JP3583671B2

JP3583671B2 - トルク検出装置

Info

Publication number: JP3583671B2
Application number: JP30893199A
Authority: JP
Inventors: 克明安井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: DE10027095B4; US6341535B1; DE10027095A1; JP2001124640A

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。
【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が例えば特開平６−１７４５６９号公報に開示されている。この装置の構造を図８に基づいて説明する。
このトルク検出装置は、ケース４と、操舵輪（図示せず）が取付けられた第１の軸１及び操舵機構のピニオンギア（図示せず）が取付けられた第２の軸２の中心軸上に設けられているとともに、第１の軸１と第２の軸２とを周方向（捩れ方向）に弾性的に接続する弾性部材であるトーションバー３と、ケース４と第１の軸１との間に設けられ第１の軸１を回転自在に支持したベアリング５と、第１の軸１に固着された非磁性体からなる第１のスリーブ１４ａと、第２の軸２に固着された非磁性体からなる第２のスリーブ１４ｂと、第１のスリーブ１４ａに固着された、軟磁性材料からなる第１の磁性素子１１及び第２の磁性素子１２と、第２のスリーブ１４ｂに固着された、軟磁性材料からなる第３の磁性素子１３とを備えている。第１の磁性素子１１には第２の磁性素子１２に対向した歯部１１ａが形成されている。第２の磁性素子１２及び第３の磁性素子１３にはそれぞれ互いに対向して歯部１２ａ及び１３ａが形成されている。
【０００３】
また、トルク検出装置は、第１の磁性素子１１及び第２の磁性素子１２を周回して設けられた第１のコイル２１ａと、第１のコイル２１ａの外側を囲むようにしてケース４に固定されているとともに内フランジを有する第１のヨーク２２ａと、第２の磁性素子１２及び第３の磁性素子１３を周回して設けられた第２のコイル２１ｂと、第２のコイル２１ｂの外側を囲むようにしてケース４に固定されているとともに内フランジを有する第２のヨーク２２ｂとを備えている。
【０００４】
第１〜第３の磁性素子１１〜１３及び第１のヨーク２２ａ、第２のヨーク２２ｂは、構造上の強度を保たせるために、厚さ１〜２ｍｍの金属磁性体、或いは、厚さ３〜５ｍｍのフェライトで作られる。電気伝導度の低いフェライトを使用すれば、磁気特性に関しては、高周波数まで高感度の周波数特性が得られるが、強度的に脆く、かつ高価なので、量産品への適用が難しい。従って、通常は、機械的強度が高く、低価格の金属磁性体である電磁ステンレス鋼が用いられている。
【０００５】
次に、上記トルク検出装置の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との間に周方向に相対角度のずれが発生する。すると、第１のスリーブ１４ａを介して第１の軸１に固着された第２の磁性素子１２と、第２のスリーブ１４ｂを介して固着された第３の磁性素子１３との間に周方向の相対変位が発生し、第２の磁性素子１２の歯部１２ａと第３の磁性素子１３の歯部１３ａとの対向面積が変化する。第２のコイル２１ｂに交流駆動電流を流すことにより生じた磁束は、ヨーク２２ｂ、第２の磁性素子１２、第３の磁性素子１３で構成された磁気回路を通るが、磁路となる、歯部１２ａと歯部１３ａとの対向面積が変化することで、この磁気回路の磁気抵抗が変化し、第２のコイル２１ｂのインダクタンスが変化する。このインダクタンスの変化を検出回路（図示せず）によって検出することでトルクが求められる。
【０００６】
第２のコイル２１ｂは、磁性素子やヨークに渦電流を発生させるため、渦電流の発生のない、理想的な磁性素子やヨークを使用したと仮定した場合に比べ、インダクタンスが低下している。この低下度合いは、磁性素子やヨークの透磁率が一定で有れば、抵抗率が低いほど大きい。金属材料の抵抗率は、特殊な場合を除いて、高温ほど高いので、低温になれば抵抗率が下がり、渦電流の影響が大きくなる。従って、渦電流の影響度合いは、温度によって異なるので、温度変動の有る環境で使用する場合には、温度補償を行う必要がある。
第１の磁性素子１１及び第２の磁性素子１２は、どちらも第１のスリーブ１４ａを介して第１の軸１に固着されているので、トルクの印加によっても第１の磁性素子１１と第２の磁性素子１２との間での相対角度は変化せず、第１の磁性素子１１及び第２の磁性素子１２の中間位置を周回するように設けられた第１のコイル２１ａのインダクタンスは変化しない。しかし、第２のコイル２１ｂと同様に温度変化により第１のコイル２１ａのインダクタンスは変化するので、第１のコイル２１ａと第２のコイル２１ｂとのインダクタンスの差を検出することによって、温度に影響されず、トルクだけに比例した出力を得ることができる。
【０００７】
ところで、第２のコイル２１ｂに交流駆動電流を流すことによって第２のコイル２１ｂに発生する電圧は駆動電流の周波数に同期した交流電圧であり、トルク検出装置からＡＤ変換器への出力は、トルクに比例した直流電圧、または直流電流にする必要があるので、交流駆動電流の周波数に同期したリップルを除去し、出力を滑らかな直流にするためのローパスフィルタが必要である。第２のコイル２１ｂの駆動周波数は数ｋＨｚ程度なので、このローパスフィルタの時定数は数百Ｈｚ程度以下にする必要がある。従って、トルク出力の応答性は、ローパスフィルタの時定数である数百Ｈｚより速くすることができない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年、自動車のパワーステアリング機構においては、応答性を向上させるため、トルク検出装置には、従来よりも１桁ほど速い、数ｋＨｚの応答性を求められるようになってきた。この要求に応えるためには、駆動電流の周波数は、それより１桁高い、数十ｋＨｚ〜１００ｋＨｚにする必要がある。
ところが、従来のトルク検出装置では、駆動電流の周波数を高くすると、第２のコイル２１ｂのインダクタンスやインダクタンスのトルク感度が渦電流の影響で低くなってしまい、このため応答性を早くすることができないという問題点があった。また、渦電流に起因する温度特性の悪さとそのばらつきのため、広い温度範囲で使用する場合には、必ずしも完全に温度補償を行うことが難しいという問題点があった。
【０００９】
この発明は、このような問題点を解決することを課題とするものであって、応答性が速く、温度特性の優れたトルク検出装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１及び２に係るトルク検出装置では、磁性素子及びヨークの厚さは、次式で算出される表皮厚さδの２倍以下である
【００１１】
【数３】

【００１５】
この発明の請求項３に係るトルク検出装置では、磁性素子、ヨークは、厚さ８０μｍ以下の、軟磁性材料よりなる板で構成されている。
【００１６】
この発明の請求項４に係るトルク検出装置では、磁性素子、ヨークは、アモルファス金属板で構成されている。
【００１８】
この発明の請求項５に係るトルク検出装置では、磁性素子と第１、第２の軸との間には導電性材料、または、高透磁率材料よりなる磁気シールドが介在している。
【００１９】
この発明の請求項６に係るトルク検出装置では、磁性素子の中間部が、径方向外側に最も大きく変位したときには、磁性素子の中間部がドーナツ状のヨークの内端面よりも外径側に位置するようになっている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、従来例である図８と同一または相当の部材及び部位には、同一符号を付して説明する。
【００２１】
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の正面一部断面図である。
このトルク検出装置は、ケース４と、操舵輪（図示せず）が取付けられた第１の軸１及び操舵機構のピニオンギア（図示せず）が取付けられた第２の軸２の中心軸上に設けられているとともに、第１の軸１と第２の軸２とを周方向（捩れ方向）に弾性的に接続した弾性部材であるトーションバー３と、ケース４と第１の軸１との間に設けられ第１の軸１を回転自在に支持したベアリング５と、第１の軸１に固着された銅製円筒状の第１の磁気シールド１５ａと、第２の軸２に固着された銅製円筒状の第２の磁気シールド１５ｂと、第１の磁気シールド１５ａの外周に固着された非磁性体である樹脂製円筒状の第１のスリーブ１４ａと、第２の磁気シールド１５ｂの外周に固着された非磁性体である樹脂製円筒状の第２のスリーブ１４ｂと、第１のスリーブ１４ａに固着された厚さ２０μｍのコバルト系アモルファス金属からなる第１の磁性素子１１及び第２の磁性素子１２と、第２のスリーブ１４ｂに固着された、同じくアモルファス金属からなる第３の磁性素子１３とを備えている。第１の磁性素子１１には第２の磁性素子１２に対向した歯部１１ａが形成されている。第２の磁性素子１２及び第３の磁性素子１３にはそれぞれ互いに対向して歯部１２ａ及び１３ａが形成されている。なお、図中では第１の磁性素子１１及び第２の磁性素子１２と、第１のスリーブ１４ａとを区別するため、また第３の磁性素子１３と第２のスリーブ１４ｂとを区別するために間隔を空けて示されているが、実際には密着している。
【００２２】
また、このトルク検出装置は、それぞれ第１と第２の磁性素子１１、１２の中間位置及び第２と第３の磁性素子１２、１３の中間位置を周回する様に設けられた、樹脂製の第１、第２のボビン２３ａ、２３ｂと、それぞれのボビンに巻装された第１、第２のコイル２１ａ、２１ｂと、第１のボビン２３ａ及び第２のボビン２３ｂの側面に周方向に沿って設けられたアモルファス金属からなるドーナツ状のヨーク２２ａ〜２２ｃと、ヨーク２２ａ〜２２ｃの外周端面に固着しヨーク２２ａ〜２２ｃを覆うアモルファス金属からなる円筒状のヨーク２２ｄと、内壁面にヨーク２２ｄが固着され外壁面がケース４に固着された樹脂製円筒状の第３のスリーブ２４とを備えている。磁気回路を構成する、ヨーク２２ａ〜ヨーク２２ｄ、磁性素子１１〜１３は厚さが同じ２０μｍのアモルファス金属で構成されている。
【００２３】
次に、上記構成のトルク検出装置の動作について説明する。基本動作は、従来例と全く同様である。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との間に周方向に相対角度のずれが発生する。すると、磁気シールド１５ａ、第１のスリーブ１４ａを介して第１の軸１に固着された第２の磁性素子１２と、磁気シールド１５ｂ、第２のスリーブ１４ｂを介して固着された第３の磁性素子１３との間に周方向の相対変位が発生し、第２の磁性素子１２の歯部１２ａと第３の磁性素子１３の歯部１３ａとの対向面積が変化する。
第２のコイル２１ｂに交流駆動電流を流すことにより生じた磁束は、ヨーク２２ｂ、ヨーク２２ｄ、ヨーク２２ｃ、ヨーク２２ｄ、第２の磁性素子１２、第３の磁性素子１３で構成された磁気回路を通るが、磁路となる、歯部１２ａと歯部１３ａとの対向面積が変化することで、この磁気回路の磁気抵抗が変化し、第２のコイル２１ｂのインダクタンスが変化する。このインダクタンスの変化を検出回路（図示せず）によって検出することでトルクが求められる。
【００２４】
第２のコイル２１ｂのインダクタンスは、従来のトルク検出装置よりも影響度は格段に小さいものの、温度によっても変化するため、高い精度を要求する場合には、温度補償を行う必要がある。第１の磁性素子１１及び第２の磁性素子１２は、どちらも第１のスリーブ１４ａ、磁気シールド１５ａを介して第１の軸１に固着されているので、トルクの印加によっても第１の磁性素子１１と第２の磁性素子１２との間での相対角度は変化せず、第１の磁性素子１１及び第２の磁性素子１２の中間位置を周回するようにに設けられた第１のコイル２１ａのインダクタンスは変化しない。しかし、第２のコイル２１ｂと同様に温度変化により第１のコイル２１ａのインダクタンスは変化するので、第１のコイル２１ａと第２のコイル２１ｂとのインダクタンスの差を検出することによって、温度に影響されず、トルクだけに比例した出力を得ることができる。従来のトルク検出装置に比べて、個々のコイルの元々の温度特性が良いため、より高精度な温度補償が可能である。
【００２５】
ところで、一般に、磁性体に高周波数の交番磁界が印加された場合、磁束が通るのは実質的には磁性体の表面だけである。この、磁束が通る部分の厚さは、表皮厚さδと呼ばれ、次式で表されることが知られている。
【００２６】
【数４】

【００２７】
磁性体の表面からの深さが表皮厚さδ付近の場所では、交番磁界を打ち消す方向の、大きな渦電流が発生し、それより深い場所にはほとんど磁界は及ばない。従って、磁性体が板状の場合、表裏の面から磁束が浸入するので、板厚が２δ以上になると、渦電流の影響によって、磁束の通る有効面積が小さくなる。
【００２８】
この実施の形態では、磁気回路を構成する、ヨーク２２ａ〜ヨーク２２ｄ、磁性素子１１〜１３は厚さ２０μｍのアモルファス金属で構成されている。このアモルファス金属の物性は、比透磁率μｓ＝１００００、比抵抗ρ＝１３６μΩｃｍであるので、（１）式より周波数Ｆ＝１００ｋＨｚにおける表皮厚さδを求めると、δ＝１９μｍとなる。この実施の形態では、アモルファス金属の厚さは２０μｍであり、２δよりも十分薄いので、渦電流の影響を大幅に低減することができる。
【００２９】
また、磁性素子１１〜１３及びヨーク２２ａ〜２２ｄは、導電性の無い樹脂製のスリーブ１４ａ、１４ｂ及びボビン２３ａ、２３ｂによって導電性の構造物から絶縁しているので、導電性の構造物に渦電流が流れ、インダクタンスを低下させるのを防いでいる。
【００３０】
また、磁性素子１１〜１３及びヨーク２２ａ〜２２ｄは、アモルファス金属で構成されているので、機械的強度も大きいため、耐久性が高い。
【００３１】
また、磁性素子１１〜１３と、第１及び第２の軸１、２との間には、銅製の磁気シールド１５ａ、１５ｂを備えたので、磁気回路からの漏れ磁束が第１及び第２の軸１、２を通る割合が小さく、従って第１の軸１、第２の軸２の素材に、安価ではあるが磁気特性の温度特性が悪い炭素鋼を用いても、出力の温度特性に与える悪影響を低減することができる。
【００３２】
なお、上記実施の形態では、磁気回路を構成する部材としてアモルファス金属を用いたが、他の軟磁性材料を用いても良い。例えば、磁性材を一般的な電磁ステンレス鋼で構成した場合、電磁ステンレス鋼の比透磁率μｓを８５０、比抵抗ρを５７μΩｃｍとすると、磁界の周波数Ｆが１００ｋＨｚでは、表皮厚さδは約４０μｍであり、２δは８０μｍとなる。電磁ステンレス鋼よりも高性能で、透磁率の高い磁性材を使用した場合には、２δはさらに薄くなるので、板厚は８０μｍ以下にする必要が有る。
また、上記実施の形態では、高精度な温度補償を行うために、１対のコイルを用いたが、温度補償のためのコイル２１ａおよびその周囲の磁気回路を省略し、１本のコイル２１ｂのみからトルクを求めても良い。コイルの温度特性が良いため、動作温度範囲が狭い場合や、さほどの精度を要求しない場合には、温度補償用のコイルは無くても十分である。
また、上記実施の形態では、磁性素子及びヨークには、駆動周波数１００ｋＨｚ時の２δ、３８μｍに対して、約半分の厚さの２０μｍのアモルファス金属の板を用いたが、２δに対して、さらに薄い板を用いても良い。例えば、前記電磁ステンレス鋼を用いて、駆動周波数を３ｋＨｚとした場合、２δ＝４８０μｍとなるが、それよりもずっと薄い、例えば板厚８０μｍとすることで、温度特性はさらに良くなる。ただし、板厚を極端に薄くした場合、磁路の断面積が小さくなるので、駆動電流を大きくすると、磁化が飽和するので、駆動電流は、磁化が飽和しない範囲に制限する必要がある。
【００３３】
実施の形態２．
図２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断面図である。図３は図２の矢印Ａ方向から視た断面図、図４は図２の矢印Ｂ方向から視た断面図で、第１の軸１と第２の軸２との間で、矢印Ｃの方向にトルクが印加されたときの状態を示している。
このトルク検出装置では、ボビン２３ａ、２３ｂの側面には、アモルファス金属からなるドーナツ状のヨーク２２ａ〜２２ｄが設けられ、またこのヨーク２２ａ〜２２ｄの外周にはアモルファス金属からなる円筒状のヨーク２２ｅ、２２ｆが設けられている。コイル２１ａ、２１ｂ、ボビン２３ａ、２３ｂ及びヨーク２２ａ〜２２ｆは、樹脂製のスリーブ２４をスリーブ２４を介してケース４に固着されている。
【００３４】
第２の軸２の端面には断面円弧状のアルミニウム製の第１及び第２の支持部材３２ａ、３２ｂの左端面が固定されている。この第１及び第２の支持部材３２ａ、３２ｂは、ベアリング５ａの左側の第１の軸１の延長部１ａを覆い、先端部がヨーク２２ａの右側まで延びている。第１の軸１の延長部１ａの外周面には支持部材３３ａ〜３３ｄが固定されている。支持部材３２ａの片側には磁性素子１１ａの一端部が固定され、この磁性素子１１ａの他端部は支持部材３３ａに固定されている。支持部材３２ｂの片側には磁性素子１１ｂの一端部が固定され、この磁性素子１１ｂの他端部は支持部材３３ｂに固定されている。また、支持部材３２ａの片側には磁性素子１１ｃの一端部が固定され、この磁性素子１１ｃの他端部は支持部材３３ｃに固定されている。支持部材３２ｂの片側には磁性素子１１ｄの一端部が固定され、この磁性素子１１ｄの他端部は支持部材３３ｄに固定されている。そして、磁性素子１１ａ〜１１ｄ、及びヨーク２２ａ〜２２ｆは、１００ｋＨｚにおける表皮厚さδの２倍より十分薄いコバルト系のアモルファス金属で構成されている。
また、トルクの印加によって、磁性素子１１ａ〜１１ｄの中間部が、径方向外側に最も大きく変位したときには、磁性素子１１ａ〜１１ｄの中間部がドーナツ状のヨーク２２ａ〜２２ｄの内端面よりも外径側に位置するようになっている。
【００３５】
次に、上記構成のトルク検出装置の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との間に周方向に相対角度のずれが発生する。第１の軸１に固定された支持部材３３ａ〜３３ｄと、第２の軸２に固定された支持部材３２ａ、３２ｂとの間に周方向の相対変位が発生すると、図３に示すように、磁性素子１１ａ、１１ｂは、中間部が径外側方向に撓み変形し、また、同時に磁性素子１１ｃ、１１ｄは、図４に示すように中間部が径内側方向に変位する。
【００３６】
第１のコイル２１ａによって発生する磁束は、ヨーク２２ｂ、２２ｅ、２２ａ、磁性素子１１ｃ及び１１ｄを構成する磁気回路を通り、第２のコイル２１ｂによって発生する磁束は、ヨーク２２ｄ、２２ｆ、２２ｃ、磁性素子１１ａ及び１１ｂを構成する磁気回路を通る。ヨーク２２ａ〜２２ｆ、磁性素子１１ａ〜１１ｄは軟磁性材料であるコバルト系のアモルファス金属で構成されており、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２２ａ〜２２ｄと磁性素子１１ａ〜１１ｄとの間のエアギャップの大きさによって決まる。従って、第１の軸１に操舵輪からのトルクが印加されると、第２のコイル２１ｂの磁束が通る磁気回路で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１のコイル２１ａの磁束が通る磁気回路で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３の捻れ量、ひいてはトルクの大きさを知ることができる。
【００３７】
この実施の形態では、磁性素子１１ａ〜１１ｄ、及びヨーク２２ａ〜２２ｆは、１００ｋＨｚにおける表皮厚さδの２倍より十分薄いアモルファス金属で構成されているので、高周波数域においても渦電流の影響を受けにくい。
【００３８】
図５は実施の形態２のトルク検出装置と従来例のトルク検出装置とにおける、コイルのインダクタンスの変化率を実測したときの図である。図から、従来例のトルク検出装置では、高周波数領域ではトルク感度が大きく低下し、１００ｋＨｚではほとんど感度が無くなるのに対し、実施の形態２のトルク検出装置では、感度の絶対値も大きく、また１００ｋＨｚまでほぼ一定であることが分かる。
【００３９】
磁気回路の磁気抵抗は、主にヨーク２２ａ〜２２ｄと磁性素子１１ａ〜１１ｄとの間のエアギャップの大きさによって決まる。磁性素子の軸線方向の幅がヨーク間の間隔よりも大きいときには、トルクの印加によって、磁性素子の中間部が、径方向外側に最も大きく撓み変形したときでもヨークの内径側に位置するとともに、磁性素子がヨークの軸線方向の外側へ突出している。従って、磁性素子の中間部がヨークの内径に近づいたときの第１のコイルのインダクタンスの変化率が、磁性素子が径方向の内側に変位したときの第１のコイルのインダクタンスの変化率に比べて大きくなりすぎ、リニアリティが損なわれる。
【００４０】
この実施の形態では、トルクの印加によって、磁性素子１１ａ〜１１ｄの中間部が、径方向外側に最も大きく変位したときには、磁性素子１１ａ〜１１ｄの中間部がドーナツ状のヨーク２２ａ〜２２ｄの内端面よりも外径側に位置するようになっているので、磁性素子１１ａ〜１１ｄが径方向の外側に最も大きく変位したときでもヨーク１１ａ〜１１ｄに近づきすぎることが無く、リニアリティが向上する。
【００４１】
実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２では、周方向に延設された部材、即ちボビンの側面に沿うドーナツ状のヨーク及び全体を覆う円筒状のヨークで磁路を構成したが、周方向に間隔をおいて複数配置されたヨーク２２の構成要素で磁気回路を構成するようにしてもよい。
図６は実施の形態３によるトルク検出装置の要部斜視図である。ヨーク２２は、平面形状がＥ字型の厚さ２０μｍのコバルト系アモルファス金属からなる構成要素を周方向に等間隔に絶縁部材（図示せず）を介して一体化されたものである。図６に示すヨーク２２と実施の形態１のヨークとの関係は、ヨーク２２の右端の突起部はヨーク２２ａ、中央の突起部はヨーク２２ｂ、左端の突起部はヨーク２２ｃに、連結部はヨーク２２ｄにそれぞれ対応している。
【００４２】
コイルを構成する導線は軸線を周回するように巻装されているので、コイルの駆動電流によってヨーク２２に誘起される渦電流は周方向に流れる駆動電流を打ち消す方向に流れようとする。従って、ヨーク２２は複数の構成要素を周方向に間隔をおいて構成されているので、渦電流を遮断することができ、渦電流損失を大幅に低減することができる。
実施の形態３では、構造は複雑になるが、実施の形態１、２と比較して、特性的には非常に優れており、温度特性も良く、駆動電流の周波数を高くし、応答性の速いトルク検出装置を得ることができる。
【００４３】
実施の形態４．
実施の形態１では、周方向に延設した部材で磁性素子を構成したが、周方向に等分間隔で配置された磁性素子の構成要素を用いてもよい。
図７に実施の形態４によるトルク検出装置の要部斜視図である。
この実施の形態４では、第２の磁性素子１２が周方向に等分間隔で配置された複数の構成要素で構成され、第３の磁性素子１３が周方向に等分間隔で配置された複数の構成要素で構成されている点が実施の形態１と異なる。第２の磁性素子１２及び第３の磁性素子１３は厚さ２０μｍのコバルト系アモルファス金属で構成されている。
この実施の形態４でも、実施の形態３と同様に、磁性素子１２、１３を流れる周方向の渦電流を遮断するので、温度特性も良く、駆動電流の周波数を高くし、応答性の速いトルク検出装置を得ることができる。
なお、周方向に等分間隔で配置された磁性素子の構成要素とともに、ヨークも実施の形態３と同様の構成要素を用いてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の請求項１及び２に係るトルク検出装置では、磁性素子及びヨークの厚さは、次式で算出される表皮厚さδの２倍以下であるので、渦電流の影響を低く抑えることができ、温度特性も良く、コイルの駆動電流の周波数を高くして応答性が速いトルク検出装置を得ることができる。
【００４５】
【数５】

【００４９】
また、この発明の請求項３に係るトルク検出装置では、磁性素子、ヨークは、厚さが最大限８０μｍの電磁ステンレス鋼で構成されているので、温度特性も良く、コイルの駆動電流の周波数を高くして応答性が速いトルク検出装置を安価に得ることができる。
【００５０】
また、この発明の請求項４に係るトルク検出装置では、磁性素子、ヨークは、透磁率、比抵抗が極めて高く、また機械的強度も非常に高いアモルファス金属板で構成されているので、厚みを極力薄くしても、機械的強度を確保することができる。
【００５２】
また、この発明の請求項５に係るトルク検出装置では、磁性素子と第１、第２の軸との間には磁気シールドが介在しているので、磁気回路からの漏れ磁束が第１及び第２の軸１、２を通る割合が小さく、従って第１の軸１、第２の軸２の素材に、安価ではあるが磁気特性の温度特性が悪い炭素鋼を用いても、出力の温度特性に与える悪影響を低減することができる。
【００５３】
また、この発明の請求項６に係るトルク検出装置では、磁性素子の中間部が、径方向外側に最も大きく変位したときには、磁性素子の中間部がドーナツ状のヨークの内端面よりも外径側に位置するようになっているので、磁性素子とヨークとの間の空隙が小さくなり過ぎて出力特性が非線形性になるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１のトルク検出装置の正面一部断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２のトルク検出装置の正面一部断面図である。
【図３】図２の矢印Ａ方向から視た断面図である。
【図４】図２に矢印Ｂ方向から視た断面図である。
【図５】コイルのインダクタンスのトルク感度の周波数特性を示す実測図である。
【図６】この発明の実施の形態３の要部斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態４の要部斜視図である。
【図８】従来のトルク検出装置を示す正面一部断面図である。
【符号の説明】
１第１の軸、２第２の軸、３トーションバー、１１磁性素子、１２磁性素子、１３磁性素子、１４スリーブ、１５磁気シールド、２１コイル、２２ヨーク、２４スリーブ。

Claims

第１の軸と第２の軸との間に設けられ第１の軸及び第２の軸相互間に作用するトルクに応じて、第１及び第２の軸間に捻れ変位を生じさせる弾性部材と、
前記第１の軸及び前記第２の軸にそれぞれ固着され第１の軸及び第２の軸相互間の捻れ変位によって互いに周方向に変位する磁性素子と、
前記磁性素子の周囲に巻装されたコイルと、
このコイルを囲って設けられコイルに交流駆動電流を流すことにより生じた磁束を前記磁性素子に導くヨークとを備えたトルク検出装置であって、
前記磁性素子及び前記ヨークの厚さは、次式で算出される表皮厚さδの２倍以下であるトルク検出装置。
第１の軸と第２の軸との間に設けられ第１の軸及び第２の軸相互間に作用するトルクに応じて、第１及び第２の軸間に捻れ変位を生じさせる弾性部材と、
前記第１の軸及び前記第２の軸に両端部がそれぞれ支持されて円弧状をなし、第１の軸及び第２の軸間の相対捻れ角に応じて、両端部間の距離の変化に応じて弧の曲率を変化させ、その中央部を径方向に変位させる、軟磁性材料よりなる磁性素子と、
前記磁性素子の周囲に巻装されたコイルと、
このコイルを囲って設けられコイルに交流駆動電流を流すことにより生じた磁束を前記磁性素子に導くヨークとを備えたトルク検出装置であって、
前記磁性素子及び前記ヨークの厚さは、次式で算出される表皮厚さδの２倍以下であるトルク検出装置。
磁性素子、ヨークは、厚さ８０μｍ以下の、軟磁性材料よりなる板で構成された請求項１または請求項２に記載のトルク検出装置。
磁性素子、ヨークは、アモルファス金属板で構成された請求項１ないし請求項３の何れかに記載のトルク検出装置。
磁性素子と第１、第２の軸との間には導電性材料、または、高透磁率材料よりなる磁気シールドが介在している請求項１、３及び４の何れかに記載のトルク検出装置。
磁性素子の中間部が、径方向外側に最も大きく変位したときには、磁性素子の中間部がドーナツ状のヨークの内端面よりも外径側に位置するようになっている請求項２に記載のトルク検出装置。