JP2746684B2 - トルクセンサ - Google Patents

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、特に回転トルクを非接触で
精度良く測定するトルクセンサに関する。

従来の技術 この種の従来の回転トルクを非接触で測定するトルク
センサとしては、例えば本出願人が既に出願した特開昭
63−158433号公報に記載されたものが知られている。

概略を説明すれば、このトルクセンサは、第１シャフ
トと第２シャフトとを相対的に捩れ変位可能に連結し、
この第１シャフトの外周に、所定数の磁性体を極性が周
方向に交互に配設されるように取り付け、かつ第２シャ
フトに、隣接する前記磁性体の中間位置から磁束を導く
ように第１ピックアップ路及び第２ピックアップ路を設
けて一つの磁性体から他の磁性体に至る磁路を形成して
いる。また、この磁路に臨んで該磁路を流れる磁束の変
化を検出する一対の磁気検出素子を、第１シャフトの軸
線を中心として180°の角度位置に設けている。そし
て、第２シャフトに対して第１シャフトが捩れ変位した
とき前記Ｎ極が第１ピックアップ路あるいは第２ピック
アップ路の何れの側に接近することによって第1,第２ピ
ックアップ路を流れる磁束量が変化し、この磁束の変化
から第２シャフトに対する第１シャフトの捩れ変位が非
接触で検出できるようになっている。

ところで、斯かる従来のトルクセンサにあっては、前
記のように第２シャフトに対して第１シャフトが捩れ変
位したときには、第４図に示すように例えば第１シャフ
ト側のインナーリング30の磁路片31と、第２シャフト側
の磁性体32,33中、一方の磁性体32のＮ極とが近接し
て、該Ｎ極から流出した磁束が該Ｎ極と磁路片31との間
のギャップ空間を経て第２ピックアップ路34を構成する
磁路片31を通ってインナーリング30に流れ込むが、該磁
路片31からインナーリング30に至るまでに磁束が十分に
拡散されない。このため、インナーリング30の外周から
磁気検出素子において磁束密度が不均一となり、磁気検
出素子による測定精度の低下を招く虞がある。

そこで、前記従来においては、第１シャフトの軸線を
中心として180°の角度で相対的に位置するトルク検出
用の一対の磁気検出素子の他に、さらに平均化補正用の
一対の磁気検出素子を、第１シャフトの軸線に対して別
異の180°角度で相対する位置に配設し、これによって
磁性体32のＮ極から流出して第２ピックアップ路34に流
入した磁束の密度を平均化補正するようになっている。

発明が解決しようとする課題 然し乍ら、前記従来のトルクセンサにあっては、磁性
体32のＮ極で発生する磁束密度の不均一な状態を磁気検
出素子を用いて平均化補正を行なうようになっているた
め、磁気検出素子の使用数が多くなると共に、磁束回路
も複雑になる。この結果、製造作業や保守管理が煩雑に
なるばかりかコストの高騰が余儀なくされる。

課題を解決するための手段 本発明は、前記従来の実情に鑑みて案出されたもの
で、基本的には前記従来の構成と略同様であるが、とり
わけトルク検出用の磁気検出素子に至る第1,第２ピック
アップ路の双方あるいはいずれか一方に、例えば磁束拡
散用孔などの低透磁率部を形成したことを特徴としてい
る。

作用 第１シャフトの回転方向の捩れ変位が発生した際に、
第１ピックアップ路あるいは第２ピックアップ路を通っ
た磁束が低透磁率部付近で両側に屈曲案内されて十分に
拡散される。したがって、斯かる磁束がトルク検出用の
磁気検出素子に至るまでに平均化補正され、トルク測定
精度が向上することは勿論のこと、従来のように平均化
補正用の磁気検出素子を用いずに、単に低透磁率部たる
磁束拡散用孔等を形成するだけであるから、部品点数が
削減できると共に、構造が極めて簡素化される。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。

まず、第３図に基づいて本発明に係るトルクセンサの
構成を説明する。すなわち、図中11は第１シャフトであ
り、該第１シャフト11は捩れ剛性を若干低くするための
小径部２を介して第２シャフト３に連結されており、図
中A,Bで示すような第１シャフトの円周方向の回転力を
小径部２を経由して第２シャフト３に伝達する。また、
第２シャフト３の外周面3aには小径部２を包み込むよう
にして成形された円筒形のモールド部材（非磁性材）４
の突端部4aが嵌合・固着されており、モールド部材４は
後述するピックアップ部材７及びホール素子13,14等と
一対となってトルク検出機構21を構成している。一方、
モールド部材４の他端側にはドーナッツ型の磁性体埋込
み部4bが形成され、磁性体埋込み部4bは軸方向に対して
垂直となるような端面4cを有し、磁性体埋込み部4bには
端面4cにＮ極を臨むように配置した磁性体5aと、端面4c
にＳ極を臨むように配置した磁性体5bとがそれぞれ８個
づつ交互に同心円状でかつ等間隔になるように配設され
ている。さらに、各磁性体5a,5bの他端部は、円環状の
コモンリング６に連結されており、コモンリング６は各
磁性体5a,5bから発する磁界について閉ループ状の磁路
の一部を形成する。コモンリング６及び各磁性体5a,5b
は磁性体埋込み部4b内に埋設され、非接触体からなる磁
性体埋込み部4bと一体形成されている。

一方、第１シャフトの小径部２側の外周面1aには端面
4cに面し、かつ端面4cと微小空隙を有する円板形の前記
ピックアップ部材７が嵌合・固着されており、ピックア
ップ部材７の入力側の端面7aには、端面7aに外接してア
ウターリング８とその内方にインナーリング９とが設け
られている。また、端面4cに面したピックアップ部材７
の端面7bには、磁性体5aあるいは5bからの磁気力を受け
て磁路となる磁路片10aと磁路片10bとが磁性体5a及び5b
とそれぞれ１対１で対応するように８個づつ交互に同心
円上でかつ等間隔になるように配設され、磁路片10aは
アウターリング８に、磁路片10bはインナーリング９に
夫々連結されている。磁路片10aとアウターリング８と
は第１ピックアップ路11を構成し、磁路片10bとインナ
ーリング９とは第２ピックアップ路12を構成する。ここ
で、コモンリング6,磁路片10a、10b,アウターリング８
及びインナーリング９は磁力線を通し易い、例えばパー
マロイ，フェライト等の材質で作られており、前記磁性
体5a,5bから発した磁気力を磁路片10a,10bを介してアウ
ターリング８及びインナーリング９に誘導する。ところ
で、磁路片10a,10bは前記の磁性体5a,5bと同様に非磁性
体からなるピックアップ部材７内に一体形成されてお
り、定常時（すなわち、トルクが０のとき）では磁性体
5aあるいは5bが磁路片10a及び10bの丁度中間に位置する
ように構成されている。したがって、磁性体5aから磁路
片10aに至るまでのギャップ空間l_Aと磁性体5aから磁路
片10bに至るまでのギャップ空間l_Bとは互いに等しく、
同様に磁性体5bから磁路片10bまでのギャップ空間l_Aと5
bから磁路片10aまでのギャップ空間l_Bとは相等しい。し
たがって、第１シャフト１に円周方向Ａ（あるいはＢ）
の回転力が加わると前記ギャップ空間l_A，l_Bはその回転
力に応じてそれぞれ所定量づつ変化する。さらに、上述
したアウターリング８とインナーリング９との間には、
これらリングやピックアップ部材７と非接触でかつアウ
ターリング８からインナーリング９に（あるいはインナ
ーリング９からアウターリング８に）かかる磁界と直角
となるような位置にホール素子（第１の磁気検出素子）
13が配置され、このホール素子13と第１シャフト１に対
して180°の角度に相対する位置にホール素子（第２の
磁気検出素子）14が配置されている。また、これらホー
ル素子13、14は、磁界の強さに比例した出力電圧を発生
する一般的な素子であって、それぞれプリント基板15に
接着剤等で固着されている。プリント基板15には、ホー
ル素子13,14からの信号を検出・処理するための部材
（図示せず）が配設されると共に、プリント基板15はプ
リント基板に固着する支持部材15aを介して第１シャフ
ト１の回動変位自在に嵌合されている。

そして、前記第２ピックアップ路12を構成する磁路片
10bの基部つまりインナーリング９との連結個所でかつ
ホール素子13,14と対抗する位置には、第１図に示すよ
うに低透磁率部たる磁束拡散用孔16…が穿設されてい
る。この磁束拡散用孔16…は、略半円形状を呈し、円弧
部位16aが磁路片10b側に配置され、拡開部位16bがイン
ナーリング９側に配置されている。

次に、本実施例の作用を説明する。すなわち、トルク
が加わらない定常時にあっては、ギャップ空間l_A，l_Bは
互いに等しいので、例えば磁性体5aのＮ極からギャップ
空間l_A，磁路片10a,アウターリング８を経てホール素子
13に至る磁界H_Aと、磁性体5aのＮ極からギャップ空間
l_B，磁路片10b,アウターリング８を経てホール素子13に
至る磁界H_Bとの強さは等しい強さとなり、互いに相殺し
合ってトルクは検出されない。

一方、回転力が例えば第３図に示すように円周方向Ａ
の向きに加わったときは磁性体5aから磁路片10aまでの
ギャップ空間l_Aと磁性体5bから磁路片10bまでのギャッ
プ空間l_Aは何れも大きくなり、逆に磁性体5aから磁路片
10bまでのギャップ空間l_Bと磁性体5bか磁路片10aまでの
ギャップ空間l_Bとは何れも小さくなる。したがって、こ
れに伴って一方の磁界H_Bが他方磁界H_Aよりも大きくなっ
てゆき、その程度はＡ方向に加わる捩れ角の大きさに比
例する。例えばＡ方向の回転力によりホール素子13に印
加する磁界の向きを正方向とし、その出力電圧がプラス
の値となるようにホール素子13の出力を設定すれば、発
生トルクの大きさ及び方向そして静止トルクを適切に検
出することができる。また、回転力が円周方向Ｂの向き
に加わったときは一方の磁界H_Aが他方の磁界H_Bよりも大
きくなり、上記の場合とは逆向きのトルクを検出するこ
とができる。

また、ここで磁性体5aからギャップ空間l_Bを経て磁路
片10bに流れた磁束つまり第２ピックアップ路12を通る
磁束流は、第１図の実線矢印で示すように透磁率の低い
磁束拡散用孔16…付近に達すると、該孔16…の孔縁に沿
って両側に屈曲案内されてインナーリング９の外周縁9b
の磁束検出部付近に至る間に十分に拡散されて、平均化
補正される。したがって、前記ホール素子13によるトル
ク測定精度が向上することは勿論のこと、従来のように
平均化補正用の磁気検出素子を用いずに、単に磁束拡散
用孔16…を形成するだけであるから構造が極めて簡素化
されると共に、製造作業や保守管理が容易になる。

第２図は本発明の第２実施例を示し、この実施例では
第１ピックアップ路11を構成する磁路片10a…の立上り
部とアウターリング８との連結個所に低透磁率部たる磁
束拡散用孔17…が周方向へ等間隔に複数形成されてい
る。この磁束拡散用孔17…は、略Ｕ字形を呈し、円弧部
位17aが磁路片10a側に配置され、拡開部位17bがアウタ
ーリング８側に配置されている。

したがって、この実施例においても前記第１実施例と
同様に各磁束拡散孔17…によって磁路片10a…からアウ
ターリング８に至る磁束流が十分に拡散されて、平均化
補正がなされ、トルク測定精度の向上が図れることは勿
論のこと、単に磁束拡散孔17…を形成するだけであるか
ら、構造の簡素化が図れる等第１実施例と同様な効果が
得られる。

尚、前記各実施例では、磁路片10a,10bのいずれか一
方に磁束拡散孔16,17を形成しているが、双方に形成す
ることも可能であり、このようにすれば磁束流を一層効
果的に拡散でき、十分な平均化補正が可能になる。

また、本発明における低透磁率部は、前記各実施例の
如く磁束拡散孔に限定されるものではない。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、本発明に係るトルクセ
ンサによれば、とりわけ第１ピックアップ路あるいは第
２ピックアップ路の少なくともいずれか一方に低透磁率
部を形成したため、第1,第２ピックアップ路からトルク
検出用の磁気検出素子に至る過程で磁束の拡散による十
分な平均化補正がなされる。したがって、構成部品等の
位置関係の差異等に起因する磁束密度の不均一化が防止
され、トルク測定精度を一層向上させることができる。

しかも、磁束密度の平均化補正を従来のような磁気検
出素子によって行なうのではなく、単に低透磁率部で行
なうようにしたため、部品点数の削減と構造の簡素化が
図れる。この結果、製造作業や保守管理が容易になると
共に、コストの低廉化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトルクセンサの第１実施例を示す
要部斜視図、第２図は本発明の第２実施例を示す要部斜
視図、第３図は本発明のトルクセンサを示す分解斜視
図、第４図は従来のトルクセンサにおける磁束流を示す
説明図である。 １……第１シャフト、２……小径部、３……第２シャフ
ト、5a,5b……磁性体、10a,10b……磁路片、11……第１
ピックアップ路、12……第２ピックアップ路、13,14…
…ホール素子（磁気検出素子）、16,17……磁束拡散用
孔（低透磁率部）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相対捩れ変位可能に連結された第１シャフ
   ト及び第２シャフトと、該一方のシャフトの外周に、極
   性が周方向に交互に配列されるように取り付けられた所
   定数の磁性体と、他方のシャフトに、隣接する前記磁性
   体の中間位置から磁束を導くように取り付けられて一つ
   の磁性体から他の磁性体に至る磁路を形成する第１ピッ
   クアップ路及び第２ピックアップ路と、この各磁路を流
   れる磁束の変化を検出する磁気検出素子とを備え、更に
   前記第１ピックアップ路及び第２ピックアップ路の少な
   くともいずれか一方に低透磁率部を形成したことを特徴
   とするトルクセンサ。