JP4285248B2 - Torque sensor and steering angle sensor - Google Patents

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Description

本発明は、例えば自動車の電動パワーステアリング装置等に適用されるトルクセンサ及び操舵角センサに関するものである。   The present invention relates to a torque sensor and a steering angle sensor applied to, for example, an electric power steering device for an automobile.

自動車の操舵輪を操作する力を補助するパワーステアリング装置(操舵装置)として電動式のものがある。これは、操舵軸に加えられたトルクを検出し、その検出トルクに応じて操舵機構に設けた電動機を回転させる機構となっている。   There is an electric power steering device (steering device) for assisting the force for operating the steering wheel of an automobile. This is a mechanism that detects torque applied to the steering shaft and rotates an electric motor provided in the steering mechanism in accordance with the detected torque.

このようなトルク検出手段としては、出力軸に固定された第一の筒体と、トーションバーを介して出力軸に連結された入力軸に、第一の筒体に対向させて固定された第二の筒体と、これら第一、第二の筒体と電磁結合する検出コイルとを備えたトルクセンサが知られている(特許文献1等参照)。   As such a torque detection means, a first cylinder fixed to the output shaft and an input shaft connected to the output shaft via a torsion bar are fixed to the first cylinder opposite to the first cylinder. A torque sensor including a second cylinder and a detection coil that electromagnetically couples with the first and second cylinders is known (see Patent Document 1, etc.).

各筒体の対向面又は外周面には、周方向に所定ピッチで歯面がそれぞれ設けられている。操舵軸にトルクが作用すると、軸方向に重合する歯面の面積が変化することによって、検出コイルに電気的変化が生じる。トルクセンサは、この電気的変化に基づいて、トルクを検出するものである。   A tooth surface is provided at a predetermined pitch in the circumferential direction on the opposing surface or outer peripheral surface of each cylindrical body. When torque acts on the steering shaft, an electrical change occurs in the detection coil by changing the area of the tooth surface overlapping in the axial direction. The torque sensor detects torque based on this electrical change.

また、トルクセンサとして、操舵軸の操舵角度を検出する操舵角センサとしての機能を合わせて有するものが知られている(特許文献2等参照)。   A torque sensor having a function as a steering angle sensor for detecting the steering angle of the steering shaft is also known (see Patent Document 2).

特開平7−294346号公報JP-A-7-294346 特開2001−91375号公報JP 2001-91375 A

ところで、各筒体に設けられる歯面は、NC旋盤等の切削加工により、形成されるのが一般的であった。しかしながら、切削加工によると、加工に時間がかかる、加工時に生じる発熱により金属材料の材料特性(磁気特性等)が変化してしまうなどといった問題点があった。これにより、切削加工後のセンサ特性の調整が非常に困難となり、その調整に時間を要し、製造コスト上昇の要因となっていた。   By the way, the tooth surface provided in each cylindrical body is generally formed by cutting such as an NC lathe. However, according to the cutting process, there are problems that it takes a long time for the process, and the material characteristics (magnetic characteristics, etc.) of the metal material change due to heat generated during the process. This makes it very difficult to adjust the sensor characteristics after cutting, which takes time and causes an increase in manufacturing costs.

そこで、本発明の目的は、製造を容易にすることで、安価に製造することができるトルクセンサ及び操舵角センサを提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a torque sensor and a steering angle sensor that can be manufactured at low cost by facilitating manufacture.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、トーションバーを介して連結された入力軸及び出力軸に装着されるトルクセンサであって、上記出力軸に固定された磁性体からなる第一の筒体と、上記入力軸に上記第一の筒体に対向させて固定された磁性体からなる第二の筒体と、上記入力軸に上記第二の筒体に対向させて固定された磁性体からなる第三の筒体と、各筒体の対向面に夫々装着され周方向に所定間隔を隔てて複数の貫通孔が形成された非磁性体からなる円板と、上記第一、第二の筒体と電磁結合する検出コイルと、上記第二、第三の筒体と電磁結合する温度補償コイルとを備えたことを特徴とするトルクセンサである。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a torque sensor mounted on an input shaft and an output shaft connected via a torsion bar, and comprising a magnetic body fixed to the output shaft. One cylindrical body, a second cylindrical body made of a magnetic body fixed to the input shaft so as to face the first cylindrical body, and fixed to the input shaft so as to face the second cylindrical body. A third cylindrical body made of a magnetic material, a disc made of a non-magnetic material that is mounted on the opposing surface of each cylindrical body and has a plurality of through holes formed at predetermined intervals in the circumferential direction, and the first A torque sensor comprising: a detection coil that is electromagnetically coupled to the second cylindrical body; and a temperature compensation coil that is electromagnetically coupled to the second and third cylindrical bodies .

請求項2の発明は、上記貫通孔は、打ち抜き加工により形成された請求項1記載のトルクセンサである。
A second aspect of the present invention is the torque sensor according to the first aspect , wherein the through hole is formed by punching.

請求項3の発明は、操舵軸に固定された磁性体からなる主の筒体と、固定側に上記主の筒体に対向させて取り付けられた磁性体からなる副の筒体と、各筒体の対向面に夫々装着され周方向に沿って所定長さの円弧状の貫通孔が形成された非磁性体からなる円板と、上記主、副の筒体と電磁結合する検出コイルとを備えたことを特徴とする操舵角センサである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a main cylinder made of a magnetic body fixed to a steering shaft, a sub cylinder made of a magnetic body mounted on the fixed side so as to face the main cylinder, and each cylinder. A disc made of a non-magnetic material that is mounted on each of the opposing surfaces of the body and has a circular arc-shaped through-hole of a predetermined length along the circumferential direction, and a detection coil that electromagnetically couples with the main and sub cylinders. A steering angle sensor including the steering angle sensor.

請求項4の発明は、上記貫通孔は、打ち抜き加工により形成された請求項3記載の操舵角センサである。
A fourth aspect of the present invention is the steering angle sensor according to the third aspect , wherein the through hole is formed by punching.

請求項5の発明は、上記貫通孔が、半円状である請求項3又は4いずれか記載の操舵角センサである。 A fifth aspect of the present invention is the steering angle sensor according to the third or fourth aspect , wherein the through hole has a semicircular shape.

本発明によれば、製造を容易にすることで、トルクセンサ及び操舵角センサを安価に製造することができるという優れた効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to produce the torque sensor and the steering angle sensor at low cost by facilitating the production.

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。   A preferred embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の一実施の形態に係るトルクセンサの側面断面図である。   FIG. 1 is a side sectional view of a torque sensor according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、このトルクセンサは、自動車の操舵軸1に装着されている。この操舵軸1は、図示しない操舵輪に取り付けられた入力軸2と、図示しない操舵機構に取り付けられた出力軸3とを備えている。入力軸2と出力軸3とは、トーションバー4を介して連結されている。詳しくは、入力軸2及び出力軸3の端部には、開口部がそれぞれ設けられており、これら開口部にトーションバー4が収容されている。図示しない車体等の固定側には、環状のケース5が取り付けられている。このケース5は、軸受6を介して入力軸2に軸支されている。   As shown in FIG. 1, this torque sensor is mounted on a steering shaft 1 of an automobile. The steering shaft 1 includes an input shaft 2 attached to a steering wheel (not shown) and an output shaft 3 attached to a steering mechanism (not shown). The input shaft 2 and the output shaft 3 are connected via a torsion bar 4. Specifically, openings are provided at the ends of the input shaft 2 and the output shaft 3, and the torsion bar 4 is accommodated in these openings. An annular case 5 is attached to a fixed side of a vehicle body (not shown). The case 5 is pivotally supported on the input shaft 2 via a bearing 6.

出力軸3の外周面には、導電体且つ磁性体の材料(例えば、低炭素鋼、ステンレス鋼、鋳鉄等、以下同じ)からなる円筒状の第一の筒体7が固定されている。詳しくは、第一の筒体7は、出力軸3に圧入されている。   A cylindrical first cylindrical body 7 made of a conductive material and a magnetic material (for example, low carbon steel, stainless steel, cast iron, etc.) is fixed to the outer peripheral surface of the output shaft 3. Specifically, the first cylinder 7 is press-fitted into the output shaft 3.

入力軸2の外周面には、第一の筒体7に軸方向から対向させて導電体且つ磁性体の材料からなる円筒状の第二の筒体8と、第二の筒体8に軸方向から対向させて導電体且つ磁性体の材料からなる円筒状の第三の筒体9とが固定されている。詳しくは、第二の筒体8及び第三の筒体9は、入力軸2に圧入されている。   On the outer peripheral surface of the input shaft 2, a cylindrical second cylindrical body 8 made of a conductive material and a magnetic material is provided opposite to the first cylindrical body 7 in the axial direction, and the second cylindrical body 8 has a shaft. A cylindrical third cylindrical body 9 made of a conductive material and a magnetic material is fixed so as to face the direction. Specifically, the second cylinder 8 and the third cylinder 9 are press-fitted into the input shaft 2.

第一、第二の筒体7、8、及び後述する検出コイル20は、操舵軸1に作用する操舵トルクを検出することを目的として設けられている。第二、第三の筒体8、9、及び後述する温度補償コイル21は、操舵トルク及び操舵角度を検出する際に、温度補償をするために設けられている。   The first and second cylinders 7 and 8 and a detection coil 20 described later are provided for the purpose of detecting a steering torque acting on the steering shaft 1. The second and third cylinders 8 and 9 and a temperature compensation coil 21, which will be described later, are provided for temperature compensation when detecting the steering torque and the steering angle.

後述する検出コイル22(ヨーク19)の内周面には、第三の筒体9に軸方向から対向させて導電体且つ磁性体の材料からなる円筒状の第四の筒体10が固定されている。詳しくは、第四の筒体10は、検出コイル22(ヨーク19)に圧入されている。第四の筒体10の内周面は、入力軸2の外周面とは、所定間隔を隔てて接することなく設けられている。ここで、第四の筒体10は、不動に設けられていれば良い。例えば、第四の筒体10は、支持具等を介して、ケース5の内周面に固定されていても良い。   A cylindrical fourth cylinder 10 made of a conductive material and a magnetic material is fixed to an inner peripheral surface of a detection coil 22 (yoke 19), which will be described later, facing the third cylinder 9 in the axial direction. ing. Specifically, the fourth cylinder 10 is press-fitted into the detection coil 22 (yoke 19). The inner peripheral surface of the fourth cylinder 10 is provided without contacting the outer peripheral surface of the input shaft 2 with a predetermined interval. Here, the 4th cylinder 10 should just be provided immovably. For example, the fourth cylinder 10 may be fixed to the inner peripheral surface of the case 5 via a support or the like.

ここで、本実施の形態においては、特許請求の範囲における「主の筒体」は、「第三の筒体9」であり、「副の筒体」は、「第四の筒体10」である。また、「主、副の筒体と電磁結合する検出コイル」は、「検出コイル22」である。   Here, in the present embodiment, the “main cylinder” in the claims is the “third cylinder 9”, and the “sub cylinder” is the “fourth cylinder 10”. It is. The “detection coil that electromagnetically couples with the main and sub cylinders” is the “detection coil 22”.

第三、第四の筒体9、10、及び検出コイル22は、操舵軸1の操舵角度を検出することを目的として設けられている。つまり、図1に示すトルクセンサは、操舵トルクの検出に加え、操舵角度の検出もすることができる。   The third and fourth cylinders 9 and 10 and the detection coil 22 are provided for the purpose of detecting the steering angle of the steering shaft 1. That is, the torque sensor shown in FIG. 1 can detect the steering angle in addition to the detection of the steering torque.

各筒体7、8、9、10の対向面には、非磁性体の材料(例えば、アルミ、ステンレス等の低透磁率材料、以下同じ)からなる第一の円板11又は第二の円板12のいずれかがそれぞれ装着されている。詳しくは、第一、第二の筒体7、8及び第二、第三の筒体8、9の対向面には、第一の円板11がそれぞれ装着されている。第三、第四の筒体9、10の対向面には、第二の円板12がそれぞれ装着されている。   A first disk 11 or a second circle made of a non-magnetic material (for example, a low-permeability material such as aluminum or stainless steel, the same shall apply hereinafter) is provided on the opposing surface of each cylinder 7, 8, 9, 10. Each of the plates 12 is mounted. In detail, the 1st disc 11 is each attached to the opposing surface of the 1st, 2nd cylinders 7 and 8, and the 2nd and 3rd cylinders 8 and 9. As shown in FIG. On the opposing surfaces of the third and fourth cylinders 9 and 10, second disks 12 are mounted, respectively.

図2は、第一の円板11の正面図である。図3は、二つの第一の円板11を軸方向に重ねた正面図である。図4は、第二の円板12の正面図である。図5は、二つの第二の円板12を軸方向に重ねた正面図である。   FIG. 2 is a front view of the first disc 11. FIG. 3 is a front view in which two first disks 11 are stacked in the axial direction. FIG. 4 is a front view of the second disk 12. FIG. 5 is a front view in which two second disks 12 are stacked in the axial direction.

図2に示すように、第一の円板11の側面には、周方向に所定間隔を隔てて複数の貫通孔13が形成されている。この貫通孔13は、打ち抜き加工により形成される。   As shown in FIG. 2, a plurality of through holes 13 are formed on the side surface of the first disc 11 at a predetermined interval in the circumferential direction. The through hole 13 is formed by punching.

図3に示すように、対向する第一の円板11同士は、貫通孔13が、ピッチの半分ずれるように配置されている。これにより、対向する貫通孔13は、軸方向に重なる重合部分14(図中、ハッチングで示す)を形成している。   As shown in FIG. 3, the opposing first disks 11 are arranged such that the through holes 13 are shifted by half the pitch. Thereby, the opposing through-holes 13 form overlapping portions 14 (indicated by hatching in the figure) that overlap in the axial direction.

図1に示すように、入力軸2の出力軸3側外周面には、軸方向に延びて、所定幅で形成されたストッパ15が設けられている。一方、出力軸3の入力軸2側内周面には、軸方向に延びて、所定幅で形成されたストッパ案内溝16が設けられている。   As shown in FIG. 1, a stopper 15 extending in the axial direction and having a predetermined width is provided on the outer peripheral surface of the input shaft 2 on the output shaft 3 side. On the other hand, a stopper guide groove 16 extending in the axial direction and having a predetermined width is provided on the inner peripheral surface of the output shaft 3 on the input shaft 2 side.

出力軸3のストッパ案内溝16には、入力軸2のストッパ15が挿入されており、入力軸2及び出力軸3が第一の円板11の貫通孔13の周方向の長さの略半分だけ相対回転し得るようになっている。   The stopper 15 of the input shaft 2 is inserted into the stopper guide groove 16 of the output shaft 3, and the input shaft 2 and the output shaft 3 are approximately half the circumferential length of the through hole 13 of the first disc 11. Only be able to rotate relative.

図4に示すように、第二の円板12の側面には、周方向に沿って、所定長さの円弧状の貫通孔17が形成されている。この貫通孔17は、打ち抜き加工により、半円状(つまり、延出角度が180°の円弧状)に形成される。   As shown in FIG. 4, an arc-shaped through-hole 17 having a predetermined length is formed on the side surface of the second disk 12 along the circumferential direction. The through hole 17 is formed in a semicircular shape (that is, an arc shape with an extension angle of 180 °) by punching.

図5に示すように、対向する第二の円板12同士は、貫通孔17が、ピッチの半分ずれるように配置されている。これにより、対向する貫通孔17は、軸方向に重なる重合部分18(図中、ハッチングで示す)を形成している。   As shown in FIG. 5, the opposing second disks 12 are arranged such that the through holes 17 are shifted by half the pitch. Thereby, the opposing through-holes 17 form overlapping portions 18 (indicated by hatching in the figure) that overlap in the axial direction.

ここで、図5においては、軸方向に重ねられた二つの第二の円板12のうち、図中手前側に示されているのが第三の筒体9側であり、図中奥側に示されているのが第四の筒体10側であるとする。本実施の形態においては、第四の筒体10が、検出コイル22の内周面に固定されていると共に、入力軸2の外周面に接することのないように設けられているため、第三の筒体9と第四の筒体10とでは、装着される第二の円板12の内径及び外径の大きさが異なる。   Here, in FIG. 5, of the two second disks 12 stacked in the axial direction, the front side in the drawing is the third cylindrical body 9 side, and the back side in the drawing. It is assumed that the fourth cylinder 10 side is shown in FIG. In the present embodiment, the fourth cylinder 10 is fixed to the inner peripheral surface of the detection coil 22 and is provided so as not to contact the outer peripheral surface of the input shaft 2. The cylinder 9 and the fourth cylinder 10 have different inner and outer diameters of the second disk 12 to be mounted.

図1に示すように、ケース5の内周面には、磁性体の材料からなる三つのリング状のヨーク19が並設して固定されている。各ヨーク19の溝内には、それぞれ検出コイル20、温度補償コイル21、検出コイル22が巻回されている。   As shown in FIG. 1, three ring-shaped yokes 19 made of a magnetic material are juxtaposed and fixed to the inner peripheral surface of the case 5. In the groove of each yoke 19, a detection coil 20, a temperature compensation coil 21, and a detection coil 22 are wound.

検出コイル20は、第一、第二の筒体7、8の外周面(第一、第二の筒体7、8の対向面)を覆うように設けられており、第一、第二の筒体7、8と電磁結合する。温度補償コイル21は、第二、第三の筒体8、9の外周面(第二、第三の筒体8、9の対向面)を覆うように設けられており、第二、第三の筒体8、9と電磁結合する。検出コイル22は、第三、第四の筒体9、10の外周面(第三、第四の筒体9、10の対向面)を覆うように設けられており、第三、第四の筒体9、10と電磁結合する。   The detection coil 20 is provided so as to cover the outer peripheral surfaces of the first and second cylinders 7 and 8 (opposite surfaces of the first and second cylinders 7 and 8). The cylinders 7 and 8 are electromagnetically coupled. The temperature compensation coil 21 is provided so as to cover the outer peripheral surfaces of the second and third cylinders 8 and 9 (opposing surfaces of the second and third cylinders 8 and 9). The cylinders 8 and 9 are electromagnetically coupled. The detection coil 22 is provided so as to cover the outer peripheral surfaces of the third and fourth cylinders 9 and 10 (opposing surfaces of the third and fourth cylinders 9 and 10). The cylinders 9 and 10 are electromagnetically coupled.

図6は、図1のトルクセンサの検出回路を示す概略図である。   FIG. 6 is a schematic diagram showing a detection circuit of the torque sensor of FIG.

図6に示すように、検出コイル20、温度補償コイル21及び検出コイル22は、コンデンサ23と並列回路をそれぞれ構成している。各並列回路は、抵抗器24を介してインピーダンスを検出するための高周波信号を発生する発信器25、差動増幅器26を介して電圧・電流変換器27にそれぞれ接続されている。   As shown in FIG. 6, the detection coil 20, the temperature compensation coil 21, and the detection coil 22 constitute a capacitor 23 and a parallel circuit, respectively. Each parallel circuit is connected to a voltage / current converter 27 via a transmitter 25 that generates a high-frequency signal for detecting impedance via a resistor 24 and a differential amplifier 26.

図中上側に示された差動増幅器26及び電圧・電流変換器27は、操舵トルクτを検出するためのものであり、検出コイル20及び温度補償コイル21の並列回路と接続されている。一方、図中下側に示された差動増幅器26及び電圧・電流変換器27は、操舵角度θを検出するためのものであり、検出コイル22及び温度補償コイル21の並列回路と接続されている。   A differential amplifier 26 and a voltage / current converter 27 shown on the upper side in the drawing are for detecting the steering torque τ, and are connected to a parallel circuit of the detection coil 20 and the temperature compensation coil 21. On the other hand, a differential amplifier 26 and a voltage / current converter 27 shown on the lower side in the figure are for detecting the steering angle θ, and are connected to a parallel circuit of the detection coil 22 and the temperature compensation coil 21. Yes.

次に、本実施の形態のトルクセンサの動作を説明する。   Next, the operation of the torque sensor according to the present embodiment will be described.

図6に示す発信器25からの高周波信号により、検出コイル20、温度補償コイル21、及び検出コイル22に電流が流されると、図1に示すように、検出コイル20、第一、第二の筒体7、8を循環する磁気回路と、温度補償コイル21、第二、第三の筒体8、9を循環する磁気回路と、検出コイル22、第三、第四の筒体9、10を循環する磁気回路とがそれぞれ形成される。これら磁気回路は、第一の円板11の貫通孔13(重合部分14)、又は第二の円板12の貫通孔17(重合部分18)を通って形成される。   When a current flows through the detection coil 20, the temperature compensation coil 21, and the detection coil 22 by the high-frequency signal from the transmitter 25 shown in FIG. 6, as shown in FIG. A magnetic circuit that circulates through the cylinders 7 and 8, a magnetic circuit that circulates through the temperature compensation coil 21, the second and third cylinders 8 and 9, and a detection coil 22, the third and fourth cylinders 9, 10 Are respectively formed. These magnetic circuits are formed through the through hole 13 (overlapping portion 14) of the first disc 11 or the through hole 17 (overlapping portion 18) of the second disc 12.

操舵軸1(入力軸2及び出力軸3)が回転されないとき(操舵トルクが0のとき)、検出コイル20及び温度補償コイル21の電圧は等しい。操舵軸1が回転されると、トーションバー4に操舵トルクが作用し、第一の筒体7と第二の筒体8とが相対的に回転される。これにより、第一の円板11の重合部分14の面積が変化(増加又は減少)する。重合部分14の面積が変化すると、検出コイル20のインピーダンスが変化する。そうすると、検出コイル20の端電圧が変化する。これに対して、温度補償コイル21のインピーダンス及び端電圧は、操舵軸1が回転しても変化しない。   When the steering shaft 1 (the input shaft 2 and the output shaft 3) is not rotated (when the steering torque is 0), the voltages of the detection coil 20 and the temperature compensation coil 21 are equal. When the steering shaft 1 is rotated, a steering torque acts on the torsion bar 4, and the first cylinder 7 and the second cylinder 8 are relatively rotated. Thereby, the area of the overlapping portion 14 of the first disk 11 changes (increases or decreases). When the area of the overlapping portion 14 changes, the impedance of the detection coil 20 changes. Then, the end voltage of the detection coil 20 changes. On the other hand, the impedance and the end voltage of the temperature compensation coil 21 do not change even when the steering shaft 1 rotates.

これらインピーダンスを、図6に示す検出回路により、検出コイル20及び温度補償コイル21の電圧として検出する。これら電圧の差、つまり、検出コイル20の端電圧の変化量が、操舵トルクに対して比例的に変化するため、電圧変化により操舵トルクを検出できる。また、検出コイル20の端電圧の変化(増加又は減少)は、操舵軸1の操舵方向に対応する。   These impedances are detected as voltages of the detection coil 20 and the temperature compensation coil 21 by the detection circuit shown in FIG. Since the difference between these voltages, that is, the amount of change in the end voltage of the detection coil 20 changes in proportion to the steering torque, the steering torque can be detected from the voltage change. Further, the change (increase or decrease) in the end voltage of the detection coil 20 corresponds to the steering direction of the steering shaft 1.

温度補償コイル21が電磁結合する、第二の筒体8及び第三の筒体9は、同一軸(本実施の形態では、入力軸2)上に固定されている。そのため、温度補償コイル21のインピーダンスは、温度等の影響によって第二、第三の筒体8、9が変形した場合のみ変化する。従って、検出コイル20と温度補償コイル21との電圧差をとることにより、温度変化による電圧変化分を相殺でき、操舵トルクにより変化する検出コイル20の出力値(電圧)を温度補償することができる。   The second cylinder 8 and the third cylinder 9 to which the temperature compensation coil 21 is electromagnetically coupled are fixed on the same axis (in this embodiment, the input shaft 2). Therefore, the impedance of the temperature compensation coil 21 changes only when the second and third cylinders 8 and 9 are deformed due to the influence of temperature or the like. Therefore, by taking the voltage difference between the detection coil 20 and the temperature compensation coil 21, it is possible to cancel out the voltage change due to the temperature change and to compensate the temperature of the output value (voltage) of the detection coil 20 that changes due to the steering torque. .

また、操舵軸1(入力軸2及び出力軸3)が回転されると、第四の筒体10に対して、第三の筒体9が相対的に回転される。これにより、第二の円板12の重合部分18の面積が変化(増加又は減少)する。重合部分18の面積が変化すると、検出コイル22のインピーダンスが変化する。このとき、温度補償コイル21のインピーダンスは、変化しない。   When the steering shaft 1 (the input shaft 2 and the output shaft 3) is rotated, the third cylinder 9 is rotated relative to the fourth cylinder 10. Thereby, the area of the overlapping portion 18 of the second disk 12 changes (increases or decreases). When the area of the overlapping portion 18 changes, the impedance of the detection coil 22 changes. At this time, the impedance of the temperature compensation coil 21 does not change.

これらインピーダンスを、図6に示す検出回路により、検出コイル22及び温度補償コイル21の電圧として検出する。これら電圧の差が、操舵角度に対応した電圧であり、この電圧の変化(増加又は減少)は、操舵軸1の操舵方向に対応する。温度補償コイル21との差をとることにより、操舵トルクのときと同様に、操舵角度により変化する検出コイル22の出力値(電圧)を温度補償することができる。   These impedances are detected as voltages of the detection coil 22 and the temperature compensation coil 21 by the detection circuit shown in FIG. The difference between these voltages is a voltage corresponding to the steering angle, and a change (increase or decrease) in this voltage corresponds to the steering direction of the steering shaft 1. By taking the difference from the temperature compensation coil 21, the output value (voltage) of the detection coil 22 that varies depending on the steering angle can be temperature compensated as in the case of the steering torque.

ここで、第二の円板12の貫通孔17は、半円状に形成されているので、±90度程度の範囲の操舵角度の検出に対応することができる。ここで、主の筒体(本実施例では、第三の筒体9)を、減速機構等を介して操舵軸1に取り付けても良い。このようにすると、主の筒体(第三の筒体9)は、操舵軸1の回転に対して、所定比で減速回転される。これにより、貫通孔17は、±90度以上の範囲の操舵角度の検出に対応することができるようになる。ただし、この場合、第三の筒体9は、操舵軸1(入力軸2又は出力軸3)に対して相対回転するため、温度補償のために、出力軸2の外周面に固定された筒体を別途配置する必要がある。この筒体は、第二の筒体8、温度補償コイル21と電磁結合するものとする。   Here, since the through hole 17 of the second disk 12 is formed in a semicircular shape, it can cope with detection of a steering angle in a range of about ± 90 degrees. Here, the main cylinder (in this embodiment, the third cylinder 9) may be attached to the steering shaft 1 via a speed reduction mechanism or the like. In this way, the main cylinder (third cylinder 9) is rotated at a reduced speed with respect to the rotation of the steering shaft 1 at a predetermined ratio. Thereby, the through-hole 17 can respond | correspond to the detection of the steering angle of the range more than +/- 90 degree | times. However, in this case, since the third cylinder 9 rotates relative to the steering shaft 1 (the input shaft 2 or the output shaft 3), the cylinder fixed to the outer peripheral surface of the output shaft 2 for temperature compensation. It is necessary to arrange the body separately. This cylinder is electromagnetically coupled to the second cylinder 8 and the temperature compensation coil 21.

次に、本実施の形態のトルクセンサを装着した操舵装置(パワーステアリング装置)について説明する。   Next, a steering device (power steering device) equipped with the torque sensor of the present embodiment will be described.

図7は、図1のトルクセンサが装着された操舵装置の概略図である。   FIG. 7 is a schematic diagram of a steering apparatus to which the torque sensor of FIG. 1 is attached.

図7に示すように、この操舵装置は、入力軸2に取り付けられた操舵輪(ステアリング)28と、出力軸3に取り付けられたピニオンギア29とを備えている。このピニオンギア29は、自動車の横方向の延びるタイロッド30に設けられたラックギア部31と噛合している。タイロッド30は、ドラッグリンク32及びナックルアーム33等を介して、車輪34に接続されている。   As shown in FIG. 7, the steering apparatus includes a steering wheel (steering) 28 attached to the input shaft 2 and a pinion gear 29 attached to the output shaft 3. The pinion gear 29 meshes with a rack gear portion 31 provided on a tie rod 30 extending in the lateral direction of the automobile. The tie rod 30 is connected to the wheels 34 via a drag link 32, a knuckle arm 33, and the like.

操舵輪28が操作されて、操舵軸1が回転されると、この回転がピニオンギア29及びタイロッド30のラックギア部31によって車両の横方向に沿った直線運動に変換される。これにより、車輪の転舵が達成される。このとき、操舵軸1に負荷された操舵トルク(トルクセンサからの検出信号)を制御部35が検出する。制御部35は、検出信号(操舵トルク)に基づき、電動機(電動モータ)36を駆動する。電動機36は、減速機37を介して操舵軸1を回転させる。これにより、操舵輪28を操舵する力が補助される。   When the steering wheel 28 is operated and the steering shaft 1 is rotated, this rotation is converted into a linear motion along the lateral direction of the vehicle by the pinion gear 29 and the rack gear portion 31 of the tie rod 30. This achieves wheel steering. At this time, the control unit 35 detects the steering torque (detection signal from the torque sensor) loaded on the steering shaft 1. The control unit 35 drives the electric motor (electric motor) 36 based on the detection signal (steering torque). The electric motor 36 rotates the steering shaft 1 via the speed reducer 37. Thereby, the force which steers the steering wheel 28 is assisted.

自動車の走行中に運転者が操舵輪28を手放した場合、車輪34が自動車の走行方向に向くように戻す必要がある。このとき、操舵軸1の操舵角度(操舵角センサからの検出信号)を制御部35が検出する。制御部35は、検出信号(操舵角度)に基づき、電動機(電動モータ)36を駆動する。電動機36は、減速機37を介して操舵軸1を回転させる。これにより、車輪34が自動車の走行方向を向くように制御される。   If the driver releases the steering wheel 28 while the vehicle is traveling, it is necessary to return the wheel 34 to face the traveling direction of the vehicle. At this time, the control unit 35 detects the steering angle of the steering shaft 1 (detection signal from the steering angle sensor). The control unit 35 drives the electric motor (electric motor) 36 based on the detection signal (steering angle). The electric motor 36 rotates the steering shaft 1 via the speed reducer 37. Thereby, the wheel 34 is controlled to face the traveling direction of the automobile.

次に、本実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of the present embodiment will be described.

各円筒7、8、9、10の対向面には、非磁性体の材料からなる第一、第二の円板11、12が装着されている。この第一、第二の円板11、12の側面には、周方向に所定間隔を隔てて形成された貫通孔13、又は周方向に沿って形成された円弧状の貫通孔17が設けられている。この貫通孔13、17は、背景技術の欄で説明した筒体の歯面と同様の役割を果たす。本実施の形態においては、貫通孔13、17の重合部分14、18の変化に応じて、操舵トルク及び操舵角度が検出される。   First and second discs 11 and 12 made of a non-magnetic material are mounted on the opposing surfaces of the cylinders 7, 8, 9 and 10. The side surfaces of the first and second disks 11 and 12 are provided with through-holes 13 formed at predetermined intervals in the circumferential direction or arc-shaped through-holes 17 formed along the circumferential direction. ing. The through holes 13 and 17 play the same role as the tooth surface of the cylinder described in the background art section. In the present embodiment, the steering torque and the steering angle are detected according to changes in the overlapping portions 14 and 18 of the through holes 13 and 17.

本実施の形態においては、第一、第二の円板11、12に貫通孔13、17を、打ち抜き加工により形成して、第一、第二の円板11、12を円筒状の各筒体7、8、9、10の対向面に装着している。このような構成とすると、切削加工により筒体7、8、9、10に歯面を形成するのに比べ、大幅に加工時間を削減することができる。また、第一、第二の円板11、12は、非磁性体の材料からなるので、磁気特性を考慮する必要はなく、センサ特性の調整が容易となる。   In the present embodiment, through holes 13 and 17 are formed in the first and second discs 11 and 12 by punching, and the first and second discs 11 and 12 are formed into cylindrical tubes. It is mounted on the opposing surfaces of the bodies 7, 8, 9, and 10. With such a configuration, the machining time can be greatly reduced as compared with the case where the tooth surfaces are formed on the cylinders 7, 8, 9, and 10 by cutting. Further, since the first and second disks 11 and 12 are made of a non-magnetic material, it is not necessary to consider the magnetic characteristics, and the sensor characteristics can be easily adjusted.

このような構成にすることにより、各筒体7、8、9、10(各円板11、12)を容易に製造することができ、製造コストを削減して、トルクセンサを安価で製造することができる。   By adopting such a configuration, it is possible to easily manufacture the cylinders 7, 8, 9, and 10 (discs 11 and 12), reduce the manufacturing cost, and manufacture the torque sensor at a low cost. be able to.

ところで、金属材料は、熱変形により膨張又は収縮するものである。熱変形により、各円筒7、8、9、10間の距離及びコイル20、21、22(ヨーク19)と円筒7、8、9、10との間の距離が変化し、磁束量が変化するため、温度による誤差が生じてしまう虞がある。そのため、本実施の形態では、温度補償コイル21と、温度補償コイル21が電磁結合する、同一軸上(本実施の形態においては、入力軸2)に固定された第二、第三の筒体8、9とを備え、温度補償を行っている。   By the way, the metal material expands or contracts due to thermal deformation. Due to thermal deformation, the distance between the cylinders 7, 8, 9, 10 and the distance between the coils 20, 21, 22 (yoke 19) and the cylinders 7, 8, 9, 10 change, and the amount of magnetic flux changes. Therefore, an error due to temperature may occur. For this reason, in the present embodiment, the temperature compensation coil 21 and the temperature compensation coil 21 are electromagnetically coupled, and the second and third cylinders fixed on the same axis (in this embodiment, the input shaft 2). 8 and 9 for temperature compensation.

ここで、第三の筒体9は、出力軸3の外周面に固定されていても良い。この場合、第三の筒体9を、第二の筒体8と反対側から、第一の筒体7に対向させて設け、温度補償コイル21を、第一、第三の筒体7、9の外周面(第一、第三の筒体7、9の対向面)を覆うように設ければ良い。要するに、温度補償を行うには、同軸(入力軸2又は出力軸3)上に設けられた一対の筒体と、一対の筒体と電磁結合する温度補償用のコイルとを備えていれば良い。   Here, the third cylinder 9 may be fixed to the outer peripheral surface of the output shaft 3. In this case, the third cylindrical body 9 is provided to face the first cylindrical body 7 from the side opposite to the second cylindrical body 8, and the temperature compensation coil 21 is provided to the first and third cylindrical bodies 7, What is necessary is just to provide so that the outer peripheral surface of 9 (opposing surface of the 1st, 3rd cylinders 7 and 9) may be covered. In short, in order to perform temperature compensation, it is only necessary to have a pair of cylinders provided on the same axis (input shaft 2 or output shaft 3) and a coil for temperature compensation electromagnetically coupled to the pair of cylinders. .

本実施の形態においては、温度補償コイル21を、操舵トルク及び操舵角度の検出に共通使用している。このようにすることで、本実施の形態のトルクセンサは、温度変化に影響されることなく、操舵トルク及び操舵角度を高精度で検出することができる。   In the present embodiment, the temperature compensation coil 21 is commonly used for detection of steering torque and steering angle. By doing in this way, the torque sensor of this Embodiment can detect a steering torque and a steering angle with high precision, without being influenced by a temperature change.

また、本実施の形態のトルクセンサは、操舵角度を検出するための第三、第四の筒体9、10と、第三、第四の筒体9、10と電磁結合する検出コイル22とを備えている。本実施の形態によれば、トルクセンサと操舵角センサとを一体にすることができると共に、トルクセンサ及び操舵角センサの処理回路部を共通にすることができる。このような構成にすることにより、トルクセンサと操舵角センサとを別々に製造した場合に比べて安価にトルクセンサ(操舵角センサ)を製造することができると共に、トルクセンサ(操舵角センサ)の小型化を図ることができる。   The torque sensor according to the present embodiment includes third and fourth cylinders 9 and 10 for detecting a steering angle, and a detection coil 22 that is electromagnetically coupled to the third and fourth cylinders 9 and 10. It has. According to this embodiment, the torque sensor and the steering angle sensor can be integrated, and the processing circuit unit of the torque sensor and the steering angle sensor can be made common. With this configuration, the torque sensor (steering angle sensor) can be manufactured at a lower cost than when the torque sensor and the steering angle sensor are manufactured separately, and the torque sensor (steering angle sensor) Miniaturization can be achieved.

なお、本実施の形態のトルクセンサは、自動車の操舵装置以外にも適用することが可能である。   It should be noted that the torque sensor of the present embodiment can be applied to devices other than automobile steering devices.

例えば、本実施の形態のトルクセンサは、自動車の駆動軸、変速機の入力軸、及び変速機の出力軸に装着することができる。本実施の形態のトルクセンサを、これらの軸に取り付けることで、エンジン出力を限界まで削減することができるため、エネルギーを高効率に利用することができ、燃費を向上することができる。   For example, the torque sensor according to the present embodiment can be mounted on a drive shaft of an automobile, an input shaft of a transmission, and an output shaft of the transmission. By attaching the torque sensor of the present embodiment to these shafts, the engine output can be reduced to the limit, so that energy can be used with high efficiency and fuel efficiency can be improved.

また、自動車の電気ブレーキに装着して、ブレーキパッドの押し付けトルクを検出することで、ブレーキの応答性能の向上と、ブレーキ制御による車体安定性の向上を図ることができる。   Moreover, by mounting on an electric brake of an automobile and detecting the pressing torque of the brake pad, it is possible to improve the response performance of the brake and improve the stability of the vehicle body by brake control.

本発明の一実施の形態に係るトルクセンサの側面断面図である。It is side surface sectional drawing of the torque sensor which concerns on one embodiment of this invention. 第一の円板の正面図である。It is a front view of a 1st disc. 二つの第一の円板を軸方向に重ねた正面図である。It is the front view which piled up two 1st discs in the axial direction. 第二の円板の正面図である。It is a front view of a 2nd disc. 二つの第二の円板を軸方向に重ねた正面図である。It is the front view which piled up two 2nd discs in the axial direction. 図1のトルクセンサの検出回路を示す概略図である。It is the schematic which shows the detection circuit of the torque sensor of FIG. 図1のトルクセンサが装着された操舵装置の概略図である。It is the schematic of the steering device with which the torque sensor of FIG. 1 was mounted | worn.

符号の説明Explanation of symbols

1 操舵軸
2 入力軸
3 出力軸
4 トーションバー
7 第一の筒体
8 第二の筒体
9 第三の筒体(主の筒体)
10 第四の筒体(副の筒体)
11 第一の円板
12 第二の円板
13 貫通孔
17 貫通孔
20 検出コイル(操舵トルク)
21 温度補償コイル
22 検出コイル(操舵角度)
1 Steering shaft 2 Input shaft 3 Output shaft 4 Torsion bar 7 First cylinder 8 Second cylinder 9 Third cylinder (main cylinder)
10 Fourth cylinder (sub cylinder)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 1st disk 12 2nd disk 13 Through-hole 17 Through-hole 20 Detection coil (steering torque)
21 Temperature compensation coil 22 Detection coil (steering angle)

Claims (5)

トーションバーを介して連結された入力軸及び出力軸に装着されるトルクセンサであって、上記出力軸に固定された磁性体からなる第一の筒体と、上記入力軸に上記第一の筒体に対向させて固定された磁性体からなる第二の筒体と、上記入力軸に上記第二の筒体に対向させて固定された磁性体からなる第三の筒体と、各筒体の対向面に夫々装着され周方向に所定間隔を隔てて複数の貫通孔が形成された非磁性体からなる円板と、上記第一、第二の筒体と電磁結合する検出コイルと、上記第二、第三の筒体と電磁結合する温度補償コイルとを備えたことを特徴とするトルクセンサ。 A torque sensor attached to an input shaft and an output shaft connected via a torsion bar, wherein the first tube is made of a magnetic material fixed to the output shaft, and the first tube is connected to the input shaft. A second cylinder made of a magnetic body fixed to face the body, a third cylinder made of a magnetic body fixed to the input shaft so as to face the second cylinder, and each cylinder a disc made of a nonmagnetic material having a plurality of through holes are formed at predetermined intervals on opposed surfaces respectively mounted circumferentially of, the above-described first, second cylindrical body and a detection coil electromagnetically coupled, the A torque sensor comprising a temperature compensation coil that electromagnetically couples to the second and third cylinders . 上記貫通孔は、打ち抜き加工により形成された請求項1記載のトルクセンサ。 The torque sensor according to claim 1 , wherein the through hole is formed by punching. 操舵軸に固定された磁性体からなる主の筒体と、固定側に上記主の筒体に対向させて取り付けられた磁性体からなる副の筒体と、各筒体の対向面に夫々装着され周方向に沿って所定長さの円弧状の貫通孔が形成された非磁性体からなる円板と、上記主、副の筒体と電磁結合する検出コイルとを備えたことを特徴とする操舵角センサ。   A main cylinder made of a magnetic material fixed to the steering shaft, a secondary cylinder made of a magnetic material attached to the fixed side so as to face the main cylinder, and a mounting surface on each cylinder. And a disc made of a non-magnetic material in which a circular arc-shaped through hole having a predetermined length is formed along the circumferential direction, and a detection coil that electromagnetically couples with the main and sub cylinders. Steering angle sensor. 上記貫通孔は、打ち抜き加工により形成された請求項3記載の操舵角センサ。 The steering angle sensor according to claim 3 , wherein the through hole is formed by punching. 上記貫通孔が、半円状である請求項3又は4いずれか記載の操舵角センサ。 The steering angle sensor according to claim 3 or 4 , wherein the through hole has a semicircular shape.
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