JP2006078198A

JP2006078198A - トルクセンサ

Info

Publication number: JP2006078198A
Application number: JP2004259454A
Authority: JP
Inventors: Katsumichi Sugihara; 克道杉原; Noritomo Oki; 紀知大木; Hideo Maehara; 秀雄前原
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】回転するシャフトのねじれからトルクを検出する非接触タイプのトルクセンサの検出精度を高めること。
【解決手段】ねじりトルクが加わるシャフト１と、このシャフト１がねじれるのに伴って相対回転する第一、第二リング２，３と、第一、第二リング２，３の相対回転位置が変化するのに伴って第一、第二リング２，３間の磁場を変化させる磁場変化手段と、この第一、第二リング２，３の外周にそれぞれ対峙して設けられる第一、第二コイル１１，１２とを備え、第一コイル１１に一定の周波数、振幅で発振する信号を通電する一方、第二コイル１２に生じる誘導起電力を検出し、この誘導起電力に応じてシャフト１に加わるねじりトルクを算出する構成としたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転するシャフトのねじれからトルクを検出する非接触タイプのトルクセンサの改良に関するものである。

車両のステアリング系に設けられるトルクセンサは、歪みゲージ式トルクセンサが一般的に用いられている。しかし、この歪みゲージ式トルクセンサにあっては、トルクセンサおよび配線がステアリングシャフトと一緒に回転するため、トルクセンサから延びる信号線をステアリングシャフトに巻き付けて配設しなければならず、この信号線が絡みやすいという問題点があった。

この対策として、従来、コイルを用いることで歪みを発生する構造体を非接触構造とするトルクセンサがあり、これは上記配線の問題を解消できる（特許文献１参照）。

この非接触タイプのトルクセンサは、図５に示すように、シャフト１がねじれるのに伴って生じる第一、第二リング２，３の相対変位量をコイル５のインダクタンスの変化として非接触で検出するようになっている。このトルクセンサは、ねじりトルクが加わるシャフト１と、シャフト１の入力側１ａと出力側１ｂを結ぶトーションバー４と、このトーションバー４を介してシャフト１がねじれるのに伴って相対回転する第一、第二リング２，３と、第一、第二リング２，３の相対回転位置が変化するのに伴って第一、第二リング２，３の磁場を変化させる磁場変化手段と、この第一、第二リング２，３のそれぞれに対峙して設けられる環状のヨーク６とを備え、コイル５はこのヨーク６と第一、第二リング２，３の間に介装される。

磁場変化手段は第一、第二リング２，３の各対向端面２ａ，３ａに開口する切り欠き２ｂ，３ｂによって構成される。シャフト１がねじれるのに伴って第一、第二リング２，３が相対回転すると、対向端面２ａ，３ａが互いに対峙する面積が変化し、第一、第二リング２，３とヨーク６によって構成される磁路の磁場を変化させ、コイル５のインダクタンスを変化させる。

コイル５に固定抵抗を介して一定の周波数、振幅で発振する信号を通電させ、コイル５の両端の電圧を測定することで、コイル５のインダクタンスが検出される。検出されたコイル５のインダクタンスを基にシャフト１に加わるねじりトルクが算出される。

このトルクセンサにおいて、シャフト１が回転するのに伴って第一、第二リング２，３が回転するが、コイル５は回転しないように固定することが可能となり、コイル５から延びる信号線が絡まる心配がない。
特開平０５−００５６６１号公報

しかしながら、このような従来の非接触タイプのトルクセンサにあっては、磁路を形成するためのヨーク６を備えているため、ヨーク６の内側にコイル５を介装しなければならず、構造が複雑化し、製品のコストアップを招くという問題点がある。

また、温度変化や外来ノイズの影響を受けやすく、コイル５の信号処理回路が複雑化し、製品のコストアップを招くという問題点がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、回転するシャフトのねじれからトルクを検出する非接触タイプのトルクセンサの検出精度を高めることを目的とする。

請求項１記載の発明は、ねじりトルクが加わるシャフトと、このシャフトがねじれるのに伴って相対回転位置が変化する第一、第二リングと、この第一、第二リングが相対回転するのに伴って第一、第二リング間の磁場を変化させる磁場変化手段と、第一、第二リングの外周にそれぞれ対峙して設けられる第一、第二コイルとを備え、この第一コイル１に所定の周波数、振幅で発振する信号を通電する一方、この第二コイルに生じる誘導起電力を検出し、この誘導起電力に応じてシャフトに加わるねじりトルクを算出する構成とした。

請求項２記載の発明は、ねじりトルクが加わるシャフトと、このシャフトがねじれるのに伴って相対回転位置が変化する第一、第二リングと、この第一、第二リングが相対回転するのに伴って第一、第二リング間の磁場を変化させる磁場変化手段と、第一リングの外周に対峙して設けられる第一コイルと、第二リングの外周にそれぞれ対峙して設けられる第二、第三コイルとを備え、この第二コイルに所定の周波数、振幅で発振する信号を通電する一方、この第一、第三コイルに生じる交流電流の誘導起電力をそれぞれ検出し、第一、第三コイルの誘導起電力の差に応じてシャフトに加わるねじりトルクを算出する構成とした。

請求項１記載の発明によると、第一コイルに一定の周波数、振幅で発振する交流電流を通電すると、第一、第二リングの磁場が周期的に変化し、電磁誘導により第二コイルに交流電流が生じる。

シャフトがねじれるのに伴って第一、第二リングが相対回転し、第一、第二リング間における磁束の通りやすさが変化する。これに応じて第二コイルに生じる誘導起電力は変化する。このため、第二コイルに生じる交流電流の誘導起電力を検出することにより、第一、第二リングの相対変位量、すなわちシャフトに加わるねじりトルクを算出することができる。

また、前記従来装置のように磁路を形成するヨークを備えないため、構造を簡素化し、製品のコストダウンがはかれる。

請求項２記載の発明によると、第二コイルに一定の周波数、振幅で発振する交流電流を通電すると、第一、第二リングの磁場が周期的に変化し、電磁誘導により第一、第三コイルに交流電流がそれぞれ生じる。

シャフトがねじれるのに伴って第一、第二リングが相対回転し、第一、第二リング間における磁束の通りやすさが変化する。これに応じて第一、第三コイルに生じる誘導起電力が変化するが、その変化量は第一コイルの方が大きい。このため、第一、第三コイルにそれぞれ生じる交流電流の誘導起電力の差を基にして第一、第二リングの相対変位量、すなわちシャフトに加わるねじりトルクを算出することができる。

温度変化や外来ノイズの影響によって第一、第三コイルに生じる誘導起電力の変化量は互いに略等しいため、第一、第三コイルにそれぞれ生じる交流電流の振幅電圧の差は、温度変化や外来ノイズの影響を受けることが抑えられ、第一、第二リングの相対変位量のみによって変化する。したがって、温度変化や外来ノイズの影響を受けにくいトルクセンサを提供することができる。また、トルクセンサの信号処理回路に温度変化や外来ノイズを補正する構成を設ける必要がなく、製品のコストダウンがはかれる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１、図２において、１は例えば車両のステアリングシャフト（以下シャフトという）を示す。このシャフト１はその一端がステアリングホイールに連結され、他端が図示しないステアリングギヤに連結され、操舵力を車輪に伝えるものである。

シャフト１の途中には部分的に縮径したトーションバー４が形成され、シャフト１はトーションバー４を挟んで入力側１ａと出力側１ｂの部位を有する。トーションバー４は入力側１ａに加えられる回転トルクに対してシャフト１のねじり歪みを拡大する。

トルクセンサは、トーションバー４を介してシャフト１がねじれるのに伴って相対回転する第一、第二リング２，３と、第一、第二リング２，３の相対回転位置が変化するのに伴って第一、第二リング２，３の磁場を変化させる磁場変化手段と、この第一、第二リング２，３の外周にそれぞれ対峙して設けられる第一、第二コイル１１，１２とを備える。

磁場変化手段は第一、第二リング２，３の各対向端面２ａ，３ａに開口する切り欠き２ｂ，３ｂによって構成される。シャフト１がねじれるのに伴って第一、第二リング２，３が相対回転すると、対向端面２ａ，３ａが互いに対峙する面積が変化し、第一、第二リング２，３の磁場を変化させ、第二コイル１２に生じる誘導起電力を変化させる。

第一、第二コイル１１，１２は第一、第二リング２，３に隙間を持って車体側に固定される。これにより、シャフト１が回転するのに伴って第一、第二リング２，３は回転するが、第一、第二コイル１１，１２は回転せず、第一、第二コイル１１，１２から図示しないコントローラへと延びる信号線が絡まる心配がない。

コントローラは、第一コイル１１に一定の周波数、振幅で発振する信号（交流電流）を通電する一方、第二コイル１２に生じる交流電流の振幅電圧を誘導起電力として検出し、この誘導起電力に応じてシャフト１に加わるねじりトルクを算出する構成とする。

本発明のトルクセンサは以上のように構成されて、次に作用について説明する。

第一コイル１１に一定の周波数、振幅で発振する交流電流を通電すると、第一、第二リング２，３の磁場が周期的に変化し、電磁誘導により第二コイル１２に交流電流が生じる。

第二コイル１２に生じる誘導起電力は、シャフト１がねじれるのに伴って第一、第二リング２，３が相対回転し、第一、第二リング２，３間における磁束の通りやすさに応じて変化する。すなわち、対向端面２ａ，３ａが互いに対峙する面積が増加すると、第一、第二リング２，３の磁場が強まり、第二コイル１２に生じる誘導起電力が大きくなる。逆に、対向端面２ａ，３ａが互いに対峙する面積が減少すると、第一、第二リング２，３の磁場が弱まり、第二コイル１２に生じる誘導起電力が小さくなる。

したがって、コントローラは、第二コイル１２に生じる交流電流の誘導起電力を検出することにより、第一、第二リング２，３の相対変位量、すなわちシャフト１に加わるねじりトルクを算出することができる。

そして、本発明のトルクセンサにあっては、前記従来装置のように磁路を形成するヨークを備えないため、構造を簡素化し、製品のコストダウンがはかれる。

次に図３、図４に示す他の実施形態におけるトルクセンサを説明する。なお、前記実施形態と同一構成部には同一符号を付す。

トルクセンサは、トーションバー４を介してシャフト１がねじれるのに伴って相対回転する第一、第二リング２，３と、第一、第二リング２，３の相対回転位置が変化するのに伴って第一、第二リング２，３の磁場を変化させる磁場変化手段と、この第一リング２の外周に対峙して設けられる第一コイル１１と、第二リング１３の外周にそれぞれ対峙して設けられる第二、第三コイル１２，１３とを備える。

第一〜第三コイル１１〜１３は第一、第二リング２，３に隙間を持って車体側に固定される。これにより、シャフト１が回転するのに伴って第一、第二リング２，３は回転するが、第一〜第三コイル１１〜１３は回転せず、第一〜第三コイル１１〜１３から図示しないコントローラへと延びる信号線が絡まる心配がない。

コントローラは、第二コイル１２に一定の周波数、振幅で発振する信号（交流電流）を通電する一方、第一、第三コイル１１，１３に生じる交流電流の振幅電圧を誘導起電力としてそれぞれ検出し、第一、第三コイル１１，１３の誘導起電力の差に応じてシャフト１に加わるねじりトルクを算出する構成とする。

第二コイル１２に一定の周波数、振幅で発振する交流電流を通電すると、第一、第二リング２，３の磁場が周期的に変化し、電磁誘導により第一、第三コイル１１，１３に交流電流がそれぞれ生じる。

シャフト１がねじれるのに伴って第一、第二リング２，３が相対回転し、第一、第二リング２，３間における磁束の通りやすさが変化する。これに応じて第一、第三コイル１１，１３に生じる誘導起電力が変化するが、その変化量は第一コイル１１の方が大きい。すなわち、対向端面２ａ，３ａが互いに対峙する面積が増加すると、第一、第二リング２，３の磁場が強まり、第一コイル１１に生じる誘導起電力が大きくなる。逆に、対向端面２ａ，３ａが互いに対峙する面積が減少すると、第一、第二リング２，３間の磁場が弱まり、第一コイル１１に生じる誘導起電力が小さくなる。この対向端面２ａ，３ａが互いに対峙する面積の変化に対する第一コイル１１に生じる誘導起電力の変化量は、第三コイル１３に生じる誘導起電力の変化量よりも大きい。

したがって、コントローラは、第一、第三コイル１１，１３にそれぞれ生じる交流電流の誘導起電力の差を基にして第一、第二リング２，３の相対変位量、すなわちシャフト１に加わるねじりトルクを算出することができる。

第一、第三コイル１１，１３は第二コイル１２を挟んで互いに近接して設けられているため、温度変化や外来ノイズの影響によって第一、第三コイル１１，１３に生じる誘導起電力の変化量は互いに略等しい。このため、第一、第三コイル１１，１３にそれぞれ生じる交流電流の振幅電圧の差は、温度変化や外来ノイズの影響を受けることが抑えられ、第一、第二リング２，３の相対変位量のみによって変化する。したがって、温度変化や外来ノイズの影響を受けにくいトルクセンサを提供することができる。また、トルクセンサの信号処理回路に温度変化や外来ノイズを補正する構成を設ける必要がなく、製品のコストダウンがはかれる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、回転するシャフトのねじれからトルクを検出する非接触タイプのトルクセンサに利用できる。

本発明の実施の形態を示すトルクセンサの断面図。同じくトルクセンサの斜視図。同じく本発明の他の実施の形態を示すトルクセンサの断面図。同じくトルクセンサの斜視図。従来例を示すトルクセンサの断面図。

符号の説明

１シャフト
２第一リング
２ａ対向端面
２ｂ切り欠き
３第二リング
３ａ対向端面
３ｂ切り欠き
１１第一コイル
１２第二コイル
１３第三コイル

Claims

ねじりトルクが加わるシャフトと、このシャフトがねじれるのに伴って相対回転位置が変化する第一、第二リングと、この第一、第二リングが相対回転するのに伴って前記第一、第二リング間の磁場を変化させる磁場変化手段と、前記第一、第二リングの外周にそれぞれ対峙して設けられる前記第一、第二コイルとを備え、この第一コイルに所定の周波数、振幅で発振する信号を通電する一方、この第二コイルに生じる誘導起電力を検出し、この第二コイルの誘導起電力に応じて前記シャフトに加わるねじりトルクを算出する構成としたことを特徴とするトルクセンサ。
ねじりトルクが加わるシャフトと、このシャフトがねじれるのに伴って相対回転位置が変化する第一、第二リングと、この第一、第二リングが相対回転するのに伴って前記第一、第二リング間の磁場を変化させる磁場変化手段と、前記第一リングの外周に対峙して設けられる第一コイルと、前記第二リングの外周にそれぞれ対峙して設けられる第二、第三コイルとを備え、この第二コイルに所定の周波数、振幅で発振する信号を通電する一方、この第一、第三コイルに生じる交流電流の誘導起電力をそれぞれ検出し、第一、第三コイルの誘導起電力の差に応じて前記シャフトに加わるねじりトルクを算出する構成としたことを特徴とするトルクセンサ。