JPH0587544U - 磁歪式トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一の励磁および検出コイルと他の励磁および
検出コイルとの間に磁気干渉が生じるのを防止し、トル
クの検出感度を向上する。 【構成】 コア部材２１の内周側に、各コイル９，１０
間のほぼ中間に位置して環状の取付溝２２を形成し、該
取付溝２２内に銅等の導電性材料からなるリング部材２
３を取付ける構成とした。そして、各コイル９，１０か
らの磁束Ｆ1 がリング部材２３の内周側を通過すると、
該リング部材２３に磁束Ｆ1 の磁束変化率等に応じた起
電力が誘起され、磁束Ｆ1 とは逆向きの磁束Ｒ1 が発生
する。これにより、磁束Ｆ1 は、この逆向きの磁束Ｒ1
によって打消され、各コイル９，１０の各磁気回路Ｍ1
，Ｍ2 が分離して互いに独立する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば自動車用エンジンの出力軸等に発生するトルクを検出するの に用いて好適な磁歪式トルクセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

図２および図３に従来技術による磁歪式トルクセンサを自動車用エンジンのト ルク検出に用いた場合を例に挙げて示す。

【０００３】 図において、１は自動車の車体（図示せず）に固定された筒状のケーシング、 ２は該ケーシング１内に軸受３，３を介して回転自在に配設され、例えばプロペ ラシャフト、アウトプットシャフト、ドライブシャフトをなす磁歪シャフトをそ れぞれ示し、該磁歪シャフト２は、例えばクロムモリブデン鋼等の正磁歪材料か ら円柱状に形成され、その軸方向中間部はセンサ部２Ａとなっている。

【０００４】 ここで、前記磁歪シャフト２のセンサ部２Ａの外周面には、下向き４５°の角 度をもって刻設された多数の一側スリット溝４，４，…と、該各一側スリット溝 ４に対向して位置し、上向き４５°の角度をもって刻設された多数の他側スリッ ト溝５，５，…とが設けられている。

【０００５】 ６は磁歪シャフト２のセンサ部２Ａ外周側を取囲むようにしてケーシング１の 内周側に設けられ、フェライト等の磁性材料から段付筒状に形成された単一のコ ア部材を示し、該コア部材６の内周側には、左右に離間して位置し、後述の一側 コイルボビン７，他側コイルボビン８を収容するボビン収容部６Ａ，６Ａと、該 各ボビン収容部６Ａ間に位置して径方向内向きに伸長するセンタ脚部６Ｂと、コ ア部材６の軸方向両端側から径方向内向きに伸長し、センタ脚部６Ｂの１／２程 度の厚みをもって形成されたサイド脚部６Ｃ，６Ｃとが設けられている。また、 該コア部材６の各脚部６Ｂ，６Ｃと磁歪シャフト２のセンサ部２Ａとの間には、 例えば１ｍｍ程度のエアギャップδが形成されている。

【０００６】 ７，８はコア部材６の各ボビン収容部６Ａ内に設けられた一側コイルボビン， 他側コイルボビン、９，１０は該各コイルボビン７，８に巻回された励磁および 検出コイルとしての一側コイル，他側コイルをそれぞれ示し、該各コイル９，１ ０は、調整抵抗と共にブリッジ回路に形成され、発振器および差動増幅器等から なる検出回路（いずれも図示せず）に接続されている。ここで、該各コイル９， １０は、前記発振器からの高周波電圧により励磁されて磁束を発生する励磁コイ ルと、磁歪シャフト２のセンサ部２Ａ内を流れる磁束を検出する検出コイルとを 兼ねて構成され、互いに同一方向の磁束を発生するように巻回されている。

【０００７】 なお、１１，１１はコア部材６をケーシング１の内周側に固定するＣリング、 １２，１２は磁歪シャフト２をケーシング１の両端側に固定する他のＣリングで ある。

【０００８】 従来技術による磁歪式トルクセンサは上述の如き構成を有するもので、各コイ ル９，１０に検出回路の発振器から交流電圧を印加すると、例えば図３中に二点 鎖線で示す如く、該各コイル９，１０から同一の方向に向けて磁束が発生し、こ の磁束は、コア部材６の各脚部６Ｂ，６Ｃからエアギャップδを介して磁歪シャ フト２のセンサ部２Ａ内に所定の表皮深さ分だけ侵入する。そして、この磁束は 、該センサ部２Ａ内を各スリット溝４，５に沿って流れつつ、センサ部２Ａから エアギャップδを介してコア部材６内に還流し、これにより、各コイル９，１０ に対応した磁気回路Ｍ1 ，Ｍ2 が互いに独立した状態で形成される。

【０００９】 次に、磁歪シャフト２の一端側に図２に示す如く、反時計方向のトルクＴが加 えられると、一側スリット溝４に沿って引っ張り応力＋σが発生すると共に、他 側スリット溝５に沿って圧縮応力−σが発生する。これにより、一側スリット溝 ４側の磁歪シャフト２の透磁率は引っ張り応力＋σにより大きくなって磁気抵抗 が減少し、一方、他側スリット溝５側の透磁率は圧縮応力−σにより小さくなっ て磁気抵抗が大きくなる。この結果、一側コイル９は自己インダクタンスが増大 し、他側コイル１０は自己インダクタンスが減少するため、ブリッジ回路の平衡 が崩れ、差動増幅器にトルクＴに応じた出力電圧が現われる。

【００１０】 また、これとは逆に、磁歪シャフト２の一端側に時計方向のトルクを加えたと きは、一側スリット溝４に沿って圧縮応力−σが生じて透磁率が小さくなり、他 側スリット溝５に沿って引っ張り応力＋σが生じて透磁率が大きくなるから、一 側コイル９の自己インダクタンスが減少し、他側コイル１０の自己インダクタン スが増大して、差動増幅器に逆向きのトルクに応じた電圧が現われる。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述した従来技術による磁歪式トルクセンサでは、単一のコア部材 ６を用い、該コア部材６内に各コイル９，１０を収容する左右一体構造とするこ とにより、コア部材６の特性を均一化している。しかし、各コイル９，１０で生 じる磁束の流れが同一方向で、コア部材６が左右一体構造であるから、図３中に 示す如く、磁歪シャフト２のセンサ部２Ａ内に磁束Ｆ1 ，Ｆ1 が生じ、該コア部 材６内にも磁束Ｆ2 ，Ｆ2 が発生する。

【００１２】 このため、上述した従来技術によるものでは、各磁束Ｆ1 ，Ｆ2 によって各コ イル９，１０の磁気回路Ｍ1 ，Ｍ2 に磁気干渉が生じ、トルクの検出感度が大幅 に低下するという問題がある。また、トルク検出感度が低下するため、車両の温 度等によって生じるノイズの影響を受け易くなり、検出精度、信頼性等が大幅に 低下するという問題がある。

【００１３】 一方、上述した磁気干渉を解消すべく、各コイル９，１０間の距離を大きくし て各磁束Ｆ1 ，Ｆ2 を低減することも考えられるが、この場合には、コア部材６ の軸方向長さ寸法が大きくなってしまい、磁歪式トルクセンサ自体が大型化して 、取付けの自由度、使い勝手等が大幅に低下するという問題がある。

【００１４】 さらに、コア部材６を、一側コイル９を収容する一側コア部材と、他側コイル １０を収容する他側コア部材とに分割し、該一側コア部材と他側コア部材との間 に樹脂材料等の非磁性材料または高導電率非磁性体を介在させることにより、磁 気干渉を防止する左右分離構造とし、磁歪シャフト２の磁束Ｆ1 ，Ｆ1 を低減さ せることも考えられる。しかし、この場合には、コア部材６が分割構造となるた め、特性にバラツキが生じてしまい、検出精度が低下するばかりか、部品点数が 増大するから、組立て作業等の作業効率が大幅に低下し、製品の管理作業が煩雑 化するという問題がある。

【００１５】 本考案は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、一の励磁および検出 コイルと他の励磁および検出コイルとの間に磁気干渉が生じるのを効果的に防止 でき、トルクの検出感度を向上できるようにした磁歪式トルクセンサを提供する ことを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

上述した課題を解決するために、本考案が採用する構成の特徴は、コア部材の 内周側および外周側のうち少なくともいずれか一方に、各励磁および検出コイル 間に位置して、導電性材料からなるリング部材を設けたことにある。

【００１７】

【作用】

上記構成により、各励磁および検出コイルで発生した磁束が導電性材料からな るリング部材を通過すると、該リング部材にこの磁束に応じた起電力が誘起され 、これにより、この磁束とは逆向きの磁束が発生し、該各励磁および検出コイル からの磁束が打消される。

【００１８】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図１に基づき説明する。なお、実施例では前述した図 ２および図３に示す従来技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を 省略するものとする。

【００１９】 図中、２１は磁歪シャフト２のセンサ部２Ａ外周側を取囲むようにしてケーシ ング１の内周側に設けられ、フェライト等の磁性材料から段付筒状に形成された コア部材を示し、該コア部材２１には、従来技術で述べたコア部材６とほぼ同様 に、ボビン収容部２１Ａ，２１Ａ、センタ脚部２１Ｂ、サイド脚部２１Ｃ，２１ Ｃが設けられている。しかし、本実施例によるコア部材２１の内周側には、一側 コイル９と他側コイル１０とのほぼ中間に位置して、後述のリング部材２３が取 付けられる環状の取付溝２２が形成されている点で従来技術によるコア部材６と 異なる。

【００２０】 ２３は取付溝２２内に取付けられたリング部材を示し、該リング部材２３は例 えば銅、金、銀、またはこれらの合金等の導電性材料から環状に形成されたもの である。そして、該リング部材２３は、各コイル９，１０からの磁束Ｆ1 ，Ｆ1 がその内周側を通過すると、起電力が誘起され、この磁束Ｆ1 ，Ｆ1 とは逆向き の磁束Ｒ1 ，Ｒ1 を発生させるものである。

【００２１】 本実施例による磁歪式トルクセンサは上述の如き構成を有するもので、その基 本的な作動については従来技術によるものと格別差異はない。

【００２２】 然るに、本実施例による磁歪式トルクセンサでは、コア部材２１の内周側に、 各コイル９，１０間に位置して環状の取付溝２２を形成し、該取付溝２２内に銅 等の導電性材料からなるリング部材２３を取付ける構成としたから、各コイル９ ，１０からの磁束Ｆ1 がリング部材２３の内周側を通過すると、該リング部材２ ３に各磁束Ｆ1 の磁束変化率等に応じた起電力が誘起され、各磁束Ｆ1 とは逆向 きの磁束Ｒ1 が発生する。

【００２３】 この結果、各コイル９，１０による磁束Ｆ1 をリング部材２３で発生させた逆 向きの磁束Ｒ1 によって効果的に打消すことができ、各コイル９，１０の各磁気 回路Ｍ1 ，Ｍ2 を分離せしめ、互いに独立させて、磁気干渉が生じるのを防止す ることができ、トルクの検出感度、信頼性等を大幅に向上することができる。

【００２４】 即ち、磁歪シャフト２のセンサ部２Ａに生じる磁束Ｆ1 を逆向きの磁束Ｒ1 で 打消し、該磁歪シャフト２上で磁気分離することにより、コア部材２１内に該磁 束Ｆ1 と対応する従来技術で述べた磁束Ｆ2 が発生するのを確実に防止して、コ ア部材２１内でも磁気分離せしめ、各磁気回路Ｍ1 ，Ｍ2 を左右に分離すること ができる。

【００２５】 また、リング部材２３によって磁気回路Ｍ1 ，Ｍ2 の磁気干渉を効果的に防止 できるから、各コイル９，１０間の距離を短くすることが可能となり、コア部材 ６の軸方向の長さ寸法を小さくして、磁歪式トルクセンサ全体のコンパクト化を 図ることができ、取付けの自由度等を大幅に向上することができる。

【００２６】 なお、前記実施例では、コア部材２１の内周側にリング部材２３を設ける場合 を例示したが、本考案はこれに限らず、例えば図１中に二点鎖線で示す如く、コ ア部材２１の外周側にリング部材２３′を設けてもよく、あるいは、コア部材２ １の内周側と外周側の両方にリング部材２３，２３′を設けてもよい。

【００２７】 また、前記実施例では、コア部材２１に取付溝２２を形成し、該取付溝２２内 にリング部材２３を設ける構成としたが、これに替えて、例えば取付溝２２を廃 止し、コア部材の表面にリング部材２３を直接取付ける構成としてもよい。

【００２８】 さらに、前記実施例では、２コイル式の磁歪式トルクセンサを例示したが、本 考案はこれに限らず、例えば４コイル式の磁歪式トルクセンサにも適用できるも のである。

【００２９】 さらにまた、前記実施例では、自動車用エンジンのトルク検出に用いた場合を 例に挙げて説明したが、電動モータの回転軸のトルク等の他のトルク検出にも用 いることができる。

【００３０】

【考案の効果】

以上詳述した如く、本考案によれば、コア部材の内周側および外周側のうち少 なくともいずれか一方に、各励磁および検出コイル間に位置して、導電性材料か らなるリング部材を設ける構成としたから、各励磁および検出コイルで発生した 磁束が該リング部材を通過すると、リング部材に起電力が誘起され、これにより 、該リング部材に各励磁および検出コイルからの磁束とは逆向きの磁束を発生さ せることができ、この磁束を打消すことができる。この結果、各励磁および検出 コイルの各磁気回路を分離せしめ、互いに独立させて、磁気干渉が生じるのを効 果的に防止でき、トルクの検出感度、信頼性等を向上することができる。

【００３１】 また、リング部材によって各励磁および検出コイルの磁気干渉を防止できるか ら、各コイル間の距離を短くすることが可能となり、コア部材の軸方向の長さ寸 法を小さくして、全体のコンパクト化を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例による磁歪式トルクセンサの要
部を拡大して示す縦断面図である。

【図２】従来技術による磁歪式トルクセンサを示す縦断
面図である。

【図３】図２中の要部を拡大して示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ２ 磁歪シャフト ７ 一側コイルボビン（コイルボビン） ８ 他側コイルボビン（コイルボビン） ９ 一側コイル（励磁および検出コイル） １０ 他側コイル（励磁および検出コイル） ２１ コア部材 ２３，２３′ リング部材

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状のケーシングと、該ケーシング内に
   回転自在に配設された磁歪シャフトと、該磁歪シャフト
   の外周側を取り囲むように前記ケーシング内に設けられ
   たコア部材と、該コア部材の内周側に設けられたコイル
   ボビンと、前記磁歪シャフトに作用するトルクを電気信
   号として検出すべく、該コイルボビンに巻回された少な
   くとも一対の励磁および検出コイルとからなる磁歪式ト
   ルクセンサにおいて、前記コア部材の内周側および外周
   側のうち少なくともいずれか一方には、前記各励磁およ
   び検出コイル間に位置して、導電性材料からなるリング
   部材を設けたことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。