁性素子11a〜11d
は軟磁性材料であるコバルト系のアモルファス金属で構
成されており、磁気抵抗が非常に小さいため、これらの
磁気回路の磁気抵抗は、主にヨーク22a〜22dと磁
性素子11a〜11dとの間のエアギャップの大きさに
よって決まる。従って、第1の軸1に操舵輪からのトル
クが印加されると、第2のコイル21bの磁束が通る磁
気回路ではエアギャップが小さく、磁気抵抗が小さいた
め、インダクタンスが大きくなり、第1のコイル21a
の磁束が通る磁気回路ではエアギャップが大きく、磁気
抵抗が大きいため、インダクタンスが小さくなる。この
インダクタンス変化を電気的に検出することによって、
トーションバー3の捻れ量、ひいてはトルクの大きさを
知ることができる。
【0037】この実施の形態では、磁性素子11a〜1
1d、及びヨーク22a〜22fは、100kHzにお
ける表皮厚さδの2倍より十分薄いアモルファス金属で
構成されているので、高周波数域においても渦電流の影
響を受けにくい。
【0038】図5は実施の形態2のトルク検出装置と従
来例のトルク検出装置とにおける、コイルのインダクタ
ンスの変化率を実測したときの図である。図から、従来
例のトルク検出装置では、高周波数領域ではトルク感度
が大きく低下し、100kHzではほとんど感度が無く
なるのに対し、実施の形態2のトルク検出装置では、感
度の絶対値も大きく、また100kHzまでほぼ一定で
あることが分かる。
【0039】磁気回路の磁気抵抗は、主にヨーク22a
〜22dと磁性素子11a〜11dとの間のエアギャッ
プの大きさによって決まる。磁性素子の軸線方向の幅が
ヨーク間の間隔よりも大きいときには、トルクの印加に
よって、磁性素子の中間部が、径方向外側に最も大きく
撓み変形したときでもヨークの内径側に位置するととも
に、磁性素子がヨークの軸線方向の外側へ突出してい
る。従って、磁性素子の中間部がヨークの内径に近づい
たときの第1のコイルのインダクタンスの変化率が、磁
性素子が径方向の内側に変位したときの第1のコイルの
インダクタンスの変化率に比べて大きくなりすぎ、リニ
アリティが損なわれる。
【0040】この実施の形態では、トルクの印加によっ
て、磁性素子11a〜11dの中間部が、径方向外側に
最も大きく変位したときには、磁性素子11a〜11d
の中間部がドーナツ状のヨーク22a〜22dの内端面
よりも外径側に位置するようになっているので、磁性素
子11a〜11dが径方向の外側に最も大きく変位した
ときでもヨーク11a〜11dに近づきすぎることが無
く、リニアリティが向上する。
【0041】実施の形態3.実施の形態1及び実施の形
態2では、周方向に延設された部材、即ちボビンの側面
に沿うドーナツ状のヨーク及び全体を覆う円筒状のヨー
クで磁路を構成したが、周方向に間隔をおいて複数配置
されたヨーク22の構成要素で磁気回路を構成するよう
にしてもよい。図6は実施の形態3によるトルク検出装
置の要部斜視図である。ヨーク22は、平面形状がE字
型の厚さ20μmのコバルト系アモルファス金属からな
る構成要素を周方向に等間隔に絶縁部材(図示せず)を
介して一体化されたものである。図6に示すヨーク22
と実施の形態1のヨークとの関係は、ヨーク22の右端
の突起部はヨーク22a、中央の突起部はヨーク22
b、左端の突起部はヨーク22cに、連結部はヨーク2
2dにそれぞれ対応している。
【0042】コイルを構成する導線は軸線を周回するよ
うに巻装されているので、コイルの駆動電流によってヨ
ーク22に誘起される渦電流は周方向に流れる駆動電流
を打ち消す方向に流れようとする。従って、ヨーク22
は複数の構成要素を周方向に間隔をおいて構成されてい
るので、渦電流を遮断することができ、渦電流損失を大
幅に低減することができる。実施の形態3では、構造は
複雑になるが、実施の形態1、2と比較して、特性的に
は非常に優れており、温度特性も良く、駆動電流の周波
数を高くし、応答性の速いトルク検出装置を得ることが
できる。
【0043】実施の形態4.実施の形態1では、周方向
に延設した部材で磁性素子を構成したが、周方向に等分
間隔で配置された磁性素子の構成要素を用いてもよい。
図7に実施の形態4によるトルク検出装置の要部斜視図
である。この実施の形態4では、第2の磁性素子12が
周方向に等分間隔で配置された複数の構成要素で構成さ
れ、第3の磁性素子13が周方向に等分間隔で配置され
た複数の構成要素で構成されている点が実施の形態1と
異なる。第2の磁性素子12及び第3の磁性素子13は
厚さ20μmのコバルト系アモルファス金属で構成され
ている。この実施の形態4でも、実施の形態3と同様
に、磁性素子12、13を流れる周方向の渦電流を遮断
するので、温度特性も良く、駆動電流の周波数を高く
し、応答性の速いトルク検出装置を得ることができる。
なお、周方向に等分間隔で配置された磁性素子の構成要
素とともに、ヨークも実施の形態3と同様の構成要素を
用いてもよい。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
1及び2に係るトルク検出装置では、磁性素子及びヨー
クの厚さは、次式で算出される表皮厚さδの2倍以下で
あるので、渦電流の影響を低く抑えることができ、温度
特性も良く、コイルの駆動電流の周波数を高くして応答
性が速いトルク検出装置を得ることができる。
【0045】
【数5】
【0046】また、この発明の請求項3に係るトルク検
出装置では、ヨークは、周方向に間隔をおいて複数配置
された構成要素で構成されているので、ヨークの渦電流
損を大幅に低減することができ、温度特性も良く、コイ
ルの駆動電流の周波数を高くして応答性が速いトルク検
出装置を得ることができる。
【0047】また、この発明の請求項4に係るトルク検
出装置では、磁性素子は、周方向に間隔をおいて複数配
置された構成要素で構成されているので、磁性素子の渦
電流損を大幅に低減することができ、温度特性も良く、
コイルの駆動電流の周波数を高くして応答性が速いトル
ク検出装置を得ることができる。
【0048】また、この発明の請求項5に係るトルク検
出装置では、磁性素子は、周方向に間隔をおいて複数配
置された構成要素で構成されており、またヨークは、周
方向に間隔をおいて複数配置された構成要素で構成され
ているので、磁性素子及びヨークの渦電流損を大幅に低
減することができ、温度特性も良く、コイルの駆動電流
の周波数を高くして応答性が速いトルク検出装置を得る
ことができる。
【0049】また、この発明の請求項6に係るトルク検
出装置では、磁性素子、ヨークは、厚さが最大限80μ
mの電磁ステンレス鋼で構成されているので、温度特性
も良く、コイルの駆動電流の周波数を高くして応答性が
速いトルク検出装置を安価に得ることができる。
【0050】また、この発明の請求項7に係るトルク検
出装置では、磁性素子、ヨークは、透磁率、比抵抗が極
めて高く、また機械的強度も非常に高いアモルファス金
属板で構成されているので、厚みを極力薄くしても、機
械的強度を確保することができる。
【0051】また、この発明の請求項8に係るトルク検
出装置では、磁性素子、ヨークの主要部は、導電性の部
材と密着していないので、導電性の部材に渦電流が流れ
てコイルのインダクタンスが低下するのを防止できる。
【0052】また、この発明の請求項9に係るトルク検
出装置では、磁性素子と第1、第2の軸との間には磁気
シールドが介在しているので、磁気回路からの漏れ磁束
が第1及び第2の軸1、2を通る割合が小さく、従って
第1の軸1、第2の軸2の素材に、安価ではあるが磁気
特性の温度特性が悪い炭素鋼を用いても、出力の温度特
性に与える悪影響を低減することができる。
【0053】また、この発明の請求項10に係るトルク
検出装置では、磁性素子の中間部が、径方向外側に最も
大きく変位したときには、磁性素子の中間部がドーナツ
状のヨークの内端面よりも外径側に位置するようになっ
ているので、磁性素子とヨークとの間の空隙が小さくな
り過ぎて出力特性が非線形性になるのを防止することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1のトルク検出装置の
正面一部断面図である。
【図2】 この発明の実施の形態2のトルク検出装置の
正面一部断面図である。
【図3】 図2の矢印A方向から視た断面図である。
【図4】 図2に矢印B方向から視た断面図である。
【図5】 コイルのインダクタンスのトルク感度の周波
数特性を示す実測図である。
【図6】 この発明の実施の形態3の要部斜視図であ
る。
【図7】 この発明の実施の形態4の要部斜視図であ
る。
【図8】 従来のトルク検出装置を示す正面一部断面図
である。
【符号の説明】
1 第1の軸、2 第2の軸、3 トーションバー、
11 磁性素子、12磁性素子、13 磁性素子、14
スリーブ、15 磁気シールド、21 コイル、22
ヨーク、24 スリーブ。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の軸と第2の軸との間に設けられ第
    1の軸及び第2の軸相互間に作用するトルクに応じて、
    第1及び第2の軸間に捻れ変位を生じさせる弾性部材
    と、 前記第1の軸及び前記第2の軸にそれぞれ固着され第1
    の軸及び第2の軸相互間の捻れ変位によって互いに周方
    向に変位する磁性素子と、 前記磁性素子の周囲に巻装されたコイルと、 このコイルを囲って設けられコイルに交流駆動電流を流
    すことにより生じた磁束を前記磁性素子に導くヨークと
    を備えたトルク検出装置であって、 前記磁性素子及び前記ヨークの厚さは、次式で算出され
    る表皮厚さδの2倍以下であるトルク検出装置。 【数1】
  2. 【請求項2】 第1の軸と第2の軸との間に設けられ第
    1の軸及び第2の軸相互間に作用するトルクに応じて、
    第1及び第2の軸間に捻れ変位を生じさせる弾性部材
    と、 前記第1の軸及び前記第2の軸に両端部がそれぞれ支持
    されて円弧状をなし、第1の軸及び第2の軸間の相対捻
    れ角に応じて、両端部間の距離の変化に応じて弧の曲率
    を変化させ、その中央部を径方向に変位させる、軟磁性
    材料よりなる磁性素子と、 前記磁性素子の周囲に巻装されたコイルと、 このコイルを囲って設けられコイルに交流駆動電流を流
    すことにより生じた磁束を前記磁性素子に導くヨークと
    を備えたトルク検出装置であって、 前記磁性素子及び前記ヨークの厚さは、次式で算出され
    る表皮厚さδの2倍以下であるトルク検出装置。 【数2】
  3. 【請求項3】 第1の軸と第2の軸との間に設けられ第
    1の軸及び第2の軸相互間に作用するトルクに応じて、
    第1の軸及び第2の軸間に捻れ変位を生じさせる弾性部
    材と、 前記第1の軸及び前記第2の軸にそれぞれ固着され第1
    の軸及び第2の軸相互間の捻れ変位によって互いに周方
    向に変位する磁性素子と、 前記磁性素子の周囲に巻装されたコイルと、 このコイルを囲って設けられコイルに交流駆動電流を流
    すことにより生じた磁束を前記磁性素子に導くヨークと
    を備えたトルク検出装置であって、 前記ヨークは、周方向に、複数の構成要素に分離され、
    コイルの発生する磁束の通る部分では、それら構成要素
    は、相互に電気的に絶縁されたトルク検出装置。
  4. 【請求項4】 第1の軸と第2の軸との間に設けられ第
    1の軸及び第2の軸相互間に作用するトルクに応じて、
    第1の軸及び第2の軸間に捻れ変位を生じさせる弾性部
    材と、 前記第1の軸及び前記第2の軸にそれぞれ固着され第1
    の軸及び第2の軸相互間の捻れ変位によって互いに周方
    向に変位する磁性素子と、 前記磁性素子の周囲に巻装されたコイルと、 このコイルを囲って設けられコイルに交流駆動電流を流
    すことにより生じた磁束を前記磁性素子に導くヨークと
    を備えたトルク検出装置であって、 前記磁性素子は、周方向に、複数の構成要素に分離さ
    れ、コイルの発生する磁束の通る部分では、それら構成
    要素は、相互に電気的に絶縁されたトルク検出装置。
  5. 【請求項5】 磁性素子は、周方向に、複数の構成要素
    に分離され、コイルの発生する磁束の通る部分では、そ
    れら構成要素は、相互に電気的に絶縁された請求項3に
    記載のトルク検出装置。
  6. 【請求項6】 磁性素子、ヨークは、厚さ80μm以下
    の、軟磁性材料よりなる板で構成された請求項1ないし
    請求項5の何れかに記載のトルク検出装置。
  7. 【請求項7】 磁性素子、ヨークは、アモルファス金属
    板で構成された請求項1ないし請求項6の何れかに記載
    のトルク検出装置。
  8. 【請求項8】 磁性素子、ヨークの主要部は、導電性の
    部材と密着させない請求項1、3、4、5、6及び7の
    何れかに記載のトルク検出装置。
  9. 【請求項9】 磁性素子と第1、第2の軸との間には導
    電性材料、または、高透磁率材料よりなる磁気シールド
    が介在している請求項1、3、4、5、6、7及び8の
    何れかに記載のトルク検出装置。
  10. 【請求項10】 磁性素子の中間部が、径方向外側に最
    も大きく変位したときには、磁性素子の中間部がドーナ
    ツ状のヨークの内端面よりも外径側に位置するようにな
    っている請求項2、6及び7の何れかに記載のトルク検
    出装置。
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