JPH1078358A

JPH1078358A - トルクセンサ

Info

Publication number: JPH1078358A
Application number: JP25087396A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Chikaraishi; 一穂力石; Koichi Sato; 浩一佐藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 1998-03-24
Anticipated expiration: 2016-09-03
Also published as: JP3674177B2

Abstract

(57)【要約】【課題】実質的に同一特性の二つのコイルをトルクセン
サに用いるためには、コイルボビンの管理コストが嵩ん
でしまう。【解決手段】プラスチック等の不導体からなり、ハウジ
ング１に入力軸２や出力軸３と同軸に固定されるコイル
ボビン９に、軸方向に離隔した同軸の二つの円周溝９
Ａ，９Ｂを形成し、それら円周溝９Ａ，９Ｂにトルク検
出用のコイルを一つずつ巻き付ける。連結部９ｃの径方
向外側を向く端面には、そこからさらに径方向外側に突
出する端子取付部９Ｆを形成し、この端子取付部９Ｆの
上面には金属製の三本の端子１２Ａ，１２Ｂ及び１２Ｃ
を固定し、端子１２Ａには一方のコイルの一端部を巻き
付け、端子１２Ｂには他方のコイルの一端部を巻き付
け、端子１２Ｃには両コイルの他端部を巻き付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【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互いに逆方向に変化
する二つのコイルを有し、それら二つのコイルの端子電
圧の差に基づいてトルクを検出するようになっているト
ルクセンサにおいて、トルクの検出精度がより向上する
ようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のトルクセンサとしては、例えば、
特開平４−４７６３８号公報や特開平８−５４７７号公
報等に開示されたものがあり、これら従来のトルクセン
サは、回転軸に作用しているトルクをコイルのインピー
ダンス変化に反映させ、そのインピーダンス変化を検出
することによりトルクを検出するようになっている。つ
まり、コイルは回転軸を包囲するように配設されてい
て、回転軸のトルクに応じた磁気的或いは機械的な構造
変化によって、コイルのインピーダンスを変化させるよ
うになっているから、そのインピーダンス変化をコイル
の端子電圧を測定することにより検出すれば、回転軸に
発生しているトルクを検出することができるのである。
さらに、上述したような従来のトルクセンサにあって
は、温度等のトルク以外の要因によるコイルのインピー
ダンス変化を相殺するために、トルクによってインピー
ダンスが互いに逆方向に変化するように二つのコイルを
配設し、それら二つのコイルを含むブリッジ回路を形成
し、そのブリッジ回路の二つの出力の差に基づいてトル
クを検出するようになっている。即ち、トルク以外の要
因によってコイルのインピーダンスが変化しても、かか
る要因によるインピーダンス変化は、二つのコイルで同
じ方向に生じるから、ブリッジ回路の出力電圧の差を求
めることにより相殺することができるのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
トルクセンサにあっては、差動を求めるために設けた二
つのコイルは、各個別のコイルボビンに巻き付けられて
いるため、トルク以外の要因によるインピーダンス変化
を確実に相殺するためには、特に各コイルボビンに巻き
付けられたコイルの巻き付け張力や素線の径にバラツキ
がないことが重要となるが、通常の製造工程にあって
は、コイルボビンに素線を巻き付けるコイル捲線機は、
使用状況等に応じて巻き付け張力が時々刻々と変化して
しまうし、また、コイル捲線機は複数台が同時に稼働す
るのが一般的であり、装置間の巻き付け張力にバラツキ
があるのは避けられないし、しかも、コイルとなる素線
の径等にもバラツキがある。このため、同一のコイル捲
線機によって連続してコイルが巻き付けられた二つのコ
イルボビンが、最終的に一つのトルクセンサに組み込ま
れるようにすれば、そのトルクセンサには実質的に同一
特性の二つのコイルが用いられるようになるから、トル
ク以外の要因によるコイルのインピーダンス変化を略確
実に相殺することはできるが、これではコイルボビンの
管理コストが嵩んでしまう。これに対し、そのような管
理を行わない場合には、実質的に同一特性と見なせない
二つのコイルが一つのトルクセンサに用いられるという
ことが前提になってしまい、煩雑なブリッジ回路のバラ
ンス調整等が必須となるから、やはり製造コストが嵩ん
でしまう。

【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、コスト
増大を避けつつ、検出精度の向上が可能なトルクセンサ
を提供することを目的としている。

【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、ハウジングに回転自
在に支持された回転軸と、この回転軸を包囲するように
配設された二つのコイルと、前記回転軸に作用するトル
クの変化に応じて前記二つのコイルのインピーダンスを
互いに逆方向に変化させるインピーダンス可変手段と、
を備え、前記二つのコイルの端子電圧の差に基づいて前
記回転軸に発生するトルクを検出するようになっている
トルクセンサにおいて、前記回転軸と同軸になるように
前記ハウジング側に固定されるコイルボビンを有し、そ
のコイルボビンには、軸方向に離隔し且つ前記回転軸と
同軸の二つの溝を形成し、それら二つの溝に前記コイル
を一つずつ巻き付けた。

【０００６】なお、コイルボビンは一体成形品でもよい
し、二つ若しくは三つ以上に分割成形したものを組立て
た後にコイルを巻くようにしてもよい。そして、本発明
によれば、一つのコイルボビンの二つの溝のそれぞれに
コイルを巻き付けるようになっているため、煩雑な管理
等を行わなくても、実質的に同一規格の二つのコイルを
一つのトルクセンサに組み込むことができるから、二つ
のコイルのインピーダンス誤差は非常に小さく、例えば
ブリッジ回路を形成した場合でもそのバランス調整は不
要若しくは簡易で済む。

【０００７】なお、コイルボビンの二つの溝の間には空
隙を形成しておき、その空隙内に例えばリング状のヨー
ク部材をはめ込むとともに、二つの円筒形のヨーク部材
でコイルボビンの二つの溝の部分のそれぞれを外側から
包囲することにより、各コイルの内径側以外の部分を、
ヨークで覆うようにしてもよい。

【０００８】また、コイルボビンの二つの溝に挟まれた
部分に、径方向外側に突出する３本の端子を有する端子
取付部を設け、第１の端子には一方のコイルの巻き始め
の端部を固定し、第２の端子には他方のコイルの巻き終
わりの端部を固定し、第３の端子には一方のコイルの巻
き終わりの端部及び他方のコイルの巻き始めの端部を固
定するようにする。このようにすれば、第３の端子は二
つのコイルの端部が固定される共通端子となるから、巻
き付け順を、例えば第１の端子→第３の端子→第２の端
子とすることにより、一本の素線でもって連続して二つ
のコイルを巻き付けることができる。さらに、そのよう
な巻き付け順で素線を巻き付ける場合には、コイルボビ
ンの二つの溝への素線の巻き付け方向を、第３の端子に
到達する前後で逆にすることがより好ましい。即ち、か
かる巻き付け構造であれば、例えば共通端子である第３
の端子をアース側端子とし、第１の端子を一方のコイル
の電源側端子、第２の端子を他方の端子の電源側端子と
することにより、二つのコイルの同一方向の駆動電流を
供給することができる。

【０００９】

【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乃至図１０は本発明の一実
施の形態を示す図であって、この実施の形態は、本発明
にかかるトルクセンサを、車両の電動パワーステアリン
グ装置に適用したものである。

【００１０】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，５ｂ及び５ｃ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。なお、入力軸
２，出力軸３及びトーションバー４が、本発明における
回転軸に相当する。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】より具体的には、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の出力軸３から遠い側の部分では一周期角度θの
一方の端から所定角度の部分が窓８ａ，…，８ａとな
り、残りの部分が塞がっており、また、窓８ａ，…，８
ａとの位相が半周期（θ／２）ずれるように、円筒部材
８の出力軸３に近い側の部分では一周期角度θの他方の
端から所定角度の部分が窓８ｂ，…，８ｂとなり、残り
の部分が塞がっている。

【００１８】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、窓８ａの周
方向幅中央部と、溝３Ａの周方向の一方の端部とが重な
り、窓８ｂの周方向幅中央部と、溝３Ａの周方向の他方
の端部とが重なり合うようになっている。従って、窓８
ａ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おり、窓８ａ，８ｂの
周方向幅中央部と溝３Ａの周方向幅中央部とはそれぞれ
θ／４ずつずれている。

【００１９】そして、円筒部材８は、同一規格の二つの
コイル１０及び１１が巻き付けられたコイルボビン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コイルボビ
ン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コイルボビン９に巻き
付けられている。

【００２０】コイルボビン９は、プラスチック等の不導
体からなる部材であって、ハウジング１に入力軸２や出
力軸３と同軸に固定される。そして、コイルボビン９
は、斜視図である図３、平面図である図４、図４のＡ−
Ａ線断面図である図５、側面図である図６にそれぞれ示
すように、軸方向に離隔した同軸の二つの円周溝９Ａ，
９Ｂを有し、一方の円周溝９Ａにはコイル１０が巻き付
けられ、他方の円周溝９Ｂにはコイル１１が巻き付けら
れるようになっている。より具体的には、コイルボビン
９は、空隙９Ｃを介して軸方向に離隔した二つの同寸法
の円筒部９Ｄ，９Ｅを有し、それら円筒部９Ｄ，９Ｅの
互いに外側を向く外端側には外側フランジ９ａが、互い
に対向する内端側には内側フランジ９ｂが形成されてい
る。そして、円筒部９Ｄ及び９Ｅの内側フランジ９ｂ同
士が、周方向に１８０度離隔した二位置に形成される連
結部９ｃ，９ｄを介して連結されている。連結部９ｃ及
び９ｄは、空隙９Ｃを跨ぐように径方向外側に突出した
凹形状となっている。

【００２１】一方の連結部９ｃの径方向外側を向く端面
には、そこからさらに径方向外側に突出する略直方体状
の端子取付部９Ｆが形成されていて、この端子取付部９
Ｆの上面には、金属製の三本の端子１２Ａ，１２Ｂ及び
１２Ｃが、径方向外側に突出するように固定されてい
る。これら端子１２Ａ〜１２Ｃは、円周溝９Ａ，９Ｂの
接線方向に沿って所定距離隔てて並ぶように固定されて
いる。なお、ここでは、端子取付部９Ｆを上側に位置さ
せた状態で円筒部９Ｄをその外側フランジ９ａ側から見
た場合（図５参照）に、左側に位置する端子を第１の端
子１２Ａ、中央に位置する端子を第２の端子１２Ｂ、右
側に位置する端子を第３の端子１２Ｃとする。

【００２２】また、端子取付部９Ｆの両端面には、円周
溝９Ａ，９Ｂの接線方向に突出するように、二つの凸部
９ｅ，９ｆが形成されている。これら凸部９ｅ，９ｆ
は、その幅及び高さが端子取付部９Ｆの端面よりも小さ
くて厚みの薄い凸部である。さらに、端子取付部９Ｆ及
び連結部９ｃの円周溝９Ａ側の側面には、その円周溝９
Ａに近い部分を若干肉厚にすることにより、図５におい
て凸部９ｅの下側の位置から斜め右下に伸びる細い段差
９ｇが形成されている。同様に、端子取付部９Ｆ及び連
結部９ｃの円周溝９Ｂ側の側面には、その円周溝９Ｂに
近い部分を若干肉厚にすることにより、凸部９ｆの下側
の位置から斜めに伸びる細い段差９ｈが形成されてい
る。

【００２３】このような形状のコイルボビン９の円周溝
９Ａ，９Ｂにコイル１０，１１が巻き付けられるのであ
るが、それらコイル１０，１１の巻き付けは、一のコイ
ル捲線機によって連続して行われるようになっている。
コイル１０，１１の巻き付け手順を図４を伴って詳細に
説明すると、先ず、第１の端子１２Ａに、反時計方向に
素線を巻き付けた後に、図４で示すように、その素線
を図４で左斜め上方に引っ張り、凸部９ｅの円周溝９Ｂ
側の側面から下面側に回り込ませて、円周溝９Ａ側に引
き出す。円周溝９Ａ側に引き出した素線は、段差９ｇに
沿って円周溝９Ａ表面に徐々に近づけ、円周溝９Ａをそ
の外側フランジ９ａ側から見た状態（図５参照）で時計
方向に、規定回数だけ円周溝９Ａに巻き付ける。

【００２４】円周溝９Ａに規定回数だけ巻き付けたら、
図４で示すように、再び円周溝９Ａから素線を離し、
凸部９ｆの下面から円周溝９Ｂ側の側面を通じて端子取
付部９Ｆの上面側に引き出し、そこから第３の端子１２
Ｃに反時計方向に数回巻き付ける。そして、図４で示
すように、その素線を図４で右斜め下方に引っ張り、凸
部９ｆの円周溝９Ａ側の側面から下面側に回り込ませ
て、円周溝９Ｂ側に引き出す。円周溝９Ｂ側に引き出し
た素線は、段差９ｈに沿って円周溝９Ｂ表面に徐々に近
づけ、円周溝９Ｂをその外側フランジ９ａ側から見た状
態で時計方向に、規定回数だけ円周溝９Ｂに巻き付け
る。

【００２５】円周溝９Ｂに規定回数だけ巻き付けたら、
図４で示すように、再び円周溝９Ｂから素線を離し、
凸部９ｅの下面から円周溝９Ａ側の側面を通じて端子取
付部９Ｆの上面側に引き出し、そこから第２の端子１２
Ｂに反時計方向に数回巻き付け、これでコイルの巻き付
けを完了する。

【００２６】この状態では、各端子１２Ａ〜１２Ｃに
は、導線を絶縁体で被覆してなる素線がそのまま巻き付
けられているため、各端子１２Ａ〜１２Ｃと素線との間
では導通が採られていないが、巻き付けを完了した後
に、各端子１２Ａ〜１２Ｃをその先端側から半田槽に浸
漬すれば、各端子１２Ａ〜１２Ｃに半田が付着するとと
もに、その半田の熱によって素線の被覆が溶けるから、
各端子１２Ａ〜１２Ｃと素線との間の導通が採られる。
しかも、上記のような巻き付け手順であると、図４から
も判るように、端子取付部９Ｆ上面において素線同士が
交差することがないから、上記半田固定の際に素線同士
が途中で短絡することも防止できる。

【００２７】さらに、図３に分解して示すように、コイ
ルボビン９には、その円周溝９Ａ及び９Ｂを外側から覆
うように略円筒形状のヨーク部材１３Ａ，１３Ｂが固定
されるとともに、コイルボビン９の空隙９Ｃ内には、略
リング状のヨーク部材１３Ｃが嵌め込まれるようになっ
ている。

【００２８】図３の他に、各ヨーク部材１３Ａ〜１３Ｃ
を固定した状態での平面図である図７、図７のＢ−Ｂ線
断面図である図８、図８のＣ−Ｃ線断面図である図９に
も示すように、ヨーク部材１３Ｃは、空隙９Ｃを跨ぐ二
つの連結部９ｃ及び９ｄの径方向内側の面と整合するよ
うに、その外周面の周方向に１８０度離隔した二位置に
平坦部１３ａ，１３ｂが形成されている。また、ヨーク
部材１３Ｃの内径は円筒部９Ｄ，９Ｅの内径と同寸法と
なっていて、ヨーク部材１３Ｃの外径は内側フランジ部
９ｂの外径と同寸法となっている。ただし、ヨーク部材
１３Ｃの外周面の平坦部１３ａ，１３ｂから９０度ずつ
離隔した二位置には、ヨーク部材１３Ｃと同幅で、ヨー
ク部材１３Ａ及び１３Ｂの肉厚よりも若干薄い厚さだけ
径方向外側に突出するように、凸部１３ｃ，１３ｄが形
成されている。このため、ヨーク部材１３Ｃをコイルボ
ビン９の空隙９Ｃに嵌め込むと、凸部１３ｃ，１３ｄが
内側フランジ９ｂよりも突出するようになる。

【００２９】これに対し、ヨーク部材１３Ａ及び１３Ｂ
は、同形状の部材であって、コイル１０，１１が巻き付
けられた状態のコイルボビン９に外嵌する円筒部１３ｄ
と、コイルボビン９に固定される際に軸方向外側を向く
端部に形成されたリング状の底部１３ｅとから構成され
ていて、底部１３ｅの内径は、コイルボビン９の円筒部
９Ｄ，９Ｅの内径と同寸法となっている。そして、円筒
部１３ｄの底部１３ｅとは逆側の端部には、互いに周方
向に９０度ずつ離隔して四つの凹部１３ｇ，１３ｈ，１
３ｉ，１３ｊが形成されている。

【００３０】これら凹部１３ｇ〜１３ｊのうち、凹部１
３ｇは端子取付部９Ｆに嵌合する凹部であり、凹部１３
ｈは連結部９ｄに嵌合する凹部であり、凹部１３ｉ，１
３ｊはヨーク部材１３Ｃの凸部１３ｃ，１３ｄに嵌合す
る凹部である。

【００３１】凹部１３ｉ，１３ｊは、その幅方向（周方
向）寸法は凸部１３ｃ，１３ｄの長さ方向（周方向）寸
法よりも若干小さくなっているが、その深さ方向（軸方
向）寸法は凸部１３ｃ，１３ｄの厚さ方向（軸方向）寸
法の丁度半分となっている。従って、コイルボビン９
に、ヨーク部材１３Ｃを固定するとともに、ヨーク部材
１３Ａ，１３Ｂを外嵌させると、それらヨーク部材１３
Ａ，１３Ｂの軸方向位置は、凹部１３ｉ，１３ｊの底面
が凸部１３ｃ，１３ｄに当接することにより規制され
る。

【００３２】一方、凹部１３ｇは、その幅方向寸法は凸
部９ｅ及び９ｆを含む端子取付部９Ｆの長さ方向寸法と
同じになっているが、その深さ方向寸法は端子取付部９
Ｆの厚さ方向寸法の半分よりも大きくなっている。同様
に、凹部１３ｈは、その幅方向寸法は連結部９ｄの長さ
方向寸法と同じになっているが、その深さ方向寸法は連
結部９ｄの厚さ方向寸法の半分よりも若干大きくなって
いる。従って、コイルボビン９にヨーク部材１３Ａ，１
３Ｂを外嵌させると、それらヨーク部材１３Ａ，１３Ｂ
の回転方向位置は、凹部１３ｇ，１３ｈの内側面が、端
子取付部９Ｆ，連結部９ｄの端面に当接することにより
規制される。

【００３３】さらに、凹部１３ｇの寸法を上記のように
設定しているため、その凹部１３ｇの内側面は凸部９
ｅ，９ｆの端面に当接することになるが、その凸部９
ｅ，９ｆの側面，下面と凹部１３ｇ内面との間には隙間
が確保される。この結果、凸部９ｅ，９ｆ外面に沿って
配設されるコイル１０，１１用の素線が凹部１３ｇ内面
と凸部９ｅ，９ｆとの間に挟み込まれるようなことがな
いから、素線の被覆が破損してヨーク部材１３Ａ，１３
Ｂとの間で短絡しまうことを回避できる。

【００３４】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コイルボビン９が配設されて
いる空間との間は、金属製のシール部材１７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コイルボビ
ン９側に入り込まないようになっている。

【００３５】そして、各端子１２Ａ〜１２Ｃの端部はハ
ウジング１を貫通してセンサケース１８内に至ってお
り、コイル１０及び１１は、それら各端子１２Ａ〜１２
Ｃを介して、センサケース１８内の制御基板１９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１０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の端子電圧を整流及び
平滑して出力する整流・平滑回路２２と、コイル１１の
端子電圧を整流及び平滑して出力する整流・平滑回路２
３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，２４
Ｂ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２４
Ｂ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２５Ｂと、それらノイズ除去フィルタ２５Ａ，２
５Ｂ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。

【００３６】なお、本実施の形態では、コイル１０，１
１は三つの端子１２Ａ〜１２Ｃを介してモータ制御回路
に接続されているが、それら三つの端子のうち、コイル
１０の一方の端部（素線の巻き始め端部）が接続される
第１の端子１２Ａは、電気抵抗Ｒを介して発振部２１側
に接続され、コイル１１の一方の端部（素線の巻き終わ
り端部）が接続される第２の端子１２Ｂは、他の電気抵
抗Ｒを介して発振部２１側に接続され、コイル１０，１
１の他方の端部（素線の中間部）が接続される共通の第
３の端子１２Ｃは、アース側に接続されている。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】円筒部材８に窓がない状態では、円筒部材
８は導電性で且つ非磁性の材料からなるから、コイルに
交流電流を流してコイル内部に交番磁界を生じさせる
と、円筒部材８の外周面にコイル電流と反対方向の渦電
流が発生する。

【００４０】この渦電流による磁界とコイルによる磁界
とを重ね合わせると、円筒部材８の内側の磁界は相殺さ
れる。円筒部材８に窓８ａ，８ｂを設けた場合、円筒部
材８の外周面に生じた渦電流は、窓８ａ，８ｂによって
外周面を周回できないため、窓８ａ，８ｂの端面に沿っ
て円筒部材８の内周面側に回り込み、内周面をコイル電
流と同方向に流れ、また隣の窓８ａ，８ｂの端面に沿っ
て外周面側に戻り、ループを形成する。

【００４１】つまり、コイルの内側に、渦電流のループ
を周方向に周期的に（θ＝３６０／Ｎ）に配置した状態
となる。コイル電流と渦電流の作る磁界は重ね合わさ
れ、円筒部材８の内外には、周方向に周期的な磁界の強
弱と、更に中心に向かうほど小さくなる勾配を持った磁
界が形成される。周方向の磁界の強弱は隣り合う渦電流
の影響を強く受ける窓８ａ，８ｂの中心部分で強く、そ
こから半周期（θ／２）ずれたところが弱くなる。そし
て、円筒部材８の内側には、磁性材料からなる出力軸３
が同軸に配設され、その出力軸３には、溝３Ａによって
凸部及び凹部が窓８ａ，８ｂと同じ周期を持って形成さ
れているが、磁界中に置かれた磁性体は磁化して、自発
磁化（磁束）を発するがその量は飽和に至るまでは磁界
の強さに応じて大きくなる。

【００４２】このため、円筒部材８によって作られる周
方向に周期的な強弱と半径方向に勾配を持つ磁界によっ
て、出力軸３の自発磁化は、円筒部材８との相対的な位
相によって増減する。自発磁化が最大となる位相は、窓
８ａ，８ｂの中心と凸部の中心とが一致した状態であ
る。

【００４３】そして、自発磁化の増減に応じて、コイル
１０，１１のインダクタンスも増減し、その変化は、ほ
ぼ正弦波状となる。トルクが作用しない状態において
は、自発磁化（インダクタンス）が最大となる位相に対
して１／４周期（θ／４）ずれた状態となっており、更
にスリーブ２Ａに近い側の窓列と他方の窓列との位相は
前述のように１／２周期（θ／２）の位相差としてあ
る。

【００４４】このため、トルクにより円筒部材８と出力
軸３に位相差が生じると、二つのコイル１０，１１のイ
ンダクタンスの一方は増加し、他方は同じ割合で減少す
るが、コイル１０，１１のインダクタンスがこのように
変化すれば、電流増幅部２６から供給される電流の周波
数が一定という条件下では、コイル１０及び１１のイン
ピーダンスも同様の傾向で変化するし、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の端子電圧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
の変化は相殺される。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】さらに、本実施の形態にあっては、上記し
たように温度等による自己インダクタンスの変化を相殺
するために二つのコイル１０，１１を設けているが、そ
れらコイル１０，１１を共通のコイルボビン９に巻き付
けるようにしており、しかも一のコイル捲線機によって
連続して二つのコイル１０，１１を巻き付けるようにし
ているから、それらコイル１０，１１の張力や素線径の
バラツキは極めて小さくすることができる。このため、
煩雑な管理等を行わなくても同一規格と見なせる二つの
コイル１０，１１を一つのトルクセンサに組み込むこと
ができるし、それらコイル１０，１１間の芯ずれも生じ
ないから、から、図１０のようなモータ制御回路と接続
した段階でのブリッジ回のバランス調整は不要若しくは
簡易で済む。よって、コストの大幅な増大を招くことな
く、トルク以外の要因によるコイル１０，１１のインダ
クタンス変化を確実に相殺することができるから、検出
精度の高いトルクセンサとすることができるのである。

【００４８】また、本実施の形態であれば、三つの端子
１２Ａ〜１２Ｃに対する素線の巻き付け手順を上述のよ
うにするともに、凸部９ｅ，９ｆの周囲に隙間を形成
し、その隙間に素線を配するようにしているから、素線
の中途部同士や、素線とヨーク部材１３Ａ，１３Ｂとの
間等で短絡が生じるようなことを、より確実に回避する
ことができる。

【００４９】さらに、本実施の形態では、円筒形のヨー
ク部材１３Ａ，１３Ｂとリング状のヨーク部材１３Ｃと
を適宜嵌め合わせることにより、ヨーク部材１３Ａ〜１
３Ｃ全体の芯ずれは生じ難いし、また、ヨーク部材１３
Ａ〜１３Ｃの軸心とコイルボビン９の軸心との間のずれ
も生じ難くなっている。かかる利点も、トルクセンサの
検出精度を向上することに寄与する。

【００５０】また、コイルボビン９を二つのコイル１
０，１１で共通の部材としたため、部品点数の削減し、
ハウジング１への組み付け工数も削減するから、これに
よってもコスト低減が図られるという利点もある。

【００５１】そして、本実施の形態では、上述のような
手順でコイルボビン９に素線を巻き付けているため、コ
イル１０，１１の巻き付け方向は逆であっても、第１の
端子１２Ａ及び第２の端子１２Ｂのそれぞれを電気抵抗
Ｒを介して電源側に接続し、コイル１０，１１で共通と
なる第３の端子１２Ｃをアース側に接続しているから、
電流の流れる向きはコイル１０，１１で共通となり、コ
イル１０，１１の極性は同じにすることができるのであ
る。

【００５２】なお、上記実施の形態では、第１の端子１
２Ａ及び第２の端子１２Ｂのそれぞれを電気抵抗Ｒを介
して電源側に接続し、第３の端子１２Ｃをアース側に接
続しているが、これに限定されるものではなく、例え
ば、第３の端子１２Ｃを定電流部２０を介して発振部２
１側に接続するとともに、第１の端子１２Ａを電気抵抗
Ｒを介してアース側に接続し、第２の端子１２Ｂを他の
電気抵抗Ｒを介してアース側に接続するようにしても、
トルクの検出は可能である。

【００５３】また、上記実施の形態では、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、これに限定されるも
のではなく、他の用途のトルクセンサであっても適用可
能である。

【００５４】ここで、本実施の形態にあっては、入力軸
２，スリーブ２Ａ，出力軸３，溝３Ａ，トーションバー
４及び円筒部材８によってインピーダンス可変手段が構
成される。

【００５５】なお、上記実施の形態では、コイルボビン
９を一体成形品としているが、これに限定されるもので
はなく、例えば図１１に示すように、コイルボビン９
を、その連結部９ｃ，９ｄを境に円筒部９Ｄ，９Ｅ毎に
分割できる構造としてもよい。つまり、円筒部９Ｄ，９
Ｅ毎に二つに分割された各部材をそれぞれ成形し、それ
らを後に組み合わせてコイルボビン９とし、コイル１
０，１１を巻き付けるようにしてもよく、このようにコ
イルボビン９を分割型にすれば、複雑な形状であっても
容易に且つ安価に製造することができる。また、コイル
ボビン９の組立て時の手間を簡易にするために、図１１
に示すように、分割された各連結部９ｃ，９ｄのそれぞ
れの当接面に互いに嵌まり合うように凹部９ｉや凸部９
ｊを形成するようにしてもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転軸と同軸になるようにハウジング側に固定されるコ
イルボビンに、軸方向に離隔し且つ前記回転軸と同軸の
二つの溝を形成し、それら二つの溝に前記コイルを一つ
ずつ巻き付けたため、それらコイルの張力や素線径のバ
ラツキは極めて小さくすることができ、煩雑な管理等を
行わなくても同一規格と見なせる二つのコイルを一つの
トルクセンサに組み込むことができるから、コストの大
幅な増大を招くことなく、トルク以外の要因によるコイ
ルのインダクタンス変化を確実に相殺することができる
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す全体の断面図であ
る。

【図２】コイル及びその周辺の構造を示す斜視図であ
る。

【図３】コイルボビン及びヨーク部材の組立状態を示す
斜視図である。

【図４】コイルボビンの平面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。

【図６】コイルボビンの側面図である。

【図７】ヨーク部材を組み付けた状態でのコイルボビン
の平面図である。

【図８】図７のＢ−Ｂ線断面図である。

【図９】図８のＣ−Ｃ線断面図である。

【図１０】モータ制御回路の一例を示す回路図である。

【図１１】コイルボビンを分割型にした場合の斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ハウジング２入力軸（回転軸）３出力軸（回転軸）３Ａ溝４トーションバー（回転軸）８円筒部材８ａ，８ｂ窓９コイルボビン９Ａ，９Ｂ円周溝９Ｆ端子取付部１０，１１コイル１２Ａ〜１２Ｃ端子１３Ａ〜１３Ｃヨーク部材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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングに回転自在に支持された回転
軸と、この回転軸を包囲するように配設された二つのコ
イルと、前記回転軸に作用するトルクの変化に応じて前
記二つのコイルのインピーダンスを互いに逆方向に変化
させるインピーダンス可変手段と、を備え、前記二つの
コイルの端子電圧の差に基づいて前記回転軸に発生する
トルクを検出するようになっているトルクセンサにおい
て、前記回転軸と同軸になるように前記ハウジング側に固定
されるコイルボビンを有し、そのコイルボビンには、軸
方向に離隔し且つ前記回転軸と同軸の二つの溝を形成
し、それら二つの溝に前記コイルを一つずつ巻き付けた
ことを特徴とするトルクセンサ。