JPH0344528A

JPH0344528A - トルク検出器

Info

Publication number: JPH0344528A
Application number: JP17796989A
Authority: JP
Inventors: Naoki Saito; 直樹斉藤; Koichi Sato; 浩一佐藤; Katsuyoshi Kawasaki; 川崎　勝義
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1989-07-12
Filing date: 1989-07-12
Publication date: 1991-02-26

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、回転軸に生じるトルクを検出するトルク検
出器の改良に関し、特に、磁石及び磁束検出素子を用い
た非接触形のトルク検出器において、簡易な構成で、回
転位相による検出値の変動を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６３−１５３４３９号公報や特開昭６３−１７１３３
２号公報等に開示されたものが知られている。

これら従来のトルク検出器を簡単に説明すると、第１及
び第２の軸を相対回動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
する磁束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化するため、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は、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、装置の信頼性は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束検出素子と
の相対位置が変わり、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課題
に着目してなされたものであり、簡易な構成で、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］上記目的を達成するために、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
極に接すると共に前記第１の軸と一体に回転し且つ磁性
体からなる第１の突起と、この第１の突起には非接触の
状態で前記磁石の他方の極に接すると共に前記第１の軸
と一体に回転し且つ磁性体からなる第２の突起と、前記
第２の軸と一体に回転し且つ第３の突起が設けられたリ
ング状の第１の磁路部材と、この第１の磁路部材には非
接触の状態で前記第２の軸と一体に回転し且つ第４の突
起が設けられたリング状の第２の磁路部材と、前記ハウ
ジングに設けられ且つ前記第１及び第２の磁路部材間を
通過する磁束を測定する磁束測定手段と、を備えると共
に、前記第１乃至第４の突起を、軸周りに、第１の突起
、第３の突起、第２の突起、第４の突起の順に配置した
。

〔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。

そして、第１及び第２の軸間に相対回転が生じると、第
１又は第２の軸と一体に回転し且つ軸周りに上記順序に
配置された第１乃至第４の突起の位置も変化し、第１及
び第３の突起間の距離と第２及び第４の突起間の距離と
は連動し且つ上記相対回転の量に比例して短く（若しく
は、長く）なり、第１及び第４の突起間の距離と第２及
び第３の突起間の距離とは連動し且つ上記相対回転の量
に比例して長く（若しくは、短く）なる。

ここで、例えば第１の突起が磁石のＮ極に、第２の突起
が磁石のＳ極に接していると共に、第１及び第２の軸間
の相対回転に応じて、第１及び第３の突起間の距離と第
２及び第４の突起間の距離とが短くなり、第１及び第４
の突起間の距離と第２及び第３の突起間の距離とが長く
なったものとすると、磁石のＮ極から出た磁束の多くは
、第１の突起、第３の突起、第１の磁路部材、第２の磁
路部材、第４の突起及び第２の突起をこの順に通じて磁
石のＳ極に戻る。

また、相対回転の方向が逆であれば、第１及び第３の突
起間の距離と第２及び第４の突起間の距離とが長くなる
と共に、第１及び第４の突起間の距離と第２及び第３の
突起間の距離とが短くなるから、磁石のＮ極から出た磁
束の多くは、第１の突起、第４の突起、第２の磁路部材
、第１の磁路部材、第３の突起及び第２の突起をこの順
に通じて磁石のＳ極に戻る。

従って、第１及び第２の磁路部材間を通しる磁束を磁束
測定手段によって測定すれば、第１及び第２の軸間の相
対回転の方向及び量、即ち、第１及び第２の軸に生じた
回転トルクの方向及び量が検出される。

また、磁石及び両磁路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設けられ
た磁束測定手段との間の相対回転位置が変化しても、磁
束測定手段の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、構成を説明すると、第１図において、ノ＼ウジン
グｌ内には、弾性体としてのトーションバー４を介して
連結された入力軸２（第２の軸）と出力軸３（第１の軸
）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て、また、入力軸２と
トーションバー４との間には、ブツシュ４ａが介在して
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゜トーションバー
４．出力ｉＴｏ　３及びラックピ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。

なお、入力軸２及び出力軸３は、第１図のＡＡ線断面図
である第２図に示すように、入力軸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、入力軸２には、非磁性体からなるリン
グ状の間座６が外嵌すると共に、この間座６には、非磁
性体からなるリング状の間座７によって非接触状態を保
つ第１の磁路部材８及び第２の磁路部材９が外嵌してい
る。

第１の磁路部材８及び第２の磁路部材９は、入力軸２と
同軸のリング状をなすと共に、第１の磁路部材８には、
出力軸３側に延び且つ先端部が入力軸２側に屈曲した第
３の突起としての複数の突起８ａが周方向に等しい間隔
をおいて形成されていて、第２の磁路部材９には、出力
軸３側に延び且つ先端部がハウジング１側に屈曲した第
４の突起としての複数の突起９ａが周方向に等しい間隔
をおいて形成されている。

そして、ハウジングｌの外周部には、磁束測定手段とし
てのセンサ部ＩＩが固定されていて、このセンサ部１１
は、例えばホール素子等の磁束検出素子１１ａと、一端
側が第１の磁路部材の外周面に近接し且つ他端側か磁束
検出素子１１ａの一方の面に密着した磁性体からなる集
磁束部材ｌｌｂと、一端側が第２の磁路部材の外周面に
近接し且つ他端側が磁束検出素子１１ａの他方の面に近
接した磁性体からなる集磁束部材１１ｃと、を少なくと
も有している。

一方、出力軸３には、磁性体からなる磁路円筒１２が外
嵌すると共に、この磁路円筒１２には、非磁性体からな
るリング状の間座１３と、径方向に極を有するリング状
の磁石１４とが並列に外嵌し、さらに、間座１３及び磁
石１４には、磁路円筒１２とは非接触状態で、磁性体か
らなる磁路円筒１５が外嵌している。

そして、外側に位置する磁路円筒１５の第１図左端部に
は、第１の磁路部材８側に延び且つ先端部が入力軸２側
に屈曲した第１の突起としての複数の突起１５ａが周方
向に等しい間隔をおいて形成されていて、また、内側に
位置するＭ回路円筒１２の第１図左端部には、第１の磁
路部材８側に延び且つ先端部がハウジング１側に屈曲し
た第２の突起としての複数の突起１２ａが周方向に等し
い間隔をおいて形成されている。

ここで、第１の突起１５ａ及び第２の突起１３ａの先端
部と、第３の突起８ａ及び第４の突起９ａの先端部とは
、入力軸２が直交する平面を挾んで対向し、且つ、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にお
いて、各突起の先端部を第１図右方側から見た矢視図で
ある第３同に示すように、円周方向に等間隔に並ぶよう
になっている。

このように、突起８ａ、９ａ、１２ａ及び１５ａは、入
力軸２の周りに、突起１５ａ　（第１の突起）、突起８
ａ（第３の突起）、突起１２ａ（第２の突起）、突起９
ａ（第４の突起）の順に配置されている。

つまり、人力軸２と一体に回動する突起８ａ及び９ａが
交互に並ぶと共に、それら突起８ａと９ａとの間に、出
力軸３と一体に回動する突起１２ａ及び１５ａが交互に
対向するように配置されている。

そして、センサ部１１は、磁束検出素子１１ａが検出し
た集磁束部材１１ｂ及びｌｌｃ間を通じる磁束（即ち、
第１の磁路部材８及び第２の磁路部材９間を通じる磁束
）の量に応じた検出信号を図示しないコントローラに供
給し、コントローラは、供給される検出信号に基づいて
、例えばラックピニオン式ステアリング装置のビニオン
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。

次に、上記実施例の動作を説明する。

第４図（ａ）乃至（Ｃ）は、第１の磁路部材８．第２の
磁路部材９．磁路円筒１２．１５及び磁石１４の展開図
である。

即ち、第１の磁路部材８及び第２の磁路部材９は入力軸
２と一体に回動すると共に、磁路円筒１２．１５及び磁
石１４は、出力軸３と一体に回動するため、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、突起
８ａ及び９ａは共に突起１２ａ及び１５ａから等しい距
離に位置しているが、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（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８ａは突起
１５ａから離れて突起１２ａに近づき、突起９ａは突起
１２ａから離れて突起１５ａに近づく。

また、入力軸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）が生しると、第４図
（Ｃ）に示すように、突起８ａは突起１２ａから離れて
突起１５ａに近づき、突起９ａは突起１５ａから離れて
突起１２ａに近づく。

そして、第４図（ａ）の状態であれば、磁石１４のＮ極
側に接する突起１５ａから出た磁束は、突起８ａ及び９
ａに等しく分配された後、それら突起８ａ及び９ａから
磁石１４のＳ極側に接する突起１２ａに戻される。つま
り、突起８ａ及び＋９　ａは磁気的に等しい位置にある
から、第１の磁路部材８及び第２の磁路部材９間を通じ
る磁束は略零である。

これに対して、第４図（ｂ）の状態であれば、突起８ａ
及び１５ａ間の磁気抵抗は大きく且つ突起９ａ及び１５
ａ間の磁気抵抗は小さくなっているから、磁石１４のＮ
極側に接する突起１５ａから出た磁束の内の多くは・突
起９ａ側に供給され、そこから、第２の磁路部材９．第
１の磁路部材８及び突起８ａを経て磁石１４のＳ極に接
する突起１２ａに戻る。

さらに、第４図（Ｃ）の状態であれば、第４図０））の
状態とは逆に、突起８ａ及び１５ａ間の磁気抵抗は小さ
く且つ突起９ａ及び１５ａ間の磁気抵抗は大きくなって
いるから、磁石１４のＮ極側に接する突起１５ａから出
た磁束の内の多くは突起８ａ側に供給され、そこから第
１の磁路部材８．第２の磁路部材９及び突起９ａを経て
磁石１４のＳ極に接する突起１２ａに戻る。

従って、第１の磁路部材８に近接する集磁束部材１１ｂ
及び第２の磁路部材９に近接する集磁束部材１１ｃ間の
磁束を測定する磁束検出素子１１ａの出力（ホール素子
であれば電圧値）は、入力軸２及び出力軸３間の相対回
動の方向及び量、即ち、操舵系の操舵トルクに応じて、
第５図に示すように変化する。但し、本実施例では、第
１の磁路部材８側から第２の磁路部材９側に流れる磁束
を正方向としている。

そこで、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、磁束検
出素子１１ａの出力は略零であるため、その出力が供給
されるコントローラは操舵系に操舵トルクが生していな
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
転力が伝わると、その回転力は、トーションバー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ックピニオ
ン弐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及び出力軸３間には、トーションバー
４が捩じれることによって出力軸３が遅れる相対同動が
生じる。

すると、その相対回動の方向及び大きさに従って、磁束
検出素子１１ａの出力は第５図に示すように変化するか
ら、その出力に応じて、コントローラが例えばビニ・オ
ン軸に連結された電動モータを作動させれば、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れる。

さらに、上記実施例にあっては、磁石１４がリング状で
あると共に、第１の磁路部材８及び第２の磁路部材９も
リング状であるため、それら第１及び第２の磁路部材８
及び９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Ｉに対して回
転しても、磁束検出素子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。

また、上記実施例の構成であれば、磁石１４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
殆どがリング状であるから、組みつけ時の位置決め等も
容易となり、製造コスト等を低減できるという利点もあ
る。

しかも、磁束検出素子１１ａを挟み込んだ集磁束部材１
１ｂ及びｌｌｃは磁性体から形成されているため、比較
的面積の広いリング状の磁石１４によって生成され且つ
第１の磁路部材８及び第２の磁路部材９中で周方向に広
がっている磁束を、円周方向の一個所に配設され且つ通
路面積が比較的小さな集磁束部材１１ｂ及びＩｌｃに集
中することができるので、磁束検出素子１１ａの感度が
良好になり、大きな（強い）磁石を用いなくても測定精
度を向上することができる。従って、装置の小型化に有
効である。

仮に、集磁束部材１１ｂ及びｌｌｃがないものとすると
、第１の磁路部材８及び第２の磁路部材９間を通じる磁
束は周方向に広がってしまうため、磁束検出素子１１ａ
を通過する磁束の割合が少なくなり、磁束検出素子１１
ａの感度が著しく低下してしまう。

第６図は、本発明の第２実施例を示す図であり、上記第
１実施例と同等の部材及び部位には、同じ符号を付し、
重複する説明は省略する。

即ち、本実施例では、第１の磁路部材８及び第２の磁路
部材９の外周面に、径方向外側に突出し且つ周方向全域
に連続した突状部８ｂ及び９ｂを形成すると共に、七′
ンサ部１１に設けられた磁束検出素子１１ａを、その突
状部８ｂ及び９ｂ間に位置させたものである。

このような構成であれば、上記第１実施例と同等の作用
効果が得られると共に、センナ部１１の構造を簡略化す
ることができる。

第７図乃至第９図は、本発明の第３実施例を示した図で
あり、上記第１実施例と同等の部材及び部位には、同し
符号を付し、重複する説明は省略する。

即ち、本実施例では、突起８ａ、９ａ、１２ａ及び１５
ａの先端部を軸に沿った形状とすると共に、突起８ａ及
び９ａと、突起１２ａ及び１５ａとで二重円筒構造をな
すようにしたことを除いては、上記第１実施例と同様の
構成である。

従って、各突起８ａ、９ａ、１２ａ及び１５ａの先端部
を第６図右方側から見ると、第８図のようになり、第１
の磁路部材８．第２のは踏部Ｉオ磁路円筒１２．１５及
び磁石１４を展開すると、第９図のようになる。

この場合にも、突起８ａ、９ａ、１２ａ及び１５ａは、
上記第１実施例と同様に、入力軸２の周りに、突起１５
ａ（第１の突起）、突起８ａ（第３の突起）、突起１２
ａ（第２の突起）、突起９ａ（第４の突起）の順に配置
されている。

そして、操舵トルクに応じて入力軸２及び出力軸３間に
相対回動が発生ずれば、突起８ａ、９ａと、突起１２ａ
、１５ａとの間の相対位置も変化するため、上記第１実
施例と同様の作用効果が得られる。

第１０図は、本発明の第４実施例を示す図であり、上記
第１実施例と同等の部材及び部位には、同じ符号を付し
、重複する説明は省略する。

本実施例は、軸方向に極を有するリング状の磁石１４を
使用すると共に、人力軸２に磁石１４を外嵌し、出力軸
３に第１の磁路部材８及び第２の磁路部材９を外嵌した
ものである。従って、本実施例では、入力軸２が第ｉの
軸に対応し、出力軸３が第２の軸に対応する。

即ち、磁石１４は、非磁性体からなるリング状の間座１
６を介して・人力軸２に外嵌し、両磁路円筒１２．１５
も、間座１６に外嵌した状態で磁石１４の極に接してい
る。

また、磁路円筒１５は、磁石１４の外側を覆っている。

一方、第２の磁路部材９は出力軸３に直接外嵌すると共
に、第２の磁路部材９には非磁性体からなるリング状の
間座１７が外嵌し、さらに、間座１７に第１の磁路部材
８が外嵌している。

なお、突起８ａ、９ａ、１２ａ及び１５ａの先端部の関
係は、上記第１実施例と同様である。

このような構成であっても、上記第１実施例と同等の作
用効果が得られる。

第１１図は、本発明の第５実施例を示す図であり、上記
第４実施例と同等の部材及び部位には、同じ符号を付し
、重複する説明は省略する。

本実施例では、上記第２実施例と同様に、第１の磁路部
材８に突状部８ｂを形成し、第２の磁路部材９に突状部
９ｂを形成し、それら突状部８ｂ及び９ｂ間に位置する
磁束検出素子１１ａを有したセンサ部１１を利用してい
る。

さらに、軸方向に極を有する磁石１４を使用すると共に
、その磁石１４の第１１図右方側の極と人力軸２とを磁
性体からなるリング部材１８を介して接続し、磁石１４
よりも第１１図左方側の入力軸２に磁路円筒１５を外嵌
したものである。

また、出力軸３と第２の磁路部材９との間には、非磁性
体からなるリング状の間座１９が介挿されている。

従って、磁石１４の第１１図右方側の極は、リング部材
１８．入力軸２及び磁路円筒１５を介して、突起１５ａ
と接続状態となる。

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。

〔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路部材を使用したため、第１及
び第２の磁路部材間の周方向の何れの位置の磁束を測定
しても同じ条件で測定されるから、回転位相による検出
機の変動を防止することができるという効果があるし、
構成も簡易であるので、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乃至第４
の突起の配置関係を説明する図、第４図（ａ）乃至（Ｃ
）は第１図の要部の展開図であり、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すグ
ラフ、第６図は本発明の第２実施例の要部を示す断面図
、第７図は本発明の第３実施例の要部を示ず１υｉ面図
、第８図は第３実施例における第１乃至第４の突起の配
置関係を説明する図、第９図は第３実施例の要部の展開
図、第１Ｏ図は本発明の第４実施例の要部を示す断面図
、第１１図は本発明の第５実施例の要部を示す断面図で
ある。ｌ・・・ハウジング、２・・・入力軸、３・・・出力軸
、４・・・トーションバー（弾性体）、８・・・第１の
磁路部材、８ａ・・・突起（第３の突起）、９・・・第
２の磁路部材、９ａ・・・突起（第４の突起）、１１・
・・センサ部（磁束測定手段）、１２・・・磁路円筒、
１２ａ・・・突起（第２の突起）、１４・・・磁石、１
５・・・磁路円筒、１５ａ・・・突起（第１の突起）。

Claims

【特許請求の範囲】

（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
一方の極に接すると共に前記第１の軸と一体に回転し且
つ磁性体からなる第１の突起と、この第１の突起には非
接触の状態で前記磁石の他方の極に接すると共に前記第
１の軸と一体に回転し且つ磁性体からなる第２の突起と
、前記第２の軸と一体に回転し且つ第３の突起が設けら
れたリング状の第１の磁路部材と、この第１の磁路部材
には非接触の状態で前記第２の軸と一体に回転し且つ第
４の突起が設けられたリング状の第２の磁路部材と、前
記ハウジングに設けられ且つ前記第１及び第２の磁路部
材間を通過する磁束を測定する磁束測定手段と、を備え
ると共に、前記第１乃至第４の突起を、軸周りに、第１
の突起、第３の突起、第２の突起、第４の突起の順に配
置したことを特徴とするトルク検出器。