JPS62203030A - トルクセンサ - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明はトルクセンサに関し、より具体的には自動車の
操舵軸、駆動軸等の回転軸の印加トルクを測定するトル
クセンサに関する。

（従来の技術） 従来この種の磁性体の磁気歪み特性を利用して印加トル
クを測定する磁歪式トルクセンサにあっては励磁コイル
を挟んで其の両側に検出コイルを２個配置し、２個の検
出コイル磁極を結ぶ線上に励磁コイル磁極を位置させて
いる結果、其の磁束路は図示の如（となり、結果的にト
ルク伝達軸の軸方向に平行する如く形成されている。更
に、磁性体も直接被測定軸上に固着されていた。其の一
例として特公昭４２−１６０３号公報記載の技術を挙げ
ることが出来る。

（発明が解決しようとする問題点） 而して、軸にトルクを印加すると圧縮応力及び引張応力
が相反する方向に生じ、よって軸表面に其の応力に起因
する磁気歪みが生じるのであるが、その磁気歪みは軸線
に対して±４５度の方向において最大となる結果、磁気
透磁率変化も軸線に対して±４５度の方向において最大
となる。

しかしながら、上記従来例にあっては磁束路が軸線に対
し平行な方向に形成されている結果、透磁率変化を十分
に補促し得ず、従って測定感度が十分ではないと云う不
都合があった。

従って、本発明の目的は印加トルクによる透磁率変化を
最大限捕捉して測定感度の向上するトルクセンサを提供
することでにある。

（問題点を解決するための手段及び作用）上記の問題点
を解決するために本発明は、印加されるトルク量に応じ
て其の磁気歪み特性を変化させる磁性体及び該磁性体に
対峙して配され該磁気歪み変化を検出するコイルとから
なるトルクセンサにおいて、トルク伝達体上に前記磁性
体を固着し、更に該トルク伝達体の外周に匡体を共軸か
つ回転自在に装着して其の内面より３個の磁極を該磁性
体固着面に向けて突設させて１個の励磁コイル及び２個
の検出コイルを巻回すると共に、該励磁コイルと検出コ
イルとを其れ等を結ぶ磁束路が透磁率変化の最大となる
方向と一致する如く配置する様構成したものである。

従って、本発明の基本構成は第１図に示す如く、トルク
伝達体１０上に磁性体１２を固着し、励磁コイル極１４
及び２個の検出コイル極１６を結ぶ磁束路１８が、透磁
率変化が最大となる方向２０と一致する如く配置した点
にある。

（実施例） 以下、第２図以下を参照して本発明の詳細な説明する。

図示の如く、本実施例においては前記トルク伝達体とし
て、被測定軸２２とは別体に設は該軸上に固定可能な筒
状部材１０を用いるものである。しかしながら、トルク
伝達体として被測定軸自体を用いても良いこと熱論であ
る。

筒状部材１０は実施例の場合大略円筒状であって、被測
定軸２２の外径より微少に径大な内孔２４が其の全長に
亘って貫通する如く穿設され、被測定軸２２を其の中に
挿入して後述の如く固定可能とする。

筒状部材１０の両端付近にはカラー２６が夫々突設され
、該カラーと自由端の間は自由端に向けて傾斜するテー
パ部２８が夫々形成される。他方、両カラーの間は其の
全長に亘って等径な円筒面状を呈し、其処に前記磁性体
としてアモルファス磁性薄体１２がメ・ツキ等の手段で
固着される。

尚、該薄体１２には、印加トルクによる圧縮及び引張応
力が主として発生し、その結果透磁率変化が最大となる
、筒状部材１０の軸線に対して±４５度傾斜した前記の
方向２０に（該部材１０に接着した状態において）−軸
磁気異方性を、磁場中での熱処理工程等で与えておく。

該筒状部材１０の外周には其の両側より、外部材より径
大な固定リング３０が夫々嵌装される。該リング３０に
は肩部３２が形成され、該肩部は前記カラー２６と当接
して係合し、該リングを筒状部材に固定すると共に、該
リングの相互の接近方向への移動を富士している。該リ
ング３０の内周面は、前記肩部がつきた後肩部と反対側
の後方に向って傾斜するテーパ面３４が形成され、該テ
ーパ面は前記筒状部材テーパ部２８と対称的に配置させ
られる結果、其の間に断面ｖ字の凹部が形成される。又
、該テーパ面に続く後端部には、ネジ溝３６が螺刻され
る。前記凹部内には断面クサビ状のテーパリング３８が
挿入され、その外方から締付リング４０がテーパリング
３８に当接する形でネジ溝３６に螺合する形で嵌められ
る。従って、締付リングが締め込まれるに従い、テーパ
リングは押圧されて内方に侵入し、そのクサビ作用でテ
ーパ部が被測定軸に押圧され、よって筒状部材を被測定
軸上に固定出来る。

固定リング３０の外周面には夫々、ベアリング４２が圧
入され、其れに隣接してオイルシール４４が配設される
。尚、符号４６は、ベアリングの移動防止用に嵌装され
たリングを示す。

更に、その外周には、円筒状の匡体４８が外装される。

該匡体はベアリング４２を介して固定リング３０及び筒
状部材１０と組み付けられる結果、固定リング及び筒状
部材とは独立して回転自在であり、筒状部材（及び被測
定軸）が回転しても其の影響を受けて従動することなく
静止し続けることが出来る。尚、符号５０及び５２は匡
体側に嵌装された前記と同様のベアリング等の移動防止
リングを示す。

第４図に良く示す如く、該匡体４８は円筒状の内面を備
えると共に其の円周面を部分的に切欠して開口部を形成
し、該開口部を蓋部５４で閉鎖する如く構成する。蓋部
５４は、匡体４８及び蓋部自体に螺刻したネジ孔にネジ
５６及びワッシャ５８を介して装着する。尚、装着方法
は後述の如（該蓋部を外方より取外し自在に出来るもの
ならばどのようなものでも良い。該蓋部内壁面には、第
５図に示す如く平面コ字状のケイ素鋼板製鉄心６０を、
該鉄心に添設したステー６２を介してネジ６４．ワッシ
ャ６６及びナンド６８で取着する。鉄心６０は又、第４
図に示す如く、蓋部内面に当接する背面が蓋部内面と同
一の曲率半径をもって湾曲させられているので、締着時
蓋部内面に密着させることが出来、かかる構成は後述の
如く部品間の間隙を均一化出来る一因となっている。該
コ字状鉄心の中央部付近には前記励磁コイル極１４が垂
直方向に立設され其処にコイルが巻回されて励磁コイル
７０を形成すると共に、鉄心先端付近の対称位置に同様
に２１固の前記検出コイル極１６が立設され其処にコイ
ルが夫々回転対称に巻回されて２個の検出コイル７２が
形成される。

本発明の特徴の一つは、励磁コイル極１４と検出コイル
極１６を結ぶ磁束路１８が透磁率変化が最大となる方向
２０、即ち一軸磁気異方性方向に沿って配置されること
にある。即ち、第６図に示す如く、前記コイルは、極間
士を結ぶ線が二等辺三角形をなす様励磁コイル極１４を
一軸磁気異方性の分岐点たる頂角位置に、２個の検出コ
イル極１６を該異方性方向に沿って、４５度の底角位置
に位置する如く蓋部内面に取着する。その結果、三角形
等辺に該当する励磁コイルと検出コイル間の磁束路１８
は該異方性方向と重なり合う透磁率変化の最大となる方
向に配置出来、透磁率変化を最大限捕捉することが出来
るので、検出感度を向上出来る利点を備える。尚、第４
図において符号７４．７６及び７８はコイル用の端子を
示す。

又、第５図に示す如く、コイル等の比較的機械的衝撃に
弱い電気部分は全て蓋部にのみ取着されているので、蓋
部を取外してセンサ本体を組付け、その後で外方より蓋
部を取り付けて作業能率を向上させることも出来、更に
コイル交換等のメンテナンスも容易となる。

続いて、本発明に係るトルクセンサの被測定軸への装着
及び使用方法について説明する。

第７図に示す如く、被測定軸２２上に固定するには、先
ず被測定軸を筒状部材の内孔２４内に挿入したる後、テ
ーパリング３８を被測定軸に通して前述した筒状部材テ
ーパ部２８の同周のＶ字状凹部に挿入し、続いて締付リ
ング４０を被測定軸に通してネジ溝３６に嵌める。その
際図示の如き工具８２を使用し、其のピンを締付リング
の工具穴に挿入して締めると、テーパリングは締付リン
グにより圧迫されて凹部内方に侵入し、クサビ作用によ
って筒状部材テーパ部２８を被測定軸上に圧迫する結果
筒状部材は被測定軸に滑りなく強固に固定される。

トルクセンサをこのように被測定軸に取り付けた後、被
測定軸をいずれかの方向に回転させ所定量のトルクを印
加すると同量のトルクが筒状部材に伝達され、其処に固
着されたアモルファス磁性薄体１０上に公知の如く圧縮
及び引張り応力に因る磁気歪み変化が生じ、その結果透
磁率変化が生じ、軸線に対して±４５度の方向において
最大となる。従って、第８図に示す如く、交流電源８４
より通電して励磁コイル７０を励起しておけば、検出コ
イル７２は該透磁率の変化を検出して誘導起電圧として
出力する。該出力は差動的に取出され、増幅回路８６で
適宜増幅したる後整流回路８８で整流して後段の処理回
路（図示せず）に送出する。その結果出力電圧の位相に
よって回転方向を検出すると共に其の電圧値によってト
ルク量を検出することが出来る。尚、検出出力を差動接
続にて取り出すため、被測定軸２２が強磁性体であって
も其の影響を受けることはない。

本発明に係るトルクセンサは、このように励磁コイルと
検出コイル間の磁束路が透磁率変化が最大となる方向と
一致する如く励磁コイル及びヰ★出コイルを磁性体に対
して配置したので、印加トルクに起因する透磁率変化を
最大限捕捉することが出来、よって測定感度が向上する
利点を備える更に、本実施例においてはトルク伝達体と
して被測定軸とは別体である筒状部材を用いたので被測
定軸を関与させることなく単体として完成している結果
、車輌組立時の適宜工程においてそのまま測定軸に装着
すれば良く、薄体も駆動軸等の被測定軸に比し短小のた
め格段に取扱い易い筒状部材上に固着すれば良い点及び
熱容量が小さいため作業能率が向上し、更に薄体固着面
が匡体で被覆して保護さ・れている結果、運搬、保管乃
至は組み付は時損傷、塵埃付着等に対する配慮が軽減で
きる点で作業能率が向上する利点を有する。

続いて本発明に係るトルクセンサの別の実施例を説明す
る。

先ず、第９図は、本発明に係るトルクセンサの第２の実
施例を示し、本実施例の場合、同図（ａ）展開図に示す
如く、アモルファス磁性薄体１２に前記−軸磁気異方性
と同角度の±４５度の方向２０、叩ち透磁率変化が最大
となる方向に複数のスリット９０を穿設したものである
。その結果、傾斜スリットを穿設したことによる形状的
な異方性効果が期待出来、その異方性が前記−軸磁気異
方性に加わることになるので、測定精度が一段と向上す
る利点を有する。尚、従来の短冊型薄体に比してもアモ
ルファス占有率が高い点で出力感度が向上する利点を有
する。又、同図（ｂ）は筒状部材１０に固着した状態を
示す。尚、該スリ。

トは検出コイルとの整合性を向上させるため、互い違い
に其の端部が開口する如くしても良い（第１０図）。

第１１図は、本発明に係るトルクセンサの第２実施例を
従来例と比較した実験結果を示す。実験に際し、励磁周
波数１０ＫＨｚ、励磁電位５０ｍＡ、巻線使用励磁検出
コイル共９００Ｔとし、被測定軸の材質はＳＵＳ　３０
４を用いた。

曲線Ａ：本発明の第２実施例 Ｂ：従来例、アモルファスは短冊タイプ４対を約１４ｍ
ｍ間隔で接着した。

印可トルク３９ｋｇ−ｍにおいて、本発明の第２実施例
を示す曲線Ａは９００ｍＶの出力を得たのに比し、従来
例の場合約２３０ｍＶの出力に止まった。

以上の実施例を通じて磁性体としてアモルファス磁性体
を使用したが、これに限られるものではなく、磁気歪み
特性を備えた素材であればどのようなものでも良いもの
である。

（発明の効果） 本発明は透磁率変化が最大となる方向と磁束路を一致さ
せる如く励磁コイル及び検出コイルを配置したので、出
力感度が増大して測定精度が向上する利点を備える。又
、第２実施例の場合、同方向にスリットを穿設したので
、更に出力感度が増大して測定精度が向上する利点を備
える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す説明図、第２図は本発明に
係るトルクセンサの実施例を示す斜視図、第３図は第２
図ｍ−ｍ線断面図、第４図は第３図ＩＶ−ＩＶ線断面図
、第５図は蓋部内面へのコイルの取着状態を示す説明図
、第６図はコイルの配置構成を示す説明図、第７図は被
測定軸への取りつけを示す説明図、第８図は検出動作を
示すブロック図、第９図は本発明に係るトルクセンサの
第２実施例を示す説明図、第１０図は其の変形例を示す
説明図及び第１１図は本発明と従来の比較結果を示す性
能曲線図である。 １０・・・トルク伝達体（筒状部材）、１２・・磁性体
（アモルファス磁性薄体）、１４・・・励磁コイル極、
１６・・・検出コイル極、１８・・磁束路、４８・・・
匡体 Ｆｆ７１１石舷つイルキセ 第４図 第５図 第９図 ブリ 第１０図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）印加されるトルク量に応じて其の磁気歪み特性を
   変化させる磁性体及び該磁性体に対峙して配され該磁気
   歪み変化を検出するコイルとからなるトルクセンサにお
   いて、トルク伝達体上に前記磁性体を固着し、更に該ト
   ルク伝達体の外周に匡体を共軸かつ回転自在に装着して
   其の内面より３個の磁極を該磁性体固着面に向けて突設
   させて１個の励磁コイル及び２個の検出コイルを巻回す
   ると共に、該励磁コイルと検出コイルとを其れ等を結ぶ
   磁束路が透磁率変化の最大となる方向と一致する如く配
   置したことを特徴とするトルクセンサ。
2. （２）前記磁性体に更に透磁率変化が最大となる方向に
   スリットを複数個穿設したことを特徴とする特許請求第
   １項記載のトルクセンサ。
3. （３）前記トルク伝達体が被測定軸上に固定自在な筒状
   部材であることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項に記載のトルクセンサ。
4. （４）前記磁性体がアモルファス磁性薄体であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項に
   記載のトルクセンサ。