JPH01140036A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトルクセンサに関し、特に自動車の電動パワー
ステアリング装置に適用するのに好適なトルクセンサを
提供するものである。

〔従来技術〕

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
ング装置として電動式のものが開発されつつある。これ
は操舵輪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構造と
なっている。

ところで、このトルク検出手段としては、例えば特開昭
５９−２０８４３１号公報に示されているトルク検出装
置が知られている。第４図はこのトルク検出装置の一部
破断斜視図である。スプライン嵌合のトーションバー１
６を介して連結されている２本の軸比１２を所定間隙ｄ
を“有して噛合する継手構造の被測定軸１０と、この被
測定軸１０の連接部外周を覆うとともに、両軸１１．１
２に固定された磁性体の管状体１５と、この管状体１５
の外側に配置されてこの管状体１５を一定方向へ交番磁
化する励磁用コイル（図示せず）と、管状体１５を流れ
る磁束からトルクに応じた磁歪成分を出力する検出コイ
ル（図示せず）とで構成されている。

このトルク検出装置は、被測定軸１０に作用したトルク
が比較的小さい場合は、軸１１．１２の噛合爪１３、１
４間に存在する遊びにより、捩りモーメントは管状体１
５及びトーションバー１６の図示しない小径部に働くこ
とになり、微小なトル′り変化に対して捩れ量が大きく
変化する。一方トルクが比較的大きい場合は噛合爪１３
と１４とが当接し、捩りモーメントは管状体１５とトー
ションバー１６の小径部及び軸比１２にも働くことにな
る。それ故、捩りモーメントに対する強度は急激に太き
（なってトルクの変化に対する管状体１５の捩れ量の変
化が小さくなる。そして噛合爪１３と１４とが当接する
ときのトルク以下では磁歪成分の検出出力の変化率を大
きくして精度の良い検出を行うようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで操舵によって被測定軸１０にトルクが作用した
場合の被測定軸１０の捩れ量は掻く僅かであるから、前
述したトルク検出装置における噛合爪１３と１４との周
方向対向間隙ｄの変化は僅少であり、トルク変化に応じ
て管状体１５に流れる磁歪成分の変化、つまりトルク検
出信号の変化は少ない。したがって、被測定軸１０に作
用したトルク変化に対する感度が低く操舵力を適正に補
助できないという問題がある。

本発明は斯かる問題点に鑑み、トルクの変化を高感度に
検出できるトルクセンサを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るトルクセンサは、トーションバーを介して
連結された２つの軸の一方に固設され磁気結合状態を不
変にしている磁性体製の第１．第２の円筒と、前記軸の
他方に固設され前記両軸の相対的回転により前記第２の
円筒と磁気結合状態を可変にしている磁性体製の第３の
円筒と、前記第１．第２の円筒と電磁結合している磁気
結合検出コイルと、前記第２．第３の円筒と電磁結合し
ている磁気結合検出コイルとを備えているいることを特
徴とする。

〔作用〕

トーションバーを介して他方の軸体と連結されている一
方の軸体に回転トルクを加えるとトーションバーがトル
クに応じて捩れ、一方の軸体に設けた円筒は他方の軸体
に設けた円筒に対して相対的に回転する。この回転によ
り百円筒の端縁対向間隙が変化して磁気結合状態が変わ
り、それを第２、第３の円筒と電磁結合検出コイルが検
出する。

これにより、トルクが高感度に検出できる。また２つの
磁気結合検出コイルの磁束は干渉しない。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面によって詳述する。

第１図は本発明に係るトルクセンサの構造を示す半裁断
面図、第２図はその内側部材の斜視図である。入力軸１
は図示しない操舵輪が取付けられている上部軸１ａと操
舵機構の図示しないピニオンが取付けられている下部軸
１ｃとがトーションバー１ｂを介して同軸的に連結され
てなるものであり、上部軸１ａは車体に固定されている
筒状のケース２に軸受３を介して回転自在に支持されて
いる。

上部軸１ａの下端部（図面左側）の外径は、下部軸１ｃ
の上端部（図面右側）の孔への挿入のために小径として
あり、上部軸１ａの大径部の下端部には非磁性体からな
る第１スリーブ４ａを外嵌固着し、その外周に磁性体か
らなる第１．第２の円筒５゜６を軸方向に若干離隔して
入力軸１と同心的に外嵌固着しである。

上側の第１の円筒５は上下端縁が入力軸１の軸心に垂直
な平面となっており、円周方向のいずれの位置も等長で
ある。下側の第２の円筒６は上端縁が第１の円筒５と同
様に入力軸１の軸心に垂直な平面となっているが、下端
縁は軸心には非垂直、また軸心に関し、非対称な平面と
なっている。

即ち、円筒６はその径方向に対称な位置のｍ個Ａから他
側（図示せず）までの−半周側Ｒ１が、その−例の軸長
を最長としている部分から他側に向かうに従って、軸長
が順次短くなり、他側において最短寸法となっている。

また他側から−・側ノ＼までの他生周側Ｒ２が、その他
側の軸長を最長としている部分からｍ個Ａに向かうに従
って軸長が順次短（なり、−側Ａにおいて最短寸法とな
っている。

つまり、円筒６の下端縁は各半周側Ｒ１，Ｒ２において
軸線に対して同方向に同じ角度で傾斜しており、２つの
歯部を有するラチェツト歯車状の構造となっている。そ
して、円筒６の下端側には、等幅寸法であり底部を円筒
６の上端縁から等長位置として軸心に平行している切欠
部６ａを周方向に等間隔で多数形成している。

下部軸１ｃの上端部には非磁性体よりなる第２スリーブ
４ｂを外嵌固着し、その外周に磁性体よりなる第３の円
筒７を入力軸１と同心的に外嵌固着しである。この円筒
７は前記円筒６と同形状であり、上下方向を円筒６と反
対にして取付けている。また円筒７の上端縁には、円筒
６に形成した切欠部６ａと同幅寸法の切欠部７ａが、切
欠部６ａと同じ間隔を離隔して周方向に形成されており
、各切欠部７ｄの底部は円筒７の下端縁から等長位置と
なっている。また円筒５，６．７の外周面には渦電流…
を低減すべく、その軸方向に平行な狭幅の４１５ｂ、　
６ｂ。

７ｂを周方向に多数並設している。これらの第２゜第３
の円筒６．７は、第１図及び第２図に示している如く円
筒６の軸長が最長である部分と円筒７の軸長が最短であ
る部分とを対向させて円筒６゜７を噛合させた状態にし
ており、円筒６の下端面と円筒７の上端面とが対向し、
また円筒６．７の軸長が最長である部分の周方向端縁が
互いに対向している。

そして、トーションバー１ｂにトルクが作用していない
状態において、夫々の対向端縁が適長離隔して平行して
おり、円筒６．７の切欠部６ａ、７ａの夫々の幅方向中
心は周方向に若干変位した状態で対向している。そして
円筒６の下端縁と内筒７の上端縁とを対接させた状態で
は、切欠部６ａと７ａとが同一線上となるように円筒６
，７がスリーブ４ａ。

４ｂに嵌着されている。

ケース２の内側には、周設溝を形成しである断面コ字状
の磁性体のセンサ鉄心８Ａ、　８Ｂを内嵌して固着しで
ある。センサ鉄心８八は第１、第２の円筒５．６とに十
分に跨がり得る軸長寸法を存し、その軸長方向中心位置
が円筒５と６との対向位置と略−敗するように配設され
ている。センサ鉄心８Ｂは第１．第２の円筒６．７とに
十分に跨がり得る軸長寸法を有し、その軸長寸法中心位
置が円筒６と７との軸長の軸長方向中心と略一致するよ
うに配設されている。センサ鉄心８Ａの溝には第１の磁
気結合検出コイル２１を、センサ鉄心８Ｂの溝には第２
の磁気結合検出コイル２３を巻回しである。これらの第
１の磁気結合検出コイル２１及び第２の磁気結合検出コ
イル２３は円筒５．６及び６．７を囲繞するように配設
されている。

これによって第１の磁気結合検出コイル２１は円筒５，
６に、また第２の磁気結合検出コイル２３は円筒６，７
に夫々電磁的に結合する。これらのコイル２Ｌ　２３の
巻回数は適宜である。

第３図は本発明のトルクセンサの電気回路を略示したブ
ロフク図である。第１の磁気結合検出コイル２１と第２
の磁気結合検出コイル２３とを直列接続して閉回路を形
成しており、第２の磁気結合検出コイル２３に発振器２
２を接続している。発振器２２の一側２２ａ　と第１の
磁気結合検出コイル２１の一側２１ａとの接続中間点を
第１の整流・平滑回路２４と接続しており、発振器２２
の一例２２ａと第２の磁気結合検出コイル２３の一側２
３ａとの接続中間点を第２の整流・平滑回路２５°と接
続している。：ｊＳｌ及び第２の整流・平滑回路２４及
び２５の各出力は差動増幅器２６に与えている。そして
差動増幅器２６の出力をトルク出力としている。

次に本発明のトルクセンサの動作について説明する。

発振器２２の発振動作により第１の磁気結合検出コイル
２１及び第２の磁気結合検出コイル２３に発生した磁束
は円筒５，６．及び６，７に鎖交し、これらに電圧を誘
起させる。

第１．第２の磁気結合検出コイル２１．２３の巻回数を
等しくし、センサ鉄心８Ａ、　８Ｂの体積を同程度とし
ておいたとしても第１．第２の磁気結合検出コイル２１
．２３の出力が等しくなし得難いが、トーションバー１
ｂにトルクが作用していない状態下で図示しないポテン
ショメータの調整により差動増幅器２６の出力が０にな
るように調整する。

本発明のトルクセンサはこのような状態で使用すること
になる。

第１図及び第２図に示す如く円筒７　（又は６）の上端
縁（又は下端縁）が時計回転方向（又は反時計回転方向
）に上側（又は下側）へ変位する傾斜面としている場合
は、操舵輪を時計方向（実線矢符方向）に回転させると
、トーションバー１ｂの働きによって円筒６が円筒７に
対して時計回転方向へ相対的に回転し、その下端縁と、
円筒７の上端縁との対向間隔が短縮すると共に、切欠部
６ａと７８との対向面積が増加する。その結果、円筒６
と７との磁気結合が大となり、第２の磁気結合検出コイ
ル２３の出力電圧が高くなる。これに対して第１の磁気
結合検出コイル２１との電磁的結合は不変であるから第
１の磁気結合検出コイル２１の出力電圧は一定であるの
で、差動増幅回路２６の出力は前述した相対回転差に相
応した正の値となる。

一方、操舵輪を反時計方向（破線矢符方向）に回転させ
ると円筒６の下端縁と円筒７の上端縁との対向間隔が拡
大するとともに切換部６ａと７ａとの対向面積が減少し
、前述した場合と反対に電磁的結合が小となって差動増
幅回路２６の出力は相対回転量に相応する負の値となる
。

そして前記相対回転量は、入力軸１に操舵輪によって加
えた回転トルクによって定まるから、結局は差動増幅回
路２６の出力でトルクが検出できたことになる。

また第１の磁気結合検出コイル２１で発生した磁束はセ
ンサ鉄心８Ａと第１．第２の円筒５．６とで形成される
閉磁路を流れ、第２の磁気結合検出コイル２３で発生し
た磁束はセンサ鉄心８Ｂと第２．第３の円筒６．７とで
形成される閉磁路を流れるから、夫々の磁束が干渉する
ことがなく、漏洩磁束も生じない。更に外部磁界により
例えばコラムシャフトに磁束が生じても、センサ鉄心８
Ａ、　８Ｂに流れ込むことがない。よって、トルク出力
は外部磁界及び発生した磁束の干渉がなく高精度、高感
度に得られることになる。

このように、円筒６と７との相対的な回転によって、そ
れらの軸方向の端縁の対向間隔及び切欠部６ａと７ａと
の対向位置が変化して、円筒６と７との間の磁気結合状
態が大きく変化する。そのため、相対回転量が僅かであ
っても回転トルクの変化に応じてトルク検出信号が大き
く変化する。

なお、切欠部６ａ、７ａ及び溝６ｂ、　７ｂを形成した
ことにより円筒６．７に流れる磁束により周方向に流れ
る渦電流の流路が遮断されて渦電流損が低減され、発熱
等の損失が減少する。

これとは別に、第１の磁気結合検出コイル２１、第２の
磁気結合検出コイル２３の部分の温度が変化した場合も
夫々のコイル２１．２３が同温度である限り、その出力
変化に及ぼす影響は等しいから両者の出力の差を求める
ことで温度補償が行える。

なお、磁性体からなる円筒６，７の対向端縁の形状は前
述した実施例に限定されるものではなく、その相対回転
によって第２の磁気結合検出コイル２３との電磁的結合
が変化するものであれば、つまり人力軸１の軸心に対し
て中心対称でないものであればよい。

本発明のトルクセンサは自動車の電動パワーステアリン
グ装置に限らず、広く一般に使用できる。

また回転量自体の測定にも適用できることは言うまでも
ない。

〔発明の効果〕

以上詳述した本企明のトルクセンサは、磁性体製の２つ
の円筒の対向端縁が、それらの円筒を取付けている軸の
軸心に対して傾斜した平面としており、両円筒の相対的
回転により対向端縁間の間隙、即ち磁気抵抗が大きく変
化して大きいトルク出力を得ることができる。また第１
及び第２の磁気結合検出コイルにより発生した磁束は、
第１．第２の円筒及び第２．第３の円筒を磁路として流
れるため、人、出力及びそれらを挿通しているケースに
漏洩することがない。

したがって、外部磁界の影響をうけず、高感度、高精度
のトルクセンサを提供できる優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトルクセンサの構造を示す半裁断
面図、第２図はその内部の構造を示す斜視図、第３図は
本発明のトルクセンサの電気回路を略示したブロック図
、第４図は従来のトルクセンサの一部破断斜視図である
。 ｌ・・・入力軸　１ａ・・・上部軸　１ｂ・・・トーシ
ョンバ−１ｃ・・・下部軸　５，６．７・・・円筒　６
ａ、７ａ・・・切欠部５ｂ、６ｂ、７ｂ・・・溝　２１
・・・第１の磁気結合検出コイル２２・・・発振器　２
３・・・第２の磁気結合検出コイル特　許　出願人　　
光洋精工株式会社 代理人　弁理士　　河　野　　登　夫 第　１　図 に２ ′！Ｊ　２　（２） 第　３　図 第　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、トーションバーを介して連結された２つの軸の一方
   に固設され磁気結合状態を不変にしている磁性体製の第
   １、第２の円筒と、前記軸の他方に固設され前記両軸の
   相対的回転により前記第２の円筒と磁気結合状態を可変
   にしている磁性体製の第３の円筒と、前記第１、第２の
   円筒と電磁結合している磁気結合検出コイルと、前記第
   ２、第３の円筒と電磁結合している磁気結合検出コイル
   とを備えているいることを特徴とするトルクセンサ。