JP3737011B2 - Torque sensor - Google Patents
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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】
そのトルクセンサとして、トルク変化に応じた磁気抵抗の変動に基づきトルクを検出するものが従来から用いられている。その検出原理に基づくトルクセンサは、第1シャフトと、この第1シャフトに弾性的に相対回転可能に連結された第2シャフトと、第1シャフトに固定される磁性材製の第1検出リングと、第2シャフトに固定される磁性材製の第2検出リングと、両検出リングの対向間を覆うコイルとを備えている。各検出リングの端面に複数の歯が周方向に沿って設けられ、一方の検出リングの歯と他方の検出リングの歯とはエアギャップを介して対向する。このトルクセンサにおいては、両シャフトによるトルク伝達により両検出リングが相対回転する時、一方の検出リングの歯と他方の検出リングの歯との対向面積が変化する。その面積変化により、両検出リングの歯の間のエアギャップを通過する上記コイルの発生磁束に対する磁気抵抗が変化する。その磁気抵抗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。さらに、温度変化によるトルク検出値の変動を補償するため、上記コイルと同一仕様の磁束発生用コイルと、その磁束に対する磁気抵抗の温度変化による変化を検出するための磁気回路とが設けられている。
【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は、両シャフトから径方向に張り出す第1、第2検出リングの外方をコイルにより覆うため、径方向寸法が大きくなる。また、組み立て誤差や加工誤差の累積による検出精度の低下が問題になる。また、検出感度を増大するためには各検出リングに設ける歯の数を多くする必要があるが、そうすると各検出リングの各シャフトからの張り出し寸法が大きなり、より大型化する。さらに、温度変化による検出値変動の補償のためだけに専用の磁気回路が必要になり、シャフト軸方向寸法が大きくなると共に構造が複雑になって製造コストが増大する。
【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、その第1シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する導電性非磁性材製の規制側回転板と、その第2シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する磁性材製の通過側回転板と、シャフト軸心まわりに巻かれる導線により構成されると共に、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、その規制側回転板と通過側回転板とコイルとは、シャフト軸方向において並列するように配置され、その規制側回転板は、その通過側回転板とコイルとの間に配置され、その規制側回転板と通過側回転板とは、そのコイルの発生磁束の通過位置に配置され、その規制側回転板に規制側開口が形成され、その通過側回転板に通過側開口が形成され、シャフト軸方向において、その規制側開口と通過側回転板との重なり面積が両シャフトの相対回転に応じて変化するように、その規制側開口と通過側開口とは両シャフトの相対回転に応じて重なり面積が変化するように相対配置され、その重なり面積の変化に応じた通過側回転板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。
その通過側回転板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や磁性樹脂材料を用いることができる。その規制側回転板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、規制側回転板の規制側開口と通過側回転板の通過側開口との重なり状態が変化する。これにより、その規制側開口と通過側回転板との重なり面積が両シャフトの相対回転に応じて変化する。その通過側回転板は磁性材製であり、その規制側回転板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通過側回転板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規制側回転板に生じる渦電流によっても、その通過側回転板に至る磁束が遮られる。これにより、その通過側回転板の通過磁束を、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。
上記構成によれば、コイルを規制側回転板と通過側回転板と共にシャフト軸方向において並列するように配置できるので、径方向寸法を小さくできる。
【0007】
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、その第1シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する導電性非磁性材製の第1規制側回転板と、その第2シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する磁性材製の第1通過側回転板と、その第1シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する磁性材製の第2通過側回転板と、その第2シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する第2規制側回転板と、シャフト軸心まわりに巻かれる導線により構成されると共に、交番磁界を生じるように磁束を発生させる互いに同一仕様の第1、第2コイルとを備え、両規制側回転板と両通過側回転板と両コイルとは、シャフト軸方向において並列するように配置され、両コイルの間に両規制側回転板と両通過側回転板とが配置され、両規制側回転板の間に両通過側回転板が配置され、その第1コイルと第1通過側回転板との間に第1規制側回転板と第2通過側回転板が配置され、その第2コイルと第2通過側回転板との間に第2規制側回転板と第1通過側回転板が配置され、その第1規制側回転板に第1規制側開口が形成され、その第2規制側回転板に第2規制側開口が形成され、その第1通過側回転板に、第1通過側開口と、その第2規制側開口と第1通過側回転板とのシャフト軸方向における重なり阻止用開口とが形成され、その第2通過側回転板に、第2通過側開口と、その第1規制側開口と第2通過側回転板とのシャフト軸方向における重なり阻止用開口とが形成され、その第1規制側開口と、第2通過側回転板の重なり阻止用開口と、第1通過側回転板とは、その第1コイルの発生磁束の通過位置に配置され、その第2規制側開口と、第1通過側回転板の重なり阻止用開口と、第2通過側回転板は、その第2コイルの発生磁束の通過位置に配置され、シャフト軸方向において、その第1規制側開口と第1通過側回転板との重なり面積が、両シャフトが一方向に相対回転する時は増加し他方向に相対回転する時は減少するように、その第1規制側開口と第1通過側開口とは相対配置され、シャフト軸方向において、その第2規制側開口と第2通過側回転板との重なり面積が、両シャフトが一方向に相対回転する時は減少し他方向に相対回転する時は増加するように、その第2規制側開口と第2通過側開口とは相対配置され、両シャフトが相対回転していない検出原点位置にある時、その第1規制側開口と第1通過側回転板との重なり面積と、その第2規制側開口と第2通過側回転板との重なり面積とは互いに等しくされ、両シャフトの相対回転時において、その第1規制側開口と第1通過側回転板との重なり面積の変化の絶対値と、その第2規制側開口と第2通過側回転板との重なり面積の変化の絶対値とは互いに等しくされ、その第1規制側開口と第1通過側回転板との重なり面積の変化に応じた第1通過側回転板の通過磁束の変化と、その第2規制側開口と第2通過側回転板との重なり面積の変化に応じた第2通過側回転板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、その第1規制側開口と第1通過側回転板との重なり面積と、第2規制側開口と第2通過側回転板との重なり面積とは、両シャフトが相対回転していない検出原点位置にある時は互いに等しく、両シャフトの相対回転時は一方が増加すると共に他方が減少し、その変化の絶対値は互いに等しい。よって、その第1規制側開口と第1通過側回転板との重なり面積の変化に応じた第1通過側回転板の通過磁束変化と、第2規制側開口と第2通過側回転板との重なり面積の変化に応じた第2通過側回転板の通過磁束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通過側回転板を通過する磁束と、第2通過側回転板を通過する磁束とは同じだけ変化するので、両通過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。よって、検出感度を向上すると同時に温度変化による検出値変動の補償ができ、構造の簡単化とコスト低減を図ることができる。
【0008】
本発明のトルクセンサは、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、その第1シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する導電性非磁性材製の第1規制側回転板と、その第1シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する第2規制側回転板と、その第2シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する磁性材製の通過側回転板と、シャフト軸心まわりに巻かれる導線により構成されると共に、交番磁界を生じるように磁束を発生させる互いに同一仕様の第1、第2コイルとを備え、両規制側回転板と通過側回転板と両コイルとは、シャフト軸方向において並列するように配置され、両コイルの間に両規制側回転板と通過側回転板とが配置され、両規制側回転板の間に通過側回転板が配置され、その第1規制側回転板に第1規制側開口が形成され、その第2規制側回転板に第2規制側開口が形成され、その通過側回転板に通過側開口が形成され、その第1規制側開口は、その第1コイルの発生磁束の通過位置に配置され、その第2規制側開口は、その第2コイルの発生磁束の通過位置に配置され、その通過側回転板は、両コイルの発生磁束の通過位置に配置され、その第2規制側開口と通過側回転板は、その第2コイルの発生磁束の通過位置に配置され、シャフト軸方向において、その第1規制側開口と通過側回転板との重なり面積が、両シャフトが一方向に相対回転する時は増加し他方向に相対回転する時は減少するように、その第1規制側開口と通過側開口とは相対配置され、シャフト軸方向において、その第2規制側開口と通過側回転板との重なり面積が、両シャフトが一方向に相対回転する時は減少し他方向に相対回転する時は増加するように、その第2規制側開口と通過側開口とは相対配置され、両シャフトが相対回転していない検出原点位置にある時、その第1規制側開口と通過側回転板との重なり面積と、その第2規制側開口と通過側回転板との重なり面積とは互いに等しくされ、両シャフトの相対回転時において、その第1規制側開口と通過側回転板との重なり面積の変化の絶対値と、その第2規制側開口と通過側回転板との重なり面積の変化の絶対値とは互いに等しくされ、その第1規制側開口と通過側回転板との重なり面積の変化に応じた通過側回転板の通過磁束の変化と、その第2規制側開口と通過側回転板との重なり面積の変化に応じた通過側回転板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、その第1規制側開口と通過側回転板との重なり面積と、第2規制側開口と通過側回転板との重なり面積とは、両シャフトが相対回転していない検出原点位置にある時は互いに等しく、両シャフトの相対回転時は一方が増加すると共に他方が減少し、その変化の絶対値は互いに等しい。よって、その第1規制側開口と通過側回転板との重なり面積の変化に応じた通過側回転板の通過磁束変化と、第2規制側開口と通過側回転板との重なり面積の変化に応じた通過側回転板の通過磁束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規制側開口を介して通過側回転板を通過する磁束と、第2規制側開口を介して通過側回転板を通過する磁束とは同じだけ変化するので、両通過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。よって、検出感度を向上すると同時に温度変化による検出値変動の補償ができ、構造の簡単化とコスト低減を図ることができる。
【0009】
シャフト径方向において、前記コイルの厚さ寸法は各開口の寸法未満とされると共に、各開口の内外周間に前記コイルの内外周が配置されているのが好ましい。これにより、シャフト、回転板、およびコイルの径方向における相対位置が、製造公差や組み立て公差により変動しても、開口をコイルの発生磁束の通過位置に配置できる。よって、その通過側回転板の通過磁束の公差による変動をなくし、検出精度の低下を防止できる。
さらに、前記コイルを保持する磁性材製のコイルホルダーを備え、そのコイルホルダーは、そのコイルの外周側を囲む筒状の外周部分と、そのコイルの内周側を囲む筒状の内周部分と、その外周部分と内周部分における前記回転板から離れた側の一端部を連結する部分とを有し、シャフト径方向において、シャフト軸心から前記コイルホルダー内周端までの距離は、シャフト軸心から各開口内周端までの距離未満とされ、シャフト径方向において、シャフト軸心から各回転板の外周端までの距離は、シャフト軸心から前記コイルホルダーの外周端までの距離未満とされているのが好ましい。
これにより、確実に開口と通過側回転板をコイルの発生磁束の通過位置に配置できる。通過側回転板の通過磁束の公差による変動をなくすことができる。
【0010】
各開口は、シャフト径方向に沿う一対の縁と両シャフトの軸心を中心とする円周に沿う一対の縁とを有する4辺形に沿う形状を有するのが好ましい。
これにより、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。
【0011】
各回転板は両シャフトと同軸心の円板状とされ、各開口は、各回転板に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ているのが好ましい。これにより、大型化することなくトルク検出感度を向上することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1〜図6に示す第1実施形態のトルクセンサ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。
【0013】
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。
【0014】
その第1シャフト3は、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する円板状の第1規制側回転板11に、同軸心に同行回転するように連結されている。本実施形態では、その第1規制側回転板11は筒体13と一体的に形成され、その筒体13が後述の筒体14′を介して第1シャフト3の外周に圧入されることで第1シャフト3と同行回転するが、その第1規制側回転板11と第1シャフト3との連結手段は特に限定されない。この第1規制側回転板11は、アルミニウム等の導電性を有する非磁性材製とされている。
【0015】
その第2シャフト4は、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する円板状の第1通過側回転板12に、同軸心に同行回転するように連結されている。本実施形態では、その第1通過側回転板12は筒体14と一体的に形成され、その筒体14が第2シャフト4の外周に圧入されることで第2シャフト4と同行回転するが、その第1通過側回転板12と第2シャフト4との連結手段は特に限定されない。この第1通過側回転板12は、軟質磁性金属材料等の磁性材製とされている。
【0016】
その第1シャフト3は、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する円板状の第2通過側回転板12′に、同軸心に同行回転するように連結されている。本実施形態では、その第2通過側回転板12′は筒体14′と一体的に形成され、その筒体14′が第1シャフト3の外周に圧入されることで第1シャフト3と同行回転するが、その第2通過側回転板12′と第1シャフト3との連結手段は特に限定されない。この第2通過側回転板12′は、軟質磁性金属材料等の磁性材製とされている。
【0017】
その第2シャフト4は、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する円板状の第2規制側回転板11′に、同軸心に同行回転するように連結されている。本実施形態では、その第2規制側回転板11′は筒体13′と一体的に形成され、その筒体13′が上記筒体14を介して第2シャフト4の外周に圧入されることで第2シャフト4と同行回転するが、その第2規制側回転板11′と第2シャフト4との連結手段は特に限定されない。この第2規制側回転板11′は、アルミニウム等の導電性を有する非磁性材製とされている。各回転板11、11′、12、12′の形状、寸法は同一とされている。
【0018】
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、円筒状の内周部分31b、32bと、その外周部分31a、32aと内周部分31b、32bにおける一端部を連結する円環部分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とスペーサ55と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。各コイルホルダー31、32はシャフト3、4の外周を隙間を介して囲むように配置される。
【0019】
その第1コイルホルダー31により第1コイル33が保持され、その第2コイルホルダー32により第2コイル34が保持される。すなわち、各コイルホルダー31、32は、各コイル33、34の外周側を外周部分31a、32aにより囲み、各コイル33、34の内周側を内周部分31b、32bにより囲む。両コイル33、34は同一仕様であり、絶縁材製のボビン36、37にシャフト軸心まわりに巻かれる導線33a、34aにより構成され、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。
【0020】
両規制側回転板11、、11′と両通過側回転板12、12′と両コイル33、34とは、シャフト軸方向において並列するように配置される。両コイル33、34の間に両規制側回転板11、、11′と両通過側回転板12、12′とが配置され、両規制側回転板11、、11′の間に両通過側回転板12、12′が配置され、その第1コイル33と第1通過側回転板12との間に第1規制側回転板11と第2通過側回転板12′が配置され、その第2コイル34と第2通過側回転板12′との間に第2規制側回転板11′と第1通過側回転板12が配置される。各コイルホルダー31、32の円環部分31c、32cは、外周部分31a、32aと内周部分31b、32bにおける回転板11、12から離れた側の一端部を連結する。本実施形態では、その第1コイルホルダー31と第1規制側回転板11との間、第1通過側回転板12と第2通過側回転板12′との間、第2コイルホルダー32と第2規制側回転板11′との間には、それぞれシャフト軸方向における隙間が形成されている。
【0021】
図3の(1)〜(4)に示すように、その第1規制側回転板11に複数の第1規制側開口41が、シャフト周方向の等間隔をおいて並列するように形成されている。
その第2規制側回転板11′に複数の第2規制側開口41′が、シャフト周方向の等間隔をおいて並列するように形成されている。
その第1通過側回転板12に、複数の第1通過側開口42がシャフト周方向の等間隔をおいて並列するように形成されると共に、その第2規制側開口41′と第1通過側回転板12とのシャフト軸方向における重なり阻止用開口43が、シャフト周方向の等間隔に並列するように複数形成され、シャフト周方向において第1通過側開口42と重なり阻止用開口43とは交互に並列する。
その第2通過側回転板12′に、複数の第2通過側開口42′がシャフト周方向の等間隔をおいて並列するように形成されると共に、その第1規制側開口41と第2通過側回転板12′とのシャフト軸方向における重なり阻止用開口43′が、シャフト周方向の等間隔をおいて並列するように複数形成され、シャフト周方向において第2通過側開口42′と重なり阻止用開口43′とは交互に並列する。
各開口41、41′、42、42′、43、43′の数は、それぞれ本実施形態では4とされているが、その数は限定されず単一であってもよい。各開口41、41′、42、42′、43、43′は互いに形状と大きさが同一とされ、シャフト径方向に沿う一対の縁と、両シャフト3、4の軸心を中心とする円周に沿う一対の縁とを有する4辺形に沿う形状を有する。
【0022】
シャフト径方向において、各コイル33、34の厚さ寸法R1は各開口41、41′、42、42′、43、43′の寸法R2未満とされると共に、各開口41、41′、42、42′、43、43′の内外周間に各コイル33、34の内外周が配置されている。また、シャフト径方向において、シャフト軸心から各コイルホルダー31、32内周端までの距離R3は、シャフト軸心から各開口41、41′、42、42′、43、43′の内周端までの距離R4未満とされ、シャフト軸心から各回転板11、11′、12、12′の外周端までの距離R5は、シャフト軸心から各コイルホルダー31、32の外周端までの距離R6未満とされている。これにより、シャフト3、4、回転板11、11′、12、12′、およびコイル33、34の径方向における相対位置が、製造公差や組み立て公差により変動しても、開口41、41′、42、42′、43、43′、と各通過側回転板12、12′をコイルの発生磁束の通過位置に配置できる。よって、各通過側回転板12、12′を通過する磁束の公差による変動をなくし、検出精度の低下を防止できる。
【0023】
シャフト軸方向において、第1通過側開口42と第1通過側回転板12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ように、その第1規制側開口41と第1通過側開口42とは両シャフト3、4の相対回転に応じて重なり面積が変化するように相対配置されている。また、シャフト軸方向において、第2規制側開口41′と第2通過側回転板12′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ように、その第2規制側開口41′と第2通過側開口42′とは両シャフト3、4の相対回転に応じて重なり面積が変化するように相対配置されている。本実施形態では図4、5に示すように、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、すなわち舵角が零の時、シャフト軸方向において第1規制側開口41と第1通過側開口42とは部分的に重なり、第1規制側開口41のシャフト径方向に沿う一縁41aが第1通過側開口42に重なり、第1通過側開口42のシャフト径方向に沿う一縁42aが第1規制側開口41に重なる。また、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、シャフト軸方向において第2規制側開口41′と第2通過側開口42′とは部分的に重なり、第2規制側開口41′のシャフト径方向に沿う一縁41a′が第2通過側開口42′に重なり、第2通過側開口42′のシャフト径方向に沿う一縁42a′が第2規制側開口42′に重なる。
【0024】
シャフト軸方向の一方側から見て、第1規制側開口41に重なる第1通過側開口42の一縁42aは、その第1通過側開口42の中央に対してシャフト周方向の一方側に位置するのに対して、第2規制側開口42′に重なる第2通過側開口42′の一縁42a′は、その第2通過側開口42′の中央に対してシャフト周方向の他方側に位置するものとされている。また、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、シャフト周方向において、第1通過側開口42の一縁42aは第1規制側開口41の中央位置に重なり、第2通過側開口42′の一縁42a′は第2規制側開口42′の中央位置に重なる。これにより、その第1規制側開口41と第1通過側回転板12との重なり面積が、両シャフト3、4が一方向に相対回転する時は増加し他方向に相対回転する時は減少するように、その第1規制側開口41と第1通過側開口42とは相対配置され、また、その第2規制側開口41′と第2通過側回転板12′との重なり面積が、両シャフト3、4が一方向に相対回転する時は減少し他方向に相対回転する時は増加するように、その第2規制側開口41′と第2通過側開口42′とは相対配置されている。また、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規制側開口41と第1通過側回転板12との重なり面積と、その第2規制側開口41′と第2通過側回転板12′との重なり面積とは互いに等しくされ、両シャフト3、4の相対回転時において、その第1規制側開口41と第1通過側回転板12との重なり面積の変化の絶対値と、その第2規制側開口41′と第2通過側回転板12′との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。
【0025】
その第1規制側開口41と、第2通過側回転板12′の重なり阻止用開口43′と、第1通過側回転板12とは、その第1コイル33の発生磁束の通過位置に配置される。その第2規制側開口41′と、第1通過側回転板12の重なり阻止用開口43と、第2通過側回転板12′は、その第2コイル34の発生磁束の通過位置に配置される。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、第1規制側開口41、第2通過側回転板12′の重なり阻止用開口43′、第1通過側回転板12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通過側回転板12を構成要素として含む第1磁気回路が構成される。また、第2コイル34の発生磁束が第2コイルホルダー32、第2規制側開口41′、第1通過側回転板12の重なり阻止用開口43、第2通過側回転板12′を通過することで、その第2コイルホルダー32および第2通過側回転板12′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、規制側回転板11、11′の規制側開口41、41′と通過側回転板12、12′の通過側開口42、42′との重なり状態が変化する。これにより、その規制側開口41、41′と通過側回転板12、12′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。その通過側回転板12、12′は磁性材製であり、その規制側回転板11、11′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通過側回転板12、12′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規制側回転板11、11′に生じる渦電流によっても、その通過側回転板12、12′に至る磁束が遮られる。これにより、その通過側回転板12、12′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ことから、その磁束変化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できる。
【0027】
上記構成によれば、コイル33、34を規制側回転板11、11′と通過側回転板12、12′と共にシャフト軸方向において並列するように配置できるので、径方向寸法を小さくできる。また、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、各回転板11、11′、12、12′は円板状であり、各開口41、41′、42、42′、43、43′はシャフト周方向の間隔をおいて複数形成されているので、大型化することなく検出感度を向上することができる。
【0028】
さらに上記構成によれば、その第1規制側開口41と第1通過側回転板12との重なり面積と、第2規制側開口41′と第2通過側回転板12′との重なり面積とは、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は互いに等しく、両シャフト3、4の相対回転時は一方が増加すると共に他方が減少し、その変化の絶対値は互いに等しい。よって、その第1規制側開口41と第1通過側回転板12との重なり面積の変化に応じた第1通過側回転板12の通過磁束変化と、第2規制側開口41′と第2通過側回転板12′との重なり面積の変化に応じた第2通過側回転板12′の通過磁束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通過側回転板12を通過する磁束と、第2通過側回転板12′を通過する磁束とは同じだけ変化するので、両通過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。よって、検出感度を向上すると同時に温度変化による検出値変動の補償ができ、構造の簡単化とコスト低減を図ることができる。
【0029】
本実施形態では、各コイル33、34は、ハウジング2の外面側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6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規制側開口41、41′と通過側回転板12、12′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規制側開口41と重なる第1通過側回転板12の通過磁束の変化と、第2規制側開口41′と重なる第2通過側回転板12′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。
【0030】
図7〜図11は本発明の第2実施形態のトルクセンサ101を示す。以下、上記第1実施形態との相違点を説明し、同様部分は同一符号で示す。図7、図8に示すように、そのトルクセンサ101は、第1実施形態における第1規制側開口41と第1通過側回転板12と同様の、第1シャフト3と同行回転する第1規制側回転板111と、第2シャフト4と同行回転する通過側回転板112は備えているが、第1実施形態の第2通過側回転板12′に対応する第2通過側回転板を備えていない。また、本実施形態の第2規制側回転板111′は、第1シャフト3と同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有するものとされている。その第2規制側回転板111′は、第1規制側回転板111の外周端に連結部材110を介して連結されることで、第1シャフト3と同行回転する。その連結部材110は、本実施形態では第1規制側回転板111と一体とされている。
【0031】
両規制側回転板111、111′と通過側回転板112と両コイル33、34とは、シャフト軸方向において並列するように配置され、両コイル33、34の間に両規制側回転板111、111′と通過側回転板112とが配置され、両規制側回転板111、111′の間に通過側回転板112が配置される。本実施形態では、第1コイルホルダー31と第1規制側回転板111との間、第1規制側回転板111と通過側回転板112との間、通過側回転板112と第2規制側回転板111′との間、第2コイルホルダー32と第2規制側回転板111′との間には、それぞれシャフト軸方向における隙間が形成されている。
【0032】
図9の(1)〜(3)に示すように、第1規制側回転板111に第1規制側開口141が、第2規制側回転板111′に第2規制側開口141′が、第1実施形態の規制側開口41、41′と同様に形成されている。また、通過側回転板112に通過側開口142が第1実施形態の第1通過側開口42と同様に形成されている。なお、重なり阻止用開口は形成されない。
【0033】
シャフト軸方向において、その第1規制側開口141と通過側回転板112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ように、その第1規制側開口141と通過側開口142とは両シャフト3、4の相対回転に応じて重なり面積が変化するように相対配置されている。また、シャフト軸方向において、その第2規制側開口141′と通過側回転板112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ように、その第2規制側開口141′と通過側開口142とは両シャフト3、4の相対回転に応じて重なり面積が変化するように相対配置されている。本実施形態では図10、11に示すように、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、すなわち舵角が零の時、シャフト軸方向において各規制側開口141、141′は通過側開口142と部分的に重なる。
【0034】
また、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、シャフト軸方向において、通過側開口142のシャフト径方向に沿う一方の縁142aが第1規制側開口141におけるシャフト周方向中央位置に重なり、通過側開口142のシャフト径方向に沿う他方の縁142bが第2規制側開口141′におけるシャフト周方向中央位置に重なる。これにより、その第1規制側開口141と通過側回転板112との重なり面積が、両シャフト3、4が一方向に相対回転する時は増加し他方向に相対回転する時は減少するように、その第1規制側開口141と通過側開口142とは相対配置され、その第2規制側開口141′と通過側回転板112との重なり面積が、両シャフト3、4が一方向に相対回転する時は減少し他方向に相対回転する時は増加するように、その第2規制側開口141′と通過側開口142とは相対配置されている。また、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規制側開口141と通過側回転板112との重なり面積と、その第2規制側開口141′と通過側回転板112との重なり面積とは互いに等しくされ、両シャフト3、4の相対回転時において、その第1規制側開口141と通過側回転板112との重なり面積の変化の絶対値と、その第2規制側開口141′と通過側回転板112との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。
【0035】
その第1規制側開口141は第1コイル33の発生磁束の通過位置に配置され、その第2規制側開口141′は第2コイル34の発生磁束の通過位置に配置され、その通過側回転板112は両コイル33、34の発生磁束の通過位置に配置される。図8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、第1規制側回転板111の第1規制側開口141、通過側回転板112を通過することで、その第1コイルホルダー31および通過側回転板112を構成要素として含む第1磁気回路が構成される。また、第2コイル34の発生磁束が第2コイルホルダー32、第2規制側回転板111′の第2規制側開口141′、通過側回転板112を通過することで、その第2コイルホルダー32および通過側回転板12′を構成要素として含む第2磁気回路が構成される。
【0036】
上記構成によれば、第1規制側開口141と通過側回転板112との重なり面積と、第2規制側開口141′と通過側回転板112との重なり面積とは、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は互いに等しく、両シャフト3、4の相対回転時は一方が増加すると共に他方が減少し、その変化の絶対値は互いに等しい。よって、その第1規制側開口141と通過側回転板112との重なり面積の変化に応じた通過側回転板112の通過磁束変化と、第2規制側開口141′と通過側回転板112との重なり面積の変化に応じた通過側回転板112の通過磁束変化との差に基づき、第1実施形態と同様のトルク検出回路によって両シャフト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規制側開口141を介して通過側回転板112を通過する磁束と、第2規制側開口141′を介して通過側回転板112を通過する磁束とは同じだけ変化するので、両通過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。よって、検出感度を向上すると同時に温度変化による検出値変動の補償ができ、構造の簡単化とコスト低減を図ることができる。
他は上記第1実施形態と同様の構成とされ、同様の作用効果を奏することができる。
【0037】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、各回転板に形成される開口は、上記各実施形態においては周囲が閉じた開口であるが、各回転板の外周側あるいは内周側において開放された開口であってもよい。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、第1実施形態における第2規制側回転板、第2通過側回転板、第2コイルをなくした構造、あるいは、第2実施形態における第2規制側回転板、第2コイルをなくした構造とし、第1規制側開口と第1通過側回転板との重なり面積の変化に応じた第1通過側回転板の通過磁束の変化のみに基づき、両シャフトにより伝達されるトルクを検出するようにしてもよい。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。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、小型化、感度向上、精度向上、構造の簡単化、コスト低減を図ることができるトルクセンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態のトルクセンサの断面図
【図2】本発明の第1実施形態のトルクセンサの要部の断面図
【図3】本発明の第1実施形態のトルクセンサの(1)は第1規制側回転板の正面図、(2)は第2通過側回転板の正面図、(3)は第1通過側回転板の正面図、(4)は第2規制側回転板の正面図
【図4】(1)は図2のIVa−IVa線断面図、(2)は図2のIVb−IVb線断面図
【図5】図4(1)のV−V線断面図
【図6】本発明の実施形態のトルク検出回路を示す図
【図7】本発明の第2実施形態のトルクセンサの断面図
【図8】本発明の第2実施形態のトルクセンサの要部の断面図
【図9】本発明の第2実施形態のトルクセンサの(1)は第1規制側回転板の正面図、(2)は通過側回転板の正面図、(3)は第2規制側回転板の正面図
【図10】(1)は図8のXa−Xa線断面図、(2)は図8のXb−Xb線断面図
【図11】図10(1)のXI−XI線断面図
【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
11、111 第1規制側回転板
11′、111′ 第2規制側回転板
12 第1通過側回転板
112 通過側回転板
12′ 第2通過側回転板
31 第1コイルホルダー
32 第2コイルホルダー
33 第1コイル
34 第2コイル
41、141 第1規制側開口
41′、141′ 第2規制側開口
42 第1通過側開口
142 通過側開口
42′ 第2通過側開口
43、43′ 重なり阻止用開口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a torque sensor suitable for detecting the steering torque in, for example, a power steering apparatus that applies a steering assist force according to the steering torque.
[0002]
[Prior art]
For example, in a power steering device for a vehicle, when the rotation of a steering wheel is transmitted to a wheel via a steering shaft, torque transmitted by the steering shaft is detected by a torque sensor, and steering is performed according to the magnitude of the detected torque. Auxiliary power is given.
[0003]
As such a torque sensor, a sensor that detects torque based on a change in magnetic resistance in accordance with a torque change has been conventionally used. A torque sensor based on the detection principle includes a first shaft, a second shaft elastically coupled to the first shaft so as to be relatively rotatable, and a first detection ring made of a magnetic material fixed to the first shaft. And a second detection ring made of a magnetic material fixed to the second shaft, and a coil that covers between the two detection rings. A plurality of teeth are provided on the end face of each detection ring along the circumferential direction, and the teeth of one detection ring and the teeth of the other detection ring face each other via an air gap. In this torque sensor, when the two detection rings rotate relative to each other due to torque transmission by both shafts, the facing area between the teeth of one detection ring and the teeth of the other detection ring changes. Due to the change in area, the magnetic resistance to the magnetic flux generated by the coil passing through the air gap between the teeth of both detection rings changes. Based on the change in the magnetic resistance, the torque transmitted by both shafts is detected. Furthermore, in order to compensate for fluctuations in the detected torque value due to temperature changes, a magnetic flux generating coil having the same specifications as the above coils and a magnetic circuit for detecting changes due to temperature changes in the magnetic resistance with respect to the magnetic flux are provided. .
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional torque sensor, since the outer sides of the first and second detection rings projecting radially from both shafts are covered with the coil, the radial dimension is increased. In addition, a decrease in detection accuracy due to accumulation of assembly errors and processing errors becomes a problem. Further, in order to increase the detection sensitivity, it is necessary to increase the number of teeth provided in each detection ring. However, if this is done, the projecting dimension of each detection ring from each shaft is increased and the size is further increased. Furthermore, a dedicated magnetic circuit is required only for compensating for the detected value variation due to temperature change, the shaft axial dimension increases, the structure becomes complicated, and the manufacturing cost increases.
[0005]
An object of this invention is to provide the torque sensor which can solve the said problem.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The torque sensor of the present invention includes a first shaft, a second shaft that is coaxially and elastically coupled to the first shaft, and capable of rotating relative to the first shaft. A regulation-side rotating plate made of a conductive non-magnetic material having orthogonal front and back surfaces, a passing-side rotating plate made of magnetic material that can be rotated along with the second shaft and has front and back surfaces orthogonal to the shaft axial direction, And a coil that generates magnetic flux so as to generate an alternating magnetic field, and the regulation-side rotating plate, the passing-side rotating plate, and the coil are arranged in parallel in the shaft axial direction. The regulating-side rotating plate is arranged between the passing-side rotating plate and the coil, and the regulating-side rotating plate and the passing-side rotating plate are arranged at a passage position of the generated magnetic flux of the coil. A restriction-side opening is formed in the restriction-side rotation plate, a passage-side opening is formed in the passage-side rotation plate, and the overlapping area of the restriction-side opening and the passage-side rotation plate is the relative rotation of both shafts in the shaft axial direction. The restricting side opening and the passing side opening are relatively arranged so that the overlapping area changes according to the relative rotation of both shafts, and the passing side rotating plate according to the change of the overlapping area is changed. Based on the change in the passing magnetic flux, the torque transmitted by both shafts is detected.
As the magnetic material constituting the passing side rotating plate, for example, a soft magnetic metal material or a magnetic resin material having excellent magnetic characteristics necessary for constituting the torque sensor can be used. As the non-magnetic material having conductivity which constitutes the regulating-side rotating plate, a paramagnetic material having excellent conductivity and low permeability such as aluminum can be used.
In the above configuration, the overlapping state of the restriction side opening of the restriction side rotating plate and the passing side opening of the passing side rotating plate changes due to the relative rotation of both shafts during torque transmission. Thereby, the overlapping area of the restriction side opening and the passing side rotation plate changes according to the relative rotation of both shafts. Since the passing-side rotating plate is made of a magnetic material and the regulating-side rotating plate is made of a non-magnetic material, the passing magnetic flux of the passing-side rotating plate changes depending on the change in the overlapping area. Further, the magnetic flux reaching the passing side rotating plate is also blocked by the eddy current generated in the regulating side rotating plate in the alternating magnetic field generated based on the generation of magnetic flux of the coil. Thereby, the passage magnetic flux of the passage side rotating plate can be changed according to the change of the overlapping area. Since the change in area corresponds to the relative rotation of both shafts corresponding to the transmission torque, the torque transmitted by both shafts can be detected based on the change in magnetic flux.
According to the said structure, since a coil can be arrange | positioned so that it may parallel in a shaft axial direction with a regulation side rotating plate and a passage side rotating plate, a radial direction dimension can be made small.
[0007]
The torque sensor of the present invention includes a first shaft, a second shaft that is coaxially and elastically coupled to the first shaft, and capable of rotating relative to the first shaft. A first regulation-side rotating plate made of a conductive nonmagnetic material having front and back surfaces orthogonal to each other, and a first passage side made of magnetic material that can rotate with the second shaft and have front and back surfaces orthogonal to the shaft axial direction. A rotating plate, a second passing-side rotating plate made of a magnetic material having front and back surfaces orthogonal to the shaft axis direction, which can rotate with the first shaft, and a shaft shaft which can rotate with the second shaft. The first and second coils having the same specification, each of which is composed of a second regulating side rotating plate having front and back surfaces orthogonal to the direction and a conductive wire wound around the shaft axis and generates magnetic flux so as to generate an alternating magnetic field When Both regulation side rotating plate, both passing side rotating plate and both coils are arranged in parallel in the shaft axial direction, and both regulating side rotating plate and both passing side rotating plate are arranged between both coils. The both passing side rotating plates are arranged between the both regulating side rotating plates, the first regulating side rotating plate and the second passing side rotating plate are arranged between the first coil and the first passing side rotating plate, and the first A second regulating side rotating plate and a first passing side rotating plate are arranged between the two coils and the second passing side rotating plate, a first regulating side opening is formed in the first regulating side rotating plate, and the second A second restricting-side opening is formed in the restricting-side rotating plate, the first passing-side rotating plate has an overlap in the shaft axis direction between the first passing-side opening and the second restricting-side opening and the first passing-side rotating plate. A blocking opening is formed, and the second passage side rotating plate has a second passage side opening and the first restriction side opening. An opening for preventing overlap in the shaft axial direction with the second passage side rotating plate is formed, and the first restriction side opening, the opening for preventing overlap of the second passage side rotating plate, and the first passage side rotating plate are: The first coil is disposed at a position where the magnetic flux generated by the first coil passes, and the second restricting side opening, the overlap preventing opening of the first passing side rotating plate, and the second passing side rotating plate are generated by the second coil. Arranged at the magnetic flux passage position, in the shaft axis direction, the overlapping area of the first restriction side opening and the first passage side rotating plate increases when both shafts rotate in one direction and rotates in the other direction. The first restricting side opening and the first passing side opening are relatively arranged so as to decrease, and in the shaft axial direction, the overlapping area of the second restricting side opening and the second passing side rotating plate is, When both shafts rotate relative to one direction, it decreases and the other direction The second restriction-side opening and the second passage-side opening are relatively arranged so as to increase when they rotate relative to each other, and when the shafts are at the detection origin position where they are not relatively rotating, the first restriction-side opening and The overlapping area of the first passing side rotating plate and the overlapping area of the second restricting side opening and the second passing side rotating plate are equal to each other. The absolute value of the change in the overlapping area with the first passing side rotating plate and the absolute value of the change in the overlapping area between the second regulating side opening and the second passing side rotating plate are equal to each other, and the first regulating side Changes in the passing magnetic flux of the first passing side rotating plate according to changes in the overlapping area of the opening and the first passing side rotating plate, and changes in the overlapping area of the second regulating side opening and the second passing side rotating plate Based on the difference from the change in the passing magnetic flux of the corresponding second passing side rotating plate, Preferably, the torque transmitted by preparative is detected.
According to this configuration, the overlapping area of the first restriction side opening and the first passing side rotating plate and the overlapping area of the second restricting side opening and the second passing side rotating plate are such that both shafts rotate relative to each other. When the two shafts are at the detected origin position, they are equal to each other. When the shafts rotate relative to each other, one increases and the other decreases, and the absolute values of the changes are equal to each other. Therefore, the change of the passing magnetic flux of the first passing side rotating plate according to the change of the overlapping area of the first restricting side opening and the first passing side rotating plate, and the second restricting side opening and the second passing side rotating plate Torque transmitted by both shafts can be detected based on the difference from the passage magnetic flux change of the second passage side rotating plate in accordance with the change of the overlapping area, and the torque detection sensitivity can be increased. In addition, when the temperature fluctuates, the magnetic flux that passes through the first passing side rotating plate and the magnetic flux that passes through the second passing side rotating plate change by the same amount, so that the torque is detected based on the difference between both passing magnetic flux changes. Thus, fluctuations in detected torque due to temperature fluctuations can be offset. Therefore, it is possible to improve the detection sensitivity and at the same time compensate for the detection value variation due to the temperature change, thereby simplifying the structure and reducing the cost.
[0008]
The torque sensor of the present invention includes a shaft, a second shaft that is coaxially and elastically connected to the first shaft, and capable of rotating together with the first shaft, and is orthogonal to the shaft axis direction. A first regulating side rotating plate made of a conductive nonmagnetic material having front and back surfaces, a second regulating side rotating plate having front and back surfaces that can be rotated along with the first shaft and orthogonal to the shaft axial direction, and Consisting of a passage-side rotating plate made of a magnetic material having front and back surfaces orthogonal to the shaft axis direction, which can be rotated along with the second shaft, and a conductive wire wound around the shaft axis so as to generate an alternating magnetic field The first and second coils having the same specifications that generate magnetic flux are provided, and both the regulation-side rotating plate, the passage-side rotating plate, and both coils are arranged in parallel in the shaft axial direction, and between the two coils. A regulating side rotating plate and a passing side rotating plate are arranged, a passing side rotating plate is arranged between both regulating side rotating plates, a first regulating side opening is formed in the first regulating side rotating plate, and the second regulating side A second regulating side opening is formed in the rotating plate, a passing side opening is formed in the passing side rotating plate, the first regulating side opening is disposed at a passage position of the generated magnetic flux of the first coil, and the second The restriction-side opening is disposed at the passage position of the magnetic flux generated by the second coil, the passage-side rotation plate is disposed at the passage position of the magnetic flux generated by both coils, and the second restriction-side opening and the passage-side rotation plate are The overlapping area of the first regulating side opening and the passing side rotating plate in the shaft axial direction increases when the shafts rotate relative to each other in the shaft axial direction. When the relative rotation in the other direction, the first regulation is reduced. The side opening and the passage side opening are arranged relative to each other, and in the shaft axial direction, the overlapping area of the second restriction side opening and the passage side rotating plate decreases when both shafts rotate in one direction and decreases in the other direction. The second restriction side opening and the passage side opening are relatively arranged so as to increase when they rotate relative to each other, and when both shafts are at the detection origin position where they are not relatively rotated, the first restriction side opening and the passage side The overlapping area of the rotating plate and the overlapping area of the second regulating side opening and the passing side rotating plate are equal to each other, and when the two shafts are relatively rotated, the first regulating side opening and the passing side rotating plate The absolute value of the change in the overlap area and the absolute value of the change in the overlap area between the second restriction side opening and the passage side rotating plate are equal to each other, and the overlap area between the first restriction side opening and the passage side rotation plate is the same. Passing side rotating plate passing according to the change of The torque transmitted by both shafts is detected based on the difference between the change in magnetic flux and the change in the passing magnetic flux of the passing side rotating plate in accordance with the change in the overlapping area between the second regulating side opening and the passing side rotating plate. It is preferable.
According to this configuration, the overlapping area between the first restriction side opening and the passing side rotating plate and the overlapping area between the second restriction side opening and the passing side rotating plate are the detection origin where the two shafts are not rotating relative to each other. When in position, they are equal to each other, and when the shafts rotate relative to each other, one increases and the other decreases, and the absolute values of the changes are equal to each other. Therefore, according to the change of the passing magnetic flux of the passing side rotating plate according to the change of the overlapping area of the first restricting side opening and the passing side rotating plate, and according to the change of the overlapping area of the second restricting side opening and the passing side rotating plate. The torque transmitted by both shafts can be detected based on the difference from the passing magnetic flux change of the passing side rotating plate, and the torque detection sensitivity can be increased. In addition, when the temperature fluctuates, the magnetic flux passing through the passing-side rotating plate via the first restricting-side opening and the magnetic flux passing through the passing-side rotating plate via the second restricting-side opening change by the same amount. By detecting the torque based on the difference between the two passing magnetic flux changes, it is possible to cancel the detected torque fluctuation due to temperature fluctuation. Therefore, it is possible to improve the detection sensitivity and at the same time compensate for the detection value variation due to the temperature change, thereby simplifying the structure and reducing the cost.
[0009]
In the shaft radial direction, it is preferable that the thickness dimension of the coil is less than the dimension of each opening, and the inner and outer circumferences of the coil are arranged between the inner and outer circumferences of each opening. Thereby, even if the relative position in the radial direction of the shaft, the rotating plate, and the coil fluctuates due to manufacturing tolerances and assembly tolerances, the opening can be arranged at the passage position of the magnetic flux generated by the coils. Therefore, the fluctuation due to the tolerance of the passing magnetic flux of the passing side rotating plate can be eliminated, and the deterioration of the detection accuracy can be prevented.
And a coil holder made of a magnetic material for holding the coil. The coil holder includes a cylindrical outer peripheral portion surrounding the outer peripheral side of the coil, and a cylindrical inner peripheral portion surrounding the inner peripheral side of the coil. The outer peripheral portion and a portion connecting one end portion on the side away from the rotating plate in the inner peripheral portion, and in the shaft radial direction, the distance from the shaft axis to the inner peripheral end of the coil holder is the shaft axis In the shaft radial direction, the distance from the shaft axis to the outer peripheral edge of each rotary plate is less than the distance from the shaft axis to the outer peripheral edge of the coil holder in the shaft radial direction. It is preferable.
Thereby, an opening and a passage side rotation board can be certainly arranged in a passage position of magnetic flux generated by a coil. The fluctuation due to the tolerance of the passing magnetic flux of the passing side rotating plate can be eliminated.
[0010]
Each opening preferably has a shape along a quadrilateral having a pair of edges along the radial direction of the shaft and a pair of edges along the circumference centered on the axis of both shafts.
As a result, it is possible to detect a torque corresponding to the amount of relative rotation in both cases where both shafts are relatively rotated in one direction and when they are relatively rotated in the other direction.
[0011]
Each rotating plate is preferably formed in a disk shape coaxial with both shafts, and a plurality of openings are preferably formed in parallel with each rotating plate at intervals in the shaft circumferential direction. Thereby, torque detection sensitivity can be improved without increasing the size.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A
[0013]
A
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
The
[0018]
A
[0019]
The
[0020]
Both regulating
[0021]
As shown in (1) to (4) of FIG. 3, a plurality of first
A plurality of second
A plurality of first
A plurality of second passage-
The number of each
[0022]
In the shaft radial direction, the thickness dimension R1 of each
[0023]
In the shaft axial direction, the first
[0024]
When viewed from one side in the shaft axis direction, one
[0025]
The first restricting
[0026]
In the above configuration, due to the relative rotation of the
[0027]
According to the above configuration, the
[0028]
Further, according to the above configuration, the overlapping area of the first
[0029]
In the present embodiment, the
[0030]
7 to 11 show a
[0031]
Both regulating
[0032]
As shown in (1) to (3) of FIG. 9, the first restriction-
[0033]
In the shaft axial direction, the first
[0034]
When the
[0035]
The first restricting
[0036]
According to the above configuration, the overlapping area of the first
Other configurations are the same as those in the first embodiment, and the same operational effects can be achieved.
[0037]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the opening formed in each rotating plate is an opening whose periphery is closed in each of the above embodiments, but may be an opening opened on the outer peripheral side or the inner peripheral side of each rotating plate. Further, one end side of the
[0038]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a torque sensor that can be reduced in size, improved in sensitivity, improved in accuracy, simplified in structure, and reduced in cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a torque sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the torque sensor according to the first embodiment of the present invention.
3 is a front view of a first regulating side rotating plate, (2) is a front view of a second passing side rotating plate, and (3) is a first passage of the torque sensor according to the first embodiment of the present invention. FIG. Front view of the side rotating plate, (4) is a front view of the second regulating side rotating plate
4 is a cross-sectional view taken along line IVa-IVa in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IVb-IVb in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a torque detection circuit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of a torque sensor according to a second embodiment of the present invention.
9 is a front view of a first regulating side rotating plate, (2) is a front view of a passing side rotating plate, and (3) is a second regulating side rotation of a torque sensor according to a second embodiment of the present invention. Front view of board
10 is a cross-sectional view taken along line Xa-Xa in FIG. 8, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line Xb-Xb in FIG.
11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Torque sensor
3 First shaft
4 Second shaft
11, 111 First regulating side rotating plate
11 ', 111' second regulating side rotating plate
12 First passage side rotating plate
112 Passing side rotating plate
12 '2nd passage side rotation board
31 First coil holder
32 Second coil holder
33 First coil
34 Second coil
41, 141 First restriction side opening
41 ', 141' Second restriction side opening
42 First passage side opening
142 Passing side opening
42 'second passage side opening
43, 43 'Overlap prevention opening
Claims (5)
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、
その第1シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する導電性非磁性材製の第1規制側回転板と、
その第2シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する磁性材製の第1通過側回転板と、
その第1シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する磁性材製の第2通過側回転板と、
その第2シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する第2規制側回転板と、
シャフト軸心まわりに巻かれる導線により構成されると共に、交番磁界を生じるように磁束を発生させる互いに同一仕様の第1、第2コイルとを備え、
両規制側回転板と両通過側回転板と両コイルとは、シャフト軸方向において並列するように配置され、
両コイルの間に両規制側回転板と両通過側回転板とが配置され、両規制側回転板の間に両通過側回転板が配置され、その第1コイルと第1通過側回転板との間に第1規制側回転板と第2通過側回転板が配置され、その第2コイルと第2通過側回転板との間に第2規制側回転板と第1通過側回転板が配置され、
その第1規制側回転板に第1規制側開口が形成され、
その第2規制側回転板に第2規制側開口が形成され、
その第1通過側回転板に、第1通過側開口と、その第2規制側開口と第1通過側回転板とのシャフト軸方向における重なり阻止用開口とが形成され、
その第2通過側回転板に、第2通過側開口と、その第1規制側開口と第2通過側回転板とのシャフト軸方向における重なり阻止用開口とが形成され、
その第1規制側開口と、第2通過側回転板の重なり阻止用開口と、第1通過側回転板とは、その第1コイルの発生磁束の通過位置に配置され、
その第2規制側開口と、第1通過側回転板の重なり阻止用開口と、第2通過側回転板は、その第2コイルの発生磁束の通過位置に配置され、
シャフト軸方向において、その第1規制側開口と第1通過側回転板との重なり面積が、両シャフトが一方向に相対回転する時は増加し他方向に相対回転する時は減少するように、その第1規制側開口と第1通過側開口とは相対配置され、
シャフト軸方向において、その第2規制側開口と第2通過側回転板との重なり面積が、両シャフトが一方向に相対回転する時は減少し他方向に相対回転する時は増加するように、その第2規制側開口と第2通過側開口とは相対配置され、
両シャフトが相対回転していない検出原点位置にある時、その第1規制側開口と第1通過側回転板との重なり面積と、その第2規制側開口と第2通過側回転板との重なり面積とは互いに等しくされ、
両シャフトの相対回転時において、その第1規制側開口と第1通過側回転板との重なり面積の変化の絶対値と、その第2規制側開口と第2通過側回転板との重なり面積の変化の絶対値とは互いに等しくされ、
その第1規制側開口と第1通過側回転板との重なり面積の変化に応じた第1通過側回転板の通過磁束の変化と、その第2規制側開口と第2通過側回転板との重なり面積の変化に応じた第2通過側回転板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トルクセンサ。A first shaft;
A second shaft connected coaxially and elastically to the first shaft so as to be relatively rotatable;
A first regulating-side rotating plate made of a conductive non-magnetic material that can rotate with the first shaft and has front and back surfaces orthogonal to the shaft axial direction;
A first passage-side rotating plate made of a magnetic material that can rotate with the second shaft and has front and back surfaces orthogonal to the shaft axial direction;
A second passage-side rotating plate made of a magnetic material that can rotate with the first shaft and has front and back surfaces orthogonal to the shaft axial direction;
A second regulating-side rotating plate that can rotate with the second shaft and has front and back surfaces orthogonal to the shaft axial direction;
A first coil and a second coil having the same specification, each of which is composed of a conductive wire wound around a shaft axis and generates a magnetic flux so as to generate an alternating magnetic field;
Both regulating side rotating plates, both passing side rotating plates and both coils are arranged in parallel in the shaft axial direction,
Both regulating side rotating plates and both passing side rotating plates are arranged between both coils, both passing side rotating plates are arranged between both regulating side rotating plates, and between the first coil and the first passing side rotating plate. The first regulating side rotating plate and the second passing side rotating plate are arranged, and the second regulating side rotating plate and the first passing side rotating plate are arranged between the second coil and the second passing side rotating plate,
A first restriction side opening is formed in the first restriction side rotating plate,
A second restriction side opening is formed in the second restriction side rotating plate,
The first passage side rotating plate is formed with a first passage side opening and an overlap prevention opening in the shaft axial direction of the second restriction side opening and the first passage side rotating plate,
The second passage side rotating plate is formed with a second passage side opening and an overlap prevention opening in the shaft axial direction of the first regulation side opening and the second passage side rotating plate,
The first restriction side opening, the overlap prevention opening of the second passage side rotating plate, and the first passage side rotating plate are arranged at a passage position of the magnetic flux generated by the first coil,
The second restriction side opening, the overlap prevention opening of the first passing side rotating plate, and the second passing side rotating plate are arranged at a passage position of the magnetic flux generated by the second coil,
In the shaft axis direction, the overlapping area of the first restriction side opening and the first passage side rotating plate increases when both shafts rotate relative to one direction and decreases when they rotate relative to each other direction. The first restriction side opening and the first passage side opening are relatively arranged,
In the shaft axis direction, the overlapping area between the second restriction side opening and the second passing side rotating plate decreases when both shafts rotate in one direction and increases when they rotate in the other direction. The second restriction side opening and the second passage side opening are relatively arranged,
When the shafts are at the detection origin position where they are not rotating relative to each other, the overlapping area of the first restriction side opening and the first passing side rotating plate, and the overlapping of the second restriction side opening and the second passing side rotating plate The areas are equal to each other,
At the time of relative rotation of both shafts, the absolute value of the change in the overlap area between the first restriction side opening and the first passage side rotation plate and the overlap area between the second restriction side opening and the second passage side rotation plate The absolute values of the changes are equal to each other,
The change of the passing magnetic flux of the first passing side rotating plate according to the change of the overlapping area of the first restricting side opening and the first passing side rotating plate, and the second restricting side opening and the second passing side rotating plate A torque sensor that detects a torque transmitted by both shafts based on a difference from a change in passing magnetic flux of the second passing side rotating plate in accordance with a change in overlapping area.
そのコイルホルダーは、そのコイルの外周側を囲む筒状の外周部分と、そのコイルの内周 側を囲む筒状の内周部分と、その外周部分と内周部分における前記回転板から離れた側の一端部を連結する部分とを有し、
シャフト径方向において、シャフト軸心から前記コイルホルダー内周端までの距離は、シャフト軸心から各開口内周端までの距離未満とされ、
シャフト径方向において、シャフト軸心から各回転板の外周端までの距離は、シャフト軸心から前記コイルホルダーの外周端までの距離未満とされている請求項2に記載のトルクセンサ。 A coil holder made of a magnetic material for holding the coil;
The coil holder includes a cylindrical outer peripheral portion surrounding the outer peripheral side of the coil, a cylindrical inner peripheral portion surrounding the inner peripheral side of the coil, and a side away from the rotating plate in the outer peripheral portion and the inner peripheral portion. A portion connecting one end of the
In the shaft radial direction, the distance from the shaft axis to the inner peripheral edge of the coil holder is less than the distance from the shaft axis to the inner peripheral edge of each opening,
The torque sensor according to claim 2 , wherein a distance from the shaft axis to the outer peripheral end of each rotating plate is less than a distance from the shaft axis to the outer peripheral end of the coil holder in the shaft radial direction .
各開口は、各回転板に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ている請求項1〜4の中の何れか1項に記載のトルクセンサ。 Each rotating plate has a disk shape coaxial with both shafts,
Each opening torque sensor according to any one among claims 1 to 4, formed with a plurality to parallel at intervals in the circumferential direction of the shaft to the rotation plate.
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