JPH0446185Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はトルクセンサに関し、特に自動車の電
動パワーステアリング装置に適用するのに好適な
トルクセンサを提供するものである。

〔従来技術〕

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
た電動機を回転させる構造となつている。

ところで、このトルク検出手段としては、例え
ば特開昭59−208431号公報に示されているトルク
検出装置が知られている。第４図はこのトルク検
出装置の一部破断斜視図である。スプライン嵌合
のトーシヨンバー１６を介して連結されている２
本の軸１１，１２を所定間〓ｄを有して噛合する
継手構造の被測定軸１０と、この被測定軸１０の
連接部外周を覆うとともに、両軸１１，１２に固
定された磁性体の管状体１５と、この管状体１５
の外側に配置されてこの管状体１５を一定方向へ
交番磁化する励磁用コイル（図示せず）と、管状
体１５を流れる磁束からトルクに応じた磁歪成分
を出力する検出コイル（図示せず）とで構成され
ている。

このトルク検出装置は、被測定軸１０に作用し
たトルクが比較的小さい場合は、軸１１，１２の
噛合爪１３，１４間に存在する遊びにより、捩り
モーメントは管状体１５及びトーシヨンバー１６
の図示しない小径部に働くことになり、微小なト
ルク変化に対して捩れ量が大きく変化する。一方
トルクが比較的大きい場合は噛合爪１３と１４と
が当接し、捩りモーメントは管状体１５とトーシ
ヨンバー１６の小径部及び軸１１，１２にも働く
ことになる。それ故、捩りモーメントに対する強
度は急激に大きくなつてトルクの変化に対する管
状体１５の捩れ量の変化が小さくなる。そして噛
合爪１３と１４とが当接するときのトルク以下で
は磁歪成分の検出出力の変化率を大きくして精度
の良い検出を行うようにしている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところで操舵によつて被測定軸１０にトルクが
作用した場合の被測定軸１０の捩れ量は極く僅か
であるから、前述したトルク検出装置における噛
合爪１３と１４との周方向対向間〓ｄの変化は僅
少であり、トルク変化に応じて管状体１５に流れ
る磁歪成分の変化、つまりトルク検出信号の変化
は少ない。したがつて、被測定軸１０に作用した
トルク変化に対する感度が低く操舵力を適性に補
助できない。また管状体１５は円筒でありその周
面に渦電流が発生してセンサ出力が低下するとい
う問題がある。

本考案は斯かる問題点に鑑み、渦電流損の低減
により、トルクの変化を高感度に検出できるトル
クセンサを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案に係るトルクセンサは、トーシヨンバー
を介して連結された２つの軸に、各軸の軸線に対
して傾斜する端縁を互いに対向させて固設してあ
り、相互に磁気的に結合させてある磁性体製の２
つの円筒と、一方の円筒を励磁する励磁コイル
と、他方の円筒の磁束に基づく誘起電圧を得る磁
気結合検出コイルとを有し、前記対向端縁夫々に
多数の切欠部を周設してあることを特徴とする。

〔作用〕

トーシヨンバーを介して他方の軸体と連結され
ている一方の軸体に回転トルクを加えるとトーシ
ヨンバーがトルクに応じて捩れ、一方の軸体に設
けた円筒は他方の軸体に設けた円筒に対して相対
的に回転する。この回転により両円筒の端縁対向
間〓が変化するとともに切欠部の対向位置が変位
して両円筒の磁気結合状態が大きく変わり、励磁
コイルと磁気結合検出コイルとの電磁的結合状態
がトルクに応じて大きく変化する。

これにより、トルクは高感度に検出できる。ま
た切欠部により円筒の渦電流損が減少する。

〔実施例〕

以下本考案をその実施例を示す図面によつて詳
述する。第１図は本考案に係るトルクセンサの構
造を示す半截断面図、第２図はその内側部材の斜
視図である。入力軸１は図示しない操舵輪が取付
けられている上部軸１ａと操舵機構の図示しない
ピニオンが取付けられている下部軸１ｃとがトー
シヨンバー１ｂを介して同軸的に連結されてなる
ものであり、上部軸１ａは車体に固定されている
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）の外径は、下
部軸１ｃの上端部（図面右側）の孔への挿入のた
めに小径としてあり、上部軸１ａの大径部の下端
部には非磁性体からなる第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を軸方向に若干離隔して入力軸１と同
心的に外嵌固着してある。

上側の第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つており、円周方向のいずれ
の位置も等長である。下側の第２の円筒６は上端
縁が第１の円筒５と同様に入力軸１の軸心に垂直
な平面となつているが、下端縁は軸心には非垂
直、また軸心に関し、非対称な平面となつてい
る。

即ち、円筒６はその径方向に対称な位置の一側
Ａから他側（図示せず）までの一半周側Ｒ１が、
その一側の軸長を最長としている部分から他側に
向かうに従つて、軸長が順次短くなり、他側にお
いて最短寸法となつている。また他側から一側Ａ
までの他半周側Ｒ２が、その他側の軸長を最長と
している部分から一側Ａに向かうに従つて軸長が
順次短くなり、一側Ａにおいて最短寸法となつて
いる。つまり、円筒６の下端縁は各半周側Ｒ１，
Ｒ２において軸線に対して同方向に同じ角度で傾
斜しており、２つの歯部を有するラチエツト歯車
状の構造となつている。そして、円筒６の下端側
には、等幅寸法であり底部を円筒６の上端縁から
等長位置として軸心に平行している切欠部６ａを
周方向に等間隔で多数形成している。

下部軸１ｃの上端部には非磁性体よりなる第２
スリーブ４ｂを外嵌固着し、その外周に磁性体よ
りなる第３の円筒７を入力軸１と同心的に外嵌固
着してある。この円筒７は前記円筒６と同形状で
あり、上下方向を円筒６と反対にして取付けてい
る。また円筒７の上端縁には、円筒６に形成した
切欠部６ａと同幅寸法の切欠部７ａが、切欠部６
ａと同じ間隔を離隔して周方向に形成されてお
り、各切欠部７ａの底部は円筒７の下端縁から等
長位置となつている。また円筒５，６，７の外周
面には渦電流損を低減すべく、その軸方向に平行
な狭幅の浅い溝５ｂ，６ｂ，７ｂを周方向に多数
並設している。これらの第２，第３の円筒６，７
は、第１図及び第２図に示している如く円筒６の
軸長が最長である部分と円筒７の軸長が最短であ
る部分とを対向させて円筒６，７を噛合させた状
態にしており、円筒６の下端面と円筒７の上端面
とが対向し、また円筒６，７の軸長が最長である
部分の周方向端縁が互いに対向している。

そして、トーシヨンバー１ｂにトルクが作用し
ていない状態において、夫々の対向端縁が適長離
隔して平行しており、円筒６，７の切欠部６ａ，
７ａの夫々の幅方向中心は周方向に若干変位した
状態で対向している。そして円筒６の下端縁と円
筒７の上端縁とを対接させた状態では、切欠部６
ａと７ａとが同一線上とあるように円筒６，７が
スリーブ４ａ，４ｂに嵌着されている。

ケース２には外周に３本の周設溝を形成してあ
るボビン８が内嵌固着されており、各溝はその軸
長方向中心位置が円筒５，６，７夫々の軸長方向
中心と略一致するように選定されており、これら
の溝に第１の磁気結合検出コイル２１、励磁コイ
ル２２、第２の磁気結合検出コイル２３を巻回し
てある。これによつて第１の磁気結合検出コイル
２１、励磁コイル２２、第２の磁気結合検出コイ
ル２３は主として円筒５，６，７の夫々電磁的に
結合する。これらのコイル２１，２２，２３の巻
回数は適宜であるが、第１及び第２の磁気結合検
出コイル２１，２３は同一巻回数としておくのが
便宜である。

第３図は本考案のトルクセンサの電気回路を略
示したブロツク図である。励磁コイル２２は発振
器２５と接続されており、第１，第２の磁気結合
検出コイル２１，２３は一端を接地しており、他
端は夫々の誘起電圧を差動増幅回路２６の負，正
入力端子夫々に与えるべく接続している。なお、
第２の磁気結合検出コイル２３の出力はポテンシ
ヨメータ２７を介して差動増幅回路２６に与えて
いる。そして差動増幅回路２６の出力をトルクセ
ンサの出力としている。

次に本考案のトルクセンサの動作について説明
する。

発振器２５の動作により励磁コイル２２に発生
した磁束は円筒５，６，７を介して第１，第２の
磁気結合検出コイル２１，２３にも鎖交し、これ
らに電圧を誘起させる。

磁気結合検出コイル２１，２３の巻回数を等し
くし、磁気コイル２２と磁気結合コイル２１，２
３夫々との距離を等しくし、円筒６，７の体積を
同程度としておいたとしても磁気結合検出コイル
２１，２３の出力が等しくなし得難いが、トーシ
ヨンバー１ｂにトルクが作用していない状態下で
ポテンシヨメータ２７の調整により差動増幅回路
２６の出力が０になるように調整する。

本考案のトルクセンサはこのような状態で使用
することになる。

第１図及び第２図に示す如く円筒７（又は６）
の上端縁（又は下端縁）が時計回転方向（又は反
時計回転方向）に上側（又は下側）へ変位する傾
斜面としている場合は、操舵輪を時計方向（実線
矢符方向）に回転させると、トーシヨンバー１ｂ
の働きによつて円筒６が円筒７に対して時計回転
方向へ相対的に回転し、その下端縁と、円筒７の
上端縁との対向間隔が短縮すると共に、切欠部６
ａと７ａとの対向面積が増加する。その結果、円
筒６と７との磁気結合が大となり、即ち励磁コイ
ル２２と磁気結合検出コイル２３との電磁的結合
が大となつて、第２の磁気結合検出コイル２３の
出力電圧が高くなる。これに対して励磁コイル２
２と第１の磁気結合検出コイル２１との電磁的結
合は不変であるから第１の磁気結合検出コイル２
１の出力電圧は一定であるので、差動増幅回路２
６の出力は前述した相対回転差に相応した正の値
となる。

一方、操舵輪を反時計方向（破線矢符方向）に
回転させると円筒６の下端縁と円筒７の上端縁と
の対向間隔が拡大するとともに切換部６ａと７ａ
との対向面積が減少し、前述した場合と反対に電
磁的結合が小となつて差動増幅回路２６の出力は
相対回転量に相応する負の値となる。

そして前記相対回転量は、入力軸１に操舵輪に
よつて加えた回転トルクによつて定まるから、結
局は差動増幅回路２６の出力でトルクが検出でき
たことになる。

このように、円筒６と７との相対的な回転によ
つて、それらの軸方向の端縁の対向間隔及び切欠
部６ａと７ａとの対向位置が変化して、円筒６と
７との間の磁気結合状態が大きく変化する。その
ため、相対回転量が僅かであつても回転トルクの
変化に応じてトルク検出信号が大きく変化する。

また、溝５ｂ，６ｂ，７ｂを形成したことによ
り円筒６，７に流れる磁束により周方向に流れる
渦電流の流路が遮断されて渦電流損が低減され、
発熱等の損失が減少する。

これとは別に、第１の磁気結合検出コイル２
１、励磁コイル２２、第２の磁気結合検出コイル
２３の部分の温度が変化した場合も夫々のコイル
２１，２２，２３が同温度である限り、その出力
変化に及ぼす影響は等しいから両者の出力の差を
求めることで温度補償が行える。

なお、磁性体からなる円筒６，７の対向端縁の
形状は前述した実施例に限定されるものではな
く、その相対回転によつて励磁コイル２２と第２
の磁気結合検出コイル２３との電磁的結合が変化
するものであれば、つまり入力軸１の軸心に対し
て中心対称でないものであればよい。

本考案のトルクセンサは自動車の電動パワース
テアリング装置に限らず、広く一般に使用でき
る。また回転量自体の測定にも適用できることは
言うまでもない。

〔考案の効果〕

以上詳述した本考案のトルクセンサは、磁性体
製の２つの円筒の対向端縁が、それらの円筒を取
付けている軸の軸心に対して傾斜した平面であ
り、その端縁には周方向に多数の切欠部を形成し
ているから、両円筒が相対的に回転すると対向端
縁間の間隔、即ち磁気抵抗が大きく変化してトル
ク検出信号が高感度に得られる。また溝により
夫々の円筒に応じる渦電流を防止し得て、渦電流
損による発熱等の損失を低減できる優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るトルクセンサの構造を示
す半截断面図、第２図はその内部の構造を示す斜
視図、第３図は本考案のトルクセンサの電気回路
を略示したブロツク図、第４図は従来のトルクセ
ンサの一部破断斜視図である。 １……入力軸、１ａ……上部軸、１ｂ……トー
シヨンバー、１ｃ……下部軸、５，６，７……円
筒、６ａ，７ａ……切欠部、５ｂ，６ｂ，７ｂ…
…溝、２１……第１の磁気結合検出コイル、２２
……励磁コイル、２３……第２の磁気結合検出コ
イル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. トーシヨンバーを介して連結された２つの軸
   に、各軸の軸線に対して傾斜する端縁を互いに対
   向させて固設してあり、相互に磁気的に結合させ
   てある磁性体製の２つの円筒と、一方の円筒を励
   磁する励磁コイルと、他方の円筒の磁束に基づく
   誘起電圧を得る磁気結合検出コイルとを有し、前
   記対向端縁夫々に多数の切欠部を周設してあるこ
   とを特徴とするトルクセンサ。