JP3346102B2 - Torque sensor - Google Patents

Torque sensor

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JP3346102B2
JP3346102B2 JP14133195A JP14133195A JP3346102B2 JP 3346102 B2 JP3346102 B2 JP 3346102B2 JP 14133195 A JP14133195 A JP 14133195A JP 14133195 A JP14133195 A JP 14133195A JP 3346102 B2 JP3346102 B2 JP 3346102B2
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cylindrical member
torque
windows
coil
electromotive force
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一穂 力石
浩一 佐藤
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NSK Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、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、簡易な構造
で検出感度が高まるようにしたものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torque sensor for detecting a torque generated on a rotating shaft, and more particularly to a sensor having a simple structure and having high detection sensitivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のトルクセンサとして、例えば特開
昭57−190240号公報の第11図に開示されたも
のがあり、この従来のトルクセンサは、相対回転可能に
同軸に配設された入力軸及び出力軸の重なり合った部分
を、アルミニウム製の比較的短い円筒部材で包囲すると
ともに、入力軸及び出力軸間の相対変位に応じてその円
筒部材を軸方向に進退させるようになっている。そし
て、円筒部材の周囲にはコイルが配設されていて、その
コイルに誘導される自己誘導起電力を測定し、その結果
に基づいて入力軸及び出力軸間の相対回転変位(トル
ク)を検出するようにしていた。つまり、円筒部材が軸
方向に進退すると、コイルの自己インダクタンスが変化
するから、コイルの自己誘導起電力に基づけば入力軸及
び出力軸に生じているトルクが検出できる、というもの
であった。
2. Description of the Related Art A conventional torque sensor is disclosed, for example, in FIG. 11 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-190240. The overlapped portion of the shaft and the output shaft is surrounded by a relatively short cylindrical member made of aluminum, and the cylindrical member is moved in the axial direction according to the relative displacement between the input shaft and the output shaft. A coil is provided around the cylindrical member, and a self-induced electromotive force induced in the coil is measured, and a relative rotational displacement (torque) between the input shaft and the output shaft is detected based on the result. I was trying to do it. That is, when the cylindrical member advances and retreats in the axial direction, the self-inductance of the coil changes. Therefore, the torque generated on the input shaft and the output shaft can be detected based on the self-induced electromotive force of the coil.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のトルクセンサにあっては、第1及び第2の回転
軸間の相対回転変位を、円筒部材の軸方向変位に変換す
る機構が必要であったため、装置が大型化になり易く、
しかも構造が複雑な分信頼性も落ちるという問題点があ
った。
However, the above-mentioned conventional torque sensor requires a mechanism for converting the relative rotational displacement between the first and second rotating shafts into the axial displacement of the cylindrical member. Because of this, the device is likely to be large,
In addition, there is a problem that the reliability is lowered due to the complicated structure.

【0004】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、簡易な
構造でしかも検出感度を高めることができるトルクセン
サを提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such unresolved problems of the prior art, and has as its object to provide a torque sensor which has a simple structure and can increase detection sensitivity. And

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るトルクセンサは、非導電性で且つ強磁
性の材料からなる第1の円筒部材と、導電性で且つ非磁
性の材料からなる第2の円筒部材とを、第1の円筒部材
を内側にして相対回転可能に同軸に嵌め合わせるととも
に、同軸に配設された第1及び第2の回転軸をトーショ
ンバーを介して連結し、前記第1及び第2の円筒部材と
前記第1及び第2の回転軸とを同軸に配設し、前記第1
の円筒部材及び前記第1の回転軸を回転方向に一体と
し、前記第2の円筒部材及び前記第2の回転軸を回転方
向に一体とし、前記第1及び第2の円筒部材のそれぞれ
にそれらの間の相対回転位置に応じて重なり具合が変化
するように窓を形成し、そして、前記第1及び第2の円
筒部材の前記窓が形成された部分を包囲するようにコイ
ルを配設し、そのコイルに起電力を誘導させてこれを測
定する起電力測定手段を設け、その起電力測定手段の測
定結果に基づいて、前記第1及び第2の回転軸に発生す
るトルクを検出するようにした。
To achieve the above object, a torque sensor according to the present invention comprises a first cylindrical member made of a non-conductive and ferromagnetic material, and a first cylindrical member made of a non-conductive and non-magnetic material. A second cylindrical member made of a material is coaxially fitted so as to be relatively rotatable with the first cylindrical member inside, and the first and second rotating shafts arranged coaxially are connected via a torsion bar. Connecting the first and second cylindrical members and the first and second rotation axes coaxially,
The cylindrical member and the first rotary shaft are integrated in the rotational direction, the second cylindrical member and the second rotary shaft are integrated in the rotational direction, and the cylindrical member and the first rotary shaft are respectively integrated into the first and second cylindrical members. A window is formed so that the degree of overlap varies according to the relative rotational position between the first and second cylindrical members, and a coil is disposed so as to surround the portion of the first and second cylindrical members where the window is formed. An electromotive force measuring means for inducing an electromotive force in the coil to measure the electromotive force, and detecting a torque generated in the first and second rotating shafts based on a measurement result of the electromotive force measuring means. I made it.

【0006】[0006]

【作用】例えば第1の回転軸を入力軸とし、第2の回転
軸を出力軸とすれば、第1の回転軸からトーションバー
を介して第2の回転軸にトルクが伝達するため、それら
第1の回転軸及び第2の回転軸間には、トーションバー
の捩じれを伴って相対回転が生じる。すると、第1及び
第2の円筒部材間にも相対回転が生じるから、それら円
筒部材に形成された窓の重なり具合が変化する。
For example, if the first rotating shaft is an input shaft and the second rotating shaft is an output shaft, torque is transmitted from the first rotating shaft to the second rotating shaft via a torsion bar. A relative rotation occurs between the first rotation axis and the second rotation axis with the torsion bar being twisted. Then, since relative rotation also occurs between the first and second cylindrical members, the degree of overlap of the windows formed in those cylindrical members changes.

【0007】この場合、第1及び第2の円筒部材の窓同
士の重なり面積が小さければ、内側に位置する第1の円
筒部材の表面の比較的多くの部分が露出することにな
る。逆に、窓同士の重なり面積が大きければ、第1の円
筒部材の表面の比較的多くの部分が、空気よりも磁束を
通し難い導電性で且つ非磁性の材料からなる第2の円筒
部材の内側に隠れることになる。ここで、本発明におけ
る非磁性の材料とは、常磁性体及び一部の反磁性体のこ
とである。
In this case, if the overlapping area between the windows of the first and second cylindrical members is small, a relatively large portion of the surface of the first cylindrical member located inside will be exposed. Conversely, if the overlapping area between the windows is large, a relatively large portion of the surface of the first cylindrical member is made of the second cylindrical member made of a conductive and non-magnetic material that is less permeable to magnetic flux than air. You will be hiding inside. Here, the non-magnetic material in the present invention refers to a paramagnetic material and some diamagnetic materials.

【0008】そして、第1の円筒部材を形成する非導電
性で且つ強磁性の材料は、空気よりも磁束を通し易い性
質を有するから、上述したように窓の重なり具合の変化
によって、第1の円筒部材の表面が外部に露出する割合
が変化すると、コイルの自己インダクタンス,相互イン
ダクタンスは、第1及び第2の円筒部材間の相対回転に
応じて急峻に変化する。
[0008] Since the non-conductive and ferromagnetic material forming the first cylindrical member has a property of transmitting magnetic flux more easily than air, the first window member is changed by the change of the overlapping state of the windows as described above. When the rate at which the surface of the cylindrical member is exposed to the outside changes, the self-inductance and mutual inductance of the coil change sharply according to the relative rotation between the first and second cylindrical members.

【0009】そして、コイルの誘導起電力が起電力測定
手段によって測定されるが、コイルの自己インダクタン
ス,相互インダクタンスが第1及び第2の円筒部材間の
相対回転に応じて変化することから、その測定結果に基
づけば、第1及び第2の回転軸に発生するトルクが検出
される。
Then, the induced electromotive force of the coil is measured by the electromotive force measuring means. Since the self-inductance and the mutual inductance of the coil change according to the relative rotation between the first and second cylindrical members, the induced electromotive force is measured. Based on the measurement result, the torque generated on the first and second rotating shafts is detected.

【0010】[0010]

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図1乃至図6は本発明の第1実施例を示す図で
あって、これ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ものである。先
ず、構成を説明すると、車両の操舵系の一部分の断面図
である図1に示すように、同軸に且つ回転自在に配置さ
れた入力軸1及び出力軸2間が、トーションバー3を介
して連結されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 6 show a first embodiment of the present invention, in which a torque sensor according to the present invention is applied to an electric power steering device for a vehicle. First, the configuration will be described. As shown in FIG. 1 which is a cross-sectional view of a part of a steering system of a vehicle, a portion between an input shaft 1 and an output shaft 2 which are coaxially and rotatably disposed via a torsion bar 3. Are linked.

【0011】入力軸1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2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1,トーションバー3,出力軸2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。
A steering wheel is integrally mounted on the input shaft 1 at the right end (not shown) in FIG. 1 in the rotational direction, and on the left end (not shown) of the output shaft 2 at a known rack and pinion, for example. The pinion shaft which comprises the type steering device is connected. Therefore, the steering force generated by the steering of the steering wheel by the driver is transmitted through the input shaft 1, the torsion bar 3, the output shaft 2, and the rack and pinion type steering device.
This is transmitted to the steered wheels (not shown).

【0012】また、出力軸2の入力軸1側端面には、ト
ーションバー3の挿入部からさらに径方向に延びた溝2
aが形成されていて、この溝2aには、入力軸1の出力
軸2側端面に形成された凸部1aが挿入されている。た
だし、溝2aの幅(周方向寸法)は、凸部1aの幅より
も若干広くなっていて、これにより、入力軸1及び出力
軸2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。
A groove 2 extending in the radial direction from the insertion portion of the torsion bar 3 is formed in the end face of the output shaft 2 on the input shaft 1 side.
a is formed, and a convex portion 1a formed on the end surface of the input shaft 1 on the output shaft 2 side is inserted into the groove 2a. However, the width (dimension in the circumferential direction) of the groove 2a is slightly larger than the width of the convex portion 1a, whereby the width between the input shaft 1 and the output shaft 2 is not less than a predetermined range (for example, about ± 5 degrees). Prevents relative rotation.

【0013】なお、出力軸2には、図示しない電動モー
タの回転力が例えばウォームギア等を介して伝達される
ようになっている。つまり、電動モータへの駆動電流の
方向及び大きさを適宜制御することにより、出力軸2に
任意の方向及び大きさの操舵補助トルクが付与されるよ
うになっている。一方、入力軸1の出力軸2に近接した
部分の外周面をある程度の隙間1Aを開けて包囲するよ
うに、肉薄の二つの円筒部材4及び5が配設されてい
る。
The rotational force of an electric motor (not shown) is transmitted to the output shaft 2 via, for example, a worm gear. That is, by appropriately controlling the direction and magnitude of the drive current to the electric motor, a steering assist torque of any direction and magnitude is applied to the output shaft 2. On the other hand, two thin cylindrical members 4 and 5 are arranged so as to surround the outer peripheral surface of a portion of the input shaft 1 close to the output shaft 2 with a certain gap 1A.

【0014】即ち、円筒部材4は非導電性で(導電率が
低く)且つ強磁性の材料(例えば、フェライト)から形
成され、円筒部材5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、円筒部材5内
に円筒部材4が挿入されて、相対回転可能に同軸に嵌め
合わされている。そして、円筒部材4の図1右方側端部
内面には小径部4Aが形成されていて、その小径部4A
が入力軸1に外嵌している。これにより、円筒部材4は
入力軸1と回転方向に一体となっている。また、円筒部
材5の図1左方側端部内面には小径部5Aが形成されて
いて、その小径部5Aが出力軸2に外嵌している。これ
により、円筒部材5は出力軸2と回転方向に一体となっ
ている。
That is, the cylindrical member 4 is formed of a non-conductive (low-conductivity) and ferromagnetic material (eg, ferrite), and the cylindrical member 5 is formed of a conductive and non-magnetic material (eg, aluminum). The cylindrical member 4 is inserted into the cylindrical member 5 and is coaxially fitted so as to be relatively rotatable. A small diameter portion 4A is formed on the inner surface of the right end portion of FIG.
Are externally fitted to the input shaft 1. Thus, the cylindrical member 4 is integrated with the input shaft 1 in the rotation direction. A small-diameter portion 5 </ b> A is formed on the inner surface of the left end of FIG. 1 of the cylindrical member 5, and the small-diameter portion 5 </ b> A is fitted on the output shaft 2. Thus, the cylindrical member 5 is integrated with the output shaft 2 in the rotation direction.

【0015】さらに、円筒部材4の円筒部材5と嵌め合
わさっている部分のうち、小径部4A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、
六つ)の窓4a,…,4aが形成され、小径部5Aに近
い側には窓4a,…,4a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4aと同形状)の
複数(この実施例では、六つ)の窓4b,…,4bが形
成されている。
Further, of the portion of the cylindrical member 4 that is fitted with the cylindrical member 5, a plurality of rectangular (e.g.,
, 4a are formed, and a rectangle (same shape as the window 4a) is equally spaced in the circumferential direction so as to be 180 degrees out of phase with the windows 4a,. ) Are formed (six in this embodiment).

【0016】より具体的には、窓4a,…,4aは、円
筒部材4の周面を周方向に12等分し、その12当分さ
れた領域を一つ置きに長方形に開口することにより形成
されており、窓4b,…,4bは、窓4a,…,4a同
士の間の開口していない部分に対応する部分を開口する
ことにより形成されている。一方、円筒部材5の円筒部
材4と嵌め合わさっている部分のうち、窓4a,…,4
aが形成された部分の外側には、周方向に等間隔離隔し
た長方形(窓4aと同形状)の複数(この実施例では、
六つ)の窓5a,…,5aが形成され、窓4b,…,4
bが形成された部分の外側には、窓5a,…,5aと同
窓に周方向に等間隔離隔した長方形(窓4aと同形状)
の複数(この実施例では、六つ)の窓5b,…,5bが
形成されている。
More specifically, the windows 4a,..., 4a are formed by dividing the circumferential surface of the cylindrical member 4 into twelve equal parts in the circumferential direction, and opening the rectangular area every other twelve equal parts. The windows 4b,..., 4b are formed by opening portions corresponding to the portions of the windows 4a,. On the other hand, among the portions of the cylindrical member 5 fitted with the cylindrical member 4, the windows 4a,.
Outside the portion where a is formed, a plurality of rectangles (having the same shape as the window 4a) which are equally spaced in the circumferential direction (in this embodiment,
6a) are formed, and windows 4b,.
Outside the portion where b is formed, a rectangle (same shape as the window 4a) is equally spaced circumferentially in the same window as the windows 5a,.
, 5b are formed (six in this embodiment).

【0017】ただし、入力軸1及び出力軸2間に相対回
転が生じていないとき(操舵トルクが零のとき)に、図
1のA−A線における円筒部材4及び5の断面図である
図2に示すように窓4a及び窓5aが半分だけ重なるよ
うに、円筒部材4及び5は位置合わせをされてそれぞれ
入力軸1又は出力軸2に固定されている。従って、図1
のB−B線における円筒部材4及び5の断面図である図
3に示すように、操舵トルクが零のときには、窓4b及
び5bも半分だけ重なるようになるが、窓4aと4bと
の間の位相が180度ずれているため、窓4a及び5a
の重なり状態と、窓4b及び5bの重なり状態とは、図
2,図3及び円筒部材4,5を固定した状態の入力軸
1,出力軸2の正面図である図4からも明らかなよう
に、周方向で逆になっている。
However, when no relative rotation occurs between the input shaft 1 and the output shaft 2 (when the steering torque is zero), it is a sectional view of the cylindrical members 4 and 5 taken along the line AA in FIG. As shown in FIG. 2, the cylindrical members 4 and 5 are aligned and fixed to the input shaft 1 or the output shaft 2, respectively, so that the windows 4a and 5a overlap by half. Therefore, FIG.
As shown in FIG. 3 which is a cross-sectional view of the cylindrical members 4 and 5 taken along the line BB, when the steering torque is zero, the windows 4b and 5b also overlap by half, but the distance between the windows 4a and 4b Are shifted by 180 degrees, the windows 4a and 5a
2 and FIG. 3 as well as FIG. 4 which is a front view of the input shaft 1 and the output shaft 2 in a state where the cylindrical members 4 and 5 are fixed. In addition, it is reversed in the circumferential direction.

【0018】そして、円筒部材4,5は、同一規格のコ
イル10及び11が巻き付けられたボビン9で包囲され
ている。即ち、コイル10及び11は、それら円筒部材
4,5と同軸に配置されていて、コイル10は窓4a,
…,4aが形成された部分を包囲するようにボビン9に
巻き付けられ、コイル11は窓4b,…,4bが形成さ
れた部分を包囲するようにボビン9に巻き付けられてい
る。
The cylindrical members 4 and 5 are surrounded by a bobbin 9 around which coils 10 and 11 of the same standard are wound. That is, the coils 10 and 11 are arranged coaxially with the cylindrical members 4 and 5, and the coil 10 is
, 4a are wound around the bobbin 9 so as to surround the portion where the window 4b is formed, and the coil 11 is wound around the bobbin 9 so as to surround the portion where the windows 4b,.

【0019】コイル10及び11は、図示しないセンサ
ケースに収容された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5に示すように、所定周波
数の交流電流をコイル10,11に供給する発振部21
と、コイル10の自己誘導起電力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の自己誘導起
電力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円筒部材4及び5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を電動モータに供給する
モータ駆動部27と、から構成されている。
The coils 10 and 11 are connected to a motor control circuit housed in a sensor case (not shown).
The motor control circuit includes an oscillating unit 21 that supplies an alternating current having a predetermined frequency to the coils 10 and 11, as shown in FIG.
And a rectifying / smoothing circuit 22 for rectifying and smoothing the self-induced electromotive force of the coil 10 and outputting the same, and a rectifying / smoothing circuit 23 for rectifying and smoothing and outputting the self-induced electromotive force of the coil 11.
Amplifiers 24A and 24B that amplify and output the difference between the output of the rectifying / smoothing circuit 22 and the output of the rectifying / smoothing circuit 23.
A noise removal filter 25A for removing high-frequency noise components from the output of the differential amplifier 24A;
A noise removal filter 25B for removing high frequency noise components from the output of
A torque for calculating the direction and magnitude of the relative rotational displacement of the cylindrical members 4 and 5 based on, for example, an average value of the output of B and multiplying the result by, for example, a predetermined proportionality constant to obtain a steering torque generated in the steering system. The motor control unit 26 includes a calculation unit 26 and a motor drive unit 27 that supplies a drive current I to the electric motor to generate a steering assist torque for reducing the steering torque based on the calculation result of the torque calculation unit 26.

【0020】次に、本実施例の動作を説明する。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1及び出力軸2間には相対回転は生じな
い。従って、入力軸1と一体に回転する円筒部材4と、
出力軸2と一体に回転する円筒部材5との間にも、相対
回転は生じない。
Next, the operation of this embodiment will be described. Now, assuming that the steering system is in a straight running state and the steering torque is zero, no relative rotation occurs between the input shaft 1 and the output shaft 2. Therefore, the cylindrical member 4 that rotates integrally with the input shaft 1,
No relative rotation occurs between the output shaft 2 and the cylindrical member 5 that rotates integrally.

【0021】一方、ステアリングホイールを操舵して入
力軸1に回転力が生じると、その回転力は、トーション
バー3を介して出力軸2に伝達される。このとき、出力
軸2には、転舵輪及び路面間の摩擦力や出力軸2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1及び出力軸2間には、トーシ
ョンバー3が捩じれることによって出力軸2が遅れる相
対回転が発生し、円筒部材4及び5間にも相対回転が生
じる。
On the other hand, when the steering wheel is steered to generate a torque on the input shaft 1, the torque is transmitted to the output shaft 2 via the torsion bar 3. At this time, a resistance force corresponding to a frictional force between the steered wheels and the road surface and a frictional force such as meshing of gears of a rack-and-pinion type steering device formed on the left end side (not shown) of the output shaft 2 are applied to the output shaft 2. Therefore, the relative rotation of the output shaft 2 is delayed between the input shaft 1 and the output shaft 2 due to the twisting of the torsion bar 3, and the relative rotation also occurs between the cylindrical members 4 and 5.

【0022】ここで、例えば右操舵トルク(右回転方向
操舵時に発生する操舵トルク)発生時には、操舵トルク
零の場合に比べて、窓4a及び5aの重なり合った面積
は小さくなり、窓4b及び5bの重なり合った面積は大
きくなる。逆に、左操舵トルク(左回転方向操舵時に発
生する操舵トルク)発生時には、操舵トルク零の場合に
比べて、窓4a及び5aの重なり合った面積は大きくな
るのに対し、窓4b及び5bの重なり合った面積は小さ
くなる。
Here, for example, when the right steering torque (steering torque generated at the time of steering in the right rotation direction) is generated, the overlapping area of the windows 4a and 5a is smaller than that when the steering torque is zero, and the windows 4b and 5b are not overlapped. The overlapping area increases. Conversely, when the left steering torque (steering torque generated at the time of steering in the left rotation direction) is generated, the overlapping area of the windows 4a and 5a is larger than the case where the steering torque is zero, but the overlapping of the windows 4b and 5b. Area becomes smaller.

【0023】そして、窓4a及び5a,窓4b及び5b
が重なり合った部分は、円筒部材4と入力軸1との間の
隙間1Aを露出させることになる。つまり、窓5a及び
5bを介して露出する円筒部材4の表面積が、操舵トル
クに応じて変化するのであり、具体的には、右操舵トル
ク発生時には、その方向の操舵トルクが大きくなるに従
って、円筒部材4の表面積の露出領域が増大し、コイル
11の内側ではその表面積の露出領域は減少する。逆
に、左操舵トルク発生時には、その方向の操舵トルクが
大きくなるに従って、コイル10の内側では円筒部材4
の表面積の露出領域が減少し、コイル11の内側ではそ
の表面積の露出領域は増大する。
The windows 4a and 5a and the windows 4b and 5b
Are exposed in the gap 1A between the cylindrical member 4 and the input shaft 1. That is, the surface area of the cylindrical member 4 exposed through the windows 5a and 5b changes according to the steering torque. Specifically, when the right steering torque is generated, as the steering torque in that direction increases, the cylindrical shape increases. The exposed area of the surface area of the member 4 increases, and the exposed area of the surface area decreases inside the coil 11. Conversely, when the left steering torque is generated, as the steering torque in that direction increases, the cylindrical member 4
The exposed area of the surface area decreases, and the exposed area of the surface area increases inside the coil 11.

【0024】すると、非導電性で且つ強磁性の材料から
なる円筒部材4は、隙間1Aよりも磁束を通しやすい性
質を有しているため、右操舵トルク発生時には、コイル
10の自己インダクタンスは増大しコイル11の自己イ
ンダクタンスは減少するから、コイル10の自己誘導起
電力は大きくなり、コイル11の自己誘導起電力は小さ
くなる。逆に、左操舵トルク発生時には、コイル10の
自己インダクタンスは減少しコイル11の自己インダク
タンスは増大するから、コイル10の自己誘導起電力は
小さくなり、コイル11の自己誘導起電力は大きくな
る。
Then, since the cylindrical member 4 made of a non-conductive and ferromagnetic material has a property of transmitting magnetic flux more easily than the gap 1A, the self-inductance of the coil 10 increases when the right steering torque is generated. Since the self-inductance of the coil 11 decreases, the self-induced electromotive force of the coil 10 increases, and the self-induced electromotive force of the coil 11 decreases. Conversely, when the left steering torque is generated, the self-inductance of the coil 10 decreases and the self-inductance of the coil 11 increases, so that the self-induced electromotive force of the coil 10 decreases and the self-induced electromotive force of the coil 11 increases.

【0025】従って、コイル10及び11の自己誘導起
電力の差を求める差動アンプ24A及び24Bの出力
は、図6に示すように、操舵トルクの方向及び大きさに
従ってリニアに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
の変化はキャンセルされる。
Accordingly, the outputs of the differential amplifiers 24A and 24B for obtaining the difference between the self-induced electromotive forces of the coils 10 and 11 change linearly according to the direction and magnitude of the steering torque as shown in FIG. . Further, since the difference between the rectifying / smoothing circuits 22 and 23 is obtained in the differential amplifiers 24A and 24B, a change in self-inductance due to temperature or the like is canceled.

【0026】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
モータに供給する。
The torque calculator 26 calculates the average value of the outputs of the differential amplifiers 24A and 24B supplied via the noise removal filters 25A and 25B, and multiplies the average value by, for example, a predetermined proportional constant to perform steering. The torque is obtained, and the result is supplied to the motor drive unit 27. The motor drive unit 27
A drive current I corresponding to the direction and magnitude of the steering torque is supplied to the electric motor.

【0027】すると、電動モータには、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2に
伝達されるから、出力軸2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。このように、本実施例の構成であれば、入力
軸1及び出力軸2間の相対回転変位を他の部材の直進運
動に変換することなく、それら入力軸1及び出力軸2間
のトルクを検出することができるから、構造が簡易で済
み、その分トルクセンサが配設される部分を従来に比べ
て小型化(細く)できるという利点があり、本実施例の
ようにスペース的な余裕が小さい車両に適用される装置
にとっては特に有益であるし、変換機構が不要な分、精
度が向上するという利点がある。
Then, a torque is generated in the electric motor according to the direction and magnitude of the steering torque generated in the steering system, and the torque is transmitted to the output shaft 2 via a worm gear or the like. This means that the steering assist torque has been applied to the output shaft 2, so that the steering torque is reduced and the burden on the driver is reduced. As described above, according to the configuration of the present embodiment, the torque between the input shaft 1 and the output shaft 2 can be reduced without converting the relative rotational displacement between the input shaft 1 and the output shaft 2 into a linear motion of another member. Since the detection can be performed, the structure is simple and there is an advantage that the portion where the torque sensor is disposed can be made smaller (thinner) than that of the related art, and there is a space margin as in the present embodiment. This is particularly useful for a device applied to a small vehicle, and has the advantage that accuracy is improved because the conversion mechanism is not required.

【0028】また、円筒部材4をフェライト等の非導電
性で且つ強磁性の材料から形成していると、かかる部材
については防錆が不要であるし、焼結材を使用すれば金
型成形により量産時の加工コストが低減できるから、部
品コストを低減できるという利点もある。ここで、本実
施例では、入力軸1が第1の回転軸に対応し、出力軸2
が第2の回転軸に対応し、円筒部材4が第1の円筒部材
に対応し、円筒部材5が第2の円筒部材に対応し、発振
部21,整流・平滑回路22,23及び差動アンプ24
A,24Bによって起電力測定手段が構成される。
Further, if the cylindrical member 4 is formed of a non-conductive and ferromagnetic material such as ferrite, rust prevention is not required for such a member. As a result, since the processing cost during mass production can be reduced, there is also an advantage that the cost of parts can be reduced. Here, in this embodiment, the input shaft 1 corresponds to the first rotating shaft, and the output shaft 2
Corresponds to the second rotating shaft, the cylindrical member 4 corresponds to the first cylindrical member, the cylindrical member 5 corresponds to the second cylindrical member, the oscillating section 21, the rectifying / smoothing circuits 22, 23 and the differential section. Amplifier 24
A and 24B constitute an electromotive force measuring means.

【0029】図7は本発明の第2実施例を示す図であっ
て、上記第1実施例の図4と同様に円筒部材4,5を固
定した状態の入力軸1,出力軸2の正面図である。な
お、上記第1実施例と同様の部材,部位には、同じ符号
を付し、その重複する説明は省略する。即ち、上記第1
実施例では、円筒部材4に軸方向に離隔して二列の窓4
a,…,4a、窓4b,…,4bを形成しているが、本
実施例では、円筒部材4に軸方向に長い窓4c,…,4
cを形成することにより、それら二列の窓4a,…,4
a、窓4b,…,4bを共通化したものである。これに
より、製造コストを低減できるという利点がある。その
他の作用効果は上記第1実施例と同様である。
FIG. 7 is a view showing a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4 of the first embodiment, the front surfaces of the input shaft 1 and the output shaft 2 with the cylindrical members 4 and 5 fixed thereto. FIG. The same members and portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. That is, the first
In the embodiment, two rows of windows 4 are axially separated from each other in the cylindrical member 4.
, 4a and windows 4b,..., 4b are formed. In the present embodiment, windows 4c,.
c, the two rows of windows 4a,.
a, windows 4b,..., 4b are shared. Thereby, there is an advantage that manufacturing cost can be reduced. Other functions and effects are the same as those of the first embodiment.

【0030】なお、上記実施例では、信頼性を向上させ
るために、差動アンプ24A,24B及びノイズ除去フ
ィルタ25A,25Bを二系統設けているが、これは必
ずしも必要ではなく、個々の回路の信頼性が十分であれ
ば一系統であっもよいし、逆に三系統以上設けてもよ
い。また、上記実施例では、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、本発明の適用対象はこれに限定
されるものではない。
In the above embodiment, two systems of the differential amplifiers 24A and 24B and the noise elimination filters 25A and 25B are provided in order to improve the reliability. However, this is not always necessary. If the reliability is sufficient, one system may be provided, or three or more systems may be provided. Further, in the above embodiment, the case where the torque sensor according to the present invention is applied to the electric power steering device for a vehicle has been described, but the application target of the present invention is not limited to this.

【0031】そして、上記実施例では、コイル10,1
1の自己誘導起電力を測定する構成としているが、発振
コイルを設けることにより相互誘導起電力を測定する構
成としてもよい。或いは、差動を採ることなく、一つの
コイルの自己誘導起電力,相互誘導起電力に基づいてト
ルクを求めるようにしてもよい。
In the above embodiment, the coils 10, 1
Although the configuration of measuring the self-induced electromotive force of Example 1 is adopted, the configuration of measuring the mutual induced electromotive force by providing an oscillation coil may be adopted. Alternatively, the torque may be obtained based on the self-induced electromotive force and the mutual induced electromotive force of one coil without taking the differential.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
非導電性で且つ強磁性の材料からなる第1の円筒部材
と、導電性で且つ非磁性の材料からなる第2の円筒部材
とを、第1の円筒部材を内側にして相対回転可能に同軸
に嵌め合わせるとともに、同軸に配設された第1及び第
2の回転軸をトーションバーを介して連結し、前記第1
及び第2の円筒部材と前記第1及び第2の回転軸とを同
軸に配設し、前記第1の円筒部材及び前記第1の回転軸
を回転方向に一体とし、前記第2の円筒部材及び前記第
2の回転軸を回転方向に一体とし、前記第1及び第2の
円筒部材のそれぞれにそれらの間の相対回転位置に応じ
て重なり具合が変化するように窓を形成し、そして、前
記第1及び第2の円筒部材の前記窓が形成された部分を
包囲するようにコイルを配設し、そのコイルに起電力を
誘導させてこれを測定する起電力測定手段を設け、その
起電力測定手段の測定結果に基づいて、前記第1及び第
2の回転軸に発生するトルクを検出するようにしたた
め、構造が簡易で済み、その分トルクセンサが配設され
る部分を従来に比べて小型化(細く)できるという利点
があり、変換機構が不要な分、精度が向上するという効
果がある。
As described above, according to the present invention,
A first cylindrical member made of a non-conductive and ferromagnetic material and a second cylindrical member made of a conductive and non-magnetic material are coaxially rotatable with the first cylindrical member inside. And the first and second rotating shafts arranged coaxially are connected via a torsion bar,
And a second cylindrical member and the first and second rotating shafts are disposed coaxially, and the first cylindrical member and the first rotating shaft are integrated in a rotational direction, and the second cylindrical member is provided. And the second rotation axis is integrally formed in the rotation direction, and a window is formed on each of the first and second cylindrical members so that the degree of overlap changes according to a relative rotation position between them. A coil is provided so as to surround a portion of the first and second cylindrical members where the window is formed, and an electromotive force measuring means for inducing an electromotive force in the coil to measure the electromotive force is provided. Since the torque generated in the first and second rotating shafts is detected based on the measurement result of the power measuring means, the structure is simple, and the portion where the torque sensor is disposed is correspondingly reduced in comparison with the related art. It has the advantage that it can be made smaller (thinner), and the conversion mechanism Needed for minute, there is an effect that the accuracy is improved.

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

【図1】本発明の第1実施例の構成を示す正断面図であ
る。
FIG. 1 is a front sectional view showing the configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A線における円筒部材の断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view of the cylindrical member taken along line AA of FIG.

【図3】図1のB−B線における円筒部材の断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view of the cylindrical member taken along the line BB of FIG. 1;

【図4】円筒部材を固定した状態の正面図である。FIG. 4 is a front view of a state in which the cylindrical member is fixed.

【図5】モータの制御回路の一例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a motor control circuit.

【図6】操舵トルクと差動アンプの出力との関係を示す
グラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a steering torque and an output of a differential amplifier.

【図7】本発明の第2実施例における円筒部材を固定し
た状態の正面図である。
FIG. 7 is a front view showing a state where a cylindrical member according to a second embodiment of the present invention is fixed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力軸(第1の回転軸) 2 出力軸(第2の回転軸) 3 トーションバー 4 円筒部材(第1の円筒部材) 4a,4b 窓 5 円筒部材(第2の円筒部材) 5a,5b 窓 10,11 コイル 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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input shaft (1st rotating shaft) 2 Output shaft (2nd rotating shaft) 3 Torsion bar 4 Cylindrical member (1st cylindrical member) 4a, 4b Window 5 Cylindrical member (2nd cylindrical member) 5a, 5b Windows 10, 11 Coil 21 Oscillator 22, 23 Rectifier / smoothing circuit 24A, 24B Differential amplifier 25A, 25B Noise removal filter 26 Torque calculator 27 Motor drive circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−114518(JP,A) 特開 平8−240492(JP,A) 特開 平8−240491(JP,A) 特開 平8−240490(JP,A) 特開 平4−220539(JP,A) 特開 昭57−190240(JP,A) 特公 平5−58128(JP,B2) 特公 昭63−45528(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 3/10 B62D 5/04 G01L 5/22 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-8-114518 (JP, A) JP-A-8-240492 (JP, A) JP-A-8-240491 (JP, A) JP-A-8-114 240490 (JP, A) JP-A-4-22039 (JP, A) JP-A-57-190240 (JP, A) JP-B 5-58128 (JP, B2) JP-B 63-45528 (JP, B2) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01L 3/10 B62D 5/04 G01L 5/22

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 非導電性で且つ強磁性の材料からなる第
1の円筒部材と、導電性で且つ非磁性の材料からなる第
2の円筒部材とを、第1の円筒部材を内側にして相対回
転可能に同軸に嵌め合わせるとともに、同軸に配設され
た第1及び第2の回転軸をトーションバーを介して連結
し、前記第1及び第2の円筒部材と前記第1及び第2の
回転軸とを同軸に配設し、前記第1の円筒部材及び前記
第1の回転軸を回転方向に一体とし、前記第2の円筒部
材及び前記第2の回転軸を回転方向に一体とし、前記第
1及び第2の円筒部材のそれぞれにそれらの間の相対回
転位置に応じて重なり具合が変化するように窓を形成
し、そして、前記第1及び第2の円筒部材の前記窓が形
成された部分を包囲するようにコイルを配設し、そのコ
イルに起電力を誘導させてこれを測定する起電力測定手
段を設け、その起電力測定手段の測定結果に基づいて、
前記第1及び第2の回転軸に発生するトルクを検出する
ことを特徴とするトルクセンサ。
1. A first cylindrical member made of a non-conductive and ferromagnetic material and a second cylindrical member made of a conductive and non-magnetic material, with the first cylindrical member inside. The first and second rotating shafts are coaxially fitted with each other via a torsion bar, and are coaxially fitted with each other so as to be rotatable relative to each other. A rotation axis is disposed coaxially, the first cylindrical member and the first rotation axis are integrated in the rotation direction, the second cylindrical member and the second rotation axis are integrated in the rotation direction, A window is formed in each of the first and second cylindrical members such that the degree of overlap changes according to a relative rotational position therebetween, and the windows of the first and second cylindrical members are formed. A coil is arranged so as to surround the part where the And an electromotive force measuring means for measuring this, based on the measurement result of the electromotive force measuring means,
A torque sensor for detecting torque generated in the first and second rotating shafts.
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