JPH05126656A - 漏れ磁束トルク感知装置とその組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 漏れ磁束トルク感知装置の組立時における強
磁性要素（１１，２８）の整合の困難性を克服すると同
時に、その関連コイル（３３，３４）を入出力両軸
（６，１８）組立体の周囲に配置されるコイルホルダ
（１２）の配列方式を、トルクが高感度を以て測定され
ることを可能にするように改善する。 【構成】 コイルホルダ（１２）がハウジング（１０）
の内部にその同心ユニットとして固定され、そしてハウ
ジング（１０）が玉軸受（７，２０）の助けによって入
出力両軸（６，１８）上に組立てられ、従ってコイルホ
ルダ（１２）は入出力両組立体の周囲に無接触且つ同心
に位置されるとともに、回転の対称性が改善されるよう
に構成し、かくしてドライブコイル及び感知コイルが、
及ぼされたトルクに応答して、強磁性要素（１１，２
８）間の不連続区域における漏れ磁束の変化を測定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般的にトルク感知手段
及び特に漏れ磁束トルク感知励起手段であって、ハウジ
ングと、入力軸と、出力軸と、前記入力軸と出力軸との
間のトルク伝達部材とを設けられ、そして前記入力軸と
出力軸との組立体の周囲に取付けられた２個の強磁性要
素にしてそれらの対応部分が互いに対向する相互差込関
係に保たれてそれらの間に途切れ部を画成するものと、
前記入力軸が規定角度回転以上したのち該入力軸に直接
に前記出力軸を連結するための関連から動き結合手段
と、及ぼされたトルクに応答して前記トルク伝達部材が
前記規定角度より小さい角度に亙って回転するとき前記
不連続区域における漏れ磁束の変化を測定するための少
なくともドライブおよび感知コイルを有するコイルホル
ダとを有するものに係る。そのようなトルク感知装置は
米国特許第４８７６８９９号から知られる。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】前記タ
イプのトルク感知装置は自動車のかじ取ハンドル柱に作
用するトルクを検知するため在来かじ取ハンドル組立体
において有利に使用され得る。前記装置はかじ取ハンド
ル柱に対し規定トルク強化を加えるようにアクチュエー
タを駆動するためトルクに対応する制御信号を発生す
る。前記米国特許から知られるトルク感知装置は一次ト
ルクが加えられるとき限定範囲まで回転し得るトルク伝
達部材即ち棒ばねを有し、そしてそれは規定角度回転し
たのち係合する空動結合手段を有し、従って、この時点
においてそれは及ぼされたいかなる追加トルクをも直接
に伝達し、それと同時に、棒ばねを損傷しないように保
護し得る。この既知のトルク感知装置においては、漏れ
磁束設計は、ドライブおよび感知回路によって磁界を及
ぼしそして、棒ばねの回転に伴って、前記途切れ部に生
じる漏れ磁束の変化を検知するように使用される。空動
結合手段がトルク伝達部材に追加されそして、しばし
ば、規定回転量ののちこの手段の対応他部分と係合する
突出部分を設けられる。トルク伝達部材および空動結合
手段の周囲には、少なくとも１個のドライブコイルと１
個の感知コイルとを有するコイルホルダが取付けられ
る。前記米国特許におけるドライブおよび感知コイルの
場合、単一の一次コイルが使用されてドライビング即ち
励起磁界を形成し、一方、２個の差動的に接続された二
次コイルが使用されて漏れ磁束の変化を感知する。この
既知のトルク感知装置に関する一問題は、入力軸および
出力軸が、棒ばねが適所に取付けられる以前にコイルホ
ルダ内に強磁性要素が組付けられた状態で据付けられな
くてはならないことである。前記取付作業が遂行されて
いるとき、コイルホルダは、勿論、強磁性要素のまわり
に配置されているから、片方で強磁性要素にも注意を払
うことは可能でない。その結果として、強磁性要素を精
密に整合することはほとんど不可能である。従って、決
定的な整合および組立てが達成され得るまで、トルク感
知装置は何回も何回も分解されなくてはならない。

【０００３】本発明の一目的はこの問題を無くすると同
時にその関連コイルを入出力両軸組立体の周囲に配置さ
れたコイルホルダの配列方式であってトルクが高感度を
以て測定されることを可能にするものを提供することで
ある。

【０００４】

【課題を解決する手段】これは既に言及されたタイプの
本発明に従うトルク感知装置において、コイルホルダが
ハウジングの内側にその同心のユニットとして固定さ
れ、そしてハウジングが軸受の助けによって入出力両軸
上に取付けられ、従ってコイルホルダは入出力両軸組立
体の周囲に無接触且つ同心に位置され得るとともに、改
善された回転の対称性が得られる事実によって達成され
る。

【０００５】本発明に従うこの実施例において、回転の
対称性を有するハウジングは、コイルのための同心取付
場所を構成し、従ってそれらはほとんど完全な軸方向整
合関係に保たれる。玉軸受によるハウジングの支持によ
って、コイルホルダは軸の中間周囲に完全に同心に位置
される。その結果として、このコイルホルダとその関連
コイルは軸組立体及び強磁性要素と決して接触しない。
これは真の無接触トルク感知装置である。摩擦に起因す
る摩耗は生じ得ない。摩擦の無いこと、または実質的に
より少ないこと、はヒステリシスに関して有利な効果を
有する。

【０００６】両軸組立体における２個の強磁性要素即ち
ターゲットの組付けおよび精密な整合ののち、これはコ
イルホルダがそこに既に存在するハウジング内に配置さ
れる。そうすることによって、大量の時間が組立間に節
約され得、それと同時に強磁性要素の整合に関してより
大きな精密性が得られる。かつまた、この組立手順によ
れば、２個の強磁性要素即ちターゲットはユニットとし
て取付けられそして軸への組付けののちに切断分離され
得る。これについては後に説明する。

【０００７】本発明は以下において添付図面を参照して
提示実施例によってより詳細に説明されるであろう。

【０００８】

【実施例】図１の（Ａ）に示されるトルク感知装置にお
いて、６は入力軸、１８は出力軸、１０はハウジング、
４はトルク伝達部材即ち棒ばね、１２はドライブコイル
および感知コイルを配されたコイルホルダ、そして１
１，２８は２個の強磁性要素またはターゲットをそれぞ
れ表す。さらに、２６はねじ、８は保護キャップ、７は
玉軸受、１４は管、１７は止ねじ、１６．１，１６．２
は２個の伝導管、９はキーピン、１３は止ねじ、１５は
針軸受、１９はガスケット、２０は玉軸受、２５はスペ
ーサーリング、２２は保持リング、２３は充填リング、
２４は保護キャップ、３は電線、２は電線クランプ、１
はねじ、５はピン結合部材、２９は前記トルク伝達部材
および空動連結手段を入力軸および出力軸に固定するた
めの止ねじをそれぞれ表す。

【０００９】それを横切って入力軸６の端と出力軸１８
の端とが互いに面する、図１の（Ａ）にＣを以て表され
る間隔は、例えば、０．３mmから０．５mmの寸法を有す
る。図２はこれら軸が、それらが組立時に遊隙を残して
互いに結合されそして、空動結合または連結手段を構成
するとき、終端する様態を図示する。入力軸６と出力軸
１８はここでは図示されない棒ばね４および管１４を方
位する。寸法Ａと寸法Ｂは僅かに異なり、従って機械的
ストップ４０は若干の遊隙を残してストップ４１と係合
する。これは入力軸６が、出力軸１８が連結されて入力
トルクが伝達される前に、中点から例えば＋／−３５°
回転することを可能にする。

【００１０】本発明の実施例に従って、強磁性要素１
１，２８を備えた軸組立体が据付けられる前に、コイル
ホルダ１２は回転対称性のハウジング１０の内側に同心
的に取付けられてそれと一緒にユニットを形成する。従
って、コイルホルダ１２は組合わされたコイルと共にほ
とんど完全な軸方向整合状態に保たれる。強磁性要素１
１，２８は初めに入力軸と出力軸とに取付けられそして
精密に位置される。

【００１１】２個の強磁性要素１１，２８が組付けられ
るとき、それらは軸組立体のまわりに各個に独立して固
定されそして相互に調整される。また、図３に示される
ように、それらは軸組立体のまわりにユニットとして取
付けられ得る。取付後、それらはａ点とｂ点とにおいて
切断分離され得る。そうすることによって、整合の諸問
題が回避される。次に、完全な軸組立体が既にコイルホ
ルダ１２が存在するハウジング１０内に配置される。こ
のことはコイルと軸組立体との間に接触が無いことを保
証する。これは、従って、真の無接触コンバータであ
る。

【００１２】軸組立体の周囲に取付けられた２個の導電
管１６．１および１６．２は磁束が強磁性要素１１、２
８を通って走るように強いられ従ってこれら要素におけ
るこれら磁束線の集中度を増すように磁界を仕切るのに
役立つ。

【００１３】コイルホルダ１２はハウジング１０内に配
置されそして該ハウジング１０は玉軸受７，２０によっ
て軸上に支持されるから、コイルホルダ１２は軸の中間
部の周囲にほとんど完全な同心性を以て位置される。そ
の結果として、このコイルホルダ１２は両軸および強磁
性要素と決して接触しない。

【００１４】さらに、本実施例において、ハウジング１
０はコイルホルダ１２を取巻く閉路巻線として機能す
る。ハウジング１０は閉路として構成されそして回転に
おいて対称であるから、ハウジング１０に相対する軸の
回転の結果としての漏れ磁束の変化はあり得ない。これ
は前に引用された特許において示されるシートメタルジ
ャケットを有する実施例には無い利点である。該特許の
場合、軸の回転に起因する変化が生じる。従って、本発
明に従う実施例の動的性能は改良されている。これと同
時に、ハウジング１０は外部磁界及び電界に対するシー
ルドとして働く。

【００１５】図４の（Ａ）は図１の（Ａ）のトルク感知
装置の一修正型の縦断面図を示す。この修正型において
は、出力軸１８と棒ばね４は１個のユニットを構成す
る。その結果として、針軸受１５は排除され得る。この
修正型の利点は、必要とされる構成部品がより少ないこ
と、出力軸と棒ばねとの間の困難な連結が無いこと、そ
して前記部品間の遊隙はもはやあり得ないことである。

【００１６】この修正型においては、入力軸６における
半径方向荷重は図１の（Ａ）における玉軸受７に代わる
針軸受４５によって担持される。出力軸における半径方
向荷重は、玉軸受２０および図示されない他のピニオン
軸受によって担持される。該ピニオン軸受は、一般的に
言えば、位置４６に固定され、そこにおいて、それは出
力軸１８に結合されたピニオン４８を支持する。この修
正型のもう一つの利点は、強磁性要素１１，２８の合計
軸方向長さが３４mmから２６mmに短縮されることであ
る。図４の（Ａ）はまたプリント（ｐｒｉｎｔ）４７が
コイルホルダ１２のヘッド方向側においてドライブおよ
び感知回路を取付けられる方式をも示す。図４の（Ｂ）
においては、図２のそれと同じように説明概略図が、入
力軸６と出力軸１８が組立時に遊隙を残して合体される
ときそれらの端が空動結合手段または連結手段を構成す
る態様を図示する。

【００１７】図５は本発明に従う装置において有利に使
用されるドライブおよび感知回路の電気的概略図を示
す。ここで、３１はドライブ電流を生じさせる信号発生
器、３２はコイル組立体、３５は同期検波器、３６は平
均器、そして３７はコンデンサをそれぞれ表す。最先端
技術に従う設計から、発振器を一次ドライブコイルに接
続しそして２個の差動的に接続されたピックアップ即ち
感知コイルを使用することは一般的知識の範囲内に属す
る。そのような一実施例においては、コイルの常時存在
する寄生容量が一次コイルの最高ドライブ即ち励起周波
数を決定する。寄生容量を最小限化するためのそのよう
なコイルの最適化は、巻線が相互に接触してはならない
から高費用を要する。従って、スペーサが巻線間に存在
しなくてはならない。さらに、２個の二次コイルの寄生
容量は決して同じでなく、そしてそのような差は両二次
コイルからの信号間に位相オフセットを生じさせ、結果
的に差信号を歪ませる。読出しのためそのようなコイル
組立体に接続される同期検波器は前に説明されたエラー
源に極めて過敏である。

【００１８】本発明の他の一局面に従って経済的なコイ
ルを成功的に使用するためには、他の励起方法が使用さ
れる。本発明に従えば、電流は前記一次コイル３３によ
って励起される。前記一次コイル３３は反対方向に巻か
れそして直列に接続された２個の一次コイルハーフから
構成される。このような設計によれば、２個の二次コイ
ルハーフにおいて発生される磁界間に位相オフセットは
生じない。換言すると、主磁界は互いに対向して位置す
る。僅少のリプルが残るにすぎない。したがって、単一
の二次コイル３４は励起が行われるコイルの寄生容量に
よって作用されない磁界を測定する。同期検波器３５の
ために要求される同期信号は、電流が流れそして一次コ
イル３３と直列に接続されたコンデンサ３７を通じて電
位をピックアップすることによって得られる。前記コン
デンサ３７を通じる電位は一次コイル３３の磁束に相対
して位相において９０°回転される。無荷電一次コイル
によっては、同期信号と測定信号との間に位相回転は生
じない。しかし、実際においては、僅少の位相回転が一
次コイルの寄生容量および該一次コイルの荷電の結果と
して生じる。しかし、この位相回転は追加励起の場合に
おける両二次コイルからの信号間の位相オフセットに比
して極めてより小さい効果を有するにすぎない。

【００１９】原則的に同期信号と差信号との間には位相
オフセットは生じないという事実は、より高いドライブ
周波数で働くことが可能であることを意味する。この結
果として感知装置全体のための応答時間がより短くな
る。最新式の先行技術においては、例えば、６ｋＨｚま
でのドライブ周波数が使用されるが、本発明に従う実施
例は６０ｋＨｚまでのドライブ周波数で働くことが可能
である。

【００２０】図５において、右側に、ｋｇ．ｍ．に基く
入力トルクの関数としてドライブおよび感知回路のｍＶ
に基く出力電圧のグラフが示される。屈曲点は空動連結
手段が一方向においてそして他方向において係合するこ
とを示す。

【００２１】前記トルク感知装置は、既に言及されたご
とく、自動車のかじ取装置に特別の用途を見いだし得
る。例えば、小型車の場合において、駐車時に補助を有
することが望まれる。従って、綜合エネルギ付与系統は
前記トルク感知装置、処理ユニット及び電動機から構成
される。低速時においては、電動機がトルク感知装置か
らの信号によって制御され、そしてこの電動機は特別の
動力をかじ取装置に供給する。アクチュエータとして電
動機を使用することに代えて、燃焼発動機または電動機
によって駆動されるポンプが使用され得る。また、低速
とは別に、前記系統は自動車速度から独立して調整を提
供するように連続運転で使用され得る。この場合、勿
論、安全に関してより厳格な要求が為されるであろう。

【００２２】以上の説明に鑑み、本発明の幾つかの目的
が達成されそしてその他の有利な結果が得られることが
理解されるであろう。

【００２３】様々な修正が上述構造に関して本発明の範
囲から逸脱することなしに恐らく為され得るから、以上
の説明に含まれまたは添付図面に示されたすべての事項
は、制限的意味においてではなく、単に解説的なものと
して解釈さるべきであることが意図される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明に従うトルク感知装置の縦断面
図、（Ｂ）は（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿って切られた横断面
図。

【図２】空動連結手段の斜視図。

【図３】平面図に投影された強磁性要素を示す図面。

【図４】（Ａ）は図１の装置の一修正型の縦断面図、
（Ｂ）は該修正型の空動連結手段の斜視図。

【図５】図１に見られるトルク感知装置に関連するドラ
イブ及び感知回路の線図。

【符号の説明】

４ 棒ばね ６ 入力軸 １０ ハウジング １１ 強磁性要素 １２ コイルホルダ １８ 出力軸 ２８ 強磁性要素 ３２ コイル組立体 ３３ 一次コイル ３４ 二次コイル ３５ 同期検波器 ４０ ストップ ４１ ストップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルジヤン エイ．コーリング オランダ国ケイシー エンスケデ，スクマ ンラーン ５ (72)発明者 ダニエル バント ベーン オランダ国エツチエヌ ボルネ，ロジエ 52

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気的トルク励起を共なう手動かじ取ハ
   ンドル制御のための漏れ磁束トルク感知装置であって、
   ハウジングと、入力軸と、出力軸と、前記入力軸と出力
   軸との間のトルク伝達部材とを設けられ、そして前記入
   力軸と出力軸との組立体の周囲に取付けられた２個の強
   磁性要素にしてそれらの対応する部分が互いに対向する
   相互差込関係に保たれてそれらの間に途切れ部を画成す
   るものと、前記入力軸が規定角度以上回転したのちには
   該入力軸に直接に前記出力軸を連結する関連から動き結
   合手段と、加えられたトルクに応答して前記トルク伝達
   部材が前記規定角度より小さい角度に渡って回転してい
   るとき前記途切れ部における漏れ磁束の変化を測定する
   ために少なくともドライブおよび感知コイルを有するコ
   イルホルダとを有するものにおいて、前記コイルホルダ
   が前記ハウジングと一体で同心のユニットとして前記ハ
   ウジング内に取付けられ、そして前記ハウジングが軸受
   を介して前記入力軸および出力軸上に支持され、それに
   より前記コイルホルダが前記入力軸と出力軸との組立体
   の周囲に無接触且つ同心に位置決めされ、そして改善さ
   れた回転の対称性が得られることを特徴とする漏れ磁束
   トルク感知装置。
2. 【請求項２】 電気的トルク励起による手動かじ取ハン
   ドル制御のための漏れ磁束トルク感知装置であって、ハ
   ウジングと、入力軸と、出力軸と、前記入力軸と出力軸
   との間のトルク伝達部材とを設けられ、そして前記入力
   軸と出力軸との組立体の周囲に取付けられた２個の強磁
   性要素にしてそれらの対応部分が互いに対向する相互差
   込関係に保たれてそれらの間に途切れ部を画成するもの
   と、前記入力軸が規定角度以上回転したのちには該入力
   軸に直接に前記出力軸を連結するための関連から動き結
   合手段と、加えられたトルクに応答して前記トルク伝達
   部材が前記規定角度より小さい角度に渡って回転すると
   き前記途切れ部における漏れ磁束の変化を測定するため
   の少なくともドライブおよび感知コイルを有するコイル
   ホルダとを有するものを組立てる方法であって、前記コ
   イルホルダが前記入力軸と出力軸との組立体の周囲に無
   接触且つ同心に位置決めされて改善された回転の対称性
   が得られるように、前記コイルホルダを前記ハウジング
   と一体で同心のユニットとして前記ハウジング内に取付
   け、そして前記ハウジングを軸受を介して前記入力軸お
   よび出力軸上に支持する過程を含むことを特徴とする漏
   れ磁束トルク感知装置を組立てる方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載される方法において、前
   記トルク伝達部材の強磁性要素が部品が互いに結合され
   ている一つのユニットとして形成され、先ず前記入力軸
   と出力軸との組立体の周囲に取付けられ、そのあとで前
   記強磁性要素が互いから切り離されて途切れ部を形成す
   ることと、次いで完全な組立体が前記コイルホルダと共
   に前記ハウジング内側に配置されることとを特徴とする
   漏れ磁束トルク感知装置を組立てる方法。