JPH0611402A

JPH0611402A - トルクセンサ

Info

Publication number: JPH0611402A
Application number: JP17030292A
Authority: JP
Inventors: Hikari Morita; 光森田; Masaya Nakayama; 正也中山
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1992-06-29
Filing date: 1992-06-29
Publication date: 1994-01-21
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: JP3094049B2

Abstract

(57)【要約】【目的】磁気発生ユニットから発される磁束をトルク
測定に無駄なく利用する。磁気発生ユニットの製造を容
易にする。【構成】トーションバー１１の一端には磁気発生ユニ
ット１８を取り付け、他端側には磁気通路３０を備えた
ピックアップ部材２０を取付ける。磁気通路３０の入出
端になる磁路片２１ａ、２２ａを磁気発生ユニット１８
に臨ませ、磁気通路３０の途中に磁気検出素子２４を設
ける。磁気検出ユニット１８を、異磁極が周方向に沿っ
て交互に現れるように着磁した環状の磁性体によって構
成する。各磁路片２１ａ、２２ａは常時磁極１８ａ、１
８ｂに対面し、磁極１８ａ、１８ｂから発される磁束は
効率良く磁路片２１ａ、２２ａにピックアップされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転トルクを非接触で
測定するトルクセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のトルクセンサとしては、例え
ば、特開平３−８１６３２号公報に記載されるようなも
のが知られている。

【０００３】このトルクセンサは、被測定部材に連結さ
れるトーションバーと、異磁極が周方向に沿って交互に
配置されるようにトーションバーの一端側に取り付けら
れた磁気発生ユニットと、磁気の入出端がこの磁気発生
ユニットに臨むようにトーションバーの他端側に取り付
けられた磁気通路と、この磁気通路の磁束を検出する磁
気検出素子とを備え、被測定部材に加えられたトルクを
トーションバーの捩れに応じた磁気通路の磁束変化とし
て検出するようになっている。磁気発生ユニットは、異
磁極が周方向に沿って交互に、かつ、所定の間隔をおい
て配置された複数の永久磁石（以下、磁石と呼ぶ。）に
よって構成され、各磁石が隣接する磁石間の磁路を形成
するコモンリングに接合されており、磁気通路は、径方
向に所定の隙間を介して対向配置されたアウターリング
及びインナーリングと、各リングに設けられた磁気の入
出端としての複数の磁路片とによって構成され、各リン
グの磁路片が前記磁石と１対１で対応し、かつ、周方向
に沿って交互に並ぶように配置されている。また、磁気
検出素子はホール素子等によって構成され、磁気通路を
構成するアウターリングとインナーリングの隙間に非接
触で介装されている。

【０００４】そして、このトルクセンサのトルク検出原
理を図５に示す模式図によって説明すれば、磁気通路１
のアウターリング２とインナーリング３の各磁路片２
ａ、３ａは、定常状態（被測定部材にトルクが加えられ
ない状態）において磁気発生ユニット４の隣接する磁石
５ａ、５ｂの中間位置にくるように設定されていて、図
示しないトーションバーの捩れによって各磁路片２ａ、
３ａが磁気発生ユニット４に対して周方向に変位する
と、磁石５ａのＮ極と磁路片２ａ、磁石５ｂのＳ極と磁
路片３ａの各エアギャップＬ₁と、磁石５ａのＮ極と磁
路片３ａ、磁石５ｂのＳ極と磁路片２ａの各エアギャッ
プＬ₂が変化し、そのエアギャップＬ₁、Ｌ₂の変化に比
例して現れる磁気通路１の磁束の変化が磁気検出素子６
によって検出されるようになっている。尚、図５中、７
は、隣接する永久磁石５ａ、５ｂ間に磁路を形成するコ
モンリングを示し、矢印φ、−φは磁気通路１の磁束の
流れを示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
トルクセンサの場合、複数の磁石が周方向に所定の間隔
をおいて配置された磁気発生ユニットの構成となってい
て、隣接する磁石の中間位置に磁気通路の入出端（磁路
片）が配置されるようになっているため、トーションバ
ーの捩れに対する磁気通路の磁束変化を確実に検出する
ためには磁気発生ユニットの各磁石の保持力を大きく設
定せざるを得ず、このことがコスト高を招く要因となっ
ていた。また、上記従来のトルクセンサにおいては、磁
気発生ユニットを製造するにあたって複数の磁石を個別
に形成しなければならないため、各磁石の形状や保持
力、配置精度、コモンリングに対する取付精度等の管理
が繁雑であるという不具合もあった。

【０００６】そこで本発明は、磁気発生ユニットから発
される磁束をトルク測定に無駄なく利用出来、しかも、
磁気発生ユニットを容易に製造することが出来るトルク
センサを提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した課題を
解決するための手段として、被測定部材に連結されるト
ーションバーと、異磁極が周方向に沿って交互に配置さ
れるようにトーションバーの一端側に取り付けられた磁
気発生ユニットと、磁気の入出端がこの磁気発生ユニッ
トに臨むようにトーションバーの他端側に取り付けられ
た磁気通路と、この磁気通路の磁束を検出する磁気検出
素子とを備えたトルクセンサにおいて、前記磁気発生ユ
ニットを、異磁極が周方向に沿って交互に現れるように
着磁した環状の磁性体によって構成するようにした。

【０００８】

【作用】磁気発生ユニットの隣接する異磁極間に隙間が
ないため、磁気通路の入出端は常時磁極と対面すること
となる。また、磁気発生ユニットの製造に際しては磁性
体を環状に形成した後に、異磁極が周方向に沿って交互
に現れるようにこの磁性体を着磁する。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の一実施例を図１〜図４に基づ
いて説明する。

【００１０】図１において、１１は、被測定部材（図示
せず）に連結されるトーションバーであり、このトーシ
ョンバー１１は小径部１２を備えた第１シャフト１３
と、このシャフト１３の先端に同軸に連結された第２シ
ャフト１４とによって構成されている。第１シャフト１
３の小径部１２は捩れ剛性を若干低くするために設けら
れたもので、図中矢印Ａ、Ｂで示すようなトルクが第１
シャフト１３に加えられた場合に、そのトルクが小径部
１２を通して第２シャフト１４に伝達されると共にトル
クに応じた捩れがこの小径部１２を中心に起こるように
なっている。そして、第２シャフト１４の外周面には、
小径部１２を包み込むようにして形成された略円筒形の
モールド部材（非磁性体）１５の突端部１６が嵌着固定
されており、このモールド部材１５の第１シャフト１３
寄りの端部にはトーナツ形の磁極埋込み部１７が形成さ
れている。この磁極埋込み部１７は非磁性体によって形
成されていて、その内部には、本発明の要部を成す磁気
発生ユニット１８と所定の磁路を形成するコモンリング
１９とが埋設されている。

【００１１】磁気発生ユニット１８は、異なる磁極１８
ａ（Ｎ極）と１８ｂ（Ｓ極）が複数着磁された環状の磁
性体によって構成されており、その磁極１８ａ、１８ｂ
は周方向に沿って等分割された領域に交互に現れるよう
になっている。また、コモンリング１９は磁性体によっ
て形成されていて、その端面に磁気発生ユニット１８の
端面を接触させた状態で磁極埋込み部１７に埋設されて
いる。このコモンリング１９は磁路を構成するもので、
磁気発生ユニット１８の裏面側において隣接する磁極間
の磁束の流通が効率良く為されるようになっている。

【００１２】一方、第１シャフト１３の小径部１２側の
外周面には、前記磁極埋込み部１７の端面（磁気発生ユ
ニット１８の端面）に微小空間をおいて面する略円盤形
のピックアップ部材２０が嵌着固定されている。このピ
ックアップ部材２０は非磁性体によって形成されてい
て、磁気発生ユニット１８と逆側の端面に磁性体から成
るアウターリング２１とインナーリング２２が一体に設
けられている。アウターリング２１とインナーリング２
２は径方向に所定の隙間２３を介して対向配置されてい
て、各端部には、ピックアップ部材２０に埋設される複
数の磁路片２１ａ、２２ａが延設されている。この各磁
路片２１ａ、２２ａの先端部は磁気の入出端を成すもの
で、ピックアップ部材２０の磁極埋込み部１７と対向す
る端面において、アウターリング２１側のものとインナ
ーリング２２側のものが同一円周上で交互に、かつ、等
間隔になるように配置されている。そして、この磁路片
２１ａ、２２ａは磁気発生ユニット１８の磁極１８ａ、
１８ｂと１対１で対応するように設けられ、定常状態
（被測定部材にトルクが加えられない状態）において、
その各先端部の中心が磁気発生ユニット１８の磁極境界
部１８ｃ上に位置されるように、即ち、各先端部が磁極
２１ａ（Ｎ極）と２２ａ（Ｓ極）に同面積だけオーバー
ラップするようになっている。尚、この実施例の場合、
各磁路片２１ａ、２２ａと、アウターリング２１とイン
ナーリング２２と、これら両リング２１、２２間の径方
向の隙間２３とが、アウターリング２１からインナーリ
ング２２方向、または、インナーリング２２からアウタ
ーリング２１方向に磁束が流れる磁気通路３０を構成し
ている。

【００１３】また、アウターリング２１とインナーリン
グ２２の間の径方向の隙間２３には、両リング２１、２
２に対して非接触となるように一対の磁気検出素子（ホ
ール素子等）２４、２４が挿入されている。これらの磁
気検出素子２４、２４はプリント基盤２５に支持固定さ
れていて、このプリント基盤２５を介して第１シャフト
１３を間に挟んだ対角位置に配置されている。プリント
基盤２５は、磁気検出素子２４の出力信号を検出・処理
するための図示しない部品を備えると共に、支持部材２
６を介して第１シャフト１３に回動可能に嵌合されてい
る。

【００１４】つづいて、この実施例のトルクセンサの作
用を図２〜図４に示した模式図を参照して説明する。

【００１５】被測定部材にトルクが加えられない定常状
態においては、磁路片２１ａ、２２ａの各先端部が磁気
発生ユニット１８の磁極１８ａ（Ｎ極）、１８ｂ（Ｓ
極）に対し同面積だけオーバーラップしているため、磁
極１８ａから磁路片２１ａ、アウターリング２１、隙間
２３、インナーリング２２、磁路片２２ａを通って磁極
１８ｂにに向かう磁束φ（図２参照。）と、磁極１８ａ
から磁路片２２ａ、インナーリング２２、隙間２３、ア
ウターリング２１、磁路片２１ａを通って磁極１８ｂに
向かう磁束−φの大きさが同じになり、これらの磁束
φ、−φが互いに相殺し合うこととなる。したがって、
磁極１８ａ、１８ｂ間の磁束の流通は図３の矢印Ｃに示
すように専らエアギャップを通して行われ、磁気通路３
０には磁束の流れが生じない。

【００１６】一方、被測定部材に例えばＡ方向のトルク
が加えられた場合には、図４に示すように磁路片２１
ａ、２１ｂの各先端部が夫々磁極１８ｂ、１８ａ側によ
り多くオーバーラップするようになり、その結果、イン
ナーリング２２側から入力される磁束−φの方が、アウ
ターリング２１側から入力される磁束φよりも大きくな
り、磁気通路３０には、両磁束−φとφの差に応じた磁
束が流れることとなる。そして、このとき磁気通路３０
に流れる磁束は、印加トルクに対応したトーションバー
１１の捩れ量と比例する。また、このとき磁気通路３０
に流れる磁束は磁気検出素子２４によって検出され、そ
の結果から被測定部材に加えられたトルクが明らかにな
る。即ち、今、磁気検出素子２４としてホール素子を用
いるとすると、例えば、Ａ方向のトルクによってホール
素子に作用する磁界の向きを正方向とし、そのときの出
力電圧がプラスの値となるようにホール素子の出力を設
定しておけば、ホール素子の出力電圧から、被測定部材
に加えられたトルクの向き及び大きさ、そして静止トル
クが明らかになる。尚、被測定部材にＢ方向のトルクが
印加された場合には、逆にアウターリング２１側から入
力される磁束φの方が、インナーリング２２側から入力
される磁束−φよりも大きくなり、その結果、逆向きの
トルクが磁気検出素子２４によって検出される。

【００１７】ところで、本発明にかかるこのトルクセン
サは、異磁極１８ａ、１８ｂが周方向に沿って交互に現
れるように着磁した磁性体によって磁気発生ユニット１
８を構成するようにしたたため、磁気通路３０の入出端
たる磁路片２１ａ、２２ａが常時磁極１８ａ、１８ｂに
対面し、各磁極１８ａ、１８ｂから発される磁束が効率
良くピックアップされることとなる。このため、このト
ルクセンサの場合には、各磁気発生ユニット１８の保持
力を特別に大きくしなくても、確実にトルクを測定する
ことが出来、同一性能をもつ従来のものよりも低コスト
で製造することが可能である。また、磁気発生ユニット
１８を製造する場合には、磁性体を環状に形成した後に
所定の着磁型によって着磁処理を行うだけで良いため、
製造が極めて容易であるという利点がある。さらにま
た、磁気発生ユニット１８の磁極数や保持力は着磁型の
調整によって容易に変更することが出来るため、精度の
異なるトルクセンサを製造する場合には特に有利であ
る。したがって、このトルクセンサを採用した場合に
は、従来のものに比較して大幅な製造コストの低減を図
ることが可能である。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、磁気発生
ユニットを、異磁極が周方向に沿って交互に現れるよう
に着磁した環状の磁性体によって構成したため、磁気発
生ユニットの隣接する異磁極間に隙間がなくなり、磁気
通路の入出端が常時磁極と対向することとなって、磁気
発生ユニットから発される磁束をトルク測定に無駄なく
利用することが可能になる。また、磁気発生ユニットを
製造する場合には、環状に形成した磁性体に対し、異磁
極が周方向に沿って交互に現れるように着磁するだけで
良いため、複数の永久磁石を個別に形成した後に環状に
配置するようにしていた従来のものに比較して、製造自
体が極めて容易であるうえ、各磁石の形状や保持力、取
付精度等の繁雑な管理作業が必要ないという利点もあ
る。このため、本発明を採用した場合には、性能面の低
下を招くことなく、製造コストの削減を図ることが可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す斜視図。

【図２】同実施例を示す斜視図。

【図３】同実施例を示す模式図。

【図４】同実施例を示す模式図。

【図５】従来の技術を示す斜視図。

【符号の説明】

１１…トーションバー、１８…磁気発生ユニット、１８ａ、１８ｂ…磁極、２１ａ、２２ａ…磁路片（入出端）、２４…磁気検出素子、３０…磁気通路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定部材に連結されるトーションバー
と、異磁極が周方向に沿って交互に配置されるようにト
ーションバーの一端側に取り付けられた磁気発生ユニッ
トと、磁気の入出端がこの磁気発生ユニットに臨むよう
にトーションバーの他端側に取り付けられた磁気通路
と、この磁気通路の磁束を検出する磁気検出素子とを備
えたトルクセンサにおいて、前記磁気発生ユニットを、
異磁極が周方向に沿って交互に現れるように着磁した環
状の磁性体によって構成したことを特徴とするトルクセ
ンサ。