JP4729193B2

JP4729193B2 - トルクセンサ

Info

Publication number: JP4729193B2
Application number: JP2001115084A
Authority: JP
Inventors: 紀知大木
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: JP2002310818A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸のねじれからトルクを検出するトルクセンサに関し、特に、回転軸に好適なトルクセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両のステアリング系に設けられるトルクセンサは、歪みゲージ式トルクセンサが一般的に用いられている。この歪みゲージ式トルクセンサはステアリングシャフトに貼り付けた歪みゲージの抵抗値の変化によりステアリングシャフトのねじりトルクを計測するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のトルクセンサにあっては、トルクセンサおよび配線がステアリングシャフトと一緒に回転するため、トルクセンサから延びる信号線をステアリングシャフトに巻き付けて配設しなければならず、配線の絡み等を防止することが難しいという問題点があった。
【０００４】
また、従来、コイルを用いることで歪みを発生する構造体を非接触構造とするトルクセンサがあり、これは上記配線の問題を解消できる。しかし、このトルクセンサはコイルを用いることで、信号処理回路が複雑化し、製品のコストアップを招くという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、シャフトに対して非接触で設けられ、かつ安価な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】
第１の発明は、トルクセンサとして、ねじりトルクが加わるシャフトと、互いに対峙するとともにシャフトに対して同軸上に取り付けられシャフトがねじれるのに伴って相対回転位置が変化する第一、第二リングと、第一リングにシャフトの軸方向から対峙して第一リングの端面との間に隙間を持ってシャフトと同軸上に配置され第一リングとは第一リングの回転方向に相対変位自由に支持されるリング状磁気回路構成部と、リング状磁気回路構成部の対向する磁極間の磁束を検出する磁束密度検出手段と、第一、第二リングの相対回転位置が変化するのに伴ってリング状磁気回路構成部の磁場を変化させる磁場変化手段とを備えたことを特徴とするものとした。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、リング状磁気回路構成部をＣ字形のリング状磁石によって構成したことを特徴とするものとした。
【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、磁場変化手段として、第一、第二リングに互いに略平行に対峙する対向端面を形成するとともに、各対向端面に開口する切り欠きを形成し、第一、第二リングの相対回転位置が変化するのに伴って各対向端面の対峙する面積が変化する構成としたことを特徴とするものとした。
【００１０】
第４の発明は、第３の発明において、第一、第二リングの各対向端面の間に隙間を設けたことを特徴とするものとした。
【００１１】
第５の発明は、第１から第４のいずれか一つの発明において、磁場変化手段として、第一、第二リングに互いに略平行に対峙する傾斜面を形成し、第一、第二リングの相対回転位置が変化するのに伴って各傾斜面の間隔が変化する構成としたことを特徴とするものとした。
【００１２】
【発明の作用および効果】
第１の発明によると、リング状磁気回路構成部のＮ極からＳ極に向かう磁束は磁極間の磁束と、磁極間を迂回して第一、第二リング等を通る洩れ磁束がある。シャフトにねじりトルクが加えられてねじれると、第一、第二リングが相対回転し、リング状磁気回路構成部の磁場が変化する。したがって、リング状磁気回路構成部の対向する磁極間の磁束密度を計測することにより、シャフトに加わるねじりトルクを検出することができる。
【００１３】
シャフトが回転するのに伴って第一、第二リングが回転するが、リング状磁気回路構成部および磁束密度検出手段は回転しないように固定することが可能となり、磁束密度検出手段から延びる信号線が絡まる心配がない。
【００１６】
第３の発明によると、リング状磁気回路構成部の第一、第二リング等を通る洩れ磁束の分布は各対向端面が対峙する面積に応じて変化する。各対向端面が対峙する面積が増えるのに伴って洩れ磁束が増え、その分だけ磁極間の磁束が減る。逆に、各対向端面が対峙する面積が減るのに伴って洩れ磁束が減り、その分だけ磁極間の磁束が増える。磁束密度検出手段はこの磁束分布の変化に応じた信号を出力し、この出力に応じてシャフトに加わるねじりトルクを検出することができる。
【００１７】
第４の発明によると、第一、第二リングの各対向端面は隙間を持って対峙しているので、両者の摩耗が回避され、耐久性を確保できる。
【００１８】
第５の発明によると、リング状磁気回路構成部の磁束の分布は各傾斜面の間隔に応じて変化する。各傾斜面の間隔が小さくなるのに伴って洩れ磁束が増え、その分だけ磁極間の磁束が減る。逆に、各傾斜面の間隔が大きくなるのに伴って洩れ磁束が減り、その分だけ磁極間の磁束が増える。ホール素子はこの磁束分布の変化に応じた信号を出力し、この出力に応じてシャフトに加わるねじりトルクを検出することができる。磁束密度検出手段はこの磁束分布の変化に応じた電圧を信号として出力するので、この出力に応じてシャフトに加わるねじりトルクを検出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１において、１は例えば車両のステアリングシャフト（以下シャフトという）を示し、その一端がステアリングホイールに連結され、他端が図示しないステアリングギヤに連結され、操舵力を車輪に伝えるものである。このシャフト１の途中には部分的に縮径したトーションバー部が形成され、このトーションバー部によって加えられる回転トルクに対するねじり歪みが拡大される。シャフト１はトーションバー部を挟んで入力側１ａと出力側１ｂの部位を有する。
【００２１】
シャフト１には円筒状の第一リング２と第二リング３がそれぞれ同軸上に取り付けられる。第一、第二リング２，３はトーションバー部を挟んでシャフト１の入力側１ａと出力側１ｂにそれぞれ固定される。
【００２２】
第一、第二リング２，３は例えば鉄等の磁性材により円筒状に形成され、互いにわずかな隙間６を持って略平行に対峙する対向端面２ａ，３ａを有する。各対向端面２ａ，３ａには複数の切り欠き２ｂ，３ｂが所定の間隔で開口している。第一、第二リング２，３はシャフト１のねじれに伴って相対回転位置が変化することにより、対向端面２ａ，３ａが対峙する面積が変化するようになっている。
【００２３】
第一リング２の端面２ｃにわずかな隙間７を持って対峙するリング状磁気回路構成部として、Ｃ字形のリング状磁石４が設けられる。リング状磁石４はシャフト１および第一リング２と非接触で設けられ、図示しない車体側に固定される。リング状磁石４は第一リング２およびシャフト１と同軸上に配置される。
【００２４】
Ｃ字形のリング状磁石４は互いに対向する端面４ａ，４ｂを有し、この端面４ａ，４ｂがＮ極とＳ極になる。本実施の形態では、リング状磁気回路構成部として、リング状磁石４がＣ字形の永久磁石によって一体的に形成されているが、これに限らずリング状部材を磁性材で形成し、その途中または端部に永久磁石を介装してもよい。
【００２５】
第一、第二リング２，３の相対回転位置が変化するのに伴って各対向端面２ａ，３ａが対峙する面積が変化し、リング状磁石４の磁場が変化する。つまり、この対向端面２ａ，３ａと、各対向端面２ａ，３ａに開口する切り欠き２ｂ，３ｂが磁場変化手段を構成する。
【００２６】
Ｃ字形のリング状磁石４のＮ極とＳ極の間にホール素子５が介装される。このホール素子５は磁束密度検出手段として設けられ、リング状磁石４のＮ極とＳ極間の磁束密度に応じた電圧を信号として図示しない電線を介して出力する。
【００２７】
以上のように構成される本発明の実施の形態につき、次に作用を説明する。
【００２８】
シャフト１にねじりトルクが加えられ、シャフト１のトーションバー部がねじれると、第一、第二リング２，３が相対回転し、第一、第二リング２，３の対向端面２ａ，３ａが対峙する面積が変化し、ホール素子５を通る磁束密度が変化する。
【００２９】
Ｃ字形のリング状磁石４のＮ極からＳ極に向かう磁束はホール素子５を通る磁極間の磁束と、ホール素子５を迂回して第一、第二リング２，３等を通る洩れ磁束がある。この磁束の分布は各対向端面２ａ，３ａが対峙する面積に応じて変化する。すなわち、各対向端面２ａ，３ａが対峙する面積が増えるのに伴って洩れ磁束が増え、その分だけ磁極間の磁束が減る。逆に、各対向端面２ａ，３ａが対峙する面積が減るのに伴って洩れ磁束が減り、その分だけ磁極間の磁束が増える。ホール素子５はこの磁束分布の変化に応じた電圧を信号として出力するので、この出力に応じてシャフト１に加わるねじりトルクを検出することができる。
【００３０】
ステアリングホイールの操作によってシャフト１が回転するのに伴って第一、第二リング２，３が回転するが、車体に固定されたリング状磁石４およびホール素子５は回転しないので、ホール素子５から延びる信号線が絡まる心配がない。
【００３１】
リング状磁石４は第一リング２の端面２ｃにわずかな隙間７を持って対峙しているので、両者の摩耗が回避され、耐久性を確保できる。
【００３２】
第一、第二リング２，３の各対向端面２ａ，３ａはわずかな隙間６を持って対峙しているので、両者の摩耗が回避され、耐久性を確保できる。
【００３３】
次に図２に示す他の実施の形態を説明する。なお、前記実施の形態と同一構成部には同一符号を付す。
【００３４】
磁場変化手段として、第一、第二リング２，３に互いに略平行に対峙する傾斜面２ｄ，３ｄを形成し、第一、第二リング２，３の相対回転位置が変化するのに伴って各傾斜面２ｄ，３ｄの間隔が変化する構成とする。各傾斜面２ｄ，３ｄは螺旋状に延び、周方向について略一定の間隔を持っている。
【００３５】
この場合、リング状磁石４の磁束の分布は各傾斜面２ｄ，３ｄの間隔に応じて変化する。すなわち、各傾斜面２ｄ，３ｄの間隔が小さくなるのに伴って洩れ磁束が増え、その分だけ磁極間の磁束が減る。逆に、各傾斜面２ｄ，３ｄの間隔が大きくなるのに伴って洩れ磁束が減り、その分だけ磁極間の磁束が増える。ホール素子５はこの磁束分布の変化に応じた電圧を信号として出力するので、この出力に応じてシャフト１に加わるねじりトルクを検出することができる。
【００３６】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すトルクセンサの斜視図。
【図２】他の実施の形態を示すトルクセンサの斜視図。
【符号の説明】
１シャフト
２第一リング
２ａ対向端面
２ｂ切り欠き
２ｄ傾斜面
３第二リング
３ａ対向端面
３ｂ切り欠き
３ｄ傾斜面
４リング状磁石（リング状磁気回路構成部）
５ホール素子（磁束密度検出手段）
６隙間
７隙間

Claims

ねじりトルクが加わるシャフトと、互いに対峙するとともに前記シャフトに対して同軸上に取り付けられ前記シャフトがねじれるのに伴って相対回転位置が変化する第一、第二リングと、前記第一リングに前記シャフトの軸方向から対峙して前記第一リングの端面との間に隙間を持って前記シャフトと同軸上に配置され前記第一リングとは前記第一リングの回転方向に相対変位自由に支持されるリング状磁気回路構成部と、前記リング状磁気回路構成部の対向する磁極間の磁束を検出する磁束密度検出手段と、前記第一、第二リングの相対回転位置が変化するのに伴って前記リング状磁気回路構成部の磁場を変化させる磁場変化手段とを備えたことを特徴とするトルクセンサ。
前記リング状磁気回路構成部をＣ字形のリング状磁石によって構成したことを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
前記磁場変化手段として、前記第一、第二リングに互いに略平行に対峙する対向端面を形成するとともに、各対向端面に開口する切り欠きを形成し、前記第一、第二リングの相対回転位置が変化するのに伴って各対向端面の対峙する面積が変化する構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載のトルクセンサ。
前記第一、第二リングの前記各対向端面の間に隙間を設けたことを特徴とする請求項３に記載のトルクセンサ。
前記磁場変化手段として、前記第一、第二リングに互いに略平行に対峙する傾斜面を形成し、前記第一、第二リングの相対回転位置が変化するのに伴って各傾斜面の間隔が変化する構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載のトルクセンサ。