JP3513052B2 - トルク検出装置 - Google Patents
トルク検出装置Info
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- JP3513052B2 JP3513052B2 JP15431899A JP15431899A JP3513052B2 JP 3513052 B2 JP3513052 B2 JP 3513052B2 JP 15431899 A JP15431899 A JP 15431899A JP 15431899 A JP15431899 A JP 15431899A JP 3513052 B2 JP3513052 B2 JP 3513052B2
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- torque
- fixed
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
- B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
- B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/105—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Power Steering Mechanism (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、自動車のパワー
ステアリング機構等、回転軸に外力が印加された際のト
ルクを非接触で検出するためのトルク検出装置に関する
ものである。
ステアリング機構等、回転軸に外力が印加された際のト
ルクを非接触で検出するためのトルク検出装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車のパワーステアリング機構におい
ては、パワーアシストの量を決定するために、操舵輪に
加わるトルクを検出する必要がある。このためのトルク
検出装置としては例えば実開平１−１８０７３７号公報
にて開示されたトルク検出装置がある。この装置の構造
を図６に基づいて説明する。図において、１は図示しな
い操舵輪が取付けられた第１の軸、２は操舵機構の図示
しないピニオンギアが取付けられた第２の軸、３は、第
１の軸１と第２の軸２の中心軸上に設けられ、２つの軸
を捻り方向に弾性的に接続するトーションバー、４は筒
状のケース、５はケース４内に備えられたボビン、６は
軸１とケース４を回転自在に固定するベアリング、１１
及び１２はそれぞれ第１の軸１に固着された、軟磁性材
料よりなる第１，第２の円筒、１３及び１４は、それぞ
れ第２の軸２に固着された、軟磁性材料よりなる第３，
第４の円筒、１１ａ〜１４ａはそれぞれ第１〜第４の円
筒に設けられた歯部、２１ａ〜２１ｄはそれぞれボビン
５に巻装された第１〜第４のコイルである。
ては、パワーアシストの量を決定するために、操舵輪に
加わるトルクを検出する必要がある。このためのトルク
検出装置としては例えば実開平１−１８０７３７号公報
にて開示されたトルク検出装置がある。この装置の構造
を図６に基づいて説明する。図において、１は図示しな
い操舵輪が取付けられた第１の軸、２は操舵機構の図示
しないピニオンギアが取付けられた第２の軸、３は、第
１の軸１と第２の軸２の中心軸上に設けられ、２つの軸
を捻り方向に弾性的に接続するトーションバー、４は筒
状のケース、５はケース４内に備えられたボビン、６は
軸１とケース４を回転自在に固定するベアリング、１１
及び１２はそれぞれ第１の軸１に固着された、軟磁性材
料よりなる第１，第２の円筒、１３及び１４は、それぞ
れ第２の軸２に固着された、軟磁性材料よりなる第３，
第４の円筒、１１ａ〜１４ａはそれぞれ第１〜第４の円
筒に設けられた歯部、２１ａ〜２１ｄはそれぞれボビン
５に巻装された第１〜第４のコイルである。
【０００３】次に、動作について説明する。第１の軸１
に操舵輪からのトルクが印加されると、トーションバー
３に捻り変形が発生し、第１の軸１と第２の軸２に相対
角度ずれが発生する。すると、それぞれの軸に固着され
た第１の円筒１１と第３の円筒１３に周方向の相対変位
が発生し、それぞれの円筒に設けられた歯部１１ａと１
３ａの、磁路となる対向面積が変化するため、第１のコ
イル２１ａのインダクタンスが変化する。図示しない検
出回路によってこのインダクタンスの変化を検出するこ
とにより、トルクを求める事ができる。しかし、第１の
コイル２１ａのインダクタンスは、トルクによってのみ
ならず、温度によっても変化するため、トーションバー
の捻れによってはインダクタンスが変化せず、温度によ
ってのみ第１のコイルと同様にインダクタンスの変化す
る第３のコイル２１ｃを設け、そのインダクタンスを検
出する事により、温度補償を行っている。以上のよう
に、第１、第３の円筒と、第１、第３のコイルよりなる
第１の検出セットだけでも温度補償のされたトルク計測
が可能であるが、この従来例では、さらに第２の検出セ
ットを備えている。第２の円筒１２と第４の円筒１４
は、第１の検出セットと同じく、それぞれ第１の軸１と
第２の軸２に固着されているので、第２、第４のコイル
とで第２の検出セットを構成し、第１の検出セットと同
様に動作する。したがって、どちらかの検出セットに断
線等の故障が発生した場合にも他方の出力によってシス
テムを動作させることが可能な２重安全機能を備えてい
る。
に操舵輪からのトルクが印加されると、トーションバー
３に捻り変形が発生し、第１の軸１と第２の軸２に相対
角度ずれが発生する。すると、それぞれの軸に固着され
た第１の円筒１１と第３の円筒１３に周方向の相対変位
が発生し、それぞれの円筒に設けられた歯部１１ａと１
３ａの、磁路となる対向面積が変化するため、第１のコ
イル２１ａのインダクタンスが変化する。図示しない検
出回路によってこのインダクタンスの変化を検出するこ
とにより、トルクを求める事ができる。しかし、第１の
コイル２１ａのインダクタンスは、トルクによってのみ
ならず、温度によっても変化するため、トーションバー
の捻れによってはインダクタンスが変化せず、温度によ
ってのみ第１のコイルと同様にインダクタンスの変化す
る第３のコイル２１ｃを設け、そのインダクタンスを検
出する事により、温度補償を行っている。以上のよう
に、第１、第３の円筒と、第１、第３のコイルよりなる
第１の検出セットだけでも温度補償のされたトルク計測
が可能であるが、この従来例では、さらに第２の検出セ
ットを備えている。第２の円筒１２と第４の円筒１４
は、第１の検出セットと同じく、それぞれ第１の軸１と
第２の軸２に固着されているので、第２、第４のコイル
とで第２の検出セットを構成し、第１の検出セットと同
様に動作する。したがって、どちらかの検出セットに断
線等の故障が発生した場合にも他方の出力によってシス
テムを動作させることが可能な２重安全機能を備えてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のトルク検出装置
は、以上のように構成されているので、第１〜第４の円
筒は、多数の歯を持った複雑な形状となり、かつ、高い
寸法精度を求められるので、生産コストが高く付くとい
う課題があった。また、円筒間の周方向の相対変位によ
って発生する、歯部の対向面積の変化による磁気抵抗の
変化率は、あまり大きくできないために、高感度化が難
しく、温度変化等の誤差要因の影響を受けやすいという
課題があった。また、感度が低いために、十分な精度を
確保するためには、一定トルクに対するトーションバー
の稔れ角を大きくして対向面積の変化を稼がざるを得
ず、トーションバーの剛性を高くする事ができなかっ
た。従って、自動車のパワーステアリング横構に用いる
場合には、ふわふわとした頼りない操作フィーリングに
なるという課題があった。
は、以上のように構成されているので、第１〜第４の円
筒は、多数の歯を持った複雑な形状となり、かつ、高い
寸法精度を求められるので、生産コストが高く付くとい
う課題があった。また、円筒間の周方向の相対変位によ
って発生する、歯部の対向面積の変化による磁気抵抗の
変化率は、あまり大きくできないために、高感度化が難
しく、温度変化等の誤差要因の影響を受けやすいという
課題があった。また、感度が低いために、十分な精度を
確保するためには、一定トルクに対するトーションバー
の稔れ角を大きくして対向面積の変化を稼がざるを得
ず、トーションバーの剛性を高くする事ができなかっ
た。従って、自動車のパワーステアリング横構に用いる
場合には、ふわふわとした頼りない操作フィーリングに
なるという課題があった。
【０００５】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたもので、簡単な構造で、高精度であり、剛
性の高いトルク検出装置を得ることを目的とする。
めになされたもので、簡単な構造で、高精度であり、剛
性の高いトルク検出装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、同軸配
置され、かつ互いに先端側が対向する第１の軸および第
２の軸を有し、両軸相互間に作用するトルクを検出する
トルク検出装置において、上記第１の軸と第２の軸との
間に接続されて上記第１及び第２の軸間の捻れ方向のト
ルクに応じて、捻れ変位を生ずる弾性部材と、両端を、
それぞれ第１及び第２の軸に固定又は支持されて、か
つ、弧状をなし、第１及び第２の軸間の相対稔れ角に応
じて、固定された両端間の距離が変化することで弧の曲
率が変化して、その中央部が変位する可動体と、上記可
動体の変位を検出する手段を備え、可動体は、第１の軸
及び第２の軸の長手方向のいずれか一方の方向に弧状に
変形されたものとした。また、可動体に磁性をもたせ、
磁気的に可動体の変位を検出する手段を備えた。また、
可動体は導電性を備えており、可動体に生ずる渦電流で
可動体の変位を検出する手段を備えた。また、可動体は
アモルファス帯で構成した。また、同軸配置され、かつ
互いに先端側が対向する第１の軸および第２の軸を有
し、両軸相互間に作用するトルクを検出するトルク検出
装置において、上記第１の軸と第２の軸との間に接続さ
れて上記第１及び第２の軸間の捻れ方向のトルクに応じ
て、捻れ変位を生ずる弾性部材と、両端を、それぞれ第
１及び第２の軸に固定又は支持されて、かつ、弧状をな
し、第１及び第２の軸間の相対稔れ角に応じて、固定さ
れた両端間の距離が変化することで弧の曲率が変化し
て、その中央部が変位する可動体と、上記可動体の変位
を検出する手段を備えるとともに、上記弾性部材を棒状
となし、この弾性部材の外周側に位置する筒状の支持部
材を設け、上記第１の軸の弾性部材が接続された端部を
弾性部材に沿って延長させて、当該延長部を上記支持部
材の中を介して貫通させて、上記支持部材は第２の軸側
を当該第２の端部に固定してこの支持部材に設けた開口
部を介して可動体の一端部を上記第１の軸の上記延長部
に取付け、可動体の他端部を上記支持部材に取付けた。
また、上記延長部は上記第１の軸の外側に位置するよう
な筒状部となし、この筒状部の先端を上記第２の軸の端
部に設けた穴に回動自在に嵌入して支承した。
置され、かつ互いに先端側が対向する第１の軸および第
２の軸を有し、両軸相互間に作用するトルクを検出する
トルク検出装置において、上記第１の軸と第２の軸との
間に接続されて上記第１及び第２の軸間の捻れ方向のト
ルクに応じて、捻れ変位を生ずる弾性部材と、両端を、
それぞれ第１及び第２の軸に固定又は支持されて、か
つ、弧状をなし、第１及び第２の軸間の相対稔れ角に応
じて、固定された両端間の距離が変化することで弧の曲
率が変化して、その中央部が変位する可動体と、上記可
動体の変位を検出する手段を備え、可動体は、第１の軸
及び第２の軸の長手方向のいずれか一方の方向に弧状に
変形されたものとした。また、可動体に磁性をもたせ、
磁気的に可動体の変位を検出する手段を備えた。また、
可動体は導電性を備えており、可動体に生ずる渦電流で
可動体の変位を検出する手段を備えた。また、可動体は
アモルファス帯で構成した。また、同軸配置され、かつ
互いに先端側が対向する第１の軸および第２の軸を有
し、両軸相互間に作用するトルクを検出するトルク検出
装置において、上記第１の軸と第２の軸との間に接続さ
れて上記第１及び第２の軸間の捻れ方向のトルクに応じ
て、捻れ変位を生ずる弾性部材と、両端を、それぞれ第
１及び第２の軸に固定又は支持されて、かつ、弧状をな
し、第１及び第２の軸間の相対稔れ角に応じて、固定さ
れた両端間の距離が変化することで弧の曲率が変化し
て、その中央部が変位する可動体と、上記可動体の変位
を検出する手段を備えるとともに、上記弾性部材を棒状
となし、この弾性部材の外周側に位置する筒状の支持部
材を設け、上記第１の軸の弾性部材が接続された端部を
弾性部材に沿って延長させて、当該延長部を上記支持部
材の中を介して貫通させて、上記支持部材は第２の軸側
を当該第２の端部に固定してこの支持部材に設けた開口
部を介して可動体の一端部を上記第１の軸の上記延長部
に取付け、可動体の他端部を上記支持部材に取付けた。
また、上記延長部は上記第１の軸の外側に位置するよう
な筒状部となし、この筒状部の先端を上記第２の軸の端
部に設けた穴に回動自在に嵌入して支承した。
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１によるトルク検出装置を示す正面一部断面
図である。図において、従来例である図６と同一もしく
は同等の部材および部位には同一符号を付す。図１にお
いて、１は図示しない操舵輪が取付けられた第１の軸、
２は操舵機構の図示しないピニオンギアが取付けられた
第２の軸であり、それぞれベアリング６ａ，６ｂによっ
て筒状のケース４の両端側に回転自在に位置されてい
る。３は第１の軸１と第２の軸２の対向する端部間に接
続され、かつ、この第１の軸１及び第２の軸２の中心軸
上に設けられ、２つの軸を捻り方向に弾性的に接続する
棒状のトーションバーであり、５ａ，５ｂはケース４内
周に沿って備えられたボビン、２１ａ，２１ｂはそれぞ
れボビン５ａ，５ｂに巻装された第１，第２のコイル、
２２ａ〜２２ｃは、コイル２１ａ，２１ｂの外側を覆う
様に設けられた軟磁性材料より成るヨーク、３２は左端
を第２の軸２に固定された支持部材であり（図２参
照）、３３ａ〜３３ｄは第１の軸１の外周上に固定さ
れ、支持部材３２に設けられた開口部から頭を出した支
持部材である。図３及び図４はそれぞれ、図１に示すト
ルク検出装置に、矢印で示す方向のトルクが印加された
場合の図１に示すＡ−Ａ断面図、およびＢ−Ｂ断面図で
ある。図において、３１ａ〜３１ｄは、コバルト系アモ
ルファスの平帯より成り、それぞれ弓なりに反る様に片
端を支持部材３２に、他端を固定部材３３ａ〜３３ｄに
固定された弧状の可動体である。なお、第１の軸１のト
ーションバー３が接続された端部は、トーションバー３
の外周に沿って延長する筒状部となった延長部１ｆを有
している。
実施の形態１によるトルク検出装置を示す正面一部断面
図である。図において、従来例である図６と同一もしく
は同等の部材および部位には同一符号を付す。図１にお
いて、１は図示しない操舵輪が取付けられた第１の軸、
２は操舵機構の図示しないピニオンギアが取付けられた
第２の軸であり、それぞれベアリング６ａ，６ｂによっ
て筒状のケース４の両端側に回転自在に位置されてい
る。３は第１の軸１と第２の軸２の対向する端部間に接
続され、かつ、この第１の軸１及び第２の軸２の中心軸
上に設けられ、２つの軸を捻り方向に弾性的に接続する
棒状のトーションバーであり、５ａ，５ｂはケース４内
周に沿って備えられたボビン、２１ａ，２１ｂはそれぞ
れボビン５ａ，５ｂに巻装された第１，第２のコイル、
２２ａ〜２２ｃは、コイル２１ａ，２１ｂの外側を覆う
様に設けられた軟磁性材料より成るヨーク、３２は左端
を第２の軸２に固定された支持部材であり（図２参
照）、３３ａ〜３３ｄは第１の軸１の外周上に固定さ
れ、支持部材３２に設けられた開口部から頭を出した支
持部材である。図３及び図４はそれぞれ、図１に示すト
ルク検出装置に、矢印で示す方向のトルクが印加された
場合の図１に示すＡ−Ａ断面図、およびＢ−Ｂ断面図で
ある。図において、３１ａ〜３１ｄは、コバルト系アモ
ルファスの平帯より成り、それぞれ弓なりに反る様に片
端を支持部材３２に、他端を固定部材３３ａ〜３３ｄに
固定された弧状の可動体である。なお、第１の軸１のト
ーションバー３が接続された端部は、トーションバー３
の外周に沿って延長する筒状部となった延長部１ｆを有
している。
【００１５】この場合、上記第１の軸１，第２の軸２は
端部に穴部１ｍ，２ｍを有し、第１の軸１の穴部１ｍと
第２の軸２の穴部２ｍにトーションバー３の両端が嵌合
される。上記トーションバー３の両端にはピン孔３ａが
設けられて、このピン孔３ａに、図外のピンを、上記第
１の軸１及び第２の軸２に設けた図外の孔を介して嵌入
することで、第１の軸１、第２の軸２の各端部間にトー
ションバー３を接続する。
端部に穴部１ｍ，２ｍを有し、第１の軸１の穴部１ｍと
第２の軸２の穴部２ｍにトーションバー３の両端が嵌合
される。上記トーションバー３の両端にはピン孔３ａが
設けられて、このピン孔３ａに、図外のピンを、上記第
１の軸１及び第２の軸２に設けた図外の孔を介して嵌入
することで、第１の軸１、第２の軸２の各端部間にトー
ションバー３を接続する。
【００１６】上記支持部材３２は、両端が開口する筒体
より成り、図２に示すように第２の軸２の端部に固定さ
れた大径のベース部３２ａと、このベース部３２ａより
突出する本体部３２ｂより成り、上記本体部３２ｂのほ
ぼ中央と先端とに、リング状のリブ３２ｃを有してい
る。支部部材３２は樹脂モールドで成形されるので、こ
のリブ３２ｃは、成形時の歪み防止と、成形後の強度確
保のために設けられる。このような構成の第２の軸２に
固定された筒体より成る支持部材３２の中に第１の軸１
の端部より突出する筒状の延長部１ｆ及び上記トーショ
ンバー３を貫通させる如く位置させている。
より成り、図２に示すように第２の軸２の端部に固定さ
れた大径のベース部３２ａと、このベース部３２ａより
突出する本体部３２ｂより成り、上記本体部３２ｂのほ
ぼ中央と先端とに、リング状のリブ３２ｃを有してい
る。支部部材３２は樹脂モールドで成形されるので、こ
のリブ３２ｃは、成形時の歪み防止と、成形後の強度確
保のために設けられる。このような構成の第２の軸２に
固定された筒体より成る支持部材３２の中に第１の軸１
の端部より突出する筒状の延長部１ｆ及び上記トーショ
ンバー３を貫通させる如く位置させている。
【００１７】なお、第１の軸１の延長部１ｆは筒状部と
なり、上記支持部材３２を非接触で貫通しており、その
先端部１ｎは小径の筒状となっており、第２の軸２の端
部の穴部２ｍの出口側の穴２ｎに回動自在に嵌合する。
ここで、この先端部１ｎと穴２ｎの内面との間にブッシ
ュを介在させることで、第１の軸１を回動自在に支承す
る。このような支承構造とすることにより、第１の軸１
と第２の軸２との間に曲げ方向の力が加わっても、第１
の軸１の先端部１ｎが穴２ｎ内のブッシュで回転自在に
支承されるので、第１の軸１と第２の軸２との曲げ方向
の変形が生じない。このため、剛性を高め得る。
なり、上記支持部材３２を非接触で貫通しており、その
先端部１ｎは小径の筒状となっており、第２の軸２の端
部の穴部２ｍの出口側の穴２ｎに回動自在に嵌合する。
ここで、この先端部１ｎと穴２ｎの内面との間にブッシ
ュを介在させることで、第１の軸１を回動自在に支承す
る。このような支承構造とすることにより、第１の軸１
と第２の軸２との間に曲げ方向の力が加わっても、第１
の軸１の先端部１ｎが穴２ｎ内のブッシュで回転自在に
支承されるので、第１の軸１と第２の軸２との曲げ方向
の変形が生じない。このため、剛性を高め得る。
【００１８】中央のリブ３２ｃを隔てて本体部３２ｂの
左，右には上，下に一対の開口部３２ｍ，３２ｎが設け
られている。上，下の開口部３２ｍ，３２ｍに対応する
部位に第１の軸１の延長部１ｆの外周より固定部材３３
ａ，３３ｂを突出させ、これら固定部材３３ａ，３３ｂ
に支持部材３２の外側に沿うように弓状（弧状）に変形
された平帯より成り、かつ互いに対向する可動体３１
ａ，３１ｂの一端を、ねじ等で固定し、また、この可動
体３１ａ，３１ｂの他端を支持部材３２の上記開口部３
２ｍ側に設けた固定部材３２ｔ，３２ｔにねじ等で固定
している。このように、可動体３１ａ，３１ｂは一端が
延長部１ｆを介して第１の軸１に、他端が支持部材３２
を介して第２の軸２に固定される構成となっている。な
お、可動体３１ａは上端が固定部材３２ｔに、下端が固
定部材３３ａに、可動体３１ｂは上端が固定部材３３ｂ
に、下端が固定部材３２ｔに固定されて、取付け関係
は、上，下逆の関係となっている。
左，右には上，下に一対の開口部３２ｍ，３２ｎが設け
られている。上，下の開口部３２ｍ，３２ｍに対応する
部位に第１の軸１の延長部１ｆの外周より固定部材３３
ａ，３３ｂを突出させ、これら固定部材３３ａ，３３ｂ
に支持部材３２の外側に沿うように弓状（弧状）に変形
された平帯より成り、かつ互いに対向する可動体３１
ａ，３１ｂの一端を、ねじ等で固定し、また、この可動
体３１ａ，３１ｂの他端を支持部材３２の上記開口部３
２ｍ側に設けた固定部材３２ｔ，３２ｔにねじ等で固定
している。このように、可動体３１ａ，３１ｂは一端が
延長部１ｆを介して第１の軸１に、他端が支持部材３２
を介して第２の軸２に固定される構成となっている。な
お、可動体３１ａは上端が固定部材３２ｔに、下端が固
定部材３３ａに、可動体３１ｂは上端が固定部材３３ｂ
に、下端が固定部材３２ｔに固定されて、取付け関係
は、上，下逆の関係となっている。
【００１９】また、図４に示すように、上，下の開口部
３２ｎ，３２ｎに対応する部位に、第１の軸１の外周よ
り固定部材３３ｃ，３３ｄを突出させ、これら固定部材
３３ｃ，３３ｄに支持部材３２の外側に沿うように弧状
に変形された平帯より成り、かつ、互いに対向する可動
体３１ｃ，３１ｄの一端をねじ等で固定し、可動体３１
ｃ，３１ｄの他端を支持部材３２の上記開口部３２ｎ側
に設けた固定部材３２ｆにねじ等で固定している。この
ように可動体３１ｃ，３１ｄは一端が第１の軸１に、他
端が支持部材３２に固定されることになる。この場合
も、可動体３１ｃ，３１ｄは上，下逆の関係となってい
る。
３２ｎ，３２ｎに対応する部位に、第１の軸１の外周よ
り固定部材３３ｃ，３３ｄを突出させ、これら固定部材
３３ｃ，３３ｄに支持部材３２の外側に沿うように弧状
に変形された平帯より成り、かつ、互いに対向する可動
体３１ｃ，３１ｄの一端をねじ等で固定し、可動体３１
ｃ，３１ｄの他端を支持部材３２の上記開口部３２ｎ側
に設けた固定部材３２ｆにねじ等で固定している。この
ように可動体３１ｃ，３１ｄは一端が第１の軸１に、他
端が支持部材３２に固定されることになる。この場合
も、可動体３１ｃ，３１ｄは上，下逆の関係となってい
る。
【００２０】上記トーションバー３の長手方向中心位置
は、図示右方の可動体３１ａ，３１ｂの構造体と３１
ｃ，３１ｄの構造体との中間位置が対応しており、トー
ションバー３に捻れが加わると、このトーションバー３
は長手方向中心位置を隔てて左，右が反対方向に変位す
るので、上記可動体３１ａ，３１ｂには、矢印で示す互
いに反対方向に力が作用して反対方向に変形することに
なる。このように、可動体３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３
１ｄは一端が延長部１ｆを介して第１の軸１に接続さ
れ、他端が支持部材３２を介して第２の軸２に接続され
るので、第１の軸１，第２の軸２間の捻れ変位を検出可
能となる。
は、図示右方の可動体３１ａ，３１ｂの構造体と３１
ｃ，３１ｄの構造体との中間位置が対応しており、トー
ションバー３に捻れが加わると、このトーションバー３
は長手方向中心位置を隔てて左，右が反対方向に変位す
るので、上記可動体３１ａ，３１ｂには、矢印で示す互
いに反対方向に力が作用して反対方向に変形することに
なる。このように、可動体３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３
１ｄは一端が延長部１ｆを介して第１の軸１に接続さ
れ、他端が支持部材３２を介して第２の軸２に接続され
るので、第１の軸１，第２の軸２間の捻れ変位を検出可
能となる。
【００２１】次に、動作について説明する。第１の軸１
に、操舵輪から、例えば図１に示す矢印回転方向のトル
クが印加されると、トーションバー３にトルクの大きさ
に応じた量の稔り変形が発生する。すると、第１の軸１
と第２の軸２に相対角度ずれが発生し、第１の軸１の延
長部１ｆに固定された固定部材３３ａ〜３３ｄと、第２
の軸２に固定された支持部材３２との間に周方向の相対
変位が発生する。すると、図３に示すように、可動体３
１ａ，３１ｂは、両側から弾性的に押し縮められて中央
部が外側に膨れるように変位し、図４に示すように、可
動体３１ｃ，３１ｄは、両側から引き延ばされて中央部
が内側にへこむように変位する。
に、操舵輪から、例えば図１に示す矢印回転方向のトル
クが印加されると、トーションバー３にトルクの大きさ
に応じた量の稔り変形が発生する。すると、第１の軸１
と第２の軸２に相対角度ずれが発生し、第１の軸１の延
長部１ｆに固定された固定部材３３ａ〜３３ｄと、第２
の軸２に固定された支持部材３２との間に周方向の相対
変位が発生する。すると、図３に示すように、可動体３
１ａ，３１ｂは、両側から弾性的に押し縮められて中央
部が外側に膨れるように変位し、図４に示すように、可
動体３１ｃ，３１ｄは、両側から引き延ばされて中央部
が内側にへこむように変位する。
【００２２】第１のコイル２１ａによって発生する磁束
は、ヨーク２２ａ，２２ｂ，可動体３１ａ，３１ｂを通
る磁気回路を構成しており、第２のコイル２１ｂによっ
て発生する磁束は、ヨーク２２ｂ，２２ｃ，可動体３１
ｃ，３１ｄを通る磁気回路を構成しているが、ヨーク及
び可動体は軟磁性材料で構成されており、磁気抵抗が非
常に小さいため、これらの磁気回路の磁気抵抗は、主に
ヨークと可動体との間のエアギャップの厚さによって決
まる。したがって、第１のコイル２１ａはエアギャップ
が小さく磁気抵抗が小さいため、インダクタンスが大き
くなり、第２のコイル２１ｂはエアギャップが大きく磁
気抵抗が大きいため、インダクタンスが小さくなる。こ
のインダクタンス変化を電気的に検出することによっ
て、トーションバーの捻れ量、ひいてはトルクの大きさ
を知ることができる。
は、ヨーク２２ａ，２２ｂ，可動体３１ａ，３１ｂを通
る磁気回路を構成しており、第２のコイル２１ｂによっ
て発生する磁束は、ヨーク２２ｂ，２２ｃ，可動体３１
ｃ，３１ｄを通る磁気回路を構成しているが、ヨーク及
び可動体は軟磁性材料で構成されており、磁気抵抗が非
常に小さいため、これらの磁気回路の磁気抵抗は、主に
ヨークと可動体との間のエアギャップの厚さによって決
まる。したがって、第１のコイル２１ａはエアギャップ
が小さく磁気抵抗が小さいため、インダクタンスが大き
くなり、第２のコイル２１ｂはエアギャップが大きく磁
気抵抗が大きいため、インダクタンスが小さくなる。こ
のインダクタンス変化を電気的に検出することによっ
て、トーションバーの捻れ量、ひいてはトルクの大きさ
を知ることができる。
【００２３】コイルのインダクタンスは、ほぼ平均エア
ギャップの逆数に比例するので、トーションバーの捻れ
角が同じ場合、エアギャップの初期値を小さくしておけ
ば、歯形構造を持つ従来のトルクセンサに比べて、はる
かに大きなインダクタンス変化が得られ、高感度なトル
クセンサが得られる。従って、トーションバーの剛性を
上げ、一定トルクに対する第１の軸１と第２の軸２に相
対角度ずれを小さくしてもトルクを正確に計測する事が
できるので、トルクセンサに高い剛性が求められる用途
にも使用することができる。コイルのインダクタンス
は、トルクによってのみならず、温度によっても変化す
るため、同様の温度特性を持つ２セットのコイルを備
え、そのインダクタンス変化を差動増幅する事によって
温度補償を行っている。実際には、この様な温度補償を
行っても温度変化による出力変化を完全には除去できな
いため、いくらかの誤差要因となるが、この実施の形態
によるトルクセンサでは、上記のように、トルクよる感
度が大きいので、温度変化等による誤差要因の影響を受
けにくい。
ギャップの逆数に比例するので、トーションバーの捻れ
角が同じ場合、エアギャップの初期値を小さくしておけ
ば、歯形構造を持つ従来のトルクセンサに比べて、はる
かに大きなインダクタンス変化が得られ、高感度なトル
クセンサが得られる。従って、トーションバーの剛性を
上げ、一定トルクに対する第１の軸１と第２の軸２に相
対角度ずれを小さくしてもトルクを正確に計測する事が
できるので、トルクセンサに高い剛性が求められる用途
にも使用することができる。コイルのインダクタンス
は、トルクによってのみならず、温度によっても変化す
るため、同様の温度特性を持つ２セットのコイルを備
え、そのインダクタンス変化を差動増幅する事によって
温度補償を行っている。実際には、この様な温度補償を
行っても温度変化による出力変化を完全には除去できな
いため、いくらかの誤差要因となるが、この実施の形態
によるトルクセンサでは、上記のように、トルクよる感
度が大きいので、温度変化等による誤差要因の影響を受
けにくい。
【００２４】トルクに応じて可動体３１ａ〜３１ｄが弾
性変形する場合、可動体３１ａ〜３１ｄの厚さが厚い
と、一定の変形に対して可動体に大きな応力が発生する
ので、厚さが薄く、耐力も大きいアモルファス帯を用い
た。また、耐腐食性も考慮してコバルト系のアモルファ
ス帯を使用した。
性変形する場合、可動体３１ａ〜３１ｄの厚さが厚い
と、一定の変形に対して可動体に大きな応力が発生する
ので、厚さが薄く、耐力も大きいアモルファス帯を用い
た。また、耐腐食性も考慮してコバルト系のアモルファ
ス帯を使用した。
【００２５】実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２によるトルク検出装置を
示す正面一部断面図である。３２は実施の形態１と同じ
く左端の大径部を第２の軸２に固定された筒状の支持部
材、３３ｇは第１の軸１の延長部１ｆの外周上に固定さ
れ、かつ、支持部材３２に設けられた開口部から頭を出
した固定部材、３２ｗは支持部材３２に設けられた固定
部材、上記固定部材３３ｇ及び固定部材３２ｗの可動体
固定部には横方向の穴が開いており、軸方向の一方方向
に弓なりに反らせた線状の可動体３１ｇの両端がこの穴
に挿入されている。可動体３１ｇは自身のバネ性によっ
て広がろうとする力で固定部材３２ｗ，３３ｇに設けら
れた横方向の穴の間で突っ張って留まっている。実施の
形態１では、可動体３１ａ，３１ｂの両端を、動かない
ように固定部材３２ｔと固定部材３３ａ，３３ｂ間に固
定したが、この実施の形態２では、穴（または溝であっ
ても良い）に可動体３１ｇの両端を差し込むだけで周方
向には回転自在に支持する構造とした。このようにする
と、組立が簡単になるだけでなく、動作時に可動体の固
定部に曲げ応力が発生しないので、耐久性を上げること
ができる。
示す正面一部断面図である。３２は実施の形態１と同じ
く左端の大径部を第２の軸２に固定された筒状の支持部
材、３３ｇは第１の軸１の延長部１ｆの外周上に固定さ
れ、かつ、支持部材３２に設けられた開口部から頭を出
した固定部材、３２ｗは支持部材３２に設けられた固定
部材、上記固定部材３３ｇ及び固定部材３２ｗの可動体
固定部には横方向の穴が開いており、軸方向の一方方向
に弓なりに反らせた線状の可動体３１ｇの両端がこの穴
に挿入されている。可動体３１ｇは自身のバネ性によっ
て広がろうとする力で固定部材３２ｗ，３３ｇに設けら
れた横方向の穴の間で突っ張って留まっている。実施の
形態１では、可動体３１ａ，３１ｂの両端を、動かない
ように固定部材３２ｔと固定部材３３ａ，３３ｂ間に固
定したが、この実施の形態２では、穴（または溝であっ
ても良い）に可動体３１ｇの両端を差し込むだけで周方
向には回転自在に支持する構造とした。このようにする
と、組立が簡単になるだけでなく、動作時に可動体の固
定部に曲げ応力が発生しないので、耐久性を上げること
ができる。
【００２６】また、実施の形態１では、トルクに応じて
第１の軸１と第２の軸２に相対角度ずれが発生すると、
可動体の中央部が径方向に変位する様に構成されていた
が、この実施の形態２では、図示矢印方向のトルクが印
加されると、可動体３１ｇが押縮められて、中央部が軸
方向の図示右側に変位する。すると、コイル２１ｂに対
して、コイル２１ａのインダクタンスが大きくなるの
で、これを電気的に検出することによって、実施の形態
１と同様にトルクの大きさを知ることができる。
第１の軸１と第２の軸２に相対角度ずれが発生すると、
可動体の中央部が径方向に変位する様に構成されていた
が、この実施の形態２では、図示矢印方向のトルクが印
加されると、可動体３１ｇが押縮められて、中央部が軸
方向の図示右側に変位する。すると、コイル２１ｂに対
して、コイル２１ａのインダクタンスが大きくなるの
で、これを電気的に検出することによって、実施の形態
１と同様にトルクの大きさを知ることができる。
【００２７】なお、上記実施の形態では可動体を軟磁性
材料で構成し、径方向変位を磁気回路の磁気抵抗の変化
として捕らえたが、径方向変位を、仝知の渦電流変位計
の原理を用いて捕らえても良い。図１と同じ構成，形状
のコイル及び可動体を用いて可動体の材質のみを磁性材
から非磁性の導体に変更した場合、トーションバー３の
捻りに応じて可動体の中央部が外側に変位すると、コイ
ルに交流電流を流した場合に可動体に渦電流が発生し易
くなり、コイルのインビーダンスの実数成分が大きくな
る。これを電気的に検出することによってトルクを求め
る事ができる。
材料で構成し、径方向変位を磁気回路の磁気抵抗の変化
として捕らえたが、径方向変位を、仝知の渦電流変位計
の原理を用いて捕らえても良い。図１と同じ構成，形状
のコイル及び可動体を用いて可動体の材質のみを磁性材
から非磁性の導体に変更した場合、トーションバー３の
捻りに応じて可動体の中央部が外側に変位すると、コイ
ルに交流電流を流した場合に可動体に渦電流が発生し易
くなり、コイルのインビーダンスの実数成分が大きくな
る。これを電気的に検出することによってトルクを求め
る事ができる。
【００２８】なお、図５の例では、可動体３１ｇを支持
部材３２の片側に１個設けているが反対側にも設けても
良い。また、図１の例では、可動体３１ａ〜３１ｃを４
本設けることに限定されず、１個でも良い。
部材３２の片側に１個設けているが反対側にも設けても
良い。また、図１の例では、可動体３１ａ〜３１ｃを４
本設けることに限定されず、１個でも良い。
【００２９】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、第１の軸と第
２の軸との間に接続されて上記第１及び第２の軸間の捻
れ方向のトルクに応じて、捻れ変位を生ずる弾性部材
と、両端を、それぞれ第１及び第２の軸に固定又は支持
されて、かつ、弧状をなし、第１及び第２の軸間の相対
稔れ角に応じて、固定された両端間の距離が変化するこ
とで弧の曲率が変化して、その中央部が変位する可動体
と、上記可動体の変位を検出する手段を備え、可動体
は、第１の軸及び第２の軸の長手方向のいずれか一方の
方向に弧状に変形されたものとしたので、複雑な歯形構
造を高精度に加工する必要がなく、組立てが簡単で生産
コストが低いトルクセンサが得られる効果がある。ま
た、高感度であり温度変化などによる誤差要因の影響を
受けにくく、剛性の高いトルクセンサが得られる効果が
ある。また、可動体をコンパクトな形状とできる。ま
た、可動体に磁性をもたせ、磁気的に可動体の変位を検
出する手段を備えたので、トルク検出を簡単にしかも正
確に行える。また、可動体は導電性を備えており、可動
体に生ずる渦電流で可動体の変位を検出する手段を備え
たので、トルク検出を簡単にしかも正確に行える。ま
た、可動体はアモルファス帯で構成したので、構造が簡
単となる。また、第１の軸と第２の軸との間に接続され
て上記第１及び第２の軸間の捻れ方向のトルクに応じ
て、捻れ変位を生ずる弾性部材と、両端を、それぞれ第
１及び第２の軸に固定又は支持されて、かつ、弧状をな
し、第１及び第２の軸間の相対稔れ角に応じて、固定さ
れた両端間の距離が変化することで弧の曲率が変化し
て、その中央部が変位する可動体と、上記可動体の変位
を検出する手段を備えるとともに、上記弾性部材を棒状
となし、この弾性部材の外周側に位置する筒状の支持部
材を設け、上記第１の軸の弾性部材が接続された端部を
弾性部材に沿って延長させて、当該延長部を上記支持部
材の中を介して貫通させて、上記支持部材は第２の軸側
を当該第２の端部に固定してこの支持部材に設けた開口
部を介して可動体の一端部を上記第１の軸の上記延長部
に取付け、可動体の他端部を上記支持部材に取付けたの
で、高感度であり、温度変化などによる誤差要因の影響
を受けにくくできる効果を有する。また、上記延長部は
上記第１の軸の外側に位置するような筒状部となし、こ
の筒状部の先端を上記第２の軸の端部に設けた穴に回動
自在に嵌入して支承したので、剛性を高め得る。
２の軸との間に接続されて上記第１及び第２の軸間の捻
れ方向のトルクに応じて、捻れ変位を生ずる弾性部材
と、両端を、それぞれ第１及び第２の軸に固定又は支持
されて、かつ、弧状をなし、第１及び第２の軸間の相対
稔れ角に応じて、固定された両端間の距離が変化するこ
とで弧の曲率が変化して、その中央部が変位する可動体
と、上記可動体の変位を検出する手段を備え、可動体
は、第１の軸及び第２の軸の長手方向のいずれか一方の
方向に弧状に変形されたものとしたので、複雑な歯形構
造を高精度に加工する必要がなく、組立てが簡単で生産
コストが低いトルクセンサが得られる効果がある。ま
た、高感度であり温度変化などによる誤差要因の影響を
受けにくく、剛性の高いトルクセンサが得られる効果が
ある。また、可動体をコンパクトな形状とできる。ま
た、可動体に磁性をもたせ、磁気的に可動体の変位を検
出する手段を備えたので、トルク検出を簡単にしかも正
確に行える。また、可動体は導電性を備えており、可動
体に生ずる渦電流で可動体の変位を検出する手段を備え
たので、トルク検出を簡単にしかも正確に行える。ま
た、可動体はアモルファス帯で構成したので、構造が簡
単となる。また、第１の軸と第２の軸との間に接続され
て上記第１及び第２の軸間の捻れ方向のトルクに応じ
て、捻れ変位を生ずる弾性部材と、両端を、それぞれ第
１及び第２の軸に固定又は支持されて、かつ、弧状をな
し、第１及び第２の軸間の相対稔れ角に応じて、固定さ
れた両端間の距離が変化することで弧の曲率が変化し
て、その中央部が変位する可動体と、上記可動体の変位
を検出する手段を備えるとともに、上記弾性部材を棒状
となし、この弾性部材の外周側に位置する筒状の支持部
材を設け、上記第１の軸の弾性部材が接続された端部を
弾性部材に沿って延長させて、当該延長部を上記支持部
材の中を介して貫通させて、上記支持部材は第２の軸側
を当該第２の端部に固定してこの支持部材に設けた開口
部を介して可動体の一端部を上記第１の軸の上記延長部
に取付け、可動体の他端部を上記支持部材に取付けたの
で、高感度であり、温度変化などによる誤差要因の影響
を受けにくくできる効果を有する。また、上記延長部は
上記第１の軸の外側に位置するような筒状部となし、こ
の筒状部の先端を上記第２の軸の端部に設けた穴に回動
自在に嵌入して支承したので、剛性を高め得る。
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【図１】 この発明の実施の形態１のトルク検出装置を
示す正面一部断面図である。
示す正面一部断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１のトルク検出装置を
示す要部側面図である。
示す要部側面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１のトルク検出装置に
トルクを印加した場合の、図１のＡ−Ａ断面を示す側面
断面図である。
トルクを印加した場合の、図１のＡ−Ａ断面を示す側面
断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態１のトルク検出装置に
トルクを印加した場合の、図１のＢ−Ｂ断面を示す側面
断面図である。
トルクを印加した場合の、図１のＢ−Ｂ断面を示す側面
断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態２のトルク検出装置を
示す正面一部断面図である。
示す正面一部断面図である。
【図６】 従来のトルク検出装置を示す正面一部断面図
である。
である。
１ 第１の軸、２ 第２の軸、３ トーションバー、４
ケース、５ ボビン、２１ コイル、２２ ヨーク、
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｇ 可動体、３
２ 支持部材。
ケース、５ ボビン、２１ コイル、２２ ヨーク、
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｇ 可動体、３
２ 支持部材。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−280973（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−247222（ＪＰ，Ａ)
米国特許5046371（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01L 3/10
Claims (6)
- 【請求項１】 同軸配置され、かつ互いに先端側が対向
する第１の軸および第２の軸を有し、両軸相互間に作用
するトルクを検出するトルク検出装置において、上記第
１の軸と第２の軸との間に接続されて上記第１および第
２の軸間の捻れ方向のトルクに応じて、 捻れ変位を生ずる弾性部材と、両端を、それぞれ第１お
よび第２の軸に固定、または支持されてかつ、弧状をな
し、第１および第２の軸間の相対稔れ角に応じて、固定
された両端間の距離が変化することで弧の曲率が変化し
て、その中央部が変位する可動体と、上記可動体の変位
を検出する手段を備え、可動体は、第１の軸及び第２の
軸の長手方向のいずれか一方の方向に弧状に変形された
ことを特徴とするトルク検出装置。 - 【請求項２】 可動体は磁性を備えており、磁気的に可
動体の変位を検出する手段を備えたことを特徴とする請
求項１に記載のトルク検出装置。 - 【請求項３】 可動体は導電性を備えており、可動体に
生ずる渦電流で可動体の変位を検出する手段を備えたこ
とを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置。 - 【請求項４】 可動体はアモルファス帯で構成されたこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載のトルク検出装置。 - 【請求項５】 同軸配置され、かつ互いに先端側が対向
する第１の軸および第２の軸を有し、両軸相互間に作用
するトルクを検出するトルク検出装置において、上記第
１の軸と第２の軸との間に接続されて上記第１および第
２の軸間の捻れ方向のトルクに応じて、 捻れ変位を生ずる弾性部材と、両端を、それぞれ第１お
よび第２の軸に固定、または支持されてかつ、弧状をな
し、第１および第２の軸間の相対稔れ角に応じて、固定
された両端間の距離が変化することで弧の曲率が変化し
て、その中央部が変位する可動体と、上記可動体の変位
を検出する手段を備えるとともに、 上記弾性部材を棒状
となし、この弾性部材の外周側に位置する筒状の支持部
材を設け、上記第１の軸の弾性部材が接続された端部
を、弾性部材に沿って延長させて、当該延長部を上記支
持部材の中を介して貫通させ、上記支持部材は、上記第
２の軸の端部に固定し、この支持部材に設けた開口部を
介して可動体の一端部を上記第１の軸の上記延長部に取
付け、可動体の他端部を上記支持部材に取付けたことを
特徴とするトルク検出装置。 - 【請求項６】 上記延長部は上記第１の軸の外側に位置
するような筒状部となし、この筒状部の先端を上記第２
の軸の端部に設けた穴に回動自在に嵌入して支承したこ
とを特徴とする請求項５に記載のトルク検出装置。
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|---|---|---|---|
| JP15431899A JP3513052B2 (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | トルク検出装置 |
| US09/457,706 US6318188B1 (en) | 1999-06-01 | 1999-12-10 | Torque detector |
| DE10001346A DE10001346A1 (de) | 1999-06-01 | 2000-01-14 | Drehmomenterfassungsvorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15431899A JP3513052B2 (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | トルク検出装置 |
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|---|---|
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ID=15581518
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15431899A Expired - Fee Related JP3513052B2 (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | トルク検出装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3513052B2 (ja) |
| DE (1) | DE10001346A1 (ja) |
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| US6854343B2 (en) * | 2001-06-29 | 2005-02-15 | Tyco Electronics Amp Gmbh | Torque sensor for electric power-assisted steering systems |
| JP3994047B2 (ja) * | 2002-11-20 | 2007-10-17 | 株式会社ジェイテクト | トルクセンサ |
| US20040244503A1 (en) * | 2003-06-05 | 2004-12-09 | Siemens Vdo Automotive Corporation | Coaxial deflection force sensor |
| US7559258B2 (en) * | 2003-06-12 | 2009-07-14 | Matzoll Robert J | Torque sensor using signal amplitude analysis |
| WO2006076346A2 (en) * | 2005-01-14 | 2006-07-20 | Hartwick Capital, Llc | Concrete cutting saw |
| US7784364B2 (en) * | 2008-04-28 | 2010-08-31 | Matzoll Robert J | Optical sensor for measurement of static and dynamic torque |
| KR20200077720A (ko) * | 2018-12-21 | 2020-07-01 | 엘지이노텍 주식회사 | 센싱 장치 |
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