JP2002071478A - トルクセンサ - Google Patents

トルクセンサ

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JP2002071478A
JP2002071478A JP2000266853A JP2000266853A JP2002071478A JP 2002071478 A JP2002071478 A JP 2002071478A JP 2000266853 A JP2000266853 A JP 2000266853A JP 2000266853 A JP2000266853 A JP 2000266853A JP 2002071478 A JP2002071478 A JP 2002071478A
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JP
Japan
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torsion bar
magnetic body
torque sensor
tapered surface
sensor
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JP2000266853A
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English (en)
Inventor
Jiro Nakano
次郎 中野
Tsutomu Matsumoto
勤 松本
Yoshiyuki Shibata
由之 柴田
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Toyoda Koki KK
Original Assignee
Toyoda Koki KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】簡易な生産管理により製造コストの低廉化を実
現しつつ、品質が安定したトルクセンサを提供する。 【解決手段】第1センサリング1はトーションバー90
を囲む円周方向に延在する環状をなし、第1センサリン
グの櫛歯状をなす歯部1aは下端側に第1テーパ面1b
を有している。また、第2センサリング2はトーション
バー90を囲む円周方向に延在する環状をなし、第2セ
ンサリング2の櫛歯状をなす歯部2aは上端側に第1テ
ーパ面1bと対面可能な第2テーパ面2bを有してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、電動パワーステア
リング等に利用可能なトルクセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、図4に示すように、特開2000
−146722号公報記載のトルクセンサが知られてい
る。このトルクセンサでは、トーションバー90が軸方
向に延在されており、このトーションバー90の上端に
はトーションバー90と同軸をなす第1軸としての中空
の入力シャフト91がピン96により連結されている。
この入力シャフト91の上部には図示しない車両の操舵
ハンドルが連結されている。
【0003】また、トーションバー90の下端にはトー
ションバー90及び入力シャフト91と同軸をなす第2
軸としての中空の出力シャフト92が圧入により連結さ
れ、出力シャフト92の下部にはピニオン92aが一体
に形成されている。
【0004】これら入力シャフト91及び出力シャフト
92の外周にはベアリング95a、95bを介してアッ
パーハウジング93及びアンダーハウジング94が設け
られており、アンダーハウジング94内には出力シャフ
ト92のピニオン92aと噛合するラック81が保持さ
れている。このラック81には操舵力をアシストする図
示しないモータが設けられている。
【0005】アッパーハウジング93内では、磁性材料
からなる第1磁性体としての第1センサリング97が入
力シャフト91に固定されている。この第1センサリン
グ97は、図5に示すように、トーションバー90を囲
む円周方向に延在する環状をなしており、第1センサリ
ング97の下端側には櫛歯状をなす第1突起として多数
の矩形状の歯部97aが形成されている。
【0006】また、アッパーハウジング93内では、図
4に示すように、磁性材料からなる第2磁性体としての
第2センサリング98が出力シャフト92に固定されて
いる。この第2センサリング98も、図5に示すよう
に、トーションバー90を囲む円周方向に延在する環状
をなしており、第2センサリング98の上端側には櫛歯
状をなす第2突起として多数の矩形状の歯部98aが形
成されている。各歯部98aは軸方向で間隙を有しつつ
位相のずれを有して各歯部97aと対面している。
【0007】さらに、アッパーハウジング93内には、
図4に示すように、第1、2センサリング97、98に
外周側から対面するコイル99が固定されている。コイ
ル99はインターフェース回路(以下、I/F回路とい
う。)80に接続されており、I/F回路80は図示し
ないマイクロコンピュータ(以下、マイコンという。)
に接続されている。
【0008】このトルクセンサでは、車両の操舵ハンド
ルの操作により、入力シャフト91にトルクが伝わる
と、トーションバー90がねじれることにより、入力シ
ャフト91と出力シャフト92との間で相対変位を生じ
る。これにより、第1、2センサリング97、98の歯
部97a、98aの対面面積が変化し、コイル99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が
I/F回路80を介してマイコンに入力される。このた
め、このトルクセンサが採用された電動パワーステアリ
ングにおいては、トルクに応じた操舵力がモータにより
ラック81にアシストされることとなる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のト
ルクセンサでは、図5に示すように、第1、2センサリ
ング97、98の各歯部97a、98aが軸方向で対面
されていることから、組み付け時に各歯部97a、98
aの間隙の長さに変化を生じやすい。このため、各トル
クセンサ毎にインダクタンスが大きく変化することとな
り、品質のバラツキを生じやすい。
【0010】すなわち、間隙の長さをl、空気の透磁率
をμ0、間隙の対面面積をS、巻数Nとすると、間隙の
磁気抵抗R及びインダクタンスLは次の二式で表され
る。ただし、第1、2センサリング97、98の透磁率
は、空気の透磁率に対して極めて大きいため、第1、2
センサリング97、98での磁気抵抗は無視する。
【0011】
【数1】R=l/μ0
【0012】
【数2】L=N2/R
【0013】したがって、インダクタンスLは次式のよ
うになる。
【0014】
【数3】L=μ0SN2/l
【0015】これにより、インダクタンスLは1/lに
比例することがわかる。このため、例えば、間隙の長さ
lの目標値を0.25mmとすると、この目標値に対し
て0.05mmの変化を生じた結果、間隙の長さlが
0.30mmになったならば、インダクタンスLは20
%も変化してしまうこととなる。このような間隙の長さ
lの変化は、このトルクセンサが軸方向に延在するトー
ションバー90を採用するとともに、このトーションバ
ー90の両端に同軸の入力シャフト91及び出力シャフ
ト92を固定する必要性から、軸方向で組み付けざるを
得ないことから生じ得るとともに、温度変化によっても
生じ得る。
【0016】このため、これによる各トルクセンサ毎の
品質のバラツキを回避するのであれば、間隙の軸方向の
長さを一定に保持しつつ、少なくともトーションバー9
0、入力シャフト91及び出力シャフト92を組み付け
なければならない。この場合、例えば、トーションバー
90を出力シャフト92に圧入した後、間隙の軸方向の
長さlを監視しながらトーションバー90に対して入力
シャフト91を軸方向から組み付けなければならない。
そして、間隙の軸方向の長さlが一定になった時点でト
ーションバー90及び入力シャフト91にピン穴を貫設
し、ピン96を植設しなければならない。かかる操作は
非常に面倒である。
【0017】また、こうして慎重に組み付けたとして
も、ピン穴の形成時及びピン96の植設時には不可避的
に間隙の軸方向の長さlに誤差が生じ得る。さらに、使
用中の温度変化による第1、2センサリング97、98
の膨張、収縮によっても間隙の軸方向の長さlに誤差が
生じ得る。
【0018】こうして、従来のトルクセンサは、品質の
安定化を図るため、生産管理が面倒となり、ひいては製
造コストの高騰化を招いていた。
【0019】本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされ
たものであって、簡易な生産管理により製造コストの低
廉化を実現しつつ、品質が安定したトルクセンサを提供
することを解決すべき課題としている。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明のトルクセンサ
は、軸方向に延在するトーションバーと、該トーション
バーの一端に連結され、該トーションバーと同軸をなす
第1軸と、該トーションバーの他端に連結され、該トー
ションバー及び該第1軸と同軸をなす第2軸と、該第1
軸に固定され、第1突起をもつ磁性材料からなる第1磁
性体と、該第2軸に固定され、該第1突起と対面する第
2突起をもつ磁性材料からなる第2磁性体と、該第1磁
性体及び該第2磁性体に対面し、該トーションバーに作
用するねじれに基づく該第1突起及び該第2突起の対面
面積の変化に対応してインダクタンスが変化するコイル
とを有し、該インダクタンスに基づいてトルクを検出す
るトルクセンサにおいて、
【0021】前記第1磁性体は前記トーションバーを囲
む円周方向に延在する環状をなし、該第1磁性体の櫛歯
状をなす第1突起は軸方向他端側に第1テーパ面を有
し、前記第2磁性体は該トーションバーを囲む円周方向
に延在する環状をなし、該第2磁性体の櫛歯状をなす第
2突起は軸方向一端側に該第1テーパ面と対面可能な第
2テーパ面を有していることを特徴とする。
【0022】本発明のトルクセンサでは、第1磁性体に
おける第1突起の第1テーパ面と、第2磁性体における
第2突起の第2テーパ面とが互いに対面可能であるた
め、第1磁性体と第2磁性体との軸方向の変位に比べ、
第1突起と第2突起との間隙の長さの変化は小さくな
る。このため、組み付け時に第1突起と第2突起との間
隙の長さにほぼ変化を生じることがなく、各トルクセン
サ毎にインダクタンスが大きく変化せず、品質のバラツ
キを生じ難い。
【0023】また、例えば、トーションバーを第2軸に
固定した後、トーションバーに対して第1軸を軸方向か
ら組み付けるに際し、間隙の長さをあまり監視する必要
がなく、この状態でトーションバーと第1軸とを固定す
ることができる。このため、操作が極めて簡易となる。
【0024】また、使用中の温度変化による第1、2セ
ンサリング97、98の膨張、収縮によっても、第1磁
性体と第2磁性体との軸方向の変位に比べ、第1突起と
第2突起との間隙の長さの変化は小さくなり、使用中に
おいて特性の変動が生じにくい。
【0025】したがって、本発明のトルクセンサは、簡
易な生産管理により製造コストの低廉化を実現しつつ、
品質を安定させることができる。
【0026】本発明のトルクセンサでは、第1テーパ面
と第2テーパ面とは傾斜角が等しいことが好ましい。こ
うであれば、第1磁性体と第2磁性体との軸方向の変位
に比べ、第1突起と第2突起との間隙の長さの変化を最
も小さくすることができる。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面を参照しつつ説明する。なお、実施形態のトル
クセンサの主な機械的構成は、図1に示すように、図4
のものと同様であり、図4に示した従来の機械的構成と
同一の構成については同一の符号を用いることとし、そ
の説明を省略する。
【0028】このトルクセンサでは、図1に示すよう
に、アッパーハウジング93内において、磁性材料から
なる第1磁性体としての第1センサリング1が入力シャ
フト91に固定されている。この第1センサリング1
は、図2に示すように、トーションバー90を囲む円周
方向に延在する環状をなしている。そして、第1センサ
リング1の櫛歯状をなす第1突起としての多数の矩形状
の歯部1aは、下端側に第1テーパ面1bを有してい
る。
【0029】また、アッパーハウジング93内におい
て、図1に示すように、磁性材料からなる第2磁性体と
しての第2センサリング2が出力シャフト92に固定さ
れている。この第2センサリング2も、図2に示すよう
に、トーションバー90を囲む円周方向に延在する環状
をなしている。そして、第2センサリング2の櫛歯状を
なす第2突起としての多数の矩形状の歯部2aは、上端
側に第2テーパ面2bを有している。第1、2テーパ面
1b、2bは、図3にも示すように、傾斜角αが等し
く、間隙の長さlを有しつつ位相のずれを有して互いに
対面している。
【0030】以上のように構成されるトルクセンサで
は、組み付け時、図3に示すように、第1センサリング
1と第2センサリング2とが軸方向において誤差t1を
生じる場合、第1、2テーパ面1b、2bは間隙の長さ
lが次式で表されるt2だけ大きくなる。
【0031】
【数4】t2=t1sinα
【0032】ここで、例えば、α=15°とすると、t
2は略0.26t1となり、間隙の長さの誤差は軸方向
の組付け誤差t1の約1/4に抑えられることになる。
そのため、このトルクセンサでは、軸方向の組付け誤差
t1がある程度生じても、間隙の長さlはそれほど変化
しないことがわかる。また、使用中の温度変化による第
1、2センサリング97、98の膨張、収縮によって
も、間隙の長さlはそれほど変化しないこともわかる。
【0033】こうして、このトルクセンサでは、磁束の
流れが各歯部1a、2aの第1、2テーパ面1b、2b
と垂直(間隙の長さlと平行)に形成されることから、
組付け誤差や使用中の温度変化による特性の変動が小さ
く、製品の品質が大きく安定することがわかる。
【0034】また、このトルクセンサでは、例えば、ト
ーションバー90を出力シャフト92に固定した後、ト
ーションバー90に対して入力シャフト91を軸方向か
ら組み付けるに際し、間隙の長さlをあまり監視する必
要がなく、この状態でトーションバー90と入力シャフ
ト91とを固定することができる。このため、操作が極
めて簡易となる。
【0035】したがって、このトルクセンサは、簡易な
生産管理により製造コストの低廉化を実現しつつ、品質
を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態のトルクセンサの縦断面図である。
【図2】実施形態のトルクセンサに係り、第1センサリ
ング及び第2センサリングの一部断面の斜視図である。
【図3】実施形態のトルクセンサに係り、第1センサリ
ング及び第2センサリングの各歯部の拡大縦断面図であ
る。
【図4】従来のトルクセンサの縦断面図である。
【図5】従来のトルクセンサの拡大断面図である。
【符号の説明】
90…トーションバー 91…第1軸(入力シャフト) 92…第2軸(出力シャフト) 1…第1磁性体(第1センサリング) 2…第2磁性体(第2センサリング) 1a…歯部(第1突起) 2a…歯部(第2突起) 99…コイル 1b…第1テーパ面 2b…第2テーパ面 α…傾斜角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 由之 愛知県刈谷市朝日町1丁目1番地 豊田工 機株式会社内 Fターム(参考) 2F051 AA01 AB05 BA03 3D033 CA28

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】軸方向に延在するトーションバーと、該ト
    ーションバーの一端に連結され、該トーションバーと同
    軸をなす第1軸と、該トーションバーの他端に連結さ
    れ、該トーションバー及び該第1軸と同軸をなす第2軸
    と、該第1軸に固定され、第1突起をもつ磁性材料から
    なる第1磁性体と、該第2軸に固定され、該第1突起と
    対面する第2突起をもつ磁性材料からなる第2磁性体
    と、該第1磁性体及び該第2磁性体に対面し、該トーシ
    ョンバーに作用するねじれに基づく該第1突起及び該第
    2突起の対面面積の変化に対応してインダクタンスが変
    化するコイルとを有し、該インダクタンスに基づいてト
    ルクを検出するトルクセンサにおいて、 前記第1磁性体は前記トーションバーを囲む円周方向に
    延在する環状をなし、該第1磁性体の櫛歯状をなす第1
    突起は軸方向他端側に第1テーパ面を有し、前記第2磁
    性体は該トーションバーを囲む円周方向に延在する環状
    をなし、該第2磁性体の櫛歯状をなす第2突起は軸方向
    一端側に該第1テーパ面と対面可能な第2テーパ面を有
    していることを特徴とするトルクセンサ。
  2. 【請求項2】第1テーパ面と第2テーパ面とは傾斜角が
    等しいことを特徴とする請求項1記載のトルクセンサ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004011746A1 (ja) * 2002-07-31 2004-02-05 Sony Corporation 通信装置
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