JPH0678956B2 - Torque sensor - Google Patents

Torque sensor

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JPH0678956B2
JPH0678956B2 JP30721486A JP30721486A JPH0678956B2 JP H0678956 B2 JPH0678956 B2 JP H0678956B2 JP 30721486 A JP30721486 A JP 30721486A JP 30721486 A JP30721486 A JP 30721486A JP H0678956 B2 JPH0678956 B2 JP H0678956B2
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JP
Japan
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shaft
magnetic
pickup
torque
poles
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JPS63158433A (en
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伸一 猪尾
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Hitachi Unisia Automotive Ltd
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Unisia Jecs Corp
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はトルクセンサ、特に回転トルクを非接触で精度
良く測定するトルクセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torque sensor, and more particularly to a torque sensor that measures rotational torque accurately without contact.

(従来の技術) 一般に、回転駆動力によって駆動される機器の数は非常
に多く、その適用分野は多岐に亘っている。このような
機器の制御にはトルク制御が重要な位置を占める場合が
少なくない。すなわち、トルクは回転駆動系の制御を行
う際の最も基本的かつ重要なパラメータの1つであり、
トルクと回転数の情報を得るとそれらの積が馬力に比例
するので動力の発生状態および伝達状態を把握すること
が可能になる。
(Prior Art) In general, the number of devices driven by rotational driving force is very large, and its application fields are diverse. Torque control often occupies an important position in controlling such devices. That is, the torque is one of the most basic and important parameters when controlling the rotary drive system,
When the information on the torque and the number of revolutions is obtained, the product of them is proportional to the horsepower, so that it becomes possible to grasp the generation state and transmission state of power.

従来のトルクセンサとしては、例えばこれを車両のステ
アリングホイールへ加えられる操舵力を検出する操舵力
検出装置に適用したものとして、特開昭54−17228号公
報に記載のものがある。この装置では、ステアリングホ
イールとステアリングシャフトとを弾性体を介して連結
し、操舵時に操舵トルクの大きさに応じて弾性体に生じ
る捩れ作用によりステアリングホイールとステアリング
シャフトとの間に生じる相対捩れ変位をステアリングホ
イールとステアリングシャフトとの間に介装された接点
のON−OFFにより検出している。ところが、このような
装置では捩れ変位によりON−OFFされる接点やマイクロ
スイッチ等を配設するため、これらの接点の配設に高度
な工作精度が要求され、また、ONとなる相対捩れ変位量
やOFFとなる相対捩れ変位量を個々に設定するのが困難
であるという問題点がある。また、特開昭55−44013号
公報に記載の装置は、ステアリングホイールから操舵ト
ルクが伝達される入力軸にストレインゲージ等の電気的
変位検出部を設け、ステアリングホイールから入力する
操舵トルクと操舵抵抗との差に応じて生ずる入力軸の相
対捩れ変位を検出するものであるが、入力軸の捩れ変位
を検出するのにストレインゲージ等の電気的変位検出器
を入力軸に固着させていたため、温度変化の影響を受け
易く、その作動が不安定で、信頼性に欠けるという問題
点があった。
As a conventional torque sensor, for example, there is a torque sensor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-17228, which is applied to a steering force detecting device for detecting a steering force applied to a steering wheel of a vehicle. In this device, a steering wheel and a steering shaft are connected via an elastic body, and a relative torsional displacement generated between the steering wheel and the steering shaft due to a torsional action generated in the elastic body according to the magnitude of the steering torque during steering. It is detected by turning on and off the contacts that are interposed between the steering wheel and the steering shaft. However, in such a device, contacts and microswitches that are turned on and off by twisting displacement are provided, so high work accuracy is required for the placement of these contacts, and the amount of relative twisting displacement that turns on is large. There is a problem that it is difficult to individually set the relative torsional displacement amount that turns OFF or OFF. Further, the device described in Japanese Patent Laid-Open No. 55-44013 is provided with an electric displacement detection unit such as a strain gauge on an input shaft to which steering torque is transmitted from the steering wheel, and the steering torque and steering resistance input from the steering wheel. It detects the relative torsional displacement of the input shaft that occurs depending on the difference between the temperature and the temperature.Because an electrical displacement detector such as a strain gauge was fixed to the input shaft to detect the torsional displacement of the input shaft, There is a problem that it is susceptible to changes, its operation is unstable, and its reliability is poor.

そこでこのような不具合を解消するものとしてさらに、
特開昭58−194664号、特開昭58−218627号、特開昭58−
105877号、実開昭57−192872号、実開昭58−101153号、
特開昭58−5626号、特開昭61−21861号の各公報に示さ
れたようなものが知られている。
Therefore, as a solution to such a problem,
JP-A-58-194664, JP-A-58-218627, JP-A-58-
No. 105877, No. 57-192872, No. 58-101153,
The ones disclosed in JP-A-58-5626 and JP-A-61-21861 are known.

例えば、特開昭58−194664号に記載の装置では、一端に
ステアリングホイールに連結され他端がステアリングギ
アに連結されたコラムシャフトを分割し、この分割され
た2つのシャフトが弾性体を介して相対的な回動変位を
可能にするように連結された操舵位置に設けられ、これ
ら2つのシャフトの相対回動変位を軸方向変位に変換し
て、軸方向変位の大きさによりステアリングホイールに
加えられる操舵力を検出している。また、トーションバ
ー機構の捩りを静電容量の変化に変換したものとして上
記特開昭61−21861号に記載されたものがある。
For example, in the device described in JP-A-58-194664, a column shaft having one end connected to a steering wheel and the other end connected to a steering gear is divided, and the two divided shafts are connected via an elastic body. It is provided in a steering position connected so as to enable relative rotational displacement, and the relative rotational displacement of these two shafts is converted into an axial displacement, which is added to the steering wheel according to the magnitude of the axial displacement. The steering force applied is detected. Further, there is the one described in the above-mentioned JP-A-61-21861 as one in which the twist of the torsion bar mechanism is converted into a change in electrostatic capacity.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来の装置にあっては、トー
ションバー機構の捩れ変位をスイッチ等の部材を用いて
検出するものや相対回動変位を軸方向変位に変換するも
の等のいわゆる接触型のトルクセンサでは、構造が複雑
で検出器の機構的、電気的部品点数が多く、かつ取付け
に際して相当の精度が要求されるため、製造コストの増
大を招くばかりか温度・湿度等の環境変化により検出精
度が悪化することがある。すなわち、センサとしてトル
クの検出を行う場合、回動軸が対象であるため、耐摩耗
性、保安性等の信頼性の面から非接触型のトルクセンサ
が望ましい。一方、非接触型のトルクセンサであって
も、例えば捩れ変位の量を光電的に検出するようにした
もの(上記特開昭58−5626号公報参照)では、特に汚れ
の激しい場所で使用できないことがある。また、以上の
ような問題点に加えて接触型、非接触型の何れのトルク
センサにあっても、従来の装置では回転変位の方向(す
なわち、トルクの働く方向)の検出や静止トルクの検出
は相当困難であって、これらの諸問題を解決したトルク
センサは未だ実現されていない。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in such a conventional device, the torsional displacement of the torsion bar mechanism is detected by using a member such as a switch, or the relative rotational displacement is determined as the axial displacement. In the case of so-called contact type torque sensors such as those that convert, the structure is complicated, the number of mechanical and electrical parts of the detector is large, and considerable accuracy is required for mounting, which not only increases the manufacturing cost. Detection accuracy may deteriorate due to environmental changes such as temperature and humidity. That is, when the torque is detected as the sensor, the non-contact type torque sensor is desirable from the viewpoint of reliability such as wear resistance and safety because the rotational axis is the target. On the other hand, even a non-contact type torque sensor, for example, one that photoelectrically detects the amount of torsional displacement (see Japanese Patent Laid-Open No. 58-5626) cannot be used particularly in a heavily soiled place. Sometimes. In addition to the above-mentioned problems, in the conventional device, whether the torque sensor is a contact type or a non-contact type, the conventional device detects the rotational displacement direction (that is, the direction in which the torque acts) and the stationary torque. Is quite difficult, and a torque sensor that solves these problems has not been realized yet.

このように、エンジンや電動機等の回転駆動部をコント
ロールする際に極めて重要なパラメータとなる回転およ
び静止トルクを非接触で正確に低コストで検出できるト
ルクセンサの出現が望まれている。また、このようなト
ルクセンサを近時の緻密な制御装置に適用するために、
使用条件等に拘らず極めて高精度のものが要求される傾
向にある。
As described above, there is a demand for the appearance of a torque sensor that can accurately detect rotation and static torque, which are extremely important parameters when controlling a rotation drive unit such as an engine or an electric motor, in a non-contact manner at low cost. Further, in order to apply such a torque sensor to a recent precise control device,
Extremely high precision tends to be required regardless of usage conditions.

(発明の目的) そこで本発明は、温度・湿度等の環境変化や汚れによる
影響を受けない磁界という物理量に着目し、捩れ変位を
所定の構造により磁束量の変化に変換し、この磁束量の
変化を複数個配設した磁気検出素子により非接触で検出
するとともに、その磁気検出素子のうち少なくとも2つ
以上のものを第1、第2ピックアップ路における第1シ
ャフトの軸線を中心として所定角度毎に設けることによ
り、捩れ変位をトルク量の変化として適切に測定して、
構造が簡単で応答性が良く静止・回転に拘らず低コスト
でトルクを検出できる高精度な非接触型がトルクセンサ
を提供することを目的としている。
(Object of the invention) Therefore, the present invention focuses on a physical quantity called a magnetic field that is not affected by environmental changes such as temperature and humidity and dirt, and converts a torsional displacement into a change in the magnetic flux by a predetermined structure. A plurality of magnetic detection elements are provided to detect the change in a non-contact manner, and at least two or more of the magnetic detection elements are detected at predetermined angles about the axis of the first shaft in the first and second pickup paths. By installing in the, the torsional displacement can be appropriately measured as a change in torque amount,
It is an object of the present invention to provide a highly accurate non-contact type torque sensor that has a simple structure, has good responsiveness, and can detect torque at low cost regardless of whether it is stationary or rotating.

(問題点を解決するための手段) 本発明によるトルクセンサは上記目的達成のため、第1
シャフトの先端部を捩れ変位の発生が可能な構造として
第2シャフトに連結し、この連結部の周囲を取り囲むよ
うに所定数のN極およびS極を固定磁極として交互に配
設して第2シャフトに固定し、これらのN極およびS極
と同数の第1ピックアップ路および第2ピックアップ路
をそれぞれ各磁極の中間位置に対向するように配設する
とともに、第1、第2ピックアップ路を流れる磁束の変
化を検出する磁気検出素子を第1シャフトに対して非接
触となるように複数個配設し、該磁気検出素子のうち少
なくとも2つ以上のものを第1、第2ピックアップ路に
おける第1シャフトの軸線からの機械的偏心等を補正す
るように前記軸線を中心として所定角度毎に設け、第2
シャフトに対して第1シャフトが捩れ変位したとき前記
N極が第1ピックアップ路あるいは第2ピックアップ路
の何れの側に近接するかによって第1、第2ピックアッ
プ路を流れる磁束量を変化させ、この磁束の変化から第
2シャフトに対する第1シャフトの捩れ変位を検出する
ようにしている。
(Means for Solving Problems) The torque sensor according to the present invention has the first object to achieve the above object.
The tip portion of the shaft is connected to the second shaft as a structure capable of generating torsional displacement, and a predetermined number of N poles and S poles are alternately arranged as fixed magnetic poles so as to surround the periphery of the connection portion. The first pickup path and the second pickup path, which are fixed to the shaft and have the same number of N poles and S poles, are arranged so as to face the intermediate positions of the respective magnetic poles, and flow through the first and second pickup paths. A plurality of magnetic detection elements for detecting a change in magnetic flux are arranged so as not to contact the first shaft, and at least two or more of the magnetic detection elements are arranged in the first and second pickup paths. One shaft is provided at every predetermined angle so as to correct mechanical eccentricity from the axis, and the second axis is provided.
When the first shaft is torsionally displaced with respect to the shaft, the amount of magnetic flux flowing through the first and second pickup paths is changed depending on which side of the first pickup path or the second pickup path the N pole approaches. The torsional displacement of the first shaft with respect to the second shaft is detected from the change in the magnetic flux.

(作用) 本発明では、第1シャフトの先端部を捩れ変位の発生が
可能な構造として第2シャフトに連結され、この連結部
の周囲を取り囲むように所定数のN極およびS極を固定
磁極として交互に配設されて第2シャフトに固定される
とともに、これらのN極およびS極と同数の第1ピック
アップ路および第2ピックアップ路をそれぞれ各磁極の
中間位置に対向するように配設される。また、第1、第
2ピックアップ路を流れる磁束の変化を検出する磁気検
出素子が第1シャフトに対して非接触となるように複数
個配設され、該磁気検出素子のうち少なくとも2つ以上
のものを第1、第2ピックアップ路における第1シャフ
トの軸線を中心として所定角度毎に設けられ、第2シャ
フトに対して第1シャフトが捩れ変位したとき前記N極
が第1ピックアップ路あるいは第2ピックアップ路の何
れの側に近接するかによって第1、第2ピックアップ路
を流れる磁束量を変化し、この磁束の変化から第2シャ
フトに対する第1シャフトの捩れ変位が非接触で検出さ
れる。したがって、構造が簡単で応答性が良く、静止・
回転に拘らず低コストでトルクが精度良く測定できる。
(Operation) In the present invention, the tip portion of the first shaft is connected to the second shaft as a structure capable of generating torsional displacement, and a predetermined number of N poles and S poles are fixed magnetic poles so as to surround the periphery of the connection portion. Are alternately arranged and fixed to the second shaft, and the same number of first pickup paths and second pickup paths as the N poles and the S poles are arranged so as to face the intermediate positions of the respective magnetic poles. It Further, a plurality of magnetic detection elements that detect changes in the magnetic flux flowing through the first and second pickup paths are provided so as not to contact the first shaft, and at least two or more of the magnetic detection elements are provided. Objects are provided at predetermined angles about the axis of the first shaft in the first and second pickup paths, and when the first shaft is twisted and displaced with respect to the second shaft, the N pole becomes the first pickup path or the second pickup path. The amount of magnetic flux flowing through the first and second pickup paths is changed depending on which side of the pickup path is approached, and the twist displacement of the first shaft with respect to the second shaft is detected in a non-contact manner from the change in the magnetic flux. Therefore, the structure is simple, the response is good, and
Torque can be accurately measured at low cost regardless of rotation.

(実施例) 以下、本発明を図面に基づいて説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1〜12図は本発明の第1実施例を示す図であり、第1
図は本実施例の分解斜視図、第2図は縦側面図、第3図
は正面図である。本実施例は磁気検出素子を2個用いた
例である。
1 to 12 are views showing a first embodiment of the present invention.
The drawing is an exploded perspective view of this embodiment, FIG. 2 is a vertical side view, and FIG. 3 is a front view. This embodiment is an example using two magnetic detection elements.

まず、構成を説明する。第1図において、1は第1シャ
フトであり、第1シャフト1は捩れ剛性を若干低くする
ための小径部2を介して第2シャフト3に連結されてお
り、図中A、Bで示すような第1シャフトの円周方向の
回転力を小径部2を経由して第2シャフト3に伝達す
る。また、第2図の縦側面図に示すように第2シャフト
3の外周面3aには小径部2を包み込むようにして形成さ
れた円筒形のモールド部材(非磁性材)4の突端部4aが
嵌合・固着されており、モールド部材4は後述するピッ
クアップ部材7およびホール素子13、14等と一対となっ
てトルク検出機構21を構成している。一方、モールド部
材4の他端側にはドーナッツ型の磁性体埋込み部4bが形
成され、磁性体埋込み部4bは軸方向に対して垂直となる
ような切断面(端面)4cを有し、磁性体埋込み部4bには
端面4cにN極を臨むように配置した磁性体5aと、端面4c
にS極を臨むように配置した磁性体5bとがそれぞれ8個
づつ交互に同心円状でかつ等間隔になるように配設され
ている。さらに、各磁性体5a、5bの他端部は円環状のコ
モンリング6に連結されており、コモンリング6は各磁
性体5a、5bから発する磁界について閉ループ状の磁気通
路の一部を形成する。コモンリング6および各磁性体5
a、5bは磁性体埋込み部4b内に埋設され、非接触体から
なる磁性体埋込み部4bと一体形成されている。なお、本
実施例では磁性体5a、5bの個数をそれぞれ8個としてい
るが勿論これには限定されず、端面4cにN極、S極が交
互に等間隔で臨むものであれば他の個数の態様のもので
もよい。
First, the configuration will be described. In FIG. 1, reference numeral 1 is a first shaft, and the first shaft 1 is connected to a second shaft 3 via a small diameter portion 2 for slightly lowering torsional rigidity, as shown by A and B in the figure. The rotational force of the first shaft in the circumferential direction is transmitted to the second shaft 3 via the small diameter portion 2. Further, as shown in the vertical side view of FIG. 2, the outer peripheral surface 3a of the second shaft 3 has a projecting end portion 4a of a cylindrical mold member (nonmagnetic material) 4 formed so as to enclose the small diameter portion 2. The mold member 4 is fitted and fixed, and forms a torque detection mechanism 21 in combination with a pickup member 7 and Hall elements 13 and 14 described later. On the other hand, a donut-shaped magnetic material embedded portion 4b is formed on the other end of the mold member 4, and the magnetic material embedded portion 4b has a cut surface (end surface) 4c perpendicular to the axial direction. In the body-embedded portion 4b, the magnetic body 5a arranged so that the end face 4c faces the N pole, and the end face 4c.
And eight magnetic bodies 5b arranged so as to face the S pole are alternately arranged concentrically and at equal intervals. Further, the other end of each magnetic body 5a, 5b is connected to an annular common ring 6, and the common ring 6 forms a part of a closed loop magnetic path for the magnetic field emitted from each magnetic body 5a, 5b. . Common ring 6 and each magnetic body 5
The a and 5b are embedded in the magnetic material embedded portion 4b, and are integrally formed with the magnetic material embedded portion 4b made of a non-contact body. In the present embodiment, the number of the magnetic bodies 5a and 5b is eight, respectively, but of course the number is not limited to this, and another number may be used as long as the north pole and the south pole alternately face the end surface 4c at equal intervals. It may be one of the embodiments.

一方、第1シャフトの小径部2側の外周面1aには端面4c
に面し、かつ端面4cと微少空隙を有する円板形のピック
アップ部材7が嵌合・固着されており、ピックアップ部
材7の入力側の端面7aには端面7aに外接してアウターリ
ング8とその内方にインナーリング9とが設けられてい
る。また、端面4cに面したピックアップ部材7の端面7b
には磁性体5aあるいは5bからの磁気力を受けて磁路とな
る磁路片10aと磁路片10bとが磁性体5aおよび5bとそれぞ
れ1対1で応答するように8個づつ交互に同心円状でか
つ等間隔になるように配設され、磁路片10aはアウター
リング8に磁路片10bはインナーリング9に連結され
る。磁路片10aとアウターリング8とは第1ピックアッ
プ路11を構成し、磁路片10bとインナーリング9とは第
2ピックアップ路12を構成する。ここで、コモンリング
6、磁路片10a、10b、アウターリング8およびインナー
リング9は磁力線を通し易い材質のものが望ましく、例
えばパーマロイ、フェライト等で作られており、前記磁
性体5a、5bから発した磁気力を磁路片10a、10bを介して
アウターリング8およびインナーリング9に誘導する。
ところで、磁路片10a、10bは前記磁性体5a、5bと同様に
非磁性体からなるピックアップ部材7内に一体形成され
ており、定常時(すなわち、トルクが0のとき)では第
3図の正面図に示すように磁性体5aあるいは5bが磁路片
10aおよび10bの丁度中間に位置するように構成されてい
る。したがって、磁性体5aから磁路片10aに至るまでの
ギャップ空間lAと磁性体5aから磁路片10bに至るまでの
ギャップ空間lBとは互いに等しく、同様に磁性体5bから
磁路片10bまでのギャップ空間lAと5bから磁路片10aまで
のギャップ空間lBとは相等しい。したがって、第1図に
示すように第1シャフト1に円周方向A(あるいはB)
の回転力が加わると前記ギャップ空間lA、lBはその回転
力に応じてそれぞれ所定量づつ変化する。さらに、上述
したアウターリング8とインナーリング9との間にはこ
れらリングやピックアップ部材7と非接触でかつアウタ
ーリング8からインナーリング9に(あるいはインナー
リング9かアウターリング8に)かかる磁界と直角とな
るような位置にホール素子(第1の磁気検出素子)13が
配置され、ホール素子13と第1シャフト1に対して180
°の角度に相対する位置にホール素子(第2の磁気検出
素子)14が配置される。またこれらホール素子13および
ホール素子14はそれぞれプリント基板15に接着材等で固
着される。プリント基板15上にはホール素子13、14から
の信号を検出・処理するための部材(図示せず)が配設
されるとともに、プリント基板15はプリント基板に固着
する支持部材15aを介して第1シャフト1に回動変位自
在に嵌合される。なお、ホール素子13、14は固体のホー
ル効果を利用したセンサであり、磁界の強さに比例した
出力電圧を発生する素子であるが従来公知のものと同様
のものが使用可能であるので詳しい説明は省略する。
On the other hand, the outer peripheral surface 1a on the small diameter portion 2 side of the first shaft has an end surface 4c.
A disk-shaped pick-up member 7 facing the end face 4c and having a minute gap is fitted and fixed, and the input-side end face 7a of the pick-up member 7 is circumscribed with the end face 7a and the outer ring 8 and its outer surface. An inner ring 9 is provided inside. Also, the end surface 7b of the pickup member 7 facing the end surface 4c
The magnetic path piece 10a and the magnetic path piece 10b, which become magnetic paths by receiving the magnetic force from the magnetic material 5a or 5b, are alternately concentric with eight magnetic material pieces 5a and 5b so as to respond one-to-one. The magnetic path pieces 10a are connected to the outer ring 8 and the magnetic path pieces 10b are connected to the inner ring 9. The magnetic path piece 10a and the outer ring 8 form a first pickup path 11, and the magnetic path piece 10b and the inner ring 9 form a second pickup path 12. Here, the common ring 6, the magnetic path pieces 10a and 10b, the outer ring 8 and the inner ring 9 are preferably made of a material through which magnetic lines of force can easily pass, and are made of, for example, permalloy or ferrite. The generated magnetic force is guided to the outer ring 8 and the inner ring 9 via the magnetic path pieces 10a and 10b.
By the way, the magnetic path pieces 10a and 10b are integrally formed in the pickup member 7 made of a non-magnetic material like the magnetic materials 5a and 5b, and in the steady state (that is, when the torque is 0), the magnetic path pieces of FIG. As shown in the front view, the magnetic material 5a or 5b is the magnetic path piece.
It is configured to be located exactly in the middle of 10a and 10b. Therefore, the gap space l A from the magnetic body 5a to the magnetic path piece 10a and the gap space l B from the magnetic body 5a to the magnetic path piece 10b are equal to each other, and similarly, the magnetic body 5b to the magnetic path piece 10b. The gap space l A up to and the gap space l B from 5b to the magnetic path piece 10a are equal. Therefore, as shown in FIG. 1, the first shaft 1 has a circumferential direction A (or B).
When the rotational force is applied, the gap spaces l A and l B change by a predetermined amount according to the rotational force. Further, between the outer ring 8 and the inner ring 9 described above, there is no contact with these rings or the pick-up member 7 and a right angle to the magnetic field applied from the outer ring 8 to the inner ring 9 (or to the inner ring 9 or the outer ring 8). The Hall element (first magnetic detection element) 13 is arranged in such a position as to be 180 degrees with respect to the Hall element 13 and the first shaft 1.
A Hall element (second magnetic detection element) 14 is arranged at a position facing the angle of °. The Hall element 13 and the Hall element 14 are fixed to the printed circuit board 15 with an adhesive material or the like. A member (not shown) for detecting and processing the signals from the Hall elements 13 and 14 is arranged on the printed circuit board 15, and the printed circuit board 15 is provided with a support member 15a that is fixed to the printed circuit board. It is fitted on one shaft 1 so as to be rotatable and displaceable. The Hall elements 13 and 14 are sensors that utilize the solid Hall effect, and are elements that generate an output voltage proportional to the strength of the magnetic field. The description is omitted.

第4図はホール素子13、14からの出力をトルク量として
検出するための演算回路を示す図である。同図におい
て、OP1〜OP4は演算増幅器1、R1〜R18は抵抗器であ
り、ホール素子13はアウターリング8からインナーリン
グ9に向かう磁界に対して正の出力電圧Q1aを、また逆
向きの磁界に対して負の出力電圧Q1bを出力するものと
し、同様にホール素子14はアウターリング8からインナ
ーリング9に向かう磁界に対し正の出力電圧Q2aを、ま
た逆向きの磁界に対して負の出力電圧Q2bを出力するも
のとする(第5図参照)。非反転増幅器OP1、OP2には、
例えば第6図(a)に示すような定電圧回路により5
〔v〕の電源電圧が供給されるとともに、差動増幅器OP
3、OP4には第6図(b)に示すような定電圧回路により
10〔V〕の電源電圧が供給される。OP1、OP2は非反転増
幅器として構成され、OP1の非反転入力端子側には抵抗
器R1を介してQ1aと抵抗器R2介してQ2aとがパラレルで接
続され、OP2の非反転入力端子側には抵抗器R5を介してQ
1bとR6を介してQ2bとがパラレルで接続される。したが
って、OP1は正の出力電圧Q1a、Q2aの加算回路を形成
し、OP2は負の出力電圧Q1b、Q2bの加算回路を形成す
る。そして、OP1の出力端子は抵抗器R9を介してOP3の反
転入力端子側に接続されるとともに、抵抗器R17を介し
てOP4の非反転入力端子側に接続されている。同様に、O
P2の出力端子は抵抗器R12を介してOP3の非反転入力端子
側に接続されるとともに、抵抗器R14を介してOP4の反転
入力側に接続される。ここで、抵抗器R3、R4、R7、R8
R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、および
R18の値は、OP1〜OP4の作動状態を定めるものであり、O
P1とOP2あるいはOP3とOP4の作動特性がそれぞれ等しく
なるように上記各抵抗値の値が決定されている。
FIG. 4 is a diagram showing an arithmetic circuit for detecting the output from the Hall elements 13 and 14 as a torque amount. In the figure, OP1~OP4 the operational amplifier 1, R 1 to R 18 is a resistor, a Hall element 13 the positive output voltage Q 1a to the magnetic field directed from the outer ring 8 to the inner ring 9, and vice It is assumed that the negative output voltage Q 1b is output with respect to the magnetic field in the opposite direction, and the Hall element 14 similarly outputs the positive output voltage Q 2a with respect to the magnetic field directed from the outer ring 8 to the inner ring 9 and the opposite magnetic field. On the other hand, the negative output voltage Q 2b is output (see FIG. 5). The non-inverting amplifiers OP1 and OP2 are
For example, a constant voltage circuit as shown in FIG.
The power supply voltage [v] is supplied and the differential amplifier OP
3, OP4 by a constant voltage circuit as shown in Figure 6 (b)
A power supply voltage of 10 [V] is supplied. OP1, OP2 is configured as non-inverting amplifier, to the non-inverting input terminal of the OP1 and Q 2a through resistor R 2 and Q 1a via a resistor R 1 is connected in parallel, the non-inverting input of OP2 Q is connected to the terminal side via resistor R 5.
1b and Q 2b are connected in parallel via R 6 . Therefore, OP1 is the positive output voltage Q 1a, to form the adder circuit Q 2a, OP2 negative output voltage Q 1b, to form an adder circuit of Q 2b. The output terminal of the OP1 is is connected to the inverting input terminal side of the resistor through R 9 OP3, it is connected via a resistor R 17 to the non-inverting input terminal side of OP4. Similarly, O
The output terminal of P2 is connected to the non-inverting input terminal side of the OP3 via the resistor R 12, is connected to the inverting input of OP4 via a resistor R 14. Here, the resistors R 3, R 4, R 7 , R 8,
R 9 , R 10 , R 11 , R 12 , R 13 , R 14 , R 15 , R 16 , R 17 , and
The value of R 18 determines the operating state of OP1 to OP4, and
The above resistance values are determined so that the operating characteristics of P1 and OP2 or OP3 and OP4 are equal.

差動増幅器OP3、OP4はOP1、OP2からの出力を受けて、そ
の差分が正の場合は例えば右ネジ方向にトルクが加わっ
たとしてOP3の出力端子から出力電圧ETRを、また、負の
場合は左ネジ方向にトルクが加わったとしてOP4の出力
端子から出力電圧ETLを出力する。
The differential amplifiers OP3 and OP4 receive the outputs from OP1 and OP2, and when the difference is positive, for example, when the torque is applied in the right-hand screw direction, the output voltage E TR is output from the output terminal of OP3, and when the difference is negative. Outputs the output voltage E TL from the OP4 output terminal, assuming that torque is applied in the left-hand screw direction.

次に、作用を説明する。Next, the operation will be described.

本発明に係るトルクセンサは、磁性体5a、5bから発した
磁気力をホール素子13、14で検知する際に、第1シャフ
ト1と第2シャフト3との間に生じた機械的な捩れ変位
を磁性体5a、5bと磁路片10a、10bとの間のギャップ空間
lA、lBの変化(換言すれば、空間磁路長の変化)として
とらえ、このギャップ空間lA、lBの変化をホール素子1
3、14に印加される磁界の強さの変化として検知するこ
とにより非接触でトルクを検出している。続いて、第
7、8図を用いて本発明の基本的な考え方を磁気検出素
子1個(ホール素子13)の場合を例にとり説明する。第
7図(a)は定常的におけるトルク検出機構21の一部を
模式的に示す図であり、同図(b)は前述の第1図に示
したように回転力が円周方向Aの向きに加わった場合を
示し、同図(c)は回転力が円周方向Bの向きに加わっ
た場合を模式的に示している。また、第8図は定常時に
おけるトルク検出機構21の一部を模式的に示した斜視図
である。
The torque sensor according to the present invention has a mechanical torsional displacement generated between the first shaft 1 and the second shaft 3 when the Hall elements 13 and 14 detect the magnetic force generated from the magnetic bodies 5a and 5b. Is the gap space between the magnetic bodies 5a and 5b and the magnetic path pieces 10a and 10b.
The changes in l A and l B (in other words, changes in the spatial magnetic path length) are recognized as changes in the gap spaces l A and l B , and the Hall element 1
The torque is detected in a non-contact manner by detecting the change in the strength of the magnetic field applied to 3 and 14. Next, the basic idea of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8 by taking the case of one magnetic detection element (Hall element 13) as an example. FIG. 7 (a) is a diagram schematically showing a part of the torque detection mechanism 21 in a stationary state, and FIG. 7 (b) is a diagram showing the rotational force in the circumferential direction A as shown in FIG. A case where the rotational force is applied in the circumferential direction B is schematically shown in FIG. Further, FIG. 8 is a perspective view schematically showing a part of the torque detection mechanism 21 in the steady state.

定常時 トルクが加わっていないので第7図(a)に示すように
磁性体5aから磁路片10aまでのギャップ空間lAと磁性体5
aから磁路片10bまでのギャップ空間lBとはそれぞれ等し
く、各々の磁性体と磁路片との位置関係はどの場所にお
いても一様である。したがって、第8図に示すように1
対の磁性体5a、5bおよび磁路片10a、10bを代表として例
に採り説明することができる。いま、磁性体5aのN極か
ら発した磁気力は実線の矢印で示す如く、ギャップ空間
lA、磁路片10a、アウターリング8を経てホール素子13
に至り、ホール素子13を直交してインナーリング9、磁
路片10bおよびギャップ空間lAを経由し、磁性体5bのS
極に到達する(この実線の矢印方向でホール素子13に働
く磁界の強さを磁界HAと呼ぶ)。また、磁性体5bのN極
から発した磁気力はコモンリング6を通して磁性体5aの
S極に到達する。このように、磁性体5a、5b、磁路片10
a、10b、アウターリング8、インナーリング9およびコ
モンリング6はギャップ空間lAを挟んで閉ループ状の磁
気通路を形成している(同図実線の矢印参照)。ところ
が、磁性体5aのN極で発生した磁気力は、一方では磁路
片10b側にも等しく印加しており、同図破線の矢印で示
すように上述した場合とは逆向きのルートで閉ループを
形成している(この破線の矢印方向でホール素子13に働
く磁界の強さを磁界HBと呼ぶ)。この場合、ホール素子
13に印加する磁界の強さは、実際上、透磁率の大きい磁
路片およびインナー、アウターリングに比して透磁率が
極めて小さいギャップ空間lAあるいはlBの大きさの差異
により決定される。また、磁路片10a、10b、アウターリ
ング8、インナーリング9およびコモンリング6の各部
材は定常時、非定常時とも共通の磁気通路を形成してい
ることから、これら各部材に経年変化等による劣化があ
ってもトルクの検出精度の低下を来さない。
Since torque is not constantly applied, the gap space l A from the magnetic body 5a to the magnetic path piece 10a and the magnetic body 5 are
The gap space l B from a to the magnetic path piece 10b is equal, and the positional relationship between each magnetic body and the magnetic path piece is uniform at any place. Therefore, as shown in FIG.
The pair of magnetic bodies 5a and 5b and the magnetic path pieces 10a and 10b can be described as representative examples. Now, the magnetic force generated from the N pole of the magnetic body 5a is the gap space as shown by the solid arrow.
l A , magnetic path piece 10a, outer ring 8 and Hall element 13
To the S element of the magnetic body 5b through the inner ring 9, the magnetic path piece 10b, and the gap space l A orthogonally to the Hall element 13.
It reaches the pole (the strength of the magnetic field acting on the Hall element 13 in the direction of the arrow of this solid line is called the magnetic field H A ). The magnetic force generated from the N pole of the magnetic body 5b reaches the S pole of the magnetic body 5a through the common ring 6. In this way, the magnetic bodies 5a and 5b and the magnetic path piece 10
The a, 10b, the outer ring 8, the inner ring 9 and the common ring 6 form a closed loop magnetic path across the gap space l A (see solid line arrow in the figure). However, the magnetic force generated at the N pole of the magnetic body 5a is equally applied to the magnetic path piece 10b side on the other hand, and as shown by the broken line arrow in FIG. (The strength of the magnetic field acting on the Hall element 13 in the direction of the broken line arrow is referred to as the magnetic field H B ). In this case, the Hall element
The strength of the magnetic field applied to 13 is actually determined by the difference in the size of the gap space l A or l B whose permeability is extremely smaller than that of the magnetic path piece with high permeability and the inner and outer rings. . In addition, since each member of the magnetic path pieces 10a, 10b, the outer ring 8, the inner ring 9 and the common ring 6 forms a common magnetic path during steady state and non-steady state, secular change in each of these members. Even if there is deterioration due to, the accuracy of torque detection does not decrease.

このように、トルクが加わらない定常時にあっては前述
したギャップ空間lA、lBは互いに等しいので、ホール素
子13に印加する磁界HA、HBは等しい強さとなり互いに相
殺し合ってトルクは検出されない。
As described above, in a steady state where no torque is applied, the gap spaces l A and l B described above are equal to each other, so that the magnetic fields H A and H B applied to the Hall element 13 have equal strengths and cancel each other out. Is not detected.

非定常時(トルクが加わった場合) 第7図(b)に示すように回転力が円周方向Aの向きに
加わったときは磁性体5aから磁路片10aまでのギャップ
空間lAと磁性体5bから磁路片10bまでのギャップ空間lA
は何れも大きくなり、逆に磁性体5aから磁路片10bまで
のギャップ空間lBと磁性体5bから磁路片10aまでのギャ
ップ空間lBとは何れも小さくなる。したがって、これに
伴って磁界HBが磁界HAよりも大きくなってゆき、その程
度はA方向に加わる捩れ角の大きさに比例する(第9図
参照)。例えば、A方向の回転力によりホール素子13に
印加する磁界の向きを正方向とし、その出力電圧がプラ
スの値となるようにホール素子13の出力を設定すれば、
第9図に示すように発生トルクの大きさおよず方向そし
て静止トルクを適切に検出することができる。また、第
7図(c)に示すように回転力が円周方向Bの向きに加
わったときは磁界HAが磁界HBよりも大きくなり、上記の
場合とは逆向きのトルクを検出することができる。
At unsteady state (when torque is applied) As shown in FIG. 7 (b), when the rotational force is applied in the circumferential direction A, the gap space l A from the magnetic body 5a to the magnetic path piece 10a and the magnetic field Gap space l A from body 5b to magnetic path piece 10b
Are all increased, both smaller than the gap space l B from the gap space l B and the magnetic body 5b of the opposite magnetic bodies 5a to magnetic path piece 10b to the magnetic path piece 10a. Therefore, along with this, the magnetic field H B becomes larger than the magnetic field H A , and the degree thereof is proportional to the magnitude of the twist angle applied in the A direction (see FIG. 9). For example, if the direction of the magnetic field applied to the Hall element 13 by the rotational force in the A direction is positive and the output of the Hall element 13 is set so that its output voltage has a positive value,
As shown in FIG. 9, the magnitude and direction of the generated torque and the static torque can be detected appropriately. Further, as shown in FIG. 7 (c), when the rotational force is applied in the direction of the circumferential direction B, the magnetic field H A becomes larger than the magnetic field H B, and the torque in the opposite direction to the above case is detected. be able to.

このように、本実施例では磁性体5a、5bから発した磁気
力をホール素子13で検知する際に、第1シャフト1と第
2シャフト3との間に生じた捩れ変位が磁性体5a、5bと
磁路片10a、10bとの間のギャップ空間lA,lBの変化とし
てとらえられ、このギャップ空間lA,lBの変化が磁界の
強さの変化としてピックアップ部材7と非接触で設けら
れたホール素子13により正確に検知される。
As described above, in the present embodiment, when the magnetic force generated from the magnetic bodies 5a and 5b is detected by the hall element 13, the torsional displacement generated between the first shaft 1 and the second shaft 3 causes the magnetic body 5a, It is perceived as a change in the gap space l A , l B between the 5b and the magnetic path piece 10a, 10b, and this change in the gap space l A , l B is a change in the magnetic field strength without contact with the pickup member 7. It is accurately detected by the Hall element 13 provided.

ところで、いままでは1個の磁気検出素子(ホール素子
13)のみに着目して本発明の作用を説明してきたが、実
際には他の磁気検出素子(ホール素子14)にあっても同
様の作用が働いている(但し、ホール素子14の出力はホ
ール素子13の出力に対して180°位相が異なる)。
By the way, until now one magnetic detection element (Hall element)
Although the operation of the present invention has been described focusing only on 13), the same operation actually works in other magnetic detection elements (Hall element 14) (however, the output of the Hall element 14 is 180 ° out of phase with the output of the Hall element 13).

このように、本実施例では従来の問題点で述べたよう
に、相対回動変位を軸方向変位に変換するもの等の従来
装置に比して回動部分がなく構造を極めて簡素にするこ
とができ、応答性や信頼性に優れ、かつ測定精度の良い
トルクセンサを低コストで実現することができる。ま
た、構造が簡単なことに加えてモールド部材4やピック
アップ部材7の取り付け後にホール素子13、14等の調整
を行うことができるため、これら各部材の取り付けにお
いて高い精度の要求される困難な工作を必要としない。
しかも、本発明では回転トルクの情報を非接触で検出し
ているので、測定精度面の向上は元より、耐摩耗性、保
安性等の信頼性を飛躍的に向上させることができるばか
りか、従来の装置では測定が困難であった静止トルクを
も精度良く検出することができる。
As described above, in the present embodiment, as described in the conventional problems, there is no rotating portion and the structure is extremely simple as compared with a conventional device such as a device that converts relative rotational displacement into axial displacement. Therefore, it is possible to realize a torque sensor that is excellent in responsiveness and reliability and has high measurement accuracy at low cost. Further, in addition to having a simple structure, since the Hall elements 13, 14 and the like can be adjusted after the mold member 4 and the pickup member 7 are attached, it is difficult to perform a difficult work requiring high precision in the attachment of these members. Does not need
Moreover, since the information of the rotating torque is detected in a non-contact manner in the present invention, not only the improvement of the measurement accuracy, but also the abrasion resistance, the reliability such as the safety can be dramatically improved, It is possible to accurately detect the static torque, which was difficult to measure with the conventional device.

以上のような効果に加えて、本実施例では第1シャフト
1の軸線を中心として180°の角度に相対する位置に2
個の磁気検出素子を設けているので、第10図に示すよう
に機械加工や組立誤差によりエア・ギャップAと、エア
・ギャップBとが異なるような場合、偏芯等の影響を受
けて1回転毎にトリル・リップルが発生しても(第11図
参照)、180°位相の異なる2個の磁気検出素子により
このリプル分は相殺され、必要な回転トルクのみを検出
することができる。したがって、検出精度が格段に向上
するばかりか、万一、事故等により軸が偏芯、あるいは
磁気検出素子が破損するようなことがあっても回転トル
クを適切に検出することができる。第12図はインナーリ
ング9とアウターリング8との間に偏心がある場合の回
転角とホール素子13、14の出力電圧との関係を測定した
特性図であり、本実施例では前述の第4図に示すような
演算回路によりこの偏心に係るリプル分を適切に消去し
ている。
In addition to the effects as described above, in this embodiment, the first shaft 1 is placed at a position opposite to the angle of 180 ° about the axis of the first shaft 1.
Since the individual magnetic detection elements are provided, if the air gap A and the air gap B are different due to machining or assembling errors as shown in FIG. Even if a trill ripple is generated for each rotation (see FIG. 11), this ripple is canceled by the two magnetic detection elements having 180 ° different phases, and only the required rotation torque can be detected. Therefore, not only the detection accuracy is remarkably improved, but also in the unlikely event that the shaft is eccentric or the magnetic detection element is damaged due to an accident or the like, the rotational torque can be appropriately detected. FIG. 12 is a characteristic diagram in which the relationship between the rotation angle and the output voltage of the Hall elements 13 and 14 when the eccentricity is present between the inner ring 9 and the outer ring 8 is measured. An arithmetic circuit as shown in the figure properly erases the ripple component related to the eccentricity.

以上のような特徴を有する本発明を例えば、自動車の操
舵力検出用としてステアリング装置に適用すれば操舵力
を制御に極めて好適である。
If the present invention having the above features is applied to a steering device for detecting a steering force of an automobile, for example, it is extremely suitable for controlling the steering force.

なお、本実施例では回転トルク検出の例として第9図に
回転角が±6°のみの態様を示しているが、これに限ら
ず、例えば磁性体や磁路片およびシャフトの捩れ剛性を
調節することにより広範囲な静・動トルクをも検出でき
ることは勿論である。
In this embodiment, as an example of the detection of the rotation torque, FIG. 9 shows a mode in which the rotation angle is only ± 6 °, but the invention is not limited to this. For example, the torsional rigidity of the magnetic body, the magnetic path piece, and the shaft is adjusted. By doing so, it is of course possible to detect a wide range of static and dynamic torques.

また、本発明では第1シャフトの先端部を捩れ変位の発
生が可能な構造として第2シャフトに連結する構成とし
ているが、この第1シャフトと第2シャフトとは別々の
部材であっても、あるいは本実施例のように第1、第2
シャフトとも1本の部材で形成されるものであってもよ
いことは言うまでもない。
Further, in the present invention, although the tip end portion of the first shaft is connected to the second shaft as a structure capable of generating a torsional displacement, the first shaft and the second shaft may be separate members, Alternatively, as in this embodiment, the first and second
It goes without saying that both the shaft and the shaft may be formed of a single member.

さらに、本実施例では回転トルクの検出回路として第4
図のような演算回路を示したがこれは限定されず、トル
ク・リップルが相殺されるような回路であれば他の態様
のものでもよい。
Further, in the present embodiment, a fourth embodiment is provided as a rotation torque detection circuit.
Although the arithmetic circuit as shown is shown, the present invention is not limited to this, and another circuit may be used as long as it is a circuit that cancels the torque ripple.

以上の第1実施例はいわゆる偏心補正を行う磁気検出素
子を2個用いて180°毎に相対させた例であるが、偏心
補正を行うには2個に限らない。例えば、素子を120°
毎に3つ設けるようにしてもよく、さらには4つ以上に
増やして、より精密に偏心補正を行うようにしてもよ
い。
The above-described first embodiment is an example in which two magnetic detection elements that perform so-called eccentricity correction are used and are opposed to each other at every 180 °, but the number is not limited to two to perform eccentricity correction. For example, if the element is 120 °
Three may be provided for each, or further four or more may be provided for more accurate eccentricity correction.

また、本発明は磁気検出素子を複数個設けるという部分
にポイントの1つがあり、上記第1実施例ではその素子
をすべて偏心補正用に用いているが、複数個の素子はこ
のような補正への使用に限らず、機械的要因以外に磁束
密度の不均一を補正するものとして用いてもよく、この
態様を次の第2実施例で示す。
Further, one of the points of the present invention is that a plurality of magnetic detection elements are provided. In the first embodiment, all of the elements are used for eccentricity correction. The present invention is not limited to the above-mentioned use, but may be used as a device for correcting non-uniformity of magnetic flux density in addition to mechanical factors. This aspect will be shown in the second embodiment below.

第13〜15図は本発明の第2実施例を示す図であり、本実
施例では磁気検出素子をさらに2個追加している他は第
1実施例と同様である。したがって、第1実施例と同一
構成部分には同一番号を付してその説明を省略する。
13 to 15 are views showing a second embodiment of the present invention, and this embodiment is the same as the first embodiment except that two more magnetic detecting elements are added. Therefore, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

第13図において、ホール素子13、14の位置以外にホール
素子13、14の場合と同様の状態でホール素子(第3の磁
気検出素子)16とホール素子16に対して180°の角度で
相対する位置にホール素子(第4の磁気検出素子)17が
配置され、ホール素子13、14、16、17はそれぞれ第14図
に示すブロック線図のように接続される。
In FIG. 13, except for the positions of the Hall elements 13 and 14, the Hall element (third magnetic detection element) 16 and the Hall element 16 are relative to each other at an angle of 180 ° in the same state as the case of the Hall elements 13 and 14. A Hall element (fourth magnetic detection element) 17 is arranged at the position where the Hall elements are connected, and the Hall elements 13, 14, 16 and 17 are connected as shown in the block diagram of FIG.

したがって、本実施例では磁性体5a、5bの先端部より磁
路片10a、10bに磁束が流入する際に、磁性体5a、5bと磁
路片10a、10bとのエアギャップ接合点(第13図中C、D
部参照)で磁束密度に不均一が生じても、第15図に示す
ようにこれを第3のホール素子16により平均化して打ち
消すことができる。したがって、本実施例では第1実施
例の効果に加えて部材の位置関係の差異による磁束密度
の不均一を補正することができ、より一層の精度の向上
を図ることができる。なお、ホール素子17は第1実施例
のホール素子14に相当し、同様の目的を有する。
Therefore, in this embodiment, when the magnetic flux flows into the magnetic path pieces 10a, 10b from the tips of the magnetic bodies 5a, 5b, the air gap junction point between the magnetic bodies 5a, 5b and the magnetic path pieces 10a, 10b (thirteenth C, D in the figure
Even if the magnetic flux density becomes uneven in (see section), it can be canceled out by averaging it by the third Hall element 16 as shown in FIG. Therefore, in the present embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, it is possible to correct the nonuniformity of the magnetic flux density due to the difference in the positional relationship of the members, and it is possible to further improve the accuracy. The hall element 17 corresponds to the hall element 14 of the first embodiment and has the same purpose.

(効果) 本発明によれば、捩れ変位を所定の構造により磁束量の
変化に変換し、この磁束量の変化を複数個配設した磁気
検出素子により非接触で検出するとともに、その磁気検
出素子のうち少なくとも2つ以上のものを第1、第2ピ
ックアップ路における第1シャフトの軸線を中心として
所定角度毎に設けることにより、捩れ変位をトルク量の
変化として適切に測定しているので、構造が簡単で応答
性が良く静止、回転に拘らず低コストで精度良く非接触
でトルクを検出することができる。
(Effects) According to the present invention, the torsional displacement is converted into a change in the amount of magnetic flux by a predetermined structure, and the change in the amount of magnetic flux is detected by a plurality of magnetic detection elements arranged in a non-contact manner. Since at least two or more of them are provided at predetermined angles around the axis of the first shaft in the first and second pickup paths, the torsional displacement is appropriately measured as a change in torque amount. However, the torque can be accurately detected in a non-contact manner at low cost regardless of whether it is stationary or rotating, because it is simple and responsive.

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

第1〜12図は本発明に係るトルクセンサの第1実施例を
示す図であり、第1図はその分解斜視図、第2図はその
縦側面図、第3図はその正面図、第4図はその演算回路
を示す回路図、第5図はそのホール素子の特性図、第6
図(a)はその定電圧回路を示す一つの回路図、第6図
(b)はその定電圧回路を示すもう一つの回路図、第7
図(a)はその定常時の作用を説明するための模式図、
第7図(b)はその一方の方向にトルクが加わった場合
の作用を説明するための模式図、第7図(c)はその他
方の方向にトルクが加わった場合の作用を説明するため
の模式図、第8図はその作用を説明するために模式的に
示した斜視図、第9図はその効果を説明するための回転
トルクの特性図、第10図はその作用を説明するための正
面図、第11図はその作用を説明するための回転トルクの
特性図、第12図はその効果を説明するための回転トルク
の特性図、第13〜15図は本発明の第2実施例を示す図で
あり、第13図はその正面図、第14図はそのブロック線
図、第15図はその効果を説明するための回転トルクの特
性図である。 1……第1シャフト、 2……小径部、 3……第2シャフト、 5a、5b……磁性体、 10a、10b……磁路片、 11……第1ピックアップ路、 12……第2ピックアップ路、 13、14……ホール素子(磁気検出素子)、 16、17……ホール素子(第3の磁気検出素子)。
1 to 12 are views showing a first embodiment of a torque sensor according to the present invention. FIG. 1 is an exploded perspective view thereof, FIG. 2 is a longitudinal side view thereof, and FIG. 3 is a front view thereof. FIG. 4 is a circuit diagram showing the arithmetic circuit, FIG. 5 is a characteristic diagram of the Hall element, FIG.
FIG. 6A is one circuit diagram showing the constant voltage circuit, and FIG. 6B is another circuit diagram showing the constant voltage circuit.
Figure (a) is a schematic diagram for explaining the operation in the steady state,
FIG. 7 (b) is a schematic view for explaining the action when torque is applied in one direction, and FIG. 7 (c) is for explaining the action when torque is applied in the other direction. FIG. 8, FIG. 8 is a schematic perspective view for explaining the action, FIG. 9 is a characteristic diagram of rotational torque for explaining the effect, and FIG. 10 is for explaining the action. Is a front view, FIG. 11 is a rotation torque characteristic diagram for explaining the action, FIG. 12 is a rotation torque characteristic diagram for explaining the effect, and FIGS. 13 to 15 are second embodiments of the present invention. FIG. 13 is a diagram showing an example, FIG. 13 is a front view thereof, FIG. 14 is a block diagram thereof, and FIG. 15 is a rotational torque characteristic diagram for explaining the effect. 1 ...... First shaft, 2 ... Small diameter part, 3 ... Second shaft, 5a, 5b ... Magnetic material, 10a, 10b ... Magnetic path piece, 11 ... First pickup path, 12 ... Second Pickup path, 13, 14 ... Hall element (magnetic detection element), 16, 17 ... Hall element (third magnetic detection element).

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1シャフトの先端部を捩れ変位の発生が
可能な構造として第2シャフトに連結し、この連結部の
周囲を取り囲むように所定数のN極およびS極を固定磁
極として交互に配設して第2シャフトに固定し、これら
のN極およびS極と同数の第1ピックアップ路および第
2ピックアップ路をそれぞれ各磁極の中間位置に対向す
るように配設するとともに、第1、第2ピックアップ路
を流れる磁束の変化を検出する磁気検出素子を第1シャ
フトに対して非接触となるように複数個配設し、該磁気
検出素子のうち少なくとも2つ以上のものを第1、第2
ピックアップ路における第1シャフトの軸線からの機械
的偏心等を補正するように前記軸線を中心として所定角
度毎に設け、第2シャフトに対して第1シャフトが捩れ
変位したとき前記N極が第1ピックアップ路あるいは第
2ピックアップ路の何れかに近接することによって第
1、第2ピックアップ路を流れる磁束量を変化させ、こ
の磁束の変化から第2シャフトに対する第1シャフトの
捩れ変位を検出するようにしたことを特徴とするトルク
センサ。
1. A tip portion of a first shaft is connected to a second shaft as a structure capable of generating a torsional displacement, and a predetermined number of N poles and S poles are alternately arranged as fixed magnetic poles so as to surround the periphery of the connection portion. The first pickup path and the second pickup path as many as the N poles and the S poles are arranged so as to face the intermediate positions of the respective magnetic poles. , A plurality of magnetic detection elements for detecting a change in magnetic flux flowing through the second pickup path are arranged so as not to contact the first shaft, and at least two of the magnetic detection elements are first , Second
The pickup shaft is provided at predetermined angles about the axis of the first shaft so as to correct mechanical eccentricity from the axis of the first shaft, and when the first shaft is twisted and displaced with respect to the second shaft, the N pole is the first The amount of magnetic flux flowing through the first and second pickup paths is changed by approaching either the pickup path or the second pickup path, and the torsional displacement of the first shaft with respect to the second shaft is detected from the change in the magnetic flux. A torque sensor characterized in that
【請求項2】前記磁気検出素子は、偏心補正を行う素子
として第1シャフトの軸線を中心として180°の角度で
相対する位置に配設される2つの素子からなることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載のトルクセンサ。
2. The magnetic detection element is composed of two elements, which are arranged to face each other at an angle of 180 ° about the axis of the first shaft, as elements for correcting eccentricity. The torque sensor according to the first section.
【請求項3】前記磁気検出素子は、第1シャフトの軸線
を中心として180°の角度で相対する位置に配設される
2つの素子と、これらの位置以外に配設され、偏心補正
を行う第1、第2ピックアップ路の間の磁束密度の不均
一を補正する第3の素子とからなることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載のトルクセンサ。
3. The magnetic detection element is provided with two elements arranged at positions opposite to each other at an angle of 180 ° about the axis of the first shaft, and is arranged at a position other than these positions to perform eccentricity correction. The torque sensor according to claim 1, further comprising a third element that corrects the non-uniformity of the magnetic flux density between the first and second pickup paths.
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