JP2008076148A - Torsional torque measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ねじりトルク測定装置に係り、例えば、自動車のステアリング装置などの回転軸に発生するねじりトルクを測定するためのねじりトルク測定装置に関する。 The present invention relates to a torsion torque measuring device, and more particularly to a torsion torque measuring device for measuring torsion torque generated on a rotating shaft of an automobile steering device or the like.
従来、回転軸に発生するねじれトルクを測定するものとしては、例えば、電動パワーステアリング装置のステアリングホイールに連結される第1軸体と、第1軸体に連設体を介して連結された第2軸体との相対変位を検出するようにした相対変位検出装置が提案されている(特許文献1参照)。この相対変位検出装置においては、第1軸体に固定された永久磁石と第2軸体に固定された一対の磁性体コアとの相対変位により生じる磁束の変化を、第1軸体と第2軸体の回動軸回りの相対位置変化の方向と変位の変化量として、磁気センサで検出する構成を採用し、耐久性の向上を図るようにしている。 Conventionally, for measuring torsional torque generated on a rotating shaft, for example, a first shaft connected to a steering wheel of an electric power steering device, and a first shaft connected to a first shaft through a connecting member are used. A relative displacement detector that detects relative displacement with a biaxial body has been proposed (see Patent Document 1). In this relative displacement detection device, a change in magnetic flux caused by a relative displacement between a permanent magnet fixed to the first shaft body and a pair of magnetic cores fixed to the second shaft body is detected with the first shaft body and the second shaft body. A configuration in which a magnetic sensor detects the relative position change direction and the displacement change amount around the rotation axis of the shaft body is adopted to improve durability.
しかし、磁気センサが、単に、一方の磁性体コアと他方の磁性体コアとの空間に配置されているので、磁性体コア間に生じる磁束が、磁気センサ以外の領域にも流れ、磁気センサに磁束を十分に流すことができない。 However, since the magnetic sensor is simply disposed in the space between one magnetic core and the other magnetic core, the magnetic flux generated between the magnetic cores also flows to a region other than the magnetic sensor, The magnetic flux cannot flow sufficiently.
そこで、磁気センサに磁束を十分に流すために、一対の磁性体コア(軟磁性体による磁気ヨーク)の外側に、リング状の補助磁性体(集磁リング)を設けるとともに、補助磁性体の周方向の一部に集磁部を設け、磁石から発生する磁束を各磁性体コアから補助磁性体の集磁部を介して磁気センサに集中的に流すようにしたものが提案された(特許文献2参照)。
しかし、特許文献2に記載されたものでは、補助磁性体をリング状に形成しなければならず、製造が困難であり、また、リング状の補助磁性体と一対の磁性コア(軟磁性体による磁気ヨーク)を同軸上に組み立てる必要などの組み立て上の制約がある。 However, in the device described in Patent Document 2, the auxiliary magnetic body must be formed in a ring shape, which is difficult to manufacture, and the ring-shaped auxiliary magnetic body and a pair of magnetic cores (depending on the soft magnetic body) There are restrictions on assembly, such as the need to assemble the magnetic yoke) on the same axis.
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、組み立てを容易にするとともに、磁石から発生する磁束を磁気センサに優先的に流すことにある。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and an object of the present invention is to facilitate assembly and to cause a magnetic flux generated from a magnet to flow preferentially to a magnetic sensor.
前記目的を達成するために、本発明は、第1の軸体と、前記第1の軸体に固体された永久磁石と、第2の軸体と、前記第2の軸体に固定された複数の磁性体コアと、前記第1の軸体と前記第2の軸体とを連結する連結棒と、前記永久磁石および前記複数の磁性体コアを含む磁気回路中に配置されて前記永久磁石と前記複数の磁性体コアの回転方向の相対変位により生じる磁束の変化を検出する磁気センサとを備え、前記磁気センサは、前記各磁性体コア間に挿入された複数の磁性体で挟まれており、前記複数の磁性体は、前記各磁性体コアに流れる磁束を前記磁気センサに優先的に集めてなるねじりトルク測定装置を構成したものである。 In order to achieve the object, the present invention is fixed to a first shaft body, a permanent magnet solidified on the first shaft body, a second shaft body, and the second shaft body. The permanent magnet disposed in a magnetic circuit including a plurality of magnetic cores, a connecting rod for connecting the first shaft body and the second shaft body, the permanent magnet and the plurality of magnetic cores. And a magnetic sensor for detecting a change in magnetic flux caused by relative displacement in the rotational direction of the plurality of magnetic cores, the magnetic sensor being sandwiched between the plurality of magnetic bodies inserted between the magnetic cores The plurality of magnetic bodies constitute a torsional torque measuring device that preferentially collects magnetic fluxes flowing through the magnetic cores in the magnetic sensor.
本発明によれば、複数の磁性体で挟まれた磁気センサを磁性体コアの半径方向から磁性体コアの軸方向における空間に差し込むようにしたため、ねじりトルク測定装置を容易に組み立てることができ、組み立ての簡便化を図ることができるとともに、永久磁石から発生する磁束を磁気センサに優先的に流すことができる。 According to the present invention, since the magnetic sensor sandwiched between the plurality of magnetic bodies is inserted into the space in the axial direction of the magnetic core from the radial direction of the magnetic core, the torsion torque measuring device can be easily assembled, The assembly can be simplified, and the magnetic flux generated from the permanent magnet can be preferentially passed to the magnetic sensor.
前記ねじりトルク測定装置を構成するに際しては、永久磁石を、多極着磁された磁石で構成したり、複数の磁性体を円弧状に形成し、各磁性体で磁気センサを軸方向において挟んだりすることができる。また、複数の磁性体を円弧状に形成し、円弧形状の磁性体を用いて磁気センサを周方向において挟むこともできる。また、磁気センサを複数個用い、各磁気センサを、複数の磁性体に挟まれた状態で各磁性体コア間に挿入することもできる。さらに、複数個の磁気センサを4個で構成することもできる。 When configuring the torsional torque measuring device, the permanent magnet may be composed of magnets magnetized with multiple poles, or a plurality of magnetic bodies may be formed in an arc shape, and the magnetic sensor may be sandwiched between the magnetic bodies in the axial direction. can do. It is also possible to form a plurality of magnetic bodies in an arc shape and sandwich the magnetic sensor in the circumferential direction using the arc-shaped magnetic body. Also, a plurality of magnetic sensors can be used, and each magnetic sensor can be inserted between each magnetic core while being sandwiched between the plurality of magnetic bodies. Furthermore, a plurality of magnetic sensors can be constituted by four.
本発明によれば、組み立ての簡便化を図ることができるとともに、永久磁石から発生する磁束を磁気センサに優先的に流すことができる。 According to the present invention, assembling can be simplified, and a magnetic flux generated from a permanent magnet can be preferentially passed through a magnetic sensor.
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第1実施例を示すねじりトルク測定装置の断面図である。図1において、ねじりトルク測定装置10は、略円柱状に形成された第1の軸体12を備えており、第1の軸体12は、軸方向一端側が軸受(図示せず)によって回転自在に支持されている。第1の軸体12の軸方向一端側には、電動パワーステアリング装置のステアリングホイール(図示せず)が連結され、軸方向他端側には円環状の永久磁石14が固定されているとともに、連結棒16が連結されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a torsion torque measuring apparatus showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a torsional
永久磁石14は、軸方向において多極着磁されて、N極とS極が軸方向に配列された複数個の磁極部が、相異なる磁極同士が隣接するように、等間隔で円周方向に沿って配列されている。連結棒16は、第1の軸体12と第2の軸体18とを連結する連結部材として、その軸方向両端側がそれぞれ第1の軸体12と第2の軸体18に連結されている。第2の軸体18は、軸方向一端側が軸受(図示せず)によって回転自在に支持されている。
The
永久磁石14の周囲には、円環状に形成された1組の磁性体コア20、22が第1の軸体12と第2の軸体18の軸方向に沿って相対向して配置されている。各磁性体コア20、22は、互いに離れて配置されているとともに、永久磁石14の周辺部を囲むように、かつ、永久磁石14との間に一定の間隙を保って配置されており、非磁性体で構成された円環状のスペーサ24を介して互いに連結されている。
Around the
磁性体コア20の内周側には、歯形形状のコア片20aが複数個等間隔で周方向に沿って形成されており、磁性体コア22の内周側には、歯形形状のコア片22aが複数個等間隔で周方向に沿って形成されている。各コア片20a、22aは、第1の軸体12の非回転時において、周方向における中心が永久磁石14の相隣接する磁極(N極)と磁極(S極)との境界部分に位置するように位置決めされており、20aと22aは位相となっている。
A plurality of tooth-
磁性体コア22は、その底部側がフランジ26、28を介して第2の軸体18に連結されている。すなわち、第2の軸体18には、フランジ26、28を介して磁性体コア22が固定されているとともに、フランジ26、28、磁性体コア22、スペーサ24を介して磁性体コア20が固定されている。このため、ステアリングホイールの操舵に伴う操舵力によって第1の軸体12が回転すると、永久磁石14が回転し、この回転力が連結棒16を介して第2の軸体18に伝達されるようになっている。
The bottom side of the
磁性体コア20と磁性体コア22との間には、磁束量によって出力電圧が変化するリニア出力タイプの磁気センサ30が配置されており、磁気センサ30の上面側と下面側に磁性体32、34がそれぞれ装着されている。すなわち、磁気センサ30は、磁性体32と磁性体34で挟まれた状態で、磁性体コア20と磁性体コア22との間に挿入されている。磁気センサ30は、永久磁石14と磁性体コア20、22を含む磁気回路中に配置されてハウジング(図示せず)に固定され、永久磁石14と磁性体コア20、22の回転方向の相対変位により生じる磁束の変化を検出するセンサとして構成されている。
Between the
磁気センサ30は、磁性体コア20と磁性体コア22との間に挿入された複数の磁性体32、34で挟まれており、磁性体32、34は、磁性体コア20、22に流れる磁束を磁気センサ30に優先的に集めることができる。すなわち、磁気センサ30と磁性体32、34は磁気センササブアッシーとして構成されて、磁性体コア20と磁性体コア22との間に挿入されるので、磁気センササブアッシーが存在する領域の磁気抵抗は、他の領域に比べて低くなり、磁性体コア20、22に流れる磁束が磁気センササブアッシーが存在する領域を優先的に流れ、その結果、磁性体コア20、22に流れる磁束は、磁気センサ30を優先的に流れることになる。
The
ここで、第1の軸体12が非回転状態にあるときには、磁性体コア20、22のコア片20a、22aは、周方向における中心が永久磁石14の相隣接する磁極(N極)と磁極(S極)との境界部分に位置決めされているので、コア片20a、22aと永久磁石14において短絡閉磁気回路が形成され、磁性体コア20と磁性体コア22との間の空間には何ら磁束が生じることはない。このため、磁気センサ30からは出力電圧は発生しない。
一方、第1の軸体12がステアリングホイールの操舵に応答して、右回転または左回転し、かつ第1の軸体と第2の軸体間にねじりトルクが作用すると、連結棒16がねじれ、磁性体コア20、22と永久磁石14間に、相対角度変化が生じる。
Here, when the
On the other hand, when the
その結果、磁性体コア20、22のコア片20a、22aは、その中心が永久磁石14の相隣接する磁極(N極)と磁極(S極)との境界部分から外れ、永久磁石14、コア片20a、22a、磁性体32、34、磁気センサ30を結ぶ磁気回路が形成され、磁性体コア20と磁性体コア22との間の空間に磁束が発生する。この磁束は、磁気センササブアッシーが存在する領域を優先的に流れるので、磁性体コア20、22に流れる磁束は、磁気センサ30を優先的に流れることになる。このため、磁気センサ30からは磁束に応じた電圧が発生することになり、この電圧を基に演算回路(図示せず)において、第1の軸体12に作用するねじれトルクを求めることができる。
As a result, the
磁気センササブアッシーを構成する磁性体32、34は、図2に示すように、平面形状を円弧形状とすることもできるが、円弧形状に限らず、方形形状(正方形、長方形、台形)、円形、楕円形などの形状とすることもできる。また、軸方向に錐形成とすることもできる。
As shown in FIG. 2, the
また、磁気センササブアッシーは1個でもよいが、図2に示すように、2個の磁気センササブアッシーを180°対向方向に配置し、各磁気センサ30の出力の和または差を測定することで、磁性体コア20、22の平行度による磁束密度の変化の影響を緩和することができる。
Further, the number of magnetic sensor subassemblies may be one, but as shown in FIG. 2, two magnetic sensor subassemblies are arranged in a direction opposite to each other by 180 °, and the sum or difference of the outputs of the
なお、2個の磁気センササブアッシーを180°対向方向に配置した場合、磁気センサ30の検出方向を逆向きにしたときには差を、同一方向にしたときには和を取ることが望ましい。
When two magnetic sensor subassemblies are arranged in the 180 ° opposing direction, it is desirable that the difference is obtained when the detection direction of the
また、磁気センササブアッシーを4個配置することもできる。この場合、4個の磁気センサ30の出力による測定値を平均化することで、測定精度をより向上させることができる。さらに、対向する2個の磁気センサ30の出力が2組得られるので、2組の磁気センサ30の出力を比較することで、いずれか1個の磁気センサ30が故障しても、故障した磁気センサ30を検出することができるので、信頼性の向上を図ることができる。なお、2組の磁気センササブアッシーを配置するに際しては、互いに直交する角度以外で配置しても良いが、互いに直交する角度で配置すると、平均化の効果が得られ易くなる。
Further, four magnetic sensor subassemblies can be arranged. In this case, the measurement accuracy can be further improved by averaging the measurement values obtained from the outputs of the four
本実施例によれば、円弧状の磁性体32、34で挟まれた磁気センサ30を磁性体コア20、22の半径方向から磁性体コア20、22の軸方向における空間に差し込むようにしたため、磁性体32、34をリング状に形成する必要がなく、ねじりトルク測定装置を容易に組み立てることができ、組み立ての簡便化を図ることができるとともに、磁性体コア20、22に流れる磁束を磁気センサ30に優先的に流すことができる。
According to the present embodiment, the
次に、本発明の第2実施例を図3に基づいて説明する。本実施例は、磁気センサ30と磁性体32、34を含む磁気センササブアッシーを2組設け、各組の磁気センササブアッシーを180°相対向させて配置し、永久磁石14の代わりに、永久磁石36を用いたものであり、その他の構成は、第1実施例と同様である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, two sets of magnetic sensor subassemblies including the
永久磁石36は、円環状に形成されて、半径方向において多極着磁されて、N極とS極が半径方向に配列された複数個の磁極部が、相異なる磁極同士が隣接するように、等間隔で円周方向に沿って配列されている。
The
磁性体コア20の内周側には、歯形形状のコア片20aが複数個等間隔で周方向に沿って形成されており、磁性体コア22の内周側には、歯形形状のコア片22aが複数個等間隔で周方向に沿って形成されている。各コア片20a、22aは、第1の軸体12の非回転時において、周方向における中心が永久磁石14の相隣接する磁極(N極)と磁極(S極)との境界部分に位置するように位置決めされており、20aに対する磁極の関係と22aに対する磁極の関係が反対になるよう20aと22aの位相がずれている。
A plurality of tooth-shaped
本実施例によれば、平面形状が円弧状の磁性体32、34で挟まれた磁気センサ30を磁性体コア20、22の半径方向から磁性体コア20、22の軸方向における空間に差し込むようにしたため、磁性体32、34をリング状に形成する必要がなく、ねじりトルク測定装置を容易に組み立てることができ、組み立ての簡便化を図ることができるとともに、磁性体コア20、22に流れる磁束を磁気センサ30に優先的に流すことができる。
次に、本発明の第3実施例を図4に基づいて説明する。本実施例は、磁性体32、34の代わりに、平面形状が円弧形状または三日月形状の磁性体38、40を用い、磁気センサ30を磁性体38、40で磁性体コア20、22の半径方向において挟み込んだものであり、その他の構成は、第2実施例と同様である。
According to the present embodiment, the
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, instead of the
本実施例によれば、平面形状が円弧形状または三日月形状で、かつ、軸方向断面がL字状の磁性体38、40で挟まれた磁気センサ30を磁性体コア20、22の半径方向から磁性体コア20、22の軸方向における空間に差し込むようにしたため、磁性体38、40をリング状に形成する必要がなく、ねじりトルク測定装置を容易に組み立てることができ、組み立ての簡便化を図ることができるとともに、磁性体コア20、22に流れる磁束を磁気センサ30に優先的に流すことができる。
According to the present embodiment, the
なお、第2実施例および第3実施例において、磁気センササブアッシーを1組または4組とすることもできる。また、磁性体38、40は、円弧形状に限らず、方形形状(正方形、長方形、台形)、円形、楕円形などの形状とすることもできる。
In the second and third embodiments, the magnetic sensor sub-assemblies can be one set or four sets. Further, the
前記各実施例においては、自動車のステアリングなどの回転軸に発生するねじりトルクを測定するものについて述べたが、本発明は、各種回転機械装置の回転軸に発生するねじりトルクあるいは静止軸に発生するねじりトルクを測定するものにも適用することができる。 In each of the above-described embodiments, the measurement of the torsion torque generated on the rotating shaft of an automobile steering or the like has been described. The present invention can also be applied to a device that measures torsion torque.
10 ねじりトルク測定装置
12 第1の軸体
14 永久磁石
16 連結棒
18 第2の軸体
20、22 磁性体コア
20a、22a コア片
30 磁気センサ
32、34 磁性体
36 磁石
38、40 磁性体
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