JPH01244322A

JPH01244322A - トルクセンサ

Info

Publication number: JPH01244322A
Application number: JP63072269A
Authority: JP
Inventors: Manabu Taniguchi; 学谷口; Eishin Nagano; 永野　英信; Toshihiko Omichi; 大道　俊彦; Isao Kuramoto; 倉元　勇雄
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1989-09-28
Anticipated expiration: 2010-03-08
Also published as: JPH0721433B2

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、更に詳述すればトルクを
高感度に検出できるトルクセンサを提案するものである
。

〔従来の技術〕

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、操舵機構に設けている電動機を駆動して操舵
機構を駆動する力を補助する構造となっている。

第７図は歯部の対向面積の変化に基づきトルクを検出す
るトルクセンサの構造を示す半裁断面図である。入力軸
１は、図示しない操舵輪を取付けている上部軸１ａと、
操舵機構が取付けられている下部軸１ｃとをトーション
バー１ｂを介して同軸的に連結しており、上部軸１ａは
車体に取付ける筒状のケース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）
には非磁性体の第１スリーブ４ａを外嵌固着し、その外
周に磁性体の第１．第２の円筒５．６を軸方向に適長離
隔して外嵌固着しである。

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
となっている。第２の円筒６は第１の円筒５と対向する
上端縁が円筒５の下端縁と平行して対向しており、下端
縁には矩形状の多数の歯部６ａ、６ａ・・・を等ピッチ
で周方向に形成している。

この歯部６ａの歯幅寸法は、歯部６ａ、６ａ間の切欠部
６ｂの幅寸法に略等しく選定されている。

下部軸１ｃの上端部（図面右側）には非磁性体の第２ス
リーブ４ｂを外嵌固着し、その外周に磁性体の第３の円
筒７を外嵌固着しである。この円筒７の上端縁には、円
筒６に形成した歯部６ａと同一幅、同一形状、同ピンチ
とした多数の歯部７ａ、７ａ・・・を形成している。そ
してこれらの円筒６．７の歯部６ａ、７ａは、トーショ
ンバ−１ｂにトルクが作用していない場合には、歯幅の
適宜長さ部分で対向している。

ケース２の内側には断面コ字状をしており内フランジを
有する磁性体の筒体８＾、８Ｂを内嵌固着しである。こ
の筒体８Ａは前記円筒５．６に跨がる長さ寸法を有し、
その軸長方向中央部を円筒５．６の対向位置とし、また
筒体８Ｂは前記筒体６．７に跨がる長さ寸法を有し、そ
の軸長方向中央部を円筒６，７の対向位置として配設さ
れている。筒体８Ａ　、　８Ｂにはその周方向に沿って
夫々温度補償コイル２１、磁気結合検出コイル２３を巻
回している。これらの温度補償コイル２１、磁気結合検
出コイル２３は図示しない発振器に接続することにより
温度補償コイル２１は円筒５．６と、磁気結合検出コイ
ル２３は円筒６，７と夫々電磁結合する。

そして、磁気結合検出ニイル２３には円筒６の歯部６ａ
と円筒７の歯部７ａとの対向面積、つまり磁気結合状態
に相応する電圧を誘起する。そのため、上部軸１ａを回
転させてトーションバー１ｂが捩じれると、円筒６の歯
部６ａと円筒７の歯部７ａとの対向面積が変化して、磁
気結合検出コイル２３に誘起した電圧からトーションバ
ー１ｂに作用したトルクを検出することになる。

ところで磁気結合検出コイル２３に誘起する電圧の大き
さは、第８図に示すように円筒６と７との相対回転角度
によって変わる。つまり、円筒６の歯部６ａと円筒７の
歯部７ａとが非対向である相対回転角度Ｐにおいて誘起
する電圧はＶＰで最小となる。また歯部６ａと７ａとが
歯幅の２の部分で対向している相対回転角度Ｒにおいて
誘起する電圧はｖ８となり更に、歯部６ａと７８とが完
全に対向している相対回転角度Ｔにおいて誘起する電圧
はｖＴで最大となる。また相対回転角度Ｑ、Ｓにおいて
誘起する夫々の電圧は前記電圧■、の大きさより若干大
きいＶｏと■アの大きさより若干小さい■、となる。こ
のように円筒の相対回転角度に対応して、磁気結合検出
コイル２３に誘起する電圧の大きさが正弦波状に変化し
て、相対回転角度により電圧の変化率が異なる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述したように従来のトルクセンサは、円筒６゜７の相
対回転角度に関連して磁気結合検出コイル２３に誘起す
る電圧によりトルクが検出される。

しかし、磁気結合検出コイル２３に誘起する電圧は、円
筒６の歯部６ａと円筒７の歯部７ａとが対向しない状態
又は完全に対向した状態になる近傍の相対回転角度にお
いては、第８図に示すように磁気結合検出コイル２３の
誘起電圧特性が湾曲していて磁気結合検出コイル２３に
誘起する電圧の変化率が少なく、かつ直線性が悪くなる
。したがって、トルクセンサを構成した場合に、その個
々について円筒６の歯部６ａと円筒７の歯部７ａとの対
向状態が異なると、同じ相対回転角度であっても磁気結
合検出コイル２３に誘起する電圧の変化率がトルクセン
サ個々について異なり検出感度がばらつく。また、相対
回転角度により磁気結合検出コイル２３に誘起する電圧
の変化率が異なってトルクを常に高感度に検出できず、
かつ左右差が大きくなり操舵フィーリングが悪くなると
いう問題がある。

本発明は前述した問題に鑑み、磁気結合検出コイルに誘
起する電圧の変化率が大きくしかも安定して得られ、ト
ルクが高感度に検出でき、かつ左右差がなく操舵フィー
リングの良いトルクセンサを提供することを目的とする
。

〔課題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つの軸の一方の軸に固設した磁性体製の円
筒と、他方の軸に固設した磁性体製の円筒とを設けてお
り、夫々の円筒の対向する軸端縁に多数の切欠部を設け
て歯部を周方向に形成しているトルクセンサであって、
前記歯部の歯幅を切欠部の幅より狭くしており、前記ト
ーションバーにトルクが作用していない場合は、両円筒
の歯部の歯幅の略〃の部分が互いに対向し、前記軸は、
両円筒の歯部が完全に対向、非対向となる状態を含まな
い回転範囲に規制してあることを特徴とする。

〔作用〕

夫々の軸に固設されて対向している円筒の歯部は、トー
ションバーにトルクが作用していない場合、歯幅の略〃
の部分で相互に対向する。円筒を取付けている軸は、両
円筒の歯部が完全に対向、非対向となる状態を含まない
回転範囲で回転する。

これにより、磁気結合検出コイルに誘起する電圧の変化
率を常に大きく、かつ左右差なく出力できる。

〔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
面図である。入力軸１は図示しない操舵輪を取付けてい
る□上部軸１ａと、図示しない操舵機構が取付けられて
いる下部軸１ｃとをトーションバーｌｂを介して同軸的
に連結しており、上部軸１ａは車体に取付ける筒状のケ
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）には非磁性体の第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を軸方向に適長離隔して外嵌固着し
である。

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
となっている。第２の円筒６は第１の円筒５と対向する
上端縁が円筒５の下端縁と平行して対向しており、下端
縁には矩形で同一高さの多数の歯部６ａ、６ａ・・・を
周方向に等ピッチで形成している。この歯部６ａの歯幅
寸法は歯部６ａ、６ａ間の切欠部６ｂの幅寸法より僅か
に狭く選定されている。

下部軸１ｃの上端部（図面右側）には非磁性体の第２ス
リーブ４ｂを外嵌固着し、その外周に磁性体の第３の円
筒７を外嵌固着しである。この円筒７の上端縁には、円
筒６に形成した歯部６ａと同一幅、同一形状であり、同
一ピッチで多数の歯部７ａ、７ａ・・・を形成している
。そして、これらの円筒６．７は、トーションバー１ｂ
にトルクが作用していない状態では、円筒６の歯部６ａ
と円筒７の歯部７ａとが、第２図中）に示す如（歯幅寸
法Ｗの略１／２の長さ一／２部分で対向すべく円筒６，
７の夫々の周方向位置を定めている。

また、上部軸１ａの下端から上端側へ適長離隔した位置
の外周面に、幅の狭い直方体状のストッパ９を、その長
さ方向を上部軸１ａに平行させて突設させている。一方
、下部軸１ｃの上端側内周面には、前記ストッパ９を係
入できる深さを有し周方向に切欠いた弧状のストッパ案
内溝１０を形成している。

このストッパ案内溝１０の周方向長さは、円筒６又は７
の歯部６ａ又は７ａの歯幅寸法の半分の長さだけ上、下
部軸１ａ、ｌｃが相対回転可能に選定されている。

そしてストッパ９はストッパ案内溝１０に係入されてお
り、ストッパ９がストッパ案内溝１０の周方向終端部に
当接すると、上部軸１ａと下部軸１ｃとの相対回転が阻
止されるようになっている。

このように構成したトルクセンサは、トーションバー１
ｂにトルクが作用していない場合には、第２図（ｂ）に
示すように、円筒６の歯部６ａと円筒７の歯部７ａとが
、その歯幅Ｗの半分の長さＷ／２部分で互いに対向して
いる。そして、その状態において磁気結合検出コイル２
３に誘起する電圧は第８図に示す相対回転角度Ｒにおけ
る電圧■８となりトルクを検出しない。

さて、上部軸１ａを第１図に示す実線矢符方向に回転さ
せてストッ六９をストッパ案内溝１０の周方同一側終端
位置まで移動させた場合は、第２図（ａ）に示す如く歯
部６ａが矢符方向に移動して、歯部６ａと７ａとがその
歯幅寸法Ｗの１／２の長さ寸法訂４の部分で対向するこ
とになる。そして、この状態において磁気結合検出コイ
ル２３に誘起する電圧は第８図の相対回転角度Ｑにおけ
る電圧Ｖ、となる。−方、上部軸１ａを第１図に示す破
線矢符方向に回転させてストッパ９をストッパ案内溝１
０の周方向他側終端位置まで移動させた場合は、第２図
（Ｃ）に示す如く歯部６ａが矢符方向に移動して、歯部
６ａと７８とがその歯幅寸法Ｗの３７４の長さ寸法３−
７４部分で対向することになる。そして、この状態にお
いて磁気結合検出コイル２３に誘起する電圧は第８図の
相対回転角度Ｓにおける電圧Ｖ、となる。

したがって、相対回転角度ＱからＳまでの回転角度範囲
においては、相対回転角度に対して磁気結合検出コイル
２３の誘起電圧が略直線的に変化し、電圧の変化率が大
きく略一定となり高感度にトルクを検出できることにな
る。また、トーションバーｌｂにトルクが作用していな
い場合に、円筒６゜７の歯部６ａ、７ａをその歯幅寸法
Ｗの略２の長さ部分で対向させてトルクセンサを構成す
るから、個々のトルクセンサは同一の相対回転角度に対
して、磁気結合検出コイルに誘起する電圧の大きさが同
じになり、トルクの検出感度に差が生じないことになる
。

第３図及び第４図はトルクセンサの他の実施例を示す要
部略示図及びその電気回路図である。図示しない上部軸
に外嵌固着している磁性体の円筒５．６に跨がる寸法と
なっている磁性体の筒体８Ａ内には、温度補償コイル２
１を巻回している。また磁性体の円筒６，７に跨がる寸
法となっている磁性体の筒体８Ｂ内の外周側には第１の
磁気結合検出コイル２３ａを、内周側には第２の磁気結
合検出コイル２３ｂを夫々巻回している。他の構造部分
については第１図に示したトルクセンサと同様である。

一端を接地している発振器１１の他端は第１．第２の差
動増幅器１２．１３の夫々の負入力端子−及び夫々の正
入力端子子と接続され、また第１．第２の差動増幅器１
２．１３の負入力端子−は第１．第２の磁気結合検出コ
イル２３ａ、２３ｂを介して接地されている。また第１
．第２の差動増幅器１２．１３の正入力端子＋は温度補
償コイル２１を介して接地されている。

差動増幅器１２．１３の出力端子１２ａ、　１３ａは、
第３の差動増幅器１４の正、負入力端子＋、−と各接続
されている。差動増幅器１４の出力端子は比較器１５の
一入力端子及び比較器１６の他入力端子と接続されてい
る。比較器１５の他入力端子には正常動作範囲を定める
基準電圧−■１を入力しており、比較器１６の一入力端
子には正常動作範囲を定める基準電圧■２を入力してい
る。比較器１５．１６の各出力端子はオア回路１７の−
、他入力端子と各接続されている。

次にこのトルクセンサの動作を説明する０発振器１１０
発振動作により温度補償コイル２１及び第１゜第２の磁
気結合検出コイル２３ａ　、　２３ｂに発生した磁束は
円筒５，６及び６．７に鎖交する。

ここで図示しない操舵輪を一側回転方向／又は他側回転
方向へ回転させると、図示しないトーションバーが涙じ
れて円筒６が円筒７に対して相対的に回転し、円筒６の
歯部６ａと円筒７の歯部７ａとの対向面積が増加／又は
減少する。その結果、円筒６と７との磁気結合が大／又
は小となり、第１゜第２の磁気結合検出コイル２３ａ、
２３ｂに誘起する電圧が大きく／又は小さくなる。これ
に対して円筒５と６との磁気結合は不変であるから、温
度補償コイル２１に誘起する電圧は一定となる。また差
動増幅器１３．１２の出力端子１３ａ、１２ａの出力Ｘ
Ｙ、即ちセンサ出力は同一人力トルクに対して大きさが
等しく、第５図に示すように、零点を通り相対回転角度
、つまり入力トルクに相応して右上り又は右下りの直線
Ｌ＋、Ｌｘとなる。なお、温度上昇により円筒５．６及
び円筒６．７の磁気結合が変化した場合は温度補償コイ
ル２１に誘起する電圧により補償される。

前記入力トルクは、操舵輪によって加えた回転トルクに
よって定まるから、結局は差動増幅器１３゜１２の夫々
の出力によりトルクを二重に検出できて、トルクセンサ
の信ｊＩ性を高め得る。

そしてこれらの差動増幅器１３．１２の大きさが等しい
出力は、差動増幅器１４に入力されるから差動増幅器１
４の出力は零となり、その出力が比較器１５゜１６に入
力される。比較器１５．１６には基準電圧−■１゜■２
が入力されているから、比較器１５．１６の出力は−Ｖ
、、Ｖ２となり、オア回路１７の出力たる監視電圧ＭＶ
は第６図に示す基準電圧Ｖ、、Ｖ２との範囲内（斜線域
外）となり、トルクセンサの故障を検知しない。

しかるに、磁気結合検出コイル２３ａ、２３ｂ又は温度
補償コイル２１のいずれかが例えば断線した場合には、
差動増幅器１２．１３の出力に大きな差が生じ、差動増
幅器１４の出力が零であった状態から大きい値に変化し
て、比較器１５又は１６の出力が大きくなり、オア回路
１７の監視電圧ＭＶが第６図に示す斜線域に達して故障
を検知することになり、これによってもトルクセンサの
信鯨性を高め得る。

したがって、このトルクセンサはトルクを二重に検出し
、いずれか一方の磁気結合検出コイル２３ａ。

２３ｂが故障してもトルクを検出し得、またその故障を
検出できて極めて信顛性が高いトルクセンサを提供でき
る。

なお、円筒６，７の切欠部６ｂ、７ｂは矩形に限らず対
称形であれば任意の形状とすることができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、簡単な構造により
磁気結合検出コイルに誘起する電圧を大きい変化率で安
定に得ることができて、トルクを高感度に検出でき、か
つ左右差がなく操舵フィーリングのよいトルクセンサを
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半裁断面図、第２
図は歯部の対向状態を示す説明図、第３図は本発明の他
の実施例を示す要部略示図、第４図はそのトルクセンサ
の電気回路の回路図、第５図は入力トルクとセンサ出力
との関係を示す特性図、第６図は入力トルクと監視電圧
との関係を示す特性図、第７図は歯部の対向面積の変化
に基づきトルクを検出するトルクセンサの半裁断面図、
第８図は相対回転角度と磁気結合検出コイルの誘起電圧
との関係を示す特性図である。１ａ・・・上部軸　１ｂ・・・トーションバー　１０・
・・下部軸５．６．７・・・円筒　６ａ、７ａ・・・歯
部　６ｂ、７ｂ・・・切欠部　８Ａ、８Ｂ・・・筒体　
２１・・・温度補償コイル２３・・・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　夫算　１　区 ↑ 算　３８駕　５［２１ ′ｂ篤７図ＪＡ６１２］講気轄４ト鳶　８　図

Claims

【特許請求の範囲】１、トーションバーを介して連結された２つの軸の一方
の軸に固設した磁性体製の円筒と、他方の軸に固設した
磁性体製の円筒とを設けており、夫々の円筒の対向する
軸端縁に多数の切欠部を設けて歯部を周方向に形成して
いるトルクセンサであって、前記歯部の歯幅を切欠部の幅より狭くしており、前記ト
ーションバーにトルクが作用していない場合は、両円筒
の歯部の歯幅の略１／２の部分が互いに対向し、前記軸
は、両円筒の歯部が完全に対向、非対向となる状態を含
まない回転範囲に規制してあることを特徴とするトルク
センサ。