JP2006162460A - Torque sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回転するシャフトの捩りからトルクを検出する非接触タイプのトルクセンサに関する。 The present invention relates to a non-contact type torque sensor that detects torque from torsion of a rotating shaft.
車両のステアリング系などに用いられる非接触タイプのトルクセンサとして、特許文献1および特許文献2に開示のようなものが知られている。トーションバーの一端側にリング状の磁石体が取り付けられ、トッションバーの他端側に1組の磁気ヨークが取り付けられる。磁石体は、S極とN極が周方向へ交互に現れるように着磁される。各ヨークは、複数の突起(磁路片または爪)が周方向へ等間隔に形成される。これら突起は、1組の磁気ヨークの間において、磁石体のS極とN極が周方向へ交互に現れる磁極面(磁石体の一端面または外周面)に沿って互い違いに突き出る配置に設定される。 As a non-contact type torque sensor used for a vehicle steering system or the like, those disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 are known. A ring-shaped magnet is attached to one end of the torsion bar, and a set of magnetic yokes is attached to the other end of the torsion bar. The magnet body is magnetized so that S poles and N poles appear alternately in the circumferential direction. Each yoke has a plurality of protrusions (magnetic path pieces or claws) formed at equal intervals in the circumferential direction. These protrusions are set so as to protrude alternately along a magnetic pole surface (one end surface or outer peripheral surface of the magnet body) where the S pole and N pole of the magnet body appear alternately in the circumferential direction between a pair of magnetic yokes. The
各突起は、トーションバーの捩りが0の中立状態において、突起の中心が磁石体のS極とN極との境界と一致するようになっている。トーションバーが捩れると、磁石体と1組の磁気ヨークとの間に相対回転が生じるため、一方の磁気ヨークの各突起が磁石体のS極またはN極により多く面積でオーバラップする一方、もう一方の磁気ヨークの突起がN極またはS極により多く面積でオーバラップするようになり、1組の磁気ヨークの間に磁界が発生する。この磁界の変化を磁気センサ(ホール素子)で検出することにより、トーションバーの捩りトルクが求められるのである。
ところで、このような従来のトルクセンサにあっては、磁石体の片側の磁極面のみを利用する(1組の磁気ヨークの各突起が磁石体のS極とN極が周方向へ交互に現れる磁極面の一方に沿って互い違いに突き出る)構成のため、トルクセンサの小型化を実現するべく磁石体の径を小さくすると、突起間の距離(間隔)も小さくなり、磁束の漏れ量が大きくなりやすく、磁束密度の検出精度に影響する可能性が考えられる。 By the way, in such a conventional torque sensor, only the magnetic pole surface on one side of the magnet body is used (the projections of one set of magnetic yokes appear alternately in the circumferential direction of the S pole and N pole of the magnet body). If the diameter of the magnet body is reduced to reduce the size of the torque sensor, the distance (interval) between the protrusions will be reduced and the amount of magnetic flux leakage will increase. This can easily affect the detection accuracy of the magnetic flux density.
電動パワーステアリング等においては、車両の操舵フィーリングを向上させるため、トーションバーの捩り角(捩れ量)の最大値を小さく設定する傾向にあり、突起間の距離を小さくすると、磁束の漏れ量が大きくなりやすく、磁束密度の検出精度の低下を招きかねないのである。 In electric power steering and the like, in order to improve the steering feeling of the vehicle, there is a tendency to set the maximum value of the torsion bar torsion angle (torsion amount) small. This is likely to increase, which may lead to a decrease in magnetic flux density detection accuracy.
この発明は、このような不具合の改善が図れるようにしたトルクセンサの提供を目的とする。 It is an object of the present invention to provide a torque sensor that can improve such problems.
この発明は、トーションバーの一端側に取り付けられるリング状の磁石体と、トーションバーの他端側に取り付けられる1組の磁気ヨークと、1組の磁気ヨーク間に生じる磁束密度を検出する磁気センサと、を備えるトルクセンサにおいて、磁石体は、周方向へ等間隔に分割される領域毎に外周と内周の磁極が異なり、これら磁極が周方向へ交互に現れるように着磁される一方、1組の磁気ヨークは、径方向に所定の間隔を介して対向するアウタリングとインナリングとからなり、アウタリングに磁気の入出端部を構成するべく周方向へ等間隔に配置されて磁石体の外周に対峙する複数の凸部と、インナリングに磁気の入出端部を構成するべく周方向へ等間隔に配置されて磁石体の内周に対峙する複数の凸部と、を備えることを特徴とする。 The present invention relates to a ring-shaped magnet body attached to one end side of a torsion bar, a set of magnetic yokes attached to the other end side of the torsion bar, and a magnetic sensor for detecting a magnetic flux density generated between the set of magnetic yokes. And the magnet body is magnetized so that the magnetic poles of the outer periphery and the inner periphery are different for each region divided at equal intervals in the circumferential direction, and these magnetic poles appear alternately in the circumferential direction, A set of magnetic yokes comprises an outer ring and an inner ring that are opposed to each other at a predetermined interval in the radial direction, and are arranged at equal intervals in the circumferential direction so as to form a magnetic input / output end portion on the outer ring. A plurality of convex portions facing the outer periphery of the magnet body, and a plurality of convex portions facing the inner periphery of the magnet body arranged at equal intervals in the circumferential direction so as to form a magnetic input / output end portion in the inner ring. Features.
この発明によると、1組の磁気ヨークに磁気の入出端部を構成する複数の凸部が、磁石体の片側の磁極面のみに配置されるのでなく、磁石体の両側の磁極面に配置される構成のため、磁石体の両側の磁極面から複数の凸部を介して磁束が入出することになり、凸部間に余裕も生じるため、磁束密度の検出精度を確保しつつ、トルクセンサの小型化が容易に図れるようになる。 According to the present invention, the plurality of convex portions constituting the magnetic input / output end portion of the set of magnetic yokes are not disposed only on the magnetic pole surface on one side of the magnet body, but are disposed on the magnetic pole surfaces on both sides of the magnet body. Therefore, the magnetic flux enters and exits from the magnetic pole surfaces on both sides of the magnet body through a plurality of convex portions, and there is a margin between the convex portions. Therefore, while ensuring the accuracy of detecting the magnetic flux density, the torque sensor Miniaturization can be easily achieved.
図に基づいて、この発明の実施形態に係るトルクセンサを説明する。 A torque sensor according to an embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
図1〜図3において、10はトーションバーであり、第1軸(11)と第2軸(12)との間を同軸上に連結する。トーションバー10の一端側に磁石体13が非磁性部材を介して取り付けられ、トーションバー10の他端側に1組の磁気ヨーク14が非磁性部材を介して取り付けられる。
1 to 3,
磁石体13はリング(円環体)状に形成され、周方向へ等角度に分割される円弧領域13a毎に外周の磁極と内周の磁極が異なり、これら磁極が円環の周方向へ交互に現れるように着磁される。
The
1組の磁気ヨーク14は、径方向に所定の間隔を介して対向するアウタリング14a(外筒体)とインナリング14b(内筒体)とから構成される。アウタリング14aに磁気の入出端部を構成するべく磁石体13の外周に対峙する複数の凸部15aが周方向へ等間隔に配置される。インナリング14bに磁気の入出端部を構成するべく磁石体13の内周に対峙する複数の凸部15bが周方向へ等間隔に配置される。
The set of
磁石体13の外周に対峙する各凸部15aおよび磁石体13の内周に対峙する各凸部15bについては、トーションバー10の捩りが0の中立状態において、磁石体13のS極とN極との境界を跨ぐ形でこれらに同一面積でオーバラップするようになっている。
For each
各リング14a,14bの凸部15a,15bと反対側の端部間に1対の集磁リング16,16b(円環体)が非接触に介装される。1対の集磁リング16a,16bは、互いに所定の間隙(ギャップ)を介して同心円状に配置され、これらの間隙に生じる磁束密度を検出する磁気センサ18(ホール素子)が挿入される(図3、参照)。
A pair of magnetism collecting
磁気センサ18および1対の集磁リング16a,16bは、これらを結合する非磁性部材を介してハウジング側に固定される。図示の場合、2つの磁気センサ18が軸対称に配置されるが、これはトーションバーの偏心などの影響を除くためであり、基本的には1つの磁気センサ18のみでも良い。
The
トーションバー10の捩りが0の中立状態のときは、各ヨーク14a,14bの凸部15a,15bが磁石体13のS極とN極との境界を跨ぐ形でこれらに同一面積でオーバラップする。磁石体13の隣接する円弧領域13aにおいて、磁石体13の外周に対峙する凸部15aおよび磁石体13の内周に対峙する凸部15bにより、円弧領域13a間の磁束が閉じられ、1組の磁気ヨーク14を1対の集磁リング16a,16bへ流れる磁束を生じないため、磁気センサ18で検出される磁束密度は0となる(図4−a、参照)。
When the twist of the
トーションバー10が捩れると、磁石体13と1組の磁気ヨーク14との間に相対回転が生じる。図4−bは、この相対回転により、1組の磁気ヨーク14が反時計回りに変位した場合を例示するものであり、磁石体13の外周に対峙する凸部15aがN極により多く面積でオーバラップする一方、磁石体13の内周に対峙する凸部15bがS極により多く面積でオーバラップする。磁石体13の隣接する円弧領域13aにおいて、これら凸部15a,15bを介して1対の集磁リング16a,16bへ流れる磁束が生じるため、集磁リング16a,16b間の磁束密度を磁気センサ18で検出することにより、トーションバー10に加わる捩りトルクが求められるのである。
When the
このトルクセンサにおいては、1組の磁気ヨーク14に磁気の入出端部を構成する複数の凸部15a,15bが、磁石体13の片側の磁極面のみに配置されるのでなく、磁石体13の両側の磁極面に配置される構成のため、磁石体13の両側の磁極面から複数の凸部15a,15bを介して磁束が入出することになり、凸部15a間および凸部15b間に余裕も生じるため、磁束密度の検出精度を確保しつつ、トルクセンサの小型化が容易に図れるようになる。
In this torque sensor, a plurality of
電動パワーステアリングにおいては、凸部15a間および凸部15b間の距離を過度に縮小させることなく、車両の操舵フィーリングを向上させるため、トーションバー10の捩り角(捩れ量)の最大値を小さく設定しえるのである。
In the electric power steering, the maximum value of the torsion angle (twisting amount) of the
磁気センサ18および1対の集磁リング16a,16bについては、これらを結合する非磁性部材を介してハウジング側に固定されるので、磁気センサ18の配線がトーションバー10の回転に伴って絡まるようなこともなく、メンテナンスも簡便に行えるようになる。
Since the
1組の磁気ヨーク14に磁気の入出端部を構成する複数の凸部15a,15bについては、図5のように形成することにより、凸部15aがそれぞれ磁石体の外周に向き合う面の面積と、凸部15bがそれぞれ磁石体の内周に向き合う面の面積と、が等しくなるように設定すると良い。これにより、凸部15a,15bの間において、磁石体13を挟む両側の磁路の面積(磁束)が揃えられ、トーションバー10の捩りに伴う磁場の変化をさらに精度よく検出できるのである。
The plurality of
図1〜図3に示す実施形態においては、集磁凸部20a,20bが集磁リング16a,16bに一体形成されるが、集磁凸部20a,20bは、図6のように集磁リング16a,16bと別体に分割形成することも考えられる。その場合、集磁リング16a,16bと各磁気ヨーク14(アウタリング14a,インナリング14b)との間を非磁性部材により結合する一方、集磁凸部20a,20bおよびこれらの間(ギャップ)に介装される磁気センサ18についてのみ、非磁性部材により結合してハウジング側に固定することも可能となる。
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the magnetic flux collecting
図7は、別の実施形態を説明するものであり、集磁リング16a,16bが省略され、アウタリング14aとインナリング14bとの間に集磁凸部20a,20bが非接触に設けられる。集磁凸部20a,20bおよびこれらの間(ギャップ)に介装される磁気センサ18は、非磁性部材で結合してハウジング側に固定されるのである。
FIG. 7 illustrates another embodiment, in which the magnetism collecting
10 トーションバー
11 第1軸
12 第2軸
13 磁石体
13a 磁石体の円弧領域
14 1組の磁気ヨーク
14a アウタリング
14b インナリング
15a、15b 凸部
16a,16b 集磁リング
18 磁気センサ
20a,20b 集磁凸部
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A02 | Decision of refusal |
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