JPS62211528A - トルク検出装置 - 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】 技術分野 本発明は、トルク検出装置に関し、例えば、自動車のス
テアリング機構と連動して操舵トルクを検出するのに適
したトルク検出装置に関する。

従来のトルク検出装置、例えば、操舵トルク検出装置と
しては、ステアリング・ホイールの連接軸の表面に直接
歪みゲージを貼シ付けて、操舵時の連接軸の歪みをブリ
ッジ回路によりミ気的に検出する歪みゲージ式トルク検
出装置がある。しかし、この種の検出装置は、歪みゲー
ジが連接軸の表面に直接貼着されているために、操舵時
の応力を繰シ返し受けることにより、ゲージ自体が破損
し、或いは貼着面から剥離するという不都合が生じ易く
、自動車のパワー・ステアリング装置への利用は不適当
である。

また、ステアリング・ホイールの連接軸内に強磁性材料
のトーション・バー（ねじれ棒）を設けると共に、その
外周部に励磁コイルと検出コイルを設け、交流励礎、磁
気歪検出により操舵時の磁気異方性を利用して操舵トル
クを検出する磁わい式トルク検出装置がある。この検出
装置によれば、操舵時に、トーション・バーに純粋な操
舵トルク成分の他に不特定な方向への曲げ応力が作用す
るために、トーション・バーと励磁及び検出コイルとの
間の距離が正確に保持されずに変動するという欠点があ
漬。従って、操舵トルクの検出精度を確保するのが困難
である。

この他に、操舵トルクを検出する装置としては、ステア
リング・ホイールの連接軸内に、トルク変化に応動する
ねじれ部を構成し、操舵時のねじれ変位を、フォトダイ
オード、フォトトランジスタ、ホール１Ｃ等で検出する
装置がある。しかし、これらの検出素子は、その汚れ、
経年変化、温度変化等によって検出特性が変化するため
に、使用環境が過酷で且つ使用期間が長期にわたる自動
車用の検出器としては満足できるものではない。

発明の目的 本発明は、前述の如き欠点に鑑みて、電気的に安定で且
つ検出精度が高く、更に耐久性、耐候性及び経年特性に
優れたトルク検出装置であって、特に、自動車のステア
リング・ホイールの操舵トルクの検出に適した装置を提
供することを目的としている。

発懸ｑ多約 本発明は、ハウジング内に、入力端とこの入力端の回転
に追従して回転可能な出力端とを有する回転可能なトル
ク検出軸を設け、その入力端の側と出力端の側とにそれ
らの相対的回転変位の電磁気的検出部を設け、更に、ハ
ウジングに電源一次コイル及び信号二次コイル、トルク
検出軸の入力端の側に電源二次コイル及び信号一次コイ
ルをそれぞれ設け、回転変位検出部への基準信号の供給
及びそこからの回転変位信号の検出を変圧器原理を用い
て機械的に非接触の構成で可能にしたトルク検出装置で
ある。

実施例の説明 第１図は、本発明のトルク検出装置の、一部を断面で示
した具体的な構造図である。

環状のハウジング１内には、軸受２を介して回転可能な
トルク検出軸３が設けられる。トルク検出軸３の一端は
入力端３ａとして機能し、他端は出力端３ｂとして機能
する。即ち、出力端３ｂは。

トルク検出軸３自体のねじれによって入力端３ａの回転
に追従して回転可能であシ、両者の相対的回転変位に応
じてトルク検出が可能である。

トルク検出軸３には、スリーブ４が被装され、その一端
は、入力端３ａと一体的に回転可能なようにピン５によ
って入力端３ａに固定され、その他端は、出力端３ｂと
相対的に回転可能なように軸受６によって支持されてい
る。

ハウジング１の内周上には、絶縁部材７を介して環状の
電源一次コイル８が固定され、このコイルは、電源入力
リード線９を介して外部の交流電源（第３図、２０）に
接続される。他方、スリーブ４の外周上には、絶縁部材
１０を介して、スリーブ４と一体的に回転可能な環状の
電源二次コイル１１が、電源一次コイル８と同軸状に対
向配置されている。更に、絶縁部材１０には、スリーブ
４と一体的に回転可能な環状の信号一次コイル１２が設
けられ、他方、ハウジング１側の絶縁部材７には、環状
の信号二次コイル１３が、信号一次コイル１２と同軸状
に対向配置的に固定されている。信号二次コイル１３は
、検出信号出力リード線１４を介して、適当な外部信号
処理回路（図示せず）に接続される。

検出コイル１９が巻回された環状の磁心１６と環状の磁
心１７とは、トルク検出部を構成し、磁心１６は、スリ
ーブ４側の絶縁部材１０によって支持され、トルク検出
軸３の入力端３ａと一体的に回転可能であり、磁心１７
は、出力端３ｂと一体的に回転可能であり、且つ磁心１
６と同軸状に対向配置されている。

第２図は、前述のトルク検出部の具体的構造を更に説明
するために、第１図の線Ｉ−Ｉに沿って得られる断面図
である。図示の如く、トルク検出軸３の出力端３ｂと一
体的に構成される環状の磁心１７は、その作用について
は後述するように、ほぼ１８０°の間隔をもって、即ち
回転軸に関して対向する位置関係で、２つの切欠き部］
、８ａ　、１８ｂを有する。磁心１７と相対的に回転可
能な環状の磁心１６には、等間隔に４個の検出コイル１
９ａ〜１９ｄが巻回されている。このように構成するこ
とによって、検出コイル１９ａ〜１９ｄに関して磁心１
７と磁心１６との間に形成されるそれぞれの磁気回路は
、磁心の相対的回転変位に応じて変化する。また、検出
コイルの一方の対１９　ａ　ｒ　１９　ｂ及び他方の対
１９Ｃ９１９ｄに関して、磁心の相対的回転変位による
磁気容量の増減変化は、相反関係にある。

第３図は５本発明のトルク検出装置の電気回路図を示す
。

ＡＣ電源２０は、電源入力リード線９を介して電源一次
コイル８の両端に接続され、関連の電源二次コイル１１
の両端は、４つの検出コイル１９ａ〜１９ｄにより構成
された交流ブリッジ回路の入力端子、Ｎ、Ｊ２にそれぞ
れ接続され、その出力端子Ｊ３゜Ｊ４は、信号一次コイ
ル１２の両端に接続される。

信号二次コイル１３の両端は、検出信号出力リード線１
４を介して、トルク検出装置の出力端子ＯＵＴに接続さ
れる。電源一次コイル８及び電源二次コイル９と、信号
一次コイル１２及び信号二次コイル１３とは、電力又は
信号の授受を相互インダクタンスにより非接触状態で実
現している。

ＡＣ電源２０から電源一次コイル８に基本交流波信号（
第４図（Ａ））を供給すると、電源二次コイル１１には
、°これら一次及び二次コイルの相互インダクタンスに
応じた交流波信号が誘起されて交流ブリッジ回路に与え
られる。

トルク検出軸３の入力端３ａにトルクが作用しない場合
、第５図（Ａ）に示されたように、一対の検出コイル１
９　ａ　＋　１９　ｂと、他の一対の検出コイル１９ｃ
、１９ｄとに関して、その磁気状態は全く同じになシ、
従って、検出コイル１９ａ〜１９ｄを介して、交流ブリ
ッジ回路から信号は出力されない。

これに対して、入力端３ａの一方の回転方向にトルクが
加えられると、第５図（Ｂ）に示されたように、一対の
検出コイル１９　ａ　＋　１９　ｂと、他の一対の検出
コイル１９ｃ、１９ｄとは、その磁化状態又は磁気容量
の増減が前述のように相反するので１、交流ブリッジ回
路の出力端子Ｊ３．Ｊ４に、第４　ＥｆｉＢ）に示され
た如き出力波が検出信号として発生する。この検出信号
は、トルク検出軸３の入力端３ａと出力端３ｂとの間の
相対的回転変位を示す。

次に入力端３ａ・の逆回転方向にトルクが加えられると
、検出コイル１９ａ〜１９ｄにかかる磁気状態は第５図
（Ｃ）に示されたようになシ、従って、交流ブリッジ回
路の出力端子Ｊ３．Ｊ４には、第４図（Ｃ）に示された
ように、第４図（Ｂ）の出力波と逆位相の出力波が発生
する。

交流ブリッジ回路の出力波の波高値（第４図。

ｈｌ、ｈ２は、トルクの大きさ、即ちトルク検出軸３の
入力端３ａと出力端３ｂとの間の相対的回転変位に応じ
て変化する。

このようにして得られた交流ブリッジ回路の出力信号は
、信号一次コイル１２及び信号二次コイル１３を介して
、トルク検出装置の検出信号として、出力端子○ＵＴか
ら出力される。この検出信号は。

当業者において容易に理解できるように、電源からの信
号波形を基準として位相検波処理することによって、第
６図に示されたように、入力端３ａのトルクの方向と大
きさに相当するトルク検出信号を得ることができる。

第７図は、トルク検出部の別の実施例を示し、第２図と
同様に、第１図の線Ｉ−Ｉに沿って得られる断面図とし
て示されている。トルク検出軸３の出力端に固設される
環状の磁心１７は、第２図に示された磁心と同一である
が、磁心１７と同軸状に対向配置される磁心１６は、４
箇所の磁心部１６ａ〜１６ｄに分割され、検出コイル１
９ａ〜１９ｄは、それぞれ分割された磁心部に巻回され
ている。

第８図は、第７図に示された礎石構造における磁気状態
を示しており、第５図と同様に、第８図（Ａ）は、トル
ク検出軸３の入力端３ａにトルクが作用しない場合の状
態、第８図（Ｂ）は、入力端３ａの一方の回転方向にト
ルクが加えられた場合の状態、第８図（Ｃ）は、入力端
３ａの逆回転方向にトルクが加えられた場合の状態、を
それぞれ示している。

効果 本発明によれば、トルク検出装置自体がハウジング内に
極めて簡単な構造で組込まれ、更に、トルク検出装置へ
の基準信号の供給及び検出信号の取シ出しが変圧器原理
を用いて非接触構造で実現されるだめに、耐久性、耐候
性、経年特性に優れ、また信頼性が高い。

叙上の如き効果が期待できる本発明のトルク検出装置は
、特に使用環境が過酷で且つ使用期間が長期にわたる自
動車の操舵トルクの検出装置として最適である。この場
合、例えば第９図に示す様にハウジングとしてステアリ
ング・ギヤー・ハウジング内′が利用され、トルク検出
軸の入力端は、自動車のステアリング・ホイールに連動
され、出力端は、操舵用のピニオンギアー２１及びラッ
ク軸２２を介して、左右の車輪に連結される。トルク検
出装置から出力されるトルク検出信号は、操舵補助の方
向と大きさを制御するために、前述の操舵用ラック軸２
２を駆動する電気モータ、或いは油圧系の動力制御装置
に与えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のトルク検出装置の具体的構造を示す
。 第２図は、第１図の線Ｉ−Ｉに沿って得ら゛れるトルク
検出部の一実施例を示す。 第３図は、第１図に示されたトルク検出装置の電気回路
図を示す。 第４図は、第３図の電気回路の動作にかかる信号波形図
である。 第５図は、第２図に示されたトルク検出部におけるトル
クと磁気状態との関係を示す５第６図は、本発明のトル
ク検出装置によって得られる出力信号とトルクの方向と
の関係を示す。 第７図は、第１図の線Ｉ−Ｉに沿って得られるトルク検
出部の他の実施例を示す。 第８図はｓｉ７図に示されたトルク、検出部におけるト
ルクと磁気状態とめ関係を示す。 第９図は本発明のトルク検出装置をステアリングギヤー
に使用した場合の例を示す。 （符号説明） １：ハウジング内 ３ａ：入力端　　　　　３６：出力端 ８：電源一次コイル　　１１：電源二次コイル１２：信
号一次コイル　　１３：信号二次コイル１６　、１７　
：環状の磁心　　１８ａ　＋１８ｂ　：切欠き部１９　
＋　１９　ａ　〜１９　ｄ　：検出コイル（外５名） 第１図 第２図 第３図 ＵＴ 第４図 第５図 （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　ＣＢ）（Ｃ
）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハウジング内に回転可能に設けられたトルク検出
   軸の入力端と該入力端の回転に追従して回転可能な出力
   端との相対的回転変位に応じてトルクを検出する装置に
   おいて、 前記トルク検出軸の入力端と一体的に回転可能な第１の
   環状磁心と； 前記第１の環状磁心と同軸状に対向配置され、前記トル
   ク検出軸の出力端と一体的に回転可能な第２の環状磁心
   と； 前記第１の環状磁心にほぼ等しい間隔をもつて巻回され
   、前記相対的回転変位を検出するために交流ブリッジを
   形成するように接続された４つの検出コイルと； 交流電源から基準電力信号を入力するために、前記ハウ
   ジングの内周上に固定された環状の電源一次コイルと、 前記交流ブリッジ回路の入力端子に接続され、前記電源
   一次コイルと同軸状に対向配置され、前記トルク検出軸
   の入力端と一体的に回転可能な環状の電源二次コイルと
   、 前記交流ブリッジ回路の出力端子に接続され、前記トル
   ク検出軸の入力端と一体的に回転可能な環状の信号一次
   コイルと、 前記相対的回転変位を示す信号を出力するために、前記
   信号一次コイルと同軸状に対向配置され、前記ハウジン
   グの内周上に固定された環状の信号二次コイルと、 を備えたことを特徴とするトルク検出装置。
2. （２）前記第２の環状磁心は、前記第１の環状磁心と共
   に形成される磁気回路を可変とするために、ほぼ１８０
   °の間隔をもつて２つの切欠きを有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のトルク検出装置。
3. （３）前記第１の環状磁心は、単一の部材より形成され
   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
   記載のトルク検出装置。
4. （４）前記第１の環状磁心は４つの磁心部より成り、前
   記４つの検出コイルは前記４つの磁心部にそれぞれ巻回
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
   項に記載のトルク検出装置。