JP2003185513A - 垂直移動容量性トルクセンサ - Google Patents
垂直移動容量性トルクセンサInfo
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- vanes
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/106—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving electrostatic means
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- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 改善された垂直移動容量性トルクセンサを提
供すること。 【解決手段】 自動車のステアリングコラムのような回
転シャフトのための垂直移動容量性トルクセンサは、ね
じり棒又は同軸の内部及び外部シャフト部分によって結
合された２つのシャフト部分の角度変位に比例して移動
可能なコンデンサ板の間に挟まれた誘電体羽根を含む。
この羽根は、シャフト軸に垂直な半径方向で移動する。
ブリッジ回路が時計回り又は反時計回りのトルクに比例
する差動静電容量を容易に示しうるように、同軸コンデ
ンサリングが設けられる。
供すること。 【解決手段】 自動車のステアリングコラムのような回
転シャフトのための垂直移動容量性トルクセンサは、ね
じり棒又は同軸の内部及び外部シャフト部分によって結
合された２つのシャフト部分の角度変位に比例して移動
可能なコンデンサ板の間に挟まれた誘電体羽根を含む。
この羽根は、シャフト軸に垂直な半径方向で移動する。
ブリッジ回路が時計回り又は反時計回りのトルクに比例
する差動静電容量を容易に示しうるように、同軸コンデ
ンサリングが設けられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転シャフトのた
めの垂直移動容量性トルクセンサ（vertical movement
capacitive torque sensor）に関し、より具体的には、
ステアリングを含む自動車アプリケーションのためのセ
ンサに関する。本出願は、「差動容量性トルクセンサ」
と題して２００１年８月１１日に米国において出願され
た一部継続出願第０９／９０４,０６７号に対応する。
めの垂直移動容量性トルクセンサ（vertical movement
capacitive torque sensor）に関し、より具体的には、
ステアリングを含む自動車アプリケーションのためのセ
ンサに関する。本出願は、「差動容量性トルクセンサ」
と題して２００１年８月１１日に米国において出願され
た一部継続出願第０９／９０４,０６７号に対応する。
【０００２】
【従来の技術】上記出願において開示されているよう
に、自動車産業界は、現在、エンジンの電力消費量を削
減するために、パワーステアリングの油圧ポンプを、操
舵力（steering effort）を補助すべくステアリングシ
ャフトに連動した著しく効率的な電気モータと交換する
よう要求している。主要な問題は、操舵力をどれだけ援
助するかを認識するために、運転者により加えられてい
る操舵力を感知することとなってきている。
に、自動車産業界は、現在、エンジンの電力消費量を削
減するために、パワーステアリングの油圧ポンプを、操
舵力（steering effort）を補助すべくステアリングシ
ャフトに連動した著しく効率的な電気モータと交換する
よう要求している。主要な問題は、操舵力をどれだけ援
助するかを認識するために、運転者により加えられてい
る操舵力を感知することとなってきている。
【０００３】上記の継続している出願は、開口を有する
金属のケージ（cage）が誘電性の回転子（rotor）を保
護（シールド）する差動容量性トルクセンサを開示して
いる。開口を有するケージの相対的な回転は、シールデ
ィング（shielding）を変化させ、ひいては、システム
の差動静電容量全体を変化させてトルクを比例的に示
す。
金属のケージ（cage）が誘電性の回転子（rotor）を保
護（シールド）する差動容量性トルクセンサを開示して
いる。開口を有するケージの相対的な回転は、シールデ
ィング（shielding）を変化させ、ひいては、システム
の差動静電容量全体を変化させてトルクを比例的に示
す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、改善された垂直移動容量性トルクセンサを提供
することである。
目的は、改善された垂直移動容量性トルクセンサを提供
することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的に基づいて、回
転軸と、１つの部分に付与されたトルクが他の部分に関
して角度変位を生じさせる２つの部分と、を有する回転
シャフトのための垂直移動容量性トルクセンサであっ
て、シャフト部分間の前記角度変位を容量性的に感知す
る手段を具備し、該手段は、前記軸に垂直な方向の移動
のために設けられ、かつ、１つの前記シャフト部分とと
もに回転可能な、少なくとも１つの誘電体羽根であっ
て、前記他のシャフト部分とともに回転するために設け
られたピンが載り、かつ、該ピンが外に向かう半径方向
に前記羽根を偏位させる手段に対向するためのカム表面
を有する、誘電体羽根と、共通の面において、１つのシ
ャフト部分を囲み、かつ、前記羽根とともに並べられ
た、１対の同軸コンデンサ板リングと、前記他のシャフ
ト部分を囲み、前記誘電体羽根とともに並べられた、対
向するコンデンサ板と、前記角度変位及び付与されたト
ルクを決定するために、前記移動可能な羽根により変更
された前記１対の同軸リングと前記対向するコンデンサ
板との間で形成された静電容量を比較するための電気ブ
リッジ手段と、を含むことを特徴とする垂直移動容量性
トルクセンサが、提供される。１対の同軸コンデンサ板
リングは、共通の面において、１つのシャフト部分を囲
み、かつ、前記羽根とともに並べられる。対向するコン
デンサ板は、前記他のシャフト部分を囲み、前記誘電体
羽根とともに並べられる。電気ブリッジ手段は、前記角
度変位及び付与されたトルクを決定するために、前記移
動可能な羽根により変更された前記１対の同軸リングと
前記対向するコンデンサ板との間で形成された静電容量
を比較する。
転軸と、１つの部分に付与されたトルクが他の部分に関
して角度変位を生じさせる２つの部分と、を有する回転
シャフトのための垂直移動容量性トルクセンサであっ
て、シャフト部分間の前記角度変位を容量性的に感知す
る手段を具備し、該手段は、前記軸に垂直な方向の移動
のために設けられ、かつ、１つの前記シャフト部分とと
もに回転可能な、少なくとも１つの誘電体羽根であっ
て、前記他のシャフト部分とともに回転するために設け
られたピンが載り、かつ、該ピンが外に向かう半径方向
に前記羽根を偏位させる手段に対向するためのカム表面
を有する、誘電体羽根と、共通の面において、１つのシ
ャフト部分を囲み、かつ、前記羽根とともに並べられ
た、１対の同軸コンデンサ板リングと、前記他のシャフ
ト部分を囲み、前記誘電体羽根とともに並べられた、対
向するコンデンサ板と、前記角度変位及び付与されたト
ルクを決定するために、前記移動可能な羽根により変更
された前記１対の同軸リングと前記対向するコンデンサ
板との間で形成された静電容量を比較するための電気ブ
リッジ手段と、を含むことを特徴とする垂直移動容量性
トルクセンサが、提供される。１対の同軸コンデンサ板
リングは、共通の面において、１つのシャフト部分を囲
み、かつ、前記羽根とともに並べられる。対向するコン
デンサ板は、前記他のシャフト部分を囲み、前記誘電体
羽根とともに並べられる。電気ブリッジ手段は、前記角
度変位及び付与されたトルクを決定するために、前記移
動可能な羽根により変更された前記１対の同軸リングと
前記対向するコンデンサ板との間で形成された静電容量
を比較する。
【０００６】
【発明の実施の形態】容量性の感知技術が周知となって
いる。コンデンサの値は、導体板間の誘電体材料の誘電
率と、これら導体板の面積と、これら２つの導体板間の
距離と、に依存する。これらのパラメータのいずれを
も、感知処理において用いることができる。
いる。コンデンサの値は、導体板間の誘電体材料の誘電
率と、これら導体板の面積と、これら２つの導体板間の
距離と、に依存する。これらのパラメータのいずれを
も、感知処理において用いることができる。
【０００７】コンデンサの平行板の一外側における誘電
体材料をスライドさせることにより、変位センサ（disp
lacement sensor）を構成することができる。これは、
湿度のような環境上の影響に起因して、現実のアプリケ
ーションには適していない。空気の誘電率は、乾燥した
状態における空気の誘電定数に非常に近似している。し
かしながら、湿度が増加すれば、媒体は、もはや純粋で
はなく、著しい変位誤差のもととなる誘電定数よりも大
きな誘電定数を有するであろう空気と水分子との混合物
である。この問題を解決するために、比率計量（ratiom
etric）容量性センサを利用することが知られている。
ここで、並べられた（side-by-side）平行板コンデンサ
が設けられ、動かすことが可能な誘電体材料の長さは、
各コンデンサの長さより大きくなっている。この構造の
特性については、２つのコンデンサの比についての比率
計量式によって定めることができる。この構造では、平
行板間の誘電体材料の移動が感知されることが望まし
い。このような感知は、市場で入手可能な図３に示す容
量性センサ信号状態回路によって実行される。ここで、
電圧ＶTは差の比（ratio of the difference）であり、
各静電容量の合計はある定数の倍数である。本センサ
は、比率計量の配置（arrangement）に基づいているの
で、湿度や温度等のような環境上の影響は、Ｃ１および
Ｃ２は互いに釣り合う（釣り合って増加および減少す
る）という事実に起因して、精度に最小の影響しか与え
ないであろう。上記事項は、線形（linear）変位タイプ
のセンサのみに適している。しかしながら、上記技術を
用いれば、回転（rotary）容量性センサを実現できる
が、このセンサの最大角度は１８０°に限定される。こ
のような構造は、回転誘電体（rotary dielectric）を
挟む半円に分割した容量性の板を有した、１つの共通の
円形の容量性の板を有しうる。例えばロック（lock）か
らロックまでの数回転である自動車における回転機械又
はハンドルのトルクを感知することが望まれる場合に
は、このような構成を用いることはできない。
体材料をスライドさせることにより、変位センサ（disp
lacement sensor）を構成することができる。これは、
湿度のような環境上の影響に起因して、現実のアプリケ
ーションには適していない。空気の誘電率は、乾燥した
状態における空気の誘電定数に非常に近似している。し
かしながら、湿度が増加すれば、媒体は、もはや純粋で
はなく、著しい変位誤差のもととなる誘電定数よりも大
きな誘電定数を有するであろう空気と水分子との混合物
である。この問題を解決するために、比率計量（ratiom
etric）容量性センサを利用することが知られている。
ここで、並べられた（side-by-side）平行板コンデンサ
が設けられ、動かすことが可能な誘電体材料の長さは、
各コンデンサの長さより大きくなっている。この構造の
特性については、２つのコンデンサの比についての比率
計量式によって定めることができる。この構造では、平
行板間の誘電体材料の移動が感知されることが望まし
い。このような感知は、市場で入手可能な図３に示す容
量性センサ信号状態回路によって実行される。ここで、
電圧ＶTは差の比（ratio of the difference）であり、
各静電容量の合計はある定数の倍数である。本センサ
は、比率計量の配置（arrangement）に基づいているの
で、湿度や温度等のような環境上の影響は、Ｃ１および
Ｃ２は互いに釣り合う（釣り合って増加および減少す
る）という事実に起因して、精度に最小の影響しか与え
ないであろう。上記事項は、線形（linear）変位タイプ
のセンサのみに適している。しかしながら、上記技術を
用いれば、回転（rotary）容量性センサを実現できる
が、このセンサの最大角度は１８０°に限定される。こ
のような構造は、回転誘電体（rotary dielectric）を
挟む半円に分割した容量性の板を有した、１つの共通の
円形の容量性の板を有しうる。例えばロック（lock）か
らロックまでの数回転である自動車における回転機械又
はハンドルのトルクを感知することが望まれる場合に
は、このような構成を用いることはできない。
【０００８】図１Ａ、図１Ｂ及び図２は、本発明の誘電
体を挿入しないコンデンサ板を示す。図１Ａは、シャフ
ト１１を囲む環状又はリング型のコンデンサ板１０を示
す（シャフトのうち軸のみが示されている）。これは、
互いに同一面に存在しかつシャフト軸１１を再度囲む１
対の同軸コンデンサ板リング１２及び１３に対抗する。
図２に示す如く、上述したように、リング１２及び１３
は、近接させて両者の間に誘電体１６を設けてシャフト
１１の上に設けられうる。このような誘電体について
は、後に詳細に説明する。図２に示すように、静電容量
Ｃ１は、板１０と外側の同軸リング１３との間で生じ、
静電容量Ｃ２は、板１０と内側のリング１２との間で生
ずる。リング板１２及び１３は、０トルクで平衡容量性
出力（balanced capacitive output）（これは静電容量
Ｃ１及びＣ２に等しい）を与えるために、等しい面積を
有することが望ましい。等しい面積については、簡単な
幾何学的形状（geometry）により容易に与えられうる。
等しい面積の容量性板について３つの適切な半径が示さ
れている図１Ｂを参照するに、次の式が適用可能であ
る。
体を挿入しないコンデンサ板を示す。図１Ａは、シャフ
ト１１を囲む環状又はリング型のコンデンサ板１０を示
す（シャフトのうち軸のみが示されている）。これは、
互いに同一面に存在しかつシャフト軸１１を再度囲む１
対の同軸コンデンサ板リング１２及び１３に対抗する。
図２に示す如く、上述したように、リング１２及び１３
は、近接させて両者の間に誘電体１６を設けてシャフト
１１の上に設けられうる。このような誘電体について
は、後に詳細に説明する。図２に示すように、静電容量
Ｃ１は、板１０と外側の同軸リング１３との間で生じ、
静電容量Ｃ２は、板１０と内側のリング１２との間で生
ずる。リング板１２及び１３は、０トルクで平衡容量性
出力（balanced capacitive output）（これは静電容量
Ｃ１及びＣ２に等しい）を与えるために、等しい面積を
有することが望ましい。等しい面積については、簡単な
幾何学的形状（geometry）により容易に与えられうる。
等しい面積の容量性板について３つの適切な半径が示さ
れている図１Ｂを参照するに、次の式が適用可能であ
る。
【数１】
次に図３及び図４を参照するに、静電容量Ｃ１及びＣ２
が比較された際に、これらは、出力電圧ＶTを生じ、図
４に示すように、例えば２.５Ｖで平衡状態が生じたと
きには、この平衡状態は０トルクを示す。最大時計回り
トルクは、５.０Ｖ未満となり、最大反時計回りトルク
は、０.０Ｖ以上となりうる。
が比較された際に、これらは、出力電圧ＶTを生じ、図
４に示すように、例えば２.５Ｖで平衡状態が生じたと
きには、この平衡状態は０トルクを示す。最大時計回り
トルクは、５.０Ｖ未満となり、最大反時計回りトルク
は、０.０Ｖ以上となりうる。
【０００９】図５は、実際のシャフト１１を示す。この
シャフト１１は、１つの実施の形態では該シャフト１１
より大きい部分１１Ａを有し、この部分１１Ａは、該部
分１１Ａより小さいシャフト部分１１Ｂと同軸でありか
つ該部分１１Ｂを囲んでいる。よって、シャフトの右端
には、自動車用のハンドルが存在し、シャフトの左端に
は、適当なパワーステアリングポンプが存在しうる。シ
ャフト部分１１Ａ及び１１Ｂは、ピン２１により互いに
接続されている。シャフト部分１１Ｂに付与されるトル
クは、角度変位（angular displacement）又は２つのシ
ャフト部分の間のねじれ（twist）によって測定されう
る、ということが明らかである。コンデンサＣ１及びＣ
２と指定した同軸コンデンサリング１２及び１３が、シ
ャフト部分１１Ｂを囲み、この後、１つのコンデンサ板
１０すなわちＣＰが、部分１１Ｂを囲む。これらコンデ
ンサ板の両方は、シャフト１１とともには回転するので
はなく、図５に示すように固定される。これらのコンデ
ンサは、実際には、後述するハウジング内に設けられう
る。コンデンサ板１２、１３、さらに１０の両方は、６
つの誘電体羽根（vane）１６ａ−１６ｆの対向する側に
並べられる。羽根１６ａ及び１６ｄが示されている。こ
れらの羽根は、シャフト１１とともに回転するように設
けられる。これらの誘電体羽根はまた、矢印２２で示す
ように、シャフト１１の軸に垂直な方向で移動するよう
に設けられる。後述するように、羽根１６の半径方向の
移動量は、シャフト部分１１Ａ及び１１Ｂの角度変位又
はねじれに比例する。
シャフト１１は、１つの実施の形態では該シャフト１１
より大きい部分１１Ａを有し、この部分１１Ａは、該部
分１１Ａより小さいシャフト部分１１Ｂと同軸でありか
つ該部分１１Ｂを囲んでいる。よって、シャフトの右端
には、自動車用のハンドルが存在し、シャフトの左端に
は、適当なパワーステアリングポンプが存在しうる。シ
ャフト部分１１Ａ及び１１Ｂは、ピン２１により互いに
接続されている。シャフト部分１１Ｂに付与されるトル
クは、角度変位（angular displacement）又は２つのシ
ャフト部分の間のねじれ（twist）によって測定されう
る、ということが明らかである。コンデンサＣ１及びＣ
２と指定した同軸コンデンサリング１２及び１３が、シ
ャフト部分１１Ｂを囲み、この後、１つのコンデンサ板
１０すなわちＣＰが、部分１１Ｂを囲む。これらコンデ
ンサ板の両方は、シャフト１１とともには回転するので
はなく、図５に示すように固定される。これらのコンデ
ンサは、実際には、後述するハウジング内に設けられう
る。コンデンサ板１２、１３、さらに１０の両方は、６
つの誘電体羽根（vane）１６ａ−１６ｆの対向する側に
並べられる。羽根１６ａ及び１６ｄが示されている。こ
れらの羽根は、シャフト１１とともに回転するように設
けられる。これらの誘電体羽根はまた、矢印２２で示す
ように、シャフト１１の軸に垂直な方向で移動するよう
に設けられる。後述するように、羽根１６の半径方向の
移動量は、シャフト部分１１Ａ及び１１Ｂの角度変位又
はねじれに比例する。
【００１０】上述した内容は、同軸のコンデンサリング
Ｃ１及びＣ２が羽根１６の一側に並べられ、もう１つの
コンデンサリングＣＰが羽根１６の他側に並べられてい
る、図６に概略的に示されている。０トルク状態は、羽
根１６がＣ１及びＣ２を同等にカバーしている図６に示
されている。０トルクは、図４の図に示されている。ま
た、図示したように、一つの方向の羽根１６の移動は、
時計回りに付与されたトルク（clockwise applied torq
ue）であり、反対の方向の羽根１６の移動は、反時計周
りに付与されたトルク（counter-clockwise applied to
rque）である。
Ｃ１及びＣ２が羽根１６の一側に並べられ、もう１つの
コンデンサリングＣＰが羽根１６の他側に並べられてい
る、図６に概略的に示されている。０トルク状態は、羽
根１６がＣ１及びＣ２を同等にカバーしている図６に示
されている。０トルクは、図４の図に示されている。ま
た、図示したように、一つの方向の羽根１６の移動は、
時計回りに付与されたトルク（clockwise applied torq
ue）であり、反対の方向の羽根１６の移動は、反時計周
りに付与されたトルク（counter-clockwise applied to
rque）である。
【００１１】ここで、簡単に図５を参照するに、所望し
たように羽根１６を垂直方向に及び比例させて移動させ
るために、これらの羽根は、シャフト部分１１Ｂの内部
シャフトロータ２６に設けられる。外部シャフトロータ
２７は、シャフト部分１１Ｂとともに回転するように固
定され、また、外部シャフトロータ２７は、図示するよ
うに、シャフト軸１１に平行でありかつ内部シャフトロ
ータ２６の中に延びるピン２８ａ−２８ｆを含む。シャ
フト１１のねじれ又は角度変位は、勿論、内部シャフト
ロータ２６と外部シャフトロータ２７との間の角度変位
にも関連する。
たように羽根１６を垂直方向に及び比例させて移動させ
るために、これらの羽根は、シャフト部分１１Ｂの内部
シャフトロータ２６に設けられる。外部シャフトロータ
２７は、シャフト部分１１Ｂとともに回転するように固
定され、また、外部シャフトロータ２７は、図示するよ
うに、シャフト軸１１に平行でありかつ内部シャフトロ
ータ２６の中に延びるピン２８ａ−２８ｆを含む。シャ
フト１１のねじれ又は角度変位は、勿論、内部シャフト
ロータ２６と外部シャフトロータ２７との間の角度変位
にも関連する。
【００１２】図５に対する別のシャフト構造である図７
を簡単に参照するに、同軸シャフト部分に代えて、シャ
フト部分は、１１Ａ'で示すように同一線上に置かれ、
埋込型ねじり棒（buried torsion bar）３１により接続
されうる。これらシャフト部分も、ロータ２６及び２７
を同様な方法で運んで、ねじれ又はトルクを示すであろ
う。
を簡単に参照するに、同軸シャフト部分に代えて、シャ
フト部分は、１１Ａ'で示すように同一線上に置かれ、
埋込型ねじり棒（buried torsion bar）３１により接続
されうる。これらシャフト部分も、ロータ２６及び２７
を同様な方法で運んで、ねじれ又はトルクを示すであろ
う。
【００１３】図８の分解立体斜視図は、ピン２８ａ−２
８ｆによって連結されてシャフト１１に互いに結合され
たときの外部シャフトロータ２７及び内部シャフトロー
タ２６を機械的に詳細に示す。外部及び内部シャフト部
分の角度ずれ（angular offset）によって生じる誘電体
羽根１６ａ−１６ｆの外へ向かう半径方向の移動は、こ
のシャフトインターフェースアセンブリ（interface as
sembly）で形成される。６つの誘電体羽根は、半径方向
のみの移動を可能とする内部シャフトロータ２６におけ
る溝３２ａ−３２ｆに係合する。誘電体羽根は、該誘電
体羽根を外へ向かう半径方向に押すバネ３３ａ−３３ｆ
によって背後から付勢される。各羽根１６はまた、各ピ
ン２８ａ−２８ｆが載り、かつ、誘電体羽根の外へ向か
う半径方向の移動を停止させるための傾斜したカム表面
３４ａ−３４ｆをも含む。ガイドピンが係合するこれら
羽根における傾斜したカム表面は、半径方向に誘電体羽
根を移動させる。最終的には、シャフトインターフェー
スアセンブリ２６、２７は、適当な取付ネジによってロ
ータカバー３６により共に固定される。
８ｆによって連結されてシャフト１１に互いに結合され
たときの外部シャフトロータ２７及び内部シャフトロー
タ２６を機械的に詳細に示す。外部及び内部シャフト部
分の角度ずれ（angular offset）によって生じる誘電体
羽根１６ａ−１６ｆの外へ向かう半径方向の移動は、こ
のシャフトインターフェースアセンブリ（interface as
sembly）で形成される。６つの誘電体羽根は、半径方向
のみの移動を可能とする内部シャフトロータ２６におけ
る溝３２ａ−３２ｆに係合する。誘電体羽根は、該誘電
体羽根を外へ向かう半径方向に押すバネ３３ａ−３３ｆ
によって背後から付勢される。各羽根１６はまた、各ピ
ン２８ａ−２８ｆが載り、かつ、誘電体羽根の外へ向か
う半径方向の移動を停止させるための傾斜したカム表面
３４ａ−３４ｆをも含む。ガイドピンが係合するこれら
羽根における傾斜したカム表面は、半径方向に誘電体羽
根を移動させる。最終的には、シャフトインターフェー
スアセンブリ２６、２７は、適当な取付ネジによってロ
ータカバー３６により共に固定される。
【００１４】２つのコンデンサ板Ｃ１及びＣ２を横切る
誘電体羽根の移動は、内部シャフトロータ２６及び外部
シャフトロータ２７のねじれ量によって制御される。図
９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、ロータ２６と２７との間に
おける角度ねじれにより決定される羽根１６ａの３つの
異なる部分についての拡大部分図である。ピン２８ａが
羽根１６ａのカム表面３４ａの上に載っていることに注
目されたい。ピン２８ａが、外部シャフトロータ２７か
ら延びていることはいうまでもない。バネ３３ａは、ピ
ン２８に接するようにカム表面３４ａを偏位させる。図
９Ａに示す位置では、羽根１６ａは、Ｃ１及びＣ２の上
に同等に存在しているので、相対的な角度のずれがない
ので、図４に関連して説明したようにトルクは０であ
る。２つの同軸リングの間の特定の幾何学的形状（geom
etry）と、それらの面積が等しいこと、とによって、こ
のような平衡状態がもたらされる。反時計回り方向の移
動が図９Ｂにおいて矢印３７によって示されており、こ
の移動によって、誘電体羽根１６ａは、コンデンサリン
グＣ２のみがカバーされるように示された位置に押され
る。図９Ｃは、時計回り方向３８での角度のずれを示
す。これは、再度言及するに、図４に示したような最大
値である。
誘電体羽根の移動は、内部シャフトロータ２６及び外部
シャフトロータ２７のねじれ量によって制御される。図
９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、ロータ２６と２７との間に
おける角度ねじれにより決定される羽根１６ａの３つの
異なる部分についての拡大部分図である。ピン２８ａが
羽根１６ａのカム表面３４ａの上に載っていることに注
目されたい。ピン２８ａが、外部シャフトロータ２７か
ら延びていることはいうまでもない。バネ３３ａは、ピ
ン２８に接するようにカム表面３４ａを偏位させる。図
９Ａに示す位置では、羽根１６ａは、Ｃ１及びＣ２の上
に同等に存在しているので、相対的な角度のずれがない
ので、図４に関連して説明したようにトルクは０であ
る。２つの同軸リングの間の特定の幾何学的形状（geom
etry）と、それらの面積が等しいこと、とによって、こ
のような平衡状態がもたらされる。反時計回り方向の移
動が図９Ｂにおいて矢印３７によって示されており、こ
の移動によって、誘電体羽根１６ａは、コンデンサリン
グＣ２のみがカバーされるように示された位置に押され
る。図９Ｃは、時計回り方向３８での角度のずれを示
す。これは、再度言及するに、図４に示したような最大
値である。
【００１５】図１０は、トルクセンサの各部分及び機械
的アセンブリを示す分解組立図であ。シャフト１１は、
図示した構成要素のすべてを貫通して延びる。左端及び
右端には、ハウジング部４１及びカバー４２が存在し、
これら両方は、軸方向及び半径方向の両方において固定
されている。プリント回路基板４３は、ハウジング部分
４１に含められ、同軸コンデンサリングＣ１及びＣ２を
運ぶ。同様に、コンデンサ板ＣＰを運ぶプリント回路基
板４４は、カバー４２に固定される。また、図８に示し
たシャフトアセンブリが、内部シャフトロータ２６及び
外部シャフトロータ２７、並びに、羽根１６を含むこと
はいうまでもない。このアセンブリは、ハウジング４１
及びカバー４２の内部で自由に回転する。
的アセンブリを示す分解組立図であ。シャフト１１は、
図示した構成要素のすべてを貫通して延びる。左端及び
右端には、ハウジング部４１及びカバー４２が存在し、
これら両方は、軸方向及び半径方向の両方において固定
されている。プリント回路基板４３は、ハウジング部分
４１に含められ、同軸コンデンサリングＣ１及びＣ２を
運ぶ。同様に、コンデンサ板ＣＰを運ぶプリント回路基
板４４は、カバー４２に固定される。また、図８に示し
たシャフトアセンブリが、内部シャフトロータ２６及び
外部シャフトロータ２７、並びに、羽根１６を含むこと
はいうまでもない。このアセンブリは、ハウジング４１
及びカバー４２の内部で自由に回転する。
【００１６】したがって、要約すれば、非接触型トルク
センサについての本デザインは、差動変位（differenci
al displacement）のわずかな角度に対する静電容量の
わずかな変化を検出することができる。対向するコンデ
ンサリング及びコンデンサ板に関する誘電体羽根のデザ
インによって、感度（sensitivity）を向上させること
ができる。
センサについての本デザインは、差動変位（differenci
al displacement）のわずかな角度に対する静電容量の
わずかな変化を検出することができる。対向するコンデ
ンサリング及びコンデンサ板に関する誘電体羽根のデザ
インによって、感度（sensitivity）を向上させること
ができる。
【図１Ａ】本発明の２つのコンデンサ部分を示す平面図
【図１Ｂ】本発明の２つのコンデンサ部分を示す平面図
【図２】図１Ａ及び図１Ｂのねじれが決定されるシャフ
トの上にこれらが実際に用いられる際における図１Ａ及
び図１Ｂの組み合わせについての斜視図
トの上にこれらが実際に用いられる際における図１Ａ及
び図１Ｂの組み合わせについての斜視図
【図３】図２の静電容量がどのように処理されるかを示
す模式図
す模式図
【図４】図３の動作を示す図
【図５】本発明の構成要素がどのように設けられ結合さ
れるのかを示す拡大断面図
れるのかを示す拡大断面図
【図６】本発明の動作を示す図５部分を簡略化した概略
図
図
【図７】図５とは別の実施の形態を示す平面図
【図８】本発明の構成要素を示す拡大斜視図
【図９Ａ】異なる動作状態を示す図８部分の部分切断平
面図
面図
【図９Ｂ】異なる動作状態を示す図８部分の部分切断平
面図
面図
【図９Ｃ】異なる動作状態を示す図８部分の部分切断平
面図
面図
【図１０】本発明の構成要素がシャフトの上にどのよう
に設けられるかを示す拡大斜視図
に設けられるかを示す拡大斜視図
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 アサッド エム マッドニ
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
90064 ロサンジェルス ウッドバイン
ストリート 3281
(72)発明者 ジム ビー ヴォング
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
91326 ノースリッジ タートル スプリ
ングス ロード 19761
(72)発明者 ミッチェル ロンドン
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
90602 ビュエナ ヴィスタ サン カル
ロス ウェイ 8484
Ｆターム(参考） 3D033 CA16 CA28
Claims (8)
- 【請求項１】 回転軸と、１つの部分に付与されたトル
クが他の部分に関して角度変位を生じさせる２つの部分
と、を有する回転シャフトのための垂直移動容量性トル
クセンサであって、 シャフト部分間の前記角度変位を容量性的に感知する手
段を具備し、 該手段は、 前記軸に垂直な方向の移動のために設けられ、かつ、１
つの前記シャフト部分とともに回転可能な、少なくとも
１つの誘電体羽根であって、前記他のシャフト部分とと
もに回転するために設けられたピンが載り、かつ、該ピ
ンが外に向かう半径方向に前記羽根を偏位させる手段に
対向するためのカム表面を有する、誘電体羽根と、 共通の面において、１つのシャフト部分を囲み、かつ、
前記羽根とともに並べられた、１対の同軸コンデンサ板
リングと、 前記他のシャフト部分を囲み、前記誘電体羽根とともに
並べられた、対向するコンデンサ板と、 前記角度変位及び付与されたトルクを決定するために、
前記移動可能な羽根により変更された前記１対の同軸リ
ングと前記対向するコンデンサ板との間で形成された静
電容量を比較するための電気ブリッジ手段と、を含むこ
とを特徴とする垂直移動容量性トルクセンサ。 - 【請求項２】 前記シャフト部分は、同軸となっている
請求項１に記載の垂直移動容量性トルクセンサ。 - 【請求項３】 前記シャフト部分は、同一線上にあり、
かつ、ねじり棒によって接続されている請求項１に記載
の垂直移動容量性トルクセンサ。 - 【請求項４】 トルク０の状態では、前記少なくとも１
つの羽根が、前記１対の同軸リングを同等にカバーする
ことにより、前記比較される静電容量は等しい、請求項
１に記載の垂直移動容量性トルクセンサ。 - 【請求項５】 前記１対のコンデンサ板リング及び前記
コンデンサ板は、共通のハウジングに固定される請求項
１に記載の垂直移動容量性トルクセンサ。 - 【請求項６】 前記カム表面は傾斜しており、前記ピン
は、トルク０の状態では前記カム表面の中央にある、請
求項１に記載の垂直移動容量性トルクセンサ。 - 【請求項７】 前記シャフト部分には、６つの前記羽根
が設けられる請求項７に記載の垂直移動容量性トルクセ
ンサ。 - 【請求項８】 回転軸と、１つの部分に付与されたトル
クが他の部分に関して角度変位を生じさせる２つの部分
と、を有する回転シャフトのための垂直移動容量性トル
クセンサであって、 シャフト部分間の前記角度変位を容量性的に感知する手
段を具備し、 該手段は、 前記軸に垂直な方向の移動のために設けられ、かつ、１
つの前記シャフト部分とともに回転可能な、少なくとも
１つの誘電体羽根と、 前記羽根を前記角度変位に比例して移動させるために前
記他のシャフト部分に結合された手段と、 共通の面において、１つのシャフト部分を囲み、かつ、
前記羽根とともに並べられた、１対の同軸コンデンサ板
リングと、 前記他のシャフト部分を囲み、前記羽根とともに並べら
れた、対向するコンデンサ板と、 前記角度変位及び付与されたトルクを決定するために、
前記移動可能な誘電体羽根により変更された前記１対の
同軸リングと前記対向するコンデンサ板との間で形成さ
れた静電容量を比較するための電気ブリッジ手段と、を
含むことを特徴とする垂直移動容量性トルクセンサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/970,339 US6564654B2 (en) | 2001-07-11 | 2001-10-02 | Vertical movement capacitive torque sensor |
| US09/970339 | 2001-10-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003185513A true JP2003185513A (ja) | 2003-07-03 |
Family
ID=25516796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002289754A Pending JP2003185513A (ja) | 2001-10-02 | 2002-10-02 | 垂直移動容量性トルクセンサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1300661B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003185513A (ja) |
| AT (1) | ATE332494T1 (ja) |
| DE (1) | DE60212914T2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2909760B1 (fr) * | 2006-12-07 | 2009-05-08 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Dispositif de mesure d'un couple de torsion et ensemble forme d'un arbre tournant et d'un dispositif de mesure du couple de torsion |
| DE202007001463U1 (de) * | 2007-02-01 | 2008-06-19 | Elero Gmbh | Antriebsvorrichtung |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4864295A (en) * | 1988-06-30 | 1989-09-05 | Cambridge Technology, Inc. | Capacitance sensing system using multiple capacitances to sense rotary motion |
| GB2264784B (en) * | 1992-02-26 | 1995-04-12 | Kansei Kk | Rotation angle sensor of electrostatic capacitance type |
| GB9515608D0 (en) * | 1995-07-29 | 1995-09-27 | Lucas Ind Plc | Electromagnetic torque sensors |
| US6218803B1 (en) * | 1999-06-04 | 2001-04-17 | Genetic Microsystems, Inc. | Position sensing with variable capacitance transducers |
-
2002
- 2002-06-18 DE DE60212914T patent/DE60212914T2/de not_active Expired - Fee Related
- 2002-06-18 AT AT02254245T patent/ATE332494T1/de not_active IP Right Cessation
- 2002-06-18 EP EP02254245A patent/EP1300661B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-10-02 JP JP2002289754A patent/JP2003185513A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1300661A2 (en) | 2003-04-09 |
| EP1300661B1 (en) | 2006-07-05 |
| ATE332494T1 (de) | 2006-07-15 |
| DE60212914D1 (de) | 2006-08-17 |
| DE60212914T2 (de) | 2007-01-25 |
| EP1300661A3 (en) | 2004-04-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040930 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071126 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080421 |