JPH04248428A - Torque detector - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明はトルクの検出器に関し、
特に伝達軸と被伝達軸との間の捩じり角を静電容量の変
化として捕らえてトルクを検出するトルク検出器に関す
る。[Field of Industrial Application] The present invention relates to a torque detector;
In particular, the present invention relates to a torque detector that detects torque by capturing the torsional angle between a transmission shaft and a transmitted shaft as a change in capacitance.
【0002】0002
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
トルク検出器は各種の技術分野において利用されている
が、自動車においては次のようにして利用されている。
例えば運転手がハンドルを操作したとき、その操舵軸に
加わるトルク及びその回転方向をトルク検出器により検
出し、そして、操舵軸をその回転方向にモーター等によ
り加勢してやることにより容易に低トルクで操舵できる
ようにしている。[Prior art and problems to be solved by the invention] Conventionally,
Torque detectors are used in various technical fields, and in automobiles, they are used in the following manner. For example, when a driver operates the steering wheel, a torque detector detects the torque applied to the steering shaft and its direction of rotation, and then a motor or the like applies force to the steering shaft in the direction of rotation, allowing easy steering with low torque. I'm trying to make it possible.
【0003】このようないわゆるパワーステアリング装
置においては、トルク検出器として例えば操舵軸と駆動
軸と間にトーションバーを設け、更に操舵軸又は駆動軸
にポテンショメータを取り付けて、操舵軸と駆動軸との
間の捩じれをポテンショメータの回転量に基いてて検出
する方式のものがある。この方式においては、操舵軸の
回転にともなってポテンショメータも回転するため、ポ
テンショメータの信号をスリップリングを介して又は正
逆転の複数回転に充分余裕ある長さの電線を介して取り
出すことが考えられるが、高頻度で回転運動をしている
自動車の操舵軸を考慮すると、耐久性、信頼性等におい
て適切でなかった。In such a so-called power steering device, for example, a torsion bar is provided as a torque detector between the steering shaft and the drive shaft, and a potentiometer is further attached to the steering shaft or the drive shaft to detect the difference between the steering shaft and the drive shaft. There is a method that detects the twist between the two parts based on the amount of rotation of a potentiometer. In this method, the potentiometer rotates as the steering shaft rotates, so it is conceivable to extract the potentiometer signal via a slip ring or via an electric wire long enough to accommodate multiple forward and reverse rotations. Considering the steering shaft of an automobile, which rotates frequently, it was not suitable in terms of durability, reliability, etc.
【0004】このような接触型の弊害を問題を避けて、
操舵軸の回転に影響されず無接触で信号を取り出す方式
のものも例えば特開昭63−292029号公報、特開
平1−140036号公報等において提案されている。
この方式では操舵軸と駆動軸との間にトーションバーを
介在させ、更に操舵軸側と駆動軸側との間で電磁結合す
る磁性体及び検出コイルを設けて、トーションバーの捩
じれを検出コイルにより電磁結合の変化として検出する
ようにしている。[0004] To avoid such problems of contact type,
Systems that are unaffected by the rotation of the steering shaft and take out signals without contact have also been proposed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-292029 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-140036. In this method, a torsion bar is interposed between the steering shaft and the drive shaft, and a magnetic body and a detection coil are provided for electromagnetic coupling between the steering shaft side and the drive shaft side, and the torsion of the torsion bar is detected by the detection coil. This is detected as a change in electromagnetic coupling.
【0005】しかしながら、電磁結合方式のものにおい
ては、車体内の操舵軸及び駆動軸の近傍には他の金属部
材が多数近接して配設されているので、電磁結合の変化
を大きくとることはできなく、小さな変化に基づいてト
ルクを検出しなければならず、測定精度がかならずしも
よくないという問題点があった。However, in the electromagnetic coupling system, many other metal members are disposed close to the steering shaft and drive shaft inside the vehicle body, so it is difficult to make large changes in the electromagnetic coupling. However, the torque must be detected based on small changes, and the measurement accuracy is not always good.
【0006】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、トルク信号の取り出しが伝達
軸、被駆動軸等の影響を受けず、そして高精度に測定で
きるトルク検出器を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve these problems, and provides a torque detector in which the extraction of torque signals is not affected by the transmission shaft, driven shaft, etc., and can be measured with high precision. The purpose is to provide
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明のトルク検出器は
、伝達軸と被伝達軸とをトーションバーで結合し伝達軸
を回転させた時に発生するトーションバーの捩じれに基
づいてトルクを検出するトルク検出器において、伝達軸
又は被伝達軸に取り付けられた羽根状の遮蔽板、被伝達
軸又は伝達軸に取り付けられた羽根状の誘電体、及びこ
の遮蔽板及び誘電体の両側に配置された一対の固定電極
とを有する可変容量型のコンデンサと、この可変容量型
のコンデンサの容量の変化を検出し、その変化に基づい
てトルクを検出する検出手段とを有する。[Means for Solving the Problems] The torque detector of the present invention connects a transmission shaft and a transmitted shaft with a torsion bar, and detects torque based on the torsion of the torsion bar that occurs when the transmission shaft is rotated. In a torque detector, a blade-shaped shield plate attached to the transmission shaft or the transmitted shaft, a blade-shaped dielectric body attached to the transmitted shaft or the transmission shaft, and a blade-shaped shield plate placed on both sides of the shield plate and the dielectric body. The variable capacitor has a variable capacitor having a pair of fixed electrodes, and detecting means detects a change in the capacitance of the variable capacitor and detects torque based on the change.
【0008】また、本発明の他のトルク検出器は、伝達
軸と被伝達軸とをトーションバーで結合し伝達軸を回転
させた時に発生するトーションバーの捩じれに基づいて
トルクを検出するトルク検出器において、伝達軸又は被
伝達軸に取り付けられた羽根状の遮蔽板、被伝達軸又は
伝達軸に取り付けられた羽根状の誘電体、及びこの遮蔽
板及び誘電体の両側に配置された一対の固定電極とを有
する可変容量型のコンデンサと、被伝達軸又は伝達軸に
取り付けられた羽根状の遮蔽板及び羽根状の誘電体、並
びにこの遮蔽板及び誘電体の両側に配置された一対の固
定電極とを有する固定容量型のコンデンサと、可変容量
型のコンデンサ及び固定容量型のコンデンサに接続され
てブリッジ回路を形成した一対の抵抗器と、ブリッジ回
路の不平衡電流を検出し、その不平衡電流に基づいてト
ルクを検出する検出手段とを有する。Another torque detector of the present invention is a torque detector that connects a transmission shaft and a transmitted shaft with a torsion bar and detects torque based on the torsion of the torsion bar that occurs when the transmission shaft is rotated. In the device, a blade-shaped shield plate attached to the transmission shaft or the transmitted shaft, a blade-shaped dielectric body attached to the transmitted shaft or the transmission shaft, and a pair of blade-shaped shield plates arranged on both sides of the shield plate and the dielectric body. A variable capacitor having a fixed electrode, a blade-shaped shielding plate and a blade-shaped dielectric body attached to the transmitted shaft or the transmission shaft, and a pair of fixing devices placed on both sides of the shielding plate and the dielectric body. A fixed capacitor with an electrode, a pair of resistors connected to a variable capacitor and a fixed capacitor to form a bridge circuit, and an unbalanced current in the bridge circuit is detected and the unbalanced current is detected. and detection means for detecting torque based on current.
【0009】また、本発明の他のトルク検出器は、前記
のトルク検出器において可変容量型のコンデンサの一対
の固定電極のうちの1個の固定電極と、固定容量型のコ
ンデンサの一対の固定電極のうちの1個の固定電極とを
、1個の固定電極で兼用した構成にしている。Another torque detector of the present invention includes one fixed electrode of the pair of fixed electrodes of the variable capacitor in the torque detector, and one fixed electrode of the pair of fixed electrodes of the variable capacitor. One of the fixed electrodes is also used as one fixed electrode.
【0010】0010
【作用】本発明のトルク検出器においては、伝達軸に力
が加わるとトーションバーに捩じれが生じる。そして、
その捩じれに応じて遮蔽板と誘電体との重なり面積が変
化する。この重なり面積、即ち電極面積が変化してコン
デンサの容量が変化する。このコンデンサの容量の変化
を検出することによりトルクが検出される。[Operation] In the torque detector of the present invention, when a force is applied to the transmission shaft, the torsion bar is twisted. and,
The overlapping area between the shield plate and the dielectric changes depending on the twist. This overlap area, that is, the electrode area changes, and the capacitance of the capacitor changes. Torque is detected by detecting changes in the capacitance of this capacitor.
【0011】また、本発明の他のトルク検出器は、上記
の場合と同様にして可変容量のコンデンサの容量が変化
する。一方、固定容量型のコンデンサの各部材は被伝達
軸に取り付けられておりその容量は変化しない。この可
変容量型のコンデンサ及び固定容量型のコンデンサを含
んだブリッジ回路において、可変容量型のコンデンサの
容量が変化すると不平衡電流が流れ、その大きさ及び方
向はトルクの大きさ及び回転方向に対応したものとなる
。Further, in another torque detector of the present invention, the capacitance of the variable capacitor changes in the same manner as in the above case. On the other hand, each member of a fixed capacitance type capacitor is attached to the transmission shaft, and its capacitance does not change. In this bridge circuit that includes a variable capacitor and a fixed capacitor, when the capacitance of the variable capacitor changes, an unbalanced current flows, and its magnitude and direction correspond to the magnitude of torque and direction of rotation. It becomes what it is.
【0012】0012
【実施例】図1は本発明の一実施例に係るトルク検出器
の回路図である。図において、1は発振器、2は可変容
量型のコンデンサであり、3は固定容量型のコンデンサ
である。4は電流計であり、Rは抵抗である。これらの
コンデンサ2,3及び抵抗R,Rはブリッジ回路を構成
しており、コンデンサ2と3とは後述するようトルクは
発生していない状態では両者の容量は等しく、そのとき
にはブリッジ回路が平衡して電流計4には電流が流れな
い。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a circuit diagram of a torque detector according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is an oscillator, 2 is a variable capacitor type capacitor, and 3 is a fixed capacitor type capacitor. 4 is an ammeter, and R is a resistance. These capacitors 2 and 3 and resistors R and R constitute a bridge circuit, and as described later, the capacitance of capacitors 2 and 3 is equal when no torque is generated, and at that time, the bridge circuit is balanced. Therefore, no current flows through the ammeter 4.
【0013】図2及び図3は可変容量型のコンデンサ2
及び固定容量型のコンデンサ3の構成を示す側面図及び
その断面図である。図おいて、10はハンドルの操舵軸
であり、11は車輪側の駆動軸である。12は操舵軸1
0と駆動軸11との間に接続されたトーションバーであ
る。13〜15はそれぞれ中央部に孔が設けられた円板
状の金属板からなる固定電極であり、16は固定電極1
3〜15を支持している円筒状の支持具である。17は
操舵軸10に取り付けられた羽根状の遮蔽板である。1
8は駆動軸11に取り付けられた羽根状の誘電体であり
、遮蔽板17とこの誘電体18とは互いに1/2ピッチ
ずれた状態で、固定電極13と14との間に配置される
。19は駆動軸11に取り付けられた羽根状誘電体であ
る。20は駆動軸11に取り付けられた羽根状の遮蔽板
であり、誘電体19とこの遮蔽板20とは互いに1/2
ピッチずれた状態で、固定電極14と15との間に配置
される。FIGS. 2 and 3 show a variable capacitance type capacitor 2.
FIG. 3 is a side view and a sectional view showing the configuration of a fixed capacitance type capacitor 3. FIG. In the figure, 10 is a steering shaft of the handle, and 11 is a drive shaft on the wheel side. 12 is the steering shaft 1
0 and the drive shaft 11. 13 to 15 are fixed electrodes each made of a disk-shaped metal plate with a hole in the center, and 16 is the fixed electrode 1.
It is a cylindrical support that supports numbers 3 to 15. 17 is a blade-shaped shielding plate attached to the steering shaft 10. 1
Reference numeral 8 denotes a wing-shaped dielectric body attached to the drive shaft 11, and the shielding plate 17 and this dielectric body 18 are arranged between the fixed electrodes 13 and 14 with a 1/2 pitch offset from each other. 19 is a vane-like dielectric attached to the drive shaft 11. 20 is a blade-shaped shielding plate attached to the drive shaft 11, and the dielectric 19 and this shielding plate 20 are 1/2 of each other.
It is arranged between fixed electrodes 14 and 15 with a pitch shift.
【0014】固定電極13と14、並びにその両固定電
極の間に配置された遮蔽板17及び誘電体18は図1の
可変容量型のコンデンサ2を構成しており、固定電極1
4と15、並びにその両固定電極の間に配置された誘電
体19及び遮蔽板20は図1の固定容量型のコンデンサ
3を構成している。この実施例においては固定電極14
はコンデンサ2と3の両方の固定電極を兼ねているが、
それぞれのコンデンサに対応した固定電極を設けるよう
にしてもよい。The fixed electrodes 13 and 14, the shielding plate 17 and the dielectric 18 arranged between the two fixed electrodes constitute the variable capacitance type capacitor 2 shown in FIG.
4 and 15, as well as the dielectric 19 and shielding plate 20 disposed between both fixed electrodes, constitute the fixed capacitance type capacitor 3 shown in FIG. In this embodiment, the fixed electrode 14
serves as the fixed electrode for both capacitors 2 and 3,
A fixed electrode may be provided corresponding to each capacitor.
【0015】図4は図3の構成の内、固定電極13〜1
5及び支持具16を除いて、更にトーションバー12を
操舵軸10から外した状態の遮蔽板、誘電体等の斜視図
である。図示のように、遮蔽板17、誘電体18、誘電
体19及び遮蔽板20は、それぞれ軸の周方向の4個所
に取り付けられた羽から構成されており、その大きさは
等しいものとする。そして、操舵軸10に力が加わって
いないときには、遮蔽板17と誘電体18とが重なり合
う面積と、誘電体19と遮蔽板20とが重なり合う面積
とは等しいものとする。誘電体19と遮蔽板20とは駆
動軸11に同軸に取り付けられており、その重なり合う
面積は変化しない。しかし、遮蔽板17は操舵軸10に
取り付けられ、誘電体18は駆動軸11に取り付けられ
ているので、トーションバー12に捩じれが生じるとそ
の捩じれの角度に比例して重なり合う面積は変化する。FIG. 4 shows fixed electrodes 13 to 1 in the configuration shown in FIG.
5 is a perspective view of the shielding plate, dielectric material, etc., with the torsion bar 12 removed from the steering shaft 10, with the exception of the torsion bar 12 and the support 16. FIG. As shown in the figure, the shielding plate 17, the dielectric 18, the dielectric 19, and the shielding plate 20 each consist of wings attached to four positions in the circumferential direction of the shaft, and the sizes thereof are the same. When no force is applied to the steering shaft 10, the area where the shielding plate 17 and the dielectric 18 overlap is equal to the area where the dielectric 19 and the shielding plate 20 overlap. The dielectric 19 and the shielding plate 20 are coaxially attached to the drive shaft 11, and their overlapping area does not change. However, since the shielding plate 17 is attached to the steering shaft 10 and the dielectric body 18 is attached to the drive shaft 11, when the torsion bar 12 is twisted, the overlapping area changes in proportion to the angle of the twist.
【0016】図5は図2の支持道具16を分解し、図4
の操舵軸10及びそれに固定された部材を取り外した状
態の斜視図である。FIG. 5 shows an exploded view of the support tool 16 of FIG.
FIG. 3 is a perspective view of the steering shaft 10 of the present invention and a state in which the members fixed thereto are removed.
【0017】以上の説明により可変容量型のコンデンサ
2及び固定容量型のコンデンサ3の機構が明らかになっ
たところで、次に電気的な特性について説明する。Now that the mechanisms of the variable capacitance type capacitor 2 and the fixed capacitance type capacitor 3 have been clarified through the above explanation, the electrical characteristics will be explained next.
【0018】図6は可変容量型のコンデンサ2の電気的
な構成を示す説明図である。2枚の平行板のコンデンサ
容量は次式により求められる。
C=0.0885(ε・A/d)×10−6(
μF) …(1) ε:誘電率
A:電極の面積 d:両電極間の距離こ
こで、固定電極13と固定電極14の間に何もない領域
の容量をC1、固定電極13と固定電極14の間に誘電
体18が介在する領域の容量をC2、固定電極13と遮
蔽板17との間の容量をC3、遮蔽板17と固定電極1
4との間の容量をC4とする。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the electrical configuration of the variable capacitance type capacitor 2. The capacitor capacity of two parallel plates is determined by the following formula. C=0.0885(ε・A/d)×10-6(
μF) ... (1) ε: Dielectric constant A: Area of electrode d: Distance between both electrodes Here, the capacitance of the area where there is nothing between the fixed electrode 13 and the fixed electrode 14 is C1, and the capacitance between the fixed electrode 13 and the fixed electrode is C2 is the capacitance of the region where the dielectric 18 is interposed between the fixed electrodes 14, C3 is the capacitance between the fixed electrodes 13 and the shielding plate 17, and C3 is the capacitance between the fixed electrodes 13 and the shielding plate 17.
The capacitance between C4 and C4 is assumed to be C4.
【0019】図示のように、遮蔽板17が+Δ又は−Δ
の量だけ移動すると、固定電極などとの重なり面積、つ
まり(1) 式の電極面積Aが変化してコンデンサC2
〜C4の容量が変化する。例えば+Δの変化の場合にお
いては、コンデンサC2の容量は減少し、コンデンサC
3,C4の容量は増大する。また、−Δの変化の場合お
いては、コンデンサC2の容量は増大し、コンデナC3
,C4の容量は減少する。As shown in the figure, the shielding plate 17 is +Δ or -Δ
When the capacitor C2 is moved by an amount of
~The capacitance of C4 changes. For example, in the case of a change of +Δ, the capacitance of capacitor C2 decreases and capacitor C
3. The capacity of C4 increases. Also, in the case of a change of -Δ, the capacitance of capacitor C2 increases, and the capacitance of capacitor C3 increases.
, C4 decreases.
【0020】図7は図6のコンデンサを発振回路に接続
した状態の回路である。図示のように、可変容量型のコ
ンデンサ2と抵抗Rとの直列回路に発振回路1を接続し
、コンデンサ2の遮蔽板17を発振回路1の一方の端子
に接続している。FIG. 7 shows a circuit in which the capacitor shown in FIG. 6 is connected to an oscillation circuit. As shown in the figure, an oscillation circuit 1 is connected to a series circuit of a variable capacitance type capacitor 2 and a resistor R, and a shielding plate 17 of the capacitor 2 is connected to one terminal of the oscillation circuit 1.
【0021】図8は図7の等価回路である。ここで、発
振回路1の出力インピーダンスが充分低いと仮定すると
コンデンサC3の両端の電圧は次式により求められる。
V1=V0・Z2/(Z1+Z2)
…(2)
◎但し、Z1及びZ2は次のとおりである。
Z1=1/{ω(C1+C2)} Z2=R/{
1+ωC3R)}…(3) 今、遮蔽板17が+Δの変
化をした場合には、上述のようにコンデンサの容量が変
化するので、変化前のインピーダンスをZ1とし変化後
のインピーダンスをZ1cとすれば、(3) 式のおい
てZ1<Z1c、Z2<Z2cとなる。従って、(2)
式において変化のコンデンサ3の両端電圧をV1Δと
すると、V1>V1cとなり、V1cはΔの値に比例し
て減少する。FIG. 8 is an equivalent circuit of FIG. 7. Here, assuming that the output impedance of the oscillation circuit 1 is sufficiently low, the voltage across the capacitor C3 can be obtained from the following equation. V1=V0・Z2/(Z1+Z2)
...(2)
◎However, Z1 and Z2 are as follows. Z1=1/{ω(C1+C2)} Z2=R/{
1+ωC3R)}...(3) Now, when the shielding plate 17 changes by +Δ, the capacitance of the capacitor changes as described above, so if the impedance before the change is Z1 and the impedance after the change is Z1c, then , (3), Z1<Z1c and Z2<Z2c. Therefore, (2)
In the equation, if the voltage across the changing capacitor 3 is V1Δ, then V1>V1c, and V1c decreases in proportion to the value of Δ.
【0022】同様にして遮蔽板17が−Δの変化をした
場合にはV1<V1cとなり、V1cはΔの値に比例し
て上昇する。Similarly, when the shielding plate 17 changes by -Δ, V1<V1c, and V1c increases in proportion to the value of Δ.
【0023】以上のようにして図6のコンデンサにおけ
る遮蔽板17の機能が明かになったところで、図8の等
価回路を図1のブリッジ回路に適用すれば図9のような
等価回路が得られることが分かる。図9において、CO
は図6のC1とC2とを加算した値のコンデンサの容量
に相当し、COXは固定容量型のコンデンサ側のCOに
対応した容量に相当する。また、C3Xは固定容量型の
コンデンサ側のC3に対応した容量に相当する。CO4
は可変容量型のコンデンサのC4と固定容量型のコンデ
ンサ側のその値に対応したC4Xとを加算した値のコン
デンサの容量に相当する。Now that the function of the shielding plate 17 in the capacitor of FIG. 6 has been clarified as described above, if the equivalent circuit of FIG. 8 is applied to the bridge circuit of FIG. 1, an equivalent circuit as shown in FIG. 9 can be obtained. I understand that. In Figure 9, CO
corresponds to the capacitance of the capacitor which is the sum of C1 and C2 in FIG. 6, and COX corresponds to the capacitance corresponding to CO on the fixed capacitance type capacitor side. Further, C3X corresponds to the capacitance corresponding to C3 on the fixed capacitance type capacitor side. CO4
corresponds to the capacitance of the capacitor, which is the sum of C4 of the variable capacitor type capacitor and C4X corresponding to the value on the fixed capacitor side.
【0024】次にこの等価回路の動作を図10〜図16
に基づいて説明する。Next, the operation of this equivalent circuit is shown in FIGS. 10 to 16.
The explanation will be based on.
【0025】図10は操舵軸10に加わるトルクとトー
ションバー12の捩じれ角との関係を示した特性図であ
り、トルクに比例して捩じれ角が増大していることが分
かる。この捩じれ角は通常最大±3゜程度である。図1
1はコンデンサC2,C3の容量と捩じれ角との関係を
示した特性図である。上述のように捩じれ角の+Δ方向
の変化に伴って電極面積Aが変化し、コンデンサC3の
容量は増大し、コンデンサC2の容量は減少する。また
、−Δ方向の変化に対してはその逆の現象を示している
。FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the torque applied to the steering shaft 10 and the torsion angle of the torsion bar 12, and it can be seen that the torsion angle increases in proportion to the torque. This twist angle is usually about ±3° at maximum. Figure 1
1 is a characteristic diagram showing the relationship between the capacitance of capacitors C2 and C3 and the twist angle. As described above, as the twist angle changes in the +Δ direction, the electrode area A changes, the capacitance of the capacitor C3 increases, and the capacitance of the capacitor C2 decreases. Moreover, the opposite phenomenon is shown for the change in the -Δ direction.
【0026】図12は捩じれ角と上述のコンデンサC3
の両端電圧V1との関係を示した特性図である。捩じれ
角が変化すると上述のようにコンデンサC2,C3の容
量が変化するので、従って、両端電圧V1が捩じれ角の
変化に比例して直線的に変化する。FIG. 12 shows the torsion angle and the above-mentioned capacitor C3.
FIG. When the twist angle changes, the capacitances of the capacitors C2 and C3 change as described above, so that the voltage V1 across the capacitors changes linearly in proportion to the change in the twist angle.
【0027】ここで、再び図9の等価回路に着目すると
、操舵軸10にトルクが加えられていない状態では、コ
ンデンサCOとコンデンサCOXとは等しく、またコン
デンサC3とコンデンサC3Xとは等しく、電流計4に
は電流は流れない、このときの、固定電極14と遮蔽板
17との関係は図13に示すとおりである。次に、遮蔽
板17が+Δ方向に変化すると、上述のようにコンデン
サC3の両端電圧V1は増大し、図示の端子Aの電位は
高くなり、端子Bの電位は変化しないので、端子Aから
端子Bに向かって電流Iが流れ、その大きさは捩じれ角
に比例したもの、つまりトルクの大きさに比例して増大
する。このときの固定電極14と遮蔽板17との関係は
図14に示すとおりである。Now, focusing on the equivalent circuit of FIG. 9 again, when no torque is applied to the steering shaft 10, capacitor CO and capacitor COX are equal, capacitor C3 and capacitor C3X are equal, and the ammeter In this case, the relationship between the fixed electrode 14 and the shielding plate 17 is as shown in FIG. 13. Next, when the shielding plate 17 changes in the +Δ direction, the voltage V1 across the capacitor C3 increases as described above, the potential of the terminal A shown in the figure becomes high, and the potential of the terminal B does not change, so from the terminal A to the terminal A current I flows toward B, and its magnitude increases in proportion to the twist angle, that is, in proportion to the magnitude of the torque. The relationship between the fixed electrode 14 and the shielding plate 17 at this time is as shown in FIG.
【0028】次に、遮蔽板17が−Δ方向に変化すると
、上述のようにコンデンサC3の両端電圧V1は減少し
、図示の端子Aの電位は低くなり、端子Bの電位は変化
しないので、端子Bから端子Aに向かって電流Iが流れ
、その大きさは捩じれ角に比例したもの、つまりトルク
の大きさに比例して増大する。このときの固定電極14
と遮蔽板17との関係は図15に示すとおりである。Next, when the shielding plate 17 changes in the -Δ direction, the voltage V1 across the capacitor C3 decreases as described above, the potential of the terminal A shown in the figure becomes low, and the potential of the terminal B does not change. A current I flows from terminal B to terminal A, and its magnitude increases in proportion to the twist angle, that is, in proportion to the magnitude of torque. Fixed electrode 14 at this time
The relationship between the shielding plate 17 and the shielding plate 17 is as shown in FIG.
【0029】図16は以上の動作における電流計4に流
れる電流とトルクとの関係を示した特性図でる。FIG. 16 is a characteristic diagram showing the relationship between the current flowing through the ammeter 4 and the torque in the above operation.
【0030】上述の実施例においては可変容量型のコン
デンサ2と固定容量型のコンデンサ3とをそれぞれ同じ
構造にし、ブリッジ回路による不平衡電流を検出してい
るので、環境変化などによる容量の変化があっても同様
に変化するので、計測精度が低下するということがなく
、高精度に計測できる。In the above embodiment, the variable capacitance type capacitor 2 and the fixed capacitance type capacitor 3 have the same structure, and the unbalanced current by the bridge circuit is detected, so that changes in capacitance due to environmental changes etc. are avoided. Even if there is a difference, it changes in the same way, so there is no reduction in measurement accuracy, and highly accurate measurement can be performed.
【0031】なお、上述の実施例においては固定容量型
のコンデンサ3を駆動軸11に取り付けた例を示したが
操舵軸10に取り付けた構造にしてもよいことはいうま
でもない。更に、上述の実施例においては操舵軸と駆動
軸との間に作用するトルク、即ち操舵輪機構におけるト
ルクの検出について説明したが、本発明の対象はそのよ
うなものに限定されるものではなく、伝達軸が被伝達軸
にトルクを伝達する機構であれば全て適用されることは
いうまでもない。Although the above-described embodiment shows an example in which the fixed capacitance type capacitor 3 is attached to the drive shaft 11, it goes without saying that a structure in which it is attached to the steering shaft 10 may also be used. Further, in the above-described embodiments, the detection of torque acting between the steering shaft and the drive shaft, that is, the torque in the steering wheel mechanism, was described, but the object of the present invention is not limited to such. , it goes without saying that the present invention is applicable to any mechanism in which the transmission shaft transmits torque to the transmitted shaft.
【0032】また、可変容量型のコンデンサ2はその構
成部材、例えば遮蔽板17の軸方向の相対位置が変化す
るとその容量も変化するおそれがあるので、支持具16
又は遮蔽板17の軸向の相対鋳位置を調整する機構を設
けておいて、定期的にチエックして位置がずれている場
合には位置調整することが望ましい。また、可変容量型
のコンデンサ2及び固定容量型のコンデンサ3は図示の
実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の目的
に応じて適宜変更できるものであることはいうまでもな
い。Furthermore, since the capacitance of the variable capacitor 2 may change if the relative position in the axial direction of its constituent members, such as the shielding plate 17, changes, the support 16
Alternatively, it is desirable to provide a mechanism for adjusting the relative casting position of the shielding plate 17 in the axial direction, and to periodically check the position and adjust the position if the position has shifted. Further, it goes without saying that the variable capacitance type capacitor 2 and the fixed capacitance type capacitor 3 are not limited to the configurations of the illustrated embodiments, but can be modified as appropriate depending on the purpose of the present invention.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上のように本願の発明によれば、トー
ションバーの捩じれに対応してコンデンサの容量を変化
させその変化量に基づいてトルクを検出するようにした
ので、電磁結合による場合に比べてその容量の変化を大
きくとることでき、その結果高精度にトルクを計測する
ことできる。また、同様な構成からなる可変容量型のコ
ンデンサの容量と固定容量型のコンデンサの容量とを比
較して、その差異に基づいてトルクを検出するようにし
たので、環境変化に伴う容量変化があっても相殺され、
高精度な計測が可能になっている。[Effects of the Invention] As described above, according to the invention of the present application, the capacitance of the capacitor is changed in response to the torsion of the torsion bar, and torque is detected based on the amount of change. In comparison, the change in capacity can be large, and as a result, torque can be measured with high precision. In addition, the capacitance of a variable capacitor with a similar configuration and the capacitance of a fixed capacitor are compared, and torque is detected based on the difference, so there is no capacitance change due to environmental changes. Even if it is canceled out,
Highly accurate measurements are now possible.
【図1】本発明の一実施例に係るトルク検出器の回路図
である。FIG. 1 is a circuit diagram of a torque detector according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1のコンデンサの構成を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing the configuration of the capacitor in FIG. 1;
【図3】図1のコンデンサの構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the capacitor shown in FIG. 1;
【図4】図3の遮蔽板、誘電体等の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of the shielding plate, dielectric material, etc. in FIG. 3;
【図5】図3のコンデンサを一部分解した状態の斜視図
である。FIG. 5 is a partially exploded perspective view of the capacitor of FIG. 3;
【図6】可変容量型のコンデンサの電気的な構成を示す
説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the electrical configuration of a variable capacitor type capacitor.
【図7】図6のコンデンサを発振回路に接続した状態の
回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram in which the capacitor shown in FIG. 6 is connected to an oscillation circuit.
【図8】図7の等価回路である。FIG. 8 is an equivalent circuit of FIG. 7;
【図9】図1の等価回路である。FIG. 9 is an equivalent circuit of FIG. 1;
【図10】捩じれ角とトルクとの関係を示した特性図で
ある。FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between torsion angle and torque.
【図11】コンデンサの容量変化と捩じれ角との関係を
示した特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between capacitance change and twist angle of a capacitor.
【図12】コンデンサC3の両端電圧と捩じれ角との関
係を示した特性図である。FIG. 12 is a characteristic diagram showing the relationship between the voltage across the capacitor C3 and the twist angle.
【図13】操舵軸にトルクが加わっていない状態の遮蔽
板と誘電体との重なり状態を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a state in which the shielding plate and the dielectric material overlap when no torque is applied to the steering shaft.
【図14】操舵軸に+Δ方向の力が加わった状態の遮蔽
板と誘電体との重なり状態を示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram showing a state in which the shielding plate and the dielectric overlap with each other when a force in the +Δ direction is applied to the steering shaft.
【図15】操舵軸に−Δ方向の力が加わった状態の遮蔽
板と誘電体との重なり状態を示す説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram showing an overlapping state of the shielding plate and the dielectric when a force in the -Δ direction is applied to the steering shaft.
【図16】図9のブリッジ電流とトルクとの関係を示し
た特性図である。16 is a characteristic diagram showing the relationship between the bridge current and torque in FIG. 9. FIG.
2;可変容量型のコンデンサ 3;固定容量型のコンデンサ 10;操舵軸 11;駆動軸 12;トーションバー 13,14,15;固定電極 17,20;遮蔽板 18,19;誘電体 2; Variable capacitor 3; Fixed capacitance type capacitor 10; Steering shaft 11; Drive shaft 12; Torsion bar 13, 14, 15; Fixed electrode 17, 20; Shielding plate 18, 19; dielectric
Claims (3)
で結合し伝達軸を回転させた時に発生するトーションバ
ーの捩じれに基づいてトルクとして検出するトルク検出
器において、伝達軸又は被伝達軸に取り付けられた羽根
状の遮蔽板、被伝達軸又は伝達軸に取り付けられた羽根
状の誘電体、及びこの遮蔽板及び誘電体の両側に配置さ
れた一対の固定電極を有する可変容量型のコンデンサと
、この可変容量型のコンデンサの容量の変化を検出し、
その変化に基づいてトルクを検出する検出手段とを有す
ることを特徴とするトルク検出器。Claim 1. A torque detector that connects a transmission shaft and a transmitted shaft with a torsion bar and detects torque based on the torsion of the torsion bar that occurs when the transmission shaft is rotated. A variable capacitor having a blade-shaped shielding plate attached, a blade-shaped dielectric body attached to the transmitted shaft or the transmission shaft, and a pair of fixed electrodes arranged on both sides of the shielding plate and the dielectric body. , detects the change in the capacitance of this variable capacitor,
A torque detector comprising a detection means for detecting torque based on the change.
で結合し伝達軸を回転させた時に発生するトーションバ
ーの捩じれに基づいてトルクとして検出するトルク検出
器において、伝達軸又は被伝達軸に取り付けられた羽根
状の遮蔽板、被伝達軸又は伝達軸に取り付けられた羽根
状の誘電体、及びこの遮蔽板及び誘電体の両側に配置さ
れた一対の固定電極を有する可変容量型のコンデンサと
、被伝達軸又は伝達軸に取り付けられた羽根状の遮蔽板
及び羽根状の誘電体、並びにこの遮蔽板及び誘電体の両
側に配置された一対の固定電極とを有する固定容量型の
コンデンサと、前記可変容量型のコンデンサ及び固定容
量型のコンデンサに接続されてブリッジ回路を形成した
一対の抵抗器と、前記ブリッジ回路の不平衡電流を検出
し、その不平衡電流に基づいてトルクを検出する検出手
段とを有することを特徴とするトルク検出器。2. A torque detector that connects a transmission shaft and a transmitted shaft with a torsion bar and detects torque based on the torsion of the torsion bar that occurs when the transmission shaft is rotated. A variable capacitor having a blade-shaped shielding plate attached, a blade-shaped dielectric body attached to the transmitted shaft or the transmission shaft, and a pair of fixed electrodes arranged on both sides of the shielding plate and the dielectric body. , a fixed capacitance type capacitor having a blade-shaped shield plate and a blade-shaped dielectric body attached to the transmitted shaft or the transmission shaft, and a pair of fixed electrodes arranged on both sides of the shield plate and the dielectric body; A pair of resistors connected to the variable capacitance type capacitor and the fixed capacitance type capacitor to form a bridge circuit, and detection for detecting an unbalanced current in the bridge circuit and detecting torque based on the unbalanced current. A torque detector comprising means.
電極のうちの1個の固定電極と、固定容量型のコンデン
サの一対の固定電極のうちの1個の固定電極とを、1個
の固定電極で兼用したことを特徴とする請求項2記載の
トルク検出器。3. One fixed electrode of a pair of fixed electrodes of a variable capacitor type capacitor and one fixed electrode of a pair of fixed electrodes of a fixed capacitor type capacitor are connected to one fixed electrode of a pair of fixed electrodes of a variable capacitor type capacitor. 3. The torque detector according to claim 2, further comprising an electrode.
Priority Applications (1)
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