JPH0348738A - Torque sensor - Google Patents

Torque sensor

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JPH0348738A
JPH0348738A JP18579689A JP18579689A JPH0348738A JP H0348738 A JPH0348738 A JP H0348738A JP 18579689 A JP18579689 A JP 18579689A JP 18579689 A JP18579689 A JP 18579689A JP H0348738 A JPH0348738 A JP H0348738A
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JP
Japan
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torque
sleeve
magnetic flux
output
sleeves
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Application number
JP18579689A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Imai
信幸 今井
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0348738A publication Critical patent/JPH0348738A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain both high density and strength by providing a generating mechanism for torsion corresponding to torque from an input shaft to an output shaft, a means which produces magnetic flux around a ferromagnetic material fixed to the mechanism, a magnetic flux variation detecting means, an amplifying means for its output and a phase adjusting means. CONSTITUTION:One end 3a of a torsion bar 3 penetrating the torque detection sleeve consisting of two sleeves 1 and 2, the other end 3b is fixed to the sleeve 2, and a lost motion mechanism 4 is provided between the sleeves 1 and 2. Then when torque is applied between the sleeves 2 (input shaft) and 1 (output shaft), an exciting current is induced in the ferromagnetic material fixed to the sleeve 2 to produce the magnetic flux, part of which becomes leak luminous flux through a groove formed in the ferromagnetic material and varies according to the torque between the input and output shaft. Pickup coils 44 and 46 detect the variation. Consequently, a signal is zero when no sensor torque is applied and the input and output shafts are coupled with each other after the sensor sensitivity is increased or the torsion mechanism rotates by a specific angle, thereby improving the strength to an overload.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は回転軸のiルクを測定するトルクセンサに関4
−るもので、特に車両用のパワーステアリング装置等に
使用されるトルクセンサに関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a torque sensor that measures the torque of a rotating shaft.
In particular, the present invention relates to a torque sensor used in a power steering device for a vehicle.

(従来の技術) 従来より車両用のパワーステアリング装置にはドライバ
ーが操舵に必要とする力を補助するための油圧制御弁と
油圧ポンプが配設されていた。このような装置には、は
とんどの場合、操舵感覚を持たせるために操舵力の帰還
手段を使用したメカニズムを有している。油圧式のパワ
ーステアリング装置には、パワーステアリング用の油の
保守が必要となる問題点がある。油圧式パワーステアリ
ング装置を駆動するために必要な油圧は、普通エンジン
によって油圧ポンプを駆動することによって供給される
。油圧式のパワーステアリング装置においては、補助ト
ルクがゼロの状態でも油圧ポンプがエンジンによって駆
動されるので、油圧ポンプの損失は比較的に太き(なる
。このような油圧ポンプの損失は、エンジンが小型化す
る一方でエンジンの効率が追求される今日では、ますま
す重要なものになってきている。
(Prior Art) Conventionally, a power steering device for a vehicle has been provided with a hydraulic control valve and a hydraulic pump to assist the driver with the force required for steering. Such devices usually include a mechanism using steering force feedback means to provide a steering feel. Hydraulic power steering devices have the problem of requiring maintenance of the power steering oil. The oil pressure required to drive a hydraulic power steering system is typically provided by an engine driving a hydraulic pump. In a hydraulic power steering system, the hydraulic pump is driven by the engine even when the auxiliary torque is zero, so the loss of the hydraulic pump is relatively large. This is becoming increasingly important as engines become smaller and more efficient.

本発明は従来の油圧式のパワーステアリング装置を電動
式パワーステアリング装置に置き換えるためになされた
ものである。しかしながら、ステアリングホイールから
の入力トルクを測定しなければならない電動式パワース
テアリング装置では、小さな入力を検出するための高怒
度と、100rし、Nbs台の大きな入力に耐える強度
とが必要とされる。
The present invention was made to replace a conventional hydraulic power steering device with an electric power steering device. However, electric power steering devices that must measure the input torque from the steering wheel require a high intensity to detect small inputs and strength to withstand large inputs on the order of 100r and Nbs. .

従来より様々なトルクセンサが知られている。Various torque sensors have been known in the past.

しかしながら、これらのトルクセンサはいずれも電気式
パワーステアリング装置には適さないものであった。ト
ルクを測定する方法には回転軸の駆動力と回転軸の回転
速度の関数として間接的に測定する方法と、回転軸の実
際の変形を測定したり、あまり実用的な方法ではないが
、静止した基準面に加わる反動トルク(モーメント)を
測定することにより回転軸から間接的に測定する方法が
ある。
However, none of these torque sensors are suitable for electric power steering devices. There are two ways to measure torque: indirect measurement as a function of the driving force of the rotating shaft and the rotational speed of the rotating shaft, or measuring the actual deformation of the rotating shaft or, less practically, by measuring it statically. There is a method of measuring the reaction torque (moment) indirectly from the rotating shaft by measuring the reaction torque (moment) applied to the reference plane.

これまで、比較的大きなトルクで動作する大型の機械や
比較的小さなトルクで動作する小型の機械では、間接的
なトルク測定法は殆ど行われず、直接的なトルク測定法
がおこなわれることが多かった。また、機械以外の他の
分野でも同様に、トルクを測定する際には直接的な方法
が好まれていいた。このために、回転軸の変形を直接測
定する方法と測定手段が必要とされてきた。
Up until now, indirect torque measurement methods have rarely been used for large machines that operate with relatively large torques or small machines that operate with relatively small torques, and direct torque measurement methods have often been used. . Similarly, in other non-mechanical fields, direct methods were preferred when measuring torque. For this reason, there has been a need for a method and means for directly measuring the deformation of the rotating shaft.

以上のように、回転軸のねじれを測定するための従来の
方法は接触式と非接触式の二つの方法に大別される。
As described above, conventional methods for measuring the torsion of a rotating shaft are roughly divided into two types: contact type and non-contact type.

接触式によりトルク測定を行う場合には、たとえば変形
する部材に歪ゲージを取りつげる方法等が一般的である
。歪ゲージは信頼性が高く、便利で、経済的なセンサで
ある。しかしながら、歪みゲージは静止した部材に装着
された状態で最も良く機能する。したがって歪ゲージを
回転軸に装着する場合には、歪ゲージに接続する導線を
スリップリングを介して検出器に接続する必要がある。
When measuring torque using a contact method, it is common to attach a strain gauge to a deformable member, for example. Strain gauges are reliable, convenient, and economical sensors. However, strain gauges work best when attached to a stationary member. Therefore, when a strain gauge is mounted on a rotating shaft, it is necessary to connect a conductive wire connected to the strain gauge to a detector via a slip ring.

スリップリングはそれ自体が電気的な雑音源であるし、
取り付は位置の影響を受は易く、また比較的に高価であ
る。回転軸に歪ゲージを装着したトルクセンサでは、歪
ゲージの出力信号を、電気的な雑音を発生ずるスリップ
リングと、互いに誘導結合し合った二本の導線を使用す
ることにより、離れたところにある電子回路に伝送する
ことになる。
Slip rings are themselves a source of electrical noise,
Installation is location sensitive and relatively expensive. In a torque sensor with a strain gauge attached to the rotating shaft, the output signal of the strain gauge can be transmitted to a remote location by using a slip ring that generates electrical noise and two conductors that are inductively coupled to each other. It will be transmitted to some electronic circuit.

現在までのところ、スリップリング等の回転変換器と歪
ゲージを使用した種々のトルクセンサはかなり高価な価
格でも商品として成立する。しかし、このようなトルク
センサは、構造が複雑な上に値段が高いので、研究や試
作の時以外にはあまり使用されない。
To date, various torque sensors using rotational transducers such as slip rings and strain gauges have been commercialized at fairly high prices. However, such a torque sensor has a complicated structure and is expensive, so it is rarely used except for research or prototyping.

このような接触式のトルクセンサは車両のパワーステア
リング装置には適していない。一般にステアリングホイ
ールは、左右に所定の回転角度しか回転しないように製
作されている。それゆえに、接触式のトルクセンサを使
用する場合には、回転軸に装着された歪ゲージと離れた
所にある電子回路の接続をスリップリングを使用するこ
となく直接導線で接続する方が好ましい。しかしながら
、歪ゲージと電子回路とを直接導線で接続した場合には
、この導線がステアリングシャフトに巻きついたり緩ん
だりするので、導線が経時変化を起こすという問題点が
生じる。即ち、車両の安全性と信頼性を考慮した場合、
接触式のトルクセンサは車両用パワーステアリング装置
のトルクセンサには通していない。
Such a contact-type torque sensor is not suitable for a power steering device of a vehicle. Generally, a steering wheel is manufactured so that it can only rotate left and right by a predetermined rotation angle. Therefore, when using a contact-type torque sensor, it is preferable to directly connect the strain gauge mounted on the rotating shaft to the electronic circuit located at a remote location using a conductive wire without using a slip ring. However, when the strain gauge and the electronic circuit are directly connected by a conductive wire, this conductive wire winds around the steering shaft or loosens, causing a problem that the conductive wire deteriorates over time. In other words, when considering vehicle safety and reliability,
The contact type torque sensor is not passed through the torque sensor of the vehicle power steering device.

非接触式のトルク測定は、普通、磁気特性の測定を伴う
。種々の金属にトルクが加えられると、その金属の磁気
特性が変化することは良く知られている。特に、強磁性
部材の透磁率は、張力によって増加傾向を示し、逆に圧
縮力によって減少傾向を示す。この効果を利用したトル
クセンサとしては、例えば米国特許第4,441,85
5号明細書に提案されたものがある。米国特許第4,4
41.855号明細書には、非磁性体の回転軸の表面に
形成された磁性層の透磁率変化を、回転軸に隣接して配
置された少なくとも一つのビックアンプコイルによって
検出するトルクセンサが開示されている。ピックアップ
コイルのインダクタンスは、磁性層の透磁率変化に比例
する。磁性層の透磁率は回転軸に加えられるトルクに比
例するので、ピックアップコイルのインダクタンスは、
磁性層に加えられたトルクに比例する。従って、磁性層
が形成された回転軸に加えられるトルクはビックアンプ
コイルのインダクタンスを検出することによって決定す
ることができる。
Non-contact torque measurements typically involve measurements of magnetic properties. It is well known that when torque is applied to various metals, the magnetic properties of that metal change. In particular, the magnetic permeability of a ferromagnetic member tends to increase with tension, and conversely shows a decrease with compression. As a torque sensor utilizing this effect, for example, US Pat. No. 4,441,85
There is something proposed in Specification No. 5. U.S. Patent No. 4,4
No. 41.855 discloses a torque sensor that detects changes in magnetic permeability of a magnetic layer formed on the surface of a non-magnetic rotating shaft using at least one big amplifier coil disposed adjacent to the rotating shaft. Disclosed. The inductance of the pickup coil is proportional to the change in permeability of the magnetic layer. Since the magnetic permeability of the magnetic layer is proportional to the torque applied to the rotating shaft, the inductance of the pickup coil is
It is proportional to the torque applied to the magnetic layer. Therefore, the torque applied to the rotating shaft on which the magnetic layer is formed can be determined by detecting the inductance of the big amplifier coil.

しかしながら、磁性層の磁気特性は、回転軸に加えられ
るトルクだけでなく、回転軸の温度にも依存する。また
、磁性層と同様の材料を使用した回転軸を作成したとし
ても、なお多くの問題点が存在する。
However, the magnetic properties of the magnetic layer depend not only on the torque applied to the rotating shaft but also on the temperature of the rotating shaft. Further, even if the rotating shaft is made of the same material as the magnetic layer, there are still many problems.

(発明が解決しようとする課題) 一般的に、磁気抵抗や漏れ磁束変化を検出する電磁型の
トルクセンサは、トルクが加えられたことによって発生
する歪みや変形を測定する。もし、所定のトルクに対す
るこれらの変形が比較的大きい場合には、トルクセンサ
は比較的高感度なものになる。しかしながら、従来の高
感度なトルクセンサは、信頼性を落とさず大きなトルク
まで耐えることはできない。ステアリングホイールによ
って加えられる大きな入力トルクに耐えるようにすると
、弾性が乏しく感度の低いトルクセンサとなってしまう
。漏れ磁束型トルクセンサや磁気抵抗可変型のトルクセ
ンサといった従来の非接触式のトルクセンサの主要な問
題点は、車両用のパワーステアリング装置等に適用する
場合に必要な高感度と強度の両方を持ち合わせていない
ことである。
(Problems to be Solved by the Invention) Generally, an electromagnetic torque sensor that detects changes in magnetic resistance or leakage magnetic flux measures distortion or deformation caused by application of torque. If these deformations for a given torque are relatively large, the torque sensor will be relatively sensitive. However, conventional high-sensitivity torque sensors cannot withstand large torques without reducing reliability. Resistance to large input torques applied by the steering wheel results in a torque sensor with poor elasticity and low sensitivity. The main problem with conventional non-contact torque sensors, such as leakage flux type torque sensors and variable magnetic resistance type torque sensors, is that they lack both the high sensitivity and strength required when applied to vehicle power steering systems, etc. That's something I don't have.

ステアリングホイールに加わるトルクの典型的な最大値
は、パワーステアリング装置が最大の補助トルクを発生
する際に70in、−1bs台である。しかしながら、
現在の車両設計基準は、パワーステアリング装置の故障
の可能性やドライバーが操作する可能性がある過負荷に
対しても充分な強度を有するように少なくとも100i
n、−1bsのトルクに耐えることを要求している。
A typical maximum value of torque applied to the steering wheel is on the order of 70 inches, -1 bs when the power steering system produces maximum assist torque. however,
Current vehicle design standards require at least 100 i
It is required to withstand a torque of n, -1 bs.

そこで、本発明では、車両用のパワーステアリング装置
等に適用可能な、高感度と強度を共に持ち合わせたトル
クセンサを構成することを技術的な課題とする。
Therefore, the technical object of the present invention is to construct a torque sensor that has both high sensitivity and strength and is applicable to power steering devices for vehicles and the like.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) 前述した課題を達成するために講じた技術的手段は、人
力軸と、出力軸と、前記入力軸が前記出力軸に結合する
までに入力軸が所定の回転角度だけ回転でき、これによ
り入力軸から出力軸へのトルクに応じたねじれを発生す
るねじれ機構と、前記入力軸に固定され、前記入力軸の
長手方向に少なくとも一対の溝を有する強磁性体部材と
、前記強磁性体部材に誘導励磁電流を形成し、これによ
り前記溝に漏れ磁束を発生させる一部コイルと、前記強
磁性部材にトルクが付与された時、前記溝内に発生する
漏れ磁束の変化を検出するためのピックアップコイルと
、前記ピックアップコイルの出力誘導電流を増幅し、そ
の位相を調整するための調整増幅手段と、を設けたこと
である。
(Means for solving the problem) The technical means taken to achieve the above-mentioned problem consists of a human-powered shaft, an output shaft, and a system in which the input shaft rotates a predetermined amount before the input shaft is coupled to the output shaft. a ferromagnetic member fixed to the input shaft and having at least a pair of grooves in the longitudinal direction of the input shaft; a partial coil that forms an induced excitation current in the ferromagnetic member, thereby generating leakage magnetic flux in the groove; and a leakage magnetic flux generated in the groove when torque is applied to the ferromagnetic member. The present invention includes a pickup coil for detecting a change in the pickup coil, and adjustment amplification means for amplifying the output induced current of the pickup coil and adjusting its phase.

(作用) 人力軸と出力軸の間にトルクが加えられると、入力軸に
固定された強磁性体部材が変位する。この時、強磁性体
部材の長手方向に形成された少なくとも一対の溝はトル
クの大きさに応じて変位する。
(Function) When torque is applied between the human power shaft and the output shaft, the ferromagnetic member fixed to the input shaft is displaced. At this time, at least a pair of grooves formed in the longitudinal direction of the ferromagnetic member are displaced depending on the magnitude of the torque.

一方、強磁性体部材には、−次コイルの作用によって誘
導励磁電流が誘起させられる。そして同時に強磁性体部
材には誘導励磁電流が流れることにより磁束が発生する
。この磁束の一部は、少なくとも一つの溝において漏れ
磁束となる。
On the other hand, an induced excitation current is induced in the ferromagnetic member by the action of the negative coil. At the same time, magnetic flux is generated by an induced excitation current flowing through the ferromagnetic member. A part of this magnetic flux becomes leakage magnetic flux in at least one groove.

強磁性体部材に形成された少なくとも一対の溝はトルク
の大きさに応じて変位するので、溝において発生する漏
れ磁束の量は入力軸と出力軸の間に加えられたトルクの
大きさに応じて変化することになる。そして、この漏れ
磁束の量の変化は、差動的に接続された二つのピックア
ップコイルによって検出される。ピックアップコイルに
よって検出された信号は、調整増幅手段で位相を調整し
、さらに増幅された後に、トルクに対応する信号とし7
て出力される。
At least one pair of grooves formed in the ferromagnetic member displaces depending on the magnitude of torque, so the amount of leakage magnetic flux generated in the grooves varies depending on the magnitude of torque applied between the input shaft and the output shaft. This will change. Changes in the amount of leakage magnetic flux are detected by two differentially connected pickup coils. The signal detected by the pickup coil has its phase adjusted by an adjustment amplification means, and after being further amplified, it is converted into a signal corresponding to torque.
is output.

前述した技術的手段によれば、少なくとも一対の溝が発
生した漏れ磁束が、差動接続された二つのピックアップ
コイルによって検出される。従ってトルクセンサにトル
クが加えられていない時の出力信号が確実にゼロとなる
。それゆえに、調整増幅手段の利得を高く設定してトル
クセンサの感度を高くすることができる。
According to the above-mentioned technical means, the leakage flux generated by at least one pair of grooves is detected by two differentially connected pickup coils. Therefore, the output signal is reliably zero when no torque is applied to the torque sensor. Therefore, the gain of the adjustment amplification means can be set high to increase the sensitivity of the torque sensor.

さらに、前述した技術的手段によれば、ねじれ機構の動
作範囲が所定の回転角度に制限され、ねじれ機構が所定
の回転角度だけ回転した後は前記入力軸が前記出力軸に
結合される。それゆえに、過負荷に対して充分な強度を
持たせることができる。
Furthermore, according to the aforementioned technical means, the operating range of the torsion mechanism is limited to a predetermined rotation angle, and the input shaft is coupled to the output shaft after the torsion mechanism has rotated by the predetermined rotation angle. Therefore, sufficient strength against overload can be provided.

(実施例) 以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明する
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described based on the drawings.

第1図に概略で示されているように、励磁電流を供給す
るソレノイドコイル12の軸内に、表面に不連続点、ひ
び、あるいは傷16が形成された強磁性部材10が配さ
れると、矢印14で示されるような渦電流が強磁性部材
10内に発生する。
As schematically shown in FIG. 1, a ferromagnetic member 10 having discontinuities, cracks, or scratches 16 formed on its surface is disposed within the axis of a solenoid coil 12 that supplies excitation current. , eddy currents as shown by arrows 14 are generated within the ferromagnetic member 10.

このような不連続点が強磁性体の外皮層に形成されると
、漏れ磁束18で示される不連続点での漏れ磁束は、連
続する表面部分での矢印20で示される誘導磁束より多
(なる。これは不連続部での透磁率の方が強磁性材の表
面部分での透磁率より多くなる。これは、不連続部での
透磁率の方が強磁性体の表面部分での透磁率よりも桁違
いに小さいからである。励磁電流の周波数と同じ周波数
でコイルに励起される漏れ磁束18の大きさは、表面に
設けられた不連続部の大きさ、数、およびその深さに比
例する。
When such a discontinuity is formed in the outer skin layer of a ferromagnetic material, the leakage flux at the discontinuity, indicated by leakage flux 18, is greater than the induced flux indicated by arrow 20 at the continuous surface portion ( This is because the magnetic permeability at the discontinuous portion is greater than the magnetic permeability at the surface portion of the ferromagnetic material. This is because it is orders of magnitude smaller than the magnetic flux.The magnitude of the leakage magnetic flux 18 excited in the coil at the same frequency as the excitation current frequency depends on the size, number, and depth of the discontinuities provided on the surface. is proportional to.

第2図を参照して本発明を適用したトルクセンサの構造
を説明する。この例では、トルク検出スリーブが二つの
スリーブI、2から形成されている。トーションバー3
はスリーブ内を貫通している。トーションバー3の一端
3aはスリーブlと一体回転するようにスリーブlに強
固に固定されている。また、トーションバー3の他端3
bはスリーブ2と一体回転するように、スリーブ2に強
固に固定されている。
The structure of a torque sensor to which the present invention is applied will be explained with reference to FIG. In this example, the torque detection sleeve is formed from two sleeves I and 2. Torsion bar 3
passes through the sleeve. One end 3a of the torsion bar 3 is firmly fixed to the sleeve l so as to rotate together with the sleeve l. Also, the other end 3 of the torsion bar 3
b is firmly fixed to the sleeve 2 so as to rotate together with the sleeve 2.

スリーブlとスリーブ2の間には、スプライン構造のし
ストモーション機構4が設けられている。
A thrust motion mechanism 4 having a spline structure is provided between the sleeve 1 and the sleeve 2.

第3図に第2図のA−A断面図を示す。コストモーショ
ン機構4は、スリーブlに設けられたスプラインまたは
複数の周方向の突起2aと、この突起2aがかみ合う凹
部1aを備えている。突起2aばスリーブlに設けられ
ている。第2図に示されているように、突起2aは凹部
1aの側壁に対して空隙を有し′ζいる。したがって、
トルクがコストモーション機構4を介してスリーブlと
2の間を伝達するまでに、スリーブlはスリーブ2に対
し′ζ±7ζ相7度転し得る。従って、通常の入力トル
クが±70ボンド・インチの時、即ち補助トルクが最大
の時にスリーブ1と2は±7度相対回転する。入力トル
クが1これより高い値の場合は、コストモーション機構
4がスリーブ1と2の相対回転を防止して、トルクを直
接スリーブlと2の間で伝達する。それゆえに、トルク
センサは過大なトルク負荷に耐えることができる。
FIG. 3 shows a sectional view taken along the line AA in FIG. 2. The cost motion mechanism 4 includes a spline or a plurality of circumferential protrusions 2a provided on the sleeve l, and a recess 1a in which the protrusions 2a engage. The protrusion 2a is provided on the sleeve l. As shown in FIG. 2, the protrusion 2a has a gap with the side wall of the recess 1a. therefore,
Before the torque is transmitted between the sleeves l and 2 via the cost motion mechanism 4, the sleeve l can rotate through seven degrees of 'ζ±7ζ phase relative to the sleeve 2. Therefore, when the normal input torque is ±70 bond inches, that is, when the auxiliary torque is at its maximum, sleeves 1 and 2 rotate relative to each other by ±7 degrees. If the input torque is higher than 1, the cost motion mechanism 4 prevents relative rotation of the sleeves 1 and 2 and transmits the torque directly between the sleeves 1 and 2. Therefore, the torque sensor can withstand excessive torque loads.

スリーブlには、ステンレス鋼製のスリーブ5がビン6
により固定されている。このスリーブ5の中にはスリー
ブ2が挿入されている。スリーブ5の外周側には、検出
用スリーブ?a、7bが固定されている。検出用スリー
ブ7a、7bはスリーブ5と一体に、即らスリーブ1と
−・体に回転する。
Sleeve l has a stainless steel sleeve 5 attached to the bottle 6.
Fixed by The sleeve 2 is inserted into the sleeve 5. There is a detection sleeve on the outer circumferential side of the sleeve 5? a and 7b are fixed. The detection sleeves 7a and 7b rotate together with the sleeve 5, that is, with the sleeve 1.

検出用スリーブ7a、?bの間には、もう−・・つの検
出用スリーブ9が固定されている。検出用スリーブ9は
ビン8によってスリーブ2に固定されている。従って、
検出用スリーブ9はスリーブ2と一体に回転する。
Detection sleeve 7a, ? Another detection sleeve 9 is fixed between the portions b. The detection sleeve 9 is fixed to the sleeve 2 by a pin 8. Therefore,
The detection sleeve 9 rotates together with the sleeve 2.

第4a図を参照して説明する。第4a図は検出用スリー
ブ7a、ffbと検出用スリーブ9の関係を描いた第2
図の要部拡大図である。検出用スリーブ7aと検出用ス
リーブ9の間には多数の磁気抵抗部71.73と突起1
2.14が形成されている。全(同様に、検出用スリー
ブ7bと検出用スリーブ9の間には多数の磁気抵抗部7
5.77と突起76.7Bが形成されている。
This will be explained with reference to FIG. 4a. FIG. 4a is a second diagram depicting the relationship between the detection sleeves 7a and ffb and the detection sleeve 9.
It is an enlarged view of the main part of the figure. Between the detection sleeve 7a and the detection sleeve 9, there are many magnetic resistance parts 71, 73 and protrusions 1.
2.14 is formed. (Similarly, there are many magnetic resistance parts 7 between the detection sleeve 7b and the detection sleeve 9.
5.77 and a protrusion 76.7B are formed.

第4b図に示すように、磁気抵抗部73と75は斤いに
相対する位置に形成されている。また、磁気抵抗部71
は、トルクセンサにトルクが加えみれていない状態にお
いて磁気抵抗部73と所定の間隔αだけ、正方向(図示
す方)にずれた位置に形成されている。さらに、磁気抵
抗部77は、)・ルクセンサにトルクがjJ■えられて
いない状態においで磁気抵抗部75と所定の間隔αだけ
、負方向(図示上方)にずれた位置に形成されている。
As shown in FIG. 4b, the magnetoresistive portions 73 and 75 are formed at positions opposite to each other. In addition, the magnetic resistance section 71
is formed at a position shifted from the magnetic resistance portion 73 by a predetermined distance α in the positive direction (in the direction shown in the figure) when no torque is applied to the torque sensor. Further, the magnetic resistance section 77 is formed at a position shifted in the negative direction (upward in the drawing) from the magnetic resistance section 75 by a predetermined distance α when no torque is applied to the lux sensor.

本実施例装置では、(・ルクセ〉・すにトルクが加えら
れていない状態において発生する漏れ磁束の量が等しく
なるように、前述した間隔αを設定している。このよう
な間隔αを設定すると、温度ドJフトといったような外
界からの要因の影響が相殺され、安定したトルクセンサ
が構成できる。
In the device of this embodiment, the above-mentioned interval α is set so that the amount of leakage magnetic flux generated in the state where no torque is applied to (Luxe) is equal.Such an interval α is set. Then, the influence of external factors such as temperature drift is canceled out, and a stable torque sensor can be constructed.

再び第4a図を参照して説明する。磁気抵抗部’rl、
72の直上には、−次コイル42と差動的に接続された
ピックアップコイル44.46が配設されている。ピッ
クアップコイル44.46は強磁性体の磁気抵抗部71
.72の近傍で起こる距離の変化に伴う漏れ磁束の変化
を検出している。
The explanation will be given again with reference to FIG. 4a. Magnetoresistive part'rl,
Pick-up coils 44 and 46 that are differentially connected to the negative coil 42 are arranged directly above the coil 72 . The pickup coils 44 and 46 are magnetic resistance parts 71 made of ferromagnetic material.
.. Changes in leakage magnetic flux due to changes in distance occurring in the vicinity of 72 are detected.

以下、検出用スリーブ7aと9の間に発生ずる漏れ磁束
を第5a図と第5b図を参照して説明する。
The leakage magnetic flux generated between the detection sleeves 7a and 9 will be explained below with reference to FIGS. 5a and 5b.

トルクが加えられていない状態のトルクセンサは50%
結合された状態である。人力トルクにより突起76と7
8の間の距離が短くなったり、長くなったりし、これに
より検出用スリーブTb&9間の空隙により生じる漏れ
磁束が減少したり増大したりする。第6a図に示すよう
に突起76と78の間の距離が長くなると、第6b図に
示すように漏れ磁束が増大する。図示していないが、突
起76と78の間の距離が長くなった時には、突起72
と74の間の距離が短くなっている。それゆえに、差動
的に接続された二つのピックアップコイル4146から
は約2倍の出力が得られる。
Torque sensor with no torque applied is 50%
It is in a combined state. Protrusions 76 and 7 are tightened by manual torque.
The distance between the detection sleeves Tb and 9 becomes shorter or longer, thereby reducing or increasing the leakage magnetic flux caused by the gap between the detection sleeves Tb and 9. As the distance between protrusions 76 and 78 increases, as shown in Figure 6a, the leakage flux increases, as shown in Figure 6b. Although not shown, when the distance between the protrusions 76 and 78 becomes longer, the protrusions 72
The distance between and 74 is shorter. Therefore, approximately twice the output can be obtained from the two differentially connected pickup coils 4146.

第7図に検出用スリーブ7aと9の間および検出用スリ
ーブ7hと9の間に発生ずる漏れ磁束の量を検出するた
めの回路構成を示す。なお差動的に接続されたピックア
ップコイル44.46から出ツノされる信号の位相およ
び振幅を引き出すためには他の一般的な回路を用いるこ
ともできる。第7図に示した例では、正弦波発振回路5
0が一部コイル42に接続されて検出用スリーブ7a1
7bおよび9に磁束を誘導するための励磁電流を供給す
る。ピックアップコイル44.46は四回路切換スイッ
チ52に接続されている。ゼロ点検出回路54はオペア
ンプ56とインバータ58からなり、正弦波発振回路5
0を四回路切換スイッチ52に接続している。オペアン
プ56は比較器として動作し、OVが基準値になってい
る。四回路切換スイッチ52の出力は積分回路60によ
りろ波される。第2のオペアンプ62は積分回路60の
出力を増幅する。
FIG. 7 shows a circuit configuration for detecting the amount of leakage magnetic flux generated between the detection sleeves 7a and 9 and between the detection sleeves 7h and 9. It should be noted that other conventional circuits may be used to derive the phase and amplitude of the signals output from the differentially connected pickup coils 44,46. In the example shown in FIG.
0 is partially connected to the coil 42 and the detection sleeve 7a1
An excitation current for inducing magnetic flux is supplied to 7b and 9. The pickup coils 44 and 46 are connected to a four-circuit changeover switch 52. The zero point detection circuit 54 consists of an operational amplifier 56 and an inverter 58, and the sine wave oscillation circuit 5
0 is connected to the four-circuit changeover switch 52. The operational amplifier 56 operates as a comparator, and OV is the reference value. The output of the four-circuit changeover switch 52 is filtered by an integrator circuit 60. A second operational amplifier 62 amplifies the output of the integrating circuit 60.

ベトの構成により動作を説明する。ゼロ点検出回路54
は、その人力正弦波の極性が正の間、出力端567に正
の極性の方形波を出力し、一方インハータ58の出力端
582は入力正弦波の極性が負の間、正の極性の方形波
を出力する。出力端7の正のパルスはピックアップコイ
ル44.46に接続されたスイッチBおよびCをオンと
し、積分回路6Gに出力電流を供給する。出力端582
に生ずる正のパルスは同様にピックアップコイル44.
46に接続されたスイッチ0およびAをオンとして積分
回路60に出力電流を供給する。
The operation will be explained based on the structure of the bed. Zero point detection circuit 54
outputs a square wave of positive polarity at the output terminal 567 while the polarity of the input sine wave is positive, while the output terminal 582 of the inharter 58 outputs a square wave of positive polarity while the polarity of the input sine wave is negative. Output waves. The positive pulse at the output 7 turns on switches B and C connected to the pick-up coil 44,46, supplying an output current to the integrating circuit 6G. Output end 582
The positive pulse generated in pickup coil 44.
Switches 0 and A connected to 46 are turned on to supply an output current to the integrating circuit 60.

本実施例装置の典型的な出力特性を第8図に示す。第8
図に示されるようにこのトルクセンサは限られた領域内
では両方向のトルクを直線性良く検出することができる
FIG. 8 shows typical output characteristics of the device of this embodiment. 8th
As shown in the figure, this torque sensor can detect torque in both directions with good linearity within a limited area.

〔発明の効果] 本発明によれば、トルクの検出感度が高く、しかも過大
なトルクにも充分な強度を持つトルクセンサを構成する
ことができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, it is possible to construct a torque sensor that has high torque detection sensitivity and has sufficient strength even against excessive torque.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は強磁性体の表面に形成された磁気抵抗部に発生
ずる漏れ磁束を描いた斜視図である。 第2図は本発明を適用したトルクセンサを描いた断面図
である。 第3図は第2図のA−A断面図である。 第4a図は第2図の要部拡大断面図である。 第4b図は検出用スリーブに形成された磁気抵抗部のず
れを示す要部拡大図である。 15a図は本発明のトルクセンサにトルクが加わってい
ない状態の検出用スリーブを描いたトルクセンサの部分
側面図である。 第5b図は検出用スリーブからの漏れ磁束を描いた第5
a図のB−B断面図である。 第6a図は本発明のトルクセンサにトルクが加わった状
態の検出用スリーブを描いたトルクセンサの部分側面図
である。 第6b図は検出用スリーブからの漏れ磁束を描いた第6
a図のC−C断面図である。 第7図は本発明のトルクセンサの回路図である。 第8図はトルクに対するトルクセンサの出力信号をプロ
ットしたグラフである。 1・・・スリーブ(出力軸)、 2・・・スリーブ(入力軸)、 3・・・トーションバー(ねじれ機構)、4・・・ロス
トモーション機構(ねじれ機構)、5・・・スリーブ、
6・・・ビン、 7a、7b・・・検出用スリーブ、 8・・・ビン、 9・・・検出用スリーブ(強磁性体部材)、42・・・
−次コイル、 44.46・・・ピックアップコイル、50・・・正弦
波発振回路(調整増幅手段)、52・・・四回路切換ス
イッチ(調整増幅手段)54・・・ゼロ点検出回路(調
整増幅手段)、58・・・インバータ(調整増幅手段)
、60・・・積分回路(調整増幅手段)、62・・・第
2のオペアンプ(調整増幅手段)71・・・磁気抵抗部
、72・・・突起、73.75・・・磁気抵抗部(一対
の溝)、74.76・・・突起、77・・・磁気抵抗部
、78・・・突起。
FIG. 1 is a perspective view depicting leakage magnetic flux generated in a magnetic resistance section formed on the surface of a ferromagnetic material. FIG. 2 is a sectional view depicting a torque sensor to which the present invention is applied. FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 2. FIG. 4a is an enlarged sectional view of the main part of FIG. 2. FIG. 4b is an enlarged view of the main part showing the displacement of the magnetic resistance part formed in the detection sleeve. Figure 15a is a partial side view of the torque sensor of the present invention depicting the detection sleeve in a state where no torque is applied. Figure 5b depicts the leakage magnetic flux from the detection sleeve.
It is a BB sectional view of figure a. FIG. 6a is a partial side view of the torque sensor of the present invention depicting the detection sleeve in a state where torque is applied. Figure 6b depicts the leakage magnetic flux from the detection sleeve.
It is a CC sectional view of figure a. FIG. 7 is a circuit diagram of the torque sensor of the present invention. FIG. 8 is a graph plotting the output signal of the torque sensor against torque. 1... Sleeve (output shaft), 2... Sleeve (input shaft), 3... Torsion bar (twisting mechanism), 4... Lost motion mechanism (twisting mechanism), 5... Sleeve,
6... Bottle, 7a, 7b... Detection sleeve, 8... Bottle, 9... Detection sleeve (ferromagnetic material member), 42...
-Next coil, 44.46...Pickup coil, 50...Sine wave oscillation circuit (adjustment amplification means), 52...Four circuit changeover switch (adjustment amplification means) 54...Zero point detection circuit (adjustment amplification means), 58...inverter (adjustment amplification means)
, 60... Integrating circuit (adjustment amplification means), 62... Second operational amplifier (adjustment amplification means) 71... Magnetoresistive part, 72... Protrusion, 73.75... Magnetoresistive part ( a pair of grooves), 74.76...Protrusion, 77...Magnetic resistance part, 78...Protrusion.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 入力軸と、 出力軸と、 前記入力軸が前記出力軸に結合するまでに入力軸が所定
の回転角度だけ回転でき、これにより入力軸から出力軸
へのトルクに応じたねじれを発生するねしれ機構と、 前記入力軸に固定され、前記入力軸の長手方向に少なく
とも一対の溝を有する強磁性体部材と、前記強磁性体部
材に誘導励磁電流を形成し、これにより前記溝に漏れ磁
束を発生させる一次コイルと、 前記強磁性部材にトルクが付与された時、前記溝内に発
生する漏れ磁束の変化を検出するためのピックアップコ
イルと、 前記ピックアップコイルの出力誘導電流を増幅し、その
位相を調整するための調整増幅手段と、を備えたトルク
センサ。
[Claims] An input shaft; an output shaft; the input shaft can rotate by a predetermined rotation angle until the input shaft is coupled to the output shaft; a torsion mechanism that generates torsion; a ferromagnetic member fixed to the input shaft and having at least a pair of grooves in the longitudinal direction of the input shaft; and forming an induced excitation current in the ferromagnetic member, thereby a primary coil that generates leakage magnetic flux in the groove; a pickup coil that detects a change in leakage magnetic flux that occurs in the groove when torque is applied to the ferromagnetic member; and an output induced current of the pickup coil. and adjustment amplification means for amplifying and adjusting its phase.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06312661A (en) * 1993-04-28 1994-11-08 Kyosan Electric Mfg Co Ltd Electric point device
JPH06344911A (en) * 1993-06-14 1994-12-20 Kyosan Electric Mfg Co Ltd Electric point
US6534576B2 (en) 2000-01-20 2003-03-18 Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd. Flame retardant organic resin composition
US7405251B2 (en) 2002-05-16 2008-07-29 Dow Corning Corporation Flame retardant compositions

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