JP2006343347A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】実質的に同一特性の二つのコイルをトルクセンサに用いるためには、コイルボビ
ンの管理コストが嵩んでしまう。
【解決手段】プラスチック等の不導体からなり、ハウジング１に入力軸２や出力軸３と
同軸に固定されるコイルボビン９に、軸方向に離隔した同軸の二つの円周溝９Ａ，９Ｂを
形成し、それら円周溝９Ａ，９Ｂにトルク検出用のコイルを一つずつ巻き付ける。連結部
９ｃの径方向外側を向く端面には、そこからさらに径方向外側に突出する端子取付部９Ｆ
を形成し、この端子取付部９Ｆの上面には金属製の三本の端子１２Ａ，１２Ｂ及び１２Ｃ
を固定し、端子１２Ａには一方のコイルの一端部を巻き付け、端子１２Ｂには他方のコイ
ルの一端部を巻き付け、端子１２Ｃには両コイルの他端部を巻き付ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転軸に発生するトルクを検出するトルクセンサに関し、特に、発生するト
ルクに応じてインピーダンスが変化する二つのコイルを有し、それら二つのコイルの端子
間のインピーダンス差に基づいてトルクを検出するようになっているトルクセンサにおい
て、トルクの検出精度がより向上するようにしたものである。

従来のトルクセンサとしては、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されたものがあ
り、これら従来のトルクセンサは、回転軸に作用しているトルクをコイルのインピーダン
ス変化に反映させ、そのインピーダンス変化を検出することによりトルクを検出するよう
になっている。つまり、コイルは回転軸を包囲するように配設されていて、回転軸のトル
クに応じた磁気的或いは機械的な構造変化によって、コイルのインピーダンスを変化させ
るようになっているから、そのインピーダンス変化をコイルの端子電圧を測定することに
より検出すれば、回転軸に発生しているトルクを検出することができるのである。

さらに、上述したような従来のトルクセンサにあっては、温度等のトルク以外の要因に
よるコイルのインピーダンス変化を相殺するために、トルクによってインピーダンスが互
いに逆方向に変化するように二つのコイルを配設し、それら二つのコイルを含むブリッジ
回路を形成し、そのブリッジ回路の二つの出力の差に基づいてトルクを検出するようにな
っている。即ち、トルク以外の要因によってコイルのインピーダンスが変化しても、かか
る要因によるインピーダンス変化は、二つのコイルで同じ方向に生じるから、ブリッジ回
路の出力電圧の差を求めることにより相殺することができるのである。
特開平４−４７６３８号公報 特開平８−５４７７号公報

しかしながら、従来のトルクセンサにあっては、差動を求めるために設けた二つのコイ
ルは、各個別のコイルボビンに巻き付けられているため、トルク以外の要因によるインピ
ーダンス変化を確実に相殺するためには、特に各コイルボビンに巻き付けられたコイルの
巻き付け張力や素線の径にバラツキがないことが重要となるが、通常の製造工程にあって
は、コイルボビンに素線を巻き付けるコイル捲線機は、使用状況等に応じて巻き付け張力
が時々刻々と変化してしまうし、また、コイル捲線機は複数台が同時に稼働するのが一般
的であり、装置間の巻き付け張力にバラツキがあるのは避けられないし、しかも、コイル
となる素線の径等にもバラツキがある。

このため、同一のコイル捲線機によって連続してコイルが巻き付けられた二つのコイル
ボビンが、最終的に一つのトルクセンサに組み込まれるようにすれば、そのトルクセンサ
には実質的に同一特性の二つのコイルが用いられるようになるから、トルク以外の要因に
よるコイルのインピーダンス変化を略確実に相殺することはできるが、これではコイルボ
ビンの管理コストが嵩んでしまう。これに対し、そのような管理を行わない場合には、実
質的に同一特性と見なせない二つのコイルが一つのトルクセンサに用いられるということ
が前提になってしまい、煩雑なブリッジ回路のバランス調整等が必須となるから、やはり
製造コストが嵩んでしまう。
本発明は、このような従来の技術が有する未解決の課題に着目してなされたものであっ
て、コスト増大を避けつつ、検出精度の向上が可能なトルクセンサを提供することを目的
としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ハウジングに回転自在に支持され
た回転軸と、この回転軸を包囲するように配設された二つのコイルと、前記回転軸に作用
するトルクの変化に応じて前記二つのコイルのインピーダンス差を変化させるインピーダ
ンス可変手段と、を備え、前記二つのコイルの端子間のインピーダンス差に基づいて前記
回転軸に発生するトルクを検出するようになっているトルクセンサにおいて、前記回転軸
と同軸になるように前記ハウジング側に固定されるコイルボビンを有し、そのコイルボビ
ンには、軸方向に離隔し且つ前記回転軸と同軸の二つの溝を形成し、それら二つの溝に前
記コイルを一つずつ巻き付けた。

また、請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る発明であるトルクセンサにおいて、
前記コイルボビンの前記二つの溝の間に空隙を形成し、その空隙内にリング状のヨーク部
材をはめ込むとともに、二つの円筒形のヨーク部材で前記コイルボビンの前記二つの溝の
部分のそれぞれを外側から包囲した。
なお、前記コイルボビンは、二つ若しくは三つ以上に分割成形したものを組立てた後に
コイルを巻くようにしてもよいが、請求項３に係る発明のように、前記コイルボビンを一
体成形品としてもよい。

そして、本発明によれば、一つのコイルボビンの二つの溝のそれぞれにコイルを巻き付
けるようになっているため、煩雑な管理等を行わなくても、例えば実質的に同一規格の二
つのコイルを一つのトルクセンサに組み込むことができるから、二つのコイルのインピー
ダンス誤差は非常に小さく、例えばブリッジ回路を形成した場合でもそのバランス調整は
不要若しくは簡易で済む。

また、コイルボビンの二つの溝に挟まれた部分に、径方向外側に突出する３本の端子を
有する端子取付部を設け、第１の端子には一方のコイルの巻き始めの端部を固定し、第２
の端子には他方のコイルの巻き終わりの端部を固定し、第３の端子には一方のコイルの巻
き終わりの端部及び他方のコイルの巻き始めの端部を固定するようにする。このようにす
れば、第３の端子は二つのコイルの端部が固定される共通端子となるから、巻き付け順を
、例えば第１の端子→第３の端子→第２の端子とすることにより、一本の素線でもって連
続して二つのコイルを巻き付けることができる。さらに、そのような巻き付け順で素線を
巻き付ける場合には、コイルボビンの二つの溝への素線の巻き付け方向を、第３の端子に
到達する前後で逆にすることがより好ましい。即ち、かかる巻き付け構造であれば、例え
ば共通端子である第３の端子をアース側端子とし、第１の端子を一方のコイルの電源側端
子、第２の端子を他方の端子の電源側端子とすることにより、二つのコイルの同一方向の
駆動電流を供給することができる。

本発明によれば、回転軸と同軸になるようにハウジング側に固定されるコイルボビンに
、軸方向に離隔し且つ前記回転軸と同軸の二つの溝を形成し、それら二つの溝に前記コイ
ルを一つずつ巻き付けたため、それらコイルの張力や素線径のバラツキは極めて小さくす
ることができ、煩雑な管理等を行わなくても例えば同一規格と見なせる二つのコイルを一
つのトルクセンサに組み込むことができるから、コストの大幅な増大を招くことなく、ト
ルク以外の要因によるコイルのインダクタンス変化を確実に相殺することができるという
効果が得られる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１乃至図１０は本発明の一実施の形態を示す図であって、この実施の形態は、本発明
にかかるトルクセンサを、車両の電動パワーステアリング装置に適用したものである。
先ず、構成を説明すると、ハウジング１内には、トーションバー４を介して連結された
入力軸２及び出力軸３が、軸受５ａ，５ｂ及び５ｃによって回転自在に支持されている。
これら入力軸２，出力軸３及びトーションバー４は、同軸に配置されていて、入力軸２及
びトーションバー４間は、それら各端部がスプライン結合されるスリーブ２Ａを介して連
結され、トーションバー４の他端側は出力軸３内の深く入り込んだ位置にスプライン結合
されている。また、入力軸２及び出力軸３は、鉄等の磁性材料から形成されている。なお
、入力軸２，出力軸３及びトーションバー４が、本発明における回転軸に相当する。

そして、入力軸２の図示しない図１右端側には、ステアリングホイールが回転方向に一
体に取り付けられており、また、出力軸３の図示しない図１左端側には、例えば公知のラ
ックアンドピニオン式ステアリング装置を構成するピニオン軸が連結されている。従って
、操縦者がステアリングホイールを操舵することによって発生した操舵力は、入力軸２，
トーションバー４，出力軸３及びラックアンドピニオン式ステアリング装置を介して、図
示しない転舵輪に伝達する。

入力軸２端部に固定されたスリーブ２Ａは、出力軸３端部外周面を包囲するような長さ
を有している。そして、そのスリーブ２Ａの出力軸３端部外周面を包囲する部分の内周面
には軸方向に長い複数の凸部２ａが形成され、これら凸部２ａに対向する出力軸３の外周
面には軸方向に長い複数（凸部２ａと同数）の溝３ａが形成され、それら凸部２ａ及び溝
３ａは周方向に余裕を持って嵌め合わされていて、これにより、入力軸２及び出力軸３間
の所定範囲（例えば±５度程度）以上の相対回転を防止している。

そして、出力軸３には、これと同軸且つ一体に回転するウォームホイール６が外嵌し、
このウォームホイール６の樹脂製の噛合部６ａと、電動モータ７の出力軸７ａ外周面に形
成されたウォーム７ｂとが噛み合っている。従って、電動モータ７の回転力は、その出力
軸７ａ，ウォーム７ｂ及びウォームホイール６を介して出力軸３に伝達されるようになっ
ており、電動モータ７の回転方向を適宜切り換えることにより、出力軸３に任意の方向の
操舵補助トルクが付与されるようになっている。

さらに、入力軸２と一体となっているスリーブ２Ａには、出力軸３の外周面に近接して
これを包囲するように、肉薄の円筒部材８が回転方向に一体に固定されている。
即ち、円筒部材８は導電性で且つ非磁性の材料（例えば、アルミニウム）から形成され
ていて、この円筒部材８及びその周囲の斜視図である図２にも示すように、円筒部材８の
出力軸３を包囲する部分のうち、スリーブ２Ａに近い側には、周方向に等間隔離隔した長
方形の複数（この実施例では、九つ）の窓８ａ，…，８ａが形成され、スリーブ２Ａから
遠い側には、窓８ａ，…，８ａと位相が１８０度ずれるように周方向に等間隔離隔した長
方形（窓８ａと同形状）の複数（この実施例では、九つ）の窓８ｂ，…，８ｂが形成され
ている。

また、出力軸３の円筒部材８に包囲された部分の外周面には、軸方向に延びる横断面略
長方形の複数（窓８ａ，８ｂと同数、従ってこの例では九つ）の溝３Ａが形成されている
。
より具体的には、円筒部材８の周面を周方向にＮ（この例ではＮ＝９）等分した角度を
一周期角度θ（＝３６０／Ｎ，この例ではθ＝４０度）とし、円筒部材８の出力軸３から
遠い側の部分では一周期角度θの一方の端から所定角度の部分が窓８ａ，…，８ａとなり
、残りの部分が塞がっており、また、窓８ａ，…，８ａとの位相が半周期（θ／２）ずれ
るように、円筒部材８の出力軸３に近い側の部分では一周期角度θの他方の端から所定角
度の部分が窓８ｂ，…，８ｂとなり、残りの部分が塞がっている。

ただし、トーションバー４に捩じれが生じていないとき（操舵トルクが零のとき）に、
窓８ａの周方向幅中央部と、溝３Ａの周方向の一方の端部とが重なり、窓８ｂの周方向幅
中央部と、溝３Ａの周方向の他方の端部とが重なり合うようになっている。従って、窓８
ａ及び溝３Ａの重なり状態と、窓８ｂ及び溝３Ａの重なり状態とは、周方向で逆になって
おり、窓８ａ，８ｂの周方向幅中央部と溝３Ａの周方向幅中央部とはそれぞれθ／４ずつ
ずれている。

そして、円筒部材８は、同一規格の二つのコイル１０及び１１が巻き付けられたコイル
ボビン９で包囲されている。即ち、コイル１０及び１１は、円筒部材８と同軸に配置され
ていて、コイル１０は窓８ａ，…，８ａが形成された部分を包囲するようにコイルボビン
９に巻き付けられ、コイル１１は窓８ｂ，…，８ｂが形成された部分を包囲するようにコ
イルボビン９に巻き付けられている。

コイルボビン９は、プラスチック等の不導体からなる部材であって、ハウジング１に入
力軸２や出力軸３と同軸に固定される。そして、コイルボビン９は、斜視図である図３、
平面図である図４、図４のＡ−Ａ線断面図である図５、側面図である図６にそれぞれ示す
ように、軸方向に離隔した同軸の二つの円周溝９Ａ，９Ｂを有し、一方の円周溝９Ａには
コイル１０が巻き付けられ、他方の円周溝９Ｂにはコイル１１が巻き付けられるようにな
っている。

より具体的には、コイルボビン９は、空隙９Ｃを介して軸方向に離隔した二つの同寸法
の円筒部９Ｄ，９Ｅを有し、それら円筒部９Ｄ，９Ｅの互いに外側を向く外端側には外側
フランジ９ａが、互いに対向する内端側には内側フランジ９ｂが形成されている。そして
、円筒部９Ｄ及び９Ｅの内側フランジ９ｂ同士が、周方向に１８０度離隔した二位置に形
成される連結部９ｃ，９ｄを介して連結されている。連結部９ｃ及び９ｄは、空隙９Ｃを
跨ぐように径方向外側に突出した凹形状となっている。

一方の連結部９ｃの径方向外側を向く端面には、そこからさらに径方向外側に突出する
略直方体状の端子取付部９Ｆが形成されていて、この端子取付部９Ｆの上面には、金属製
の三本の端子１２Ａ，１２Ｂ及び１２Ｃが、径方向外側に突出するように固定されている
。これら端子１２Ａ〜１２Ｃは、円周溝９Ａ，９Ｂの接線方向に沿って所定距離隔てて並
ぶように固定されている。

なお、ここでは、端子取付部９Ｆを上側に位置させた状態で円筒部９Ｄをその外側フラ
ンジ９ａ側から見た場合（図５参照）に、左側に位置する端子を第１の端子１２Ａ、中央
に位置する端子を第２の端子１２Ｂ、右側に位置する端子を第３の端子１２Ｃとする。
また、端子取付部９Ｆの両端面には、円周溝９Ａ，９Ｂの接線方向に突出するように、
二つの凸部９ｅ，９ｆが形成されている。これら凸部９ｅ，９ｆは、その幅及び高さが端
子取付部９Ｆの端面よりも小さくて厚みの薄い凸部である。

さらに、端子取付部９Ｆ及び連結部９ｃの円周溝９Ａ側の側面には、その円周溝９Ａに
近い部分を若干肉厚にすることにより、図５において凸部９ｅの下側の位置から斜め右下
に伸びる細い段差９ｇが形成されている。同様に、端子取付部９Ｆ及び連結部９ｃの円周
溝９Ｂ側の側面には、その円周溝９Ｂに近い部分を若干肉厚にすることにより、凸部９ｆ
の下側の位置から斜めに伸びる細い段差９ｈが形成されている。
このような形状のコイルボビン９の円周溝９Ａ，９Ｂにコイル１０，１１が巻き付けら
れるのであるが、それらコイル１０，１１の巻き付けは、一のコイル捲線機によって連続
して行われるようになっている。

コイル１０，１１の巻き付け手順を図４を伴って詳細に説明すると、先ず、第１の端子
１２Ａに、反時計方向に素線を巻き付けた後に、図４（１）で示すように、その素線を図
４で左斜め上方に引っ張り、凸部９ｅの円周溝９Ｂ側の側面から下面側に回り込ませて、
円周溝９Ａ側に引き出す。円周溝９Ａ側に引き出した素線は、段差９ｇに沿って円周溝９
Ａ表面に徐々に近づけ、円周溝９Ａをその外側フランジ９ａ側から見た状態（図５参照）
で時計方向に、規定回数だけ円周溝９Ａに巻き付ける。

円周溝９Ａに規定回数だけ巻き付けたら、図４（２）で示すように、再び円周溝９Ａか
ら素線を離し、凸部９ｆの下面から円周溝９Ｂ側の側面を通じて端子取付部９Ｆの上面側
に引き出し、そこから第３の端子１２Ｃに反時計方向に数回巻き付ける。そして、図４（
３）で示すように、その素線を図４で右斜め下方に引っ張り、凸部９ｆの円周溝９Ａ側の
側面から下面側に回り込ませて、円周溝９Ｂ側に引き出す。円周溝９Ｂ側に引き出した素
線は、段差９ｈに沿って円周溝９Ｂ表面に徐々に近づけ、円周溝９Ｂをその外側フランジ
９ａ側から見た状態で時計方向に、規定回数だけ円周溝９Ｂに巻き付ける。
円周溝９Ｂに規定回数だけ巻き付けたら、図４（４）で示すように、再び円周溝９Ｂか
ら素線を離し、凸部９ｅの下面から円周溝９Ａ側の側面を通じて端子取付部９Ｆの上面側
に引き出し、そこから第２の端子１２Ｂに反時計方向に数回巻き付け、これでコイルの巻
き付けを完了する。

この状態では、各端子１２Ａ〜１２Ｃには、導線を絶縁体で被覆してなる素線がそのま
ま巻き付けられているため、各端子１２Ａ〜１２Ｃと素線との間では導通が採られていな
いが、巻き付けを完了した後に、各端子１２Ａ〜１２Ｃをその先端側から半田槽に浸漬す
れば、各端子１２Ａ〜１２Ｃに半田が付着するとともに、その半田の熱によって素線の被
覆が溶けるから、各端子１２Ａ〜１２Ｃと素線との間の導通が採られる。しかも、上記の
ような巻き付け手順であると、図４からも判るように、端子取付部９Ｆ上面において素線
同士が交差することがないから、上記半田固定の際に素線同士が途中で短絡することも防
止できる。

さらに、図３に分解して示すように、コイルボビン９には、その円周溝９Ａ及び９Ｂを
外側から覆うように略円筒形状のヨーク部材１３Ａ，１３Ｂが固定されるとともに、コイ
ルボビン９の空隙９Ｃ内には、略リング状のヨーク部材１３Ｃが嵌め込まれるようになっ
ている。
図３の他に、各ヨーク部材１３Ａ〜１３Ｃを固定した状態での平面図である図７、図７
のＢ−Ｂ線断面図である図８、図８のＣ−Ｃ線断面図である図９にも示すように、ヨーク
部材１３Ｃは、空隙９Ｃを跨ぐ二つの連結部９ｃ及び９ｄの径方向内側の面と整合するよ
うに、その外周面の周方向に１８０度離隔した二位置に平坦部１３ａ，１３ｂが形成され
ている。

また、ヨーク部材１３Ｃの内径は円筒部９Ｄ，９Ｅの内径と同寸法となっていて、ヨー
ク部材１３Ｃの外径は内側フランジ部９ｂの外径と同寸法となっている。ただし、ヨーク
部材１３Ｃの外周面の平坦部１３ａ，１３ｂから９０度ずつ離隔した二位置には、ヨーク
部材１３Ｃと同幅で、ヨーク部材１３Ａ及び１３Ｂの肉厚よりも若干薄い厚さだけ径方向
外側に突出するように、凸部１３ｃ，１３ｄが形成されている。このため、ヨーク部材１
３Ｃをコイルボビン９の空隙９Ｃに嵌め込むと、凸部１３ｃ，１３ｄが内側フランジ９ｂ
よりも突出するようになる。

これに対し、ヨーク部材１３Ａ及び１３Ｂは、同形状の部材であって、コイル１０，１
１が巻き付けられた状態のコイルボビン９に外嵌する円筒部１３ｄと、コイルボビン９に
固定される際に軸方向外側を向く端部に形成されたリング状の底部１３ｅとから構成され
ていて、底部１３ｅの内径は、コイルボビン９の円筒部９Ｄ，９Ｅの内径と同寸法となっ
ている。
そして、円筒部１３ｄの底部１３ｅとは逆側の端部には、互いに周方向に９０度ずつ離
隔して四つの凹部１３ｇ，１３ｈ，１３ｉ，１３ｊが形成されている。
これら凹部１３ｇ〜１３ｊのうち、凹部１３ｇは端子取付部９Ｆに嵌合する凹部であり
、凹部１３ｈは連結部９ｄに嵌合する凹部であり、凹部１３ｉ，１３ｊはヨーク部材１３
Ｃの凸部１３ｃ，１３ｄに嵌合する凹部である。

凹部１３ｉ，１３ｊは、その幅方向（周方向）寸法は凸部１３ｃ，１３ｄの長さ方向（
周方向）寸法よりも若干小さくなっているが、その深さ方向（軸方向）寸法は凸部１３ｃ
，１３ｄの厚さ方向（軸方向）寸法の丁度半分となっている。従って、コイルボビン９に
、ヨーク部材１３Ｃを固定するとともに、ヨーク部材１３Ａ，１３Ｂを外嵌させると、そ
れらヨーク部材１３Ａ，１３Ｂの軸方向位置は、凹部１３ｉ，１３ｊの底面が凸部１３ｃ
，１３ｄに当接することにより規制される。

一方、凹部１３ｇは、その幅方向寸法は凸部９ｅ及び９ｆを含む端子取付部９Ｆの長さ
方向寸法と同じになっているが、その深さ方向寸法は端子取付部９Ｆの厚さ方向寸法の半
分よりも大きくなっている。同様に、凹部１３ｈは、その幅方向寸法は連結部９ｄの長さ
方向寸法と同じになっているが、その深さ方向寸法は連結部９ｄの厚さ方向寸法の半分よ
りも若干大きくなっている。従って、コイルボビン９にヨーク部材１３Ａ，１３Ｂを外嵌
させると、それらヨーク部材１３Ａ，１３Ｂの回転方向位置は、凹部１３ｇ，１３ｈの内
側面が、端子取付部９Ｆ，連結部９ｄの端面に当接することにより規制される。

さらに、凹部１３ｇの寸法を上記のように設定しているため、その凹部１３ｇの内側面
は凸部９ｅ，９ｆの端面に当接することになるが、その凸部９ｅ，９ｆの側面，下面と凹
部１３ｇ内面との間には隙間が確保される。この結果、凸部９ｅ，９ｆ外面に沿って配設
されるコイル１０，１１用の素線が凹部１３ｇ内面と凸部９ｅ，９ｆとの間に挟み込まれ
るようなことがないから、素線の被覆が破損してヨーク部材１３Ａ，１３Ｂとの間で短絡
してしまうことを回避できる。

なお、ハウジング１内のウォームホイール６が配設されている空間とコイルボビン９が
配設されている空間との間は、金属製のシール部材１７によって隔離されていて、これに
よりウォームホイール６及びウォーム７の噛み合い部分に供給される潤滑油がコイルボビ
ン９側に入り込まないようになっている。
そして、各端子１２Ａ〜１２Ｃの端部はハウジング１を貫通してセンサケース１８内に
至っており、コイル１０及び１１は、それら各端子１２Ａ〜１２Ｃを介して、センサケー
ス１８内の制御基板１９上に構成されているモータ制御回路に接続されている。

モータ制御回路は、例えば図１０に示すように、所定周波数の交流電流を定電流部２０
を介してコイル１０，１１に供給する発振部２１と、コイル１０の端子電圧を整流及び平
滑して出力する整流・平滑回路２２と、コイル１１の端子電圧を整流及び平滑して出力す
る整流・平滑回路２３と、整流・平滑回路２２の出力及び整流平滑回路２３の出力の差を
増幅して出力する差動アンプ２４Ａ，２４Ｂと、差動アンプ２４Ａの出力から高周波ノイ
ズ成分を除去するノイズ除去フィルタ２５Ａと、差動アンプ２４Ｂの出力から高周波ノイ
ズ成分を除去するノイズ除去フィルタ２５Ｂと、それらノイズ除去フィルタ２５Ａ，２５
Ｂの出力の例えば平均値に基づいて入力軸２及び円筒部材８の相対回転変位の方向及び大
きさを演算しその結果に例えば所定の比例定数を乗じて操舵系に発生している操舵トルク
を求めるトルク演算部２６と、トルク演算部２６の演算結果に基づいて操舵トルクを軽減
する操舵補助トルクが発生するような駆動電流Ｉを電動モータ７に供給するモータ駆動部
２７と、から構成されている。

なお、本実施の形態では、コイル１０，１１は三つの端子１２Ａ〜１２Ｃを介してモー
タ制御回路に接続されているが、それら三つの端子のうち、コイル１０の一方の端部（素
線の巻き始め端部）が接続される第１の端子１２Ａは、電気抵抗Ｒを介して発振部２１側
に接続され、コイル１１の一方の端部（素線の巻き終わり端部）が接続される第２の端子
１２Ｂは、他の電気抵抗Ｒを介して発振部２１側に接続され、コイル１０，１１の他方の
端部（素線の中間部）が接続される共通の第３の端子１２Ｃは、アース側に接続されてい
る。

次に、本実施の形態の動作を説明する。
今、操舵系が直進状態にあり、操舵トルクが零であるものとすると、入力軸２及び出力
軸３間には相対回転は生じない。従って、出力軸３と円筒部材８との間にも、相対回転は
生じない。
一方、ステアリングホイールを操舵して入力軸２に回転力が生じると、その回転力は、
トーションバー４を介して出力軸３に伝達される。このとき、出力軸３には、転舵輪及び
路面間の摩擦力や出力軸３の図示しない左端側に構成されたラックアンドピニオン式ステ
アリング装置のギアの噛み合い等の摩擦力に応じた抵抗力が生じるため、入力軸２及び出
力軸３間には、トーションバー４が捩じれることによって出力軸３が遅れる相対回転が発
生し、出力軸３及び円筒部材８間にも相対回転が生じる。

円筒部材８に窓がない状態では、円筒部材８は導電性で且つ非磁性の材料からなるから
、コイルに交流電流を流してコイル内部に交番磁界を生じさせると、円筒部材８の外周面
にコイル電流と反対方向の渦電流が発生する。
この渦電流による磁界とコイルによる磁界とを重ね合わせると、円筒部材８の内側の磁
界は相殺される。円筒部材８に窓８ａ，８ｂを設けた場合、円筒部材８の外周面に生じた
渦電流は、窓８ａ，８ｂによって外周面を周回できないため、窓８ａ，８ｂの端面に沿っ
て円筒部材８の内周面側に回り込み、内周面をコイル電流と同方向に流れ、また隣の窓８
ａ，８ｂの端面に沿って外周面側に戻り、ループを形成する。

つまり、コイルの内側に、渦電流のループを周方向に周期的に（θ＝３６０／Ｎ）配置
した状態となる。コイル電流と渦電流の作る磁界は重ね合わされ、円筒部材８の内外には
、周方向に周期的な磁界の強弱と、更に中心に向かうほど小さくなる勾配を持った磁界が
形成される。周方向の磁界の強弱は隣り合う渦電流の影響を強く受ける窓８ａ，８ｂの中
心部分で強く、そこから半周期（θ／２）ずれたところが弱くなる。

そして、円筒部材８の内側には、磁性材料からなる出力軸３が同軸に配設され、その出
力軸３には、溝３Ａによって凸部及び凹部が窓８ａ，８ｂと同じ周期を持って形成されて
いるが、磁界中に置かれた磁性体は磁化して、自発磁化（磁束）を発するがその量は飽和
に至るまでは磁界の強さに応じて大きくなる。
このため、円筒部材８によって作られる周方向に周期的な強弱と半径方向に勾配を持つ
磁界によって、出力軸３の自発磁化は、円筒部材８との相対的な位相によって増減する。
自発磁化が最大となる位相は、窓８ａ，８ｂの中心と凸部の中心とが一致した状態である
。

そして、自発磁化の増減に応じて、コイル１０，１１のインダクタンスも増減し、その
変化は、ほぼ正弦波状となる。トルクが作用しない状態においては、自発磁化（インダク
タンス）が最大となる位相に対して１／４周期（θ／４）ずれた状態となっており、更に
スリーブ２Ａに近い側の窓列と他方の窓列との位相は前述のように１／２周期（θ／２）
の位相差としてある。

このため、トルクにより円筒部材８と出力軸３に位相差が生じると、二つのコイル１０
，１１のインダクタンスの一方は増加し、他方は同じ割合で減少するが、コイル１０，１
１のインダクタンスがこのように変化すれば、電流増幅部２６から供給される電流の周波
数が一定という条件下では、コイル１０及び１１のインピーダンスも同様の傾向で変化す
るし、コイル１０及び１１の自己誘導起電力も同様の傾向で変化する。従って、コイル１
０及び１１の端子電圧の差を求める差動アンプ２４Ａ及び２４Ｂの出力は、操舵トルクの
方向及び大きさに従って変化するようになる。また、差動アンプ２４Ａ及び２４Ｂにおい
て整流・平滑回路２２，２３の差を求めているため、温度等による自己インダクタンスの
変化は相殺される。

そして、トルク演算部２６は、ノイズ除去フィルタ２５Ａ，２５Ｂを介して供給される
差動アンプ２４Ａ，２４Ｂの出力の平均値を演算し、その値に例えば所定の比例定数を乗
じて操舵トルクを求め、その結果をモータ駆動部２７に供給する。モータ駆動部２７は、
操舵トルクの方向及び大きさに応じた駆動電流Ｉを電動モータ７に供給する。
すると、電動モータ７には、操舵系に発生している操舵トルクの方向及び大きさに応じ
た回転力が発生し、その回転力がウォームギア等を介して出力軸３に伝達されるから、出
力軸３に操舵補助トルクが付与されたことになり、操舵トルクが減少し、操縦者の負担が
軽減される。

さらに、本実施の形態にあっては、上記したように温度等による自己インダクタンスの
変化を相殺するために二つのコイル１０，１１を設けているが、それらコイル１０，１１
を共通のコイルボビン９に巻き付けるようにしており、しかも一のコイル捲線機によって
連続して二つのコイル１０，１１を巻き付けるようにしているから、それらコイル１０，
１１の張力や素線径のバラツキは極めて小さくすることができる。このため、煩雑な管理
等を行わなくても同一規格と見なせる二つのコイル１０，１１を一つのトルクセンサに組
み込むことができるし、それらコイル１０，１１間の芯ずれも生じないから、図１０のよ
うなモータ制御回路と接続した段階でのブリッジ回のバランス調整は不要若しくは簡易で
済む。よって、コストの大幅な増大を招くことなく、トルク以外の要因によるコイル１０
，１１のインダクタンス変化を確実に相殺することができるから、検出精度の高いトルク
センサとすることができるのである。

また、本実施の形態であれば、三つの端子１２Ａ〜１２Ｃに対する素線の巻き付け手順
を上述のようにするともに、凸部９ｅ，９ｆの周囲に隙間を形成し、その隙間に素線を配
するようにしているから、素線の中途部同士や、素線とヨーク部材１３Ａ，１３Ｂとの間
等で短絡が生じるようなことを、より確実に回避することができる。
さらに、本実施の形態では、円筒形のヨーク部材１３Ａ，１３Ｂとリング状のヨーク部
材１３Ｃとを適宜嵌め合わせることにより、ヨーク部材１３Ａ〜１３Ｃ全体の芯ずれは生
じ難いし、また、ヨーク部材１３Ａ〜１３Ｃの軸心とコイルボビン９の軸心との間のずれ
も生じ難くなっている。かかる利点も、トルクセンサの検出精度を向上することに寄与す
る。

また、コイルボビン９を二つのコイル１０，１１で共通の部材としたため、部品点数が
削減され、ハウジング１への組み付け工数も削減するから、これによってもコスト低減が
図られるという利点もある。
そして、本実施の形態では、上述のような手順でコイルボビン９に素線を巻き付けてい
るため、コイル１０，１１の巻き付け方向は逆であっても、第１の端子１２Ａ及び第２の
端子１２Ｂのそれぞれを電気抵抗Ｒを介して電源側に接続し、コイル１０，１１で共通と
なる第３の端子１２Ｃをアース側に接続しているから、電流の流れる向きはコイル１０，
１１で共通となり、コイル１０，１１の極性は同じにすることができるのである。

なお、上記実施の形態では、第１の端子１２Ａ及び第２の端子１２Ｂのそれぞれを電気
抵抗Ｒを介して電源側に接続し、第３の端子１２Ｃをアース側に接続しているが、これに
限定されるものではなく、例えば、第３の端子１２Ｃを定電流部２０を介して発振部２１
側に接続するとともに、第１の端子１２Ａを電気抵抗Ｒを介してアース側に接続し、第２
の端子１２Ｂを他の電気抵抗Ｒを介してアース側に接続するようにしても、トルクの検出
は可能である。

また、上記実施の形態では、本発明に係るトルクセンサを車両用の電動パワーステアリ
ング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の用途
のトルクセンサであっても適用可能である。
ここで、本実施の形態にあっては、入力軸２，スリーブ２Ａ，出力軸３，溝３Ａ，トー
ションバー４及び円筒部材８によってインピーダンス可変手段が構成される。

なお、上記実施の形態では、コイルボビン９を一体成形品としているが、これに限定さ
れるものではなく、例えば図１１に示すように、コイルボビン９を、その連結部９ｃ，９
ｄを境に円筒部９Ｄ，９Ｅ毎に分割できる構造としてもよい。つまり、円筒部９Ｄ，９Ｅ
毎に二つに分割された各部材をそれぞれ成形し、それらを後に組み合わせてコイルボビン
９とし、コイル１０，１１を巻き付けるようにしてもよく、このようにコイルボビン９を
分割型にすれば、複雑な形状であっても容易に且つ安価に製造することができる。また、
コイルボビン９の組立て時の手間を簡易にするために、図１１に示すように、分割された
各連結部９ｃ，９ｄのそれぞれの当接面に互いに嵌まり合うように凹部９ｉや凸部９ｊを
形成するようにしてもよい。

本発明の一実施の形態を示す全体の断面図である。 コイル及びその周辺の構造を示す斜視図である。 コイルボビン及びヨーク部材の組立状態を示す斜視図である。 コイルボビンの平面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 コイルボビンの側面図である。 ヨーク部材を組み付けた状態でのコイルボビンの平面図である。 図７のＢ−Ｂ線断面図である。 図８のＣ−Ｃ線断面図である。 モータ制御回路の一例を示す回路図である。 コイルボビンを分割型にした場合の斜視図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ 入力軸（回転軸）
３ 出力軸（回転軸）
３ Ａ溝
４ トーションバー（回転軸）
８ 円筒部材
８ ａ，８ｂ窓
９ コイルボビン
９Ａ，９Ｂ 円周溝
９Ｆ 端子取付部
１０，１１ コイル
１２Ａ〜１２Ｃ 端子
１３Ａ〜１３Ｃ ヨーク部材
２０ 定電流部
２１ 発振部
２２，２３ 整流・平滑回路
２４Ａ，２４Ｂ 差動アンプ
２５Ａ，２５Ｂ ノイズ除去フィルタ
２６ トルク演算部
２７ モータ駆動回路

Claims (3)

1. ハウジングに回転自在に支持された回転軸と、この回転軸を包囲するように配設された
   二つのコイルと、前記回転軸に作用するトルクの変化に応じて前記二つのコイルのインピ
   ーダンス差を変化させるインピーダンス可変手段と、を備え、前記二つのコイルの端子間
   のインピーダンス差に基づいて前記回転軸に発生するトルクを検出するようになっている
   トルクセンサにおいて、
   前記回転軸と同軸になるように前記ハウジング側に固定されるコイルボビンを有し、そ
   のコイルボビンには、軸方向に離隔し且つ前記回転軸と同軸の二つの溝を形成し、それら
   二つの溝に前記コイルを一つずつ巻き付けたことを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記コイルボビンの前記二つの溝の間に空隙を形成し、その空隙内にリング状のヨーク
   部材をはめ込むとともに、二つの円筒形のヨーク部材で前記コイルボビンの前記二つの溝
   の部分のそれぞれを外側から包囲した請求項１記載のトルクセンサ。
3. 前記コイルボビンを一体成形品とした請求項１又は請求項２記載のトルクセンサ。

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