JPH0989691A

JPH0989691A - 磁歪式トルクセンサ

Info

Publication number: JPH0989691A
Application number: JP24351895A
Authority: JP
Inventors: Mutsumi Sunahata; 睦巳砂畠
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】トルク伝達軸の表面に形成された磁気異方性
部の周囲にコイルを配置した磁歪式のトルクセンサにお
いて、磁気異方性部の外周と、コイルを巻き付けるため
のボビンの内周との間の径方向のエアギャップを小さく
する。【解決手段】コイル３６、３６を巻き付けるためのボ
ビン３２の内周部を、トルク伝達軸５１の外周面３０で
支持する。すると、トルク伝達軸５１とボビン３２との
同心度が、このトルク伝達軸５１とボビン３２との２部
材の加工精度のみによって決定される。よって、径方向
の寸法公差の累積がなく、エアギャップを小さくするこ
とが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁歪式トルクセン
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】公知の磁歪式トルクセンサとして、トル
ク伝達軸の外周に一対の磁気異方性部を形成し、この軸
にトルクが印加されたときの各磁気異方性部の透磁率の
変化を、これら磁気異方性部の外周に沿って配置された
一対のコイルで検出し、両検出信号の差から、軸に作用
するトルクの大きさを電気信号に変換するようにしたも
のがある。

【０００３】図６は、従来のこの種の磁歪式トルクセン
サの一例を示す。ここで11はトルク伝達軸で、その外周
には、この軸11の軸心の方向と±４５度の角度をなして
互いに反対方向に傾斜する一対の磁気異方性部12、12
が、それぞれ多数のナーリング溝などによって形成され
ている。

【０００４】磁気異方性部12、12の周囲には円筒状のハ
ウジング13が配置され、このハウジング13の一端部およ
び他端部は、それぞれベアリング14、15によってトルク
伝達軸11の外周に相対回転自在に支持されている。一端
部のベアリング14は、ハウジング13の内周突部16と軸11
にはめ合わされた止め輪17とによって挟み込まれてい
る。また他端部のベアリング15は、ハウジング13の段部
18およびこの段部18に係り合うスペーサ19と、軸11には
め合わされた止め輪17とによって挟み込まれている。し
たがってハウジング13は、ベアリング14、15のうちの少
なくとも一方における上述の挟み込み構造にもとづい
て、トルク伝達軸11に対し軸心方向に位置決めされた構
成となっている。

【０００５】ハウジング13には周方向に沿って複数に分
割された円筒状のシールドヨーク20が内ばめされてお
り、このシールドヨーク20は、内周突部16とスペーサ19
とに挟まれることによって、トルク伝達軸11に対し軸心
方向に位置決めされている。

【０００６】シールドヨーク20において、トルク伝達軸
11の磁気異方性部12、12に対応した位置には、一対の内
周溝21、21が形成されている。そして各内周溝21には、
円筒状のボビン22の外周に巻かれたコイル23が接着固定
されており、このコイル23で軸11に磁場を与え、かつ軸
11にトルクが印加されたときの磁気異方性部の透磁率の
変化を検出する。上述のようにシールドヨーク20がトル
ク伝達軸11に対し軸心方向に位置決めされているため、
それぞれのコイル23は、磁気異方性部12、12に対し軸心
方向に位置決めされた状態で配置されることになる。な
お、ボビン22を使用せずに、円筒状に固定して形成した
空芯コイルを内周溝21、21に直接に接着固定することも
できる。

【０００７】このような構成の磁歪式トルクセンサを組
み立てる際には、コイル23、23を巻いたボビン22に周方
向に複数に分割されたシールドヨーク20を被せて接着固
定し、このシールドヨーク20を円筒状に構成したうえ
で、このシールドヨーク20をハウジング13に内ばめす
る。そして、トルク伝達軸11の一端側から、ベアリング
14と、上述のようにシールドヨーク20を内ばめしたハウ
ジング13と、スペーサ19と、ベアリング15とを、この軸
11の外周に外ばめする。そして止め輪17、17を軸11に装
着することによって、各コイル23、23を磁気異方性部1
2、12に対応した所定位置に設置することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の構成では、トルク伝達軸11、ベアリング14、15、ハ
ウジング13、シールドヨーク20、ボビン22、コイル23、
23などの各部材の径方向の寸法公差が累積することで、
ボビン22あるいはコイル23、23の内周と磁気異方性部12
の外周との径方向の隙間すなわちエアギャップ25を、あ
る程度以下に小さくすることができない。具体的には、
トルク伝達軸11の軸径が数十ミリメートル以下の場合
に、エアギャップ25を０．５ミリメートル以下にするこ
とができない。このため、センサの生出力をある程度以
上に大きくすることができないという問題点がある。ま
たシールドヨーク20をハウジング13によって保持するた
め、温度変化の際における両者の熱膨張の差からシール
ドヨーク20に外部応力が加わり、このためシールドヨー
ク20の透磁率が変化してセンサ出力が変動するという問
題点もある。

【０００９】そこで本発明はこのような問題点を解決
し、上記エアギャップを小さくできるようにすることを
目的とする。また本発明は、上記のような温度変化にも
とづく悪影響を受けないようにすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、コイルを巻き付けるためのボビンの内周部を
トルク伝達軸の外周部で支持したものである。

【００１１】このような構成であると、トルク伝達軸と
コイルを巻き付けるためのボビンとの同心度を、このト
ルク伝達軸とボビンとの２部材の加工精度のみによって
決定することができる。したがって、従来のような径方
向の寸法公差の累積がなく、エアギャップを小さくする
ことが可能になる。

【００１２】また本発明は、トルク伝達軸の長さ方向に
沿って一対の磁気異方性部を形成し、各磁気異方性部に
対応する一対の位置にそれぞれコイルを配置し、これら
一対の位置のコイルにわたる長さの断面コ字状のシール
ドヨークによってこれらのコイルの外周を一括して覆
い、このシールドヨークをボビンによって保持したもの
である。

【００１３】さらに本発明は、トルク伝達軸の長さ方向
に沿って一対の磁気異方性部を形成し、各磁気異方性部
に対応する一対のコイルを配置し、各コイルの外周をそ
れぞれ個別に断面コ字状のシールドヨークによって覆
い、このシールドヨークをボビンによって保持したもの
である。

【００１４】このようにシールドヨークをボビンによっ
て直接保持し、従来のようなハウジングによる保持を行
わないことで、これらハウジングとシールドヨークとが
切り離されることになって、このシールドヨークが温度
変化の際の熱膨張差にもとづく外力を受けることが防止
され、そのためシールドヨークの透磁率の変化にもとづ
くセンサ出力の変動を低減することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１〜５を参照しつつ説明する。図１および図２におい
て、磁気異方性部52、52を間に挟むトルク伝達軸51の部
分にはそれぞれ外周段部31、31が形成されており、これ
ら段部31、31は互いに軸心方向に向かい合うように形成
されている。30は軸51の外周面である。

【００１６】32はボビンで、樹脂材にて円筒状に形成さ
れて軸51に外ばめされるように構成されており、両方の
段部31、31どうしの間にわたるように形成されること
で、両方の磁気異方性部52、52の外周を覆うように配置
されている。このボビン32の両端には、軸51の段部31、
31に係り合い可能な内周段部33、33と、軸51の外周面30
に接するすべり軸受部34、34とがそれぞれ形成されてい
る。

【００１７】図２に示すようにボビン32は周方向二つ割
りに構成され、図１に示すようにその内周段部33、33が
軸51の外周段部31、31に係り合うようにこの軸51に被せ
られて分割部どうしが相互に固定されることで、この軸
51に対し径方向および軸心方向に位置決めされた状態で
外ばめされることになる。

【００１８】ボビン32における軸51の磁気異方性部52、
52に対応した位置の外周にはそれぞれコイル収容溝35、
35が形成され、これらコイル収容溝35に、軸51にトルク
が印加されたときの磁気異方性部の透磁率の変化を検出
可能なコイル36、36が巻き付けられている。したがっ
て、これらコイル36、36は、磁気異方性部52、52に対し
径方向および軸心方向に位置決めされた状態で配置され
ることになる。

【００１９】それぞれのコイル収容溝35、35よりも端部
側におけるボビン32の外周には、それぞれシールドヨー
ク収容溝37、37が形成されている。38はシールドヨーク
で、収容溝35、35が形成されかつコイル36、36が巻き付
けられたボビン32の部分の外周を覆うことができるよう
に円筒状に形成され、かつ周方向に沿って複数に分割さ
れている。このシールドヨーク38は、断面コ字状に形成
されて、シールドヨーク収容溝37にはまり込む内周突部
39がその両端にそれぞれ形成されている。収容溝37の幅
は、内周突部39の厚みよりも０．３mm以上広く形成され
ている。そして、このように周方向に沿って複数に分割
されたシールドヨーク38を円筒状に組み立てながら内周
突部39を収容溝37にはめ込むことで、このシールドヨー
ク38が所定の位置に配置されることになる。その際に内
周突部39は、ゴム系の接着剤などの弾性に富む接着剤で
収容溝37に接着固定される。

【００２０】このような構成によれば、トルク伝達軸51
に形成された一対の外周段部31、31に対応するそれぞれ
一対の内周段部33、33およびすべり軸受部34、34を有し
たボビン32をこのトルク伝達軸51の外周に装着したた
め、トルク伝達軸51と、コイル36、36が巻き付けられた
ボビン32との同心度が、このトルク伝達軸51とボビン32
との２部材の加工精度のみによって決定されることにな
る。したがって、従来のような径方向の寸法公差の累積
がなく、その同心度を容易に向上させることができる。

【００２１】またシールドヨーク38の内周突部39がボビ
ン32の収容溝37にゴム系の接着剤などの弾性に富む接着
剤で固定されて位置決めされ、このシールドヨーク38は
従来のようにハウジングにより保持されるものではな
く、これらハウジングとシールドヨークとが切り離され
るため、このシールドヨーク38が温度変化の際のハウジ
ングとの熱膨張差にもとづく外力を受けることが防止さ
れ、このため温度変化の際の出力変動を低減させること
ができる。

【００２２】たとえば、トルク伝達軸51の軸径が数十ミ
リメートル以下の場合に、エアギャップ40を０．２ミリ
メートル以下にすることができ、またそれに対応してセ
ンサ生出力のＳ／Ｎ比を格段に向上させることができ、
このためセンサ精度の向上を図ることができる。

【００２３】なお、ボビン32のすべり軸受部34、34の摩
耗の危険性を避けるために、このすべり軸受部34、34と
軸51の外周面30との摺動部のμＰＶ値を低減するのが好
ましい。

【００２４】このうち、μ値すなわち摩擦係数値は、ボ
ビン32の材質として摩擦係数の小さい樹脂を採用した
り、摺動部にグリースやオイルなどの潤滑材を塗布した
りすることで低減することができる。また、図３に示す
ようにボビン32とトルク伝達軸51との間に摩擦係数低減
用のブッシュ41を介装することによっても、μ値を低減
させることができる。

【００２５】Ｐ値すなわち面圧値は、ボビン32と軸51と
のはめ合い部を「すきまばめ」とすることによって低減
させることができる。Ｖ値すなわち周速値は、摺動部の
径を増大させることによって低減させることができる。

【００２６】図１および図３に示すようにシールドヨー
ク38を両方のコイル36、36の位置にわたる長さの断面コ
字状として、これらのコイル36、36を一括して覆うよう
に構成することで、このシールドヨーク38をプレス加工
などによって容易に製造することができる。

【００２７】図４に示すように、シールドヨーク38は、
図６に示したものと同様にコイル36、36どうしの間の中
央部分に内周突部42を有する構成とすることもできる。
この場合は切削加工などによってシールドヨーク38を製
造することができ、中央部分の内周突部42を有すること
により、コイル36、36まわりのフラックスを強力にでき
る利点がある。

【００２８】またシールドヨーク38は、図５に示すよう
に、各コイル36、36の外周をそれぞれ個別に覆う断面コ
字状の一対の部材43、43によって構成することもでき
る。この場合もシールドヨーク38をプレス加工などによ
って容易に製造することができる。

【００２９】

【実施例】本発明によれば、トルク伝達軸51の軸径が数
十ミリメートル以下の場合において、上述のようにエア
ギャップ40を０．２ミリメートル以下で形成することが
でき、０．１ミリメートルを達成することができた。そ
の結果、センサ生出力のＳ／Ｎ比を、上述の従来のもの
に比べて２倍以上に向上させることができた。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によると、コイルを
巻き付けるためのボビンの内周部をトルク伝達軸の外周
部で支持したため、トルク伝達軸とボビンとの同心度
を、このトルク伝達軸とボビンとの２部材の加工精度の
みによって決定することができ、このため従来のような
径方向の寸法公差の累積がなく、ボビンとトルク伝達軸
との間のエアギャップを小さくすることができて、セン
サの精度の向上を図ることができる。

【００３１】また本発明によれば、シールドヨークをボ
ビンによって直接保持し、従来のようなハウジングによ
る保持を行わないことで、これらハウジングとシールド
ヨークとが切り離されることになって、このシールドヨ
ークが温度変化の際の熱膨張差にもとづく外力を受ける
ことが防止され、そのためシールドヨークの透磁率の変
化にもとづくセンサ出力の変動を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にもとづく磁歪式トルクセンサの要部の
断面図である。

【図２】図１に示されたボビンの斜視図である。

【図３】本発明にもとづく磁歪式トルクセンサの他の例
の要部の断面図である。

【図４】本発明にもとづく磁歪式トルクセンサのさらに
他の例の要部の断面図である。

【図５】本発明にもとづく磁歪式トルクセンサのさらに
他の例の要部の断面図である。

【図６】従来の磁歪式トルクセンサの要部の断面図であ
る。

【符号の説明】

30 外周面 32 ボビン 34 すべり軸受部 35 コイル収容溝 36 コイル 38 シールドヨーク 51 トルク伝達軸 52 磁気異方性部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トルク伝達軸の表面に形成された磁気異
方性部の周囲にコイルを配置した磁歪式のトルクセンサ
であって、前記コイルを巻き付けるためのボビンの内周
部を前記トルク伝達軸の外周部で支持したことを特徴と
する磁歪式トルクセンサ。
【請求項２】ボビンは周方向に複数に分割されたうえ
でトルク伝達軸の外周に被せられており、かつ、このト
ルク伝達軸の外周に被せられたボビンの外周にコイルが
巻き付けられていることを特徴とする請求項１記載の磁
歪式トルクセンサ。
【請求項３】トルク伝達軸の長さ方向に沿って一対の
磁気異方性部を形成し、各磁気異方性部に対応する一対
の位置にそれぞれコイルを配置し、これら一対の位置の
コイルにわたる長さの断面コ字状のシールドヨークによ
ってこれらのコイルの外周を一括して覆い、このシール
ドヨークをボビンによって保持したことを特徴とする請
求項１または２記載の磁歪式トルクセンサ。
【請求項４】シールドヨークは、磁気異方性部に対応
した一対の位置のコイルどうしの間に内周突部を有する
ことを特徴とする請求項３記載の磁歪式トルクセンサ。
【請求項５】トルク伝達軸の長さ方向に沿って一対の
磁気異方性部を形成し、各磁気異方性部に対応する一対
のコイルを配置し、各コイルの外周をそれぞれ個別に断
面コ字状のシールドヨークによって覆い、このシールド
ヨークをボビンによって保持したことを特徴とする請求
項１または２記載の磁歪式トルクセンサ。