JP3728196B2 - トルクセンサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置等に装備されるトルクセンサ等のように、回転軸に発生するトルクを検出するトルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトルクセンサとしては、例えば、特開平２−１３２３３６号公報に記載されているようなものが開示されている。
即ち、従来のトルクセンサは、図２４にも示すように、入力軸１０１と出力軸１０２との間に介装されたトーションバー１０３と、前記入力軸１０１側に固定されていて円周方向所定間隔のもとに切欠部が複数形成された磁性材料よりなる被包囲部材１０４と、該被包囲部材１０４における切欠部が形成された側面と軸方向に対向する状態で前記出力軸１０２側に固定されていて前記被包囲部材１０４における切欠部に対応した切欠部が円周方向所定間隔のもとに複数形成された導電性かつ非磁性材料よりなる包囲部材１０５と、該包囲部材１０５側に軸方向に対向する状態で設けられていて前記被包囲部材１０４の切欠部および非切欠部と包囲部材１０５の切欠部との重なり具合の変化をインピーダンス変化に基づいて検出することにより前記入力軸１０１と出力軸１０２との間に発生するトルクを検出する検出コイル１０６とを備えた構造となっている。
【０００３】
即ち、この種のトルクセンサでは、より大きなインピーダンス変化を得るためには、包囲部材１０５を導電性かつ非磁性材料で構成し、検出コイル１０６と被包囲部材１０４との間に生じる磁界を遮断する方式を用いることが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、検出コイル１０６と被包囲部材１０４との間に生じる磁界を非磁性の包囲部材１０５で遮断する場合、従来例のトルクセンサにおけるように、包囲部材１０５を検出コイル１０６と被包囲部材１０４との間に単に軸方向に重ねた状態で介装させただけでは、検出コイル１０６と被包囲部材１０４との間に生じる磁界が包囲部材１０５の外周縁部側を迂回して流れてしまい、完全には磁界を遮断することができず、これがインピーダンス変化量を低下させてトルク検出精度を悪くする原因の１つになっているという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上述の従来の問題点に着目してなされたもので、包囲部材の外周側を迂回する磁界を遮断することができ、これにより、トルク検出精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する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明請求項１記載のトルクセンサは、第１回転軸と第２回転軸との間に介装された弾性体と、前記第１回転軸側に固定されていて少なくとも軸方向一側面に円周方向所定間隔のもとに切欠部が複数形成された磁性材料よりなる被包囲部材と、導電性かつ被磁性材料で形成され、前記被包囲部材の軸方向両側面の切欠部に対向し円周方向所定間隔のもとに複数形成された軸方向に貫通する切欠部を有する１対の包囲部材と、前記被包囲部材の外周面方向に設けられ、前記１対の包囲部材同士を一体に接続する外筒部と、前記１対の包囲部材のそれぞれに軸方向に対向する状態で設けられていて前記被包囲部材の切欠部および非切欠部と包囲部材の切欠部との重なり具合の変化をインピーダンス変化に基づいて検出することにより前記第１回転軸と第２回転軸との間に発生するトルクを検出する検出コイルとを備えたトルクセンサであって、前記外筒部によって一体に接続された１対の包囲部材は、前記第２回転軸に固定され、この１対の包囲部材の切欠部は、前記第１回転軸と第２回転軸との相対運動により一方側の切欠部が前記被包囲部材との重なり量が増加する方向に変化するとき、他方側の切欠部がこの被包囲部材との重なり量が減少する方向に変化するように配置されることとした。
【０００７】
請求項２記載のトルクセンサは、請求項１記載のトルクセンサにおいて、前記被包囲部材における各切欠部には非磁性材料が組み込まれていることとした。
【００１２】
【作用】
この発明請求項１記載のトルクセンサでは、上述のように、包囲部材の外周縁部に形成された被包囲部材の外周面方向に延びる外筒部により、包囲部材の外周側を迂回する磁界を遮断することができ、これにより、トルク検出精度を高めることができるようになるという効果が得られる。
また、上述のように、被包囲部材を挟んで両側面側にそれぞれ包囲部材と検出コイルが設けられることで、一方の検出コイルのインピーダンス変化をトルク検出に用い、もう一方の検出コイルのインピーダンス変化を温度補償用に用いることができると共に、両包囲部材における両切欠部のうちの一方の切欠部が第１回転軸と第２回転軸との相対回動により被包囲部材との重なり量が増加する方向に変化し、もう一方の切欠部が第１回転軸と第２回転軸との相対回動により被包囲部材との重なり量が減少する方向に変化するような位置に両切欠部が配置されることで、両検出コイルで検出されるインピーダンス変化の差分値が約２倍となり、これにより、トルク検出精度を高めることができるようになるという追加の効果が得られる。さらに、両包囲部材は前記被包囲部材の外周面方向に延びる外筒部同士が連結されることにより一体に形成されることで、部品点数の削減によりコストを低減化することができるようになるという追加の効果が得られる。
【００１３】
請求項２記載のトルクセンサでは、請求項１記載のトルクセンサにおいて、上述のように、被包囲部材の軸方向幅が包囲部材の軸方向幅より幅広に形成されることで、両サイドに備えた検出コイルの一方から発生する磁界が他方の検出コイルのインピーダンス変化に影響を与えることなしに、１つの被包囲部材を両検出コイルから発生する磁界の磁路として共用化することができるようになるという追加の効果が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（発明の実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１の構成を図１〜７に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、発明の実施の形態１のトルクセンサが適用される電動パワーステアリング装置を示す全体概略図であり、この図に示すように、ステアリングホイールＳＷを手動で回転させると、その回転がラックＬ＆ピニオンＰによりラックＬの直線運動に変換され、これにより、左右の前輪ＴＬ、ＴＲの向きを変更（操舵）することができる。また、ピニオンＰを電動モータＭにより減速ギヤＧを介し回転可能に構成することにより、前記手動による操舵力の補助が行われるようになっている。
【００２０】
また、前記電動モータＭは、手動による操舵力を検出するトルクセンサＴＳからの信号に基づいて、車載のコントロールユニットＥＣＵに組み込まれたマイコンによりその駆動制御が行われ、これにより、手動による操舵力の補助制御が行われる。なお、同図において、Ｒはフェールセーフ用のリレー、Ｂは車載のバッテリである。
【００２１】
次に、前記電動パワーステアリング装置におけるトルクセンサＴＳの構成を、図２〜７に基づいて説明する。
【００２２】
図２は、車両用電動パワーステアリング装置のトルクセンサＴＳを示す縦断面図であり、この図において、１はハウジング、２は入力軸（第２回転軸）、３は出力軸（第１回転軸）、４はトーションバー（弾性体）、５は被包囲部材、６はトルク検出側包囲部材、７は温度補償側包囲部材、８はトルク検出用コイル（検出コイル）、９は温度補償用コイル（検出コイル）、１０は出力軸側ウォームホイール、１１はモータ軸側ウォームを示す。
【００２３】
さらに詳述すると、前記入力軸２および出力軸３はそれぞれ前記ハウジング１内に軸受けベアリング１ａ、１ｂを介してそれぞれ回転自在に支持された状態で、同軸に配置されている。
【００２４】
前記トーションバー４は、前記入力軸２の軸心穴２ａ内に回転可能に挿入され、その一端が軸心穴２ａの奥側で入力軸２に固定される一方、もう一端側は出力軸３の軸心穴３ａにスプライン結合されている。
【００２５】
そして、前記入力軸２には、ステアリングホイールＳＷが連結されていて、このステアリングホイールＳＷの操舵力が、入力軸２、トーションバー４、および、出力軸３を経由し、出力軸３の一端に設けられたラックＬ＆ピニオンＰによりラックＬの直線運動に変換され、左右の前輪ＴＬ、ＴＲに伝達されるようになっている。
【００２６】
前記被包囲部材５は、前記トルク検出用コイル８および温度補償用コイル９で発生する磁界の磁路を構成するものであり、このため鉄等の磁性材料で形成され、ハウジング１内において出力軸３の先端部外周にその内周側が装着固定されている。この被包囲部材５は、図３〜５にその詳細を示すように、その外周側に円周方向所定間隔のもとに軸方向に貫通する切欠部５１が複数（この発明の実施の形態１では８個）形成されている。なお、各切欠部５１の周方向幅が各非切欠部５２の３倍に形成されている。
【００２７】
前記トルク検出用コイル８は、インピーダンス変化に基づいて入力軸２と出力軸３との間に作用するトルクを検出するためのもので、被包囲部材５の入力軸２側の面と軸方向に対面する状態でハウジング１の内周面に固定されていて、被包囲部材５を磁路とする磁界を発生させる。
【００２８】
前記温度補償用コイル９は、前記トルク検出用コイル８でトルクを検出する際に温度変化に基づく検出値の変動を修正するためのもので、被包囲部材５の出力軸３側の面と軸方向に対面する状態でハウジング１の内周面に固定されていて、被包囲部材５を磁路とする磁界を発生させる。
【００２９】
前記トルク検出側包囲部材６は、内周側を入力軸２側に固定した状態で、前記被包囲部材５とトルク検出用コイル８との間に介装されている。そして、このトルク検出側包囲部材６には、図６、７にその詳細を示すように、前記被包囲部材５における切欠部５１および非切欠部５２の数に対応し軸方向に貫通する窓部（切欠部）６１が円周方向所定間隔のもとに複数（この発明の実施の形態１では８個）形成されている。なお、各窓部６１周方向幅が被包囲部材５の非切欠部５２と同一幅に形成されている。
【００３０】
即ち、トルク検出側包囲部材６の切欠部６１および非切欠部６２と前記被包囲部材５の切欠部５１および非切欠部５２との重なり具合の変化をインピーダンス変化に基づいて検出することにより入力軸２と出力軸３との間に発生するトルクを検出するためのものであり、このため、トルク検出側包囲部材６はアルミニウム等の導電性かつ非磁性材料で形成されている。
【００３１】
前記温度補償側包囲部材７は、内周側を出力軸３側に固定した状態で、前記被包囲部材５と温度補償用コイル９との間に介装されている。そして、この温度補償側包囲部材７には、図６、７にその詳細を示すように、前記被包囲部材５における切欠部５１および非切欠部５２の数に対応し軸方向に貫通する窓部（切欠部）７１が円周方向所定間隔のもとに複数（この発明の実施の形態１では８個）形成されている。なお、各窓部７１周方向幅が被包囲部材５の非切欠部５２と同一幅に形成されている。
【００３２】
即ち、温度補償側包囲部材７の切欠部７１および非切欠部７２と前記被包囲部材５の切欠部５１および非切欠部５２との重なり具合により、温度補償用コイル９において基準となる一定のインピーダンス値が得られるように設定されていて、この基準となるインピーダンス値を基準として、前記トルク検出用コイル８で検出されるインピーダンス値との差から温度補償されたトルク値を得るようにしたものであり、このため、温度補償側包囲部材７は、アルミニウム等の導電性かつ非磁性材料で形成されている。
【００３３】
また、前記トルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７の外周縁部には、それぞれ被包囲部材５の外周面方向に延びる外筒部６３、７３が形成されている。
なお、前記被包囲部材５の軸方向幅がトルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７の軸方向幅より幅広に形成されることにより、両サイドに備えた温度補償用コイル９とトルク検出用コイル８の一方から発生する磁界が他方のインピーダンス変化に影響を与えることなしに、１つの被包囲部材５を両コイル９、８から発生する磁界の磁路として共用化することができるようになっている。
【００３４】
なお、図６に、入力軸２側に回転力が加わっていないトルク値０の状態におけるトルク検出側包囲部材６と温度補償側包囲部材７との周方向位置関係を示すように、トルク検出側包囲部材６の窓部６１と温度補償側包囲部材７の窓部７１とが回動角で２２．５度ずれた状態で、即ち、トルク検出側包囲部材６の各窓部６１と温度補償側包囲部材７の各窓部７１との間における各非切欠部６２、７２の幅が被包囲部材５の各非切欠部５２の周方向幅と同一幅に形成された状態となっており、この幅部分に被包囲部材５の各非切欠部５２が丁度軸方向に重なった状態に配置されている。
【００３５】
次に、この発明の実施の形態１のトルクセンサＴＳの作用・効果を説明する。この発明の実施の形態１のトルクセンサＴＳは、上述のように構成されるため、図６に示すトルク０の状態では、トルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７の非切欠部６２、７２により、それぞれ磁界が完全に遮断された状態となっており、このため、トルク検出用コイル８および温度補償用コイル９で検出されるインピーダンス値の差は略０（トルク値０）となっている。
【００３６】
次に、図６に示すトルク値０の状態から、入力軸２側に回転力が作用すると、入力軸２の回転力がトーションバー４を介して出力軸３側に伝達される際に、トルク量に応じてトーションバー４が捻じれることで、被包囲部材５とトルク検出側包囲部材６とが相対回動し、これにより、被包囲部材５の各非切欠部がトルク検出側包囲部材６の各窓部６１側と重なる方向に相対回動するため、相対回動量に応じトルク検出用コイル８で検出されるインピーダンス値が変化する。そこで、トルク検出用コイル８で検出されるインピーダンス値と、温度補償用コイル９で検出された基準となる一定のインピーダンス値との差分値を検出することにより、常に温度補償された状態のトルク値を検出することができる。
【００３７】
また、前記トルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７の外周縁部には、それぞれ被包囲部材５の外周面方向に延びる外筒部６３、７３が形成されているため、トルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７の外周側を迂回する磁界をほぼ完全に遮断することができ、これにより、トルク検出精度を高めることができるようになるという効果が得られる。
【００３８】
次に、発明の他の実施の形態を説明する。なお、この他の発明の実施の形態の説明に当たっては、前記発明の実施の形態１と同様の構成部分は図示およびその説明を省略し、もしくは同一の符号を付してその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００３９】
（発明の実施の形態２）
まず、発明の実施の形態２のトルクセンサＴＳの構成を図８〜１２に基づいて説明する。
この発明の実施の形態２のトルクセンサＴＳは、前記発明の実施の形態１では、温度補償用包囲部材７の内周側が出力軸３側に固定され、同じく出力軸３側に固定された被包囲部材５と一体に回動するように設けられているのに対し、この発明の実施の形態２では、温度補償用包囲部材７の内周側は出力軸３側には固定されないフリーの状態で温度補償用包囲部材７の外周に形成される外筒部７３とトルク検出側包囲部材６の外筒部６３とが互いに軸方向に延長され一体に連結することにより、トルク検出側包囲部材６と一体に回動するように構成されている点が、前記発明の実施の形態１とは相違している。
【００４０】
そして、図９に示すように、トルク検出側包囲部材６の窓部６１と温度補償側包囲部材７の窓部７１とが回動角で２２．５度ずれた状態に配置されると共に、入力軸２側に回転力が加わっていないトルク値０の状態で、トルク検出側包囲部材６の各窓部６１と温度補償側包囲部材７の各窓部７１との間における各非切欠部６２、７２の幅が被包囲部材５の各非切欠部５２の周方向幅と同一幅に形成された状態となっており、この幅部分に被包囲部材５の各非切欠部５２が丁度軸方向に重なる状態に配置されている。
【００４１】
また、温度補償側包囲部材７は、図１１に示すように、各窓部７１の軸心側がそれぞれ軸心穴７４と連通する切り欠き状に形成されることにより、前記被包囲部材５が軸方向に通過可能となっている。
【００４２】
次に、この発明の実施の形態の作用・効果を説明する。
この発明の実施の形態２のトルクセンサＴＳでは、上述のように構成されるため、図９に示すトルク０の状態では、トルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７の非切欠部６２、７２により、それぞれ磁界が完全に遮断された状態となっており、このため、トルク検出用コイル８および温度補償用コイル９で検出されるインピーダンス値の差は略０（トルク値０）となっている。
【００４３】
次に、図９に示すトルク値０の状態から、入力軸２側に回転力が作用すると、入力軸２の回転力がトーションバー４を介して出力軸３側に伝達される際に、トルク量に応じてトーションバー４が捻じれることで、被包囲部材５とトルク検出側包囲部材６とが相対回動し、これにより、被包囲部材５の各非切欠部がトルク検出側包囲部材６の各窓部６１側と重なる方向に相対回動するため、相対回動量に応じトルク検出用コイル８で検出されるインピーダンス値が変化する一方、これとは逆に、被包囲部材５の各非切欠部が温度補償側包囲部材７の各非切欠部７２と重なる方向に相対回動するため、インピーダンス値の差が略０を中心としてインピーダンス値が互いにプラスとマイナスの逆方向に変化することになる。
【００４４】
そこで、トルク検出用コイル８で検出されるプラス方向のインピーダンス値と、温度補償用コイル９で検出されたマイナス方向のインピーダンス値との差分値を検出することにより、常に温度補償された状態のトルク値を検出することができると共に、トルク検出用コイル８と温度補償用コイル９でそれぞれ検出される両インピーダンス値の差分値として大きな値（発明の実施の形態１の約２倍の値）が得られるため、トルク検出精度を高めることができるようになるという追加の効果が得られる。
【００４５】
また、トルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７は、被包囲部材５の外周面方向に延びる外筒部６３、７３同士が連結されることにより一体に形成されることで、部品点数の削減によりコストを低減化することができるようになるという追加の効果が得られる。
【００４６】
また、温度補償側包囲部材７における各窓部７１の軸心側をそれぞれ軸心穴７４と連通する切り欠き状に形成することにより、前記被包囲部材５が軸方向に通過可能に形成されているため、温度補償側包囲部材７（およびトルク検出側包囲部材６）と被包囲部材５のいずれか一方の部材を入力軸２または出力軸３のいずれか一方の軸に位置決め固定した後に、もう一方の部材をもう一方の軸に位置決め固定することができ、従って、一度にトルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７と被包囲部材５を位置決め固定する必要がなくなるため、組み立てが容易になるという追加の効果が得られる。
【００４７】
（発明の実施の形態３）
まず、発明の実施の形態３のトルクセンサＴＳの構成を図１３〜１５に基づいて説明する。なお、この発明の実施の形態３は、前記発明の実施の形態２の変形例を示すものである。
【００４８】
この発明の実施の形態３のトルクセンサＴＳは、前記発明の実施の形態２では温度補償用包囲部材７の内周側は出力軸３側には固定されないフリーの状態で温度補償用包囲部材７の外周に形成される外筒部７３とトルク検出側包囲部材６の外筒部６３とが互いに軸方向に延長され一体に連結することにより、トルク検出側包囲部材６と一体に回動するように構成されているのに対し、別体に形成された温度補償用包囲部材７の外筒部７３とトルク検出側包囲部材６の外筒部６３を互いに径方向に重ねた状態で一体に連結固定するようにした点が前記発明の実施の形態２とは相違している。
【００４９】
従って、この発明の実施の形態３のトルクセンサＴＳでは、部品点数の削減によるコストの低減効果は得られないが、その他の点においては前記発明の実施の形態２と同様の追加の効果が得られる。
【００５０】
（発明の実施の形態４）
まず、発明の実施の形態４のトルクセンサＴＳの構成を図１６〜１９に基づいて説明する。なお、この発明の実施の形態４は、前記発明の実施の形態２、３の変形例を示すものである。
【００５１】
この発明の実施の形態４のトルクセンサＴＳは、温度補償側包囲部材７における各非切欠部７２に、補強リブ７５を形成するようにしたものである。
即ち、この補強リブ７５は、温度補償用コイル９に当接しないように被包囲部材５側に突出するように形成されると共に、少なくとも温度補償側包囲部材７と被包囲部材５との相対回動範囲Ｗ内においては被包囲部材５の非切欠部５２と互いに当接しない位置において半径方向に形成されている。
【００５２】
以上のように、温度補償側包囲部材７の各非切欠部７２に補強リブ７５が形成されることで、出力軸３側に固定されずかつ軸心穴７４と連通する切り欠き状に形成された各窓部７１によって分断された温度補償用包囲部材７の各非切欠部７２が補強され、これにより、温度補償用コイル９と被包囲部材５との間隔を広げることなしに、かつ、温度補償用包囲部材７全体の肉厚を厚くすることなしに、その強度を高めることができるようになるという追加の効果が得られる。
【００５３】
（発明の実施の形態５）
まず、発明の実施の形態４のトルクセンサＴＳの構成を図２０、２１に基づいて説明する。なお、この発明の実施の形態５は、前記発明の実施の形態３の変形例を示すものである。
【００５４】
この発明の実施の形態５のトルクセンサＴＳは、前記発明の実施の形態３では、別体に形成された温度補償用包囲部材７の外筒部７３とトルク検出側包囲部材６の外筒部６３を互いに径方向に重ねた状態で一体に連結固定するようにしたのに対し、この発明の実施の形態５では、トルク検出側包囲部材６の外筒部６３を長く延長してその先端縁部を温度補償用包囲部材７の外筒部７３をとすると共に、外筒部７３の先端開口縁部内側に形成された環状段部６３ａに、円板状に形成された温度補償側包囲部材７を装着固定することにより、温度補償用包囲部材７とトルク検出側包囲部材６を一体に連結固定するようにした点が前記発明の実施の形態３とは相違したものである。
従って、この発明の実施の形態５のトルクセンサＴＳでは、前記発明の実施の形態３と同様の追加の効果が得られる。
【００５５】
（発明の実施の形態６）
まず、発明の実施の形態６のトルクセンサＴＳの構成を図２２に基づいて説明する。なお、この発明の実施の形態６は、前記発明の実施の形態２〜５に共通の変形例を示すものである。
【００５６】
この発明の実施の形態６のトルクセンサＴＳは、被包囲部材５における各切欠部５１に、アルミニウム等の導電性かつ非磁性材料５４を組み込むようにしたものである。 即ち、前記発明の実施の形態２〜５では、上述のように構成されるため、本来切欠部５１を通過すべき磁束のうち非磁性材料５４のうず電流で通過せずに帰って来る磁束が発生する結果、その帰って来る磁束の分だけ、温度補償用コイル９で検出されるインピーダンスの変化量が増加した状態となる。
従って、トルクの検出精度を高めることできるようになるという追加の効果が得られる。
【００５７】
なお、この発明の実施の形態６では、非包囲部材５および両被包囲部材６、７が円板状に形成されていて、互いに軸方向に対向させる形式のものに適用したが、図２３に示すように、被包囲部材５０１および包囲部材（図示せず）が円筒状に形成されていて、互いに径方向に対向する形式のものにおいても、被包囲部材５０１の各溝部（切欠部）５０２に非磁性材料５０３を組み込むことにより、同様の効果を得ることができる。
【００５８】
以上発明の実施の形態を図面により説明したが、具体的な構成はこれらの発明の実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００５９】
例えば、発明の実施の形態では、車両の電動パワーステアリング装置におけるトルクセンサに本発明を適用した例を示したが、それ以外にも、回転軸に発生するトルクを検出する場合に全て適用することができる。
【００６０】
また、発明の実施の形態では、被包囲部材５に形成される切欠部５１を軸方向に貫通する状態に設けたが、溝状に形成してもよい。
また、発明の実施の形態では、入力軸２側に包囲部材を設け、出力軸３側に被包囲部材を設けたが、逆であってもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明請求項１記載のトルクセンサでは、第１回転軸と第２回転軸との間に介装された弾性体と、前記第１回転軸側に固定されていて少なくとも軸方向一側面に円周方向所定間隔のもとに切欠部が複数形成された磁性材料よりなる被包囲部材と、該被包囲部材における切欠部が形成された側面と軸方向に対向する状態で前記第２回転軸側に固定されていて前記被包囲部材における切欠部に対応し軸方向に貫通する切欠部が円周方向所定間隔のもとに複数形成された導電性かつ非磁性材料よりなる包囲部材と、該包囲部材側に軸方向に対向する状態で設けられていて前記被包囲部材の切欠部および非切欠部と包囲部材の切欠部との重なり具合の変化をインピーダンス変化に基づいて検出することにより前記第１回転軸と第２回転軸との間に発生するトルクを検出する検出コイルとを備えたトルクセンサであって、前記包囲部材の外周縁部には被包囲部材の外周面方向に延びる外筒部が形成されている手段としたことで、この外筒部によって包囲部材の外周側を迂回する磁界を遮断することができ、これにより、トルク検出精度を高めることができるようになるという効果が得られる。
また、前記被包囲部材には少なくとも軸方向両面に前記切欠部が形成され、前記被包囲部材における各切欠部が形成された両各側面と軸方向に対向する状態で前記包囲部材がそれぞれ設けられ、該両包囲部材のうちの一方のみが前記第１回転軸または第２回転軸に固定されると共に両包囲部材は前記被包囲部材の外周面方向に延びる外筒部同士が連結されることにより一体に形成され、前記両包囲部材における両切欠部のうちの一方の切欠部が第１回転軸と第２回転軸との相対回動により被包囲部材との重なり量が増加する方向に変化し、もう一方の切欠部が第１回転軸と第２回転軸との相対回動により被包囲部材との重なり量が減少する方向に変化するような位置に両切欠部が配置され、前記各包囲部材側に軸方向に対向する状態で前記検出コイルがそれぞれ設けられている手段としたことで、一方の検出コイルのインピーダンス変化をトルク検出に用い、もう一方の検出コイルのインピーダンス変化を温度補償用に用いることができると共に、両包囲部材における両切欠部のうちの一方の切欠部が第１回転軸と第２回転軸との相対回動により被包囲部材との重なり量が増加する方向に変化し、もう一方の切欠部が第１回転軸と第２回転軸との相対回動により被包囲部材との重なり量が減少する方向に変化するような位置に両切欠部が配置されることで、両検出コイルで検出されるインピーダンス変化の差分値が２倍となり、これにより、トルク検出精度を高めることができるようになるという追加の効果が得られる。
【００６２】
請求項２記載のトルクセンサは、請求項１記載のトルクセンサにおいて、前記被包囲部材における各切欠部には非磁性材料が組み込まれている手段としたことで、本来切欠部を通過すべき磁束のうち非磁性材料のうず電流で通過せずに帰って来る磁束が発生する結果、その帰って来る磁束の分だけインピーダンスの変化量が増加した状態となり、これにより、トルクの検出精度を高めることできるようになるという追加の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態１のトルクセンサが適用された電動パワーステアリング装置を示す全体概略図である。
【図２】発明の実施の形態１のトルクセンサを示す縦断面図である。
【図３】発明の実施の形態１のトルクセンサにおける被包囲部材を示す正面図である。
【図４】図３のIV−IV線における縦断面図である。
【図５】発明の実施の形態１のトルクセンサにおける被包囲部材を示す斜視図である。
【図６】発明の実施の形態１のトルクセンサにおける両包囲部材を示す正面図である。
【図７】図６の VII−VII 線における縦断面図である。
【図８】発明の実施の形態２のトルクセンサを示す縦断面図である。
【図９】発明の実施の形態２のトルクセンサにおける被包囲部材を示す正面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線における縦断面図である。
【図１１】発明の実施の形態２のトルクセンサにおける両包囲部材を示す温度補償側包囲部材側から見た斜視図である。
【図１２】発明の実施の形態２のトルクセンサにおける両包囲部材を示すトルク検出側包囲部材側から見た斜視図である。
【図１３】発明の実施の形態３のトルクセンサを示す要部縦断面図である。
【図１４】発明の実施の形態３のトルクセンサにおける両包囲部材を示す正面図である。
【図１５】図１４のXV−XV線における縦断面図である。
【図１６】発明の実施の形態４のトルクセンサにおける両包囲部材を示す正面図である。
【図１７】図１４のXVII−XVII線における縦断面図である。
【図１８】発明の実施の形態４のトルクセンサにおける両包囲部材を示す要部拡大図である。
【図１９】図１８のＡ矢視方向要部拡大図である。
【図２０】発明の実施の形態５のトルクセンサにおける両包囲部材を示す正面図である。
【図２１】図２０の XXI−XXI 線における縦断面図である。
【図２２】発明の実施の形態６のトルクセンサにおける被包囲部材を示す斜視図である。
【図２３】被包囲部材の他の例を示す斜視図である。
【図２４】従来例のトルクセンサを示す縦断面図である。
【符号の説明】
Ｂ バッテリ
ＥＣＵ コントロールユニット
Ｇ 減速ギヤ
Ｌ ラック
Ｍ 電動モータ
Ｐ ピニオン
ＳＷ ステアリングホイール
ＴＬ 左前輪
ＴＲ 右前輪
ＴＳ トルクセンサ
１ ハウジング
１ａ ベアリング
１ｂ ベアリング
１ｃ ベアリング
２ 入力軸（第２回転軸）
２ａ 軸心穴
３ 出力軸（第１回転軸）
３ａ 軸心穴
４ トーションバー（弾性体）
５ 被包囲部材
６ トルク検出側包囲部材
７ 温度補償側包囲部材
８ トルク検出用コイル（検出コイル）
９ 温度補償用コイル（検出コイル）
１０ 出力軸側ウォームホイール
１１ モータ軸側ウォーム
５１ 切欠部
５２ 被切欠部
５３ 非磁性材料
５４ 軸心穴
６１ 窓部（切欠部）
６２ 非切欠部
６３ 外筒部
６３ａ 環状段部
７１ 窓部（切欠部）
７２ 非切欠部
７３ 外筒部
７４ 軸心穴
７５ 補強リブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動パワーステアリング装置等に装備されるトルクセンサ等のように、回転軸に発生するトルクを検出するトルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトルクセンサとしては、例えば、特開平２−１３２３３６号公報に記載されているようなものが開示されている。
即ち、従来のトルクセンサは、図２４にも示すように、入力軸１０１と出力軸１０２との間に介装されたトーションバー１０３と、前記入力軸１０１側に固定されていて円周方向所定間隔のもとに切欠部が複数形成された磁性材料よりなる被包囲部材１０４と、該被包囲部材１０４における切欠部が形成された側面と軸方向に対向する状態で前記出力軸１０２側に固定されていて前記被包囲部材１０４における切欠部に対応した切欠部が円周方向所定間隔のもとに複数形成された導電性かつ非磁性材料よりなる包囲部材１０５と、該包囲部材１０５側に軸方向に対向する状態で設けられていて前記被包囲部材１０４の切欠部および非切欠部と包囲部材１０５の切欠部との重なり具合の変化をインピーダンス変化に基づいて検出することにより前記入力軸１０１と出力軸１０２との間に発生するトルクを検出する検出コイル１０６とを備えた構造となっている。
【０００３】
即ち、この種のトルクセンサでは、より大きなインピーダンス変化を得るためには、包囲部材１０５を導電性かつ非磁性材料で構成し、検出コイル１０６と被包囲部材１０４との間に生じる磁界を遮断する方式を用いることが望ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、検出コイル１０６と被包囲部材１０４との間に生じる磁界を非磁性の包囲部材１０５で遮断する場合、従来例のトルクセンサにおけるように、包囲部材１０５を検出コイル１０６と被包囲部材１０４との間に単に軸方向に重ねた状態で介装させただけでは、検出コイル１０６と被包囲部材１０４との間に生じる磁界が包囲部材１０５の外周縁部側を迂回して流れてしまい、完全には磁界を遮断することができず、これがインピーダンス変化量を低下させてトルク検出精度を悪くする原因の１つになっているという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上述の従来の問題点に着目してなされたもので、包囲部材の外周側を迂回する磁界を遮断することができ、これにより、トルク検出精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する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明請求項１記載のトルクセンサは、第１回転軸と第２回転軸との間に介装された弾性体と、前記第１回転軸側に固定されていて少なくとも軸方向一側面に円周方向所定間隔のもとに切欠部が複数形成された磁性材料よりなる被包囲部材と、導電性かつ被磁性材料で形成され、前記被包囲部材の軸方向両側面の切欠部に対向し円周方向所定間隔のもとに複数形成された軸方向に貫通する切欠部を有する１対の包囲部材と、前記被包囲部材の外周面方向に設けられ、前記１対の包囲部材同士を一体に接続する外筒部と、前記１対の包囲部材のそれぞれに軸方向に対向する状態で設けられていて前記被包囲部材の切欠部および非切欠部と包囲部材の切欠部との重なり具合の変化をインピーダンス変化に基づいて検出することにより前記第１回転軸と第２回転軸との間に発生するトルクを検出する検出コイルとを備えたトルクセンサであって、前記外筒部によって一体に接続された１対の包囲部材は、前記第２回転軸に固定され、この１対の包囲部材の切欠部は、前記第１回転軸と第２回転軸との相対運動により一方側の切欠部が前記被包囲部材との重なり量が増加する方向に変化するとき、他方側の切欠部がこの被包囲部材との重なり量が減少する方向に変化するように配置されることとした。
【０００７】
請求項２記載のトルクセンサは、請求項１記載のトルクセンサにおいて、前記被包囲部材における各切欠部には非磁性材料が組み込まれていることとした。
【００１２】
【作用】
この発明請求項１記載のトルクセンサでは、上述のように、包囲部材の外周縁部に形成された被包囲部材の外周面方向に延びる外筒部により、包囲部材の外周側を迂回する磁界を遮断することができ、これにより、トルク検出精度を高めることができるようになるという効果が得られる。
また、上述のように、被包囲部材を挟んで両側面側にそれぞれ包囲部材と検出コイルが設けられることで、一方の検出コイルのインピーダンス変化をトルク検出に用い、もう一方の検出コイルのインピーダンス変化を温度補償用に用いることができると共に、両包囲部材における両切欠部のうちの一方の切欠部が第１回転軸と第２回転軸との相対回動により被包囲部材との重なり量が増加する方向に変化し、もう一方の切欠部が第１回転軸と第２回転軸との相対回動により被包囲部材との重なり量が減少する方向に変化するような位置に両切欠部が配置されることで、両検出コイルで検出されるインピーダンス変化の差分値が約２倍となり、これにより、トルク検出精度を高めることができるようになるという追加の効果が得られる。さらに、両包囲部材は前記被包囲部材の外周面方向に延びる外筒部同士が連結されることにより一体に形成されることで、部品点数の削減によりコストを低減化することができるようになるという追加の効果が得られる。
【００１３】
請求項２記載のトルクセンサでは、請求項１記載のトルクセンサにおいて、上述のように、被包囲部材の軸方向幅が包囲部材の軸方向幅より幅広に形成されることで、両サイドに備えた検出コイルの一方から発生する磁界が他方の検出コイルのインピーダンス変化に影響を与えることなしに、１つの被包囲部材を両検出コイルから発生する磁界の磁路として共用化することができるようになるという追加の効果が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（発明の実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１の構成を図１〜７に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、発明の実施の形態１のトルクセンサが適用される電動パワーステアリング装置を示す全体概略図であり、この図に示すように、ステアリングホイールＳＷを手動で回転させると、その回転がラックＬ＆ピニオンＰによりラックＬの直線運動に変換され、これにより、左右の前輪ＴＬ、ＴＲの向きを変更（操舵）することができる。また、ピニオンＰを電動モータＭにより減速ギヤＧを介し回転可能に構成することにより、前記手動による操舵力の補助が行われるようになっている。
【００２０】
また、前記電動モータＭは、手動による操舵力を検出するトルクセンサＴＳからの信号に基づいて、車載のコントロールユニットＥＣＵに組み込まれたマイコンによりその駆動制御が行われ、これにより、手動による操舵力の補助制御が行われる。なお、同図において、Ｒはフェールセーフ用のリレー、Ｂは車載のバッテリである。
【００２１】
次に、前記電動パワーステアリング装置におけるトルクセンサＴＳの構成を、図２〜７に基づいて説明する。
【００２２】
図２は、車両用電動パワーステアリング装置のトルクセンサＴＳを示す縦断面図であり、この図において、１はハウジング、２は入力軸（第２回転軸）、３は出力軸（第１回転軸）、４はトーションバー（弾性体）、５は被包囲部材、６はトルク検出側包囲部材、７は温度補償側包囲部材、８はトルク検出用コイル（検出コイル）、９は温度補償用コイル（検出コイル）、１０は出力軸側ウォームホイール、１１はモータ軸側ウォームを示す。
【００２３】
さらに詳述すると、前記入力軸２および出力軸３はそれぞれ前記ハウジング１内に軸受けベアリング１ａ、１ｂを介してそれぞれ回転自在に支持された状態で、同軸に配置されている。
【００２４】
前記トーションバー４は、前記入力軸２の軸心穴２ａ内に回転可能に挿入され、その一端が軸心穴２ａの奥側で入力軸２に固定される一方、もう一端側は出力軸３の軸心穴３ａにスプライン結合されている。
【００２５】
そして、前記入力軸２には、ステアリングホイールＳＷが連結されていて、このステアリングホイールＳＷの操舵力が、入力軸２、トーションバー４、および、出力軸３を経由し、出力軸３の一端に設けられたラックＬ＆ピニオンＰによりラックＬの直線運動に変換され、左右の前輪ＴＬ、ＴＲに伝達されるようになっている。
【００２６】
前記被包囲部材５は、前記トルク検出用コイル８および温度補償用コイル９で発生する磁界の磁路を構成するものであり、このため鉄等の磁性材料で形成され、ハウジング１内において出力軸３の先端部外周にその内周側が装着固定されている。この被包囲部材５は、図３〜５にその詳細を示すように、その外周側に円周方向所定間隔のもとに軸方向に貫通する切欠部５１が複数（この発明の実施の形態１では８個）形成されている。なお、各切欠部５１の周方向幅が各非切欠部５２の３倍に形成されている。
【００２７】
前記トルク検出用コイル８は、インピーダンス変化に基づいて入力軸２と出力軸３との間に作用するトルクを検出するためのもので、被包囲部材５の入力軸２側の面と軸方向に対面する状態でハウジング１の内周面に固定されていて、被包囲部材５を磁路とする磁界を発生させる。
【００２８】
前記温度補償用コイル９は、前記トルク検出用コイル８でトルクを検出する際に温度変化に基づく検出値の変動を修正するためのもので、被包囲部材５の出力軸３側の面と軸方向に対面する状態でハウジング１の内周面に固定されていて、被包囲部材５を磁路とする磁界を発生させる。
【００２９】
前記トルク検出側包囲部材６は、内周側を入力軸２側に固定した状態で、前記被包囲部材５とトルク検出用コイル８との間に介装されている。そして、このトルク検出側包囲部材６には、図６、７にその詳細を示すように、前記被包囲部材５における切欠部５１および非切欠部５２の数に対応し軸方向に貫通する窓部（切欠部）６１が円周方向所定間隔のもとに複数（この発明の実施の形態１では８個）形成されている。なお、各窓部６１周方向幅が被包囲部材５の非切欠部５２と同一幅に形成されている。
【００３０】
即ち、トルク検出側包囲部材６の切欠部６１および非切欠部６２と前記被包囲部材５の切欠部５１および非切欠部５２との重なり具合の変化をインピーダンス変化に基づいて検出することにより入力軸２と出力軸３との間に発生するトルクを検出するためのものであり、このため、トルク検出側包囲部材６はアルミニウム等の導電性かつ非磁性材料で形成されている。
【００３１】
前記温度補償側包囲部材７は、内周側を出力軸３側に固定した状態で、前記被包囲部材５と温度補償用コイル９との間に介装されている。そして、この温度補償側包囲部材７には、図６、７にその詳細を示すように、前記被包囲部材５における切欠部５１および非切欠部５２の数に対応し軸方向に貫通する窓部（切欠部）７１が円周方向所定間隔のもとに複数（この発明の実施の形態１では８個）形成されている。なお、各窓部７１周方向幅が被包囲部材５の非切欠部５２と同一幅に形成されている。
【００３２】
即ち、温度補償側包囲部材７の切欠部７１および非切欠部７２と前記被包囲部材５の切欠部５１および非切欠部５２との重なり具合により、温度補償用コイル９において基準となる一定のインピーダンス値が得られるように設定されていて、この基準となるインピーダンス値を基準として、前記トルク検出用コイル８で検出されるインピーダンス値との差から温度補償されたトルク値を得るようにしたものであり、このため、温度補償側包囲部材７は、アルミニウム等の導電性かつ非磁性材料で形成されている。
【００３３】
また、前記トルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７の外周縁部には、それぞれ被包囲部材５の外周面方向に延びる外筒部６３、７３が形成されている。
なお、前記被包囲部材５の軸方向幅がトルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７の軸方向幅より幅広に形成されることにより、両サイドに備えた温度補償用コイル９とトルク検出用コイル８の一方から発生する磁界が他方のインピーダンス変化に影響を与えることなしに、１つの被包囲部材５を両コイル９、８から発生する磁界の磁路として共用化することができるようになっている。
【００３４】
なお、図６に、入力軸２側に回転力が加わっていないトルク値０の状態におけるトルク検出側包囲部材６と温度補償側包囲部材７との周方向位置関係を示すように、トルク検出側包囲部材６の窓部６１と温度補償側包囲部材７の窓部７１とが回動角で２２．５度ずれた状態で、即ち、トルク検出側包囲部材６の各窓部６１と温度補償側包囲部材７の各窓部７１との間における各非切欠部６２、７２の幅が被包囲部材５の各非切欠部５２の周方向幅と同一幅に形成された状態となっており、この幅部分に被包囲部材５の各非切欠部５２が丁度軸方向に重なった状態に配置されている。
【００３５】
次に、この発明の実施の形態１のトルクセンサＴＳの作用・効果を説明する。この発明の実施の形態１のトルクセンサＴＳは、上述のように構成されるため、図６に示すトルク０の状態では、トルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７の非切欠部６２、７２により、それぞれ磁界が完全に遮断された状態となっており、このため、トルク検出用コイル８および温度補償用コイル９で検出されるインピーダンス値の差は略０（トルク値０）となっている。
【００３６】
次に、図６に示すトルク値０の状態から、入力軸２側に回転力が作用すると、入力軸２の回転力がトーションバー４を介して出力軸３側に伝達される際に、トルク量に応じてトーションバー４が捻じれることで、被包囲部材５とトルク検出側包囲部材６とが相対回動し、これにより、被包囲部材５の各非切欠部がトルク検出側包囲部材６の各窓部６１側と重なる方向に相対回動するため、相対回動量に応じトルク検出用コイル８で検出されるインピーダンス値が変化する。そこで、トルク検出用コイル８で検出されるインピーダンス値と、温度補償用コイル９で検出された基準となる一定のインピーダンス値との差分値を検出することにより、常に温度補償された状態のトルク値を検出することができる。
【００３７】
また、前記トルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７の外周縁部には、それぞれ被包囲部材５の外周面方向に延びる外筒部６３、７３が形成されているため、トルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７の外周側を迂回する磁界をほぼ完全に遮断することができ、これにより、トルク検出精度を高めることができるようになるという効果が得られる。
【００３８】
次に、発明の他の実施の形態を説明する。なお、この他の発明の実施の形態の説明に当たっては、前記発明の実施の形態１と同様の構成部分は図示およびその説明を省略し、もしくは同一の符号を付してその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００３９】
（発明の実施の形態２）
まず、発明の実施の形態２のトルクセンサＴＳの構成を図８〜１２に基づいて説明する。
この発明の実施の形態２のトルクセンサＴＳは、前記発明の実施の形態１では、温度補償用包囲部材７の内周側が出力軸３側に固定され、同じく出力軸３側に固定された被包囲部材５と一体に回動するように設けられているのに対し、この発明の実施の形態２では、温度補償用包囲部材７の内周側は出力軸３側には固定されないフリーの状態で温度補償用包囲部材７の外周に形成される外筒部７３とトルク検出側包囲部材６の外筒部６３とが互いに軸方向に延長され一体に連結することにより、トルク検出側包囲部材６と一体に回動するように構成されている点が、前記発明の実施の形態１とは相違している。
【００４０】
そして、図９に示すように、トルク検出側包囲部材６の窓部６１と温度補償側包囲部材７の窓部７１とが回動角で２２．５度ずれた状態に配置されると共に、入力軸２側に回転力が加わっていないトルク値０の状態で、トルク検出側包囲部材６の各窓部６１と温度補償側包囲部材７の各窓部７１との間における各非切欠部６２、７２の幅が被包囲部材５の各非切欠部５２の周方向幅と同一幅に形成された状態となっており、この幅部分に被包囲部材５の各非切欠部５２が丁度軸方向に重なる状態に配置されている。
【００４１】
また、温度補償側包囲部材７は、図１１に示すように、各窓部７１の軸心側がそれぞれ軸心穴７４と連通する切り欠き状に形成されることにより、前記被包囲部材５が軸方向に通過可能となっている。
【００４２】
次に、この発明の実施の形態の作用・効果を説明する。
この発明の実施の形態２のトルクセンサＴＳでは、上述のように構成されるため、図９に示すトルク０の状態では、トルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７の非切欠部６２、７２により、それぞれ磁界が完全に遮断された状態となっており、このため、トルク検出用コイル８および温度補償用コイル９で検出されるインピーダンス値の差は略０（トルク値０）となっている。
【００４３】
次に、図９に示すトルク値０の状態から、入力軸２側に回転力が作用すると、入力軸２の回転力がトーションバー４を介して出力軸３側に伝達される際に、トルク量に応じてトーションバー４が捻じれることで、被包囲部材５とトルク検出側包囲部材６とが相対回動し、これにより、被包囲部材５の各非切欠部がトルク検出側包囲部材６の各窓部６１側と重なる方向に相対回動するため、相対回動量に応じトルク検出用コイル８で検出されるインピーダンス値が変化する一方、これとは逆に、被包囲部材５の各非切欠部が温度補償側包囲部材７の各非切欠部７２と重なる方向に相対回動するため、インピーダンス値の差が略０を中心としてインピーダンス値が互いにプラスとマイナスの逆方向に変化することになる。
【００４４】
そこで、トルク検出用コイル８で検出されるプラス方向のインピーダンス値と、温度補償用コイル９で検出されたマイナス方向のインピーダンス値との差分値を検出することにより、常に温度補償された状態のトルク値を検出することができると共に、トルク検出用コイル８と温度補償用コイル９でそれぞれ検出される両インピーダンス値の差分値として大きな値（発明の実施の形態１の約２倍の値）が得られるため、トルク検出精度を高めることができるようになるという追加の効果が得られる。
【００４５】
また、トルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７は、被包囲部材５の外周面方向に延びる外筒部６３、７３同士が連結されることにより一体に形成されることで、部品点数の削減によりコストを低減化することができるようになるという追加の効果が得られる。
【００４６】
また、温度補償側包囲部材７における各窓部７１の軸心側をそれぞれ軸心穴７４と連通する切り欠き状に形成することにより、前記被包囲部材５が軸方向に通過可能に形成されているため、温度補償側包囲部材７（およびトルク検出側包囲部材６）と被包囲部材５のいずれか一方の部材を入力軸２または出力軸３のいずれか一方の軸に位置決め固定した後に、もう一方の部材をもう一方の軸に位置決め固定することができ、従って、一度にトルク検出側包囲部材６および温度補償側包囲部材７と被包囲部材５を位置決め固定する必要がなくなるため、組み立てが容易になるという追加の効果が得られる。
【００４７】
（発明の実施の形態３）
まず、発明の実施の形態３のトルクセンサＴＳの構成を図１３〜１５に基づいて説明する。なお、この発明の実施の形態３は、前記発明の実施の形態２の変形例を示すものである。
【００４８】
この発明の実施の形態３のトルクセンサＴＳは、前記発明の実施の形態２では温度補償用包囲部材７の内周側は出力軸３側には固定されないフリーの状態で温度補償用包囲部材７の外周に形成される外筒部７３とトルク検出側包囲部材６の外筒部６３とが互いに軸方向に延長され一体に連結することにより、トルク検出側包囲部材６と一体に回動するように構成されているのに対し、別体に形成された温度補償用包囲部材７の外筒部７３とトルク検出側包囲部材６の外筒部６３を互いに径方向に重ねた状態で一体に連結固定するようにした点が前記発明の実施の形態２とは相違している。
【００４９】
従って、この発明の実施の形態３のトルクセンサＴＳでは、部品点数の削減によるコストの低減効果は得られないが、その他の点においては前記発明の実施の形態２と同様の追加の効果が得られる。
【００５０】
（発明の実施の形態４）
まず、発明の実施の形態４のトルクセンサＴＳの構成を図１６〜１９に基づいて説明する。なお、この発明の実施の形態４は、前記発明の実施の形態２、３の変形例を示すものである。
【００５１】
この発明の実施の形態４のトルクセンサＴＳは、温度補償側包囲部材７における各非切欠部７２に、補強リブ７５を形成するようにしたものである。
即ち、この補強リブ７５は、温度補償用コイル９に当接しないように被包囲部材５側に突出するように形成されると共に、少なくとも温度補償側包囲部材７と被包囲部材５との相対回動範囲Ｗ内においては被包囲部材５の非切欠部５２と互いに当接しない位置において半径方向に形成されている。
【００５２】
以上のように、温度補償側包囲部材７の各非切欠部７２に補強リブ７５が形成されることで、出力軸３側に固定されずかつ軸心穴７４と連通する切り欠き状に形成された各窓部７１によって分断された温度補償用包囲部材７の各非切欠部７２が補強され、これにより、温度補償用コイル９と被包囲部材５との間隔を広げることなしに、かつ、温度補償用包囲部材７全体の肉厚を厚くすることなしに、その強度を高めることができるようになるという追加の効果が得られる。
【００５３】
（発明の実施の形態５）
まず、発明の実施の形態４のトルクセンサＴＳの構成を図２０、２１に基づいて説明する。なお、この発明の実施の形態５は、前記発明の実施の形態３の変形例を示すものである。
【００５４】
この発明の実施の形態５のトルクセンサＴＳは、前記発明の実施の形態３では、別体に形成された温度補償用包囲部材７の外筒部７３とトルク検出側包囲部材６の外筒部６３を互いに径方向に重ねた状態で一体に連結固定するようにしたのに対し、この発明の実施の形態５では、トルク検出側包囲部材６の外筒部６３を長く延長してその先端縁部を温度補償用包囲部材７の外筒部７３をとすると共に、外筒部７３の先端開口縁部内側に形成された環状段部６３ａに、円板状に形成された温度補償側包囲部材７を装着固定することにより、温度補償用包囲部材７とトルク検出側包囲部材６を一体に連結固定するようにした点が前記発明の実施の形態３とは相違したものである。
従って、この発明の実施の形態５のトルクセンサＴＳでは、前記発明の実施の形態３と同様の追加の効果が得られる。
【００５５】
（発明の実施の形態６）
まず、発明の実施の形態６のトルクセンサＴＳの構成を図２２に基づいて説明する。なお、この発明の実施の形態６は、前記発明の実施の形態２〜５に共通の変形例を示すものである。
【００５６】
この発明の実施の形態６のトルクセンサＴＳは、被包囲部材５における各切欠部５１に、アルミニウム等の導電性かつ非磁性材料５４を組み込むようにしたものである。 即ち、前記発明の実施の形態２〜５では、上述のように構成されるため、本来切欠部５１を通過すべき磁束のうち非磁性材料５４のうず電流で通過せずに帰って来る磁束が発生する結果、その帰って来る磁束の分だけ、温度補償用コイル９で検出されるインピーダンスの変化量が増加した状態となる。
従って、トルクの検出精度を高めることできるようになるという追加の効果が得られる。
【００５７】
なお、この発明の実施の形態６では、非包囲部材５および両被包囲部材６、７が円板状に形成されていて、互いに軸方向に対向させる形式のものに適用したが、図２３に示すように、被包囲部材５０１および包囲部材（図示せず）が円筒状に形成されていて、互いに径方向に対向する形式のものにおいても、被包囲部材５０１の各溝部（切欠部）５０２に非磁性材料５０３を組み込むことにより、同様の効果を得ることができる。
【００５８】
以上発明の実施の形態を図面により説明したが、具体的な構成はこれらの発明の実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても本発明に含まれる。
【００５９】
例えば、発明の実施の形態では、車両の電動パワーステアリング装置におけるトルクセンサに本発明を適用した例を示したが、それ以外にも、回転軸に発生するトルクを検出する場合に全て適用することができる。
【００６０】
また、発明の実施の形態では、被包囲部材５に形成される切欠部５１を軸方向に貫通する状態に設けたが、溝状に形成してもよい。
また、発明の実施の形態では、入力軸２側に包囲部材を設け、出力軸３側に被包囲部材を設けたが、逆であってもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明請求項１記載のトルクセンサでは、第１回転軸と第２回転軸との間に介装された弾性体と、前記第１回転軸側に固定されていて少なくとも軸方向一側面に円周方向所定間隔のもとに切欠部が複数形成された磁性材料よりなる被包囲部材と、該被包囲部材における切欠部が形成された側面と軸方向に対向する状態で前記第２回転軸側に固定されていて前記被包囲部材における切欠部に対応し軸方向に貫通する切欠部が円周方向所定間隔のもとに複数形成された導電性かつ非磁性材料よりなる包囲部材と、該包囲部材側に軸方向に対向する状態で設けられていて前記被包囲部材の切欠部および非切欠部と包囲部材の切欠部との重なり具合の変化をインピーダンス変化に基づいて検出することにより前記第１回転軸と第２回転軸との間に発生するトルクを検出する検出コイルとを備えたトルクセンサであって、前記包囲部材の外周縁部には被包囲部材の外周面方向に延びる外筒部が形成されている手段としたことで、この外筒部によって包囲部材の外周側を迂回する磁界を遮断することができ、これにより、トルク検出精度を高めることができるようになるという効果が得られる。
また、前記被包囲部材には少なくとも軸方向両面に前記切欠部が形成され、前記被包囲部材における各切欠部が形成された両各側面と軸方向に対向する状態で前記包囲部材がそれぞれ設けられ、該両包囲部材のうちの一方のみが前記第１回転軸または第２回転軸に固定されると共に両包囲部材は前記被包囲部材の外周面方向に延びる外筒部同士が連結されることにより一体に形成され、前記両包囲部材における両切欠部のうちの一方の切欠部が第１回転軸と第２回転軸との相対回動により被包囲部材との重なり量が増加する方向に変化し、もう一方の切欠部が第１回転軸と第２回転軸との相対回動により被包囲部材との重なり量が減少する方向に変化するような位置に両切欠部が配置され、前記各包囲部材側に軸方向に対向する状態で前記検出コイルがそれぞれ設けられている手段としたことで、一方の検出コイルのインピーダンス変化をトルク検出に用い、もう一方の検出コイルのインピーダンス変化を温度補償用に用いることができると共に、両包囲部材における両切欠部のうちの一方の切欠部が第１回転軸と第２回転軸との相対回動により被包囲部材との重なり量が増加する方向に変化し、もう一方の切欠部が第１回転軸と第２回転軸との相対回動により被包囲部材との重なり量が減少する方向に変化するような位置に両切欠部が配置されることで、両検出コイルで検出されるインピーダンス変化の差分値が２倍となり、これにより、トルク検出精度を高めることができるようになるという追加の効果が得られる。
【００６２】
請求項２記載のトルクセンサは、請求項１記載のトルクセンサにおいて、前記被包囲部材における各切欠部には非磁性材料が組み込まれている手段としたことで、本来切欠部を通過すべき磁束のうち非磁性材料のうず電流で通過せずに帰って来る磁束が発生する結果、その帰って来る磁束の分だけインピーダンスの変化量が増加した状態となり、これにより、トルクの検出精度を高めることできるようになるという追加の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態１のトルクセンサが適用された電動パワーステアリング装置を示す全体概略図である。
【図２】発明の実施の形態１のトルクセンサを示す縦断面図である。
【図３】発明の実施の形態１のトルクセンサにおける被包囲部材を示す正面図である。
【図４】図３のIV−IV線における縦断面図である。
【図５】発明の実施の形態１のトルクセンサにおける被包囲部材を示す斜視図である。
【図６】発明の実施の形態１のトルクセンサにおける両包囲部材を示す正面図である。
【図７】図６の VII−VII 線における縦断面図である。
【図８】発明の実施の形態２のトルクセンサを示す縦断面図である。
【図９】発明の実施の形態２のトルクセンサにおける被包囲部材を示す正面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線における縦断面図である。
【図１１】発明の実施の形態２のトルクセンサにおける両包囲部材を示す温度補償側包囲部材側から見た斜視図である。
【図１２】発明の実施の形態２のトルクセンサにおける両包囲部材を示すトルク検出側包囲部材側から見た斜視図である。
【図１３】発明の実施の形態３のトルクセンサを示す要部縦断面図である。
【図１４】発明の実施の形態３のトルクセンサにおける両包囲部材を示す正面図である。
【図１５】図１４のXV−XV線における縦断面図である。
【図１６】発明の実施の形態４のトルクセンサにおける両包囲部材を示す正面図である。
【図１７】図１４のXVII−XVII線における縦断面図である。
【図１８】発明の実施の形態４のトルクセンサにおける両包囲部材を示す要部拡大図である。
【図１９】図１８のＡ矢視方向要部拡大図である。
【図２０】発明の実施の形態５のトルクセンサにおける両包囲部材を示す正面図である。
【図２１】図２０の XXI−XXI 線における縦断面図である。
【図２２】発明の実施の形態６のトルクセンサにおける被包囲部材を示す斜視図である。
【図２３】被包囲部材の他の例を示す斜視図である。
【図２４】従来例のトルクセンサを示す縦断面図である。
【符号の説明】
Ｂ バッテリ
ＥＣＵ コントロールユニット
Ｇ 減速ギヤ
Ｌ ラック
Ｍ 電動モータ
Ｐ ピニオン
ＳＷ ステアリングホイール
ＴＬ 左前輪
ＴＲ 右前輪
ＴＳ トルクセンサ
１ ハウジング
１ａ ベアリング
１ｂ ベアリング
１ｃ ベアリング
２ 入力軸（第２回転軸）
２ａ 軸心穴
３ 出力軸（第１回転軸）
３ａ 軸心穴
４ トーションバー（弾性体）
５ 被包囲部材
６ トルク検出側包囲部材
７ 温度補償側包囲部材
８ トルク検出用コイル（検出コイル）
９ 温度補償用コイル（検出コイル）
１０ 出力軸側ウォームホイール
１１ モータ軸側ウォーム
５１ 切欠部
５２ 被切欠部
５３ 非磁性材料
５４ 軸心穴
６１ 窓部（切欠部）
６２ 非切欠部
６３ 外筒部
６３ａ 環状段部
７１ 窓部（切欠部）
７２ 非切欠部
７３ 外筒部
７４ 軸心穴
７５ 補強リブ
Claims (2)
- 第１回転軸と第２回転軸との間に介装された弾性体と、
前記第１回転軸側に固定されていて少なくとも軸方向一側面に円周方向所定間隔のもとに切欠部が複数形成された磁性材料よりなる被包囲部材と、
導電性かつ被磁性材料で形成され、前記被包囲部材の軸方向両側面の切欠部に対向し円周方向所定間隔のもとに複数形成された軸方向に貫通する切欠部を有する１対の包囲部材と、
前記被包囲部材の外周面方向に設けられ、前記１対の包囲部材同士を一体に接続する外筒部と、
前記１対の包囲部材のそれぞれに軸方向に対向する状態で設けられていて前記被包囲部材の切欠部および非切欠部と包囲部材の切欠部との重なり具合の変化をインピーダンス変化に基づいて検出することにより前記第１回転軸と第２回転軸との間に発生するトルクを検出する検出コイルとを備えたトルクセンサであって、
前記外筒部によって一体に接続された１対の包囲部材は、前記第２回転軸に固定され、この１対の包囲部材の切欠部は、前記第１回転軸と第２回転軸との相対運動により一方側の切欠部が前記被包囲部材との重なり量が増加する方向に変化するとき、他方側の切欠部がこの被包囲部材との重なり量が減少する方向に変化するように配置されること
を特徴とするトルクセンサ。 - 請求項１に記載のトルクセンサにおいて、
前記被包囲部材における各切欠部には非磁性材料が組み込まれていること
を特徴とするトルクセンサ。
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