JP2003114156A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルクセンサにおいて、検出トルクに対する
温度変化の影響を小さくし、検出精度を向上すること。 【解決手段】 トルクセンサ２０において、入力軸１２
に結合した第１検出子２１と出力軸１４に結合した第２
検出子２２を回転方向で対向配置し、第１検出子２１と
第２検出子２２の回転方向の距離Ａの変位による磁気的
変化によりトルクを検出するもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電動パワーステアリ
ング装置等に用いて好適なトルクセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】電動パワーステアリング装置等では、特
開平7-333083号公報に記載の如くのトルクセンサを備
え、トルクセンサが検出する入力トルクに応じて電動モ
ータを駆動することにより操舵力をアシストする。

【０００３】ここで、トルクセンサは、入力軸と出力軸
に結合する円筒状のコアを囲む２個の検出コイルをハウ
ジングに設け、入力軸に作用するトルクによって、入力
軸と出力軸を連結しているトーションバーが弾性ねじり
変形し、入力軸と出力軸の間に回転方向の相対変位を生
ずると、この回転方向の変位をコアの軸方向の変位に変
換し、コアの軸方向の変位により検出コイルの周辺の磁
気的変化を生じさせ、ひいては検出コイルのインダクタ
ンス変化から入力トルクを検出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術は、コアの軸
方向の変位からトルクを検出するものであり、コアを出
力軸の軸方向にのみ移動可能に出力軸に結合するととも
に、入力軸のスライダピンに係合するスライダ溝を備え
ることにより、入力軸と出力軸の回転方向の相対変位を
コアの軸方向の変位に変換させている。

【０００５】このため、従来技術では、温度変化によ
り、検出コイルに対してコアが軸方向に位置ずれする
と、検出コイルのインダクタンスが変化してしまい、入
力トルクの誤検出を招く虞がある。例えば、入力軸が温
度変化により軸方向に伸縮すると、検出コイルに対する
コアの軸方向位置がずれる。

【０００６】本発明の課題は、トルクセンサにおいて、
検出トルクに対する温度変化の影響を小さくし、検出精
度を向上することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、入力
軸と出力軸をトーションバーで連結したトルクセンサに
おいて、入力軸に結合した第１検出子と出力軸に結合し
た第２検出子を両軸の回転方向で対向するように配置
し、第１検出子と第２検出子の上記回転方向の距離の変
位による磁気的変化によりトルクを検出するようにした
ものである。

【０００８】請求項２の発明は、入力軸と出力軸をトー
ションバーで連結したトルクセンサにおいて、入力軸に
結合した第１検出子と出力軸に結合した第２検出子を両
軸の回転方向で対向するように配置し、第１検出子と第
２検出子が対向する部分の側傍に検出コイルを配置し、
第１検出子と第２検出子の上記回転方向の距離の変位に
よる磁気的変化に基づく検出コイルのインダクタンス変
化を電気的に検出し、このインダクタンス変化からトル
クを検出する手段を有してなるようにしたものである。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１又は２の発明
において更に、第１検出子が入力軸の外周側に設けた複
数の突起部からなり、第２検出子が出力軸の外周側に設
けた複数の突起部からなり、第１検出子の突起部と第２
検出子の突起部を交互に配置してなるようにしたもので
ある。

【００１０】

【作用】入力軸の第１検出子と出力軸の第２検出子の回
転方向の距離の変位による磁気的変化によってトルクを
検出するものであるから、温度変化による入力軸の軸方
向の伸縮等に起因するトルクの誤検出を招く虞がない。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は電動パワーステアリング装
置を一部破断して示す正面図、図２は図１のII−II線に
沿う断面図、図３は第１検出子と第２検出子の距離の変
位を示す模式図、図４は第１検出子を示し、（Ａ）は断
面図、（Ｂ）は底面図、図５は第２検出子を示し、
（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。

【００１２】電動パワーステアリング装置１０は、図
１、図２に示す如く、ハウジング１１を有している。そ
して、ステアリングホイールが結合される入力軸１２に
トーションバー１３を介して出力軸１４を連結し、この
出力軸１４にピニオン１５を設け、このピニオン１５に
噛合うラックを備えたラック軸１６をハウジング１１に
左右動可能に支持している。入力軸１２と出力軸１４の
間には、操舵トルクセンサ２０を設けてある。操舵トル
クセンサ２０は、ステアリングホイールに加えた操舵ト
ルクが入力軸１２に付与され、トーションバー１３の弾
性ねじり変形により、入力軸１２と出力軸１４の間に生
ずる相対回転変位に基づき、操舵トルクを検出する。
尚、入力軸１２と出力軸１４は軸受１７Ａ、１７Ｂを介
してハウジング１１に支持される。

【００１３】電動パワーステアリング装置１０は、ラッ
ク軸１６の両端部をハウジング１１の左右に突出し、そ
れらの端部１８Ａ、１８Ｂにはタイロッド（不図示）を
連結し、ラック軸１６の左右動によりタイロッドを介し
て左右の車輪を転舵可能とする。尚、ラック軸１６の一
端はピニオン１５との噛合い部でラックガイド（不図
示）を介し、他端は軸受（不図示）を介してそれぞれハ
ウジング１１に支持される。

【００１４】電動パワーステアリング装置１０は、ハウ
ジング１１内で、ラック軸１６の周囲に、電動モータ３
０を配設している。電動モータ３０は、ハウジング１１
の内周に固定されるステータ（磁石）３１と、鉄芯にコ
イルが巻き回されたロータ３２と、ロータ３２の内周に
一体化されたスリーブ３３とからなる。スリーブ３３
は、ラック軸１６の外周に間隔をおいて該ラック軸１６
と同軸配置されるようにハウジング１１に回転自在に支
持されている。

【００１５】電動パワーステアリング装置１０は、ラッ
ク軸１６にボールねじ４１を設けてあり、ボールねじ４
１に噛合うナット４２を電動モータ３０のスリーブ３３
の内側に間隙を介して配置し、このナット４２とスリー
ブ３３をトルクダンパによって回転方向に結合し、ボー
ルねじ４１とナット４２の間にスチールボール４３を保
持している。これにより、電動モータ３０の出力をトル
クダンパを介してナット４２に伝え、ナット４２の回転
をボールねじ４１によりラック軸１６の直線運動に変換
する。

【００１６】従って、電動パワーステアリング装置１０
は以下の如く動作する。 (1)操舵トルクセンサ２０が検出した操舵トルクが所定
値より低いとき、操舵アシスト力は不要であり、電動モ
ータ３０は駆動されない。

【００１７】(2)操舵トルクセンサ２０が検出した操舵
トルクが所定値を越えるとき、操舵アシスト力を必要と
するから、電動モータ３０が駆動される。電動モータ３
０の発生トルクがスリーブ３３からトルクダンパを介し
てナット４２に伝えられ、ナット４２の回転をボールね
じ４１によりラック軸１６の直線運動とし、ラック軸１
６に連動する車輪に操舵アシスト力となって付与され
る。

【００１８】以下、操舵トルクセンサ２０の構成につい
て説明する。トルクセンサ２０は、図２、図３に示す如
く、入力軸１２に結合した第１検出子２１と出力軸１４
に結合した第２検出子２２を両軸１２、１４の回転方向
で対向するように配置している。

【００１９】第１検出子２１は、図４に示す如く、入力
軸１２の外周にピン２３で固定可能とされ、入力軸１２
の外周側の周方向で等間隔をなす複数位置のそれぞれに
設けられた複数の突起部２１Ａを有する。２１Ｂはピン
孔である。また、第２検出子２２は、図５に示す如く、
出力軸１４の外周にピン２４で固定可能とされ、出力軸
１４の外周側の周方向で等間隔をなす複数位置のそれぞ
れに設けられた複数の突起部２２Ａを有する。２２Ｂは
ピン孔である。そして、第１検出子２１の突起部２１Ａ
と第２検出子２２の突起部２２Ａを交互に配置してい
る。

【００２０】また、第１検出子２１と第２検出子２２の
周囲、換言すれば、第１検出子２１と第２検出子２２が
対向している部分の側傍には検出コイル２５が配置され
る。検出コイル２５はハウジング１１に支持される。

【００２１】また、トルクセンサ２０はトルク検出回路
２６（不図示）を有している。トルク検出回路２６は、
第１検出子２１と第２検出子２２の回転方向の距離（相
対する第１検出子２１の突起部２１Ａと第２検出子２２
の突起部２２Ａの間隔Ａ）の変位による磁気的変化（透
磁率等の変化）に基づく検出コイル２５のインダクタン
ス変化を電気的に検出し、このインダクタンス変化から
トルクを検出する。

【００２２】トルクセンサ２０にあっては、入力軸１２
が中立位置にあるとき（図３（Ｂ））、第１検出子２１
の突起部２１Ａを、この突起部２１Ａを挟む第２検出子
２２の相隣る突起部２２Ａ、２２Ａの間隔の中央位置Ｃ
と、両突起部２２Ａ、２２Ａのうちの一方の突起部２２
Ａとの中間に位置付け、突起部２１Ａと突起部２２Ａの
間隔Ａを中間値Ａnにセットする。そして、入力軸１２
は一方の操舵方向（例えば右回転）に据切ったとき（図
３（Ａ））、第１検出子２１の突起部２１Ａを第２検出
子２２の上記一方の突起部２２Ａに当接（又は最も近
接）させ、突起部２１Ａと突起部２２Ａの間隔Ａを零
（又は最小値Ａmin）にセットする。また、入力軸１２
を他方の操舵方向（例えば左回転）に据切ったとき（図
３（Ｃ））、第１検出子２１の突起部２１Ａを第２検出
子２２の上記一方の突起部２２Ａから最も離隔させ、突
起部２１Ａと突起部２２Ａの間隔Ａを最大値Ａmaxにセ
ットする。これにより、トルク検出回路２０は、入力軸
１２の中立位置からの操舵方向（右回転と左回転）を簡
易かつ確実に判別可能とする。

【００２３】尚、入力軸１２が中立位置にあるときに、
第１検出子２１の突起部２１Ａを、第２検出子２２の相
隣る突起部２２Ａの中央位置Ｃから一方の突起部２２Ａ
寄りにずらしてセットしていることにより、操舵方向を
左へ切ったときの第１検出子２１と第２検出子２２の周
囲の磁気的変化と、右へ切ったときの第１検出子２１と
第２検出子２２の周囲の磁気的変化が異なるものにな
り、どちらの方向へ操舵したかを判別できる。即ち、第
１検出子と第２検出子の周囲の磁気的変化が増えれば左
回転、減れば右回転というように操舵方向を判別でき
る。これに対し、入力軸１２が中立位置にあるときに、
第１検出子２１の突起部２１Ａを、第２検出子２２の相
隣る突起部２２Ａの中央位置Ｃに設定する場合には、操
舵方向を左へ切ったときの第１検出子２１と第２検出子
２２の周囲の磁気的変化と、右へ切ったときの第１検出
子２１と第２検出子２２の周囲の磁気的変化が同じにな
ってしまい、どちらの方向へ操舵したかを判別できな
い。

【００２４】従って、トルクセンサ２０にあっては、ス
テアリングホイールに加えた操舵トルクが入力軸１２に
付与され、トーションバー１３の弾性ねじり変形によ
り、入力軸１２と出力軸１４の間に回転方向の相対変位
を生ずると、入力軸１２と出力軸１４の回転方向の変位
が第１検出子２１の突起部２１Ａと第２検出子２２の突
起部２２Ａの回転方向の距離Ａを変位させるものにな
り、この距離Ａの変位による検出コイル２５の周辺の磁
気的変化に起因する検出コイル２５のインダクタンスが
変化する。トルク検出回路２６は、この検出コイル２５
のインダクタンスの変化により操舵トルクを検出する。

【００２５】本実施形態によれば以下の作用がある。 入力軸１２の第１検出子２１と出力軸１４の第２検出
子２２の回転方向の距離Ａの変位による磁気的変化によ
ってトルクを検出するものであるから、温度変化による
入力軸１２の軸方向の伸縮等に起因するトルクの誤検出
を招く虞がない。即ち、検出トルクに対する温度変化の
影響を小さくし、検出精度を向上することができる。

【００２６】入力軸１２の外周に設けた第１検出子２
１の複数の突起部２１Ａと、出力軸１４の外周に設けた
第２検出子２２の複数の突起部２２Ａを交互に配置した
から、第１検出子２１と第２検出子２２の回転方向の距
離の変位による磁気的変化に基づくトルクの検出を安定
的に行なうことができる。

【００２７】以上、本発明の実施の形態を図面により詳
述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限
られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の
設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本
発明が適用される電動パワーステアリング装置では、電
動モータの出力が歯車列（ウォームギア装置等）を介し
て出力軸に伝えられ、ひいてはラック軸に伝えられるも
のでも良い。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、トルクセ
ンサにおいて、検出トルクに対する温度変化の影響を小
さくし、検出精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は電動パワーステアリング装置を一部破断
して示す正面図である。

【図２】図２は図１のII−II線に沿う断面図である。

【図３】図３は第１検出子と第２検出子の距離の変位を
示す模式図である。

【図４】図４は第１検出子を示し、（Ａ）は断面図、
（Ｂ）は底面図である。

【図５】図５は第２検出子を示し、（Ａ）は断面図、
（Ｂ）は平面図である。

【符号の説明】

１２ 入力軸 １３ トーションバー １４ 出力軸 ２０ トルクセンサ ２１ 第１検出子 ２１Ａ 突起部 ２２ 第２検出子 ２２Ａ 突起部 ２５ 検出コイル ２６ トルク検出回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力軸と出力軸をトーションバーで連結
   したトルクセンサにおいて、 入力軸に結合した第１検出子と出力軸に結合した第２検
   出子を両軸の回転方向で対向するように配置し、 第１検出子と第２検出子の上記回転方向の距離の変位に
   よる磁気的変化によりトルクを検出することを特徴とす
   るトルクセンサ。
2. 【請求項２】 入力軸と出力軸をトーションバーで連結
   したトルクセンサにおいて、 入力軸に結合した第１検出子と出力軸に結合した第２検
   出子を両軸の回転方向で対向するように配置し、 第１検出子と第２検出子が対向する部分の側傍に検出コ
   イルを配置し、 第１検出子と第２検出子の上記回転方向の距離の変位に
   よる磁気的変化に基づく検出コイルのインダクタンス変
   化を電気的に検出し、このインダクタンス変化からトル
   クを検出する手段を有してなることを特徴とするトルク
   センサ。
3. 【請求項３】 第１検出子が入力軸の外周側に設けた複
   数の突起部からなり、第２検出子が出力軸の外周側に設
   けた複数の突起部からなり、第１検出子の突起部と第２
   検出子の突起部を交互に配置してなる請求項１又は２に
   記載のトルクセンサ。