JPS5946527A

JPS5946527A - トルク検出装置

Info

Publication number: JPS5946527A
Application number: JP15639082A
Authority: JP
Inventors: Toru Kita; 喜多　徹
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-09-08
Filing date: 1982-09-08
Publication date: 1984-03-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明はパワーステアリングのオイルポンプをオン、オ
フ制御する操舵検知器、エンジンの出力トルク検出器、
変速機の出力トルク検出器等として用いるトルク検出装
置に関するものである。

トルク検出装置は従来より種々の型式のものが知られて
おり、例えば特公昭３１−９／１２号公報、特開昭５１
−６０５８０号公報及び特開昭５１−１２９２７６号公
報に記載された型式のものがある。これら公報に記載の
トルク検出装置はいずれも、一対のＵ字形磁芯を一体化
して構成した十字交差形磁芯を具え、一方のＵ字形磁芯
に励磁コイルを、又仙方のＵ字形磁芯に検出コイルを夫
々設け、伝達トルクに応じた軸の捩れにより上記励磁コ
イルから軸表面を経て上記検出コイルに向かう磁束が軸
表面においてバランスをくずされるのを利用し、くずれ
た磁束分で検出コイルに誘導起電力を励起せしめること
によりこれをちって軸１−ルクを検出するものである。

しかし、かかる従来のトルク検出装置においては、励磁
コイルに供給する交流電圧が変化したり、Ｕ字形磁芯の
各磁極面と軸外周面との間の隙間がトルク伝達中不可避
な軸の撓み等により変化して当該隙間を通る磁束密度が
変化すると、同じトルりに対しても１〜ルク検出値が異
なり、トルク検出誤差を免れ得なかった。

本発明はトルク伝達物体の外面に指向する４個の磁極を
夫々直交対角線上に配して有する十字交差形磁芯を各ｌ
ｌＩ！極の端面が前記物体の外面と一定の隙間をもって
対向するよう設け、前記各磁極にコイルを巻装し、これ
らコイルのうち対角線方向に対向するコイル同士直列に
接続すると共（こ、該直列回路の各々をブリッジ回路の
構成要素とし、該ブリッジ回路に一定の交流電圧を印加
すると共に、前記両回路に加わる電圧の相性及び差値の
比から前記物体の伝達１ヘルクを測定するようにした電
気回路を設（ブる構成にすれば、前記１〜ルク検出誤差
要因が上記相性及び差値の双方に影響することから、両
者の比をもって検出ｌ〜ルクとする上記の構成はトルク
検出誤差を全く生ぜず、上述の問題を解決し得るとの観
点から、この構成に特徴づれられるトルク検出装置を提
供しようとするものである。

以下図示の実施例により本発明の詳細な説明づる。

第１図は本発明トルク検出装置の適用例を示づステアリ
ングコラムで、図中１〜３は夫々１〜ルク伝達物体どし
てのステアリングシャ７１〜部分を示し、部分１．２間
はラバーカップリング４を介して、又部分２．３間は直
接結合により夫々駆動連結する。そして、このように合
体されたステアリングシャフトは軸受５．６により」う
１１チコーブγ内に回転自在に支持し、一端をロアシャ
ツ１へ８を介してステアリングギヤに連結すると共に、
他端にステアリングホイール９を取付ける。

かかるステアリングコラムに対し、本発明においてはト
ルク検出ヘッド１０を例えばステアリングシャフト部分
３及びコラムチューブ７間の環状空所内に配して設け、
外ヘッド１０をビス１１によりコラムデユープ７に取着
すると共に、該ヘッド１０からのリード線１２をコラム
チコープ７内よりその外部に取出す。

］・ルク検出ヘッド１０は、第２図に示ずように直交十
字形部材１３と、その各アーム１３ａ〜３− １３ｄの先端よりシャ７１〜部分３の外周面に指向する
よう一体に突設した磁極１４〜１７とよりなるＶ４層硅
素鋼板の高侵磁率材で造った十字交差形磁芯１８及び各
磁極１４〜１７に巻装したコイル１９〜２２で構成した
ピックアップ２３を貝える。

ところで、シャフト部分３にトルクが加わると、このシ
ャフト部分３の外周面にはその軸方向と７Ｉ５°の方向
に圧縮応力と引張応力が作用し、シャフト部分３に例え
ば第３図中矢印方向のトルクが加わる場合、その外周面
に÷σで示す引張り応力及び−σで示す圧縮応力が作用
する。ピックアップ２３は磁芯１３のアーム１３ａ〜１
３ｄがこれら応力方向と一致するよう配置するのが、ト
ルクに応じたシャフト部分３の応力を良好に検出する意
味合いにおいて好ましい。又、ピックアップ２３は各磁
極１４〜１７の端面がシャフト部分３の外周面と一定の
隙間をもって対抗するよう配置し、各磁極１４〜１７の
端面をシャフト部分３の外周面曲率と同じ曲率で湾曲さ
せる。

ピックアップ２３は１個のみでも、複数個１組４− としても良いが、図示例では第４図及び第５図に示す如
くトルク検出ヘッド１０にピックアップ２３を２個１１
１１どして設ける。そして、各ピックアップ２３の対角
線方向に対向するコイル１つ、２１同士及び２０，２２
同士を第２図の如く直列に接続し、更にこれら直列回路
はピックアツプ２３相互間で同じ応力方向にあるもの同
士（図示例では両ピックアップ２３のコイル１９．２１
の直列回路同士、両ピックアップ２３のコイル２０．２
２の直列回路同士）を直列に結線する。

このように結線、配置した両ピックアップ２３は円周方
向等間隔にしてケース２４内に収納すると共に、このケ
ース内に充填した樹脂剤２５により固定してトルク検出
ヘッド１０を構成し、このヘッド１０をごス１１により
コラムデユープ７内に固定する。そして上述したように
結線してコイル１９〜２２の端末はリニド線１２として
コラムチコープ７より取出し、第６図に示す本発明装置
の残部を構成する電気回路に接続する。

第６図に示すように、上述の如く直列接続した両ピック
アップ２３のコイル１９．２１の直列回路及び両ピック
アップ２３のコイル２０，２２の直列回路は夫々の一端
を共にアースし、夫々の他端を発振器２６及びトランス
２７よりなる交流電源２８に接続する。これら他端は更
に２個の直列接続した固定抵抗２９．３０に接続し、こ
れら固定抵抗とコイル１９．２０及び２０，２２でブリ
ッジ回路３１を構成する。固定抵抗２つ、３０間に可変
抵抗３２を挿入し、これによりブリッジ回路３１の常態
（シャフト部分３に作用するトルクが零の時）での平衡
をとると共に、該可変抵抗３２からコイル１９．２１に
加わる電圧とコイル２０．２２に加わる電圧との差を取
出す。この差電圧はトランス３３により昇圧した後、全
波整流器３４により整流すると共に平滑回路３５により
平滑にし、その後バッファアンプ３６により増幅する。

一方、コイル１９．２１に加わる電圧とコイル２０，２
２に加わる電圧の和をトランス３７にｊ：り昇圧した後
、全波整流器３８により整流すると共に平滑回路３９に
より平滑にし、その後当該和電圧をバッファアンプ／Ｉ
Ｏにより増幅する。

そして、両バッファアンプ３６．４０からの差値信号及
び相性信号を割算器４１により除算して両者の比を求め
、出力するものとする。

上述の構成とした本発明トルク検出装置の作用を次に説
明する。

電源２８からのブリッジ回路３１に供給された交流電圧
はコイル１９．２１の直列回路及びコイル２０．２２の
直列回路に印加される。これにΔ−り各ピックアップ２
３において、磁極１４、アーム１３ａ、１３ｃ、磁極１
６、シャフト部分３の外周面、磁極１４を通る閉磁路と
、磁極１５、アーム１３ｂ、１３ｄ１磁極１ア、シャフ
ト部分３の外周面、磁極１５を通る閉磁路とが形成され
る。

ここでステアリングホイール９の舵取操作によりシャフ
ト部分３に操舵１〜ルクが加わると、シャフト部分３の
外周面にはトルク伝達方向に応じた引張応力＋σと圧縮
応力−σとが作用する。これら応力によりシャ７１〜１
分３の外周面は引張り応力の作用方向において透磁率が
増加し、圧縮応カフ− の作用方向において透磁率が減少する。かかる透磁率変
化は大きい方がトルク検出感度が増し、従ってシャフト
部分３は上記逆磁歪効果が大きなニッケル又は鉄或いは
これらの合金等の強磁性体で造る。ところで、上記両開
磁路にかかわるコイル１９．２１及び２０，２２のイン
ダクタンスＬはし一μＫＮ２（但し、μは透磁率、Ｋは
常数、Ｎはコイル巻数）で表わされるから、シャフト部
分３の外周面透磁率が上述したように変化すると、これ
により各コイルインダクタンスが変化し、このインダク
タンス変化によりブリッジ回路３１の平衡がくずされる
。

このようにブリッジ回路３１の平衡がくずれると、コイ
ル１９．２１に加わる電圧とコイル２０．２２に加わる
電圧との相位、即ちバッファアンプ４０からの出力は不
変であるものの、両電圧の差値、即ちバッファアンプ３
６の出力は操舵トルクに対応したコイル１９．２１及び
２０．２２のインダクタンス変化に応じ変化し、上記相
位及び差値の比を求める割算器４１からの出力により操
舵８− トルクを検出することができる。

このようにして得られた操舵トルク信号は例えば、これ
が設定操舵トルクより小さい場合パワーステアリングの
ポンプを停止させておき、設定操舵トルクより大きい場
合ポンプを作動させる等して、該ポンプを無駄なく作動
させる制御因子としで用いることができる。

なお、ブリッジ回路３１に供給づべき電源２８の交流電
圧が変化したり、各磁極１’ｌ〜１７とシャフト部分３
の外周面との隙間が変化した場合も、コイル１９．２１
にかかる電圧とコイル２０．２２にかかる電圧との差値
は変化するが、この時雨電圧の相位も同様に変化するた
め、これら相位及び差値の比は変化せず、この比をもっ
て求められる検出トルクは交流電圧の変化及び上記隙間
の変化による影習を受けることがない。

かくして本発明トルク検出装置は上述の如く、トルク伝
達物体３の外面に指向する４個の磁極１４〜１７を夫々
直交対角線上に配して有する十字交差型磁芯１８を、各
磁極１４〜１７の端面が前記物体３の外面と一定の隙間
を持って対向するにうに設（プ、各磁極１４〜１７にコ
イル１９〜２２を巻装し、これらコイルのうち対角線方
向に対向する］イル１９．２１同士及び２０，２２同士
を直列に接続すると共に、これら直列回路の各々をブリ
ッジ回路３１の溝成要索とし、該ブリッジ回路に一定の
交流電圧を印加すると共に前記面直列回路に加わる電圧
の相性及び差値の比がら物体３の伝達］ヘルクを測定す
るようにした電気回路２８〜４１を設Ｃプるから、前記
作用説明通り電源２８の電圧が変化したり、各磁極１４
〜１７と物体３の外面どの間の隙間が変化しても、これ
らにより上記の社が影響を受番プることはなく、トルク
の検出精度を大幅に向」ニさせることができる。

なお、本発明装置は上述した検知器としてのみだけでな
くあらゆる１〜シルク知手段として用いることができ、
又トルク検出ヘッド１ｏは図示例のシャ７１〜部分３に
限らず、他のシャツ１へ部分１．２に設置してもよいこ
とは言うまでもない。更に、１〜ルク検出ヘツド１ｏを
設けるべぎシャフト部分３は特に中空に構成した方が、
１−ルクに応じた前記応力がシャフト部分３の外周面に
集中して感度を高め得る点で好ましい。

第７図及び第８図は本発明の他の例を示し、本例ではシ
ャフト部分３のトルク検出ヘッド設置個所３ａを応力が
発生し易いよう小径にし、この小径部に対し前述した例
と同様に構成配置してピックアップ２３を設置する。又
、これらピックアップ２３は前述した例のように中−コ
ニツ１−のトルク検出ヘッド１０に組込まず、各々独立
ざ往、アダプタ４２内に埋設するど共に、これらアダプ
タを介してコラムデユープ７内に取（ｑける。そして、
各ピックアップ２３は個々にコイル１９〜２２を前述し
た例と同様に結線し、両ピックアップ間でコイル間の接
続を行なわせず、個々のピックアップ２３よりリード線
１２をアダプタ４２を経てコラムチコープ７の外部に取
出す。この場合、個々のピックアップ２３に１個づつ第
６図に示す電気回路を接続し、１〜ルク検出を２系統に
より行なうこともできる。

＝１１一本例の構成でも、個々のピックアップ２３及びこれらに
関連する第６図の電気回路が前述した例と同様に機能し
て１ヘルク検出が可能であると共に、前記と同様本発明
の目的を達成できる。

なお、−に記いずれの実施例もピックアップ２３を２個
１組として設（プる例を示したが、１個のみでもよく、
３個以上１組として設けてもよいが、数の多い方が検出
感度を向上させ得る点で有利である。

更に、第７図及び第８図の例では、各ピックアップ２３
の１１極１４〜１７とシャフト部分３どの間の隙間を設
定し難いが、この場合特に第９図の如くシャフト部分３
の外周面にテフロン等の高滑性で耐磨耗性の樹脂材の被
覆４３を一定厚さにコーティングし、この被覆上を各磁
極１４〜１７が摺接するＪ：うにずれば、この問題を解
決できる。

又、シャフト部分３を前述した如く逆磁歪効果の向上を
目指して鉄、ニッケル又はこれらの合金で造ることがで
きない場合、該シャフト部分３上に第１０図の如くこれ
らの強磁性体逆磁歪材料より１２− なる鍍金層４４を施しても前記逆磁歪効果の向上は望み
得る。又、この場合も第９図につぎ前述したと同様の被
覆４３を鍍金層４４−ｌ：に設【プれば、上記隙間の設
定が容易であるし、防錆、防蝕上も有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置のトルク検出ヘッドを取イ・１けた
ステアリングコラムの縦断側面図、第２図は同トルク検
出ヘッドのピックアップを示す斜視図、第３図はトルク伝達中の応力発生状況説明図、第４図は
１−ルク検出ヘッドの縦断側面図、第５図は同じくその
横断面図、第６図は本発明装置の電気回路図、第７図及び第８図は夫々本発明の他の例を示ず第４図及
び第５図と同様の縦断面図及び横断面図、第９図及び第
１０図は夫々トルク検出ヘッドを対設すべきシャフト部
分の２変形例を示す横断面図である。３・・・ステアリングシャ７１〜部分（１〜シルク達物
体）１０・・・１〜ルク検出ヘツド１１・・・取付ビス　　１２・・・リード線１３・・・
直交十字型部材１４〜１７・・・磁極　　１８・・・十字交差型磁芯１
９〜２２・・・］イル　２３・・・ピックアップ２４・
・・ケース　　　２５・・・樹脂剤２８・・・交流電源
　　２９．３０・・・固定抵抗３１・・・ブリッジ回路３２・・・可変抵抗　　３３．３７・・・トランス３４
．３８・・・全波整流器３５．３９・・・平滑回路３６．４０・・・バッファアンプ４１・・・割算器　　　４２・・・アダプタ４３・・・
樹脂材被覆４４・・・強磁性体逆磁歪月Ｆ４鍍金層１５− 第１図第２図第８図第４図第５図１し粘だビ、、− 第８ド）第９図１７４−

Claims

【特許請求の範囲】

１．１〜ルク伝伝達体の外面に指向する４個の磁極を夫
々直交対角線上に配して有する十字交差形磁芯を、各磁
極の端面が前記物体の外面と一定の隙間を持って対向す
るよう設け、前記各磁極にコイルを巻装し、これらコイ
ルのうち対角線方向に対向するコイル同士を直列に接続
すると共に、該直列回路の各々をブリッジ回路の構成要
素とし、該ブリッジ回路に一定の交流電圧を印加すると
共に前記両画列回路に加わる電圧の和値及び差値の比か
ら前記物体の伝達トルクを測定するようにした電気回路
を設けたことを特徴とするトルク検出装置。