JPH08304193A - Torque sensor - Google Patents

Torque sensor

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Publication number
JPH08304193A
JPH08304193A JP10644595A JP10644595A JPH08304193A JP H08304193 A JPH08304193 A JP H08304193A JP 10644595 A JP10644595 A JP 10644595A JP 10644595 A JP10644595 A JP 10644595A JP H08304193 A JPH08304193 A JP H08304193A
Authority
JP
Japan
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magnets
steering
torque
magnet
hall element
Prior art date
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Pending
Application number
JP10644595A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mikiya Shinohara
原 幹 弥 篠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP10644595A priority Critical patent/JPH08304193A/en
Publication of JPH08304193A publication Critical patent/JPH08304193A/en
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Abstract

PURPOSE: To provide a torque sensor which can be easily manufactured and of which torque detection characteristic itself has a curvature change which is similar to a desired auxiliary steering force characteristic in a power steering device. CONSTITUTION: The torque sensor is provided with magnets 6a and 6b where the same magnetic poles are arranged oppositely with a certain space along the axial direction on the outer-peripheral part of a steering side shaft 1 out of the steering side shaft 1 and a steering machine mechanism side shaft 2 connected to a torsion bar 3, a Hall element 5 provided at the center position between the magnets 6a and 6b and on the center line of the magnets 6a and 6b, and yokes 7a and 7b which are supported by a supporting member consisting of a nonmagnetic material being provided at the axial edge of the steering mechanism side shaft 2 and whose length in the axial direction is nearly equal to that of the magnets 6a and 6b and is provided at positions opposite to the side surfaces of the magnets 6a and 6b while sandwiching a center line for connecting the magnets 6a and 6b and the center of the Hall element 5 and in the vertical direction to the center line.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の電動パワース
テアリング装置等に適用されるトルクセンサに関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torque sensor applied to an electric power steering device of an automobile.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車の操舵輪を操作する力を補助する
パワーステアリング装置として、電動式の装置が開発さ
れている。これは、運転者の操舵トルクを検出し、その
検出トルクに応じて操舵機構に設けた電動機が操舵補助
力を発生する装置であって、油圧式の場合のように、油
圧ポンプ駆動のためにエンジン出力を消費しないという
特徴がある。
2. Description of the Related Art An electric device has been developed as a power steering device for assisting a force for operating steered wheels of an automobile. This is a device that detects the steering torque of the driver, and an electric motor provided in the steering mechanism generates a steering assist force according to the detected torque. It has the feature that it does not consume engine output.

【0003】この操舵トルク検出手段としては、信頼性
やコストの点から非接触でかつ構成の簡素な手段が望ま
しく、そのような操舵トルク検出手段として、例えば、
特開昭61−235270号公報等に開示されており、
その原理的な構成は図6(a)〜図6(c)に示す様に
なっている。
As the steering torque detecting means, a non-contact means having a simple structure is desirable in terms of reliability and cost. As such steering torque detecting means, for example,
It is disclosed in JP-A-61-235270 and the like,
The principle configuration is as shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c).

【0004】図6(a)において、図示しない操舵輪を
取付けている操舵側軸101と、同じく図示しない操舵
機構が取付けられている操舵機構側軸102とが、トー
ションバー103を介して、同軸的にかつ相対的に回転
変位可能に連結されており、これらの軸は図示していな
い他の部品に固定された筒状のケース104によって回
転自在に支持されている。
In FIG. 6 (a), a steering side shaft 101 to which steering wheels (not shown) are attached and a steering mechanism side shaft 102 to which a steering mechanism (not shown) is attached are coaxial with each other via a torsion bar 103. And relatively rotatably connected to each other, and these shafts are rotatably supported by a cylindrical case 104 fixed to another component (not shown).

【0005】操舵機構側軸102の軸端部の外周には、
磁石105が固定されているとともに、操舵側軸101
の軸端部の外周には磁石105が発生する磁束を検出す
るホール素子106が固定されている。なお、このとき
の磁石105とホール素子106との位置関係は、図6
(b)または図6(c)に示すような組み合わせとなっ
ている。
On the outer circumference of the shaft end of the steering mechanism side shaft 102,
The magnet 105 is fixed and the steering shaft 101
A Hall element 106 for detecting the magnetic flux generated by the magnet 105 is fixed to the outer periphery of the shaft end portion of the. The positional relationship between the magnet 105 and the Hall element 106 at this time is shown in FIG.
The combination is as shown in (b) or FIG. 6 (c).

【0006】さらに、操舵側軸101のケース104内
の外周には、スリップリング107が取り付けられてい
るとともに、これに対応する位置のケース104の内周
にはブラシ108が取付けられており、ホール素子10
6からの検出信号は、スリップリング107およびブラ
シ108を介して、ケース104外側に取付けられた回
路109で増幅され、操舵補助力を発生する電動機の制
御回路に送られる。
Further, a slip ring 107 is attached to the outer circumference of the case 104 of the steering side shaft 101, and a brush 108 is attached to the inner circumference of the case 104 at a position corresponding to the slip ring 107. Element 10
A detection signal from 6 is amplified by a circuit 109 attached to the outside of the case 104 via a slip ring 107 and a brush 108, and is sent to a control circuit of a motor that generates a steering assist force.

【0007】このような構成のトルクセンサにおいて
は、操舵側軸101よりトルクが印加されてトーション
バー103が捩れると、磁石105とホ−ル素子106
の位置が相対的に変位して、ホール素子106を通過す
る磁石104からの磁束の磁束密度が変化し、この印加
トルクの変化(捩じれ角の変化)に対応した磁束密度の
変化がホール素子106により検出されて、トルク検出
信号が出力される。なお、磁石105とホール素子10
6との位置関係が図6(b)および図6(c)に示す場
合の印加トルクに対するトルク検出特性は、図7に示す
ようになっている。
In the torque sensor having such a configuration, when torque is applied from the steering side shaft 101 and the torsion bar 103 is twisted, the magnet 105 and the hall element 106 are provided.
Is relatively displaced, the magnetic flux density of the magnetic flux from the magnet 104 passing through the Hall element 106 changes, and the change of the magnetic flux density corresponding to the change of the applied torque (change of the twist angle) changes. And a torque detection signal is output. The magnet 105 and the Hall element 10
6 shows the torque detection characteristics with respect to the applied torque when the positional relationship with 6 is shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c).

【0008】そして、このトルク検出信号が電動機の制
御回路にて処理され、この処理情報に基づいて運転者の
操舵力に応じた操舵補助力が電動機により発生される。
Then, the torque detection signal is processed by the control circuit of the electric motor, and the steering assist force corresponding to the steering force of the driver is generated by the electric motor based on the processing information.

【0009】ところで、通常、パワーステアリング装置
においては、例えば、直進走行時の修正操舵等において
運転者がハンドルに加える操舵力が小さいときは、操舵
補助力を抑制することにより、ハンドル操作感に安定感
を持たせ、逆に大きな操舵力を必要とする停車時の据え
切りや低速走行における操舵操作時等においては、大き
な操舵補助力を発生させることにより、軽い操作感を持
たせる必要がある。そのため、運転者の操舵トルクに対
する操舵補助力特性は、図8に示すように、零トルク付
近では抑制され、操舵トルクが正または負の方向に増加
すると急激に立ち上がり、運転者が大きな操舵力でハン
ドルを操作する必要のない特性とすることが望ましい。
By the way, in the power steering apparatus, when the steering force applied to the steering wheel by the driver is small, for example, in the correction steering during straight traveling, the steering assist force is suppressed to stabilize the steering operation feeling. On the contrary, it is necessary to give a feeling of light operation by generating a large steering assist force at the time of stationary steering when the vehicle is stopped or a steering operation at low speed running which requires a large steering force. Therefore, as shown in FIG. 8, the steering assist force characteristic with respect to the steering torque of the driver is suppressed near zero torque, and when the steering torque increases in the positive or negative direction, the steering assist force characteristic rises sharply and the driver operates with a large steering force. It is desirable to have a characteristic that does not require the handle to be operated.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6に
示したような構成の従来の電動パワーステアリング装置
用トルクセンサにおいては、トーションバー103の捩
れにより、磁石105がホール素子106に対して図6
(b)ないし図6(c)に示す矢印X1 およびX2 の方
向に変位する構成となっているため、入力トルクに対す
るトルク検出特性は、図7に示したように、図中(b
´)のごとく入力トルクに直線的に比例して曲率変化を
もたないか、または、(b”)のごとく零トルク付近で
は出力変化が大きく入力トルクの正または負の方向の増
加にともないトルク検出特性曲線の傾きが飽和する特性
となる(図6(b)の構成の場合)か、あるいは、図中
(c)のように入力トルクの印加方向によって非対称な
特性となり(図6(c)の構成の場合)、図8に示した
ような、両方向のトルク入力に対して、零トルク付近で
曲率変化を有する特性曲線が得られない。
However, in the conventional torque sensor for the electric power steering apparatus having the structure shown in FIG. 6, the torsion bar 103 is twisted so that the magnet 105 moves toward the Hall element 106.
Since it is configured to be displaced in the directions of arrows X1 and X2 shown in (b) to FIG. 6 (c), the torque detection characteristic with respect to the input torque is as shown in FIG.
′) Has no curvature change linearly proportional to the input torque, or the output change is large near zero torque as shown in (b ″), and the torque increases as the input torque increases in the positive or negative direction. The slope of the detection characteristic curve becomes saturated (in the case of the configuration of FIG. 6B) or becomes asymmetrical depending on the input direction of the input torque as shown in FIG. 6C (FIG. 6C). In the case of the above configuration), a characteristic curve having a curvature change near zero torque cannot be obtained for a torque input in both directions as shown in FIG.

【0011】そこで、図6に示した磁石105a,10
5bおよびホール素子106の構成を、図9に示すよう
な構成のものとすることによって、図8に示した曲率変
化を有する特性曲線を得る手法が知られている。
Therefore, the magnets 105a, 10 shown in FIG.
There is known a method of obtaining the characteristic curve having the curvature change shown in FIG. 8 by making the configurations of 5b and the Hall element 106 as shown in FIG.

【0012】図9において、トルクセンサの製造時にホ
ール素子106が磁石105a,105bの中央線C3
上からずれるとトルク感度が数十%も減少し、また、ホ
ール素子106が磁石105aと磁石105bとの間隔
の中央線C4 からずれるとトルク印加方向の違いによっ
てトルク検出感度が異なるため、2個の磁石105a,
105bとホール素子106との位置決めを精密に行な
う必要がある。
In FIG. 9, when manufacturing the torque sensor, the Hall element 106 has a center line C3 of the magnets 105a and 105b.
If the Hall element 106 deviates from the center line C4 of the gap between the magnets 105a and 105b when the Hall element 106 deviates from the above, the torque detection sensitivity varies depending on the difference in the torque application direction. Magnet 105a,
It is necessary to precisely position 105b and the Hall element 106.

【0013】しかし、図9に示す構成においては2個の
磁石105a,105bがトーションバー103の他方
の端子に固定されるため、磁石105a,105bとホ
ール素子106との位置を精度良く製造することは困難
である。
However, in the structure shown in FIG. 9, since the two magnets 105a and 105b are fixed to the other terminal of the torsion bar 103, the positions of the magnets 105a and 105b and the Hall element 106 can be manufactured with high precision. It is difficult.

【0014】したがって、実用的には、図6(b)また
は図6(c)に示した構成のトルクセンサを使用するこ
とになるため、この従来のトルクセンサを用いて図8に
示したような望ましい操舵補助力特性を実現するために
は、マイクロプロセッサー等による演算処理が必要とな
り、そのため制御回路が複雑で高価なものとなる問題が
あり、この問題を解決することが課題であった。
Therefore, since the torque sensor having the configuration shown in FIG. 6B or 6C is practically used, the conventional torque sensor shown in FIG. 8 is used. In order to realize such a desirable steering assist force characteristic, arithmetic processing by a microprocessor or the like is required, which causes a problem that the control circuit becomes complicated and expensive, and it is a problem to solve this problem.

【0015】[0015]

【発明の目的】本発明は、このような従来の課題に鑑み
てなされたものであり、マイクロプロセッサー等による
複雑な演算処理に頼ることなしに、トルク検出特性自体
が電動パワーステアリング装置における所望の補助操舵
力特性を発生するのに好適である、すなわち、トルク検
出特性が補助操舵力特性と類似の曲率変化を有するトル
クセンサを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such conventional problems, and the torque detection characteristic itself is desired in an electric power steering apparatus without relying on complicated arithmetic processing by a microprocessor or the like. An object of the present invention is to provide a torque sensor suitable for generating an auxiliary steering force characteristic, that is, having a torque detection characteristic having a curvature change similar to that of the auxiliary steering force characteristic.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明に係るトルクセン
サは、トーションバーを介して同軸的に連結され、且つ
回転トルクが加わった際にトーションバーの捩じれによ
り相対的に回転変位可能な2つの軸における前記回転ト
ルクを検出するトルクセンサにおいて、前記2つの軸の
うち一方の軸の軸端外周部に軸方向に沿って一定の間隔
をおいて磁極の同極同士が互いに対向して設けられた各
々の磁石と、前記各々の磁石間の中間位置で且つ各々の
磁石の中心線上に設けられたホール素子と、他方の軸の
軸端に設けられた非磁性材料からなる支持部材によって
支持され軸方向の長さが前記各々の磁石と略同一であっ
て、前記各々の磁石およびホール素子の中心を結ぶ中心
線を挟んで且つこの中心線と垂直方向において前記各々
個の磁石の側面のそれぞれと対向する位置に設けられた
磁性材料からなる各々のヨークを備えた構成としたこと
を特徴としている。
A torque sensor according to the present invention comprises two torque sensors which are coaxially connected to each other via a torsion bar and which can be relatively rotationally displaced by twisting the torsion bar when a rotational torque is applied. In a torque sensor for detecting the rotation torque of a shaft, the same poles of magnetic poles are provided facing each other at a constant interval along the axial direction on the outer peripheral portion of the shaft end of one of the two shafts. Each magnet, a Hall element provided at an intermediate position between the magnets and on the center line of each magnet, and a support member made of a non-magnetic material provided at the shaft end of the other shaft. The length in the axial direction is substantially the same as that of each of the magnets, and the side surface of each of the magnets is sandwiched between the center lines connecting the centers of the magnets and the Hall elements and in the direction perpendicular to the center line. It is characterized in that it has a structure in which each comprise a yoke made of a magnetic material provided at a position facing the respectively.

【0017】[0017]

【発明の作用】本発明の係るトルクセンサは、上記の構
成としたことにより、トーションバーを介して同軸的に
連結され、且つトルクセンサに回転トルクが加わるとト
ーションバーが捩じれ、磁極の同極同士が互いに対向し
て一方の軸端に設けられた各々の磁石のうち一方の磁石
と各々のヨークのうち前記一方の磁石の側面に対向する
一方のヨークとの間隔が狭まり、これと同時に、他方の
磁石とこれに対向する他方のヨークとの間隔が開くこと
となる。そのため、一方の磁石から発生する全磁束のう
ち、一方のヨークを通過する磁束が増加するため、ホー
ル素子を通過する磁束は減少することとなり、また、他
方の磁石から発生する全磁束のうち、他方のヨークを通
過する磁束は減少するため、ホール素子を通過する磁束
は増加することとなり、その結果、ホール素子は他方の
磁石から発生される磁束をより多く検出することとな
り、この情報をもとにトルクが検出されることとなる。
このとき、回転トルクの印加により、各々の磁石と対向
するヨークとの間隔が変化する構成としていることによ
り、トルク検出特性が補助操舵力特性と類似の曲率変化
を有するものとなる。
The torque sensor according to the present invention, which has the above-described structure, is coaxially connected through the torsion bar, and when a torque is applied to the torque sensor, the torsion bar is twisted so that the magnetic poles have the same polarity. The gap between one magnet of the magnets provided at one shaft end facing each other and one of the yokes facing the side surface of the one magnet is narrowed, and at the same time, The gap between the other magnet and the other yoke facing the other magnet is opened. Therefore, of the total magnetic flux generated from one of the magnets, the magnetic flux passing through one of the yokes is increased, so the magnetic flux passing through the Hall element is reduced, and among the total magnetic flux generated from the other magnet, Since the magnetic flux passing through the other yoke decreases, the magnetic flux passing through the Hall element will increase, and as a result, the Hall element will detect more magnetic flux generated from the other magnet, and this information will also be detected. The torque will be detected.
At this time, the gap between each magnet and the facing yoke changes due to the application of the rotating torque, so that the torque detection characteristic has a curvature change similar to the auxiliary steering force characteristic.

【0018】さらに、各々の磁石およびホール素子は組
みつけ時に2つの軸のうち一方の軸の端部に固定すれば
よいため、トーションバーとの組み付け以前に磁石とホ
ール素子との精密な位置決めを行ない易くなり、その結
果、検出特性が補助操舵力特性と類似の曲率変化を有す
るトルクセンサの製造が容易なものとなる。
Further, since each magnet and the Hall element may be fixed to the end of one of the two shafts when assembled, the magnet and the Hall element should be precisely positioned before the assembly with the torsion bar. This facilitates the manufacture, and as a result, facilitates the manufacture of a torque sensor whose detection characteristic has a curvature change similar to that of the auxiliary steering force characteristic.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。EXAMPLES The present invention will be described below based on examples.

【0020】図1は、本発明に係るトルクセンサの一実
施例を示す構成図であって、図示しない操舵輪を取付け
ている操舵側軸1と、同じく図示しない操舵機構が取付
けられている操舵機構側軸2とが、トーションバー3を
介して同軸的にかつ相対的に回転変位可能に連結されて
おり、これらの軸は図示していない他の部品に固定され
た筒状のケース4によって回転自在に支持されている。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a torque sensor according to the present invention, in which a steering shaft 1 on which steering wheels (not shown) are mounted and a steering mechanism (not shown) are mounted. The mechanism-side shaft 2 is coaxially and relatively rotatably coupled to each other via a torsion bar 3, and these shafts are connected by a cylindrical case 4 fixed to another component (not shown). It is rotatably supported.

【0021】また、操舵側軸1の端部の外周には、ホー
ル素子5と磁石6aおよび6bが固定されており、ま
た、操舵機構側軸2の端部の外周で且つ前記磁石6a,
6bに対向する位置には、それぞれヨーク7a,7bが
固定されている。
A Hall element 5 and magnets 6a and 6b are fixed to the outer periphery of the end of the steering side shaft 1, and the outer periphery of the end of the steering mechanism side shaft 2 and the magnets 6a, 6b.
Yokes 7a and 7b are fixed at positions facing 6b, respectively.

【0022】さらに、操舵側軸1にはスリップリング8
が、ケース4にはブラシ9が取付けられ、ホール素子5
からの検出信号は、スリップリング8およびブラシ9を
介して、センサ回路に送られる。
Further, a slip ring 8 is attached to the steering shaft 1.
However, the brush 9 is attached to the case 4, and the hall element 5
The detection signal from is sent to the sensor circuit via the slip ring 8 and the brush 9.

【0023】次に、図2(a)は、図1におけるホール
素子5,磁石6a,6bおよびヨーク7a,7bの位置
関係を矢印Aの方向から見た場合の詳細図である。
Next, FIG. 2A is a detailed view of the positional relationship between the Hall element 5, the magnets 6a and 6b and the yokes 7a and 7b in FIG.

【0024】図2(a)において、同一形状の磁石6
a,6bはそのNまたはS極の同極同士が一定の間隔G
hを隔てて対向したかたちで、操舵側軸1に固定されて
いる。また、ホール素子5が間隔Ghの中央位置であっ
て、その磁気検出面Fhを磁石6a,6bの磁極端面F
mと平行に、かつその中心が磁石6aおよび6bの中心
を結ぶ中心線C1 上に位置するように操舵側軸1に固定
されている。
In FIG. 2A, the magnets 6 having the same shape are used.
a and 6b have a constant gap G between the same poles of their N or S poles.
It is fixed to the steering-side shaft 1 so as to face each other with h therebetween. Further, the Hall element 5 is at the center position of the gap Gh, and its magnetic detection surface Fh is the magnetic pole end surface F of the magnets 6a and 6b.
It is fixed to the steering side shaft 1 in parallel with m and its center is located on a center line C1 connecting the centers of the magnets 6a and 6b.

【0025】一方、磁性体からなるヨーク7a,7bは
互いに同一形状であって、中心線C1 を挟むかたちでか
つ中心線C1 に垂直な方向において、ヨーク7aは磁石
7aの側面中央にヨーク7bは磁石7bの側面中央にそ
れぞれ間隔G1 およびG2 (この間隔G1 およびG2 は
トルクを印加していないときは互いに等しい)をおいて
対向している。なお、これらのヨーク7a,7bは、操
舵機構側軸2に固定されたコの字形状の非磁性体からな
る支持部材10の突出部10aおよび10bに、それぞ
れ固定されている。
On the other hand, the yokes 7a and 7b made of a magnetic material have the same shape, and the yoke 7a is located at the center of the side surface of the magnet 7a in the direction sandwiching the center line C1 and perpendicular to the center line C1. The magnets 7b are opposed to each other with a gap G1 and G2 (the gaps G1 and G2 are equal to each other when no torque is applied) at the center of the side surface of the magnet 7b. The yokes 7a and 7b are fixed to the projecting portions 10a and 10b of the support member 10 which is fixed to the steering mechanism side shaft 2 and is made of a non-magnetic material having a U-shape.

【0026】また、図2(b)に示すように、トーショ
ンバー3の軸心から磁石6a,6bの高さMhの中央ま
での距離R1 は、トーションバー3を内蔵することが可
能でかつトルクセンサを保護するためのケース4が大き
くなり過ぎないように、10〜30mmとすることが望
ましいが、本実施例では、R1 を23mmとした。
As shown in FIG. 2 (b), the distance R1 from the axial center of the torsion bar 3 to the center of the height Mh of the magnets 6a and 6b is such that the torsion bar 3 can be built therein and the torque is reduced. In order to prevent the case 4 for protecting the sensor from becoming too large, it is desirable to set it to 10 to 30 mm, but in this embodiment, R1 was set to 23 mm.

【0027】磁石6a,6bには、フェライトやSmC
o磁石等が使用できるが、本実施例では磁束の温度安定
性の点からSmCo磁石を使用した。磁石6a,6bの
全長Ml は、短すぎると減磁しやすくなり、長すぎると
トルクセンサ自体が現実的な長さに収まらないため、2
〜20mmとすることが望ましいが、本実施例では、6
mmとした。
Ferrite and SmC are used for the magnets 6a and 6b.
Although an o magnet or the like can be used, the SmCo magnet is used in this embodiment from the viewpoint of temperature stability of magnetic flux. If the total length Ml of the magnets 6a, 6b is too short, demagnetization is likely to occur, and if it is too long, the torque sensor itself cannot fit within a realistic length.
Although it is desirable to set it to ˜20 mm, in this embodiment, it is 6
mm.

【0028】磁石6a,6bの幅Mwは、ホール素子5
の磁気検出領域に比べて十分大きく、操舵側軸1および
操舵機構側軸2の直径よりも小さいことが実用的であ
り、2〜20mmとすることが望ましいが、本実施例で
は4mmとした。
The width Mw of the magnets 6a and 6b is determined by the Hall element 5
It is practical that the diameter is sufficiently larger than the magnetic detection area and smaller than the diameters of the steering-side shaft 1 and the steering mechanism-side shaft 2, and it is preferably 2 to 20 mm, but in this embodiment, it is 4 mm.

【0029】また、磁石6a,6bの高さMhも同様
に、ホール素子5の磁気検出領域およびトーションバー
3の軸心から磁石6a,6bの高さMhの中央までの距
離R1(10〜30mm)との兼ね合いで2〜10mm
とすることが望ましく、本実施例では4mmとした。
Similarly, the heights Mh of the magnets 6a and 6b are the distance R1 (10 to 30 mm) from the magnetic detection area of the Hall element 5 and the axis of the torsion bar 3 to the center of the height Mh of the magnets 6a and 6b. 2-10 mm depending on the balance with
It is desirable that the length be 4 mm in this embodiment.

【0030】さらに、磁石6a,6bの間隔Ghは、そ
の間にホール素子5を実装することができ、かつホール
素子5を貫く磁束密度を十分高くするために5〜40m
mとすることが望ましいが、本実施例では、10mmと
した。
Further, the gap Gh between the magnets 6a and 6b is 5 to 40 m so that the Hall element 5 can be mounted between them and the magnetic flux density penetrating the Hall element 5 is sufficiently high.
Although it is desirable to be m, in this embodiment, it is 10 mm.

【0031】一方、ヨーク7a,7bの全長Yl および
高さYh は、それぞれ磁石6a,6bの全長Ml および
高さMhの80%〜100%とすることが望ましいが、
本実施例では、全長Yl を6mm、高さYh 4mmと
し、また、ヨーク7a,7bの厚さは加工上1mm以上
とすることが望ましく、本実施例では2mmとした。
On the other hand, the total length Yl and the height Yh of the yokes 7a and 7b are preferably 80% to 100% of the total length Ml and the height Mh of the magnets 6a and 6b, respectively.
In this embodiment, the total length Yl is 6 mm and the height Yh is 4 mm, and the thickness of the yokes 7a and 7b is preferably 1 mm or more in terms of processing. In this embodiment, it is 2 mm.

【0032】そして、ヨーク7a,7bと磁石6a,6
bとの間隔G1 およびG2 は、トーションバー3に捩じ
れが生じていないときには互いに等しく、10〜20N
mの大きさのトルクが印加されて間隔G1 ,G2 の一方
が減少したときのその間隔が0〜0.5mmとなるよう
に設定される。通常、パワーステアリングに用いられる
トーションバーは、10〜20Nmの大きさのトルクが
印加されたときの捩じれ角度が、最大でも10度以内に
なるように設計される場合が多く、磁石6a,6bとト
ーションバー3との距離R1 が最大30mmのときの間
隔G1 およびG2 の捩じれ変位とした場合には5mm以
下であり、このことから、間隔G1 ,G2 を5.5mm
以下とすることが望ましく、本実施例では間隔G1 ,G
2 を2mmとした。
Then, the yokes 7a, 7b and the magnets 6a, 6
The distances G1 and G2 from b are equal to each other when the torsion bar 3 is not twisted, and are 10 to 20N.
When a torque having a magnitude of m is applied and one of the gaps G1 and G2 decreases, the gap is set to 0 to 0.5 mm. Usually, a torsion bar used for power steering is often designed so that the twist angle when a torque of 10 to 20 Nm is applied is within 10 degrees at the maximum, and the torsion bar is not limited to the magnets 6a and 6b. When the distance R1 from the torsion bar 3 is 30 mm at the maximum, the torsional displacement of the gaps G1 and G2 is 5 mm or less. Therefore, the gaps G1 and G2 are 5.5 mm.
It is desirable to set the distance to the following, and in this embodiment, the intervals G1 and G are
2 was 2 mm.

【0033】ここで、図3は、ホール素子5の信号増幅
回路の原理を示す回路図であって、端子T1 ,T3 間に
定電圧Vccまたは定電流Iccを印加し、端子T2 ,T4
間に生じる電位差を差動アンプ11により差動増幅して
センサ出力信号Vとしている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the principle of the signal amplifying circuit of the Hall element 5, in which a constant voltage Vcc or a constant current Icc is applied between the terminals T1 and T3, and the terminals T2 and T4.
The potential difference generated therebetween is differentially amplified by the differential amplifier 11 to obtain the sensor output signal V.

【0034】次に、本実施例におけるトルクセンサの動
作を説明する。
Next, the operation of the torque sensor in this embodiment will be described.

【0035】図1示した構成のトルクセンサにおいて
は、操舵側軸1よりトルクが印加されると、トーション
バー3が捩じれ、ヨーク7a,7bが図2(a)に示す
X方向に変位し、ヨーク7aと磁石6aとの間隔G1 は
増加し、ヨーク7bと磁石6bとの間隔G2 は減少す
る。
In the torque sensor having the structure shown in FIG. 1, when torque is applied from the steering shaft 1, the torsion bar 3 is twisted and the yokes 7a and 7b are displaced in the X direction shown in FIG. The gap G1 between the yoke 7a and the magnet 6a increases, and the gap G2 between the yoke 7b and the magnet 6b decreases.

【0036】ここで、図4(a)は、零トルク時の磁石
6a,6bとヨーク7a,7bとの位置関係を示したも
のであり、このとき、間隔G1 ,G2 は等しい。そし
て、磁石6a,6bから発生する磁束φは、磁石6a,
6bの側面においてはヨーク7a,7bを通過し、残り
の一部がホール素子5を通過する。図4(a)に示した
ように、零トルク時においては、間隔G1 ,G2 は等し
いことから、磁石6a,6bが発生する全磁束のうち、
ヨーク7a,7bを通過する磁束の割合はそれぞれ等し
く、磁石6a,6bを通過する磁束の割合もそれぞれ等
しくなるため、結果として、ホール素子5を通過する磁
束密度は零となる。
Here, FIG. 4A shows the positional relationship between the magnets 6a, 6b and the yokes 7a, 7b at zero torque, and at this time, the intervals G1 and G2 are equal. The magnetic flux φ generated from the magnets 6a and 6b is
The side surface of 6b passes through the yokes 7a and 7b, and the remaining part passes through the hall element 5. As shown in FIG. 4 (a), at zero torque, the gaps G1 and G2 are equal, so that among the total magnetic flux generated by the magnets 6a and 6b,
Since the ratios of the magnetic fluxes passing through the yokes 7a and 7b are equal, and the ratios of the magnetic fluxes passing through the magnets 6a and 6b are also equal, as a result, the magnetic flux density passing through the Hall element 5 becomes zero.

【0037】この状態で、トーションバー3にトルクが
印加されると、図4(b)に示すように、間隔G1 が減
少し、間隔G2 が増加する。
When torque is applied to the torsion bar 3 in this state, the gap G1 decreases and the gap G2 increases, as shown in FIG. 4 (b).

【0038】したがって、もし仮に磁石6bがなかった
とすると、磁石6aからヨーク7aを通過する磁束φは
間隔G1 が増加するほど減少し、ホール素子5を通過す
る磁束密度は増加する。
Therefore, if there is no magnet 6b, the magnetic flux φ passing from the magnet 6a through the yoke 7a decreases as the gap G1 increases, and the magnetic flux density passing through the Hall element 5 increases.

【0039】この場合における磁束密度の変化率は、ヨ
ーク7aと磁石6aとの間隔G1 が変化するため、ヨー
ク7aと磁石6aとの間隔G1 が増加するにしたがって
ヨーク7aを通過する磁束密度は急激に減少し、ホール
素子5を通過する磁束密度は急激に増加する。
The rate of change of the magnetic flux density in this case is such that the distance G1 between the yoke 7a and the magnet 6a changes, so that the magnetic flux density passing through the yoke 7a rapidly increases as the distance G1 between the yoke 7a and the magnet 6a increases. The magnetic flux density passing through the Hall element 5 rapidly increases.

【0040】また、磁石6bからヨーク7bを通過する
磁束は、もし仮に磁石6aがなかったとすると、磁石6
bからヨーク7bを通過する磁束φは間隔G2 が減少す
るほど増加し、ホール素子5を通過する磁束密度は減少
する。
Further, the magnetic flux passing from the magnet 6b through the yoke 7b is assumed to be the magnet 6a if the magnet 6a is not present.
The magnetic flux φ passing from b to the yoke 7b increases as the gap G2 decreases, and the magnetic flux density passing through the Hall element 5 decreases.

【0041】この場合における磁束密度の変化率は、同
様な原理により、ヨーク7bと磁石6bとの間隔G2 が
減少するにしたがって磁石6bから発生してホール素子
5を通過する磁束密度は急激に減少する。
According to the same principle, the rate of change of the magnetic flux density in this case is such that the magnetic flux density generated from the magnet 6b and passing through the Hall element 5 sharply decreases as the distance G2 between the yoke 7b and the magnet 6b decreases. To do.

【0042】以上のような原理により、図4(b)の場
合においては、間隔G1 が増加し、間隔G2 が減少する
ことにより、ホール素子5を通過する磁束密度は、磁石
6aから磁石6bの方向に通過する成分が増加し、その
変化率は間隔G1 および間隔G2 が変化するほど急激に
大きくなる。
Based on the above principle, in the case of FIG. 4 (b), the gap G1 increases and the gap G2 decreases, so that the magnetic flux density passing through the Hall element 5 changes from the magnet 6a to the magnet 6b. The component passing in the direction increases, and the rate of change increases rapidly as the intervals G1 and G2 change.

【0043】ここで、図5は、本実施例におけるトルク
センサのトルク検出特性を示した特性図であるが、図5
からわかるように、上記の原理により、零トルク付近で
は検出感度が低く、印加トルクが増加すると検出感度も
増加する。
Here, FIG. 5 is a characteristic diagram showing torque detection characteristics of the torque sensor in this embodiment.
As can be seen from the above, according to the above principle, the detection sensitivity is low near zero torque, and the detection sensitivity increases as the applied torque increases.

【0044】したがって、トルク検出特性が補助操舵力
特性と類似の曲率変化を有するものとなる。
Therefore, the torque detection characteristic has a curvature change similar to the auxiliary steering force characteristic.

【0045】また、本実施例においては、各々の磁石6
a,6bおよびホール素子5を操舵側軸1の端部に固定
する構成であるため、あらかじめ磁石6a,6bとホー
ル素子5の位置を精密に調整した後にトーションバー3
に実装することが可能となり、製造が容易なものとなる
ため、量産可能で実用的なものとなる。
Further, in this embodiment, each magnet 6
Since the a, 6b and the Hall element 5 are fixed to the end of the steering side shaft 1, the positions of the magnets 6a, 6b and the Hall element 5 are precisely adjusted in advance, and then the torsion bar 3 is used.
Since it can be mounted on a substrate and can be easily manufactured, it can be mass-produced and is practical.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
トルクセンサによれば、トーションバーが捩じれると、
磁極の同極同士が互いに対向して一方の軸端に設けられ
た各々の磁石のうち一方の磁石と各々のヨークのうち前
記一方の磁石の側面に対向する一方のヨークとの間隔が
狭まり、これと同時に、他方の磁石とこれに対向する他
方のヨークとの間隔が開く構成としたことにより、トル
ク検出特性が補助操舵力特性と類似の曲率変化を有する
ものとすることが可能となり、さらに、各々の磁石およ
びホール素子は組みつけ時に2つの軸のうち一方の軸の
端部に固定すればよいため、トーションバーとの組み付
け以前に磁石とホール素子との精密な位置決めを行なう
ことが可能となり、その結果、トルク検出特性が補助操
舵力特性と類似の曲率変化を有するトルクセンサを容易
に製造することができるとともに、マイクロプロセッサ
ー等による複雑な演算処理に頼ることなく、簡素で低廉
なトルクセンサを得ることができるという著大なる効果
がもたらされる。
As described above, according to the torque sensor of the present invention, when the torsion bar is twisted,
The gap between one of the magnets having the same poles of the magnetic poles facing each other and provided at one shaft end and one of the yokes facing the side surface of the one magnet is narrowed, At the same time, the other magnet and the other yoke facing the other magnet are arranged so that the gap between them is increased, so that the torque detection characteristic can have a curvature change similar to that of the auxiliary steering force characteristic. Since each magnet and Hall element can be fixed to the end of one of the two shafts when assembled, it is possible to perform precise positioning of the magnet and Hall element before assembly with the torsion bar. As a result, it is possible to easily manufacture a torque sensor whose torque detection characteristic has a curvature change similar to that of the auxiliary steering force characteristic, and it is complicated by a microprocessor or the like. Without resorting to calculation processing results in Chodai effect of making it possible obtain inexpensive torque sensor is simple.

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

【図1】本発明に係るトルクセンサの一実施例を示す半
裁断面説明図である。
FIG. 1 is a half cut sectional view showing an embodiment of a torque sensor according to the present invention.

【図2】図1に示すトルクセンサにおける磁石とホール
素子との位置関係を示す説明図であって、トルクが印加
されていない場合の図1の矢印A方向から見た説明図
(図2(a))および図2(a)の矢印B方向から見た
説明図(図2(b))である。
2 is an explanatory view showing a positional relationship between a magnet and a Hall element in the torque sensor shown in FIG. 1, and is an explanatory view seen from an arrow A direction in FIG. 1 when torque is not applied (see FIG. 3A) and FIG. 2B are explanatory views (FIG. 2B) viewed from the arrow B direction.

【図3】本発明に係るトルクセンサに使用されるホール
素子の電源および差動増幅器との接続関係を示す回路図
である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a connection relationship between a Hall element used in a torque sensor according to the present invention and a power supply and a differential amplifier.

【図4】本発明に係るトルクセンサにトルクを印加して
いないときの磁石,ホール素子およびヨークの位置関係
における磁束分布を示す説明図(図4(a))およびト
ルクセンサにトルクを印加したときの磁石,ホール素子
およびヨークの位置関係における磁束分布を示す説明図
(図4(b))である。
FIG. 4 is an explanatory diagram (FIG. 4A) showing a magnetic flux distribution in a positional relationship between a magnet, a Hall element and a yoke when torque is not applied to the torque sensor according to the present invention and torque is applied to the torque sensor. It is explanatory drawing (FIG.4 (b)) which shows the magnetic flux distribution in the positional relationship of a magnet, a Hall element, and a yoke at this time.

【図5】本発明に係るトルクセンサの検出特性の一例を
示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of detection characteristics of the torque sensor according to the present invention.

【図6】従来のトルクセンサの一例を示す半裁断面説明
図(図6(a))およびこのトルクセンサに組み込まれ
た磁石およびホール素子の構成を示す説明図(図6
(a)および図6(b))である。
FIG. 6 is a half cut sectional view showing an example of a conventional torque sensor (FIG. 6A), and an explanatory view showing configurations of a magnet and a Hall element incorporated in the torque sensor (FIG. 6).
It is (a) and FIG.6 (b)).

【図7】従来のトルクセンサにおけるトルク検出特性例
を示す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing an example of torque detection characteristics in a conventional torque sensor.

【図8】パワーステアリング装置における、操舵トルク
に対する所望の操舵補助力の出力特性の一例を示す説明
図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of output characteristics of a desired steering assist force with respect to a steering torque in the power steering device.

【図9】従来のトルクセンサの他の例を示す説明図であ
る。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing another example of a conventional torque sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 操舵側軸 2 操舵機構側軸 3 トーションバー 4 ケース 5 ホール素子 6a,6b 磁石 7a,7b ヨーク 8 ブラシ 9 センサ回路 10 支持部材 11 差動アンプ φ 磁束線 1 Steering side shaft 2 Steering mechanism side shaft 3 Torsion bar 4 Case 5 Hall element 6a, 6b Magnet 7a, 7b Yoke 8 Brush 9 Sensor circuit 10 Supporting member 11 Differential amplifier φ Magnetic flux line

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成7年9月1日[Submission date] September 1, 1995

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図6[Name of item to be corrected] Figure 6

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図6】従来のトルクセンサの一例を示す半裁断面説明
図(図6(a))およびこのトルクセンサに組み込まれ
た磁石およびホール素子の構成を示す説明図(図6
(b)および図6(c))である。
FIG. 6 is a half cut sectional view showing an example of a conventional torque sensor (FIG. 6A), and an explanatory view showing configurations of a magnet and a Hall element incorporated in the torque sensor (FIG. 6).
It is (b) and FIG.6 (c)).

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 トーションバーを介して同軸的に連結さ
れ、且つ回転トルクが加わった際にトーションバーの捩
じれにより相対的に回転変位可能な2つの軸における前
記回転トルクを検出するトルクセンサにおいて、前記2
つの軸のうち一方の軸の軸端外周部に軸方向に沿って一
定の間隔をおいて磁極の同極同士が互いに対向して設け
られた各々の磁石と、前記各々の磁石間の中間位置で且
つ各々の磁石の中心線上に設けられたホール素子と、他
方の軸の軸端に設けられた非磁性材料からなる支持部材
によって支持され軸方向の長さが前記各々の磁石と略同
一であって、前記各々の磁石およびホール素子の中心を
結ぶ中心線を挟んで且つこの中心線と垂直方向において
前記各々の磁石の側面のそれぞれと対向する位置に設け
られた磁性材料からなる各々のヨークを備えたことを特
徴とするトルクセンサ。
1. A torque sensor, which is coaxially connected via a torsion bar and detects the rotational torque of two shafts which are relatively rotationally displaceable by the torsion of the torsion bar when a rotational torque is applied, 2 above
Each magnet having the same poles of the magnetic poles facing each other at regular intervals along the axial direction on the outer peripheral portion of the shaft end of one of the two shafts, and an intermediate position between the magnets. And the axial length of each of the magnets is substantially the same as that of each of the magnets supported by the Hall element provided on the center line of each magnet and the support member made of a non-magnetic material provided at the shaft end of the other shaft. And each yoke made of a magnetic material provided at a position sandwiching a center line connecting the centers of the respective magnets and Hall elements and facing each of the side surfaces of the respective magnets in a direction perpendicular to the center line. A torque sensor comprising:
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007263871A (en) * 2006-03-29 2007-10-11 Jtekt Corp Torque sensor and method for assembling torque sensor
JP2007292550A (en) * 2006-04-24 2007-11-08 Kayaba Ind Co Ltd Torque sensor
JP2010139307A (en) * 2008-12-10 2010-06-24 Hitachi Cable Ltd Steering angle/torque sensor device
JP2019200119A (en) * 2018-05-16 2019-11-21 株式会社東海理化電機製作所 Magnetic field detector

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