JPH0326932A - トルク検出器 - 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〕 この発明は、回転軸に生ずるトルクを検出するトルク検
出器の改良に関し、特に、磁石及び磁気感知素子を用い
た非接触形のトルク検出器において、簡易な構或で、回
転位相による検出値の変動が防止できるようにしたもの
である。

〔従来の技術〕

従来の非接触形のトルク検出器としては、例えば、特開
昭６３−１７１３３２号公報に開示されたものがある． この従来のトルク検出器を簡単に説明すると、第１及び
第２の軸を相対回勤可能に連結すると共に、第２の軸に
互いに逆磁性となる所定対の磁石を固定し、第１の軸に
、前記対となった磁石の中央部に対向する磁路部材を固
定し、さらに、この磁路部材を流れる磁束の量を検出す
る磁気検出素子をハウジング等に設けたものである．そ
して、第１及び第２の軸間に相対回動が生じて磁路部材
と磁石との相対位置が変化すると、その変化量に比例し
て磁路部材を流れる磁束の量が変動し、その変化の方向
に応じて磁束の方向が変動するため、第１及び第２の軸
を伝わる回転トルクを検出することができた． 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記従来のトルク検出器にあって多よ、
多数の小さな磁石を必要とする構造であるため、組みつ
け作業が面倒であると共に、組みつけ誤差が発生し易い
し、個々の磁石の品質のばらつきを皆無にすることは困
難であるから、装直の信頼性あまり高くなかった． そして、所定対の磁石が周方向に散在する構成であるの
で、軸の回転位置の変化に伴って磁石と磁気検出素子と
の相対位直が変わり、これが検出値に影響を与えてしま
うという問題点がある．本発明は、このような従来の技
術が有する未解決の！Ｉ題に着目してなされたものであ
り、簡易な構威で、回転位相による検出値の変動が防止
できるトルク検出器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〕

上記目的を達或するために、本発明のトルク検出器は、
ハウジングに回転自在に支持された第１及び第２の軸と
、これら第１及び第２の軸を連結する弾性体と、前記第
１の軸に外嵌するリング状の磁石と、この磁石の一方の
極に接し且つ前記第１の軸と一体に回転するリング状の
第１の磁極部材と、この第１の磁極部材には非接触で前
記磁石の他方の極に接し且つ前記第１の軸と一体に回転
するリング状の第２の磁極部材と、この第２の磁極部材
に設けられた第１の突起と、前記第１及び第２の磁極部
材間で前記第１の突起に対向し且つ前記第２の軸と一体
に回転する第２の突起と、前記ハウジングに設けられ且
つ前記第１及び第２の磁極部材間を通過する磁束の量を
測定する磁束測定手段と、を備えた． なお、本発明に用いたリング状の磁石は、例えば請求項
（２）記載の発明のように軸方向に極を有してもよいし
、或いは、請求項（３）記載の発明のように径方向に極
を有してもよいが、軸方向に極を有する場合には、非磁
性部材の間座を介して第１の軸に外嵌させる。

〔作用〕

第１及び第２の軸は、ハウジングに対して回転可能であ
ると共に、弾性体を介して連結されているので、第１及
び第２の軸に回転トルクが発生すると、弾性体の捩じれ
を伴って、第１及び第２の軸間に相対回転が生じる． 一方、第１の軸に固定されたリング状の磁石によって生
じる磁束は、磁石の両極に接する第１及び第２の磁極部
材を介して磁気回路を構威するが、一つの磁気回路は、
第２の磁極部材に設けられた第１の突起と、これに対向
し且つ第２の軸と一体に回転する第２の突起とを通じる
ため、第１及び第２の軸間に相対回転が生じると、第１
及び第２の突起間の距離が変動し、それに伴って両突起
間を通過する磁束の量が変化するが、磁石によって作ら
れる磁束の量は−　定であるから、その変化は、第１及
び第２の磁極部材間を通過する磁束に現れる（磁束の量
が変化する）。

従って、その第１及び第２の磁極部材間を通過する磁束
の量を磁束測定手段によって測定すれば、第１及び第２
の軸間の相対回転の量、即ち、トルクを検出することが
できる。

また、磁石及び両磁極部材はリング状をしているので、
周方向の何れの位置の磁束の量を測定しても同じ条件で
測定されるから、第１及び第２の軸とハウジングに固定
された磁束検出手段との間の相対回転位置が変化しても
、検出値は影響を受けない． 〔実施例〕 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する． 第１図乃至第５図は、本発明の第１実施例を示した図で
あり、これーは、車両用のパワーステアリング装置に本
発明に係るトルク検出器を適用したものである． 先ず、構威を説明すると、第１１ｍにおいて、ハウジン
グ１内には、弾性体としてのトーションバー４を介して
連結された第Ｉの軸としての入力軸２と第２の軸として
の出力軸３とが、軸受５ａ，５ｂ及び５Ｃによって回動
自在に支持されている．但し、入力軸２，出力軸３及び
トーションバ−４は、同軸に配置されている。

入力軸２の第１図右端側には、図示しないステアリング
シャフトを介してステアリングホイールが回動方向に一
体に取り付けられている。

一方、出力軸３の第１図左端側には、例えば公知のラッ
クピニオン式ステアリング装置を構成するビニオン軸（
図示せず）が連結されている．従って、操縦者がステア
リングホイールを操舵することによって発生した操舵力
は、入力軸２，トーションバ−４．出力軸３及びラック
ビニオン式ステアリング装置を介して、図示しない転舵
輪に伝達する。

入力軸２には、非磁性部材からなるリング状の間座６が
外嵌すると共に、この間座６には、リング状の磁石７が
外嵌する． そして、磁石７は軸方向（第１図左右方向）に極を有し
ていて、ステアリングホイール側に位置する一方の極に
は磁性部材からなる第１のリング部材８が接触し、他方
の極には磁性部材からなる第２のリング部材９が接触し
ている。

ここで、本実施例では、入力軸２の一部分と第１のリン
グ部材８とで第１の磁極部材が構威され、且つ、第２の
リング部材９が第２の磁極部材を構成する． 第１のリング部材８は、その小径部８ａが人力軸２に外
嵌して回転方向に一体をなすと共に、第２のリング部材
９は、間座６に外嵌して人力軸２と回転方向に一体をな
している。但し、第２のリング部材９は、入力軸２及び
第１のリング部＋１８とは非接触である． また、第２のリング部材９の第１図左方を向く面には、
第１の突起としての複数の突起９ａが周方向に等しい間
隔をおいて形威されている．一方、出力軸３には、磁性
部材からなる筒体１０が外嵌すると共に、この筒体１０
の第１図右方を向く端面には、第２の突起としての複数
の突起１０ａが、人力軸２及び突起９ａ間に位置し且つ
突起９ａと後述する関係をもって対向するように形成さ
れている。

なお、入力軸２及び出力軸３は、第１図のＡ一Ａ線断面
図である第２図に示すように、人力軸２の端部が、出力
軸３の端部に回転方向に適度な余裕をもって挿入されて
いて、これにより、両軸間の所定範囲（±５度程度）以
上の相対回動を防止している。

第１図に戻って、第１のリング部材８及び第２のリング
部材９の外周部には、磁石７の外周面よりも径方向に突
出し且つ周方向全域に連続した突状部８ｂ及び９ｂが形
成されている． そして、ハウジング１の外周部には、磁束測定手段とし
てのセンサ部１１が固定されていて、このセンサ部１１
に取り付けられた例えばホール素子等の磁束検出素子１
１ａが、上記突状部８ｂ及び９ｂ間に位置している． 第３図は第１図の要部拡大図であり、第４図（ａ）〜（
Ｃ）は第３図のＢ−Ｂ線断面図である。

即ち、磁石７は、リング状をなすと共に、軸方向に極を
有するため、これによって作られる磁気回路は、磁石７
の外周面側を通過するものと、磁石７の内周面側を通過
するものとがある。

そして、磁石７の両極には、第１及び第２のリング部材
８及び９が接触しているため、磁石７から出る磁束の多
くは、これらリング部材８及び９を通じて磁気回路を構
或する９ 従って、磁石７の外周面側を通過する磁束の多くは、第
３図中０１で示すように、突状部８ｂ及び９ｂ間を通し
、磁石７の内周面側を通過する磁束の多くは、第３図中
０２で示すように、突起９ａ及び１０ａ間を通じるよう
になる。

そして、一方の磁気回路Ｃ，を構成する磁束の量は、突
状部８ｂ及び９ｂ間の距離（一定）に応じて決まり、他
方の磁気回路Ｃ！を構成する磁束の量は、突起９ａ及び
１０ａ間の距離（可変）に応じてきまるが、磁石７によ
って作られる磁束の量は一定であるため、入力軸２及び
出力軸３間に相対回動が生じて突起９ａ及び１０ａ間の
距離が変動すると、他方の磁気回路Ｃ，を構成する磁束
の量が変化し、その変化を相殺するように、磁気回路Ｃ
．を構成する磁束の量も変化する．ここで、両突起９ａ
及び１０ａは、入力軸２及び出力軸３間に相対回動が生
じていない状態では、第４図（ａ）に示すように、突起
９ａ及びｌｏａ間の距離は中程度であり、人力軸２が出
力軸３に対して反時計方向に進む相対回動（即ち、左方
向の操舵トルク）が生じると、第４図（ｂ）に示すよう
に、突起９ａ及び１０ａ間の距離は大きくなり、また、
人力軸２が出力軸３に対して時計方向に進む相対回動（
即ち、右方向の操舵トルク）が生じると、第４図（Ｃ）
に示すように、突起９ａ及び１０ａ間の距離は小さくな
る． 但し、入力軸２が出力軸３に対して反時計方向に進む相
対回動が最大となる時点と、入力軸２が出力軸３に対し
て時計方向に進む相対回動が最大となる時点との間にお
いて、突起９ａ及びｌｏａ間の距離がリニアに変化する
ように、入力軸２及び出力軸３間の相対回動範囲や、突
起９ａ．ｌＯａの設置数等を選定する。

そして、左方向の操舵ト・ルクが発生して突起９ａ及び
１０ａ間の距離が大きくなると、これら突起９ａ及び１
０ａ間を通じる磁気回路Ｃ，の磁束の量は減少し、右方
向の操舵トルクが発生して突起９ａ及び１０ａ間の距離
が小さくなると、磁気回路Ｃ，の磁束の量は増加するの
で、それに伴い、磁気回路ＣＩの磁束の量は、左方向の
操舵トルクが発生している際には多いが、右方向の操舵
トルクが発生している際には少なくなる。

従って、磁気回路Ｃ１の磁束の量を測定する磁気検出素
子１１ａの出力（ホール素子であれば電圧値）と、操舵
系に発生している操舵トルクとの関係は、第５図に示す
ようになる。

そして、センサ部１１で検出された操舵トルクは、図示
しないコントローラに供給され、そのコントローラは、
例えばラックビニオン式ステアリング装置のピニオン軸
に連結された電動モータを適宜制御して、操舵系に操舵
補助トルクを発生させるように構成されている。

次に、上記実施例の動作を説明する。

今、車両が直進状態にあり、入力軸２及び出力軸３間に
相対回動が生じていないものとすると、突起９ａ及び１
０ａは、第４図（ａ）の状態を維持するため、磁石７に
よって作られる磁束には変化は生じない． 従って、センサ部１１の出力が供給されるコントローラ
は、操舵系に操舵トルクが生じていないものと判断する
から、操舵補助トルクは発生せず、操舵系は直進状態を
維持する． そして、ステアリングホイールを操舵して人力軸２に回
転力が生じると、その回転力は、トーションバ−４を介
して出力軸３に伝達する。

この時、出力軸３には、転舵輪及び路面間の摩擦力や、
出力軸３の図示しない左端側に構成されたラフクピニオ
ン式ステアリング装置の摩擦力等に応じた抵抗力が生じ
るため、入力軸２及び出力輪３間には、トーションバ−
４が捩じれることによって出力軸３が遅れる相対回動が
生じる．すると、左方向の操舵トルクであれば突起９ａ
及びｌＯａ間の距離は大きくなり、右方向の操舵トルク
であれば突起９ａ及び１０ａ間の距離は小さくなって、
磁気回路Ｃ２を構成する磁束の量が増減し、それとは逆
に、磁気回路Ｃ１を構或する磁束の量が減増する． そして、磁気検出素子１１ａの出力と操舵トルクとの間
には第５図に示すような関係があるので、磁気検出素子
１１ａにより突状８ｂ及び９ｂ間を通じる磁束の量を測
定すれば、操舵系に発生している操舵トルクが検出され
る。

よって、センサ部ｌ１の出力に応じて、コントローラが
例えばピニオン軸に連結された電動モータを作動させる
と、操舵系に操舵補助トルクが発生するので、操舵トル
クが減少し、操縦者の負担が軽減さ五る． さらに、上記実施例にあっては、磁石７がリング状であ
ると共に、これに接する第１及び第２のリング部材８及
び９も同様であるため、突状部８ｂ及び９ｂ間の磁束密
度は、周方向全域に渡って均一となるから、入力軸２及
び出力軸３がハウジング１に対して回転しても、磁気検
出素子１１ａの出力に影響を与えることがなく、信頼性
及び精度の高い検出値が得られる。

しかも、上記実施例の構或であれば、磁石７は一つで済
むから、組みつけ作業が簡易となるし、その他の部材の
構造も単純であるので、コストを低減できるという利点
もある。

次に説明する第２乃至第５実施例は、いずれも、上記第
１実施例と同様に、軸方向に極を有する磁石７を使用し
た場合を示している． 第６図は、本発明の第２実施例の構或を示した図であり
、上記第１実施例で用いた第３図と同様の部位を示して
いる。

即ち、この実施例では、筒体１０の外周面を切削して突
起１０ａを形成すると共に、第２のリング部材９に円筒
部９Ｃを形威し、この円筒部９Ｃの内面に突起９ａを形
威したものである。

このような構或であると、上記第１実施例と同様の作用
効果が得られると共に、両突起９ａ及び１０ｂの強度が
増すので、製造時等における破損事故を防止できる。

第７図は、本発明の第３実施例の構戒を示した図であり
、上記第１実施例で用いた第３図と同様の部位を示して
いる。

即ち、この実施例では、突起９ａを第２のリング部材９
の端面に形威すると共に、突起１０ａを筒体１０の大径
部１０ｂの端面に形威して、突起９ａ及び１０ａが軸方
向に対向するようにしたものである。

このようなｔｌｔＥであっても、上記第２実施例と同様
の作用効果を得ることができる。

第８図は、本発明の第４実施例の構成を示す図であり、
上記第１実施例で用いた第３図と同様の部位を示してい
る。

即ち、この実施例では、センサ部１１に、一端側が第１
のリング部材８の外周面に近接し且つ他端側か第２のリ
ング部材９の外周面に近接した磁性部材からなる磁路部
材１ｌｂを埋設すると共に、この磁路部材１ｌｂの両端
部に、磁束検出素子１ｌａを固定したものである。

このような構成であると、第１及び第２のリング部材８
及び９の外周面間を通じる磁束のほとんどが磁路部材１
ｌｂを通過するため、磁束検出素子１１ａを通過する磁
束の量を上記第１乃至第３実施例よりも多量にすること
ができるから、センサ部１１の検出精度を向上すること
ができるし、磁石７の小型化も図れる。

第９図は、本発明の第５実施例の構或を示す図であり、
上記第１実施例で用いた第３図と同様の部位を示してい
る。

即ち、この実施例では、一端部が第１のリング部材８の
外周面に近接する磁路部材１１ｃと、一端部が第２のリ
ング部材９の外周面に近接する磁路部材ｌｉｄとをセン
サ部ｌ１に埋設すると共に、それら磁路部材１１ｃ及び
ｌｉｄの他端部間に磁束検出素子１１ａを挟み込んだも
のである。

このような構成であっても、第１及び第２のリング部材
８及び９の外周面間を通じる磁束のほとんどが磁路部材
１１ｃ，ｌｉｄを通過するため、上記第４実施例と同様
の作用効果を得ることができる。

第１Ｏ図及び第１１図は、本発明の第６実施例を示す図
であり、第１０図は全体構成を示す断面図、第ＩＩ図は
第ＩＯ図の要部拡大図である。なお、上記第１実施例と
同様の部材及び部位には、同じ符号を付してある。

本実施例では、磁石７は、径方向に極を有すると共に、
人力軸２に直接外嵌したことを除いては、上記第１実施
例と同等の構成であり、本実施例でも、入力軸２の一部
分と第１のリング部材８とで第１の磁極部材が構成され
、第２のリング部材９が第２の磁極部材を横或している
。

本実施例の作用効果は、軸方向に極を有する磁石を用い
た上記第１実施例等と同様であるが、間座が不要である
ため、その分、組立作業が簡易になると共に、安価な構
成となる。

また、径方向に極を有する磁石７を用いた場合であって
も、上記第２乃至第５実施例と同様に、突起９ａ及び１
０ａの形状や、センサ部１１の構造を適宜変更すること
は可能である。

なお、上記各実施例では、本発明に係るトルク検出器を
、車両のパワーステアリング装置に適用した場合につい
て説明したが、本発明の適用対象はこれに限定されるも
のではなく、他の装置であってもよい。

また、上記各実施例では、人力軸２を第１の軸とし、出
力軸３を第２の軸としているが、これらの関係は逆にす
ることもできる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のトルク検出器によれば、
リング状の磁石及び磁極部材を使用したため、第１及び
第２の磁極部材間をｉｌ１しる磁束の密度は、周方向全
域に渡って均一となるから、回転位相による検出値の変
動を防止することができるという効果があるし、構戒も
簡易であるので、コストの上昇を招くこともない．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示す縦断面図、第
２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図は第１図の要部
拡大図、第４図（ａ）〜（Ｃ）は第３図のＢ−Ｂ線断面
図であり、同図（ａ）はトルク零の状態、同図（ｂ）は
左方向のトルクが発生した状態、同図（Ｃ）は右方向の
トルクが発生した状態を示す．第５図は磁束検出素子の
出力とトルクとの関係を示したグラフ、第６図は本発明
の第２実施例を示す断面図、第７図は本発明の第３実施
例を示す断面図、第８図は本発明の第４実施例を示す断
面図、第９図は本発明の第５実施例を示す断面図、第１
０図は本発明の第６実施例の構成を示す縦断面図、第１
１図は第１０図の要部拡大図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハウジングに回転自在に支持された第１及び第２
   の軸と、これら第１及び第２の軸を連結する弾性体と、
   前記第１の軸に外嵌するリング状の磁石と、この磁石の
   一方の極に接し且つ前記第１の軸と一体に回転するリン
   グ状の第１の磁極部材と、この第１の磁極部材には非接
   触で前記磁石の他方の極に接し且つ前記第１の軸と一体
   に回転するリング状の第２の磁極部材と、この第２の磁
   極部材に設けられた第１の突起と、前記第１及び第２の
   磁極部材間で前記第１の突起に対向し且つ前記第２の軸
   と一体に回転する第２の突起と、前記ハウジングに設け
   られ且つ前記第１及び第２の磁極部材間を通過する磁束
   の量を測定する磁束測定手段と、を備えたことを特徴と
   するトルク検出器。
2. （２）前記磁石は、軸方向に極を有すると共に、非磁性
   部材からなる間座を介して前記第１の軸に外嵌する請求
   項（１）記載のトルク検出器。
3. （３）前記磁石は径方向に極を有する請求項（１）記載
   のトルク検出器。