JP2008157762A - Torque-measuring device - Google Patents

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JP2008157762A JP2006347170A JP2006347170A JP2008157762A JP 2008157762 A JP2008157762 A JP 2008157762A JP 2006347170 A JP2006347170 A JP 2006347170A JP 2006347170 A JP2006347170 A JP 2006347170A JP 2008157762 A JP2008157762 A JP 2008157762A
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Atsushi Horikoshi
敦 堀越
Ikunori Sakatani
郁紀 坂谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate a relative positioning of respective axis bodies and magnetically block magnetic fluxes flowing into a magnetic sensor from outside, without having to other magnetic members for magnetically blocking them, in assembling work. <P>SOLUTION: A magnetic body 32 having pawls 36, 38 is fixed to a first axis body 12 along with permanent magnets 26, 28, and a magnetic body 40 and magnetic bodies 42, 44 having claws I46, 48 are fixed to a second axis body 20, and a stator 52 having a U-shaped cross section is disposed on the outside of the magnetic bodies 40-44, and the magnetic sensor 54 is disposed on the inner circumference side of the stator 52. In the assembling work, the relative positioning of the first axis body 12 and the second axis body 20 can be facilitated, by merely mutually adjusting phases of the claws 36, 38 of the magnetic bodies 32, 34 and mutually adjusting phases of the claws 36, 38 of the magnetic bodies 32, 34, and for the magnetic sensor 54 disposed on the inner circumference side of the stator 52, the fluxes flowing from outside can be blocked magnetically, without having to use other magnetic members for blocking them magnetically. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、トルク測定器に係り、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トルクを測定するためのトルク測定器に関する。   The present invention relates to a torque measuring device, for example, a torque measuring device for measuring 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提案された(特許文献2参照)。
特開平2−93321号公報 特開2003−149062号公報
Therefore, in order to allow a sufficient amount of magnetic flux to flow through the magnetic sensor, a ring-shaped auxiliary magnetic body (magnet collecting ring) is provided outside the pair of magnetic cores (magnetic yoke made of soft magnetic material), and the periphery of the auxiliary magnetic body is provided. It has been proposed that a magnetic flux collecting portion is provided in a part of the direction so that a magnetic flux generated from a magnet is intensively flowed from each magnetic core through a magnetic flux collecting portion of an auxiliary magnetic material (Patent Document 2). reference).
Japanese Patent Laid-Open No. 2-93321 JP 2003-149062 A

しかし、特許文献2に記載されたものでは、多極に着磁した磁石と、この磁石に対向して、複数の爪を有する磁石を配置するに際して、トーションバーのねじれが生じていない状態で、後者の各磁石のN極とS極の境界部分に前者の各磁極が一致するように配置する必要があるが、磁気の境界位置を磁石の形状で判断できないので、組み立て時に各磁石の回転方向の位置決めが困難であった。しかも、特許文献1、2に記載されているものは、いずれも外部から磁束が入った場合には、この磁束を磁気センサが検出してしまうので、磁気センサの周囲を別の磁性体部材で磁気遮蔽することが余儀なくされていた。   However, in the one described in Patent Document 2, when arranging a magnet having multiple poles and a magnet having a plurality of claws facing the magnet, the torsion bar is not twisted, Although it is necessary to arrange the former magnetic poles so that the magnetic poles coincide with the boundary between the north and south poles of each of the latter magnets, the magnetic boundary position cannot be determined by the shape of the magnets. It was difficult to position. In addition, in both of Patent Documents 1 and 2, when a magnetic flux enters from the outside, the magnetic sensor detects the magnetic flux, so the magnetic sensor is surrounded by another magnetic member. They had to be magnetically shielded.

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、組み立て時に、各軸体相互の位置決めを容易にするとともに、別の磁性体部材で磁気遮蔽することなく、磁気センサに外部から流入する磁束を磁気遮蔽することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to facilitate positioning between the shaft bodies during assembly and without magnetic shielding with another magnetic member, The purpose is to shield magnetic flux flowing from the outside into the magnetic sensor.

前記目的を達成するために、本発明は、ハウジングに回転自在に支持された第1の軸体および第2の軸体と、前記第1の軸体と前記第2の軸体とを連結する弾性体と、前記第1の軸体に固定されて前記第1の軸体の軸方向に沿って着磁された環状の永久磁石と、環状に形成されて前記永久磁石の両磁極端部に分かれて固定された複数の第1の磁性体と、環状に形成され、且つ前記第2の軸体に固定されて前記永久磁石および前記第1の磁性体と一定のギャップを保って相対向して配置された複数の第2の磁性体と、前記永久磁石と前記第1の磁性体および前記第2の磁性体を含む磁気回路中に配置されて前記第1の磁性体と前記第2の磁性体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、磁性材料を用いて略筒状に形成されて前記ハウジングに固定された固定子とを備え、前記各第1の磁性体の外周には、相対向する第1の磁性体に向かって軸方向に突出した第1の爪が複数個周方向に沿って配置され、前記複数の第2の磁性体のうち前記各第1の磁性体に相対向して両側に分かれて配置された一対の第2の磁性体の外周には、相対向する第2の磁性体に向かって軸方向に突出した第2の爪が複数個周方向に沿って配置され、前記各第1の爪と前記各第2の爪は、前記第1の軸体と前記第2の軸体の相対角度変位により、前記各第1の爪を含む磁気回路面積と前記各第2の爪を含む磁気回路面積のうち一方が増加したときには他方が減少するように配置され、前記一対の第2の磁性体の中間の第2の磁性体は前記磁気センサに相対向して配置され、前記磁気センサは、前記固定子内に配置され、前記固定子には、前記磁気センサと前記中間の第2の磁性体とを結ぶ領域に開口が形成され、前記第1の軸体と前記第2の軸体との間に働くトルクを、前記磁気回路内における前記第1の爪と前記第2の爪の相対変位に伴って前記磁気センサを貫通する磁束密度の変化で検出するトルク測定器を構成したものである。   In order to achieve the above object, the present invention connects a first shaft body and a second shaft body rotatably supported by a housing, and the first shaft body and the second shaft body. An elastic body, an annular permanent magnet fixed to the first shaft body and magnetized along the axial direction of the first shaft body, and annularly formed at both magnetic pole ends of the permanent magnet; A plurality of first magnetic bodies fixed separately and formed in an annular shape and fixed to the second shaft body so as to be opposed to the permanent magnet and the first magnetic body while maintaining a certain gap. A plurality of second magnetic bodies arranged in a magnetic circuit including the permanent magnet, the first magnetic body, and the second magnetic body, and the first magnetic body and the second magnetic body. A magnetic sensor that detects changes in magnetic flux caused by relative displacement in the rotational direction of the magnetic material and a substantially cylindrical shape using a magnetic material And a plurality of first claws projecting in the axial direction toward the opposing first magnetic bodies on the outer periphery of each of the first magnetic bodies. An outer periphery of a pair of second magnetic bodies that are arranged along the circumferential direction and are divided on both sides so as to face each first magnetic body among the plurality of second magnetic bodies, A plurality of second claws projecting in the axial direction toward the second magnetic body facing each other are arranged along the circumferential direction, and each of the first claws and each of the second claws are arranged on the first axis. When one of the magnetic circuit area including the first claws and the magnetic circuit area including the second claws increases due to the relative angular displacement between the body and the second shaft body, the other decreases. And a second magnetic body intermediate between the pair of second magnetic bodies is disposed opposite to the magnetic sensor, and The sensor is disposed in the stator, and the stator is formed with an opening in a region connecting the magnetic sensor and the intermediate second magnetic body, and the first shaft body and the second shaft are formed. A torque measuring device for detecting a torque acting between the shaft body and a magnetic flux density passing through the magnetic sensor according to a relative displacement of the first claw and the second claw in the magnetic circuit is configured. It is a thing.

前記構成によれば、組み立て時に、各第1の磁性体の第1の爪の位相を互いに調整するとともに、各第2の磁性体の爪の位相を互いに調整するだけで、第1の軸体と第2の軸体相互の位置決めを容易にすることができるととともに、固定子の内周側に磁気センサを配置したので、別の磁性体部材で磁気センサを磁気遮蔽することなく、磁気センサに外部から流入する磁束を磁気遮蔽することができる。   According to the above configuration, the first shaft body can be obtained by adjusting the phases of the first claws of the first magnetic bodies to each other and adjusting the phases of the claws of the second magnetic bodies at the time of assembly. Since the magnetic sensor is arranged on the inner peripheral side of the stator, the magnetic sensor can be positioned without being shielded by another magnetic member. It is possible to magnetically shield the magnetic flux flowing in from the outside.

前記トルク器を構成するに際しては、固定子を、その断面がコの字形状に形成し、固定子と磁気センサとの間には磁性体を配置したり、固定子を、その断面がコの字形状に形成し、固定子外周のうち磁気センサと相対向する部位に凹部を形成し、磁気センサを凹部に近接して配置したりすることもできる。また、永久磁石を、複数のリング状磁石で構成したり、永久磁石を、単一のリング状磁石で構成し、リング状磁石の中央部に、中間の第2の磁性体に相対向して、リング状の第1の磁性体を配置したりすることもできる。さらに、永久磁石を、樹脂成型磁石で構成するとともに、第1の磁性体または第2の磁性体のうち少なくとも一方と一体成型することもできる。   When configuring the torque device, the cross section of the stator is formed in a U shape, and a magnetic material is disposed between the stator and the magnetic sensor, or the cross section of the stator is It can also be formed in a letter shape, a recess can be formed in a portion of the outer periphery of the stator opposite to the magnetic sensor, and the magnetic sensor can be arranged close to the recess. The permanent magnet may be composed of a plurality of ring-shaped magnets, or the permanent magnet may be composed of a single ring-shaped magnet, opposite to the second intermediate magnetic body at the center of the ring-shaped magnet. A ring-shaped first magnetic body can also be disposed. Furthermore, the permanent magnet can be formed of a resin-molded magnet and can be integrally formed with at least one of the first magnetic body and the second magnetic body.

本発明によれば、組み立て時に、各軸体相互の位置決めを容易にするとともに、別の磁性体部材で磁気遮蔽することなく、磁気センサに外部から流入する磁束を磁気遮蔽することができる。   According to the present invention, it is possible to easily position the shafts at the time of assembly and to magnetically shield the magnetic flux flowing from the outside into the magnetic sensor without magnetically shielding with another magnetic member.

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実施例を示すトルク測定器の断面図である。図1において、トルク測定器10は、略円筒状に形成された第1の軸体12を備えており、第1の軸体12は、軸受14を介してハウジング16に回転自在に支持されている。第1の軸体12は、軸方向一端側が、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)に連結され、軸方向他端の内周側が、弾性体、例えば、トーションバー18を介して第2の軸体に連結され、軸方向他端の外周側が、円筒状の非磁性体22に連結されている。弾性体であるトーションバー18は、第1の軸体12と第2の軸体20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20に連結されている。第2の軸体20は、軸受24を介してハウジング16に回転自在に支持されている。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a torque measuring device showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the torque measuring device 10 includes a first shaft body 12 formed in a substantially cylindrical shape, and the first shaft body 12 is rotatably supported by a housing 16 via a bearing 14. Yes. The first shaft body 12 is connected at one end side in the axial direction to a steering wheel (not shown) of the electric power steering device, and the inner peripheral side at the other end in the axial direction is connected via an elastic body, for example, a torsion bar 18. The outer peripheral side of the other axial end is connected to a cylindrical non-magnetic body 22. The torsion bar 18, which is an elastic body, serves as a connecting member that connects the first shaft body 12 and the second shaft body 20. It is connected. The second shaft body 20 is rotatably supported by the housing 16 via a bearing 24.

円筒状の非磁性体22の外周面には、図2(a)に示すように、リング状の永久磁石26、28が装着されているとともに、略円盤状に形成された磁性体(第1の磁性体)30、32、34が装着されている。各永久磁石26、28は、軸方向において着磁されて、N極とS極が軸方向に沿って配列されている。磁性体30は、永久磁石26と永久磁石28との間に配置されている。磁性体32、34は、軸方向に突出した爪36、38を複数個備え、永久磁石26、28の両極端部に分かれて配置されており、各爪36、38は、図3に示すように、円周方向に沿って互いに180°の位相差を保って等間隔で配列されている。磁性体32、34は、爪36、38が相対向するように配置されており、各爪36と各爪38は、各永久磁石26、28、30の磁極に従って、N極またはS極に着磁されている。   As shown in FIG. 2 (a), ring-shaped permanent magnets 26 and 28 are mounted on the outer peripheral surface of the cylindrical non-magnetic body 22, and the magnetic body (first disc) is formed in a substantially disc shape. Magnetic bodies) 30, 32, and 34 are mounted. The permanent magnets 26 and 28 are magnetized in the axial direction, and N and S poles are arranged along the axial direction. The magnetic body 30 is disposed between the permanent magnet 26 and the permanent magnet 28. The magnetic bodies 32 and 34 include a plurality of claws 36 and 38 projecting in the axial direction, and are arranged separately at both extreme portions of the permanent magnets 26 and 28. As shown in FIG. They are arranged at equal intervals along the circumferential direction while maintaining a phase difference of 180 ° from each other. The magnetic bodies 32 and 34 are arranged so that the claws 36 and 38 face each other, and each claw 36 and each claw 38 are attached to the N pole or the S pole according to the magnetic poles of the permanent magnets 26, 28, and 30. It is magnetized.

リング状の永久磁石26、28と磁性体30、32、34に相対向して、永久磁石26、28と磁性体30〜34の周囲には、リング状の磁性体(第2の磁性体)40が磁性体30と一定のギャップを保って配置されているとともに、磁性体40の両側にリング状の磁性体(第2の磁性体)42、44が永久磁石26、28と一定のギャップを保って配置されている(図2(b)参照)。磁性体42、44は、軸方向に突出した爪46、48を複数個備えており、各爪46、48は、円周方向に沿って等間隔で配列されている。磁性体42、44は、爪46、48が相対向するように配置されており、各爪46と各爪48は、円周方向における位相が同相となるように配置されている。磁性体40、42、44は、ブラケット50を介して第2の軸体20に連結されており、第1の軸体12と第2の軸体20との間の相対回転に伴って、永久磁石26、28と磁性体30に対して、円周方向に沿って変位するようになっている。この場合、各爪46と各爪48は、図4に示すように、永久磁石26、28と磁性体30に対してX方向に動くときには、永久磁石26、28のN極との重なりが増加し、一方、S極との重なりが減少し、中央の磁性体40に磁束が流れることになる。すなわち、各爪42、44と各爪46、48は、第1の軸体12と第2の軸体20の相対角度変位により、各爪42、44を含む磁気回路面積と各爪46、48を含む磁気回路面積のうち一方が増加したときには他方が減少するように配置されている。   The ring-shaped permanent magnets 26, 28 and the magnetic bodies 30, 32, 34 are opposed to each other, and the ring-shaped magnetic body (second magnetic body) is disposed around the permanent magnets 26, 28 and the magnetic bodies 30-34. 40 is arranged with a certain gap from the magnetic body 30, and ring-shaped magnetic bodies (second magnetic bodies) 42, 44 on both sides of the magnetic body 40 have a certain gap with the permanent magnets 26, 28. The arrangement is maintained (see FIG. 2B). The magnetic bodies 42 and 44 include a plurality of claws 46 and 48 protruding in the axial direction, and the claws 46 and 48 are arranged at equal intervals along the circumferential direction. The magnetic bodies 42 and 44 are arranged so that the claws 46 and 48 face each other, and the claws 46 and the claws 48 are arranged so that the phases in the circumferential direction are in phase. The magnetic bodies 40, 42, and 44 are connected to the second shaft body 20 via the bracket 50, and become permanent along with the relative rotation between the first shaft body 12 and the second shaft body 20. The magnets 26 and 28 and the magnetic body 30 are displaced along the circumferential direction. In this case, as shown in FIG. 4, when the claws 46 and the claws 48 move in the X direction with respect to the permanent magnets 26 and 28 and the magnetic body 30, the overlap of the N poles of the permanent magnets 26 and 28 increases. On the other hand, the overlap with the south pole is reduced, and the magnetic flux flows through the central magnetic body 40. That is, the claws 42 and 44 and the claws 46 and 48 are arranged such that the magnetic circuit area including the claws 42 and 44 and the claws 46 and 48 are changed by the relative angular displacement of the first shaft body 12 and the second shaft body 20. When one of the magnetic circuit areas including is increased, the other is decreased.

磁性体40、42、44に相対向して、磁性体40、42、44の周囲には、円環状に形成されて、固定子52が磁性体40、42、44と一定のギャップを保って配置されている。固定子52は、磁性体で構成されて、ハウジング16に固定されており、固定子52の内周側には、図2(c)および図5に示すように、複数の磁気センサ54が配置されている。固定子52は、各磁気センサ54の周囲を囲むとともに、各磁気センサ54と中間の磁性体40とを結ぶ領域に、磁束の通路となる開口を形成するために、例えば、その断面形状が「コ」の字形に形成されている。   Opposite to the magnetic bodies 40, 42, 44, an annular shape is formed around the magnetic bodies 40, 42, 44, and the stator 52 maintains a certain gap with the magnetic bodies 40, 42, 44. Has been placed. The stator 52 is made of a magnetic material and is fixed to the housing 16, and a plurality of magnetic sensors 54 are arranged on the inner peripheral side of the stator 52, as shown in FIGS. 2C and 5. Has been. The stator 52 surrounds each magnetic sensor 54 and forms an opening serving as a magnetic flux path in a region connecting each magnetic sensor 54 and the intermediate magnetic body 40. It is formed in a “U” shape.

各磁気センサ54は、固定子52の内周側に固定されたリング状の磁性体56と一定のギャップを保って配置されている。第1の軸体12に永久磁石26、28と磁性体30、32、34が固定され、第2の軸体20に磁性体40、42、44が固定され、ハウジング16に固定子52が固定されたときの組み立て状態を図6に示す。   Each magnetic sensor 54 is arranged with a certain gap from a ring-shaped magnetic body 56 fixed to the inner peripheral side of the stator 52. The permanent magnets 26, 28 and the magnetic bodies 30, 32, 34 are fixed to the first shaft body 12, the magnetic bodies 40, 42, 44 are fixed to the second shaft body 20, and the stator 52 is fixed to the housing 16. FIG. 6 shows the assembled state when it is done.

上記構成において、第1の軸体12からのトルクがトーションバー18を介して第2の軸体20に作用しない、中立状態のときには、図3および図4に示すように、磁性体32、34の爪36、38に対して、磁性体42、44の爪46、48は、爪36、38のそれぞれの磁極であるN極、S極に対して90度位相がずれた状態になっている。この状態では、爪36によるN極と爪46との磁気的重なり(磁気抵抗)と爪38によるS極と爪48との磁気的重なり(磁気抵抗)が、略等しいので、固定子52には、軸方向の磁束のみが流れるので、固定子52の中央に配置した磁気センサ54には、磁束は流れない。   In the above configuration, when the torque from the first shaft body 12 does not act on the second shaft body 20 via the torsion bar 18, the magnetic bodies 32 and 34 are in the neutral state as shown in FIGS. The claws 46 and 48 of the magnetic bodies 42 and 44 are 90 degrees out of phase with respect to the N and S poles, which are the magnetic poles of the claws 36 and 38, respectively. . In this state, the magnetic overlap (magnetic resistance) between the N pole and the claw 46 by the claw 36 and the magnetic overlap (magnetic resistance) between the S pole and the claw 48 by the claw 38 are substantially equal. Since only the magnetic flux in the axial direction flows, no magnetic flux flows through the magnetic sensor 54 disposed in the center of the stator 52.

これに対して、第1の軸体12からのトルクがトーションバー18を介して第2の軸体20に作用し、例えば、第2の軸体20が、図4に示すように、第1の軸体12に対してX方向にずれた場合、爪36によるN極と爪46との磁気的重なりが増加し、すなわち、磁気的な流れ易さを示すパーミアンスが増加し、逆に、爪38によるS極と爪48との磁気的重なり減少(パーミアンス)が減少するので、爪36によるN極から出た磁束は、第2の軸体20の磁性体40を介して、固定子52側から磁気センサ54に流れる。この磁束は、磁気センサ54によって検出される。   On the other hand, the torque from the first shaft body 12 acts on the second shaft body 20 via the torsion bar 18, and for example, the second shaft body 20 has the first shaft as shown in FIG. When the shaft body 12 is displaced in the X direction, the magnetic overlap between the N pole and the claw 46 by the claw 36 increases, that is, the permeance indicating the ease of magnetic flow increases. Since the magnetic overlap reduction (permeance) between the S pole and the claw 48 due to 38 is reduced, the magnetic flux emitted from the N pole due to the claw 36 passes through the magnetic body 40 of the second shaft body 20 to the stator 52 side. To the magnetic sensor 54. This magnetic flux is detected by the magnetic sensor 54.

一方、第1の軸体12からのトルクがトーションバー18を介して第2の軸体20に作用し、例えば、第2の軸体20が第1の軸体12に対して、図4に示すX方向とは逆方向にずれた場合、爪36によるN極と爪46との磁気的重なり(磁気抵抗)が減少し、逆に、爪38によるS極と爪48との磁気的重なり(磁気抵抗)が増加するので、爪38によるS極から出た磁束は、第2の軸体20の磁性体40から磁気センサ54を介して、固定子52側へ流れる。この磁束は、磁気センサ54によって検出される。   On the other hand, the torque from the first shaft body 12 acts on the second shaft body 20 via the torsion bar 18, and for example, the second shaft body 20 is shown in FIG. When deviating in the direction opposite to the X direction shown, the magnetic overlap (magnetic resistance) between the N pole and the claw 46 by the claw 36 decreases, and conversely, the magnetic overlap between the S pole and the claw 48 by the claw 38 ( Therefore, the magnetic flux emitted from the south pole by the claw 38 flows from the magnetic body 40 of the second shaft body 20 to the stator 52 side through the magnetic sensor 54. This magnetic flux is detected by the magnetic sensor 54.

以上の作用により、図7に示すように、第1の軸体12と第2の軸体20の相対角度変位に応じて、磁気センサ54に流れる磁束(磁束密度)が変化し、第1の軸体12からのトルクがトーションバー18を介して第2の軸体20に作用しない、中立状態のときには、磁気センサ54を貫通する磁束はゼロとなり、第1の軸体12からのトルクがトーションバー18を介して第2の軸体20に作用し、第2の軸体20が、第1の軸体12に対してX方向にずれたときに、磁気センサ54を貫通する磁束の極性と、第2の軸体20が、第1の軸体12に対してX方向とは逆方向にずれたときに、磁気センサ54を貫通する磁束の極性は互いに反対となる。   With the above operation, as shown in FIG. 7, the magnetic flux (magnetic flux density) flowing through the magnetic sensor 54 changes in accordance with the relative angular displacement between the first shaft body 12 and the second shaft body 20. When the torque from the shaft body 12 does not act on the second shaft body 20 via the torsion bar 18, in the neutral state, the magnetic flux penetrating the magnetic sensor 54 becomes zero, and the torque from the first shaft body 12 becomes torsion. When acting on the second shaft body 20 via the bar 18 and the second shaft body 20 is displaced in the X direction with respect to the first shaft body 12, the polarity of the magnetic flux penetrating the magnetic sensor 54 and When the second shaft body 20 is displaced in the direction opposite to the X direction with respect to the first shaft body 12, the polarities of the magnetic fluxes penetrating the magnetic sensor 54 are opposite to each other.

これにより、磁気センサ54は、第1の軸体12と第2の軸体20間に作用するトルクを、磁気センサ54を貫通する磁束変化で検出することができる。   Thereby, the magnetic sensor 54 can detect the torque acting between the first shaft body 12 and the second shaft body 20 by a change in magnetic flux penetrating the magnetic sensor 54.

本実施例によれば、組み立て時に、磁性体32、34の爪36、38の位相を互いに調整するとともに、磁性体42、44の爪46、48の位相を互いに調整するだけで、第1の軸体12と第2の軸体20相互の位置決めを容易にすることができるととともに、断面形状が「コ」の字形の固定子52の内周側に磁気センサ54を配置したので、別の磁性体部材で磁気センサ54を磁気遮蔽することなく、磁気センサ54に外部から流入する磁束を磁気遮蔽することができる。   According to the present embodiment, at the time of assembly, the phases of the claws 36 and 38 of the magnetic bodies 32 and 34 are adjusted to each other, and the phases of the claws 46 and 48 of the magnetic bodies 42 and 44 are adjusted to each other. The shaft body 12 and the second shaft body 20 can be easily positioned with each other, and the magnetic sensor 54 is disposed on the inner peripheral side of the stator 52 having a U-shaped cross section. Without magnetically shielding the magnetic sensor 54 with the magnetic member, the magnetic flux flowing from the outside into the magnetic sensor 54 can be magnetically shielded.

なお、磁性体32、34の爪36、38と磁性体42、44の爪46、48の形状としては、実施例では四角形形状としたが、クローポールモータのように、三角形形状にすることもできる。   The claws 36 and 38 of the magnetic bodies 32 and 34 and the claws 46 and 48 of the magnetic bodies 42 and 44 are quadrangular in the embodiment, but may be triangular as in the case of a claw pole motor. it can.

また、固定子52に磁気センサ54を配置するに際しては、図8に示すように、固定子52の外周側に凹部58を設け、凹部58の内周側に磁気センサ54を配置する構成を採用することもできる。この場合、磁性体56を用いることなく、磁気センサ54に磁束を集めることができ、部品点数を削減できる。   Further, when the magnetic sensor 54 is disposed on the stator 52, as shown in FIG. 8, a configuration is adopted in which a concave portion 58 is provided on the outer peripheral side of the stator 52 and the magnetic sensor 54 is disposed on the inner peripheral side of the concave portion 58. You can also In this case, magnetic flux can be collected in the magnetic sensor 54 without using the magnetic body 56, and the number of parts can be reduced.

次に、本発明の第2実施例を図9に基づいて説明する。本実施例は、リング状の永久磁石26、28の代わりに、リング状の永久磁石60を用い、磁性体30の代わりに、リング状の磁性体62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。
永久磁石60は、樹脂成型磁石として構成されており、リング状の磁性体62は、永久磁石60外周面の略中央部に配置されている。永久磁石60と磁性体32、34、62を周方向に展開した状態を図10に、磁性体40、42、44を周方向に展開した状態を図11に、固定子を周方向に展開した状態を図12に、各部品を組み立てた状態を図13に示す。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a ring-shaped permanent magnet 60 is used instead of the ring-shaped permanent magnets 26 and 28, a ring-shaped magnetic body 62 is used instead of the magnetic body 30, and other configurations are as follows. The same as in the first embodiment.
The permanent magnet 60 is configured as a resin-molded magnet, and the ring-shaped magnetic body 62 is disposed at a substantially central portion of the outer peripheral surface of the permanent magnet 60. FIG. 10 shows a state in which the permanent magnet 60 and the magnetic bodies 32, 34, 62 are developed in the circumferential direction, FIG. 11 shows a state in which the magnetic bodies 40, 42, 44 are deployed in the circumferential direction, and FIG. FIG. 12 shows the state, and FIG. 13 shows the assembled state of each part.

永久磁石60を、樹脂成型磁石として構成するに際しては、爪36、38をそれぞれ有する磁性体32、34を一体成型するとともに、永久磁石60外周面の略中央部に磁性体62を一体成型することで、組み立て時の部品点数を削減できるとともに、組み立て作業を容易にすることができる。永久磁石60に磁性体32、34、62を一体成型した場合、成型後に、永久磁石60や磁性体32、34、62にその軸方向から着磁することができる。   When the permanent magnet 60 is configured as a resin-molded magnet, the magnetic bodies 32 and 34 having the claws 36 and 38 are integrally molded, and the magnetic body 62 is integrally molded at the substantially central portion of the outer peripheral surface of the permanent magnet 60. Thus, the number of parts at the time of assembly can be reduced and the assembly work can be facilitated. When the magnetic bodies 32, 34, and 62 are integrally formed on the permanent magnet 60, the permanent magnet 60 and the magnetic bodies 32, 34, and 62 can be magnetized from the axial direction after the molding.

本実施例によれば、組み立て時に、磁性体32、34の爪36、38の位相を互いに調整するとともに、磁性体42、44の爪46、48の位相を互いに調整するだけで、第1の軸体12と第2の軸体20相互の位置決めを容易にすることができるととともに、断面形状が「コ」の字形の固定子52の内周側に磁気センサ54を配置したので、別の磁性体部材で磁気センサ54を磁気遮蔽することなく、磁気センサ54に外部から流入する磁束を磁気遮蔽することができる。   According to the present embodiment, at the time of assembly, the phases of the claws 36 and 38 of the magnetic bodies 32 and 34 are adjusted to each other, and the phases of the claws 46 and 48 of the magnetic bodies 42 and 44 are adjusted to each other. The shaft body 12 and the second shaft body 20 can be easily positioned with each other, and the magnetic sensor 54 is disposed on the inner peripheral side of the stator 52 having a U-shaped cross section. Without magnetically shielding the magnetic sensor 54 with the magnetic member, the magnetic flux flowing from the outside into the magnetic sensor 54 can be magnetically shielded.

また、本実施例によれば、単一の永久磁石60を第1の軸体12に固定するようにしたため、第1実施例のものよりも、部品点数を削減できる。   Further, according to the present embodiment, since the single permanent magnet 60 is fixed to the first shaft body 12, the number of parts can be reduced as compared with the first embodiment.

また、本実施例においては、各磁性体32、34、62を固定するための部材は省略してあるが、各磁性体32、34、62を永久磁石60とともに樹脂で一体成型するときに、樹脂で各磁性体32、34、62を固定することができる。もちろん、樹脂だけではなく、プラスチックやアルミなどの非磁性体に各磁性体32、34、62を組み込んで一体構造とすることもできる。   In this embodiment, members for fixing the magnetic bodies 32, 34, 62 are omitted, but when the magnetic bodies 32, 34, 62 are integrally molded with the permanent magnet 60 with resin, Each magnetic body 32, 34, 62 can be fixed with resin. Of course, not only the resin but also each magnetic body 32, 34, 62 can be incorporated into a non-magnetic body such as plastic or aluminum to form an integrated structure.

電動パワーステアリング装置を搭載した車両において、トルク測定器をトルクセンサとして用いてステアリングの制御を行う場合、万一トルクセンサが故障した場合には、単一のトルクセンサでは操舵制御ができなくなるが、前記各実施例のように、固定子52に、複数、例えば、2個の磁気センサ54を配置して2重系を構成することで、信頼性を確保することができる。この場合、信頼性の精度をより高めるために、磁気センサ54をさらに増設することがこともできる。   In a vehicle equipped with an electric power steering device, when steering control is performed using a torque measuring device as a torque sensor, in the unlikely event that the torque sensor fails, steering control cannot be performed with a single torque sensor. As in each of the above embodiments, a plurality of, for example, two magnetic sensors 54 are arranged on the stator 52 to form a double system, thereby ensuring reliability. In this case, in order to further improve the accuracy of reliability, the magnetic sensor 54 can be further added.

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トルクあるいは静止軸に発生する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 torque generated on the rotating shaft of an automobile steering or the like has been described. However, the present invention relates to the torque generated on the rotating shaft of various rotating machine devices or the torque generated on the stationary shaft. It can also be applied to what is measured.

本発明の第1実施例を示すトルク測定器の断面図である。It is sectional drawing of the torque measuring device which shows 1st Example of this invention. (a)は、第1の軸体に固定される永久磁石と磁性体の分解斜視図、(b)は、第2の軸体に固定される磁性体の分解斜視図、(c)は、固定子の斜視図である。(A) is an exploded perspective view of the permanent magnet and the magnetic body fixed to the first shaft body, (b) is an exploded perspective view of the magnetic body fixed to the second shaft body, and (c) is It is a perspective view of a stator. (a)は、第1の軸体に固定される永久磁石と磁性体の断面図、(b)は、(a)は、第1の軸体に固定される永久磁石と磁性体の展開図である。(A) is sectional drawing of the permanent magnet and magnetic body which are fixed to the 1st shaft, (b) is the development view of the permanent magnet and magnetic which are fixed to the 1st shaft. It is. (a)は、第2の軸体に固定される磁性体の断面図、(b)は、第2の軸体に固定される磁性体の展開図である。(A) is sectional drawing of the magnetic body fixed to the 2nd shaft body, (b) is a development view of the magnetic body fixed to the 2nd shaft body. (a)は、固定子の断面図、(b)は、固定子の展開図である。(A) is sectional drawing of a stator, (b) is an expanded view of a stator. 第1実施例のトルク測定器の組み立て状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the assembly state of the torque measuring device of 1st Example. 第1の軸体と第2の軸体の相対角度変位と磁束密度との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the relative angular displacement of a 1st shaft body and a 2nd shaft body, and magnetic flux density. (a)は、固定子の他の実施例を示す要部断面図、(b)固定子の他の実施例を示す要部拡大断面図である。(A) is principal part sectional drawing which shows the other Example of a stator, (b) It is a principal part expanded sectional view which shows the other Example of a stator. 本発明の第2実施例を示すトルク測定器の断面図である。It is sectional drawing of the torque measuring device which shows 2nd Example of this invention. (a)は、第2実施例における第1の軸体に固定される永久磁石と磁性体の断面図、(b)は、第2実施例における第1の軸体に固定される永久磁石と磁性体の展開図である。(A) is a sectional view of the permanent magnet and the magnetic body fixed to the first shaft body in the second embodiment, and (b) is a permanent magnet fixed to the first shaft body in the second embodiment. It is an expanded view of a magnetic body. (a)は、第2実施例における第2の軸体に固定される磁性体の断面図、(b)は、第2実施例における第2の軸体に固定される磁性体の展開図である。(A) is sectional drawing of the magnetic body fixed to the 2nd shaft body in 2nd Example, (b) is a development view of the magnetic body fixed to the 2nd shaft body in 2nd Example. is there. (a)は、第2実施例における固定子の断面図、(b)は、第2実施例における固定子の展開図である。(A) is sectional drawing of the stator in 2nd Example, (b) is a development view of the stator in 2nd Example. 第2実施例のトルク測定器の組み立て状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the assembly state of the torque measuring device of 2nd Example.

符号の説明Explanation of symbols

10 トルク測定器
12 第1の軸体
18 トーションバー
20 第2の軸体
26、28、30 永久磁石
32、34 磁性体
36、38 爪
40、42、44 磁性体
46、48 爪
52 固定子
54 磁気センサ
58 凹部
60 永久磁石
62 磁性体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Torque measuring device 12 1st shaft body 18 Torsion bar 20 2nd shaft body 26, 28, 30 Permanent magnet 32, 34 Magnetic body 36, 38 Claw 40, 42, 44 Magnetic body 46, 48 Claw 52 Stator 54 Magnetic sensor 58 Recess 60 Permanent magnet 62 Magnetic body

Claims (6)

ハウジングに回転自在に支持された第1の軸体および第2の軸体と、前記第1の軸体と前記第2の軸体とを連結する弾性体と、前記第1の軸体に固定されて前記第1の軸体の軸方向に沿って着磁された環状の永久磁石と、環状に形成されて前記永久磁石の両磁極端部に分かれて固定された複数の第1の磁性体と、環状に形成され、且つ前記第2の軸体に固定されて前記永久磁石および前記第1の磁性体と一定のギャップを保って相対向して配置された複数の第2の磁性体と、前記永久磁石と前記第1の磁性体および前記第2の磁性体を含む磁気回路中に配置されて前記第1の磁性体と前記第2の磁性体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、磁性材料を用いて略筒状に形成されて前記ハウジングに固定された固定子とを備え、
前記各第1の磁性体の外周には、相対向する第1の磁性体に向かって軸方向に突出した第1の爪が複数個周方向に沿って配置され、前記複数の第2の磁性体のうち前記各第1の磁性体に相対向して両側に分かれて配置された一対の第2の磁性体の外周には、相対向する第2の磁性体に向かって軸方向に突出した第2の爪が複数個周方向に沿って配置され、前記各第1の爪と前記各第2の爪は、前記第1の軸体と前記第2の軸体の相対角度変位により、前記各第1の爪を含む磁気回路面積と前記各第2の爪を含む磁気回路面積のうち一方が増加したときには他方が減少するように配置され、前記一対の第2の磁性体の中間の第2の磁性体は前記磁気センサに相対向して配置され、前記磁気センサは、前記固定子内に配置され、前記固定子には、前記磁気センサと前記中間の第2の磁性体とを結ぶ領域に開口が形成され、
前記第1の軸体と前記第2の軸体との間に働くトルクを、前記磁気回路内における前記第1の爪と前記第2の爪の相対変位に伴って前記磁気センサを貫通する磁束密度の変化で検出するトルク測定器。
A first shaft body and a second shaft body rotatably supported by a housing, an elastic body connecting the first shaft body and the second shaft body, and fixed to the first shaft body An annular permanent magnet that is magnetized along the axial direction of the first shaft body, and a plurality of first magnetic bodies that are formed in an annular shape and are divided and fixed at both magnetic pole ends of the permanent magnet A plurality of second magnetic bodies formed in an annular shape and fixed to the second shaft body and arranged opposite to each other while maintaining a certain gap with the permanent magnet and the first magnetic body; The magnetic flux generated by the relative displacement in the rotational direction of the first magnetic body and the second magnetic body is disposed in a magnetic circuit including the permanent magnet, the first magnetic body, and the second magnetic body. A magnetic sensor that detects changes and a substantially cylindrical shape using a magnetic material and fixed to the housing And a stator,
A plurality of first claws protruding in the axial direction toward the opposing first magnetic bodies are arranged along the circumferential direction on the outer periphery of each of the first magnetic bodies, and the plurality of second magnetic bodies The outer periphery of a pair of second magnetic bodies arranged on both sides opposite to each first magnetic body of the body protrudes in the axial direction toward the opposing second magnetic bodies A plurality of second claws are arranged along the circumferential direction, and each of the first claws and each of the second claws is moved by the relative angular displacement between the first shaft body and the second shaft body. When one of the magnetic circuit area including the first claws and the magnetic circuit area including the second claws increases, the other is decreased, and the intermediate circuit between the pair of second magnetic bodies The magnetic body 2 is disposed opposite to the magnetic sensor, the magnetic sensor is disposed in the stator, and the stator includes: Opening is formed in a region connecting the serial magnetic sensor and a second magnetic body of the intermediate,
The torque acting between the first shaft body and the second shaft body is a magnetic flux penetrating the magnetic sensor in accordance with the relative displacement of the first claw and the second claw in the magnetic circuit. Torque measuring device that detects changes in density.
前記固定子は、その断面がコの字形状に形成されており、前記固定子と前記磁気センサとの間には磁性体が配置されてなることを特徴とする請求項1に記載のトルク測定器。   The torque measurement according to claim 1, wherein the stator has a U-shaped cross section, and a magnetic body is disposed between the stator and the magnetic sensor. vessel. 前記固定子は、その断面がコの字形状に形成されており、前記固定子外周のうち前記磁気センサと相対向する部位には凹部が形成され、前記磁気センサが前記凹部に近接して配置されてなることを特徴とする請求項1に記載のトルク測定器。   The stator has a U-shaped cross section, and a recess is formed in a portion of the outer periphery of the stator opposite to the magnetic sensor, and the magnetic sensor is disposed close to the recess. The torque measuring device according to claim 1, wherein 前記永久磁石は、複数のリング状磁石で構成されてなることを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載のトルク測定器。   The torque measuring device according to claim 1, wherein the permanent magnet includes a plurality of ring-shaped magnets. 前記永久磁石は、単一のリング状磁石で構成され、前記リング状磁石の中央部には、前記中間の第2の磁性体に相対向して、リング状の第1の磁性体が配置されてなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のトルク測定器。   The permanent magnet is composed of a single ring-shaped magnet, and a ring-shaped first magnetic body is disposed opposite to the intermediate second magnetic body at the center of the ring-shaped magnet. The torque measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein 前記永久磁石は、樹脂成型磁石であって、前記第1の磁性体または前記第2の磁性体のうち少なくとも一方と一体成型されてなる特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のトルク測定器。   6. The permanent magnet according to claim 1, wherein the permanent magnet is a resin-molded magnet and is integrally formed with at least one of the first magnetic body and the second magnetic body. Torque measuring instrument.
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