JPH08114518A - Torque sensor - Google Patents
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- JPH08114518A JPH08114518A JP27426794A JP27426794A JPH08114518A JP H08114518 A JPH08114518 A JP H08114518A JP 27426794 A JP27426794 A JP 27426794A JP 27426794 A JP27426794 A JP 27426794A JP H08114518 A JPH08114518 A JP H08114518A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、回転軸に発生するト
ルクを検出するトルクセンサに関し、特に、簡易な構造
で検出感度が高まるようにしたものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torque sensor for detecting a torque generated on a rotary shaft, and more particularly to a torque sensor having a simple structure to enhance detection sensitivity.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のトルクセンサとして、例えば特開
昭57−190240号公報の第11図に開示されたも
のがあり、この従来のトルクセンサは、相対回転可能に
同軸に配設された入力軸及び出力軸の重なり合った部分
を、アルミニウム製の比較的短い円筒部材で包囲すると
ともに、入力軸及び出力軸間の相対変位に応じてその円
筒部材を軸方向に進退させるようになっている。そし
て、円筒部材の周囲にはコイルが配設されていて、その
コイルに誘導される自己誘導起電力を測定し、その結果
に基づいて入力軸及び出力軸間の相対回転変位(トル
ク)を検出するようにしていた。つまり、円筒部材が軸
方向に進退すると、コイルの自己インダクタンスが変化
するから、コイルの自己誘導起電力に基づけば入力軸及
び出力軸に生じているトルクが検出できる、というもの
であった。2. Description of the Related Art A conventional torque sensor is disclosed, for example, in FIG. 11 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-190240. This conventional torque sensor has an input coaxially rotatably arranged. The overlapped portion of the shaft and the output shaft is surrounded by a relatively short cylindrical member made of aluminum, and the cylindrical member is advanced and retracted in the axial direction according to the relative displacement between the input shaft and the output shaft. A coil is arranged around the cylindrical member, and the self-induced electromotive force induced in the coil is measured, and the relative rotational displacement (torque) between the input shaft and the output shaft is detected based on the result. I was trying to do it. That is, when the cylindrical member moves back and forth in the axial direction, the self-inductance of the coil changes, so that the torque generated in the input shaft and the output shaft can be detected based on the self-induced electromotive force of the coil.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のトルクセンサにあっては、第1及び第2の回転
軸間の相対回転変位を、円筒部材の軸方向変位に変換す
る機構が必要であったため、構造が複雑になりその分信
頼性も落ちるという問題点があった。また、アルミニウ
ム製の円筒部材を変位させるだけでは、コイルの自己イ
ンダクタンスを急峻に変化させることはできなかった。
このため、センサ感度を高くするには例えばコイルの巻
き数を多くすること等が必要となるが、これでは装置の
大型化等を招いてしまうという欠点がある。However, the above-mentioned conventional torque sensor requires a mechanism for converting the relative rotational displacement between the first and second rotary shafts into the axial displacement of the cylindrical member. Therefore, there is a problem that the structure is complicated and reliability is reduced accordingly. Moreover, the self-inductance of the coil cannot be changed sharply only by displacing the aluminum cylindrical member.
Therefore, in order to increase the sensor sensitivity, for example, it is necessary to increase the number of windings of the coil, but this has a drawback that the size of the device is increased.
【0004】本発明は、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って、簡易な
構造でしかも検出感度を高めることができるトルクセン
サを提供することを目的としている。The present invention has been made by paying attention to the unsolved problems of the prior art as described above, and an object thereof is to provide a torque sensor having a simple structure and capable of enhancing the detection sensitivity. I am trying.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るトルクセンサは、導電性で且つ非磁性
の材料からなる第1及び第2の円筒部材を相対回転可能
に同軸に嵌め合わせるとともに、同軸に配設された第1
及び第2の回転軸をトーションバーを介して連結し、前
記第1及び第2の円筒部材と前記第1及び第2の回転軸
とを同軸に配設し、前記第1の円筒部材及び前記第1の
回転軸を回転方向に一体とし、前記第2の円筒部材及び
前記第2の回転軸を回転方向に一体とし、前記第1及び
第2の円筒部材のそれぞれにそれらの間の相対回転位置
に応じて重なり具合が変化するように窓を形成し、前記
第1及び第2の円筒部材の前記窓が形成された部分の内
側の空間に磁性材料からなる部材を配設し、そして、前
記第1及び第2の円筒部材の前記窓が形成された部分を
包囲するようにコイルを配設し、そのコイルに起電力を
誘導させてこれを測定する起電力測定手段を設け、その
起電力測定手段の測定結果に基づいて、前記第1及び第
2の回転軸に発生するトルクを検出するようにした。To achieve the above object, in a torque sensor according to the present invention, first and second cylindrical members made of a conductive and non-magnetic material are coaxially rotatably arranged. The first that is fitted and is coaxially arranged
And a second rotary shaft are connected via a torsion bar, the first and second cylindrical members and the first and second rotary shafts are arranged coaxially, and the first cylindrical member and the A first rotating shaft is integrally formed in the rotating direction, the second cylindrical member and the second rotating shaft are integrally formed in the rotating direction, and the first and second cylindrical members are respectively rotated relative to each other. A window is formed so that the degree of overlap changes depending on the position, and a member made of a magnetic material is arranged in a space inside the portion of the first and second cylindrical members in which the window is formed, and A coil is arranged so as to surround the portion of the first and second cylindrical members in which the window is formed, and an electromotive force measuring means for inducing an electromotive force in the coil to measure the electromotive force is provided. Generated on the first and second rotating shafts based on the measurement result of the power measuring means. It was to detect the torque that.
【0006】[0006]
【作用】例えば第1の回転軸を入力軸とし、第2の回転
軸を出力軸とすれば、第1の回転軸からトーションバー
を介して第2の回転軸にトルクが伝達するため、それら
第1の回転軸及び第2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。すると、第1及び
第2の円筒部材間にも相対回転が生じるから、それら円
筒部材に形成された窓の重なり具合が変化する。For example, if the first rotary shaft is used as the input shaft and the second rotary shaft is used as the output shaft, torque is transmitted from the first rotary shaft to the second rotary shaft through the torsion bar. Relative rotation occurs between the first rotating shaft and the second rotating shaft with the torsion of the torsion bar. Then, since relative rotation also occurs between the first and second cylindrical members, the degree of overlap of the windows formed in those cylindrical members changes.
【0007】そして、第1及び第2の円筒部材の窓同士
の重なり面積が小さければ、第1及び第2の円筒部材の
内側の空間に配設された磁性材料からなる部材の外周面
の比較的多くの部分が、導電性で且つ非磁性の材料から
なる材料で覆われたことと等価になる。逆に、窓同士の
重なり面積が大きければ、その磁性材料からなる部材の
外周面の比較的少ない部分が、導電性で且つ非磁性の材
料からなる材料で覆われたことと等価になる。If the overlapping areas of the windows of the first and second cylindrical members are small, the outer peripheral surfaces of the members made of magnetic material disposed in the space inside the first and second cylindrical members are compared. It is equivalent to covering a large part with a material made of a conductive and non-magnetic material. On the contrary, if the overlapping area of the windows is large, it is equivalent to covering a relatively small portion of the outer peripheral surface of the member made of the magnetic material with the material made of the conductive and non-magnetic material.
【0008】ここで、本発明における非磁性の材料と
は、常磁性体及び一部の反磁性体のことであり、磁性材
料とは、強磁性体のことである。そして、非磁性材料の
透磁率は、空気と同程度であり、磁性体の透磁率に比べ
て小さい。また、導電体に磁束が鎖交するとその磁束の
変化を妨げるように“うず電流”が生じ、これによって
磁界が発生するため、物質内を均等に磁束が通らないで
表皮部分に磁束が集中する表皮効果が表れる。従って、
導電性で且つ非磁性材料からなる領域は、空気よりも磁
束を通し難い性質を有する。Here, the non-magnetic material in the present invention means a paramagnetic material and a part of diamagnetic material, and the magnetic material means a ferromagnetic material. The magnetic permeability of the non-magnetic material is about the same as that of air, which is smaller than the magnetic permeability of the magnetic body. Also, when magnetic flux is linked to a conductor, an "eddy current" occurs so as to prevent the magnetic flux from changing, and this causes a magnetic field, so that the magnetic flux does not evenly pass through the substance and concentrates on the skin. The skin effect appears. Therefore,
The region made of a conductive and non-magnetic material has a property that it is harder for magnetic flux to pass therethrough than air.
【0009】このため、上述したように窓の重なり具合
の変化によって、磁性材料からなる部材の外周面に占め
る導電性で且つ非磁性の材料で覆われた領域が変化する
と、コイルの自己インダクタンス,相互インダクタンス
は、磁性材料と、導電性で且つ非磁性の材料との間に磁
束の通しやすさに大きな差があるから、第1及び第2の
円筒部材間の相対回転に応じて急峻に変化する。Therefore, as described above, when the area covered with the conductive and non-magnetic material on the outer peripheral surface of the member made of a magnetic material changes due to the change in the overlapping degree of the windows, the self-inductance of the coil, The mutual inductance has a large difference in easiness of passing magnetic flux between the magnetic material and the conductive and non-magnetic material, so that the mutual inductance sharply changes in accordance with relative rotation between the first and second cylindrical members. To do.
【0010】そして、コイルの誘導起電力が起電力測定
手段によって測定されるが、コイルの自己インダクタン
ス,相互インダクタンスが第1及び第2の円筒部材間の
相対回転に応じて変化することから、その測定結果に基
づけば、第1及び第2の回転軸に発生するトルクが検出
される。Then, the induced electromotive force of the coil is measured by the electromotive force measuring means. Since the self-inductance and the mutual inductance of the coil change according to the relative rotation between the first and second cylindrical members, Based on the measurement result, the torque generated on the first and second rotating shafts is detected.
【0011】[0011]
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図1乃至図6は本発明の第1実施例を示す図で
あって、これは本発明に係るトルクセンサを、車両用の
電動パワーステアリング装置に適用したものである。先
ず、構成を説明すると、車両の操舵系の一部分の断面図
である図1に示すように、同軸に且つ回転自在に配置さ
れた入力軸1及び出力軸2間が、トーションバー3を介
して連結されている。なお、これら入力軸1及び出力軸
2は、鉄等の磁性材料から形成されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 6 are views showing a first embodiment of the present invention, in which the torque sensor according to the present invention is applied to an electric power steering device for a vehicle. First, the structure will be described. As shown in FIG. 1, which is a sectional view of a part of a steering system of a vehicle, a torsion bar 3 is provided between an input shaft 1 and an output shaft 2 which are coaxially and rotatably arranged. It is connected. The input shaft 1 and the output shaft 2 are made of a magnetic material such as iron.
【0012】入力軸1の図示しない図1右端側には、ス
テアリングホイールが回転方向に一体に取り付けられて
おり、また、出力軸2の図示しない図1左端側には、例
えば公知のラックアンドピニオン式ステアリング装置を
構成するピニオン軸が連結されている。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1,トーションバー3,出力軸2及
びラックアンドピニオン式ステアリング装置を介して、
図示しない転舵輪に伝達する。A steering wheel is integrally mounted in the rotational direction on the right end side of the input shaft 1 (not shown) in FIG. 1, and a known rack and pinion is mounted on the left end side of the output shaft 2 (not shown) in FIG. The pinion shaft which comprises a steering system is connected. Therefore, the steering force generated by the operator steering the steering wheel is transmitted through the input shaft 1, the torsion bar 3, the output shaft 2 and the rack and pinion type steering device.
It is transmitted to the steered wheels (not shown).
【0013】また、出力軸2の入力軸1側端面には、ト
ーションバー3の挿入部からさらに径方向に延びた溝2
aが形成されていて、この溝2aには、入力軸1の出力
軸2側端面に形成された凸部1aが挿入されている。た
だし、溝2aの幅(周方向寸法)は、凸部1aの幅より
も若干広くなっていて、これにより、入力軸1及び出力
軸2間の所定範囲(例えば、±5度程度)以上の相対回
転を防止している。On the end surface of the output shaft 2 on the input shaft 1 side, a groove 2 extending further in the radial direction from the insertion portion of the torsion bar 3 is formed.
a is formed, and the convex portion 1a formed on the end surface of the input shaft 1 on the output shaft 2 side is inserted into the groove 2a. However, the width (circumferential dimension) of the groove 2a is slightly larger than the width of the convex portion 1a, and as a result, the width of the groove 2a is not less than a predetermined range (for example, about ± 5 degrees) between the input shaft 1 and the output shaft 2. Relative rotation is prevented.
【0014】なお、出力軸2には、図示しない電動モー
タの回転力が例えばウォームギア等を介して伝達される
ようになっている。つまり、電動モータへの駆動電流の
方向及び大きさを適宜制御することにより、出力軸2に
任意の方向及び大きさの操舵補助トルクが付与されるよ
うになっている。一方、入力軸1の出力軸2に近接した
部分の外周面には、入力軸1と同軸の大径部1Aが形成
されていて、この大径部1Aの外周面に近接してこれを
包囲するように、肉薄の二つの円筒部材4及び5が配設
されている。The rotating force of an electric motor (not shown) is transmitted to the output shaft 2 via, for example, a worm gear. That is, by appropriately controlling the direction and magnitude of the drive current to the electric motor, the steering assist torque of any direction and magnitude is applied to the output shaft 2. On the other hand, a large diameter portion 1A coaxial with the input shaft 1 is formed on the outer peripheral surface of the input shaft 1 in the vicinity of the output shaft 2 and surrounds the outer peripheral surface of the large diameter portion 1A. Therefore, two thin cylindrical members 4 and 5 are arranged.
【0015】即ち、円筒部材4及び5は、導電性で且つ
非磁性の材料(例えば、アルミニウム)から形成されて
いて、円筒部材4内に円筒部材5が挿入されて、相対回
転可能に同軸に嵌め合わされている。そして、円筒部材
4の図1右方側端部内面には小径部4Aが形成されてい
て、その小径部4Aが入力軸1に外嵌している。これに
より、円筒部材4は入力軸1と回転方向に一体となって
いる。また、円筒部材5の図1左方側端部内面には小径
部5Aが形成されていて、その小径部5Aが出力軸2に
外嵌している。これにより、円筒部材5は出力軸2と回
転方向に一体となっている。That is, the cylindrical members 4 and 5 are made of a conductive and non-magnetic material (for example, aluminum), and the cylindrical member 5 is inserted into the cylindrical member 4 so as to be coaxially rotatable relative to each other. It is fitted. A small diameter portion 4A is formed on the inner surface of the right end of the cylindrical member 4 in FIG. 1, and the small diameter portion 4A is fitted onto the input shaft 1. Thereby, the cylindrical member 4 is integrated with the input shaft 1 in the rotation direction. A small-diameter portion 5A is formed on the inner surface of the left end of the cylindrical member 5 in FIG. 1, and the small-diameter portion 5A is fitted onto the output shaft 2. Thereby, the cylindrical member 5 is integrated with the output shaft 2 in the rotational direction.
【0016】さらに、円筒部材4の大径部1Aを包囲す
る肉薄の部分のうち、小径部4Aに近い側には、周方向
に等間隔離隔した長方形の複数(この実施例では、六
つ)の窓4a,…,4aが形成され、小径部5Aに近い
側には窓4a,…,4aと位相が180度ずれるように
周方向に等間隔離隔した長方形(窓4aと同形状)の複
数(この実施例では、六つ)の窓4b,…,4bが形成
されている。Further, among the thin portions surrounding the large diameter portion 1A of the cylindrical member 4, on the side close to the small diameter portion 4A, a plurality of rectangular shapes (six in this embodiment) are equally spaced in the circumferential direction. , 4a are formed, and a plurality of rectangles (same shape as the window 4a) are equally spaced in the circumferential direction on the side close to the small diameter portion 5A so that the phases of the windows 4a ,. (In this embodiment, six windows) 4b, ..., 4b are formed.
【0017】より具体的には、窓4a,…,4aは、円
筒部材4の周面を周方向に12等分し、その12当分さ
れた領域を一つ置きに長方形に開口することにより形成
されており、窓4b,…,4bは、窓4a,…,4a同
士の間の開口していない部分に対応する部分を開口する
ことにより形成されている。一方、円筒部材5の大径部
1Aを包囲する肉薄の部分のうち、窓4a,…,4aが
形成された部分の内側には、周方向に等間隔離隔した長
方形(窓4aと同形状)の複数(この実施例では、六
つ)の窓5a,…,5aが形成され、窓4b,…,4b
が形成された部分の内側には、窓5a,…,5aと同窓
に周方向に等間隔離隔した長方形(窓5aと同形状)の
複数(この実施例では、六つ)の窓5b,…,5bが形
成されている。More specifically, the windows 4a, ..., 4a are formed by dividing the circumferential surface of the cylindrical member 4 into 12 equal parts in the circumferential direction, and opening the regions corresponding to the 12 equal parts in a rectangular shape. The windows 4b, ..., 4b are formed by opening portions corresponding to the unopened portions between the windows 4a ,. On the other hand, in the thin portion surrounding the large diameter portion 1A of the cylindrical member 5, inside the portion where the windows 4a, ..., 4a are formed, a rectangle (same shape as the window 4a) is equally spaced in the circumferential direction. , 5a are formed, and windows 4b, ..., 4b are formed (six in this embodiment).
, 5a, and a plurality of rectangular windows (same shape as the window 5a) (six in this embodiment) 5b, ... , 5b are formed.
【0018】ただし、入力軸1及び出力軸2間に相対回
転が生じていないとき(操舵トルクが零のとき)に、図
1のA−A線における円筒部材4及び5の断面図である
図2に示すように窓4a及び窓5aが半分だけ重なるよ
うに、円筒部材4及び5は位置合わせをされてそれぞれ
入力軸1又は出力軸2に固定されている。従って、図1
のB−B線における円筒部材4及び5の断面図である図
3に示すように、操舵トルクが零のときには、窓4b及
び5bも半分だけ重なるようになるが、窓4aと4bと
の間の位相が180度ずれているため、窓4a及び5a
の重なり状態と、窓4b及び5bの重なり状態とは、図
2,図3及び円筒部材4,5を固定した状態の入力軸
1,出力軸2の正面図である図4からも明らかなよう
に、周方向で逆になっている。However, when relative rotation does not occur between the input shaft 1 and the output shaft 2 (when the steering torque is zero), it is a sectional view of the cylindrical members 4 and 5 taken along the line AA of FIG. As shown in FIG. 2, the cylindrical members 4 and 5 are aligned and fixed to the input shaft 1 or the output shaft 2 so that the windows 4a and 5a overlap each other by half. Therefore, FIG.
As shown in FIG. 3, which is a cross-sectional view of the cylindrical members 4 and 5 taken along the line BB, when the steering torque is zero, the windows 4b and 5b also overlap each other by half, but between the windows 4a and 4b. Are 180 degrees out of phase, so windows 4a and 5a
2 and FIG. 3 and the front view of the input shaft 1 and the output shaft 2 with the cylindrical members 4 and 5 fixed as shown in FIG. 4 and the overlapping state of the windows 4b and 5b. And, it is reversed in the circumferential direction.
【0019】そして、円筒部材4,5は、同一規格のコ
イル10及び11が巻き付けられたボビン9で包囲され
ている。即ち、コイル10及び11は、それら円筒部材
4,5と同軸に配置されていて、コイル10は窓4a,
…,4aが形成された部分を包囲するようにボビン9に
巻き付けられ、コイル11は窓4b,…,4bが形成さ
れた部分を包囲するようにボビン9に巻き付けられてい
る。The cylindrical members 4 and 5 are surrounded by a bobbin 9 around which coils 10 and 11 of the same standard are wound. That is, the coils 10 and 11 are arranged coaxially with the cylindrical members 4 and 5, and the coil 10 has the windows 4a,
, 4a is wound around the bobbin 9 so as to surround the portion where the windows 4b are formed, and the coil 11 is wound around the bobbin 9 so as to surround the portion where the windows 4b ,.
【0020】コイル10及び11は、図示しないセンサ
ケースに収容されたモータ制御回路に接続されている。
モータ制御回路は、例えば図5に示すように、所定周波
数の交流電流をコイル10,11に供給する発振部21
と、コイル10の自己誘導起電力を整流及び平滑して出
力する整流・平滑回路22と、コイル11の自己誘導起
電力を整流及び平滑して出力する整流・平滑回路23
と、整流・平滑回路22の出力及び整流平滑回路23の
出力の差を増幅して出力する差動アンプ24A,24B
と、差動アンプ24Aの出力に含まれる外部からのノイ
ズ成分を除去するノイズ除去フィルタ25Aと、差動ア
ンプ24Bの出力に含まれる外部からのノイズ成分を除
去するノイズ除去フィルタ25Bと、それらノイズ除去
フィルタ25A,25Bの出力の例えば平均値に基づい
て円筒部材4及び5の相対回転変位の方向及び大きさを
演算しその結果に例えば所定の比例定数を乗じて操舵系
に発生している操舵トルクを求めるトルク演算部26
と、トルク演算部26の演算結果に基づいて操舵トルク
を軽減する操舵補助トルクが発生するような駆動電流I
を電動モータに供給するモータ駆動部27と、から構成
されている。The coils 10 and 11 are connected to a motor control circuit housed in a sensor case (not shown).
The motor control circuit includes, for example, as shown in FIG. 5, an oscillating unit 21 that supplies an alternating current having a predetermined frequency to the coils 10 and 11.
A rectifying / smoothing circuit 22 for rectifying and smoothing the self-induced electromotive force of the coil 10 and outputting the rectified / smoothing circuit 23 for rectifying and smoothing the self-induced electromotive force of the coil 11 and outputting
And differential amplifiers 24A and 24B for amplifying and outputting the difference between the output of the rectifying / smoothing circuit 22 and the output of the rectifying / smoothing circuit 23.
A noise removal filter 25A for removing an external noise component included in the output of the differential amplifier 24A, a noise removal filter 25B for removing an external noise component included in the output of the differential amplifier 24B, and those noises. Steering generated in the steering system by calculating the direction and magnitude of the relative rotational displacement of the cylindrical members 4 and 5 based on, for example, the average value of the outputs of the removal filters 25A and 25B and multiplying the result by, for example, a predetermined proportional constant. Torque calculation unit 26 for obtaining torque
And a drive current I such that a steering assist torque for reducing the steering torque is generated based on the calculation result of the torque calculation unit 26.
Is provided to the electric motor.
【0021】次に、本実施例の動作を説明する。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1及び出力軸2間には相対回転は生じな
い。従って、入力軸1と一体に回転する円筒部材4と、
出力軸2と一体に回転する円筒部材5との間にも、相対
回転は生じない。Next, the operation of this embodiment will be described. Now, assuming that the steering system is in a straight traveling state and the steering torque is zero, relative rotation does not occur between the input shaft 1 and the output shaft 2. Therefore, the cylindrical member 4 rotating integrally with the input shaft 1,
No relative rotation occurs between the output shaft 2 and the cylindrical member 5 that rotates integrally.
【0022】一方、ステアリングホイールを操舵して入
力軸1に回転力が生じると、その回転力は、トーション
バー3を介して出力軸2に伝達される。このとき、出力
軸2には、転舵輪及び路面間の摩擦力や出力軸2の図示
しない左端側に構成されたラックアンドピニオン式ステ
アリング装置のギアの噛み合い等の摩擦力に応じた抵抗
力が生じるため、入力軸1及び出力軸2間には、トーシ
ョンバー3が捩じれることによって出力軸2が遅れる相
対回転が発生し、円筒部材4及び5間にも相対回転が生
じる。On the other hand, when the steering wheel is steered to generate a rotational force on the input shaft 1, the rotational force is transmitted to the output shaft 2 via the torsion bar 3. At this time, the output shaft 2 is provided with a frictional force between the steered wheels and the road surface and a resistance force corresponding to the frictional force such as the meshing of gears of the rack-and-pinion steering device configured on the left end side (not shown) of the output shaft 2. Therefore, the torsion bar 3 is twisted between the input shaft 1 and the output shaft 2 so that relative rotation occurs in which the output shaft 2 is delayed, and relative rotation also occurs between the cylindrical members 4 and 5.
【0023】ここで、例えば右操舵トルク(右回転方向
操舵時に発生する操舵トルク)発生時には、操舵トルク
零の場合に比べて、窓4a及び5aの重なり合った面積
は大きくなり、窓4b及び5bの重なり合った面積は小
さくなる。逆に、左右操舵トルク(左回転方向操舵時に
発生する操舵トルク)発生時には、操舵トルク零の場合
に比べて、窓4a及び5aの重なり合った面積は小さく
なるのに対し、窓4b及び5bの重なり合った面積は大
きくなる。Here, for example, when the right steering torque (steering torque generated during steering in the right rotation direction) is generated, the overlapping area of the windows 4a and 5a becomes larger than that when the steering torque is zero, and the windows 4b and 5b are larger. The overlapping area becomes smaller. On the contrary, when the left and right steering torque (steering torque generated in the steering in the left rotation direction) is generated, the overlapping area of the windows 4a and 5a is smaller than that when the steering torque is zero, whereas the overlapping of the windows 4b and 5b is smaller. The area is large.
【0024】そして、窓4a及び5a,窓4b及び5b
が重なり合った部分は、その内側に配設される磁性材料
からなる大径部1Aの表面を露出することになる。換言
すれば、大径部1Aの外周面のうち、導電性で且つ非磁
性の材料からなる円筒部材4,5で覆われた部分が操舵
トルクに応じて変化するのであり、具体的には、右操舵
トルク発生時には、その方向の操舵トルクが大きくなる
に従って、コイル10の内側では大径部1Aの外周面の
露出領域が増大し、コイル11の内側ではその外周面の
露出領域は減少する。逆に、左操舵トルク発生時には、
その方向の操舵トルクが大きくなるに従って、コイル1
0の内側では大径部1Aの外周面の露出領域が減少し、
コイル11の内側ではその外周面の露出領域は増大す
る。Then, windows 4a and 5a, windows 4b and 5b
The overlapped portion exposes the surface of the large-diameter portion 1A made of a magnetic material and disposed inside thereof. In other words, the portion of the outer peripheral surface of the large-diameter portion 1A covered with the cylindrical members 4 and 5 made of a conductive and non-magnetic material changes according to the steering torque. When the right steering torque is generated, the exposed region of the outer peripheral surface of the large diameter portion 1A increases inside the coil 10 and the exposed region of the outer peripheral surface inside the coil 11 decreases as the steering torque in that direction increases. Conversely, when the left steering torque is generated,
As the steering torque in that direction increases, the coil 1
On the inside of 0, the exposed area of the outer peripheral surface of the large diameter portion 1A decreases,
Inside the coil 11, the exposed area of its outer peripheral surface increases.
【0025】すると、大径部1Aは、円筒部材4,5よ
りも磁束を通しやすい性質を有しているため、右操舵ト
ルク発生時には、コイル10の自己インダクタンスは増
大しコイル11の自己インダクタンスは減少するから、
コイル10の自己誘導起電力は大きくなり、コイル11
の自己誘導起電力は小さくなる。逆に、左操舵トルク発
生時には、コイル10の自己インダクタンスは減少しコ
イル11の自己インダクタンスは増大するから、コイル
10の自己誘導起電力は小さくなり、コイル11の自己
誘導起電力は大きくなる。Then, since the large-diameter portion 1A has a property of allowing magnetic flux to pass through more easily than the cylindrical members 4 and 5, the self-inductance of the coil 10 increases and the self-inductance of the coil 11 increases when the right steering torque is generated. Decrease,
The self-induced electromotive force of the coil 10 becomes large, and the coil 11
Self-induced electromotive force becomes smaller. On the contrary, when the left steering torque is generated, the self-inductance of the coil 10 decreases and the self-inductance of the coil 11 increases, so that the self-induced electromotive force of the coil 10 decreases and the self-induced electromotive force of the coil 11 increases.
【0026】従って、コイル10及び11の自己誘導起
電力の差を求める差動アンプ24A及び24Bの出力
は、図6に示すように、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ようになる。また、差動アンプ
24A及び24Bにおいて整流・平滑回路22,23の
差を求めているため、温度等による自己インダクタンス
の変化はキャンセルされる。Therefore, the outputs of the differential amplifiers 24A and 24B for obtaining the difference between the self-induced electromotive forces of the coils 10 and 11 change linearly according to the direction and magnitude of the steering torque, as shown in FIG. . Further, since the difference between the rectifying / smoothing circuits 22 and 23 is obtained in the differential amplifiers 24A and 24B, the change in the self-inductance due to the temperature or the like is canceled.
【0027】そして、トルク演算部26は、ノイズ除去
フィルタ25A,25Bを介して供給される差動アンプ
24A,24Bの出力の平均値を演算し、その値に例え
ば所定の比例定数を乗じて操舵トルクを求め、その結果
をモータ駆動部27に供給する。モータ駆動部27は、
操舵トルクの方向及び大きさに応じた駆動電流Iを電動
モータに供給する。Then, the torque calculation unit 26 calculates the average value of the outputs of the differential amplifiers 24A, 24B supplied through the noise removal filters 25A, 25B, and multiplies the average value by a predetermined proportional constant, for steering. The torque is obtained and the result is supplied to the motor drive unit 27. The motor drive unit 27 is
A drive current I according to the direction and magnitude of the steering torque is supplied to the electric motor.
【0028】すると、電動モータには、操舵系に発生し
ている操舵トルクの方向及び大きさに応じた回転力が発
生し、その回転力がウォームギア等を介して出力軸2に
伝達されるから、出力軸2に操舵補助トルクが付与され
たことになり、操舵トルクが減少し、操縦者の負担が軽
減される。そして、導電性で且つ非磁性の材料からなる
円筒部材4,5は、交番磁界と鎖交する場合には、うず
電流が発生して磁束を通し難くなるため、空気よりも更
に磁束を通し難い性質を有する。これに対し、円筒部材
4,5の内周面に近接した大径部1Aは、磁束を通し易
い(空気よりも通し易い)。従って、大径部1A外周面
の露出面積の変化は、コイル10,11の自己インダク
タンスを急峻に変化させることになるから、差動アンプ
24A,24Bの出力を急峻にしてセンサ感度を上げる
ことができる。逆に、センサ感度が従来のままでよけれ
ば、コイル10,11の巻き数等を少なくしてコイル1
0,11を小型化できる。Then, a rotating force is generated in the electric motor according to the direction and magnitude of the steering torque generated in the steering system, and the rotating force is transmitted to the output shaft 2 via the worm gear or the like. Since the steering assist torque is applied to the output shaft 2, the steering torque is reduced and the burden on the operator is reduced. When the cylindrical members 4 and 5 made of a conductive and non-magnetic material interlink with the alternating magnetic field, an eddy current is generated to make it difficult for magnetic flux to pass therethrough. It has the property. On the other hand, the large-diameter portion 1A close to the inner peripheral surfaces of the cylindrical members 4 and 5 is more likely to pass magnetic flux (easier to pass than air). Therefore, since the change of the exposed area of the outer peripheral surface of the large diameter portion 1A causes the self-inductance of the coils 10 and 11 to change abruptly, the outputs of the differential amplifiers 24A and 24B can be made abrupt and the sensor sensitivity can be increased. it can. On the contrary, if the sensor sensitivity is the same as the conventional one, the number of turns of the coils 10 and 11 may be reduced and the coil 1
0, 11 can be miniaturized.
【0029】また、円筒部材4及び5内を通過する磁束
は、うず電流による表皮効果によって、コイル10,1
1に近い表皮部分に集中することになる。ちなみに、コ
イル10,11に供給する交流電流の周波数をf、円筒
部材4,5をなす材料の透磁率をμ、その電気伝導率を
σとすれば、磁束が集中する表皮の厚さδは、下記の
(1)式のようになる。The magnetic flux passing through the cylindrical members 4 and 5 is coiled by the skin effect of the eddy current.
It will be concentrated on the skin portion close to 1. By the way, if the frequency of the alternating current supplied to the coils 10 and 11 is f, the magnetic permeability of the material forming the cylindrical members 4 and 5 is μ, and its electrical conductivity is σ, the skin thickness δ at which the magnetic flux concentrates is , As in the following equation (1).
【0030】 δ=2/(2πf・σ・μ)1/2 ……(1) つまり、円筒部材4,5の厚みは、上記(1)式で求め
られる厚さδ以上あればよいから、円筒部材4,5を含
んだセンサ部分の外径寸法を小さくできる。以上から、
本実施例の構成であれば、トルクセンサが配設される部
分を従来に比べて小型化(細く)できるという利点があ
り、本実施例のようにスペース的な余裕が小さい車両に
適用される装置にとっては特に有益である。Δ = 2 / (2πf · σ · μ) 1/2 (1) In other words, the thickness of the cylindrical members 4 and 5 may be equal to or greater than the thickness δ calculated by the above formula (1). The outer diameter of the sensor portion including the cylindrical members 4 and 5 can be reduced. From the above,
The configuration of the present embodiment has an advantage that the portion where the torque sensor is arranged can be made smaller (thinner) than the conventional one, and is applied to a vehicle having a small space margin as in the present embodiment. It is especially beneficial for the device.
【0031】さらには、入力軸1及び出力軸2間の相対
回転変位を他の部材の直進運動に変換する機構が必要が
ないから、構造が簡易であるし、変換機構が不要な分、
精度が向上するという利点がある。ここで、本実施例で
は、入力軸1が第1の回転軸に対応し、出力軸2が第2
の回転軸に対応し、円筒部材4が第1の円筒部材に対応
し、円筒部材5が第2の円筒部材に対応し、大径部1A
が磁性材料からなる部材に対応し、発振部21,整流・
平滑回路22,23及び差動アンプ24A,24Bによ
って起電力測定手段が構成される。Furthermore, since there is no need for a mechanism for converting the relative rotational displacement between the input shaft 1 and the output shaft 2 into the linear motion of another member, the structure is simple and the conversion mechanism is unnecessary.
There is an advantage that accuracy is improved. Here, in this embodiment, the input shaft 1 corresponds to the first rotation shaft and the output shaft 2 corresponds to the second rotation shaft.
The cylindrical member 4 corresponds to the first cylindrical member, the cylindrical member 5 corresponds to the second cylindrical member, and the large diameter portion 1A
Corresponds to a member made of a magnetic material, and has an oscillating part 21, a rectifying /
The smoothing circuits 22 and 23 and the differential amplifiers 24A and 24B constitute electromotive force measuring means.
【0032】図7は本発明の第2実施例を示す図であっ
て、上記第1実施例の図4と同様に円筒部材4,5を固
定した状態の入力軸1,出力軸2の正面図である。な
お、上記第1実施例と同様の部材,部位には、同じ符号
を付し、その重複する説明は省略する。即ち、上記第1
実施例では、円筒部材5に軸方向に離隔して二列の窓5
a,…,5a、窓5b,…,5bを形成しているが、本
実施例では、円筒部材5に軸方向に長い窓5c,…,5
cを形成することにより、それら二列の窓5a,…,5
a、窓5b,…,5bを共通化したものである。これに
より、製造コストを低減できるという利点がある。その
他の作用効果は上記第1実施例と同様である。FIG. 7 is a view showing a second embodiment of the present invention. As in FIG. 4 of the first embodiment, the front surface of the input shaft 1 and the output shaft 2 with the cylindrical members 4 and 5 fixed. It is a figure. The same members and parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and their duplicated description will be omitted. That is, the first
In the embodiment, two rows of windows 5 are axially separated from each other in the cylindrical member 5.
, 5a and windows 5b, ..., 5b are formed. In this embodiment, the cylindrical member 5 has windows 5c ,.
By forming c, the two rows of windows 5a, ..., 5
a, windows 5b, ..., 5b are shared. This has the advantage that the manufacturing cost can be reduced. Other functions and effects are similar to those of the first embodiment.
【0033】なお、上記実施例では、信頼性を向上させ
るために、差動アンプ24A,24B及びノイズ除去フ
ィルタ25A,25Bを二系統設けているが、これは必
ずしも必要ではなく、個々の回路の信頼性が十分であれ
ば一系統であっもよいし、逆に三系統以上設けてもよ
い。また、上記実施例では、本発明に係るトルクセンサ
を、車両用の電動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 the above embodiment, two systems of differential amplifiers 24A and 24B and noise removal filters 25A and 25B are provided in order to improve the reliability, but this is not always necessary, and it is not necessary for each circuit. If the reliability is sufficient, one system may be provided, or conversely, three or more systems may be provided. Further, in the above embodiment, the case where the torque sensor according to the present invention is applied to the electric power steering device for a vehicle has been described, but the application target of the present invention is not limited to this.
【0034】そして、上記実施例では、コイル10,1
1の自己誘導起電力を測定する構成としているが、発振
コイルを設けることにより相互誘導起電力を測定する構
成としてもよい。或いは、差動を採ることなく、一つの
コイルの自己誘導起電力,相互誘導起電力に基づいてト
ルクを求めるようにしてもよい。In the above embodiment, the coils 10, 1
Although the self-induced electromotive force of No. 1 is measured, the mutual induced electromotive force may be measured by providing an oscillation coil. Alternatively, the torque may be obtained based on the self-induced electromotive force and the mutual induced electromotive force of one coil without taking the differential.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導電性で且つ非磁性の材料からなる第1及び第2の円筒
部材を相対回転可能に同軸に嵌め合わせるとともに、同
軸に配設された第1及び第2の回転軸をトーションバー
を介して連結し、前記第1及び第2の円筒部材と前記第
1及び第2の回転軸とを同軸に配設し、前記第1の円筒
部材及び前記第1の回転軸を回転方向に一体とし、前記
第2の円筒部材及び前記第2の回転軸を回転方向に一体
とし、前記第1及び第2の円筒部材のそれぞれにそれら
の間の相対回転位置に応じて重なり具合が変化するよう
に窓を形成し、前記第1及び第2の円筒部材の前記窓が
形成された部分の内側の空間に磁性材料からなる部材を
配設し、そして、前記第1及び第2の円筒部材の前記窓
が形成された部分を包囲するようにコイルを配設し、そ
のコイルに起電力を誘導させてこれを測定する起電力測
定手段を設け、その起電力測定手段の測定結果に基づい
て、前記第1及び第2の回転軸に発生するトルクを検出
するようにしたため、簡易な構造で高精度のトルク検出
が行え、しかも装置の小型化も図れるという効果があ
る。As described above, according to the present invention,
The first and second cylindrical members made of a conductive and non-magnetic material are coaxially fitted to each other so as to be relatively rotatable, and the first and second rotating shafts coaxially arranged are connected via a torsion bar. Then, the first and second cylindrical members and the first and second rotating shafts are coaxially arranged, and the first cylindrical member and the first rotating shaft are integrated in a rotating direction, The second cylindrical member and the second rotating shaft are integrated in the rotating direction, and the first and second cylindrical members are each provided with a window so that the degree of overlap changes according to the relative rotational position between them. And forming a member made of a magnetic material in a space inside the portion of the first and second cylindrical members in which the window is formed, and the windows of the first and second cylindrical members are A coil is placed so as to surround the formed part, and an electromotive force is applied to the coil. Since the electromotive force measuring means for inducing and measuring this is provided and the torque generated in the first and second rotating shafts is detected based on the measurement result of the electromotive force measuring means, a simple structure is provided. The torque can be detected with high accuracy, and the size of the device can be reduced.
【図1】本発明の第1実施例の構成を示す正断面図であ
る。FIG. 1 is a front sectional view showing a configuration of a first embodiment of the present invention.
【図2】図1のA−A線における円筒部材の断面図であ
る。FIG. 2 is a cross-sectional view of the cylindrical member taken along the line AA of FIG.
【図3】図1のB−B線における円筒部材の断面図であ
る。3 is a cross-sectional view of the cylindrical member taken along the line BB in FIG.
【図4】円筒部材を固定した状態の正面図である。FIG. 4 is a front view showing a state where a cylindrical member is fixed.
【図5】モータの制御回路の一例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a motor control circuit.
【図6】操舵トルクと差動アンプの出力との関係を示す
グラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between steering torque and the output of a differential amplifier.
【図7】本発明の第2実施例における円筒部材を固定し
た状態の正面図である。FIG. 7 is a front view of the second embodiment of the present invention with a cylindrical member fixed.
1 入力軸(第1の回転軸) 2 出力軸(第2の回転軸) 3 トーションバー 4 円筒部材(第1の円筒部材) 4a,4b 窓 5 円筒部材(第2の円筒部材) 5a,5b 窓 10,11 コイル 21 発振部 22,23 整流・平滑回路 24A,24B 差動アンプ 25A,25B ノイズ除去フィルタ 26 トルク演算部 27 モータ駆動回路 1 Input Shaft (First Rotation Shaft) 2 Output Shaft (Second Rotation Shaft) 3 Torsion Bar 4 Cylindrical Member (First Cylindrical Member) 4a, 4b Window 5 Cylindrical Member (Second Cylindrical Member) 5a, 5b Window 10, 11 Coil 21 Oscillator 22,23 Rectification / smoothing circuit 24A, 24B Differential amplifier 25A, 25B Noise removal filter 26 Torque calculator 27 Motor drive circuit
Claims (1)
及び第2の円筒部材を相対回転可能に同軸に嵌め合わせ
るとともに、同軸に配設された第1及び第2の回転軸を
トーションバーを介して連結し、前記第1及び第2の円
筒部材と前記第1及び第2の回転軸とを同軸に配設し、
前記第1の円筒部材及び前記第1の回転軸を回転方向に
一体とし、前記第2の円筒部材及び前記第2の回転軸を
回転方向に一体とし、前記第1及び第2の円筒部材のそ
れぞれにそれらの間の相対回転位置に応じて重なり具合
が変化するように窓を形成し、前記第1及び第2の円筒
部材の前記窓が形成された部分の内側の空間に磁性材料
からなる部材を配設し、そして、前記第1及び第2の円
筒部材の前記窓が形成された部分を包囲するようにコイ
ルを配設し、そのコイルに起電力を誘導させてこれを測
定する起電力測定手段を設け、その起電力測定手段の測
定結果に基づいて、前記第1及び第2の回転軸に発生す
るトルクを検出することを特徴とするトルクセンサ。1. A first member made of a conductive and non-magnetic material.
And the second cylindrical member are coaxially fitted to each other so as to be rotatable relative to each other, and the coaxially arranged first and second rotating shafts are connected to each other via a torsion bar, and the first and second cylindrical members are connected. The first and second rotating shafts are arranged coaxially,
The first cylindrical member and the first rotating shaft are integrally formed in the rotating direction, the second cylindrical member and the second rotating shaft are integrally formed in the rotating direction, and the first and second cylindrical members are integrally formed. A window is formed so that the degree of overlap changes depending on the relative rotational position between them, and a magnetic material is formed in the space inside the portion of the first and second cylindrical members in which the window is formed. A member is disposed, and a coil is disposed so as to surround the portion of the first and second cylindrical members where the window is formed, and an electromotive force is induced in the coil to measure the electromotive force. A torque sensor characterized in that an electric power measuring means is provided and the torque generated in the first and second rotating shafts is detected based on the measurement result of the electromotive force measuring means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27426794A JPH08114518A (en) | 1994-10-14 | 1994-10-14 | Torque sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27426794A JPH08114518A (en) | 1994-10-14 | 1994-10-14 | Torque sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08114518A true JPH08114518A (en) | 1996-05-07 |
Family
ID=17539290
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27426794A Pending JPH08114518A (en) | 1994-10-14 | 1994-10-14 | Torque sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH08114518A (en) |
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