JPH0476426A - Torque sensor - Google Patents

Torque sensor

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JPH0476426A
JPH0476426A JP18805390A JP18805390A JPH0476426A JP H0476426 A JPH0476426 A JP H0476426A JP 18805390 A JP18805390 A JP 18805390A JP 18805390 A JP18805390 A JP 18805390A JP H0476426 A JPH0476426 A JP H0476426A
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JP
Japan
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output
torque
shaft
amplifier
magnetic resistance
Prior art date
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Pending
Application number
JP18805390A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoki Saito
直樹 斉藤
Koichi Sato
浩一 佐藤
Katsuyoshi Kawasaki
川崎 勝義
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0476426A publication Critical patent/JPH0476426A/en
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Abstract

PURPOSE:To enhance the accuracy of measurement by providing two coils for obtaining two outputs in directions which are opposite to each other in accordance with a torque, and by computing the torque in accordance with an output from a differential amplifier for obtaining a difference between the above-mentioned two outputs. CONSTITUTION:A difference in inductance between two coils 16, 17 caused by an induced torque in a rotational direction causes a bridge circuit 20 to be out of balance so that a differential amplifier 22 detects the difference and delivers the same to analog switches 25, 26. The output of the amplifier 22 is turned into a sinusoidal wave in accordance with a frequency of an oscillator 21, and if the polarity of a non-inverted input to the amplifier is positive, the output of a comparator 23 is a logical '0' so that the output from an inverter 22 becomes '1'. Accordingly, the switch 25 is turned on but the switch 26 is turned off so that the output of the amplifier 22 is delivered to an non-inverted input terminal of a differential amplifier 24. Meanwhile, the polarity of the non-inverted input to the amplifier 22 is negative, the output of the amplifier 22 is delivered to an inverted input terminal of the amplifier 24 so that the output from the amplifier 24 becomes the absolute value of the output of the amplifier 22. Accordingly, the output of a smoothing circuit 28 is linearly changed to the value of a steering torque in the direction of the latter.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、回転軸に伝達されたトルクを検出するトル
クセンサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a torque sensor that detects torque transmitted to a rotating shaft.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

トーションバー等の弾性部材を介して連結された2本の
回転軸にトルクが伝達されると、それら2本の回転軸間
にはトーションバーの捩じれを伴って相対回転が生じる
。そして、その相対回転の方向及び量は、回転軸に伝達
されたトルクの方向及び大きさによって決まるから、そ
の相対回転を測定すれば、トルクを検出することができ
る。
When torque is transmitted to two rotating shafts connected via an elastic member such as a torsion bar, relative rotation occurs between the two rotating shafts due to twisting of the torsion bar. Since the direction and amount of the relative rotation are determined by the direction and magnitude of the torque transmitted to the rotating shaft, the torque can be detected by measuring the relative rotation.

〔発明が解決しようとする課題] しかしながら、トーションバー等の弾性部材を利用した
従来のトルクセンサにあっては、回転軸に軸方向の力が
加わってトーションバーに軸方向の変形が生じた場合に
、相対回転を測定する手段も影響を受けて、測定結果が
トルクとは無関係に変動してしまうという不具合がある
[Problems to be Solved by the Invention] However, in conventional torque sensors that utilize elastic members such as torsion bars, when an axial force is applied to the rotating shaft and the torsion bar is deformed in the axial direction, Another problem is that the means for measuring relative rotation is also affected, and the measurement results fluctuate independently of the torque.

また、トルクに応じて発生する2木の回転軸間の相対回
転の量を大きくすると、微小なトルクの変化をも検出で
きるから、測定精度が向上するという利点があり、その
ためには、トーションバーの捩じり強度を低くするか、
或いはトーションバーを長くして、トーションバーを捩
じれ易くすればよいが、これでは、2本の回転軸間のト
ルク伝達特性が低下してしまう。なお、トーションバー
を長くした場合には、装置が大型化してしまうという欠
点もある。
In addition, increasing the amount of relative rotation between the two rotary axes that occurs in response to torque has the advantage of improving measurement accuracy because even minute changes in torque can be detected. Reduce the torsional strength of
Alternatively, the torsion bar may be made longer to make it easier to twist, but this would deteriorate the torque transmission characteristics between the two rotating shafts. In addition, when the torsion bar is made longer, there is also a drawback that the device becomes larger.

この発明は、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、軸方向の力が加わっ
た場合でも、測定結果の変動を防止できるとともに、回
転軸間の伝達特性を低下させることなく、測定精度の向
上が図られるトルクセンサを提供することを目的として
いる。
This invention was made by focusing on the unresolved problems of the conventional technology, and it is possible to prevent fluctuations in measurement results even when axial force is applied, and to improve transmission between rotating shafts. It is an object of the present invention to provide a torque sensor that can improve measurement accuracy without deteriorating characteristics.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明のトルクセンサは、
同軸に配設された第1及び第2の回転軸と、これら第1
及び第2の回転軸を連結する弾性部材と、前記第1の回
転軸と一体に回転し且つ軸方向に離隔した第1及び第2
のフランジ部と、これら第1及び第2のフランジ部間に
配設され且つ前記第1の回転軸回りに回転変位可能な可
動部材と、前記第1及び第2の回転軸と平行であって一
端側は前記第2の回転軸に結合され他端側は前記可動部
材に結合され且つそれら結合部位の少なくとも一方の軸
方向の結合力が前記可動部材と前記第1の回転軸との軸
方向の結合力よりも小さい回転力伝達軸と、前記第1の
回転軸及び前記可動部材間の相対回転変位に応じて前記
第1のフランジ部及び可動部材間の磁気抵抗を変化させ
る第1の磁気抵抗可変手段と、前記第1の回転軸及び前
記可動部材間の相対回転変位に応じて前記第1の磁気抵
抗可変手段とは逆の方向に前記第2のフランジ部及び可
動部材間の磁気抵抗を変化させる第2の磁気抵抗可変手
段と、前記第1のフランジ部及び前記可動部材間の磁気
抵抗を測定する第1の測定手段と、前記第2のフランジ
部及び前記可動部材間の磁気抵抗を測定する第2の測定
手段と、これら第1及び第2の測定手段の測定結果の差
に基づいて前記第1及び第2の回転軸に伝達されたトル
クを演算するトルク演算手段と、を備えた。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the torque sensor of the present invention has the following features:
first and second rotating shafts arranged coaxially;
and an elastic member that connects the second rotating shaft, and first and second elastic members that rotate together with the first rotating shaft and are spaced apart in the axial direction.
a movable member arranged between the first and second flange parts and rotatably displaceable about the first rotation axis, and parallel to the first and second rotation axes. One end side is coupled to the second rotation shaft, and the other end side is coupled to the movable member, and the coupling force in the axial direction of at least one of these coupling portions is applied in the axial direction between the movable member and the first rotation shaft. a rotational force transmitting shaft smaller than the coupling force of the rotational force transmitting shaft, and a first magnetic field that changes the magnetic resistance between the first flange portion and the movable member according to the relative rotational displacement between the first rotary shaft and the movable member. a resistance variable means, and a magnetic resistance between the second flange portion and the movable member in a direction opposite to that of the first variable magnetic resistance means according to a relative rotational displacement between the first rotating shaft and the movable member. a second variable magnetic resistance means for changing the magnetic resistance; a first measuring means for measuring the magnetic resistance between the first flange portion and the movable member; and a first measuring means for measuring the magnetic resistance between the second flange portion and the movable member. a second measuring means for measuring the torque, and a torque calculating means for calculating the torque transmitted to the first and second rotating shafts based on the difference between the measurement results of the first and second measuring means. Prepared.

〔作用〕[Effect]

第1及び第2の回転軸にトルクが伝達されると、それら
第1及び第2の回転軸間には、弾性部材の捩じれを伴っ
て、そのトルクの方向及び大きさに応じた相対回転が生
じる。
When torque is transmitted to the first and second rotating shafts, relative rotation occurs between the first and second rotating shafts depending on the direction and magnitude of the torque, accompanied by twisting of the elastic member. arise.

すると、第1及び第2のフランジ部も第1の回転軸と一
体に回転するが、それら第1及び第2のフランジ部間に
配設された可動部材は、回転力伝達軸を介して第2の回
転軸に連結されているため、第1及び第2のフランジ部
と、可動部材との間にも、トルクの方向及び大きさに従
った相対回転が生じる。
Then, the first and second flange parts also rotate together with the first rotating shaft, but the movable member disposed between the first and second flange parts rotates through the rotational force transmission shaft. Since the first and second flange portions are connected to the second rotating shaft, relative rotation occurs between the first and second flange portions and the movable member according to the direction and magnitude of the torque.

そして、第1の磁気抵抗可変手段によって変化する第1
のフランジ部及び可動部材間の磁気抵抗と、第2の磁気
抵抗可変手段によって変化する第2のフランジ部及び可
動部材間の磁気抵抗とは、相対回転に応して互いに逆方
向に変化する(一方が増加すれば、他方は減少する)の
で、第1の測定手段と第2の測定手段との差を求めると
、単一の測定結果に比べて倍の傾きをもった測定結果が
得られるから、その差に基づいてトルク演算手段がトル
クを演算すれば、微小なトルクも高い精度で検出される
Then, the first magnetoresistance variable means changes the first
The magnetic resistance between the flange portion and the movable member and the magnetic resistance between the second flange portion and the movable member, which is changed by the second variable magnetic resistance means, change in opposite directions according to relative rotation ( If one increases, the other decreases), so if you calculate the difference between the first measurement means and the second measurement means, you will get a measurement result with twice the slope compared to a single measurement result. If the torque calculation means calculates the torque based on the difference, even minute torques can be detected with high accuracy.

また、周囲の温度変化や種々のノイズ等の影響を受けて
第1及び第2の測定手段にトルクとは無関係の変動が生
じても、互いの測定結果の差をとれば、その変動は相殺
されて最終的な測定結果からは除去される。
Additionally, even if fluctuations unrelated to torque occur in the first and second measuring means due to changes in ambient temperature or various noises, the fluctuations can be canceled out by taking the difference between the measurement results. and removed from the final measurement results.

さらに、第2の回転軸の回転力を可動部材に伝達する回
転力伝達軸は、第1及び第2の回転軸と平行であるとと
もに、第2の回転軸側の結合部位及び可動部材側の結合
部位の少なくとも一方の軸方向の結合力が、可動部材と
第1の回転軸との軸方向の結合力よりも小さいので、軸
方向の力が加わって第1及び第2の回転軸間に軸方向の
相対変位が生じても、その相対変位は可動部材には伝わ
らない、即ち、第1及び第2のフランジ部と、可動部材
との相対位置関係に変化は生じないから、軸方向の力に
よって測定結果が変動してしまうことはない。
Further, the rotational force transmission shaft that transmits the rotational force of the second rotational shaft to the movable member is parallel to the first and second rotational axes, and the coupling portion on the second rotational shaft side and the rotational force transmission shaft on the movable member side are parallel to the first and second rotational shafts. Since the axial coupling force of at least one of the coupling parts is smaller than the axial coupling force between the movable member and the first rotating shaft, an axial force is applied between the first and second rotating shafts. Even if a relative displacement occurs in the axial direction, the relative displacement is not transmitted to the movable member. In other words, there is no change in the relative positional relationship between the first and second flange portions and the movable member. Measurement results will not change due to force.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

先ず、構成を説明すると、第1図は、本発明に係るトル
クセンサを適用した車両用パワーステアリング装置の断
面図であり、ハウジング1内には、弾性部材としてのト
ーションバー4を介して連結された第1の回転軸として
の磁性体製の入力軸2及び第2の回転軸としての出力軸
3が、軸受5a。
First, to explain the configuration, FIG. 1 is a sectional view of a vehicle power steering device to which a torque sensor according to the present invention is applied. The input shaft 2 made of a magnetic material as a first rotating shaft and the output shaft 3 as a second rotating shaft are bearings 5a.

5b及び5cによって回動自在に支持されている。It is rotatably supported by 5b and 5c.

ただし、入力軸2.出力軸3及びトーションバー4は、
同軸に配設されている。
However, input shaft 2. The output shaft 3 and torsion bar 4 are
are arranged coaxially.

なお、ハウジング1の入力軸2側の開口部は、シールリ
ング6によって封止されるとともに、出力軸3側の開口
部は、キャップ7によって封止されている。
The opening of the housing 1 on the input shaft 2 side is sealed by a seal ring 6, and the opening on the output shaft 3 side is sealed with a cap 7.

人力軸2の図示しない第1図右端側には、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おり、また
、出力軸3の左端部には、公知のラックピニオン式ステ
アリング装置を構成するピニオン軸3aが一体に形成さ
れ、さらに、そのピニオン軸3aは、ハウジング1内に
おいてラックピニオン式ステアリング装置のラック軸8
に噛合している。
A steering wheel is integrally attached to the right end side of the human power shaft 2 in the rotational direction in FIG. A shaft 3a is integrally formed, and the pinion shaft 3a is connected to a rack shaft 8 of a rack and pinion steering device within the housing 1.
It meshes with the

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
.出力軸3.ピニオン軸3a及びラック軸8を介して、
図示しない転舵輪に伝達される。
Therefore, the steering force generated by the driver steering the steering wheel is the input shaft 2 torsion bar 4.
.. Output shaft 3. Via the pinion shaft 3a and rack shaft 8,
The signal is transmitted to steered wheels (not shown).

一方、第1図及び同図のA−A線断面図である第2図に
示すように、入力軸2の左端部には、軸方向に連続した
突条部2a、2aが形成され、これら突条部2a、2a
は、出力軸3の右端部に形成され且つ突条部2a、2a
よりも若干幅広の縦溝3b、3bに挿入されていて、こ
れにより、入力軸2及び出力軸3間の所定範囲(±5度
程度)以上の相対回動を防止している。
On the other hand, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, which is a cross-sectional view taken along line A-A in the same figure, protrusions 2a, 2a that are continuous in the axial direction are formed at the left end of the input shaft 2. Projections 2a, 2a
is formed on the right end portion of the output shaft 3, and is formed on the protruding portions 2a, 2a.
The input shaft 2 and the output shaft 3 are inserted into vertical grooves 3b, 3b that are slightly wider than the input shaft 2, thereby preventing relative rotation between the input shaft 2 and the output shaft 3 beyond a predetermined range (approximately ±5 degrees).

ちなみに、第1図は、第2図のB−B線断面図である。Incidentally, FIG. 1 is a sectional view taken along the line BB in FIG. 2.

また、入力軸2には、他の部位よりも大径に成形するこ
とにより構成された第1のフランジ部としてのフランジ
部9と、このフランジ部9から軸方向に離隔し且つ入力
軸2に軸方向及び回転方向に一体に外嵌したリング状の
磁性体からなる第2のフランジ部としてのフランジ部I
Oとが設けられており、さらに、これらフランジ部9及
び10間には、入力軸2に対して相対回転可能である非
磁性体製の円筒部材11が配設されている。
The input shaft 2 also includes a flange portion 9 as a first flange portion formed by molding to have a larger diameter than other portions, and a flange portion 9 that is spaced apart from the flange portion 9 in the axial direction and connected to the input shaft 2. A flange portion I as a second flange portion made of a ring-shaped magnetic material that is integrally fitted externally in the axial direction and rotational direction.
A cylindrical member 11 made of a non-magnetic material and rotatable relative to the input shaft 2 is disposed between the flange portions 9 and 10.

フランジ部9及び10の外周面には、周方向に等間陽に
散在した複数の突起9a及び10aが設けられていて、
これら突起9a及びIOaは、同寸法であるが、それら
の一部分を展開した第3図に示すように、突起9a、9
c間に突起10aが対向し、突起10a、10a間に突
起9aが対向するように、半ピツチずれて配置されてい
る。
The outer peripheral surfaces of the flange parts 9 and 10 are provided with a plurality of protrusions 9a and 10a scattered at equal intervals in the circumferential direction,
These protrusions 9a and IOa have the same dimensions, but as shown in FIG.
The protrusions 10a are arranged to be offset by half a pitch so that the protrusions 10a are opposed to each other between the protrusions 10a, and the protrusions 9a are opposed to each other between the protrusions 10a and 10a.

なお、入力軸2と円筒部材J1との間の隙間及び円筒部
材11とフランジ部9,10との間の隙間は、比較的狭
く、20μm〜30μm程度に調整されている。
Note that the gap between the input shaft 2 and the cylindrical member J1 and the gap between the cylindrical member 11 and the flange portions 9 and 10 are relatively narrow, and are adjusted to about 20 μm to 30 μm.

そして、円筒部材11には、一端側がフランジ部9を接
触しないように充分な隙間を持って貫通して出力軸3の
角溝30に緩く挿入され且つ入力軸2と平行な回転力伝
達軸としての円筒形のシャツ)12が圧入されている。
One end of the cylindrical member 11 passes through the flange portion 9 with a sufficient gap so as not to come into contact with it, is loosely inserted into the square groove 30 of the output shaft 3, and serves as a rotational force transmission shaft parallel to the input shaft 2. A cylindrical shirt (12) is press-fitted.

ここで、シャフト12と角溝30とは、出力軸3の回転
方向には一体であるが、シャフト12の軸方向には、緩
く挿入されていることから、比較的小さな力で相対変位
が可能となっている。
Here, the shaft 12 and the square groove 30 are integral in the rotational direction of the output shaft 3, but are loosely inserted in the axial direction of the shaft 12, so that relative displacement can be achieved with a relatively small force. It becomes.

また、円筒部材11の外周面には、磁性体製のリング1
3が回転方向及び軸方向に一体に外嵌している。
Further, a ring 1 made of a magnetic material is provided on the outer peripheral surface of the cylindrical member 11.
3 is integrally fitted onto the outside in the rotational and axial directions.

このリング13のフランジ9側を向く端面には複数の突
起13aが、フランジ10側を向く端面には複数の突起
13bが、周方向に等間隔に散在して構成されていて、
これら突起13a及び13bは、第3図に示すように、
同寸法で且つ同ピツチであって、入力軸2及び出力軸3
間に相対回転が生じていない時に、突起9aと突起13
aとのラップ量S1と、突起10aと突起13bとのラ
ップ量S2とが、それぞれ50%になるように配置され
ている。
The ring 13 has a plurality of protrusions 13a on the end face facing the flange 9 side, and a plurality of protrusions 13b on the end face facing the flange 10 side, which are scattered at equal intervals in the circumferential direction,
These protrusions 13a and 13b, as shown in FIG.
The input shaft 2 and the output shaft 3 have the same dimensions and the same pitch.
When there is no relative rotation between the protrusion 9a and the protrusion 13
The arrangement is such that the amount of overlap S1 between the projection 10a and the projection 13b is 50%, and the amount S2 of overlap between the projection 10a and the projection 13b is 50%.

なお、突起9aと突起13aとの隙間G1と、突起10
aと突起13bとの隙間G2とは、同じ距離であって、
比較的広く、0.311I11〜0.6 mm程度に調
整されている。
Note that the gap G1 between the protrusion 9a and the protrusion 13a and the protrusion 10
The gap G2 between a and the protrusion 13b is the same distance,
It is relatively wide and adjusted to about 0.311I11 to 0.6 mm.

また、ハウジング1の内周面であって、フランジ部9,
10及び円筒部材11を取り囲む部分には、磁性体から
なる円筒形のホルダー15が埋設されていて、このホル
ダー15には、入力軸2側が開口し且つ隙間c、、G、
を取り囲む二つの周溝15a、15bが形成され、さら
に、その周溝15a及び15bのそれぞれには、同一規
格のコイル16.17が収納されている。
Further, the inner circumferential surface of the housing 1, the flange portion 9,
A cylindrical holder 15 made of a magnetic material is embedded in a portion surrounding the cylindrical member 10 and the cylindrical member 11, and the holder 15 is open on the input shaft 2 side and has gaps c, , G,
Two circumferential grooves 15a and 15b are formed surrounding the circumferential grooves 15a and 15b, and coils 16 and 17 of the same standard are housed in each of the circumferential grooves 15a and 15b.

コイル16及び17は、これらコイル16及び17のイ
ンダクタンスの差を演算し、その演算結果に基づいて入
力軸2及び出力軸3に伝達されるトルクを求め、その求
められたトルクが減少するように、例えばラック軸8に
連結された電動モータ等からなる操舵補助力付与装置に
制御信号を出力するコントローラに接続されている。
The coils 16 and 17 calculate the difference in inductance between the coils 16 and 17, calculate the torque to be transmitted to the input shaft 2 and the output shaft 3 based on the calculation result, and reduce the calculated torque. , for example, is connected to a controller that outputs a control signal to a steering assist force applying device comprising an electric motor or the like connected to the rack shaft 8.

第4図は、コントローラ内に構成され、コイル16及び
17のインダクタンスを測定し、それらインダクタンス
の差を求める回路の一例を示す図であり、同図に示すよ
うに、コイル16及び17の一端側を接続するとともに
それらの他端側を抵抗値の等しい二つの抵抗R1及びR
2を介して接続したブリッジ回路20と、コイル16.
17間と抵抗R+ 、R2間との間に接続された発振器
21と、コイル16及び抵抗Rt間が非反転入力端子に
接続され且つコイル17及び抵抗Rt間が反転入力端子
に接続された差動増幅器22と、コイル16及び抵抗R
,間が反転入力端子に接続され且つ接地が非反転入力端
子に接続されたコンパレータ23と、差動増幅器22の
出力端子と差動増幅器24の反転入力端子との間に介在
し且つコンパレータ23の出力に応じてオン又はオフと
なるアナログスイッチ25と、差動増幅器22の出力端
子と差動増幅器24の非反転入力端子との間に介在し且
つコンパレータの出力をインバータ27において反転し
た値に応じてオン又はオフとなるアナログスイッチ26
と、差動増幅器24の出力を平滑化する平滑回路28と
、を備えている。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a circuit that is configured in the controller and measures the inductance of the coils 16 and 17 and calculates the difference between the inductances. and connect their other ends to two resistors R1 and R with equal resistance values.
2 and a bridge circuit 20 connected via coil 16.
The oscillator 21 is connected between the coil 17 and the resistor R+, and the resistor R2 is connected to the non-inverting input terminal, and the coil 17 and the resistor Rt is connected to the inverting input terminal. amplifier 22, coil 16 and resistor R
, are connected to the inverting input terminal and the ground is connected to the non-inverting input terminal, and the comparator 23 is interposed between the output terminal of the differential amplifier 22 and the inverting input terminal of the differential amplifier 24. An analog switch 25 is provided between the output terminal of the differential amplifier 22 and the non-inverting input terminal of the differential amplifier 24, and the analog switch 25 is turned on or off depending on the output. analog switch 26 that turns on or off
and a smoothing circuit 28 that smoothes the output of the differential amplifier 24.

次に、本実施例の動作を説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.

今、操舵系が直進状態にあり、操舵トルクが零であるも
のとすると、入力軸2及び出力軸3間には相対回転は生
じないから、入力軸2と回転方向に一体となったフラン
ジ部9,10と、出力軸3の回転力がシャフト12を介
して伝達される円筒部材11.  リング13との間に
も相対回転は生じない。従って、突起9aと突起13a
とのラップ量S1と、突起10aと突起13bとのラッ
プ量S2とは、それぞれ50%の状態を維持する。
Now, assuming that the steering system is moving straight and the steering torque is zero, there is no relative rotation between the input shaft 2 and the output shaft 3. 9, 10, and a cylindrical member 11 to which the rotational force of the output shaft 3 is transmitted via the shaft 12. No relative rotation occurs with the ring 13 either. Therefore, the protrusion 9a and the protrusion 13a
The overlap amount S1 between the projection 10a and the projection 13b and the overlap amount S2 between the projection 10a and the projection 13b each maintain a state of 50%.

すると、コイル16のインダクタンス■、と、コイル1
7のインダクタンスI2とは等しくなるから、第4図に
示した回路において、ブリッジ回路20は平衡状態を維
持し、差動増幅器22の再入力には差が生じない。
Then, the inductance of coil 16 is
Since the inductance I2 of 7 is equal, in the circuit shown in FIG. 4, the bridge circuit 20 maintains a balanced state, and no difference occurs in the re-input of the differential amplifier 22.

よって、差動増幅器22の出力は零となり、その差動増
幅器24で増幅し、平滑回路28で平滑化しても、出力
は零となり、トルクは零であると判断される。
Therefore, the output of the differential amplifier 22 becomes zero, and even if it is amplified by the differential amplifier 24 and smoothed by the smoothing circuit 28, the output becomes zero and the torque is determined to be zero.

従って、コントローラで求められたトルクに応じた操舵
補助トルクをラック軸8に付与する操舵補助力付与装置
は作動しないから、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。
Therefore, the steering assist force applying device that applies a steering assist torque to the rack shaft 8 according to the torque determined by the controller does not operate, so no steering assist torque is generated, and the steering system maintains the straight-ahead state.

一方、ステアリングホイールを操舵して入力軸2に回転
力が生じると、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。
On the other hand, when a rotational force is generated on the input shaft 2 by steering the steering wheel, the rotational force is transmitted to the output shaft 3 via the torsion bar 4.

このとき、出力軸3には、転舵軸及び路面間の摩擦力や
、ラッ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側
が遅れる相対回動が発生する。
At this time, a resistance force corresponding to the frictional force between the steered shaft and the road surface, the frictional force of the rack and pinion type steering device, etc. is generated on the output shaft 3, so between the input shaft 2 and the output shaft 3,
When the torsion bar 4 is twisted, a relative rotation occurs with a delay on the output shaft 3 side.

すると、入力軸2と一体に回動するフランジ部9.10
間において、出力軸3の回転力がシャフト12を介して
伝達される円筒部材11が回転方向に変位するため、リ
ング13も回転方向に変位し、ラップ量S1及びS2が
変化する。
Then, the flange portion 9.10 that rotates together with the input shaft 2
During this period, the cylindrical member 11 to which the rotational force of the output shaft 3 is transmitted via the shaft 12 is displaced in the rotational direction, so the ring 13 is also displaced in the rotational direction, and the wrap amounts S1 and S2 change.

このとき、第3図に示すように、突起9a及び10aを
半ピツチずらして配置しているため、これらの間でリン
グ13が回転方向に変位すると、ラップ量SI及びS2
の一方は増大し、他方は減少し、その増減に従ってコイ
ル16及び17のインダクタンスI、及びI2が変化す
る。
At this time, as shown in FIG. 3, since the protrusions 9a and 10a are arranged half a pitch apart, when the ring 13 is displaced in the rotational direction between them, the amount of overlap SI and S2
One increases and the other decreases, and the inductances I and I2 of the coils 16 and 17 change accordingly.

ここで、例えば右回転方向のトルクが発生しているとき
にラップ量S1が増大しラップ量S!が減少するととも
に、左回転方向のトルクが発生しているときにラップ量
S、が減少しラップ量Szが増大するように構成してい
るものとすると、インダクタンス11及びI2は、第5
図に示すように、トルクが零の時点で交差する正反対の
特性となる。
Here, for example, when torque in the clockwise rotation direction is generated, the wrap amount S1 increases and the wrap amount S! Assuming that the configuration is such that the wrap amount S decreases and the wrap amount Sz increases when torque in the counterclockwise direction is generated, the inductances 11 and I2 are
As shown in the figure, the characteristics are exactly opposite and intersect when the torque is zero.

すると、コイル16及び17のインダクタンスに差が生
じるから、ブリッジ回路20の平衡状態が崩れ、差動増
幅器22の両人力に差が生じ、その差が差動増幅器22
で求められてアナログスイッチ25及び26に供給され
る。
Then, since a difference occurs in the inductance of the coils 16 and 17, the balanced state of the bridge circuit 20 is disrupted, and a difference occurs in the power of both the differential amplifiers 22.
and is supplied to analog switches 25 and 26.

ここで、差動増幅器22の出力は発振器21の周波数に
応じて正弦波となるが、本実施例では、差動増幅器22
の非反転入力の極性が正の場合には、コンパレータ23
の出力が論理値“0°”でインバータ27の出力が論理
値111”となるから、アナログスイッチ25がオフで
且つアナログスイッチ26がオンとなり、差動増幅器2
2の出力は差動増幅器24の非反転入力端子に供給され
るし、差動増幅器22の非反転入力の極性が負の場合に
は、コンパレータ23の出力が論理値“1 ++でイン
バータ27の出力が論理値゛′0”となるから、アナロ
グスイッチ25がオンで且つアナログスイッチ26がオ
フとなり、差動増幅器22の出力は差動増幅器24の反
転入力端子に供給されるため、差動増幅器24の出力は
、差動増幅器22の出力の絶対値になる。
Here, the output of the differential amplifier 22 becomes a sine wave depending on the frequency of the oscillator 21, but in this embodiment, the output of the differential amplifier 22
If the polarity of the non-inverting input of the comparator 23 is positive, the comparator 23
Since the output of the inverter 27 has a logical value of "0°" and the output of the inverter 27 has a logical value of "111", the analog switch 25 is off and the analog switch 26 is on, and the differential amplifier 2
The output of the comparator 23 is supplied to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 24, and when the polarity of the non-inverting input of the differential amplifier 22 is negative, the output of the comparator 23 is a logical value "1 ++" and the output of the inverter 27 is Since the output becomes the logical value "0", the analog switch 25 is on and the analog switch 26 is off, and the output of the differential amplifier 22 is supplied to the inverting input terminal of the differential amplifier 24, so the differential amplifier The output of 24 is the absolute value of the output of differential amplifier 22.

従って、平滑回路28の出力は、操舵トルクの方向及び
大きさに従って、リニアに変化する値となる。
Therefore, the output of the smoothing circuit 28 has a value that changes linearly according to the direction and magnitude of the steering torque.

そして、コントローラは、平滑回路28の出力に例えば
所定のゲインを乗じて操舵1−ルクを求め、その操舵ト
ルクが減少するように操舵補助力付与装置に制御信号を
出力する。
Then, the controller multiplies the output of the smoothing circuit 28 by, for example, a predetermined gain to obtain the steering 1-rook, and outputs a control signal to the steering assist force applying device so that the steering torque decreases.

すると、操舵系には、操舵トルクに応じた操舵補助トル
クが付与されたことになるから、操舵トルクは減少し、
操縦者の負担が軽減される。
Then, since a steering assist torque corresponding to the steering torque is applied to the steering system, the steering torque decreases.
The burden on the operator is reduced.

そして、本実施例では、トルクに応じて互いに逆方向の
出力を得るコイル16及び17を備えるとともに、それ
らの差を求める差動増幅器22の出力に基づいてトルク
を演算しているため、差動増幅器22の出力は、第6図
に示すように、コイル16又は17の単独の測定値より
も傾き(第5図参照)が大きくなるから、微小なトルク
の変化を、高精度に求めることができる。
In this embodiment, since the coils 16 and 17 are provided to obtain outputs in opposite directions depending on the torque, and the torque is calculated based on the output of the differential amplifier 22 which calculates the difference between the coils 16 and 17, the differential As shown in FIG. 6, the output of the amplifier 22 has a larger slope (see FIG. 5) than the individual measurement values of the coils 16 or 17, so it is possible to determine minute changes in torque with high precision. can.

その結果、トーションバー4を捩じれ易くすることなく
、即ち、装置の大型化や、入力軸2及び出力軸3間のト
ルク伝達特性の低下等を招くことなく、測定精度を向上
させることができる。このごとは、従来の装置と同等の
精度を、トーションバー4の短い小型の装置で実現でき
ることにもなる。
As a result, measurement accuracy can be improved without making the torsion bar 4 easy to twist, that is, without increasing the size of the device or deteriorating the torque transmission characteristics between the input shaft 2 and the output shaft 3. This also means that accuracy equivalent to that of conventional devices can be achieved with a small device with a short torsion bar 4.

また、インダクタンスI、及び1つの差を求めているた
め、例えば、コイル16及び17の周囲の温度が変動し
たり、或いは種々のノイズが発生して、それらインダク
タンス■、及び■、にトルクに無関係な変動が生じても
、それらはインダクタンス■1及びI2で同じ方向に表
れるから、それらの差を求めると相殺され、最終的な測
定値から除去されることになる。つまり、温度補償が行
われるとともに、ノイズにも強い装置となる。
In addition, since the inductance I and the difference in one are calculated, for example, the temperature around the coils 16 and 17 may fluctuate, or various noises may occur, and the inductances (I) and (II) may be unrelated to the torque. Even if such fluctuations occur, they appear in the same direction in the inductances 1 and I2, so when their difference is determined, they are canceled out and removed from the final measured value. In other words, the device is not only temperature compensated but also resistant to noise.

さらに、シャフト12と角溝30との軸方向の結合力を
なくし若しくは小さくし、且つ、円筒部材11を微小な
隙間をもって入力軸2に外嵌させているため、例えば入
力軸2に軸方向の力が加わっても、その力は、シャフト
12が角溝30内で進退することにより吸収されるので
、円筒部材11にはその軸方向の力の影響は伝達されず
、円筒部材11は、フランジ部9及び10間で適切な軸
方向位置を維持する。
Furthermore, since the axial coupling force between the shaft 12 and the square groove 30 is eliminated or reduced, and the cylindrical member 11 is externally fitted onto the input shaft 2 with a minute gap, for example, the input shaft 2 can be Even if a force is applied, the force is absorbed by the shaft 12 moving back and forth within the square groove 30, so the influence of the force in the axial direction is not transmitted to the cylindrical member 11, and the cylindrical member 11 Maintain proper axial position between parts 9 and 10.

つまり、本実施例の構成であれば、軸方向の力が加わっ
て、入力軸2及び出力軸3間の軸方向の相対位置が変化
しても、測定結果に影響は与えられず、トルクのみに応
じた出力が得られる。
In other words, with the configuration of this embodiment, even if an axial force is applied and the relative axial position between the input shaft 2 and the output shaft 3 changes, the measurement results are not affected, and only the torque is applied. You can get output according to the

また、円筒部材11が軸方向に変位しなければ、円筒部
材11とフランジ部9.lOとの間の摩擦抵抗も初期の
状態から変動することもないから、摩擦力増大による高
熱の発生や、シャフト12に加わる負担が増大してその
耐久性が低下してしまうような不具合もない。
Further, if the cylindrical member 11 is not displaced in the axial direction, the cylindrical member 11 and the flange portion 9. Since the frictional resistance between the shaft 12 and the shaft 12 does not change from its initial state, there are no problems such as high heat generation due to increased frictional force or increased load on the shaft 12 that reduces its durability. .

ここで、本実施例では、円筒部材11及びリング13が
可動部材に対応し、複数の突起9a及び複数の突起13
aが第1の磁気抵抗可変手段に対応し、複数の突起10
a及び複数の突起13bが第2の磁気抵抗可変手段に対
応し、コイル16及びこれを取り囲むホルダー15が第
1の測定手段に対応し、コイル17及びこれを取り囲む
ホルダー15が第2の測定手段に対応し、コントローラ
がトルク演算手段に対応する。
Here, in this embodiment, the cylindrical member 11 and the ring 13 correspond to the movable member, and the plurality of protrusions 9a and the plurality of protrusions 13
a corresponds to the first variable magnetic resistance means, and a plurality of protrusions 10
a and the plurality of protrusions 13b correspond to the second variable magnetic resistance means, the coil 16 and the holder 15 surrounding it correspond to the first measuring means, and the coil 17 and the holder 15 surrounding it correspond to the second measuring means. The controller corresponds to the torque calculation means.

なお、上記実施例では、本発明に係るトルクセンサを、
車両用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
のではない。
In addition, in the above embodiment, the torque sensor according to the present invention is
Although the case where the present invention is applied to a power steering device for a vehicle has been described, the present invention is not limited to this.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、装置の大型化や
回転軸間のトルク伝達特性の低下等を招くことなく、測
定精度を向上させることができるとともに、軸方向の力
により測定結果が変動してしまうような不具合がないと
いう効果がある。
As explained above, according to the present invention, measurement accuracy can be improved without increasing the size of the device or deteriorating the torque transmission characteristics between rotating shafts, and the measurement results can be improved by the axial force. This has the effect that there are no defects that would cause fluctuations.

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

第1図は本発明の一実施例の構成を示す断面図、第2図
は第1図のA−A線断面図、第3図は磁気抵抗を変化さ
せる部分の展開図、第4図はコイルのインダクタンスを
測定する回路の一例を示す回路図、第5図はトルクとコ
イルのインダクタンスとの関係を示すグラフ、第6図は
トルクとインダクタンスの差との関係を示すグラフであ
る。 2・・・入力軸(第1の回転軸)、3・・・出力軸(第
2の回転軸)、4・・・トーションバー(弾性部材)、
9・・・フランジ部(第1のフランジ部)、10・・・
フランジ部(第2のフランジ部)、9a、10a。
Fig. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A in Fig. 1, Fig. 3 is a developed view of the part that changes magnetic resistance, and Fig. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a circuit for measuring coil inductance, FIG. 5 is a graph showing the relationship between torque and coil inductance, and FIG. 6 is a graph showing the relationship between torque and inductance difference. 2... Input shaft (first rotating shaft), 3... Output shaft (second rotating shaft), 4... Torsion bar (elastic member),
9... flange part (first flange part), 10...
Flange portion (second flange portion), 9a, 10a.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)同軸に配設された第1及び第2の回転軸と、これ
ら第1及び第2の回転軸を連結する弾性部材と、前記第
1の回転軸と一体に回転し且つ軸方向に離隔した第1及
び第2のフランジ部と、これら第1及び第2のフランジ
部間に配設され且つ前記第1の回転軸回りに回転変位可
能な可動部材と、前記第1及び第2の回転軸と平行であ
って一端側は前記第2の回転軸に結合され他端側は前記
可動部材に結合され且つそれら結合部位の少なくとも一
方の軸方向の結合力が前記可動部材と前記第1の回転軸
との軸方向の結合力よりも小さい回転力伝達軸と、前記
第1の回転軸及び前記可動部材間の相対回転変位に応じ
て前記第1のフランジ部及び可動部材間の磁気抵抗を変
化させる第1の磁気抵抗可変手段と、前記第1の回転軸
及び前記可動部材間の相対回転変位に応じて前記第1の
磁気抵抗可変手段とは逆の方向に前記第2のフランジ部
及び可動部材間の磁気抵抗を変化させる第2の磁気抵抗
可変手段と、前記第1のフランジ部及び前記可動部材間
の磁気抵抗を測定する第1の測定手段と、前記第2のフ
ランジ部及び前記可動部材間の磁気抵抗を測定する第2
の測定手段と、これら第1及び第2の測定手段の測定結
果の差に基づいて前記第1及び第2の回転軸に伝達され
たトルクを演算するトルク演算手段と、を備えたことを
特徴とするトルクセンサ。
(1) First and second rotating shafts disposed coaxially, an elastic member connecting the first and second rotating shafts, and an elastic member that rotates integrally with the first rotating shaft and axially extends. first and second flange portions separated from each other; a movable member disposed between the first and second flange portions and rotatable about the first rotation axis; It is parallel to the rotation axis, one end side is connected to the second rotation axis, and the other end side is connected to the movable member, and the axial coupling force of at least one of these coupling parts connects the movable member and the first magnetic resistance between the first flange portion and the movable member according to the relative rotational displacement between the rotational force transmission shaft and the first rotation shaft and the movable member, which is smaller than the axial coupling force with the rotation shaft of the a first variable magnetic resistance means for changing the magnetic resistance; and a second flange portion that moves in a direction opposite to the first variable magnetic resistance means in accordance with a relative rotational displacement between the first rotating shaft and the movable member. and a second variable magnetic resistance means for changing the magnetic resistance between the movable members, a first measuring means for measuring the magnetic resistance between the first flange portion and the movable member, the second flange portion, and a second measuring magnetic resistance between the movable members;
and torque calculating means for calculating the torques transmitted to the first and second rotating shafts based on the difference between the measurement results of the first and second measuring means. torque sensor.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19542405A1 (en) * 1994-11-14 1996-05-15 Nsk Ltd Rotational force sensor with coil irregularity detector, for vehicle servo steering unit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19542405A1 (en) * 1994-11-14 1996-05-15 Nsk Ltd Rotational force sensor with coil irregularity detector, for vehicle servo steering unit
DE19542405C2 (en) * 1994-11-14 1999-06-17 Nsk Ltd Torque sensor

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