JP2509092B2 - Torque sensor - Google Patents

Torque sensor

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JP2509092B2
JP2509092B2 JP62299593A JP29959387A JP2509092B2 JP 2509092 B2 JP2509092 B2 JP 2509092B2 JP 62299593 A JP62299593 A JP 62299593A JP 29959387 A JP29959387 A JP 29959387A JP 2509092 B2 JP2509092 B2 JP 2509092B2
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torque
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学 谷口
英信 永野
拓知 京谷
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Koyo Seiko Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトルクセンサに関し、特に自動車の電動パワ
ーステアリング装置に適用するのに好適なトルクセンサ
を提供するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a torque sensor, and particularly to a torque sensor suitable for being applied to an electric power steering device of an automobile.

〔従来技術〕[Prior art]

自動車の操舵輪を操作する力を補助するパワーステア
リング装置として電動式のものが開発されつつある。こ
れは操舵輪に加えられたトルクを検出し、その検出トル
クに応じて、操舵機構に設けた電動機を回転させる構造
となっている。
2. Description of the Related Art Electric power steering devices for assisting a force for operating a steering wheel of an automobile are being developed. This has a structure in which the torque applied to the steered wheels is detected and the electric motor provided in the steering mechanism is rotated according to the detected torque.

ところで、このトルク検出手段としては、例えば特開
昭59−208431号公報に示されているトルク検出装置が知
られている。第4図はこのトルク検出装置の一部破断斜
視図である。スプライン嵌合のトーションバー16を介し
て連結されている2本の軸11,12を所定間隙dを有して
噛合する継手構造の被測定軸10と、この被測定軸10の連
接部外周を覆うとともに、両軸11,12に固定された磁性
体の管状体15と、この管状体15の外側に配置されてこの
管状体15を一定方向へ交番磁化する励磁用コイル(図示
せず)と、管状体15を流れる磁束からトルクに応じた磁
歪成分を出力する検出コイル(図示せず)とで構成され
ている。
By the way, as this torque detecting means, for example, a torque detecting device disclosed in JP-A-59-208431 is known. FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of this torque detection device. A shaft 10 to be measured having a joint structure that meshes two shafts 11 and 12 connected via a spline-fitted torsion bar 16 with a predetermined gap d, and an outer circumference of a connecting portion of the shaft 10 to be measured. Along with covering, a tubular body 15 of a magnetic body fixed to both shafts 11 and 12, and an exciting coil (not shown) arranged outside the tubular body 15 to alternately magnetize the tubular body 15 in a certain direction. , And a detection coil (not shown) that outputs a magnetostrictive component corresponding to torque from the magnetic flux flowing through the tubular body 15.

このトルク検出装置は、被測定軸10に作用したトルク
が比較的小さい場合は、軸11,12の噛合爪13,14間に存在
する遊びにより、捩りモーメントは管状体15及びトーシ
ョンバー16の図示しない小径部に働くことになり、微小
なトルク変化に対して捩れ量が大きく変化する。一方ト
ルクが比較的大きい場合は噛合爪13と14とが当接し、捩
りモーメントは管状体15とトーションバー16の小径部及
び軸11,12にも働くことになる。それ故、捩りモーメン
トに対する強度は急激に大きくなってトルクの変化に対
する管状体15の捩れ量の変化が小さくなる。そして噛合
爪13と14とが当接するときのトルク以下では磁歪成分の
検出出力の変化率を大きくして精度の良い検出を行うよ
うにしている。
When the torque acting on the shaft to be measured 10 is relatively small, this torque detecting device causes a twisting moment due to the play existing between the meshing claws 13 and 14 of the shafts 11 and 12 to show the tubular body 15 and the torsion bar 16 as illustrated. It works on the small-diameter portion, and the amount of twist greatly changes with a slight torque change. On the other hand, when the torque is relatively large, the engaging claws 13 and 14 contact each other, and the torsional moment also acts on the tubular body 15 and the small diameter portion of the torsion bar 16 and the shafts 11 and 12. Therefore, the strength with respect to the torsion moment increases rapidly, and the change in the twist amount of the tubular body 15 with respect to the change in torque decreases. Then, at a torque equal to or lower than the torque at which the engaging claws 13 and 14 contact each other, the rate of change in the detection output of the magnetostrictive component is increased to perform accurate detection.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ところでこのような構成のトルクセンサにあっては温
度変化により励磁用コイル又は検出コイルのインダクタ
ンスが変化し、正確なトルク測定ができないという問題
がある。また軸11,12を介して迷い込む磁束による影響
で測定精度が低下することもある。
By the way, in the torque sensor having such a structure, there is a problem that the inductance of the exciting coil or the detecting coil changes due to temperature change, and accurate torque measurement cannot be performed. In addition, the measurement accuracy may decrease due to the influence of the magnetic flux that strays through the shafts 11 and 12.

本発明はこのような問題を解決するためになされたも
のであり、温度変化及び外部磁束に影響されることなく
高精度の測定ができるトルクセンサを提供することを目
的とする。
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a torque sensor capable of highly accurate measurement without being affected by temperature changes and external magnetic flux.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明に係るトルクセンサは、トーションバーを介し
て連結された2つの軸の一方に、軸長方向に間隙を設け
て外嵌固着され、磁気抵抗の状態を不変にしている磁性
体製の第1,第2の円筒と、第2の円筒に対してその軸長
方向に間隙を設けて前記軸の他方に外嵌固着され、前記
2つの軸の相対的回転により第2の円筒と磁気抵抗の状
態を可変にしている磁性体製の第3の円筒と、第1,第2
の円筒と磁気回路を構成すべく配置され、その内周に形
成された周設溝に第1のコイルを巻回した磁性体製の第
1の筒体と、第2,第3の円筒と磁気回路を構成すべく第
1の筒体と軸長方向に並置され、その内周に形成された
周設溝に第2のコイルを巻回した磁性体製の第2の筒体
と、前記円筒と前記軸と間に嵌合された非磁性体製のス
リーブとを備え、第1,第2のコイルに関連する電気量の
差によって前記2つの軸間に加わるトルクを温度補償し
て検出すべくなしてあることを特徴とする。
The torque sensor according to the present invention is made of a magnetic material, which is externally fitted and fixed to one of the two shafts connected via a torsion bar with a gap in the axial length direction to keep the magnetic resistance state unchanged. The first and second cylinders and the second cylinder are externally fitted and fixed to the other of the shafts with a gap in the axial direction of the second cylinder. The relative rotation of the two shafts causes the magnetic resistance between the second cylinder and the second cylinder. The third cylinder made of magnetic material that makes the state of the variable, and the first and second cylinders.
A first cylinder made of a magnetic material, which is arranged so as to form a magnetic circuit with the cylinder and has a first coil wound in a circumferential groove formed on the inner circumference thereof, and second and third cylinders. A second tubular body made of a magnetic material, which is juxtaposed with the first tubular body in the axial direction to form a magnetic circuit, and a second coil is wound around a circumferential groove formed on the inner periphery thereof; A non-magnetic sleeve fitted between the cylinder and the shaft is provided, and the torque applied between the two shafts is temperature-compensated and detected by the difference in the amount of electricity related to the first and second coils. The feature is that it is done.

〔作用〕[Action]

トーションバーを介して連結されている2つの軸間に
回転トルクを加えるとトーションバーがトルクに応じて
捩れ、各別の軸に固着されている第2,第3の円筒は相対
的に回転するのに対し、同じ軸に固着されている第1,第
2の円筒の端縁の対向間隙が変化せず、磁気抵抗状態に
変化がなく第1のコイルの自己インダクタンスは変化し
ない。一方、第2,第3の円筒の端縁の対向間隙が軸の僅
かな相対的回転で変化して磁気抵抗の状態が大きく変化
し、第2,第3の円筒及び第2の筒体で構成された磁気回
路内の磁束が大幅に変わって、第2のコイルの自己イン
ダクタンスが大きく変化する。
When a rotational torque is applied between two shafts connected via a torsion bar, the torsion bar twists according to the torque, and the second and third cylinders fixed to the different shafts rotate relatively. On the other hand, the facing gaps of the edges of the first and second cylinders fixed to the same shaft do not change, the magnetic resistance state does not change, and the self-inductance of the first coil does not change. On the other hand, the opposing gaps at the edges of the second and third cylinders change due to a slight relative rotation of the shaft, and the state of the magnetic resistance changes significantly, so that the second and third cylinders and the second cylinder body The magnetic flux in the constructed magnetic circuit changes significantly, and the self-inductance of the second coil changes significantly.

第1,第2のコイル夫々によって生成される磁束の磁気
回路は同じ温度雰囲気にある。従って両コイルの出力の
差は温度補償されたトルクを表すことになる。この温度
補償の目的を達するためにはトルク0の場合の両コイル
の出力の差は0である必要がある。そのためにはこのト
ルクセンサの組立時において両コイルの出力差が0にな
るように第1,第2の円筒の間隙及び/又は第2,第3の円
筒の間隙を調整し、その上で固着する。
The magnetic circuits of the magnetic flux generated by the first and second coils are in the same temperature atmosphere. Therefore, the difference between the outputs of both coils represents the temperature-compensated torque. In order to achieve the purpose of this temperature compensation, the difference between the outputs of both coils when the torque is zero needs to be zero. To this end, when assembling this torque sensor, the gap between the first and second cylinders and / or the gap between the second and third cylinders is adjusted so that the output difference between both coils becomes zero, and then the fixing is performed. To do.

また第2の円筒は第1,第2のコイルによって生成され
る磁束の磁気回路の双方に含まれるが、この第2の円筒
と軸との間に非磁性体製のスリーブが介在しているの
で、磁気回路はここから内側へ広がることがなく、また
軸を通る外部からの迷い込み磁束が第1,第2コイルの磁
気回路へ侵入することがなく、高精度の測定が可能にな
る。
The second cylinder is included in both the magnetic circuit of the magnetic flux generated by the first and second coils, but a non-magnetic sleeve is interposed between the second cylinder and the shaft. Therefore, the magnetic circuit does not spread inward from here, and the stray magnetic flux from the outside that passes through the shaft does not enter the magnetic circuits of the first and second coils, which enables highly accurate measurement.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明をその実施例を示す図面によって詳述す
る。第1図は本発明に係るトルクセンサの構造を示す半
截断面図、第2図はその内側部材の斜視図である。入力
軸1は図示しない操舵輪が取付けられている上部軸1aと
操舵機構の図示しないピニオンが取付けられている下部
軸1cとがトーションバー1bを介して同軸的に連結されて
なるものであり、上部軸1aは車体に固定されている筒状
のケース2に軸受3を介して回転自在に支持されてい
る。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing its embodiments. FIG. 1 is a half sectional view showing a structure of a torque sensor according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of an inner member thereof. The input shaft 1 is composed of an upper shaft 1a to which steering wheels (not shown) are attached and a lower shaft 1c to which a pinion (not shown) of a steering mechanism is attached, which are coaxially connected via a torsion bar 1b. The upper shaft 1a is rotatably supported via a bearing 3 in a cylindrical case 2 fixed to the vehicle body.

上部軸1aの下端部(図面左側)の外径は、下部軸1cの
上端部(図面右側)の孔への挿入のために小径としてあ
り、上部軸1aの大径部の下端部には非磁性体からなる第
1スリーブ4aを外嵌固着し、その外周に磁性体からなる
第1,第2の円筒5,6を軸方向に若干離隔して入力軸1と
同心的に外嵌固着してある。
The outer diameter of the lower end of the upper shaft 1a (left side in the drawing) is small for insertion into the hole in the upper end of the lower shaft 1c (right side in the drawing), and is not on the lower end of the large diameter part of the upper shaft 1a. The first sleeve 4a made of a magnetic material is externally fitted and fixed, and the first and second cylinders 5 and 6 made of a magnetic material are axially slightly separated from each other on the outer periphery thereof and externally fixed to the input shaft 1 concentrically. There is.

上側の第1の円筒5は上下端縁が入力軸1の軸心に垂
直な平面となっており、円周方向のいずれの位置も等長
である。下側の第2の円筒6は上端縁が第1の円筒5と
同様に入力軸1の軸心に垂直な平面となっているが、下
端縁は軸心には非垂直、また軸心に関し、非対称な平面
となっている。
The upper and lower edges of the upper first cylinder 5 are planes perpendicular to the axis of the input shaft 1, and all positions in the circumferential direction are of equal length. The lower second cylinder 6 has a top edge that is a plane perpendicular to the axis of the input shaft 1 like the first cylinder 5, but the bottom edge is not perpendicular to the axis, and , Is an asymmetric plane.

即ち、円筒6はその径方向に対称な位置の一側Aから
他側(図示せず)までの一半周側R1が、その一側の軸長
を最長としている部分から他側に向かうに従って、軸長
が順次短くなり、他側において最短寸法となっている。
また他側から一側Aまでの他半周側R2が、その他側の軸
長を最長としている部分から一側Aに向かうに従って軸
長が順次短くなり、一側Aにおいて最短寸法となってい
る。つまり、円筒6の下端縁は各半周側R1,R2において
軸線に対して同方向に同じ角度で傾斜しており、2つの
歯部を有するラチエット歯車状の構造となっている。そ
して、円筒6の下端側には、等幅寸法であり底部を円筒
6の上端縁から等長位置として軸心に平行している切欠
部6aを周方向に等間隔で多数形成している。
That is, in the cylinder 6, the half-circumferential side R1 from one side A to the other side (not shown), which is symmetrical in the radial direction, goes from the portion having the longest axial length of the one side to the other side. The axial length gradually decreases, and the shortest dimension on the other side.
The other half-circumferential side R2 from the other side to the one side A gradually decreases in length from the portion having the longest axial length on the other side toward the one side A, and has the shortest dimension on the one side A. That is, the lower end edge of the cylinder 6 is inclined at the same angle in the same direction with respect to the axis on each of the semicircular sides R1 and R2, and has a ratchet gear-like structure having two tooth portions. Then, on the lower end side of the cylinder 6, a large number of notches 6a are formed at equal intervals in the circumferential direction, the notches 6a having the same width dimension and having the bottom part at the same length position from the upper end edge of the cylinder 6 and parallel to the axis.

下部軸1cの上端部には非磁性体よりなる第2スリーブ
4bを外嵌固着し、その外周に磁性体よりなる第3の円筒
7を入力軸1と同心的に外嵌固着してある。この円筒7
は前記円筒6と同形状であり、上下方向を円筒6と反対
にして取付けている。また円筒7の上端縁には、円筒6
に形成した切欠部6aと同幅寸法の切欠部7aが、切欠部6a
と同じ間隔を離隔して周方向に形成されており、各切欠
部7aの底部は円筒7の下端縁から等長位置となってい
る。また円筒5,6,7の外周面には渦電流損を低減すべ
く、その軸方向に平行な狭幅の溝5b,6b,7bを周方向に多
数並設している。これらの第2,第3の円筒6,7は、第1
図及び第2図に示している如く所定間隙を隔てており、
また円筒6の軸長が最長である部分と円筒7の軸長が最
短である部分とを対向させて円筒6,7を噛合させた状態
にしており、円筒6の下端面と円筒7の上端面とが対向
し、また円筒6,7の軸長が最長である部分の周方向端縁
が互いに対向している。
A second sleeve made of a non-magnetic material on the upper end of the lower shaft 1c
4b is externally fitted and fixed, and a third cylinder 7 made of a magnetic material is externally fitted and fixed to the outer periphery thereof concentrically with the input shaft 1. This cylinder 7
Has the same shape as the cylinder 6 and is mounted with the vertical direction opposite to the cylinder 6. In addition, at the upper edge of the cylinder 7,
The notch 7a having the same width dimension as the notch 6a formed in
Are formed in the circumferential direction at the same intervals as, and the bottoms of the respective cutouts 7a are located at equal lengths from the lower edge of the cylinder 7. Further, in order to reduce eddy current loss, a large number of narrow grooves 5b, 6b, 7b parallel to the axial direction are arranged side by side on the outer peripheral surfaces of the cylinders 5, 6, 7 in the circumferential direction. These second and third cylinders 6 and 7 are
As shown in Fig. 2 and Fig. 2, they are separated by a predetermined gap,
In addition, the cylinder 6 has the longest axial length and the cylinder 7 has the shortest axial length facing each other so that the cylinders 6 and 7 are engaged with each other. The end faces face each other, and the circumferential edges of the portions where the axial lengths of the cylinders 6 and 7 are the longest face each other.

そして、トーションバー1bにトルクが作用していない
状態において、夫々の対向端縁が適長離隔して平行して
おり、円筒6,7の切欠部6a,7aの夫々の幅方向中心は周方
向に若干変位した状態で対向している。そして円筒6の
下端縁と円筒7の上端縁とを対接させた状態では、切欠
部6aと7aとが同一線上となるように円筒6,7がスリーブ4
a,4bに嵌着されている。
Then, in the state where no torque acts on the torsion bar 1b, the respective opposed edges are parallel to each other with an appropriate length apart, and the widthwise centers of the cutout portions 6a, 7a of the cylinders 6, 7 are circumferential. They are facing each other with a slight displacement. When the lower end edge of the cylinder 6 and the upper end edge of the cylinder 7 are in contact with each other, the cylinders 6 and 7 are arranged so that the notches 6a and 7a are on the same line.
It is fitted on a and 4b.

ケース2の内側には、周設溝を形成してある断面コ字
状の磁性体の筒体8A,8Bを内嵌して固着してある。第1
の筒体8Aは第1、第2の円筒5,6とに十分に跨がり得る
軸長寸法を有し、その軸長方向中心位置が円筒5と6と
の対向位置と略一致するように配設されている。第2の
筒体8Bは第2,第3の円筒6,7とに十分に跨がり得る軸長
寸法を有し、その軸長寸法中心位置が円筒6と7との軸
長の軸長方向中心と略一致するように配設されている。
第1の筒体8Aの溝には第1のコイル21を、第2の筒体8B
の溝には第2のコイル23を巻回してある。これらの第1
のコイル21及び第2のコイル23は円筒5,6及び6,7を囲繞
するように配設されている。
Inside the case 2, magnetic body cylinders 8A and 8B having a U-shaped cross section and having a peripheral groove are fitted and fixed. First
The cylindrical body 8A has an axial length dimension capable of straddling the first and second cylinders 5 and 6 so that the center position in the axial direction substantially coincides with the facing position of the cylinders 5 and 6. It is arranged. The second cylindrical body 8B has an axial length dimension that can sufficiently straddle the second and third cylinders 6 and 7, and the central position of the axial length dimension is the axial length direction of the axial lengths of the cylinders 6 and 7. It is arranged so as to substantially coincide with the center.
The first coil 21 is provided in the groove of the first tubular body 8A, and the second tubular body 8B is provided.
A second coil 23 is wound around the groove. The first of these
The coil 21 and the second coil 23 are arranged so as to surround the cylinders 5, 6 and 6, 7.

これによって第1のコイル21により第1の筒体8Aは円
筒5,6と、また第2のコイル23により第2の筒体8Bは円
筒6,7と夫々磁気回路を構成する。これらのコイル21,23
の巻回数は適宜である。
As a result, the first coil 8A and the second cylinder 8B form the magnetic circuits of the cylinders 5 and 6, respectively, and the second cylinder 8B and the cylinders 6 and 7 of the second coil 23, respectively. These coils 21,23
The number of windings of is appropriate.

第3図は本発明のトルクセンサの電気回路を略示した
ブロック図である。第1のコイル21と第2のコイル23と
を並列接続して閉回路を形成しており、第2のコイル23
に発振器22を接続している。発振器22の一側22aと第1
のコイル21の一側21aとの接続中間点を第1の整流・平
滑回路24と接続しており、発振器22の一側22aと第2の
コイル23の一側23aとの接続中間点を第2の整流・平滑
回路25と接続している。第1及び第2の整流・平滑回路
24及び25の各出力は差動増幅器26に与えている。そして
差動増幅器26の出力をトルク出力としている。
FIG. 3 is a block diagram schematically showing an electric circuit of the torque sensor of the present invention. The first coil 21 and the second coil 23 are connected in parallel to form a closed circuit.
Oscillator 22 is connected to. One side 22a of the oscillator 22 and the first
Of the coil 21 is connected to the first rectifying / smoothing circuit 24 at one side 21a, and the one side 22a of the oscillator 22 is connected to the first side 23a of the second coil 23 at the connection intermediate point. It is connected to the rectifying / smoothing circuit 25 of 2. First and second rectifying / smoothing circuit
The outputs of 24 and 25 are applied to the differential amplifier 26. The output of the differential amplifier 26 is used as the torque output.

次に本発明のトルクセンサの動作について説明する。 Next, the operation of the torque sensor of the present invention will be described.

発振器22の発振動作により第1のコイル21及び第2の
コイル23に発生した磁束は円筒5,6,及び6,7に鎖交し、
コイル21,23に電圧を誘起させる。
The magnetic flux generated in the first coil 21 and the second coil 23 by the oscillation operation of the oscillator 22 is linked to the cylinders 5, 6 and 6, 7.
A voltage is induced in the coils 21 and 23.

第1,第2のコイル21,23の巻回数を等しくし、筒体8A
及び円筒5,6による磁気回路並びに筒体8B及び円筒6,7に
よる磁気回路の磁気抵抗を設計上同程度としておいたと
しても、トルク0の状態で第1,第2のコイル21,23の出
力を等しくするのは実際上困難である。そこで第1図に
示す状態に部品を組立てる際に第3図の回路接続として
トーションバー1bにトルクが作用していない状態下で円
筒5,6間の間隙及び/又は円筒6,7間の間隙を調整するこ
とで両コイル21,23の出力差が0となるようにし、その
上で円筒5,6,7を固着する。このようにして磁気回路の
平衡をとっておくことで高い精度が確保される。
The number of turns of the first and second coils 21 and 23 is made equal, and the cylindrical body 8A
Also, even if the magnetic resistance of the magnetic circuit formed by the cylinders 5 and 6 and the magnetic resistance of the cylindrical body 8B and the magnetic circuit formed by the cylinders 6 and 7 are set to the same level in design, the first and second coils 21 and 23 of the first and second coils 21 and 23 in the state of no torque It is practically difficult to make the outputs equal. Therefore, when the parts are assembled in the state shown in FIG. 1, the gap between the cylinders 5 and 6 and / or the gap between the cylinders 6 and 7 is provided as a circuit connection shown in FIG. 3 under the condition that no torque acts on the torsion bar 1b. Is adjusted so that the output difference between the coils 21 and 23 becomes zero, and the cylinders 5, 6 and 7 are fixed on the output difference. By thus balancing the magnetic circuit, high accuracy is ensured.

なお、第3図のように回路接続した後で電気的に行う
補足的平衡調整も一層の高精度化のために、又は配線上
の不平衡の補正のために有効である。
It should be noted that the complementary balance adjustment electrically performed after the circuit connection as shown in FIG. 3 is also effective for further improving the accuracy or for correcting the imbalance on the wiring.

本発明のトルクセンサはこのように出力を平衡させた
状態で使用することになる。
The torque sensor of the present invention is used with the outputs thus balanced.

第1図及び第2図に示す如く円筒7(又は6)の上端
縁(又は下端縁)が時計回転方向(又は反時計回転方
向)に上側(又は下側)へ変位する傾斜面としている場
合は、操舵輪を時計方向(実線矢符方向)に回転させる
と、トーションバー1bの働きによって円筒6が円筒7に
対して時計回転方向へ相対的に回転し、その下端縁と、
円筒7の上端縁との対向間隔が短縮すると共に、切欠部
6aと7aとの対向面積が増加する。その結果、円筒6と7
との磁気抵抗が小となり、第2のコイル23の出力電圧が
高くなる。これに対して第1のコイル21との磁気抵抗は
不変であるから第1のコイル21の出力電圧は一定である
ので、差動増幅回路26の出力は前述した相対回転差に相
応した正の値となる。
As shown in FIGS. 1 and 2, when the upper edge (or lower edge) of the cylinder 7 (or 6) is an inclined surface that is displaced upward (or downward) in the clockwise (or counterclockwise) direction. When the steered wheels are rotated in the clockwise direction (solid arrow direction), the cylinder 6 rotates in the clockwise direction relative to the cylinder 7 by the action of the torsion bar 1b, and the lower end edge of the cylinder 6 rotates.
The facing interval with the upper edge of the cylinder 7 is shortened, and the notch
The facing area between 6a and 7a increases. As a result, cylinders 6 and 7
And the magnetic resistance between them becomes small, and the output voltage of the second coil 23 becomes high. On the other hand, since the magnetic resistance with the first coil 21 does not change, the output voltage of the first coil 21 is constant, so that the output of the differential amplifier circuit 26 has a positive value corresponding to the relative rotation difference described above. It becomes a value.

一方、操舵輪を反時計方向(破線矢符方向)に回転さ
せると円筒6の下端縁と円筒7の上端縁との対向間隔が
拡大するとともに切欠部6aと7aとの対向面積が減少し、
前述した場合と反対に磁気抵抗が大となって差動増幅回
路26の出力は相対回転量に相応する負の値となる。
On the other hand, when the steered wheels are rotated in the counterclockwise direction (the direction of the broken arrow), the facing distance between the lower end edge of the cylinder 6 and the upper end edge of the cylinder 7 increases and the facing area between the cutouts 6a and 7a decreases.
Contrary to the case described above, the magnetic resistance becomes large and the output of the differential amplifier circuit 26 becomes a negative value corresponding to the relative rotation amount.

そして前記相対回転量は、入力軸1に操舵輪によって
加えた回転トルクによって定まるから、結局は差動増幅
回路26の出力でトルクが検出できたことになる。
Since the relative rotation amount is determined by the rotation torque applied to the input shaft 1 by the steered wheels, the torque can be detected by the output of the differential amplifier circuit 26 in the end.

また第1のコイル21で発生した磁束は第1の筒体8Aと
第1,第2の円筒5,6とで形成される閉磁路を流れ、第2
のコイル23で発生した磁束は第2の筒体8Bと第2,第3の
円筒6,7とで形成される閉磁路を流れるから、夫々の時
速が干渉することがない。また入力軸1に外部磁界によ
る磁束が流れても、非磁性材のスリーブ4a,4bの存在に
より第1のコイル21,第2のコイル23夫々の磁気回路中
に侵入しない。
The magnetic flux generated in the first coil 21 flows through the closed magnetic path formed by the first cylindrical body 8A and the first and second cylinders 5 and 6, and
Since the magnetic flux generated in the coil 23 flows through the closed magnetic circuit formed by the second cylindrical body 8B and the second and third cylinders 6 and 7, the respective speeds do not interfere with each other. Even if a magnetic flux due to an external magnetic field flows through the input shaft 1, it does not enter the magnetic circuits of the first coil 21 and the second coil 23 due to the presence of the non-magnetic material sleeves 4a and 4b.

このように、円筒6と7との相対的な回転によって、
それらの軸方向の端縁の対向間隔及び切欠部6aと7aとの
対向位置が変化して、円筒6と7との間の磁気抵抗状態
が大きく変化する。そのため、相対回転量が僅かであっ
ても回転トルクの変化に応じてトルク検出信号が大きく
変化する。
Thus, by the relative rotation of the cylinders 6 and 7,
The facing distance between the axial edges and the facing positions of the notches 6a and 7a change, and the magnetic resistance state between the cylinders 6 and 7 changes significantly. Therefore, even if the relative rotation amount is small, the torque detection signal greatly changes according to the change of the rotation torque.

なお、切欠部6a,7a及び溝6b,7bを形成したことにより
円筒6,7に流れる磁束により周方向に流れる渦電流の流
路が遮断されて渦電流損が低減され、発熱等の損失は減
少する。
By forming the notches 6a, 7a and the grooves 6b, 7b, the magnetic flux flowing in the cylinders 6, 7 blocks the flow path of the eddy current flowing in the circumferential direction to reduce the eddy current loss and reduce the loss of heat, etc. Decrease.

これとは別に、第1のコイル21、第2のコイル23の部
分の温度が変化した場合も夫々のコイル21,23が同温度
である限り、その出力変化に及ぼす影響は等しいから両
者の出力の差を求めることで温度補償が行える。
Separately from this, even when the temperature of the first coil 21 and the second coil 23 changes, as long as the respective coils 21 and 23 have the same temperature, the influence on the output change is equal, so the output of both Temperature compensation can be performed by obtaining the difference between

なお、磁性体からなる円筒6,7の対向端縁の形状は前
述した実施例に限定されるものではなく、その相対回転
によって第2のコイル23との磁気抵抗が変化するもので
あれば、つまり入力軸1の軸心に対して中心対称でない
ものであればよい。
The shape of the opposing edges of the cylinders 6 and 7 made of a magnetic material is not limited to the above-mentioned embodiment, and the magnetic resistance with the second coil 23 can be changed by the relative rotation thereof. In other words, it is sufficient if it is not center-symmetric with respect to the axis of the input shaft 1.

本発明のトルクセンサは自動車の電動パワーステアリ
ング装置に限らず、広く一般に使用できる。また回転量
自体の測定にも適用できることは言うまでもない。
The torque sensor of the present invention is not limited to the electric power steering device of an automobile, but can be widely and generally used. It goes without saying that it can also be applied to the measurement of the rotation amount itself.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の如き本発明による場合は、第1のコイルにより
生成される磁束のために磁気回路(第1,第2の円筒及び
第1の筒体)と、第2のコイルにより生成される磁束の
ための磁気回路(第2,第3の円筒及び第2の筒体)とを
設けて、これら第1,第2のコイルに関連する電気量でト
ルクを求めるようにしているので、1つのコイル又は磁
気回路によるものと異なり、2つのコイル又は磁気回路
が等しく受ける温度の影響を補償することが可能とな
り、測定精度を向上することができる。
According to the present invention as described above, due to the magnetic flux generated by the first coil, the magnetic circuit (first, second cylinder and first cylinder) and the magnetic flux generated by the second coil are generated. A magnetic circuit (second, third cylinder, and second cylinder) is provided for the purpose of determining the torque by the amount of electricity related to these first and second coils. Alternatively, unlike the case of using a magnetic circuit, it is possible to compensate for the effect of temperature that the two coils or the magnetic circuit receive equally, and it is possible to improve the measurement accuracy.

また温度補償のために設けてある磁気回路とトルク検
出のための磁気回路との平衡を、円筒5,6間の間隙及び
/又は円筒6,7間の間隙の調整でとることができ、高精
度測定が確保される。
In addition, the magnetic circuit provided for temperature compensation and the magnetic circuit for torque detection can be balanced by adjusting the gap between the cylinders 5 and 6 and / or the gap between the cylinders 6 and 7. Accuracy measurement is ensured.

また軸からの迷い込み磁束を非磁性体製のスリーブに
よって遮ることができ、この点でも精度の向上が図れ
る。
In addition, the stray magnetic flux from the shaft can be blocked by the sleeve made of a non-magnetic material, and the accuracy can be improved in this respect as well.

更に従来知られている漏れ磁束を検出するような方法
のもの(例えば特開昭62−247220号公報)に対し、本発
明は磁気回路の磁気抵抗の変化によるコイルの自己イン
ダクタンスの変化を捉えるので感度が高く、高S/N比が
得られる等本発明は優れた効果を奏する。
Further, since the present invention detects a change in the self-inductance of the coil due to a change in the magnetic resistance of the magnetic circuit, in contrast to the conventionally known method for detecting the leakage magnetic flux (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-247220). The present invention has excellent effects such as high sensitivity and high S / N ratio.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係るトルクセンサの構造を示す半截断
面図、第2図はその内部の構造を示す斜視図、第3図は
本発明のトルクセンサの電気回路を略示したブロック
図、第4図は従来のトルクセンサの一部破断斜視図であ
る。 1……入力軸、1a……上部軸、1b……トーションバー、
1c……下部軸、5,6,7……円筒、6a,7a……切欠部、5b,6
b,7b……溝、21……第1のコイル、22……発振器、23…
…第2のコイル
FIG. 1 is a half sectional view showing the structure of a torque sensor according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing the internal structure thereof, and FIG. 3 is a block diagram schematically showing an electric circuit of the torque sensor of the present invention. FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of a conventional torque sensor. 1 …… input shaft, 1a …… upper shaft, 1b …… torsion bar,
1c …… Lower shaft, 5,6,7 …… Cylinder, 6a, 7a …… Notch, 5b, 6
b, 7b ... Groove, 21 ... First coil, 22 ... Oscillator, 23 ...
... second coil

フロントページの続き (72)発明者 京谷 拓知 大阪府大阪市南区鰻谷西之町2番地 光 洋精工株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−247220(JP,A) 特許161799(JP,C1)Front Page Continuation (72) Inventor Takuchi Kyoya 2 Nishinomachi Nishinomachi, Minami-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Mitsuyo Seiko Co., Ltd. (56) Reference JP 62-247220 (JP, A) Patent 161799 (JP) , C1)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】トーションバーを介して連結された2つの
軸の一方に、軸長方向に間隙を設けて外嵌固着され、磁
気抵抗の状態を不変にしている磁性体製の第1,第2の円
筒と、第2の円筒に対してその軸長方向に間隙を設けて
前記軸の他方に外嵌固着され、前記2つの軸の相対的回
転により第2の円筒と磁気抵抗の状態を可変にしている
磁性体製の第3の円筒と、第1,第2の円筒と磁気回路を
構成すべく配置され、その内周に形成された周設溝に第
1のコイルを巻回した磁性体製の第1の筒体と、第2,第
3の円筒と磁気回路を構成すべく第1の筒体と軸長方向
に並置され、その内周に形成された周設溝に第2のコイ
ルを巻回した磁性体製の第2の筒体と、前記円筒と前記
軸と間に嵌合された非磁性体製のスリーブとを備え、第
1,第2のコイルに関連する電気量の差によって前記2つ
の軸間に加わるトルクを温度補償して検出すべくなして
あることを特徴とするトルクセンサ。
1. A first and a first member made of a magnetic material, which is externally fitted and fixed to one of two shafts connected via a torsion bar with a gap in the axial length direction to make the magnetic resistance state invariable. The second cylinder and the second cylinder are externally fitted and fixed to the other of the shafts with a gap provided in the axial direction between the second cylinder and the second cylinder, and the relative rotation of the two shafts causes a state of magnetic resistance with the second cylinder. The third cylinder made of a variable magnetic material and the first and second cylinders are arranged to form a magnetic circuit, and the first coil is wound around the circumferential groove formed on the inner circumference of the first and second cylinders. The first cylinder made of a magnetic material and the second and third cylinders are juxtaposed in the axial direction with the first cylinder to form a magnetic circuit. A second cylindrical body made of a magnetic material wound with two coils, and a sleeve made of a non-magnetic material fitted between the cylinder and the shaft,
A torque sensor characterized in that the torque applied between the two shafts is temperature-compensated and detected by the difference in the amount of electricity associated with the first and second coils.
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