JPH0961263A - Torque sensor - Google Patents

Torque sensor

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JPH0961263A
JPH0961263A JP24046495A JP24046495A JPH0961263A JP H0961263 A JPH0961263 A JP H0961263A JP 24046495 A JP24046495 A JP 24046495A JP 24046495 A JP24046495 A JP 24046495A JP H0961263 A JPH0961263 A JP H0961263A
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cylindrical member
coil
window
torque
output shaft
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Kazuo Chikaraishi
一穂 力石
Koichi Sato
浩一 佐藤
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NSK Ltd
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NSK Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce heat generation of a detection circuit or the like by increasing impedance of a coil to suppress power consumption with a simple constitution. SOLUTION: A plurality of grooves 3A which are long in an axial direction are formed on an output axis 3 made of a magnetic material, while a thin cylindrical member 8 made of a conductive and non-magnetic material is made into a single body with an input axis in a rotation direction so that a part formed with the grooves 3A is surrounded. Aplurality of windows 8a, 8b are formed on the cylindrical member 8 so that an overlapping state varies according to a relative rotational position between the cylindrical member 8 and the output axis 3, and a peripheral width of the windows 8a, 8b is wider than a peripheral width of a protrusion 3B between the grooves 3A. A part formed with the window 8a of the cylindrical member 8 is surrounded by a coil 10, while a part formed with the window 8b is surrounded by a coil 11, wherein torque is obtained from a change in impedance of the coils 10, 11.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】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、発生す
るトルクに応じてインピーダンスが変化するコイルを有
するトルクセンサにおいて、簡易な構成でコイルのイン
ピーダンスを高くし、消費電力を抑えて検出回路等の発
熱を低減でき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 rotating shaft, and more particularly to a torque sensor having a coil whose impedance changes in accordance with the generated torque, in which the impedance of the coil is simple. It is possible to reduce the heat generation of the detection circuit and the like by increasing the power consumption.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば車両の操舵系の一部に捩じれ方向
に弾性変形可能なトーションバーを設けることにより、
トーションバーを介して連結される軸間に操舵トルクに
比例した相対回転を発生させ、その相対回転を測定する
ことにより操舵トルクを検出することができ、その検出
されたトルクに応じて操舵補助トルクを発生させること
により運転者の負担を軽減するパワーステアリング装置
がある。そして、そのような相対回転を測定する形式の
トルクセンサとして、従来から、トルクに応じてコイル
のインピーダンスを変化させ、そのコイルのインピーダ
ンスを測定することによりトルクを検出するものが存在
する(例えば、特開平2−102428号公報等参
照。)。
2. Description of the Related Art For example, by providing a torsion bar which is elastically deformable in a twisting direction in a part of a steering system of a vehicle,
The steering torque can be detected by generating a relative rotation proportional to the steering torque between the shafts connected via the torsion bar, and measuring the relative rotation. The steering assist torque can be detected according to the detected torque. There is a power steering device that reduces the burden on the driver by generating Then, as a torque sensor of a type that measures such relative rotation, conventionally, there is one that changes the impedance of the coil according to the torque and detects the torque by measuring the impedance of the coil (for example, See JP-A-2-102428, etc.).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ここで、上述したよう
な車両用のパワーステアリング装置にあっては、配設ス
ペース上の制約が大きいため各構成部材の小型化が望ま
れており、当然にトルクセンサの小型化も要求されてい
る。そして、トルクセンサ用の基板等に設けられている
トランジスタ等の半導体や抵抗を小型化すると、電力消
費量の上限と発熱の対策が問題となるため、コイルの電
流量が減るように、そのインピーダンスを上げることが
必要となる。しかしながら、コイルのインピーダンスを
単純に上げようとすると、その巻数を増大させることに
なり、これでは小型化の要求に反することになってしま
う。
In the power steering device for a vehicle as described above, there is a large restriction on the installation space, so that it is desired to reduce the size of each constituent member. There is also a demand for miniaturization of the torque sensor. If semiconductors such as transistors and resistors provided on the substrate for the torque sensor are miniaturized, the upper limit of power consumption and countermeasures for heat generation become problems, so that the impedance of the coil is reduced so that the amount of current is reduced. It is necessary to raise. However, if the impedance of the coil is simply increased, the number of turns of the coil is increased, which goes against the demand for miniaturization.

【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、大型化
を招くことなく、コイルのインピーダンスを上げること
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 in view of the above-mentioned unsolved problems of the conventional technique, and provides a torque sensor capable of increasing the impedance of a coil without causing an increase in size. Is intended.

【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、この発明に係るトルクセンサは、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す
るとともに、導電性で且つ非磁性の材料からなる円筒部
材を、前記第1の回転軸の外周面を包囲するように、前
記第2の回転軸と回転方向に一体とし、前記第1の回転
軸の少なくとも前記円筒部材に包囲された被包囲部を磁
性材料で形成し、前記被包囲部には軸方向に延びる溝を
形成し、前記円筒部材には前記被包囲部の前記溝でない
部分よりも周方向幅の広い窓を形成し、それら溝及び窓
の位置関係は、前記トーションバーに捩じれが生じてい
ないときに前記窓の周方向中央部と前記溝の周方向端部
とが重なるように設定し、そして、前記円筒部材の前記
窓が形成された部分を包囲するようにコイルを配設し、
前記コイルのインピーダンス変化に基づいて前記第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。
In order to achieve the above object, a torque sensor according to the present invention has a first and a second rotating shafts, which are coaxially arranged, connected to each other via a torsion bar and has a conductive property. A cylindrical member made of a magnetic and non-magnetic material is integrated with the second rotary shaft in the rotation direction so as to surround the outer peripheral surface of the first rotary shaft, and at least the first rotary shaft of the first rotary shaft is formed. A surrounding member surrounded by a cylindrical member is formed of a magnetic material, a groove extending in an axial direction is formed in the surrounding member, and a circumferential width of the cylindrical member is larger than a non-groove portion of the surrounding member. A wide window is formed, and the positional relationship between the groove and the window is set such that the circumferential center portion of the window and the circumferential end portion of the groove overlap each other when the torsion bar is not twisted, And a portion of the cylindrical member in which the window is formed Disposed coil to surround,
The torque generated on the first and second rotating shafts is detected based on the change in the impedance of the coil.

【0006】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。
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 substantially equal to that of air, and is smaller than the magnetic permeability of the magnetic material.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図1は本発明の一実施の形態の
全体構成を示す断面図であって、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
に適用した例である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an overall configuration of an embodiment of the present invention, which is an example in which a torque sensor according to the present invention is applied to an electric power steering device for a vehicle.

【0008】先ず、構成を説明すると、ハウジング1内
には、トーションバー4を介して連結された入力軸2及
び出力軸3が、軸受5a及び5bによって回転自在に支
持されている。これら入力軸2,出力軸3及びトーショ
ンバー4は、同軸に配置されていて、入力軸2及びトー
ションバー4間は、それら各端部がスプライン結合され
るスリーブ2Aを介して連結され、トーションバー4の
他端側は出力軸3内の深く入り込んだ位置にスプライン
結合されている。また、入力軸2及び出力軸3は、鉄等
の磁性材料から形成されている。
First, the structure will be described. Inside the housing 1, an input shaft 2 and an output shaft 3 connected via a torsion bar 4 are rotatably supported by bearings 5a and 5b. The input shaft 2, the output shaft 3 and the torsion bar 4 are coaxially arranged. The input shaft 2 and the torsion bar 4 are connected to each other via a sleeve 2A whose ends are spline-coupled. The other end of 4 is spline-coupled to a position in the output shaft 3 that goes deeply. The input shaft 2 and the output shaft 3 are made of a magnetic material such as iron.

【0009】そして、入力軸2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3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2,トーションバー4,
出力軸3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 rotation direction on the right end side of the input shaft 2 (not shown) in FIG. 1, and a known rack is mounted on the left end side of the output shaft 3 (not shown) in FIG. A pinion shaft that constitutes the and-pinion type steering device is connected. Therefore, the steering force generated by the steering of the steering wheel by the driver is applied to the input shaft 2, the torsion bar 4,
The power is transmitted to steered wheels (not shown) via the output shaft 3 and the rack-and-pinion type steering device.

【0010】入力軸2端部に固定されたスリーブ2A
は、出力軸3端部外周面を包囲するような長さを有して
いる。そして、そのスリーブ2Aの出力軸3端部外周面
を包囲する部分の内周面には軸方向に長い複数の凸部2
aが形成され、これら凸部2aに対向する出力軸3の外
周面には軸方向に長い複数(凸部2aと同数)の溝3a
が形成され、それら凸部2a及び溝3aは周方向に余裕
を持って嵌め合わされていて、これにより、入力軸2及
び出力軸3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。
A sleeve 2A fixed to the end of the input shaft 2
Has a length that surrounds the outer peripheral surface of the end of the output shaft 3. A plurality of projections 2 long in the axial direction are provided on the inner peripheral surface of the portion surrounding the outer peripheral surface of the end portion of the output shaft 3 of the sleeve 2A.
are formed on the outer peripheral surface of the output shaft 3 opposed to these convex portions 2a.
Are formed, and the projections 2a and the grooves 3a are fitted with a margin in the circumferential direction, whereby relative rotation between the input shaft 2 and the output shaft 3 over a predetermined range (for example, about ± 5 degrees) or more is achieved. Preventing.

【0011】そして、出力軸3には、これと同軸且つ一
体に回転するウォームホイール6が外嵌し、このウォー
ムホイール6の樹脂製の噛合部6aと、電動モータ7の
出力軸7a外周面に形成されたウォーム7bとが噛み合
っている。従って、電動モータ7の回転力は、その出力
軸7a,ウォーム7b及びウォームホイール6を介して
出力軸3に伝達されるようになっており、電動モータ7
の回転方向を適宜切り換えることにより、出力軸3に任
意の方向の操舵補助トルクが付与されるようになってい
る。
A worm wheel 6 that rotates coaxially and integrally with the output shaft 3 is externally fitted to the output shaft 3, and a resin meshing portion 6a of the worm wheel 6 and an outer peripheral surface of the output shaft 7a of the electric motor 7 are provided. It meshes with the formed worm 7b. Accordingly, the torque of the electric motor 7 is transmitted to the output shaft 3 via the output shaft 7a, the worm 7b and the worm wheel 6, and the electric motor 7
By appropriately switching the rotation direction, a steering assist torque in an arbitrary direction is applied to the output shaft 3.

【0012】さらに、入力軸2と一体となっているスリ
ーブ2Aには、出力軸3の外周面に近接してこれを包囲
するように、肉薄の円筒部材8が回転方向に一体に固定
されている。即ち、円筒部材8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、こ
の円筒部材8及びその周囲の斜視図である図2にも示す
ように、円筒部材8の出力軸3を包囲する部分のうち、
スリーブ2A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、九つ)の窓8a,…,8
aが形成され、スリーブ2Aから遠い側には、窓8a,
…,8a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8aと同形状)の複数(この実施例
では、九つ)の窓8b,…,8bが形成されている。
Further, a thin cylindrical member 8 is integrally fixed in the rotational direction to the sleeve 2A which is integral with the input shaft 2 so as to surround and surround the outer peripheral surface of the output shaft 3. There is. That is, the cylindrical member 8 is made of a conductive and non-magnetic material (for example, aluminum), and as shown in FIG. 2 which is a perspective view of the cylindrical member 8 and its surroundings, the output of the cylindrical member 8 is reduced. Of the part surrounding the shaft 3,
On the side close to the sleeve 2A, a plurality of (nine in this embodiment) rectangular windows 8a,.
a is formed, and windows 8a, 8a,
, 8a are formed (in this embodiment, nine) of windows 8b,..., 8b which are equally spaced in the circumferential direction so as to be 180 ° out of phase with each other.

【0013】また、出力軸3の円筒部材8に包囲された
部分の外周面には、軸方向に延びる横断面略長方形の複
数(窓8a,8bと同数、従ってこの例では九つ)の溝
3Aが形成されている。より具体的には、図1のA−A
線における円筒部材8及び出力軸3の断面図である図3
及び図1のB−B線における円筒部材8及び出力軸3の
断面図である図4にそれぞれ示すように、円筒部材8の
周面を周方向にN(この例ではN=9)等分した角度を
一周期角度θ(=360/N、この例ではθ=40度)
とし、円筒部材8のスリーブ2Aに近い側の部分では一
周期角度θの一方の端からa度の部分が窓8a,…,8
aとなり、残りの(θ−a)度の部分が塞がっており、
また、窓8a,…,8aとの位相が180度ずれるよう
に、円筒部材8のスリーブ2Aから遠い側の部分では一
周期角度θの他方の端からa度の部分が窓8b,…,8
bとなり、残りの(θ−a)度の部分が塞がっている。
なお、溝3A,…,3Aの間の横断面凸型の凸部3Bの
周方向幅をb度、円筒部材8及び出力軸3間(入力軸2
及び出力軸3間)の相対回転可能範囲をc度としてい
る。
On the outer peripheral surface of the portion of the output shaft 3 surrounded by the cylindrical member 8, a plurality of grooves (having the same number as the windows 8a and 8b, and thus nine in this example) extending in the axial direction have a substantially rectangular cross section. 3A is formed. More specifically, AA in FIG.
3 is a cross-sectional view of the cylindrical member 8 and the output shaft 3 taken along the line of FIG.
And, as shown in FIG. 4 which is a cross-sectional view of the cylindrical member 8 and the output shaft 3 taken along the line BB of FIG. 1, the circumferential surface of the cylindrical member 8 is equally divided into N (N = 9 in this example) in the circumferential direction. One cycle angle θ (= 360 / N, θ = 40 degrees in this example)
In the portion of the cylindrical member 8 on the side close to the sleeve 2A, the portion a degrees from one end of the one cycle angle θ is the window 8a ,.
a, and the remaining (θ-a) degree part is blocked,
, 8a are shifted by 180 degrees, the portion of the cylindrical member 8 on the side far from the sleeve 2A has a portion a degrees away from the other end of the one cycle angle θ of the windows 8b ,.
b, and the remaining (θ-a) degree portion is blocked.
It should be noted that the circumferential width of the convex portion 3B having a convex cross-section between the grooves 3A, ..., 3A is b degrees, and is between the cylindrical member 8 and the output shaft 3 (input shaft 2
And the relative rotatable range (between the output shaft 3) is c degrees.

【0014】ただし、トーションバー4に捩じれが生じ
ていないとき(操舵トルクが零のとき)に、図3に示す
ように、窓8aの周方向幅中央部と、溝3Aの周方向の
一方の端部(凸部3Bの一方のエッジ部)とが重なり、
図4に示すように、窓8bの周方向幅中央部と、溝3A
の周方向の他方の端部(凸部3Bの他方のエッジ部)と
が重なり合うようになっている。従って、窓8a及び溝
3Aの重なり状態と、窓8b及び溝3Aの重なり状態と
は、周方向で逆になっている。
However, when the torsion bar 4 is not twisted (when the steering torque is zero), as shown in FIG. 3, the central portion of the circumferential width of the window 8a and one of the grooves 3A in the circumferential direction are arranged. The end portion (one edge portion of the convex portion 3B) overlaps,
As shown in FIG. 4, the circumferential width center portion of the window 8b and the groove 3A
The other end portion (the other edge portion of the convex portion 3B) in the circumferential direction of is overlapped. Therefore, the overlapping state of the window 8a and the groove 3A and the overlapping state of the window 8b and the groove 3A are opposite in the circumferential direction.

【0015】そして、上記各角度の関係は、本実施の形
態では、 a>b ……(1) a≦2(θ−c−b) ……(2) としている。なお、この(1)式の条件は、後述するコ
イルのインピーダンスを上げるためのものであり、
(2)式の条件は、窓8a,8bから凸部3Bが完全に
飛び出さないようにするためのものである。つまり、ト
ーションバー4に捩じれが生じていないときに窓8a及
び8a間の塞がった部分の内側にある凸部3Bのエッジ
部が、トーションバー4の捩じれを伴って円筒部材8及
び出力軸3間に相対回転が生じても窓8a,8bの内側
に位置しないようにするためには、 b−a/2+c≦θ−a ……(3) という条件を満足すればよいから、この(3)式をaに
ついて整理すると、上記(2)式のようになるのであ
る。
In the present embodiment, the relationship between the angles is as follows: a> b (1) a ≦ 2 (θ-c-b) (2) The condition of the equation (1) is for increasing the impedance of the coil described later,
The condition of the expression (2) is to prevent the convex portion 3B from completely protruding from the windows 8a and 8b. That is, when the torsion bar 4 is not twisted, the edge portion of the convex portion 3 </ b> B inside the closed portion between the windows 8 a and 8 a causes the torsion bar 4 to be twisted and the edge portion between the cylindrical member 8 and the output shaft 3. In order to prevent it from being located inside the windows 8a and 8b even if relative rotation occurs, it suffices to satisfy the condition b−a / 2 + c ≦ θ−a (3), and therefore (3) Rearranging the equations for a gives the above equation (2).

【0016】そして、円筒部材8は、同一規格のコイル
10及び11が巻き付けられたヨーク9で包囲されてい
る。即ち、コイル10及び11は、円筒部材8と同軸に
配置されていて、コイル10は窓8a,…,8aが形成
された部分を包囲するようにヨーク9に巻き付けられ、
コイル11は窓8b,…,8bが形成された部分を包囲
するようにヨーク9に巻き付けられていて、ヨーク9は
ハウジング1に固定されている。なお、ハウジング1内
のウォームホイール6が配設されている空間とヨーク9
が配設されている空間との間は、オイルシール12によ
って隔離されていて、これによりウォームホイール6及
びウォーム7の噛み合い部分に供給される潤滑油がヨー
ク9側に入り込まないようになっている。
The cylindrical member 8 is surrounded by a yoke 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 member 8, and the coil 10 is wound around the yoke 9 so as to surround the portion where the windows 8a,.
The coil 11 is wound around the yoke 9 so as to surround the portion where the windows 8b,..., 8b are formed, and the yoke 9 is fixed to the housing 1. The space in the housing 1 where the worm wheel 6 is disposed and the yoke 9
Is separated by an oil seal 12 so that lubricating oil supplied to the meshing portion of the worm wheel 6 and the worm 7 does not enter the yoke 9 side. .

【0017】そして、コイル10及び11は、センサケ
ース13内の制御基板14上に構成されているモータ制
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定電流部20
を介してコイル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の出力から高周波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の出力か
ら高周波ノイズ成分を除去するノイズ除去フィルタ25
B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入力軸2及び円筒部材8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7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 formed on a control board 14 in the sensor case 13. The motor control circuit, as shown in FIG.
An oscillating unit 21 for supplying to the coils 10 and 11 via a rectifying / smoothing circuit 22 for rectifying and smoothing the self-induced electromotive force of the coil 10, and outputting the rectified and smoothed self-induced electromotive force of the coil 11. A high-frequency noise component is output from the rectifying / smoothing circuit 23 that outputs, the differential amplifiers 24A and 24B that amplify and output the difference between the output of the rectifying / smoothing circuit 22 and the output of the rectifying / smoothing circuit 23, and the output of the differential amplifier 24A. A noise removal filter 25A for removal and a noise removal filter 25 for removing high frequency noise components from the output of the differential amplifier 24B.
B and the direction and magnitude of the relative rotational displacement of the input shaft 2 and the cylindrical member 8 are calculated based on, for example, an average value of the outputs of the noise removal filters 25A and 25B, and the result is multiplied by, for example, a predetermined proportional constant to perform steering. A torque calculation unit 26 that obtains a steering torque generated in the system, and a motor that supplies a drive current I to the electric motor 7 such that a steering assist torque that reduces the steering torque based on the calculation result of the torque calculation unit 26 is generated. And a drive unit 27.

【0018】次に、本実施の形態の動作を説明する。
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2及び出力軸3間には相対回転は生
じない。従って、出力軸3と円筒部材8との間にも、相
対回転は生じない。一方、ステアリングホイールを操舵
して入力軸2に回転力が生じると、その回転力は、トー
ションバー4を介して出力軸3に伝達される。このと
き、出力軸3には、転舵輪及び路面間の摩擦力や出力軸
3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2及び出力軸3間に
は、トーションバー4が捩じれることによって出力軸3
が遅れる相対回転が発生し、出力軸3及び円筒部材8間
にも相対回転が生じる。
Next, the operation of this embodiment will be described.
Now, assuming that the steering system is in a straight running state and the steering torque is zero, no relative rotation occurs between the input shaft 2 and the output shaft 3. Therefore, no relative rotation occurs between the output shaft 3 and the cylindrical member 8. On the other hand, when the steering wheel is steered to generate a rotational force on the input shaft 2, the rotational force is transmitted to the output shaft 3 via the torsion bar 4. At this time, the output shaft 3 receives a frictional force between the steered wheels and the road surface and a resistance force corresponding to a frictional force such as gear engagement of the rack-and-pinion type steering device configured on the left end side (not shown) of the output shaft 3. Since the torsion bar 4 is twisted between the input shaft 2 and the output shaft 3,
Relative rotation occurs, and relative rotation also occurs between the output shaft 3 and the cylindrical member 8.

【0019】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、図3及び図
4において円筒部材8が反時計回りに回転することにな
るから、操舵トルク零の場合に比べて、窓8a及び凸部
3Bの重なり合った面積は大きくなり、窓8b及び凸部
3Bの重なり合った面積は小さくなる。逆に、左操舵ト
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、図3及び図4において円筒部材8が時計回りに回
転することになるから、操舵トルク零の場合に比べて、
窓8a及び凸部3Bの重なり合った面積は小さくなるの
に対し、窓8b及び凸部3B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 cylindrical member 8 rotates counterclockwise in FIGS. 3 and 4, so that the steering torque is zero. Compared with the above, the overlapping area of the window 8a and the convex portion 3B becomes large, and the overlapping area of the window 8b and the convex portion 3B becomes small. On the contrary, when the left steering torque (the steering torque generated during the steering in the left rotation direction) is generated, the cylindrical member 8 rotates clockwise in FIGS. 3 and 4, and therefore, compared with the case where the steering torque is zero,
The overlapping area of the window 8a and the convex portion 3B is small, whereas the overlapping area of the window 8b and the convex portion 3B is large.

【0020】そして、円筒部材8はうず電流効果により
磁束を通し難い性質を有する導電性で且つ非磁性の材料
からなり、凸部3Aは磁性材料からなるため、窓8a及
び凸部3B,窓8b及び凸部3Bが重なり合った部分の
増減は、コイル10,11内側の磁性材料で占められた
領域の増減と同義であるから、誘導原理に基づけば、窓
8a,8bを通じて露出する凸部3Bの表面積が大きく
なる程、コイル10,11のインダクタンスLは増大
し、逆に、窓8a,8bを通じて露出する凸部3Bの表
面積が小さくなる程、コイル10,11のインダクタン
スLは減少することになる。
Since the cylindrical member 8 is made of a conductive and non-magnetic material having a property of making it difficult for magnetic flux to pass due to the eddy current effect, and the convex portion 3A is made of a magnetic material, the window 8a, the convex portion 3B, and the window 8b are formed. Since the increase and decrease of the overlapping portion of the convex portions 3B are synonymous with the increase and decrease of the region occupied by the magnetic material inside the coils 10 and 11, based on the induction principle, the convex portions 3B exposed through the windows 8a and 8b The larger the surface area, the larger the inductance L of the coils 10 and 11, and conversely, the smaller the surface area of the convex portion 3B exposed through the windows 8a and 8b, the smaller the inductance L of the coils 10 and 11. .

【0021】つまり、図6に示すように、右操舵トルク
が増大するに従って、コイル10のインダクタンスL10
は増大、コイル11のインダクタンスL11は減少し、左
操舵トルクが増大するに従って、コイル10のインダク
タンスL10は減少、コイル11のインダクタンスL11
増大するのである。なお、図6には、円筒部材8及び出
力軸3間の相対回転角度と、操舵トルクとの関係も合わ
せて図示していて、これによれば、操舵トルクが0の位
置から右操舵トルク又は左操舵トルクが増大する方向に
角度(b−a/2+c)だけ相対角度が変化する範囲で
は、窓8a,8bと凸部3Bとの重なり面積は一方向に
のみ変化するため、インダクタンスL10及びL11は略直
線的に変化するが、それを越えると窓8a,8bと凸部
3Bとの重なり面積は逆方向に変化するため、インダク
タンスL10及びL11も逆方向に変化するようになる。そ
こで、上述のように、相対回転範囲を±c度の範囲に限
っているのである。
That is, as shown in FIG. 6, the inductance L 10 of the coil 10 increases as the right steering torque increases.
Increases, the inductance L 11 of the coil 11 decreases, and as the left steering torque increases, the inductance L 10 of the coil 10 decreases and the inductance L 11 of the coil 11 increases. Note that FIG. 6 also shows the relationship between the relative rotation angle between the cylindrical member 8 and the output shaft 3 and the steering torque. According to this, from the position where the steering torque is 0 to the right steering torque or In the range in which the relative angle changes by the angle (ba−2 + c) in the direction in which the left steering torque increases, the overlapping area of the windows 8a and 8b and the convex portion 3B changes in only one direction, and thus the inductance L 10 and L 11 changes substantially linearly, but beyond that, the overlapping area of the windows 8a and 8b and the convex portion 3B changes in the opposite direction, so that the inductances L 10 and L 11 also change in the opposite direction. . Therefore, as described above, the relative rotation range is limited to the range of ± c degrees.

【0022】そして、インダクタンスL10及びL11が図
6に示すように変化すれば、発振部21から供給される
電流の周波数ωが一定という条件下では、コイル10及
び11のインピーダンスも図6のインダクタンスL10
びL11と同様の傾向で変化すし、コイル10及び11の
自己誘導起電力も同様の傾向で変化する。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、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。
If the inductances L 10 and L 11 change as shown in FIG. 6, the impedances of the coils 10 and 11 are also as shown in FIG. 6 under the condition that the frequency ω of the current supplied from the oscillator 21 is constant. The inductances L 10 and L 11 change with the same tendency, and the self-induced electromotive forces of the coils 10 and 11 also change with the same tendency. Therefore, the outputs of the differential amplifiers 24A and 24B, which determine 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. In the differential amplifiers 24A and 24B, the rectifying / smoothing circuit 22,
Since the difference of 23 is obtained, the change of the self-inductance due to temperature or the like is canceled.

【0023】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7に供給する。
The torque calculator 26 calculates the average value of the outputs of the differential amplifiers 24A and 24B supplied through the noise removal filters 25A and 25B, and multiplies the average value by a predetermined proportional constant, for example, and steers the steering wheel. 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 7.

【0024】すると、電動モータ7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3
に伝達されるから、出力軸3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。ここで、図5に示したような検出回路にあ
っては、コイル10,11と直列に接続される抵抗Rの
抵抗値と、コイル10,11のインダクタンスLの値と
の間には、コイル10及び11の出力電圧に差が生じや
すくなる望ましい比率があるが、定電流部20内のトラ
ンジスタTrのコレクタ損失により、コイル10,11
に流れる電流の最大値が制限されてしまい、そのコレク
タ損失は温度にも依存し、温度が上昇する自動車部品を
考えると、コイル10,11を流れる電流は小さくする
ことが望ましい。また、放熱効果を考えた場合には、制
御基板14の表面積を大きくすることも必要になってし
まうが、これでは装置全体の大型化を招いてしまう。
Then, a rotating force is generated in the electric motor 7 according to the direction and magnitude of the steering torque generated in the steering system, and the rotating force is transmitted through the worm gear or the like to the output shaft 3
, The steering assist torque is applied to the output shaft 3, the steering torque decreases, and the burden on the driver is reduced. Here, in the detection circuit as shown in FIG. 5, between the resistance value of the resistor R connected in series with the coils 10 and 11 and the value of the inductance L of the coils 10 and 11, the coil Although there is a desirable ratio that the output voltage of 10 and 11 tends to be different, the collector loss of the transistor Tr in the constant current unit 20 causes the coils 10 and 11 to be different.
The maximum value of the current flowing through is limited, and its collector loss also depends on the temperature. Considering automobile parts whose temperature rises, it is desirable to reduce the current flowing through the coils 10 and 11. In addition, considering the heat dissipation effect, it is necessary to increase the surface area of the control board 14, but this leads to an increase in the size of the entire apparatus.

【0025】このような種々の条件を踏まえつつ、本実
施の形態では、上記望ましい比率を実現し、且つ、コイ
ル10,11に流れる電流を抑えるためにコイル10,
11の巻き数等を増大させることなく、コイル10,1
1のインピーダンスの増大を達成している。具体的に
は、窓8a,8bの周方向幅である角度aと、凸部3B
の周方向幅である角度bとの関係を、上記(1)式のよ
うに設定することによりコイル10,11のインピーダ
ンス増大を図っているのである。
In consideration of such various conditions, in the present embodiment, the coil 10 and the coil 10 are provided in order to realize the desired ratio and suppress the current flowing through the coils 10 and 11.
Without increasing the number of turns of the coil 11, etc.
An increase in impedance of 1 is achieved. Specifically, the angle a that is the circumferential width of the windows 8a and 8b and the convex portion 3B
The impedance of the coils 10 and 11 is increased by setting the relationship with the angle b, which is the width in the circumferential direction of the coil, as in the above equation (1).

【0026】即ち、図3及び図4に示したような角度の
関係において、窓8a,8b,溝3A,凸部3Bの周方
向幅を全て等しくした場合を考えると、 a=(θ−a)=b=(θ−b)=θ/2 となり、N=9であるから、 θ/2=20度 である。
That is, considering the case where the circumferential widths of the windows 8a, 8b, the groove 3A, and the convex portion 3B are all equal in the relationship of angles shown in FIGS. 3 and 4, a = (θ-a ) = B = (θ−b) = θ / 2 and N = 9, so θ / 2 = 20 degrees.

【0027】そこで、 b=(θ−b)=20度 に固定した状態で、角度a及び(θ−a)を20度を中
心に変化させてインピーダンスを測定してみたところ、
図7に示すような結果が得られた。つまり、角度aを角
度θ/2(=20度)よりも大きくすると、インピーダ
ンスは大きくなり、逆に角度aを角度θ/2(=20
度)よりも小さくすると、インピーダンスは小さくなる
のであり、これを角度aと角度bとの関係について書き
換えると、上記(1)式に示す関係が得られるのであ
る。
Then, the impedance was measured by changing the angles a and (θ-a) around 20 degrees while fixing b = (θ-b) = 20 degrees.
The results shown in FIG. 7 were obtained. That is, when the angle a is made larger than the angle θ / 2 (= 20 degrees), the impedance becomes large, and conversely, the angle a is made the angle θ / 2 (= 20 degrees).
The impedance becomes smaller when the angle is smaller than (degrees), and when the relationship is rewritten for the relationship between the angle a and the angle b, the relationship shown in the above equation (1) is obtained.

【0028】即ち、角度a及びb間に上記(1)式の関
係があれば、円筒部材8及び出力軸3間の相対回転角度
且つ出力軸3の仕様(溝3A,凸部3Bの寸法等)が同
一という条件下で窓8a,8bを通じて露出する凸部3
Bの表面積が大きくなるから、図6に示すインダクタン
スL10及びL11が上側にオフセットし、その結果、イン
ピーダンスが増大するのである。
That is, if there is a relation of the above expression (1) between the angles a and b, the relative rotation angle between the cylindrical member 8 and the output shaft 3 and the specifications of the output shaft 3 (dimensions of the groove 3A, the convex portion 3B, etc.). ) Is the same, the convex portion 3 exposed through the windows 8a and 8b
Since the surface area of B becomes large, the inductances L 10 and L 11 shown in FIG. 6 are offset to the upper side, and as a result, the impedance is increased.

【0029】そして、巻数等はそのままでコイル10,
11のインピーダンスを増大させることができれば、コ
イル10,11の電流量が減り、検出回路内のトランジ
スタや抵抗等の小型化が可能となるのである。また、コ
イル10,11の電流量が減れば、発熱量も抑えられる
から、例えば制御基板14等を大型化してその放熱効果
を向上させる必要などもなくなり、これによっても装置
全体の小型化が図られるのである。さらに、このように
トルクセンサの構成を従来に比べて小型化できるという
利点は、本実施の形態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。
Then, the coil 10,
If the impedance of 11 can be increased, the current amount of the coils 10 and 11 can be reduced, and the transistors and resistors in the detection circuit can be downsized. Further, if the amount of current in the coils 10 and 11 is reduced, the amount of heat generated is also suppressed, so there is no need to increase the size of the control board 14 or the like to improve its heat dissipation effect, which also reduces the size of the entire device. Be done. Further, the advantage that the configuration of the torque sensor can be made smaller than the conventional one is particularly advantageous for the device applied to the vehicle having a small space margin as in the present embodiment.

【0030】ここで、本実施の形態では、入力軸2が第
2の回転軸に対応し、出力軸3が第1の回転軸に対応
し、凸部3Bが溝でない部分に対応し、出力軸3の円筒
部材8に包囲された部分が被包囲部に対応する。
In this embodiment, the input shaft 2 corresponds to the second rotary shaft, the output shaft 3 corresponds to the first rotary shaft, the convex portion 3B corresponds to the non-groove portion, and the output The portion of the shaft 3 surrounded by the cylindrical member 8 corresponds to the enclosed portion.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第1の回転軸と一体に回転する導電性で且つ非磁性の材
料からなる円筒部材に窓を形成するとともに、第2の回
転軸の少なくとも円筒部材に包囲された被包囲部を磁性
材料で形成し、その被包囲部に軸方向に延びる溝を形成
し、その窓の周方向幅を、被包囲部の溝でない部分の周
方向幅よりも広くし、そして、それら窓と溝との重なり
具合の変化をコイルの起電力に基づいて測定し、その測
定結果に基づいて第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、簡易な構成でコイルのイ
ンピーダンスを高くし、消費電力を抑えて検出回路等の
発熱を低減できるという効果がある。
As described above, according to the present invention,
A window is formed in a cylindrical member made of a conductive and non-magnetic material that rotates integrally with the first rotating shaft, and an enclosed portion surrounded by at least the cylindrical member of the second rotating shaft is formed of a magnetic material. A groove extending in the axial direction is formed in the enclosed portion, the circumferential width of the window is made wider than the circumferential width of the non-groove portion of the enclosed portion, and the overlapping condition of the window and the groove is increased. Change is measured based on the electromotive force of the coil, and the torque generated in the first and second rotating shafts is detected based on the measurement result. There is an effect that the electric power can be suppressed and the heat generation of the detection circuit can be reduced.

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

【図1】本発明の一実施の形態の構成を示す正断面図で
ある。
FIG. 1 is a front sectional view showing the configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】実施の形態の要部の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a main part of the embodiment.

【図3】図1のA−A線における円筒部材及び出力軸の
断面図である。
3 is a sectional view of the cylindrical member and the output shaft taken along the line AA in FIG.

【図4】図1のB−B線における円筒部材及び出力軸の
断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a cylindrical member and an output shaft taken along line BB in FIG.

【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】操舵トルクとコイルのインダクタンスとの関係
を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between steering torque and coil inductance.

【図7】操舵トルク零時の角度aとインピーダンスとの
関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the angle a and the impedance when the steering torque is zero.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 入力軸(第2の回転軸) 3 出力軸(第1の回転軸) 3A 溝 3B 凸部(溝でない部分) 4 トーションバー 8 円筒部材 8a,8b 窓 10,11 コイル 20 定電流部 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 2 Input shaft (second rotary shaft) 3 Output shaft (first rotary shaft) 3A groove 3B convex portion (non-groove portion) 4 torsion bar 8 cylindrical member 8a, 8b window 10, 11 coil 20 constant current portion 21 oscillation Part 22, 23 Rectification / smoothing circuit 24A, 24B Differential amplifier 25A, 25B Noise removal filter 26 Torque calculation part 27 Motor drive circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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するとともに、導電性で
且つ非磁性の材料からなる円筒部材を、前記第1の回転
軸の外周面を包囲するように、前記第2の回転軸と回転
方向に一体とし、前記第1の回転軸の少なくとも前記円
筒部材に包囲された被包囲部を磁性材料で形成し、前記
被包囲部には軸方向に延びる溝を形成し、前記円筒部材
には前記被包囲部の前記溝でない部分よりも周方向幅の
広い窓を形成し、それら溝及び窓の位置関係は、前記ト
ーションバーに捩じれが生じていないときに前記窓の周
方向中央部と前記溝の周方向端部とが重なるように設定
し、そして、前記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、前記コイルのインピー
ダンス変化に基づいて前記第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 and a second rotating shafts, which are coaxially arranged, are connected via a torsion bar, and a cylindrical member made of a conductive and non-magnetic material is attached to the first rotating shaft. The surrounding portion is integrally formed with the second rotating shaft in the rotation direction so as to surround the outer peripheral surface, and the surrounding portion surrounded by at least the cylindrical member of the first rotating shaft is formed of a magnetic material. A groove extending in the axial direction is formed in the cylindrical member, a window having a circumferential width wider than the non-groove portion of the enclosed portion is formed in the cylindrical member, and the positional relationship between the groove and the window is the torsion bar. It is set so that the circumferential center portion of the window and the circumferential end portion of the groove overlap each other when no twist is generated, and a coil is provided so as to surround the portion of the cylindrical member in which the window is formed. Based on the impedance change of the coil And a torque sensor for detecting torque generated on the first and second rotating shafts.
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JP2013003037A (en) * 2011-06-20 2013-01-07 Nsk Ltd Torque sensor and electric power steering device

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