JP3645782B2

JP3645782B2 - トルクセンサ

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Publication number: JP3645782B2
Application number: JP2000089206A
Authority: JP
Inventors: 真史久世; 太槇
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: JP2001281078A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するパワーステアリング装置において、その操舵トルクを検出するのに適したトルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば車両のパワーステアリング装置においては、ステアリングホイールの回転をステアリングシャフトを介して車輪に伝達する際、そのステアリングシャフトにより伝達されるトルクをトルクセンサにより検出し、その検出トルクの大きさに応じて操舵補助力を付与している。
【０００３】
例えば特開平７−１９８５１０号公報において開示されたトルクセンサは、一対のシャフトの弾性的な相対回転に応じてシャフト軸方向に変位するスライダーと、そのスライダーの変位量に応じた誘導電圧を発生する差動トランスとを備え、その誘導電圧に基づき両シャフトにより伝達されるトルクを検出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のトルクセンサにおいては、トルク検出のために差動トランスを必要とすることから重量が大きくなるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決することのできるトルクセンサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のトルクセンサは、第１シャフトと、その第１シャフトに同軸心かつ弾性的に相対回転可能に連結される第２シャフトと、両シャフトと同軸心の筒状移動部材と、両シャフトの相対回転に応じて移動部材が両シャフトに対してシャフト軸方向へ移動するように、両シャフトと移動部材とを連動させる機構と、その移動部材を囲むように配置されると共に、交番磁界を生じるように磁束を発生させるコイルとを備え、両シャフトの中の少なくとも一方の外周により、前記コイルの発生磁束の通過位置に配置される磁性材製の磁束通過部が構成され、その移動部材は、その磁束通過部を囲むと共に前記コイルの発生磁束の通過位置に配置される導電性を有する非磁性材製の磁束規制部を有し、その磁束通過部に凹部が形成され、その磁束規制部に開口が形成され、シャフト径方向において、その凹部の縁に連なる磁束通過部外周と前記開口との重なり面積が、両シャフトの相対回転による移動部材の移動に応じて変化するように、その凹部と開口とは相対配置され、その重なり面積の変化に応じた前記磁束通過部の通過磁束の変化に基づき、両シャフトにより伝達されるトルクが検出される。
その磁束通過部を構成する磁性材としては、トルクセンサを構成する上で必要な磁気特性に優れた例えば軟質磁性金属材料を用いることができる。その磁束規制部を構成する導電性を有する非磁性材としては、アルミニウム等の導電性に優れると共に透磁率の小さい常磁性体を用いることができる。
上記構成においては、トルク伝達時における両シャフトの相対回転により移動部材が両シャフトに対して軸方向移動する。これにより、磁束通過部に形成された凹部と、移動部材の磁束規制部に形成された開口との重なり状態が変化するので、その凹部の縁に連なる磁束通過部外周と前記開口とのシャフト径方向における重なり面積が両シャフトの相対回転量に応じて変化する。その磁束通過部は磁性材製であり、その移動部材は非磁性材製であるので、その重なり面積の変化によって磁束通過部の通過磁束が変化する。また、そのコイルの磁束発生に基づき生じる交番磁界内で導電性の移動部材に生じる渦電流によっても、その磁束通過部に至る磁束が遮られる。これにより、その磁束通過部の通過磁束を、その重なり面積の変化に応じて変化させることができる。その面積変化は伝達トルクに対応する両シャフトの相対回転量に対応することから、その磁束変化に基づき両シャフトにより伝達されるトルクを検出できる。
【０００７】
その移動部材は、両シャフトが一方向に相対回転する時、その相対回転量に応じて一方向に向かい軸方向移動し、両シャフトが他方向に相対回転する時、その相対回転量に応じて他方向に向かい軸方向移動するものとされ、その開口は、シャフト軸方向に平行な一対の縁とシャフト周方向に平行な一対の縁とを有する４辺形に沿う形状を有し、その凹部は周溝状とされ、トルク検出範囲に対応する前記移動部材の移動範囲において、その凹部におけるシャフト周方向に沿う一方の縁は、その開口とシャフト径方向において重なるように配置され、その凹部における他方の縁は、その開口とシャフト径方向において重なることがないように配置されているのが好ましい。
これにより、開口および凹部を容易に形成し、両シャフトが一方向に相対回転した時と、他方向に相対回転した時の何れの場合にも、その相対回転量に応じたトルクを検出できる。
【０００８】
前記コイルとして、シャフト軸方向に沿って並列する同一仕様の第１コイルと第２コイルとを備え、前記開口として、シャフト軸方向における間隔をおいて配置される第１開口と第２開口とを備え、前記凹部として、シャフト軸方向における間隔をおいて配置される第１凹部と第２凹部とを備え、その第１コイルは第１開口を通過する磁束を発生する位置に配置され、その第２コイルは第２開口を通過する磁束を発生する位置に配置され、その第１開口と第１凹部の縁に連なる磁束通過部外周とは、両シャフトの一方向への相対回転により移動部材が一方向へ移動する時は互いとの前記重なり面積が増加し、両シャフトの他方向への相対回転により移動部材が他方向へ移動する時は互いとの前記重なり面積が減少するように相対配置され、その第２開口と第２凹部の縁に連なる磁束通過部外周とは、両シャフトの一方向への相対回転により移動部材が一方向へ移動する時は互いとの前記重なり面積が減少し、両シャフトの他方向への相対回転により移動部材が他方向へ移動する時は互いとの前記重なり面積が増加するように相対配置され、両シャフトの相対回転時において、その第１開口と第１凹部の縁に連なる磁束通過部外周との前記重なり面積の変化の絶対値と、その第２開口と第２凹部の縁に連なる磁束通過部外周との前記重なり面積の変化の絶対値とは互いに等しくされ、その重なり面積の変化に応じた第１凹部の縁に連なる磁束通過部の通過磁束の変化と、その重なり面積の変化に応じた第２凹部の縁に連なる磁束通過部の通過磁束の変化との差に基づき、両シャフトにより伝達されるトルクが検出されるのが好ましい。
この構成によれば、トルク伝達時に両シャフトが一方向に相対回転して移動部材が一方向に移動すると、その移動量に応じて第１開口と第１凹部の縁に連なる磁束通過部外周との重なり面積が増加し、第２開口と第２凹部の縁に連なる磁束通過部外周との重なり面積が減少する。トルク伝達時に両シャフトが他方向に相対回転して移動部材が他方向に移動すると、その移動量に応じて第１開口と磁束通過部外周との上記重なり面積が減少し、第２開口と磁束通過部外周との上記重なり面積が増加する。各重なり面積の変化に応じて磁束通過部を通過する磁束が変化する。また、両シャフトの相対回転時において、その第１開口と磁束通過部外周との上記重なり面積の変化の絶対値と、その第２開口と磁束通過部外周との上記重なり面積の変化の絶対値とは互いに等しくされている。よって、第１開口と磁束通過部外周との上記重なり面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束の変化と、第２開口と磁束通過部外周との上記重なり面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束の変化との差に基づき、両シャフトにより伝達されるトルクを検出し、トルク検出感度を増大できる。しかも、温度が変動した場合、第１開口と重なる磁束通過部を通過する磁束と、第２開口と重なる磁束通過部を通過する磁束とは同じだけ変化するので、両磁束変化の差に基づきトルクを検出することで温度変動による検出トルクの変動を相殺できる。
【０００９】
前記第１開口は、シャフト周方向における間隔をおいて並列するように複数形成され、前記第２開口は、シャフト周方向における間隔をおいて並列するように複数形成され、前記第１凹部はシャフト周方向における全域に亘り設けられ、前記第２凹部はシャフト周方向における全域に亘り設けられているのが好ましい。
これにより、トルク変化に応じた磁束通過部外周と開口との重なり面積の変化を可及的に大きくし、トルク検出感度を向上できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜図４に示すトルクセンサ１は、車両のパワーステアリング装置における操舵トルクを検出する。そのトルクセンサ１は、ハウジング２と、第１シャフト３と、第２シャフト４とを備えている。その第１シャフト３は、軸受５を介してハウジング２により支持され、ブッシュ６を介して第２シャフト４の一端に形成された凹部４ａの内周により支持される。その第２シャフト４は、軸受７を介してハウジング２により支持される。その検出トルクに応じて操舵補助力が付与される。
【００１１】
その第１シャフト３に形成された軸方向孔３ａと、その第２シャフト４の凹部４ａとにトーションバー８が挿入されている。そのトーションバー８の一端はピン９により第１シャフト３に同行回転するように連結され、他端はセレーション１０を介して第２シャフト４に同行回転するように連結されている。これにより、その第２シャフト４は、第１シャフト３と同軸心に配置されると共に、第１シャフト３に弾性的に相対回転可能に連結されている。その第１シャフト３の一端側はステアリングホイール（図示省略）に接続され、その第２シャフト４の他端側は例えばラックピニオン式ステアリングギア等のステアリングギアに接続される。これにより、操舵のためのステアリングホイールの回転が第１、第２シャフト３、４を介して車輪に伝達され、操舵角が変化する。
【００１２】
両シャフト３、４に円筒形の移動部材１２が同軸心に連結されている。両シャフト３、４の相対回転に応じて移動部材１２が両シャフト３、４に対してシャフト軸方向へ移動するように、両シャフト３、４と移動部材１２とを連動させる連動機構が構成されている。すなわち、その移動部材１２に形成されたシャフト軸方向を長手方向とする長孔１３ａに、第２シャフト４に固定されたピン１３ｂがシャフト軸方向に相対移動可能に挿入されることで、移動部材１２と第２シャフト４とは同行回転可能かつシャフト軸方向に相対移動可能に連結されている。その第２シャフト４に形成されたシャフト軸心回りの螺線方向を長手方向とする長孔１３ｃに、第１シャフト３に固定されたピン１３ｄがその螺線方向に相対移動可能に挿入されることで、移動部材１２と第１シャフト３とはその螺線に沿って相対移動可能に連結されている。両シャフト３、４が相対回転していない検出原点位置にある時、各長孔１３ａ、１３ｃにおける長手方向中央位置にピン１３ｂ、１３ｄは配置される。これにより移動部材１２は、両シャフト３、４が一方向に相対回転する時、その相対回転量に応じて一方向に向かい軸方向移動し、両シャフト３、４が他方向に相対回転する時、その相対回転量に応じて他方向に向かい軸方向移動する。
【００１３】
そのハウジング２の内周に、磁性材製の第１コイルホルダー３１と磁性材製の第２コイルホルダー３２とが挿入されている。図２に示すように、各コイルホルダー３１、３２は、円筒状の外周部分３１ａ、３２ａと、その外周部分３１ａ、３２ａの一端側から内方に向かう円環状の周壁部分３１ｂ、３２ｂと、その外周部分３１ａ、３２ａの他端側から内方に向かう円環状の蓋部分３１ｃ、３２ｃとから構成される。各コイルホルダー３１、３２は、ハウジング２の内周に形成される段差２ａと、ハウジング２の内周に嵌め合わされる止め輪５３とにより、板バネ５４を介して挟み込まれ、これによりハウジング２に固定される。
【００１４】
その第１コイルホルダー３１により保持される第１コイル３３と、その第２コイルホルダー３２により保持される第２コイル３４とが、両シャフト３、４の相対回転軸方向に沿って並列する。両コイル３３、３４は同一仕様であり、導線３３ａ、３４ａを絶縁材製のボビン３３ｂ、３４ｂにシャフト軸心まわりに巻き付けることで構成され、各コイルホルダー３１、３２の内周に挿入されている。各コイルホルダー３１、３２及びコイル３３、３４は、上記移動部材１２の外周を隙間を介して囲むように配置される。各コイル３３、３４は、後述のようにトルク検出回路を構成し、交番磁界を生じるように磁束を発生させる。
【００１５】
その第１シャフト３は磁性材製とされている。これにより、その第１シャフト３の外周は、コイル３３、３４の発生磁束の通過位置に配置され、その外周が円筒面に沿う磁性材製の磁束通過部を構成する。本実施形態では、その第１シャフト３は単一部材から形成されているが、磁束通過部を構成する部材と、磁束通過部以外の部分を構成する部材とを一体化することで第１シャフトを形成してもよい。
【００１６】
図２、図３に示すように、その磁束通過部にシャフト周方向に沿う縁４１′、４１″を有する周溝状の第１凹部４１と、シャフト周方向に沿う縁４２′、４２″を有する周溝状の第２凹部４２とが形成されている。両凹部４１、４２は、互いにシャフト軸方向における間隔をおいて配置され、それぞれシャフト周方向における全域に亘り設けられ、各凹部４１、４２の寸法は互いに等しくされている。
【００１７】
上記移動部材１２は、導電性を有する非磁性材製とされ、上記磁束通過部を囲むと共に両コイル３３、３４の発生磁束の通過位置に配置される磁束規制部を構成する。本実施形態では、移動部材１２の内周と第２シャフト４の外周とが相対摺動することで移動部材１２のがたつきが防止されている。なお、その移動部材１２の内周と各シャフト３、４の外周との間に、両者のこじれを防止するため摩擦係数の小さい例えばテフロン等の部材を介在させてもよい。
【００１８】
その磁束規制部に、複数の第１開口４３と複数の第２開口４４とが形成されている。その第１開口４３と第２開口４４とはシャフト軸方向における間隔をおいて配置される。それら第１開口４３は互いにシャフト周方向における等間隔をおいて並列する。それら第２開口４４は互いにシャフト周方向における等間隔をおいて並列する。各開口４３、４４の形状、寸法は互いに等しくされ、本実施形態では、シャフト軸方向に平行な一対の縁とシャフト周方向に平行な一対の縁とを有する４辺形に沿う形状を有する。上記第１コイル３３は各第１開口４３を通過する磁束を発生する位置に配置され、上記第２コイル３４は各第２開口４４を通過する磁束を発生する位置に配置される。
【００１９】
シャフト径方向において、上記各凹部４１、４２におけるシャフト周方向に沿う一方の縁４１′、４２′に連なる磁束通過部外周、本実施形態では第１シャフト３における両凹部４１、４２の間の外周部分と、上記開口４３、４４との重なり面積が、両シャフト３、４の相対回転による移動部材１２の移動に応じて変化するように、各凹部４１、４２と各開口４３、４４とは相対配置されている。
【００２０】
すなわち図３に示すように、相隣接する第１凹部４１の一方の縁４１′と第２凹部４２の一方の縁４２′との間における磁束通過部のシャフト軸方向寸法Ｌ１は、相隣接する第１開口４３の一方の縁４３′と第２開口４４の一方の縁４４′との間における磁束規制部のシャフト軸方向寸法Ｌ２よりも大きくされている。そして、トルク検出範囲に対応する移動部材１２のシャフト軸方向移動範囲において、第１凹部４１におけるシャフト周方向に沿う一方の縁４１′は第１開口４３とシャフト径方向において重なるように配置され、第２凹部４２におけるシャフト周方向に沿う一方の縁４２′は第２開口４４とシャフト径方向において重なるように配置されている。
【００２１】
これにより、両凹部４１、４２の相互間における磁束通過部外周と各開口４３、４４とはシャフト径方向において重なる。そして、その第１開口４３と第１凹部４１の一方の縁４１′に連なる磁束通過部外周とは、両シャフト３、４の一方向への相対回転により移動部材１２が一方向（図２において右方向）へ移動する時は互いとの上記重なり面積が増加し、両シャフト３、４の他方向への相対回転により移動部材１２が他方向（図２において左方向）へ移動する時は互いとの上記重なり面積が減少するように相対配置されている。また、その第２開口４４と第２凹部４２の一方の縁４２′に連なる磁束通過部外周とは、両シャフト３、４の一方向への相対回転により移動部材１２が一方向へ移動する時は互いとの上記重なり面積が減少し、両シャフト３、４の他方向への相対回転により移動部材１２が他方向へ移動する時は互いとの上記重なり面積が増加するように相対配置されている。
【００２２】
両シャフト３、４が相対回転していない検出原点位置にある時、その第１開口４３と第１凹部４１の一方の縁４１′に連なる磁束通過部外周との上記重なり面積と、その第２開口４４と第２凹部４２の一方の縁４２′に連なる磁束通過部外周との上記重なり面積とは互いに等しくされている。また、両シャフト３、４の相対回転時において、その第１開口４３と第１凹部４１の一方の縁４１′に連なる磁束通過部外周との上記重なり面積の変化の絶対値と、その第２開口４４と第２凹部４２の一方の縁４２′に連なる磁束通過部外周との上記重なり面積の変化の絶対値とは互いに等しくされている。
【００２３】
第１凹部４１の一方の縁４１′から他方の縁４１″までのシャフト軸方向距離Ｌ３は、第１開口４３の他方の縁４３″までのシャフト軸方向距離Ｌ４よりも大きくされ、また、第２凹部４２の一方の縁４２′から他方の縁４２″までのシャフト軸方向距離Ｌ５は、第２開口４４の他方の縁４４″までのシャフト軸方向距離Ｌ６よりも大きくされている。そして、トルク検出範囲に対応する移動部材１２のシャフト軸方向移動範囲において、第１凹部４１における他方の縁４１″と第２凹部４２における他方の縁４２″は、各開口４３、４４とシャフト径方向において重なることがないように配置されている。
【００２４】
また、トルク検出範囲に対応する移動部材１２のシャフト軸方向移動範囲において、第１コイルホルダー３１の蓋部分３１ｃは磁束通過部とシャフト径方向において重なり、周壁部分３１ｂは磁束規制部とシャフト径方向において重なるように配置され、第２コイルホルダー３２の蓋部分３２ｃは磁束通過部とシャフト径方向において重なり、周壁部分３２ｂは磁束規制部とシャフト径方向において重なるように配置され、磁束の乱れが防止されている。
【００２５】
図２において二点鎖線βで示すように、第１コイル３３の発生磁束が第１コイルホルダー３１、移動部材１２の第１開口４３、第１シャフト３の磁束通過部を通過することで、その第１コイルホルダー３１および第１シャフト３の磁束通過部を構成要素として含む第１磁気回路が構成され、また、第２コイル３４の発生磁束が第２コイルホルダー３２、移動部材１２の第２開口４４、第１シャフト３の磁束通過部を通過することで、その第２コイルホルダー３２および第１シャフト３の磁束通過部を構成要素として含む第２磁気回路が構成される。
【００２６】
上記構成においては、トルク伝達時における両シャフト３、４の相対回転により移動部材１２が両シャフト３、４に対して軸方向移動する。これにより、磁束通過部に形成された凹部４１、４２と、移動部材１２の磁束規制部に形成された開口４３、４４との重なり状態が変化するので、その凹部４１、４２の縁４１′、４２′に連なる磁束通過部外周と上記開口４３、４４との重なり面積が両シャフト３、４の相対回転に応じて変化する。その磁束通過部は磁性材製であり、その移動部材１２は非磁性材製であるので、その重なり面積の変化によって磁束通過部の通過磁束が変化する。また、コイル３３、３４の磁束発生に基づき生じる交番磁界内で導電性の移動部材１２に生じる渦電流によっても、その磁束通過部に至る磁束が遮られる。これにより、その磁束通過部の通過磁束を、その重なり面積の変化に応じて変化させることができる。その面積変化は伝達トルクに対応する両シャフト３、４の相対回転に対応する。その磁束変化に基づく電磁誘導によりコイル３３、３４出力が変化するものとされ、そのコイル出力の変化に基づき伝達トルクが検出される。
【００２７】
また、上記構成によれば、トルク伝達時に両シャフト３、４が一方向に相対回転して移動部材１２が一方向に移動すると、その移動量に応じて第１開口４３と第１凹部４１の一方の縁４１′に連なる磁束通過部外周との重なり面積が増加し、第２開口４４と第２凹部４２の一方の縁４２′に連なる磁束通過部外周との重なり面積が減少する。トルク伝達時に両シャフト３、４が他方向に相対回転して移動部材１２が他方向に移動すると、その移動量に応じて第１開口４３と磁束通過部外周との上記重なり面積が減少し、第２開口４４と磁束通過部外周との上記重なり面積が増加する。各重なり面積の変化に応じて磁束通過部を通過する磁束が変化する。また、両シャフト３、４の相対回転時において、その第１開口４３と磁束通過部外周との上記重なり面積の変化の絶対値と、その第２開口４４と磁束通過部外周との上記重なり面積の変化の絶対値とは互いに等しくされている。よって、第１開口４３と磁束通過部外周との上記重なり面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束の変化と、第２開口４４と磁束通過部外周との上記重なり面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束の変化との差に基づき、両シャフト３、４により伝達されるトルクを検出し、トルク検出感度を増大できる。しかも、温度が変動した場合、第１開口４３と重なる磁束通過部を通過する磁束と、第２開口４４と重なる磁束通過部を通過する磁束とは同じだけ変化するので、両磁束変化の差に基づきトルクを検出することで温度変動による検出トルクの変動を相殺できる。
【００２８】
本実施形態では、各コイル３３、３４は、ハウジング２に取り付けられるプリント基板３５に配線を介して接続される。そのプリント基板３５に、図４に示すトルク検出回路が形成されている。その回路において、第１コイル３３は抵抗４５を介して発振器４６に接続され、第２コイル３４は抵抗４７を介して発振器４６に接続され、各コイル３３、３４は差動増幅回路４８に接続される。これにより、両シャフト３、４間でのトルク伝達によりトーションバー８が捩れることで両シャフト３、４が弾性的に相対回転し、その伝達トルクに応じて各開口４３、４４と磁束通過部外周との重なり面積が変化し、その重なり面積の変化により磁束通過部の通過磁束が変化することで、第１、第２コイル３３、３４の出力が変化する。その第１開口４３と重なる磁束通過部の通過磁束の変化と、第２開口４４と重なる磁束通過部の通過磁束の変化との差に対応する差動増幅回路４８の出力に基づき、両シャフト３、４により伝達されるトルクが検出される。その差動増幅回路４８から出力される伝達トルクに対応した信号に応じて駆動されるモータ等の図外アクチュエータにより操舵補助力が付与される。その操舵補助力の付与機構は公知の構成を採用できる。
【００２９】
上記構成によれば、移動部材１２のシャフト軸方向移動に応じてトルクを検出するトルクセンサ１において、差動トランスを用いることなく、電磁誘導によるコイル出力の変化に基づきトルクを検出でき、重量軽減を図ることができる。また、開口４３、４４および凹部４１、４２を容易に形成し、両シャフト３、４が一方向に相対回転した時と、他方向に相対回転した時の何れの場合にも、その相対回転量に応じたトルクを検出できる。また、各開口４３、４４はシャフト周方向における間隔をおいて並列するように複数形成され、各凹部４１、４２はシャフト周方向における全域に亘り設けられているので、トルク変化に応じた磁束通過部外周と開口４３、４４との重なり面積の変化を可及的に大きくし、トルク検出感度を向上できる。
【００３０】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、第１シャフト３に代えて第２シャフト４の外周が、あるいは両シャフト３、４の外周が、磁束通過部を構成してもよい。また、トルク検出範囲に対応する移動部材１２のシャフト軸方向移動範囲において、第１凹部４１における他方の縁４１″が第１開口４３とシャフト径方向において重なり、第２凹部４２における他方の縁４２″が第２開口４４とシャフト径方向において重なり、第１凹部４１における一方の縁４１′と第２凹部４２における一方の縁４２′が各開口４３、４４とシャフト径方向において重なることがないように配置されてもよい。また、第１シャフト３の一端側をステアリングギアに接続し、第２シャフト４の他端側をステアリングホイールに接続するようにしてもよい。また、凹部は周溝状に限定されず、例えばシャフト軸方向に平行な一対の縁とシャフト周方向に平行な一対の縁とを有する４辺形に沿う形状を有するものであってもよく、その凹部をシャフト周方向の間隔をおいて複数設けてもよい。さらに、本発明のトルクセンサをステアリング装置以外においてトルクを検出するために用いてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、軽量化を図ることができると共に検出精度、検出感度に優れたトルクセンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のトルクセンサの断面図
【図２】本発明の実施形態のトルクセンサの要部の断面図
【図３】本発明の実施形態のトルクセンサの移動部材の部分展開図
【図４】本発明の実施形態のトルク検出回路を示す図
【符号の説明】
１トルクセンサ
３第１シャフト
４第２シャフト
１２移動部材
３１、３２コイルホルダー
３３第１コイル
３４第２コイル
４１第１凹部
４２第２凹部
４３第１開口
４４第２開口

Claims

第１シャフトと、
その第１シャフトに同軸心かつ弾性的に相対回転可能に連結される第２シャフトと、
両シャフトと同軸心の筒状移動部材と、
両シャフトの相対回転に応じて移動部材が両シャフトに対してシャフト軸方向へ移動するように、両シャフトと移動部材とを連動させる機構と、
その移動部材を囲むように配置されると共に、交番磁界を生じるように磁束を発生させるコイルとを備え、
両シャフトの中の少なくとも一方の外周により、前記コイルの発生磁束の通過位置に配置される磁性材製の磁束通過部が構成され、
その移動部材は、その磁束通過部を囲むと共に前記コイルの発生磁束の通過位置に配置される導電性を有する非磁性材製の磁束規制部を有し、
その磁束通過部に凹部が形成され、
その磁束規制部に開口が形成され、
シャフト径方向において、その凹部の縁に連なる磁束通過部外周と前記開口との重なり面積が、両シャフトの相対回転による移動部材の移動に応じて変化するように、その凹部と開口とは相対配置され、
その重なり面積の変化に応じた前記磁束通過部の通過磁束の変化に基づき、両シャフトにより伝達されるトルクが検出されるトルクセンサ。
その移動部材は、両シャフトが一方向に相対回転する時、その相対回転量に応じて一方向に向かい軸方向移動し、両シャフトが他方向に相対回転する時、その相対回転量に応じて他方向に向かい軸方向移動するものとされ、
その開口は、シャフト軸方向に平行な一対の縁とシャフト周方向に平行な一対の縁とを有する４辺形に沿う形状を有し、
その凹部は周溝状とされ、
トルク検出範囲に対応する前記移動部材の移動範囲において、その凹部におけるシャフト周方向に沿う一方の縁は、その開口とシャフト径方向において重なるように配置され、その凹部における他方の縁は、その開口とシャフト径方向において重なることがないように配置されている請求項１に記載のトルクセンサ。
前記コイルとして、シャフト軸方向に沿って並列する同一仕様の第１コイルと第２コイルとを備え、
前記開口として、シャフト軸方向における間隔をおいて配置される第１開口と第２開口とを備え、
前記凹部として、シャフト軸方向における間隔をおいて配置される第１凹部と第２凹部とを備え、
その第１コイルは第１開口を通過する磁束を発生する位置に配置され、その第２コイルは第２開口を通過する磁束を発生する位置に配置され、
その第１開口と第１凹部の縁に連なる磁束通過部外周とは、両シャフトの一方向への相対回転により移動部材が一方向へ移動する時は互いとの前記重なり面積が増加し、両シャフトの他方向への相対回転により移動部材が他方向へ移動する時は互いとの前記重なり面積が減少するように相対配置され、
その第２開口と第２凹部の縁に連なる磁束通過部外周とは、両シャフトの一方向への相対回転により移動部材が一方向へ移動する時は互いとの前記重なり面積が減少し、両シャフトの他方向への相対回転により移動部材が他方向へ移動する時は互いとの前記重なり面積が増加するように相対配置され、
両シャフトの相対回転時において、その第１開口と第１凹部の縁に連なる磁束通過部外周との前記重なり面積の変化の絶対値と、その第２開口と第２凹部の縁に連なる磁束通過部外周との前記重なり面積の変化の絶対値とは互いに等しくされ、
その重なり面積の変化に応じた第１凹部の縁に連なる磁束通過部の通過磁束の変化と、その重なり面積の変化に応じた第２凹部の縁に連なる磁束通過部の通過磁束の変化との差に基づき、両シャフトにより伝達されるトルクが検出される請求項１または２に記載のトルクセンサ。
前記第１開口は、シャフト周方向における間隔をおいて並列するように複数形成され、
前記第２開口は、シャフト周方向における間隔をおいて並列するように複数形成され、
前記第１凹部はシャフト周方向における全域に亘り設けられ、
前記第２凹部はシャフト周方向における全域に亘り設けられている請求項３に記載のトルクセンサ。