JP2001255218A - Torque sensor - Google Patents
Torque sensorInfo
- Publication number
- JP2001255218A JP2001255218A JP2000063591A JP2000063591A JP2001255218A JP 2001255218 A JP2001255218 A JP 2001255218A JP 2000063591 A JP2000063591 A JP 2000063591A JP 2000063591 A JP2000063591 A JP 2000063591A JP 2001255218 A JP2001255218 A JP 2001255218A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic flux
- shafts
- opening
- coil
- flux passing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 179
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 158
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 52
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 13
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 15
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 229930182556 Polyacetal Natural products 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Power Steering Mechanism (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば操舵トルク
に応じた操舵補助力を付与するパワーステアリング装置
において、その操舵トルクを検出するのに適したトルク
センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torque sensor suitable for detecting a steering torque in, for example, a power steering device for applying a steering assist force according to the steering torque.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば車両のパワーステアリング装置に
おいては、ステアリングホイールの回転をステアリング
シャフトを介して車輪に伝達する際、そのステアリング
シャフトにより伝達されるトルクをトルクセンサにより
検出し、その検出トルクの大きさに応じて操舵補助力を
付与している。2. Description of the Related Art In a power steering apparatus for a vehicle, for example, when the rotation of a steering wheel is transmitted to wheels via a steering shaft, torque transmitted by the steering shaft is detected by a torque sensor, and the magnitude of the detected torque is increased. The steering assist force is applied accordingly.
【0003】例えば特開平8−240491号公報、特
開平9−61263号公報、特開平9−61264号公
報により開示されたトルクセンサにおいては、磁性金属
材製の第1回転軸にトーションバーを介して連結された
第2回転軸に、導電性を有する非磁性金属製材製の円筒
部材が同行回転するように連結され、その円筒部材を囲
む磁束発生用コイルが設けられ、その円筒部材に窓が形
成され、その円筒部材に囲まれる第1回転軸の外周に溝
が形成されている。トルク伝達による両回転軸の相対回
転により、その窓と溝との重なり状態が変化するものと
されている。その円筒部材により第1回転軸に至る磁束
が遮られることから、伝達トルクに応じた両回転軸の相
対回転による窓と溝との重なり状態の変化によって、そ
の第1回転軸を通過する磁束が変化する。また、そのコ
イルの磁束発生に基づき生じる交番磁界内で円筒部材に
生じる渦電流によっても第1回転軸に至る磁束が遮られ
る。すなわち、伝達トルクに応じた両回転軸の相対回転
に応じて第1回転軸の通過磁束が変化する。その磁束変
化による電磁誘導によりコイル出力が変化するものとさ
れ、そのコイル出力の変化に基づき伝達トルクが検出さ
れる。For example, in the torque sensors disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-240481, 9-61263, and 9-61264, a first rotating shaft made of a magnetic metal material is connected to a torsion bar. A cylindrical member made of a non-magnetic metal material having conductivity is connected to the second rotating shaft connected so as to rotate together, and a magnetic flux generating coil surrounding the cylindrical member is provided, and a window is formed in the cylindrical member. A groove is formed on the outer periphery of the first rotating shaft surrounded by the cylindrical member. The overlapping state of the window and the groove is changed by the relative rotation of the two rotating shafts due to the torque transmission. Since the magnetic flux reaching the first rotating shaft is blocked by the cylindrical member, the magnetic flux passing through the first rotating shaft is changed by the change in the overlapping state between the window and the groove due to the relative rotation of the two rotating shafts according to the transmission torque. Change. Further, the magnetic flux reaching the first rotating shaft is also blocked by the eddy current generated in the cylindrical member in the alternating magnetic field generated due to the generation of the magnetic flux of the coil. That is, the magnetic flux passing through the first rotating shaft changes according to the relative rotation of the two rotating shafts according to the transmission torque. The coil output is changed by electromagnetic induction due to the change in magnetic flux, and the transmission torque is detected based on the change in the coil output.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記従来のトルクセン
サにおいては、第1回転軸の外周と円筒部材の内周との
間には隙間が形成されている。しかし、その隙間は磁束
が通過することから微小なものとされている。そのた
め、第1回転軸の軸心と第2回転軸の軸心とが外力の作
用等により相対的に傾いた場合、第1回転軸の外周と円
筒部材の内周とが金属接触することがある。その金属接
触により両回転軸の相対回転が阻害されることから、ト
ルク検出精度が低下するという問題がある。In the above conventional torque sensor, a gap is formed between the outer periphery of the first rotating shaft and the inner periphery of the cylindrical member. However, the gap is small because the magnetic flux passes therethrough. Therefore, when the axis of the first rotation shaft and the axis of the second rotation shaft are relatively inclined due to the action of an external force or the like, the outer circumference of the first rotation shaft and the inner circumference of the cylindrical member may make metal contact. is there. Since the relative rotation of both rotating shafts is hindered by the metal contact, there is a problem that torque detection accuracy is reduced.
【0005】本発明は、上記問題を解決することのでき
るトルクセンサを提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a torque sensor that can solve the above-mentioned problem.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明のトルクセンサ
は、第1シャフトと、その第1シャフトに同軸心かつ弾
性的に相対回転可能に連結される第2シャフトと、その
第2シャフトに同軸心かつ同行回転するように連結され
る筒状部材と、その筒状部材の外周を囲むように配置さ
れると共に、交番磁界を生じるように磁束を発生させる
コイルとを備え、その筒状部材は、その第1シャフトの
外周を隙間を介して囲むように配置される絶縁性の合成
樹脂製外筒部と、この外筒部内に埋設される導電性を有
する非磁性金属材製の内筒部とを有し、その第1シャフ
トの外周により、前記コイルの発生磁束の通過位置に配
置される磁性金属材製の磁束通過部が構成され、その内
筒部は、その磁束通過部を囲むと共に前記コイルの発生
磁束の通過位置に配置される磁束規制部を有し、その磁
束通過部に両シャフトの相対回転軸方向に沿う溝が形成
され、その磁束規制部に開口が形成され、両シャフトの
径方向において、その相対回転軸方向に沿う溝の縁に連
なる磁束通過部外周と前記開口との重なり面積が、両シ
ャフトの相対回転に応じて変化するように、その溝と開
口とは両シャフトの径方向において部分的に重なるよう
に配置され、その重なり面積の変化に応じた前記磁束通
過部の通過磁束の変化に基づき、両シャフトにより伝達
されるトルクが検出される。その第1シャフトにおける
磁束通過部を構成する磁性金属材としては、トルクセン
サを構成する上で必要な磁気特性に優れた例えば軟質磁
性金属材料を用いることができる。その外筒部を構成す
る絶縁性の合成樹脂材としては、磁束通過部との接触時
の摩擦が小さく耐磨耗性に優れた材料を用いるのが好ま
しい。その内筒部を構成する導電性を有する非磁性金属
材としては、アルミニウム等の導電性に優れると共に透
磁率の小さい常磁性体の金属材料を用いることができ
る。上記構成においては、トルク伝達時における両シャ
フトの相対回転により、第1シャフトの磁束通過部に形
成された溝と、第2シャフトと同行回転する内筒部の磁
束規制部に形成された開口との重なり状態が変化する。
これにより、両シャフトの径方向において、その溝の縁
に連なる磁束通過部外周と前記開口との重なり面積が両
シャフトの相対回転に応じて変化する。その磁束通過部
は磁性材製であり、その内筒部は非磁性材製であるの
で、その重なり面積の変化によって磁束通過部の通過磁
束が変化する。また、そのコイルの磁束発生に基づき生
じる交番磁界内で導電性の内筒部に生じる渦電流によっ
ても、その磁束通過部に至る磁束が遮られる。これによ
り、その磁束通過部の通過磁束を、その重なり面積の変
化に応じて変化させることができる。その面積変化は伝
達トルクに対応する両シャフトの相対回転に対応するこ
とから、その磁束変化に基づき両シャフトにより伝達さ
れるトルクを検出できる。なお、その内筒部が埋設され
ている外筒部は絶縁性であるため、渦電流が発生するこ
とはなく、トルク検出に影響を及ぼすことはない。上記
構成によれば、第1シャフトの外周を隙間を介して囲む
外筒部は合成樹脂製であるので、第1シャフトの軸心と
第2シャフトの軸心とが外力の作用等により相対的に傾
いても、第1シャフトの外周が接触するのは合成樹脂で
ある。よって、その接触部において両シャフトの相対回
転を阻止する摩擦力を、金属同士が接触するのに比べて
低減でき、トルク検出精度の低下を防止できる。A torque sensor according to the present invention comprises a first shaft, a second shaft coaxially and elastically connected to the first shaft so as to be relatively rotatable, and a coaxial shaft to the second shaft. A cylindrical member connected so as to rotate together with the core, and a coil arranged to surround the outer periphery of the cylindrical member and generating a magnetic flux so as to generate an alternating magnetic field, and the cylindrical member includes An insulating synthetic resin outer cylinder portion disposed so as to surround the outer periphery of the first shaft with a gap therebetween, and a conductive nonmagnetic metal material inner cylinder portion embedded in the outer cylinder portion. A magnetic flux passage portion made of a magnetic metal material arranged at a passage position of the generated magnetic flux of the coil by the outer periphery of the first shaft, and the inner cylindrical portion surrounds the magnetic flux passage portion. Arranged at the position where the magnetic flux generated by the coil passes A groove is formed in the magnetic flux passage portion along the direction of the relative rotation axis of both shafts, and an opening is formed in the magnetic flux restriction portion. The overlapping area between the outer periphery of the magnetic flux passage portion connected to the edge of the groove along the opening and the opening is changed according to the relative rotation of the two shafts, so that the groove and the opening partially overlap in the radial direction of the two shafts. And the torque transmitted by both shafts is detected based on a change in the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion according to a change in the overlapping area. As the magnetic metal material forming the magnetic flux passage portion of the first shaft, for example, a soft magnetic metal material having excellent magnetic characteristics required for forming the torque sensor can be used. As the insulating synthetic resin material constituting the outer cylindrical portion, it is preferable to use a material having a small friction at the time of contact with the magnetic flux passage portion and having excellent wear resistance. As the conductive non-magnetic metal material forming the inner cylindrical portion, a paramagnetic metal material having excellent conductivity and low magnetic permeability such as aluminum can be used. In the above configuration, by the relative rotation of the two shafts during torque transmission, the groove formed in the magnetic flux passage portion of the first shaft and the opening formed in the magnetic flux regulating portion of the inner cylinder that rotates together with the second shaft. The state of overlap changes.
Thereby, in the radial direction of both shafts, the overlapping area between the outer periphery of the magnetic flux passage portion connected to the edge of the groove and the opening changes according to the relative rotation of both shafts. Since the magnetic flux passing portion is made of a magnetic material and the inner cylindrical portion is made of a non-magnetic material, the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion changes due to a change in the overlapping area. Further, the magnetic flux reaching the magnetic flux passage is also blocked by an eddy current generated in the conductive inner cylinder portion in an alternating magnetic field generated due to the generation of the magnetic flux of the coil. Thus, the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion can be changed according to the change in the overlapping area. Since the area change corresponds to the relative rotation of both shafts corresponding to the transmission torque, the torque transmitted by both shafts can be detected based on the magnetic flux change. Since the outer cylinder in which the inner cylinder is embedded is insulative, eddy current does not occur and does not affect torque detection. According to the above configuration, since the outer cylindrical portion surrounding the outer periphery of the first shaft through the gap is made of a synthetic resin, the axis of the first shaft and the axis of the second shaft are relatively moved by the action of an external force or the like. Even when the first shaft is inclined, the outer periphery of the first shaft is in contact with the synthetic resin. Therefore, the frictional force for preventing the relative rotation of the two shafts at the contact portion can be reduced as compared with the case where the metal members are in contact with each other, and a decrease in torque detection accuracy can be prevented.
【0007】前記コイルを保持する磁性材製のコイルホ
ルダーを備え、そのコイルホルダーは、そのコイルを囲
む筒状の外周部分と、その外周部分の一端側から内方に
向かう部分と、その外周部分の他端側から内方に向かう
部分とを有し、両シャフトの相対回転軸方向において、
前記開口の寸法は前記コイルの寸法を超えると共に前記
コイルホルダーの寸法未満とされ、前記開口は前記コイ
ルホルダーの両端間に配置され、前記コイルは前記開口
の両端間に配置されているのが好ましい。これにより、
第1シャフト、第2シャフト、筒状部材、およびコイル
の軸方向における相対位置が、製造公差や組み立て公差
により変動しても、両シャフトの相対回転軸方向におい
て開口をコイルの発生磁束の通過位置に配置できる。よ
って、その磁束通過部の通過磁束の公差による変動をな
くし、検出精度の低下を防止できる。A coil holder made of a magnetic material for holding the coil is provided. The coil holder includes a cylindrical outer peripheral portion surrounding the coil, a portion extending inward from one end of the outer peripheral portion, and an outer peripheral portion. Inward from the other end side of the two shafts, in the direction of the relative rotation axis of both shafts,
The size of the opening is larger than the size of the coil and smaller than the size of the coil holder, the opening is arranged between both ends of the coil holder, and the coil is preferably arranged between both ends of the opening. . This allows
Even if the relative positions in the axial direction of the first shaft, the second shaft, the cylindrical member, and the coil fluctuate due to manufacturing tolerances and assembly tolerances, the passage of the magnetic flux generated by the coil through the opening in the relative rotational axis direction of both shafts. Can be placed in Therefore, fluctuation due to the tolerance of the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion can be eliminated, and a decrease in detection accuracy can be prevented.
【0008】その開口は、両シャフトの回転軸方向に平
行な縁と回転周方向に平行な縁とを有する4辺形に沿う
形状を有し、その開口は、両シャフトの相対回転軸方向
において前記溝の両端間に配置され、両シャフトが相対
回転していない検出原点位置にある時、その溝における
両シャフトの相対回転軸に沿う縁は、その開口における
両シャフトの相対回転軸に沿う中心と、径方向において
重なるように配置されているのが好ましい。これによ
り、両シャフトが一方向に相対回転した時と、他方向に
相対回転した時の何れの場合にも、その相対回転量に応
じたトルクを検出できる。[0008] The opening has a shape along a quadrilateral having an edge parallel to the rotation axis direction of both shafts and an edge parallel to the rotation circumferential direction, and the opening is formed in the relative rotation axis direction of both shafts. When both shafts are located at the detection origin position where both shafts are not relatively rotated, the edge along the relative rotation axis of both shafts in the groove is located at the center of the opening along the relative rotation axis of both shafts. And it is preferable to be arranged so as to overlap in the radial direction. Thus, the torque corresponding to the relative rotation amount can be detected both when the two shafts rotate relative to each other in one direction and when the two shafts rotate relative to each other.
【0009】前記コイルとして、両シャフトの相対回転
軸方向に沿って並列する同一仕様の第1コイルと第2コ
イルとを備え、前記開口として、両シャフトの相対回転
軸方向における間隔をおいて配置される第1開口と第2
開口とを備え、その第1コイルは第1開口を通過する磁
束を発生する位置に配置され、その第2コイルは第2開
口を通過する磁束を発生する位置に配置され、その第1
開口と前記溝の縁に連なる磁束通過部外周とは、両シャ
フトが一方向に相対回転する時は互いとの前記重なり面
積が増加し、両シャフトが他方向に相対回転する時は互
いとの前記重なり面積が減少するように相対配置され、
その第2開口と前記溝の縁に連なる磁束通過部外周と
は、両シャフトが一方向に相対回転する時は互いとの前
記重なり面積が減少し、両シャフトが他方向に相対回転
する時は互いとの前記重なり面積が増加するように相対
配置され、両シャフトの相対回転時において、その第1
開口と磁束通過部外周との前記重なり面積の変化の絶対
値と、その第2開口と磁束通過部外周との前記重なり面
積の変化の絶対値とは互いに等しくされ、その重なり面
積の変化に応じた前記磁束通過部の通過磁束の変化と、
その重なり面積の変化に応じた前記磁束通過部の通過磁
束の変化との差に基づき、両シャフトにより伝達される
トルクが検出されるのが好ましい。この構成によれば、
トルク伝達時に両シャフトが一方向に相対回転すると、
その相対回転量に応じて第1開口と溝の縁に連なる磁束
通過部外周との重なり面積が増加し、第2開口と溝の縁
に連なる磁束通過部外周との重なり面積が減少する。ト
ルク伝達時に両シャフトが他方向に相対回転すると、そ
の相対回転量に応じて第1開口と磁束通過部外周との上
記重なり面積が減少し、第2開口と磁束通過部外周との
上記重なり面積が増加する。各重なり面積の変化に応じ
て磁束通過部を通過する磁束が変化する。また、両シャ
フトの相対回転時において、その第1開口と磁束通過部
外周との上記重なり面積の変化の絶対値と、その第2開
口と磁束通過部外周との上記重なり面積の変化の絶対値
とは互いに等しくされている。よって、第1開口と磁束
通過部外周との上記重なり面積の変化に応じた磁束通過
部の通過磁束の変化と、第2開口と磁束通過部外周との
上記重なり面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束の
変化との差に基づき、両シャフトにより伝達されるトル
クを検出し、トルク検出感度を増大できる。しかも、温
度が変動した場合、第1開口と重なる磁束通過部を通過
する磁束と、第2開口と重なる磁束通過部を通過する磁
束とは同じだけ変化するので、両磁束変化の差に基づき
トルクを検出することで温度変動による検出トルクの変
動を相殺できる。[0009] As the coil, a first coil and a second coil of the same specification are arranged in parallel along the direction of the relative rotation axis of the two shafts, and the openings are arranged at intervals in the direction of the relative rotation axis of the two shafts. First opening and second
An opening, wherein the first coil is arranged at a position where a magnetic flux passing through the first opening is generated, and the second coil is arranged at a position where a magnetic flux passing through the second opening is generated.
The opening and the outer circumference of the magnetic flux passing portion connected to the edge of the groove increase the overlapping area with each other when both shafts rotate in one direction, and with each other when both shafts rotate relative to each other. Are relatively arranged so that the overlapping area is reduced,
The second opening and the outer periphery of the magnetic flux passing portion connected to the edge of the groove reduce the overlapping area with each other when the two shafts relatively rotate in one direction, and when the two shafts relatively rotate in the other direction. The first and second shafts are arranged relative to each other so as to increase the overlapping area with each other.
The absolute value of the change in the overlap area between the opening and the outer periphery of the magnetic flux passage portion and the absolute value of the change in the overlap area between the second opening and the outer periphery of the magnetic flux passage portion are made equal to each other, and according to the change in the overlap area. Changes in the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion,
It is preferable that the torque transmitted by both shafts is detected based on a difference between a change in the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion and a change in the overlapping area. According to this configuration,
When both shafts rotate in one direction during torque transmission,
The overlapping area between the first opening and the outer periphery of the magnetic flux passing portion connected to the edge of the groove increases according to the relative rotation amount, and the overlapping area between the second opening and the outer periphery of the magnetic flux passing portion connected to the edge of the groove decreases. When the two shafts rotate relative to each other in the other direction during torque transmission, the overlapping area between the first opening and the outer periphery of the magnetic flux passage decreases in accordance with the amount of relative rotation, and the overlapping area between the second opening and the outer periphery of the magnetic flux passage increases. Increase. The magnetic flux passing through the magnetic flux passage changes according to the change of each overlapping area. The absolute value of the change in the overlap area between the first opening and the outer periphery of the magnetic flux passage portion and the absolute value of the change in the overlap area between the second opening and the outer periphery of the magnetic flux passage portion during relative rotation of the two shafts. Are equal to each other. Therefore, the change in the magnetic flux passing through the magnetic flux passage portion according to the change in the overlapping area between the first opening and the outer periphery of the magnetic flux passage portion, and the change in the magnetic flux passing according to the change in the overlap area between the second opening and the outer periphery of the magnetic flux passage portion. The torque transmitted by both shafts can be detected based on the difference from the change in the magnetic flux passing through the section, and the torque detection sensitivity can be increased. Moreover, when the temperature fluctuates, the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion overlapping the first opening and the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion overlapping the second opening change by the same amount. , The fluctuation of the detected torque due to the temperature fluctuation can be offset.
【0010】前記第1開口は、前記筒状部材の周方向に
おける等間隔をおいて並列するように複数形成され、前
記第2開口は、前記筒状部材の周方向における等間隔を
おいて並列するように複数形成され、前記溝は、前記第
1シャフトの周方向における等間隔をおいて並列するよ
うに複数設けられ、各溝の周方向寸法は、各溝相互間に
おける磁束通過部の周方向寸法よりも大きくされると共
に、各開口の周方向寸法よりも大きくされ、各溝相互間
における磁束通過部の周方向寸法は、各開口の周方向寸
法よりも大きくされ、各第1開口の周方向間に各第2開
口が配置され、トルク検出範囲に対応する両シャフトの
相対回転範囲において、各第1開口は前記溝における両
シャフトの相対回転軸に沿う一方の縁に重なり、各第2
開口は前記溝における両シャフトの相対回転軸に沿う他
方の縁に重なるように配置されているのが好ましい。こ
れにより第1、第2開口と溝の数を多くしてトルク検出
感度を向上できる。A plurality of the first openings are formed in parallel at equal intervals in the circumferential direction of the cylindrical member, and the second openings are arranged in parallel at equal intervals in the circumferential direction of the cylindrical member. And a plurality of the grooves are provided so as to be arranged in parallel at equal intervals in a circumferential direction of the first shaft, and a circumferential dimension of each groove is equal to a circumferential dimension of the magnetic flux passage portion between the grooves. And the circumferential dimension of the magnetic flux passage between the grooves is made larger than the circumferential dimension of each opening. Each second opening is arranged in the circumferential direction, and in the relative rotation range of both shafts corresponding to the torque detection range, each first opening overlaps one edge of the groove along the relative rotation axis of both shafts, 2
The opening is preferably arranged so as to overlap the other edge of the groove along the axis of relative rotation of the two shafts. Thereby, the number of the first and second openings and the grooves can be increased to improve the torque detection sensitivity.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】図1〜図5に示すトルクセンサ1
は、車両のパワーステアリング装置における操舵トルク
を検出する。そのトルクセンサ1は、ハウジング2と、
第1シャフト3と、第2シャフト4とを備えている。そ
の第1シャフト3は、軸受5を介してハウジング2によ
り支持され、ブッシュ6を介して第2シャフト4の一端
に形成された凹部4aの内周により支持される。その第
2シャフト4は、軸受7を介してハウジング2により支
持される。その検出トルクに応じて操舵補助力が付与さ
れる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A torque sensor 1 shown in FIGS.
Detects the steering torque in the power steering device of the vehicle. The torque sensor 1 includes a housing 2 and
A first shaft 3 and a second shaft 4 are provided. The first shaft 3 is supported by the housing 2 via a bearing 5 and is supported by an inner periphery of a recess 4 a formed at one end of the second shaft 4 via a bush 6. The second shaft 4 is supported by the housing 2 via a bearing 7. A steering assist force is applied according to the detected torque.
【0012】その第1シャフト3に形成された軸方向孔
3aと、その第2シャフト4の凹部4aとにトーション
バー8が挿入されている。そのトーションバー8の一端
はピン9により第1シャフト3に同行回転するように連
結され、他端はセレーション10を介して第2シャフト
4に同行回転するように連結されている。これにより、
その第2シャフト4は、第1シャフト3と同軸心に配置
されると共に、第1シャフト3に弾性的に相対回転可能
に連結されている。その第1シャフト3の一端側はステ
アリングホイール(図示省略)に接続され、その第2シ
ャフト4の他端側は例えばラックピニオン式ステアリン
グギア等のステアリングギアに接続される。これによ
り、操舵のためのステアリングホイールの回転が第1、
第2シャフト3、4を介して車輪に伝達され、操舵角が
変化する。A torsion bar 8 is inserted into an axial hole 3 a formed in the first shaft 3 and a concave portion 4 a of the second shaft 4. One end of the torsion bar 8 is connected by a pin 9 so as to rotate with the first shaft 3, and the other end is connected through the serration 10 to rotate with the second shaft 4. This allows
The second shaft 4 is arranged coaxially with the first shaft 3 and is elastically connected to the first shaft 3 so as to be relatively rotatable. One end of the first shaft 3 is connected to a steering wheel (not shown), and the other end of the second shaft 4 is connected to a steering gear such as a rack and pinion steering gear. Thereby, the rotation of the steering wheel for steering is first,
The power is transmitted to the wheels via the second shafts 3 and 4, and the steering angle changes.
【0013】その第2シャフト4は、円筒形の筒状部材
12に同軸心かつ同行回転するように連結されている。
本実施形態では、その筒状部材12は第2シャフト4の
一端側外周に圧入されているが、ネジ等の適当な固着手
段により一体化されてもよい。図2、図3の(1)、
(2)に示すように、その筒状部材12は絶縁性の合成
樹脂製円筒形外筒部12aと導電性を有する非磁性金属
材製の円筒形内筒部12bとから構成されている。その
合成樹脂としては、例えば、第1シャフト3と接触した
時の摺動性が良く、アルミニウム等から形成される内筒
部12bとインジェクションモールドできるPA6(ナ
イロン)、POM(ポリアセタール)等が挙げられる。
その外筒部12aは、ハウジング2内において第1シャ
フト3の外周を隙間εを介して囲むように配置される。
その内筒部12bは外筒部12a内に埋設される。The second shaft 4 is connected to a cylindrical member 12 so as to rotate coaxially with the cylindrical member 12.
In the present embodiment, the cylindrical member 12 is press-fitted to the outer periphery of one end of the second shaft 4, but may be integrated by a suitable fixing means such as a screw. 2 and 3 (1),
As shown in (2), the cylindrical member 12 is composed of a cylindrical outer cylindrical portion 12a made of insulating synthetic resin and a cylindrical inner cylindrical portion 12b made of a conductive non-magnetic metal material. Examples of the synthetic resin include PA6 (nylon) and POM (polyacetal), which have good slidability when coming into contact with the first shaft 3 and can be injection-molded with the inner cylindrical portion 12b made of aluminum or the like. .
The outer cylindrical portion 12a is arranged in the housing 2 so as to surround the outer periphery of the first shaft 3 via a gap ε.
The inner cylinder part 12b is embedded in the outer cylinder part 12a.
【0014】そのハウジング2の内周に、磁性材製の第
1コイルホルダー31と磁性材製の第2コイルホルダー
32とが挿入されている。図2に示すように、各コイル
ホルダー31、32は、円筒状の外周部分31a、32
aと、その外周部分31a、32aの一端側から内方に
向かう円環状の周壁部分31b、32bと、その外周部
分31a、32aの他端側から内方に向かう円環状の蓋
部分31c、32cとから構成される。各コイルホルダ
ー31、32は、ハウジング2の内周に形成される段差
2aと、ハウジング2の内周に嵌め合わされる止め輪5
3とにより、板バネ54を介して挟み込まれ、これによ
りハウジング2に固定される。A first coil holder 31 made of a magnetic material and a second coil holder 32 made of a magnetic material are inserted into the inner periphery of the housing 2. As shown in FIG. 2, each of the coil holders 31 and 32 has a cylindrical outer peripheral portion 31a, 32.
a, annular peripheral wall portions 31b, 32b directed inward from one end sides of the outer peripheral portions 31a, 32a, and annular lid portions 31c, 32c directed inward from the other end sides of the outer peripheral portions 31a, 32a. It is composed of Each of the coil holders 31 and 32 includes a step 2 a formed on the inner periphery of the housing 2 and a retaining ring 5 fitted on the inner periphery of the housing 2.
3 are sandwiched by a leaf spring 54 and are thereby fixed to the housing 2.
【0015】その第1コイルホルダー31により保持さ
れる第1コイル33と、その第2コイルホルダー32に
より保持される第2コイル34とが、両シャフト3、4
の相対回転軸方向に沿って並列する。両コイル33、3
4は同一仕様であり、導線33a、34aを絶縁材製の
ボビン33b、34bに第1シャフト3の軸心まわりに
巻き付けることで構成され、各コイルホルダー31の内
周に挿入されている。各コイルホルダー31、32及び
コイル33、34は、上記筒状部材12の外周を隙間を
介して囲むように配置される。各コイル33、34は、
後述のようにトルク検出回路を構成し、交番磁界を生じ
るように磁束を発生させる。The first coil 33 held by the first coil holder 31 and the second coil 34 held by the second coil holder 32 are connected to both shafts 3, 4.
Are arranged in parallel along the direction of the relative rotation axis. Both coils 33, 3
Reference numeral 4 denotes the same specification, which is configured by winding conductive wires 33a and 34a around bobbins 33b and 34b made of an insulating material around the axis of the first shaft 3, and inserted into the inner periphery of each coil holder 31. Each of the coil holders 31 and 32 and the coils 33 and 34 are arranged so as to surround the outer periphery of the tubular member 12 via a gap. Each coil 33, 34
A torque detection circuit is configured as described below, and generates a magnetic flux so as to generate an alternating magnetic field.
【0016】その第1シャフト3は磁性金属材製とさ
れ、これにより第1シャフト3の外周によりコイル3
3、34の発生磁束の通過位置に配置され、その外周が
円筒面に沿う磁性金属材製の磁束通過部が構成されてい
る。本実施形態では、その第1シャフト3は単一部材か
ら形成されているが、磁束通過部を構成する部材と、磁
束通過部以外の部分を構成する部材とを一体化すること
で第1シャフトを形成してもよい。The first shaft 3 is made of a magnetic metal material.
A magnetic flux passing portion made of a magnetic metal material is disposed at a position where the generated magnetic fluxes of the magnetic fluxes 3 and 34 pass, and the outer periphery thereof is along the cylindrical surface. In the present embodiment, the first shaft 3 is formed of a single member. However, the first shaft 3 is formed by integrating a member constituting a magnetic flux passage portion and a member constituting a portion other than the magnetic flux passage portion. May be formed.
【0017】図3の(1)、(2)、図4に示すよう
に、その磁束通過部に両シャフト3、4の相対回転軸方
向に沿う複数の溝40が形成されている。それら溝40
は互いに第1シャフト3の周方向における等間隔をおい
て並列する。各溝40の寸法は互いに等しくされてい
る。各溝40の周方向寸法S1は、各溝40の相互間に
おける磁束通過部の周方向寸法S2よりも大きくされて
いる。As shown in FIGS. 3A, 3B and 4, a plurality of grooves 40 are formed in the magnetic flux passage along the direction of the relative rotation axis of the shafts 3, 4. Those grooves 40
Are arranged in parallel at equal intervals in the circumferential direction of the first shaft 3. The dimensions of each groove 40 are equal to each other. The circumferential dimension S1 of each groove 40 is larger than the circumferential dimension S2 of the magnetic flux passage between the grooves 40.
【0018】上記内筒部12bは、その第1シャフト3
の磁束通過部を囲むと共に各コイル33、34の発生磁
束の通過位置に配置される磁束規制部を有する。その磁
束規制部に複数の第1開口43と複数の第2開口44と
が形成されている。その第1開口43と第2開口44と
は、両シャフト3、4の相対回転軸方向における間隔を
おいて配置されている。それら第1開口43は、互いに
筒状部材12の周方向における等間隔をおいて並列す
る。それら第2開口44は、互いに筒状部材12の周方
向における等間隔をおいて並列する。各開口43、44
の形状、寸法は互いに等しくされ、本実施形態では両シ
ャフト3、4の回転軸方向に平行な縁と回転周方向に平
行な縁とを有する4辺形に沿う形状を有する。上記第1
コイル33は各第1開口43を通過する磁束を発生する
位置に配置され、上記第2コイル34は各第2開口44
を通過する磁束を発生する位置に配置される。The inner cylindrical portion 12b has a first shaft 3
And a magnetic flux restricting portion disposed at a position where the magnetic flux generated by each of the coils 33 and 34 passes. A plurality of first openings 43 and a plurality of second openings 44 are formed in the magnetic flux restricting portion. The first opening 43 and the second opening 44 are arranged at an interval in the direction of the relative rotation axis of the shafts 3 and 4. The first openings 43 are arranged side by side at equal intervals in the circumferential direction of the tubular member 12. The second openings 44 are arranged side by side at equal intervals in the circumferential direction of the tubular member 12. Each opening 43, 44
In this embodiment, the shafts 3 and 4 have a shape along a quadrilateral having edges parallel to the rotation axis direction and edges parallel to the rotation circumferential direction. The first
The coil 33 is disposed at a position where a magnetic flux passing through each first opening 43 is generated, and the second coil 34 is disposed at each second opening 44.
Is arranged at a position where a magnetic flux passing through is generated.
【0019】図2に示すように、両シャフト3、4の相
対回転軸方向において、各開口43、44の寸法は各コ
イル33、34の寸法を超えると共に各コイルホルダー
31、32の寸法未満とされ、第1開口43は第1コイ
ルホルダー31の両端間に配置され、第2開口44は第
2コイルホルダー32の両端間に配置され、第1コイル
33は第1開口43の両端間に配置され、第2コイル3
4は第2開口44の両端間に配置される。これにより、
第1シャフト3、第2シャフト4、第1コイル33、第
2コイル34、および筒状部材12の軸方向における相
対位置が、製造公差や組み立て公差により変動しても、
両シャフト3、4の相対回転軸方向において各開口4
3、44をコイル33、34の発生磁束の通過位置に配
置できる。よって、その磁束通過部の通過磁束の公差に
よる変動をなくし、検出精度の低下を防止できる。As shown in FIG. 2, the size of each opening 43, 44 exceeds the size of each coil 33, 34 and less than the size of each coil holder 31, 32 in the direction of the relative rotation axis of both shafts 3, 4. The first opening 43 is disposed between both ends of the first coil holder 31, the second opening 44 is disposed between both ends of the second coil holder 32, and the first coil 33 is disposed between both ends of the first opening 43. And the second coil 3
4 is arranged between both ends of the second opening 44. This allows
Even if the relative positions in the axial direction of the first shaft 3, the second shaft 4, the first coil 33, the second coil 34, and the tubular member 12 fluctuate due to manufacturing tolerances or assembly tolerances,
Each opening 4 in the direction of the relative rotation axis of both shafts 3 and 4
3 and 44 can be arranged at the positions where the magnetic fluxes generated by the coils 33 and 34 pass. Therefore, fluctuation due to the tolerance of the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion can be eliminated, and a decrease in detection accuracy can be prevented.
【0020】両シャフト3、4の径方向において、上記
溝40の縁に連なる磁束通過部外周、すなわち第1シャ
フト3における溝40の間の部分における外周、と上記
開口43、44との重なり面積が両シャフト3、4の相
対回転に応じて変化するように、その溝40と開口4
3、44とは両シャフト3、4の径方向において部分的
に重なるように配置されている。In the radial direction of the shafts 3 and 4, the overlapping area between the outer circumference of the magnetic flux passage portion connected to the edge of the groove 40, that is, the outer circumference of the portion between the grooves 40 in the first shaft 3, and the openings 43 and 44. Is changed according to the relative rotation of the shafts 3 and 4 so that the groove 40 and the opening 4
The shafts 3 and 44 are arranged so as to partially overlap in the radial direction of the shafts 3 and 4.
【0021】すなわち図4に示すように、各溝40相互
間における磁束通過部の周方向寸法S2は、各開口4
3、44の周方向寸法P1よりも大きくされ、各第1開
口43の周方向間に各第2開口44が配置されている。
その第1、第2開口43、44は、両シャフト3、4の
相対回転軸方向において溝40の両端間に配置される。
各第1開口43は、トルク検出範囲に対応する両シャフ
ト3、4の相対回転範囲では、両シャフト3、4の径方
向において、溝40における両シャフト3、4の相対回
転軸に沿う一方の縁40aと重なる。その第2開口44
は、トルク検出範囲に対応する両シャフト3、4の相対
回転範囲では、両シャフト3、4の径方向において、溝
40における両シャフト3、4の相対回転軸に沿う他方
の縁40bと重なる。これにより、各第1開口43と各
溝40の縁40aに連なる磁束通過部外周とは、両シャ
フト3、4が一方向に相対回転する時は互いとの上記重
なり面積が増加し、両シャフト3、4が他方向に相対回
転する時は互いとの上記重なり面積が減少するように相
対配置されている。また、各第2開口44と各溝40の
縁40bに連なる磁束通過部外周とは、両シャフト3、
4が一方向に相対回転する時は互いとの上記重なり面積
が減少し、両シャフト3、4が他方向に相対回転する時
は互いとの上記重なり面積が増加するように相対配置さ
れている。すなわち、その第1開口43が重なる溝40
の縁40aと、第2開口44が重なる溝40の縁40b
とは、両シャフト3、4の回転周方向において、その溝
40の中心からみて互いに逆の側に位置するものとされ
ている。That is, as shown in FIG. 4, the circumferential dimension S2 of the magnetic flux passage between the grooves 40 is different from that of each opening 4
Each of the second openings 44 is arranged between the first openings 43 in the circumferential direction, and is larger than the circumferential dimension P1 of the first and third openings 44.
The first and second openings 43 and 44 are arranged between both ends of the groove 40 in the direction of the relative rotation axis of the shafts 3 and 4.
In the relative rotation range of the shafts 3 and 4 corresponding to the torque detection range, each of the first openings 43 is one of the first openings 43 along the relative rotation axis of the shafts 3 and 4 in the groove 40 in the radial direction of the shafts 3 and 4. It overlaps with the edge 40a. The second opening 44
In the relative rotation range of the shafts 3 and 4 corresponding to the torque detection range, in the radial direction of the shafts 3 and 4, the other edge 40b of the groove 40 along the relative rotation axis of the shafts 3 and 4 overlaps. As a result, when the first shaft 43 and the outer periphery of the magnetic flux passage portion connected to the edge 40a of each groove 40 rotate relative to each other in one direction, the overlapping area with each other increases, and the first shaft 43 and the first shaft 43 increase. When the members 3 and 4 rotate relative to each other in the other direction, they are arranged so that the overlapping area with each other is reduced. Further, the outer circumference of the magnetic flux passing portion connected to each second opening 44 and the edge 40b of each groove 40 is defined by both shafts 3,
When the shafts 4 rotate relatively in one direction, the overlapping area with each other decreases, and when the shafts 3 and 4 rotate relatively in the other direction, the overlapping areas with each other increase. . That is, the groove 40 in which the first opening 43 overlaps
Edge 40a of the groove 40 and the edge 40b of the groove 40 where the second opening 44 overlaps
Means that the two shafts 3 and 4 are located on mutually opposite sides in the rotational circumferential direction of the shaft 40 when viewed from the center of the groove 40.
【0022】両シャフト3、4が相対回転していない検
出原点位置にある時、すなわち舵角が零の時、第1開口
43と磁束通過部外周との上記重なり面積と、第2開口
44と磁束通過部外周との上記重なり面積とは互いに等
しくされている。すなわち図4に示すように、両シャフ
ト3、4が検出原点位置にある時、各溝40における両
シャフト3、4の相対回転軸に沿う一方の縁40aは、
各第1開口43における両シャフト3、4の相対回転軸
に沿う中心と径方向において重なるように配置されてい
る。また、各溝40における両シャフト3、4の相対回
転軸に沿う他方の縁40bは、各第2開口44における
両シャフト3、4の相対回転軸に沿う中心と径方向にお
いて重なるように配置されている。これにより、両シャ
フト3、4の相対回転時において、その第1開口43と
磁束通過部外周との上記重なり面積の変化の絶対値と、
その第2開口44と磁束通過部外周との上記重なり面積
の変化の絶対値とは互いに等しくされている。When the shafts 3 and 4 are at the detection origin position where they are not relatively rotating, that is, when the steering angle is zero, the overlapping area between the first opening 43 and the outer periphery of the magnetic flux passage portion, and the second opening 44 The overlapping area with the outer periphery of the magnetic flux passage portion is equal to each other. That is, as shown in FIG. 4, when both shafts 3 and 4 are at the detection origin position, one edge 40 a of each groove 40 along the relative rotation axis of both shafts 3 and 4 is
The first openings 43 are arranged so as to overlap radially with the center of the first shaft 43 along the relative rotation axis of the shafts 3 and 4. The other edge 40b of each groove 40 along the relative rotation axis of both shafts 3 and 4 is arranged so as to overlap the center of each second opening 44 along the relative rotation axis of both shafts 3 and 4 in the radial direction. ing. Accordingly, when the shafts 3 and 4 rotate relative to each other, the absolute value of the change in the overlapping area between the first opening 43 and the outer periphery of the magnetic flux passage portion is expressed by:
The absolute value of the change in the overlapping area between the second opening 44 and the outer periphery of the magnetic flux passing portion is made equal to each other.
【0023】図2において二点鎖線βで示すように、第
1コイル33の発生磁束が第1コイルホルダー31、筒
状部材12の第1開口43、第1シャフト3の磁束通過
部を通過することで、その第1コイルホルダー31およ
び第1シャフト3の磁束通過部を構成要素として含む第
1磁気回路が構成され、また、第2コイル34の発生磁
束が第2コイルホルダー32、筒状部材12の第2開口
44、第1シャフト3の磁束通過部を通過することで、
その第2コイルホルダー32および第1シャフト3の磁
束通過部を構成要素として含む第2磁気回路が構成され
る。As shown by the two-dot chain line β in FIG. 2, the magnetic flux generated by the first coil 33 passes through the first coil holder 31, the first opening 43 of the tubular member 12, and the magnetic flux passage of the first shaft 3. Thus, a first magnetic circuit including the first coil holder 31 and the magnetic flux passage portion of the first shaft 3 as constituent elements is formed, and the magnetic flux generated by the second coil 34 is generated by the second coil holder 32 and the cylindrical member. By passing through the second opening 44 of 12 and the magnetic flux passage of the first shaft 3,
A second magnetic circuit including the second coil holder 32 and the magnetic flux passage of the first shaft 3 as constituent elements is configured.
【0024】上記構成においては、トルク伝達時におけ
る両シャフト3、4の相対回転により、第1シャフト3
の磁束通過部に形成された溝40と、第2シャフト4と
同行回転する内筒部12bの磁束規制部に形成された開
口43、44との重なり状態が変化する。これにより、
両シャフト3、4の径方向において、その溝40の縁4
0a、40bに連なる磁束通過部外周と上記開口43、
44との重なり面積が両シャフト3、4の相対回転に応
じて変化する。その磁束通過部は磁性材製であり、その
内筒部12bは非磁性材製であるので、その重なり面積
の変化によって磁束通過部の通過磁束が変化する。ま
た、コイル33、34の磁束発生に基づき生じる交番磁
界内で導電性の内筒部12bに生じる渦電流によって
も、その磁束通過部に至る磁束が遮られる。これによ
り、その磁束通過部の通過磁束を、その重なり面積の変
化に応じて変化させることができる。その面積変化は伝
達トルクに対応する両シャフト3、4の相対回転に対応
する。その磁束変化に基づく電磁誘導によりコイル3
3、34出力が変化するものとされ、そのコイル出力の
変化に基づき伝達トルクが検出される。なお、その内筒
部12bが埋設されている外筒部12aは絶縁性である
ため、渦電流が発生することはなく、トルク検出に影響
を及ぼすことはない。In the above configuration, the first shaft 3 is rotated by the relative rotation of the shafts 3 and 4 during torque transmission.
The overlapping state of the groove 40 formed in the magnetic flux passage portion and the openings 43 and 44 formed in the magnetic flux regulating portion of the inner cylindrical portion 12b rotating together with the second shaft 4 changes. This allows
In the radial direction of both shafts 3, 4, the edge 4 of the groove 40
0a, 40b and the opening 43,
The overlapping area with the shaft 44 changes according to the relative rotation of the shafts 3 and 4. Since the magnetic flux passage portion is made of a magnetic material and the inner cylindrical portion 12b is made of a non-magnetic material, the magnetic flux passing through the magnetic flux passage portion changes due to a change in the overlapping area. Further, the magnetic flux reaching the magnetic flux passage is also blocked by the eddy current generated in the conductive inner cylindrical portion 12b in the alternating magnetic field generated by the magnetic flux generated in the coils 33 and 34. Thus, the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion can be changed according to the change in the overlapping area. The change in the area corresponds to the relative rotation of the shafts 3 and 4 corresponding to the transmission torque. The coil 3 is driven by electromagnetic induction based on the change in magnetic flux.
It is assumed that the outputs 3, 34 change, and the transmission torque is detected based on the change in the coil output. Since the outer cylinder portion 12a in which the inner cylinder portion 12b is buried is insulative, no eddy current is generated and does not affect torque detection.
【0025】また、上記構成においては、トルク伝達時
に両シャフト3、4が一方向に相対回転すると、その相
対回転量に応じて第1開口43と溝40の一方の縁40
aに連なる磁束通過部外周との重なり面積が増加し、第
2開口44と溝40の他方の縁40bに連なる磁束通過
部外周との重なり面積が減少する。トルク伝達時に両シ
ャフト3、4が他方向に相対回転すると、その相対回転
量に応じて第1開口43と磁束通過部外周との上記重な
り面積が減少し、第2開口44と磁束通過部外周との上
記重なり面積が増加する。各重なり面積の変化に応じて
磁束通過部を通過する磁束が変化する。また、両シャフ
ト3、4の相対回転時において、その第1開口43と磁
束通過部外周との上記重なり面積の変化の絶対値と、そ
の第2開口44と磁束通過部外周との上記重なり面積の
変化の絶対値とは互いに等しくされている。よって、第
1開口43と磁束通過部外周との上記重なり面積の変化
に応じた磁束通過部の通過磁束の変化と、第2開口44
と磁束通過部外周との上記重なり面積の変化に応じた磁
束通過部の通過磁束の変化との差に基づき、両シャフト
3、4により伝達されるトルクを検出し、トルク検出感
度を増大できる。また、両シャフト3、4が一方向に相
対回転した時と、他方向に相対回転した時の何れの場合
にも、その相対回転量に応じたトルクを検出できる。し
かも、温度が変動した場合、第1開口43と重なる磁束
通過部を通過する磁束と、第2開口44と重なる磁束通
過部を通過する磁束とは同じだけ変化するので、両磁束
変化の差に基づきトルクを検出することで温度変動によ
る検出トルクの変動を相殺できる。In the above configuration, when the shafts 3 and 4 rotate in one direction relative to each other during torque transmission, the first opening 43 and one edge 40 of the groove 40 are formed according to the relative rotation amount.
The overlapping area with the outer periphery of the magnetic flux passing portion connected to a increases, and the overlapping area with the outer periphery of the magnetic flux passing portion connected to the second opening 44 and the other edge 40b of the groove 40 decreases. When the shafts 3 and 4 rotate relative to each other in the other direction during torque transmission, the overlapping area between the first opening 43 and the outer periphery of the magnetic flux passing portion decreases according to the relative rotation amount, and the second opening 44 and the outer periphery of the magnetic flux passing portion. And the overlapping area increases. The magnetic flux passing through the magnetic flux passage changes according to the change of each overlapping area. Further, when the shafts 3 and 4 rotate relative to each other, the absolute value of the change in the overlap area between the first opening 43 and the outer periphery of the magnetic flux passage portion, and the overlap area between the second opening 44 and the outer periphery of the magnetic flux passage portion. Are made equal to each other. Therefore, the change in the magnetic flux passing through the magnetic flux passage portion according to the change in the overlapping area between the first opening 43 and the outer periphery of the magnetic flux passage portion, and the change in the second opening 44
The torque transmitted by the shafts 3 and 4 is detected based on the difference between the change in the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion according to the change in the overlapping area between the magnetic flux passing portion and the outer circumference of the magnetic flux passing portion, thereby increasing the torque detection sensitivity. Further, the torque corresponding to the relative rotation amount can be detected both when the shafts 3 and 4 are relatively rotated in one direction and when the shafts are relatively rotated in the other direction. Moreover, when the temperature fluctuates, the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion overlapping the first opening 43 and the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion overlapping the second opening 44 change by the same amount. By detecting the torque based on this, the fluctuation of the detected torque due to the temperature fluctuation can be offset.
【0026】本実施形態では、各コイル33、34は、
ハウジング2の外面側に取り付けられるプリント基板3
5に配線を介して接続される。そのプリント基板35
に、図5に示すトルク検出回路が形成されている。その
回路において、第1コイル33は抵抗45を介して発振
器46に接続され、第2コイル34は抵抗47を介して
発振器46に接続され、各コイル33、34は差動増幅
回路48に接続される。これにより、両シャフト3、4
間でのトルク伝達によりトーションバー7が捩れること
で両シャフト3、4が弾性的に相対回転し、その伝達ト
ルクに応じて各開口43、44と磁束通過部外周との重
なり面積が変化し、その重なり面積の変化により磁束通
過部の通過磁束が変化することで、第1、第2コイル3
3、34の出力が変化する。その第1開口43と重なる
磁束通過部の通過磁束の変化と、第2開口44と重なる
磁束通過部の通過磁束の変化との差に対応する差動増幅
回路48の出力に基づき、両シャフト3、4により伝達
されるトルクが検出される。その差動増幅回路48から
出力される伝達トルクに対応した信号に応じて駆動され
るモータ等の図外アクチュエータにより操舵補助力が付
与される。その操舵補助力の付与機構は公知の構成を採
用できる。In this embodiment, the coils 33 and 34 are
Printed circuit board 3 attached to outer surface side of housing 2
5 via a wiring. The printed circuit board 35
In FIG. 5, a torque detection circuit shown in FIG. 5 is formed. In the circuit, the first coil 33 is connected to an oscillator 46 via a resistor 45, the second coil 34 is connected to an oscillator 46 via a resistor 47, and the coils 33 and 34 are connected to a differential amplifier circuit 48. You. Thereby, both shafts 3, 4
When the torsion bar 7 is twisted by torque transmission between the two, the shafts 3 and 4 elastically rotate relative to each other, and the overlapping area between the openings 43 and 44 and the outer periphery of the magnetic flux passing portion changes according to the transmitted torque. When the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion changes due to the change in the overlapping area, the first and second coils 3
The outputs of 3, 34 change. Based on the output of the differential amplifier circuit 48 corresponding to the difference between the change in the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion overlapping the first opening 43 and the change in the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion overlapping the second opening 44, the two shafts 3 are used. , 4 are detected. A steering assist force is applied by an actuator (not shown) such as a motor driven according to a signal corresponding to the transmission torque output from the differential amplifier circuit 48. A known configuration can be employed for the mechanism for applying the steering assist force.
【0027】上記構成によれば、第1シャフト3の外周
を隙間εを介して囲む外筒部12aは合成樹脂製である
ので、第1シャフト3の軸心と第2シャフト4の軸心と
が外力の作用等により相対的に傾いても、第1シャフト
3の外周が接触するのは合成樹脂である。よって、その
接触部において両シャフト3、4の相対回転を阻止する
摩擦力を、金属同士が接触するのに比べて低減でき、ト
ルク検出精度の低下を防止できる。According to the above configuration, since the outer cylindrical portion 12a surrounding the outer periphery of the first shaft 3 via the gap ε is made of synthetic resin, the axial center of the first shaft 3 and the axial center of the second shaft 4 Even when the outer peripheral surface of the first shaft 3 contacts the outer peripheral surface of the first shaft 3 even when the outer peripheral surface is inclined by an external force or the like, the synthetic resin is used. Therefore, the frictional force for preventing the relative rotation of the two shafts 3 and 4 at the contact portion can be reduced as compared with the case where the metals are in contact with each other, and a decrease in torque detection accuracy can be prevented.
【0028】本発明は上記実施形態に限定されない。例
えば、第1シャフト3の一端側をステアリングギアに接
続し、第2シャフト4の他端側をステアリングホイール
に接続するようにしてもよい。また、本発明のトルクセ
ンサをステアリング装置以外においてトルクを検出する
ために用いてもよい。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, one end of the first shaft 3 may be connected to a steering gear, and the other end of the second shaft 4 may be connected to a steering wheel. Further, the torque sensor of the present invention may be used for detecting torque in a device other than the steering device.
【0029】[0029]
【発明の効果】本発明によれば、検出精度、検出感度に
優れたトルクセンサを提供できる。According to the present invention, it is possible to provide a torque sensor excellent in detection accuracy and detection sensitivity.
【図1】本発明の実施形態のトルクセンサの断面図FIG. 1 is a sectional view of a torque sensor according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施形態のトルクセンサの要部の断面
図FIG. 2 is a sectional view of a main part of the torque sensor according to the embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施形態の(1)はトルクセンサの要
部の横断面図、(2)は筒状部材の部分破断斜視図FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of a torque sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG.
【図4】本発明の実施形態のトルクセンサの筒状部材の
部分展開図FIG. 4 is a partial development view of a cylindrical member of the torque sensor according to the embodiment of the present invention.
【図5】本発明の実施形態のトルク検出回路を示す図FIG. 5 is a diagram showing a torque detection circuit according to the embodiment of the present invention.
1 トルクセンサ 3 第1シャフト 4 第2シャフト 12 筒状部材 12a 外筒部 12b 内筒部 31、32 コイルホルダー 33 第1コイル 34 第2コイル 40 溝 43 第1開口 44 第2開口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Torque sensor 3 1st shaft 4 2nd shaft 12 Cylindrical member 12a Outer cylinder part 12b Inner cylinder part 31, 32 Coil holder 33 First coil 34 Second coil 40 Groove 43 First opening 44 Second opening
Claims (5)
心かつ弾性的に相対回転可能に連結される第2シャフト
と、その第2シャフトに同軸心かつ同行回転するように
連結される筒状部材と、その筒状部材の外周を囲むよう
に配置されると共に、交番磁界を生じるように磁束を発
生させるコイルとを備え、その筒状部材は、その第1シ
ャフトの外周を隙間を介して囲むように配置される絶縁
性の合成樹脂製外筒部と、この外筒部内に埋設される導
電性を有する非磁性金属材製の内筒部とを有し、その第
1シャフトの外周により、前記コイルの発生磁束の通過
位置に配置される磁性金属材製の磁束通過部が構成さ
れ、その内筒部は、その磁束通過部を囲むと共に前記コ
イルの発生磁束の通過位置に配置される磁束規制部を有
し、その磁束通過部に両シャフトの相対回転軸方向に沿
う溝が形成され、その磁束規制部に開口が形成され、両
シャフトの径方向において、その相対回転軸方向に沿う
溝の縁に連なる磁束通過部外周と前記開口との重なり面
積が、両シャフトの相対回転に応じて変化するように、
その溝と開口とは両シャフトの径方向において部分的に
重なるように配置され、その重なり面積の変化に応じた
前記磁束通過部の通過磁束の変化に基づき、両シャフト
により伝達されるトルクが検出されるトルクセンサ。1. A first shaft, a second shaft coaxially and resiliently connected to the first shaft so as to be relatively rotatable, and a cylinder connected to the second shaft so as to be coaxial and rotatable therewith. And a coil arranged to surround the outer periphery of the cylindrical member and generating a magnetic flux so as to generate an alternating magnetic field, and the cylindrical member has an outer periphery of the first shaft through a gap. An outer cylindrical portion made of an insulative synthetic resin, and an inner cylindrical portion made of a conductive non-magnetic metal material embedded in the outer cylindrical portion. Thereby, a magnetic flux passing portion made of a magnetic metal material is arranged at a position where the generated magnetic flux of the coil passes, and the inner cylindrical portion surrounds the magnetic flux passing portion and is arranged at a passing position of the generated magnetic flux of the coil. And a magnetic flux passing portion. A groove is formed along the direction of the relative rotation axis of both shafts, an opening is formed in the magnetic flux regulating portion, and in the radial direction of both shafts, the outer periphery of the magnetic flux passing portion connected to the edge of the groove along the direction of the relative rotation axis and the opening So that the overlap area with changes according to the relative rotation of both shafts,
The groove and the opening are arranged so as to partially overlap each other in the radial direction of both shafts, and the torque transmitted by both shafts is detected based on a change in the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion according to a change in the overlapping area. Torque sensor.
ルダーを備え、そのコイルホルダーは、そのコイルを囲
む筒状の外周部分と、その外周部分の一端側から内方に
向かう部分と、その外周部分の他端側から内方に向かう
部分とを有し、両シャフトの相対回転軸方向において、
前記開口の寸法は前記コイルの寸法を超えると共に前記
コイルホルダーの寸法未満とされ、前記開口は前記コイ
ルホルダーの両端間に配置され、前記コイルは前記開口
の両端間に配置されている請求項1に記載のトルクセン
サ。2. A coil holder made of a magnetic material for holding the coil, the coil holder comprising a cylindrical outer peripheral portion surrounding the coil, a portion inward from one end of the outer peripheral portion, and a A portion that faces inward from the other end of the outer peripheral portion, and in the direction of the relative rotation axis of both shafts,
The size of the opening is larger than the size of the coil and smaller than the size of the coil holder, the opening is arranged between both ends of the coil holder, and the coil is arranged between both ends of the opening. 2. The torque sensor according to 1.
行な縁と回転周方向に平行な縁とを有する4辺形に沿う
形状を有し、その開口は、両シャフトの相対回転軸方向
において前記溝の両端間に配置され、両シャフトが相対
回転していない検出原点位置にある時、その溝における
両シャフトの相対回転軸に沿う縁は、その開口における
両シャフトの相対回転軸に沿う中心と、径方向において
重なるように配置されている請求項1または2に記載の
トルクセンサ。3. The opening has a shape along a quadrilateral having an edge parallel to the rotation axis direction of both shafts and an edge parallel to the rotation circumferential direction, and the opening is a relative rotation axis of both shafts. When both shafts are located at the detection origin position where both shafts are not relatively rotating in the direction, the edge along the relative rotation axis of both shafts in the groove is aligned with the relative rotation axis of both shafts at the opening. The torque sensor according to claim 1, wherein the torque sensor is disposed so as to overlap a center along the radial direction.
軸方向に沿って並列する同一仕様の第1コイルと第2コ
イルとを備え、前記開口として、両シャフトの相対回転
軸方向における間隔をおいて配置される第1開口と第2
開口とを備え、その第1コイルは第1開口を通過する磁
束を発生する位置に配置され、その第2コイルは第2開
口を通過する磁束を発生する位置に配置され、その第1
開口と前記溝の縁に連なる磁束通過部外周とは、両シャ
フトが一方向に相対回転する時は互いとの前記重なり面
積が増加し、両シャフトが他方向に相対回転する時は互
いとの前記重なり面積が減少するように相対配置され、
その第2開口と前記溝の縁に連なる磁束通過部外周と
は、両シャフトが一方向に相対回転する時は互いとの前
記重なり面積が減少し、両シャフトが他方向に相対回転
する時は互いとの前記重なり面積が増加するように相対
配置され、両シャフトの相対回転時において、その第1
開口と磁束通過部外周との前記重なり面積の変化の絶対
値と、その第2開口と磁束通過部外周との前記重なり面
積の変化の絶対値とは互いに等しくされ、その重なり面
積の変化に応じた前記磁束通過部の通過磁束の変化と、
その重なり面積の変化に応じた前記磁束通過部の通過磁
束の変化との差に基づき、両シャフトにより伝達される
トルクが検出される請求項1〜3の中の何れかに記載の
トルクセンサ。4. The coil includes a first coil and a second coil of the same specification which are arranged in parallel along the direction of the relative rotation axis of both shafts, and the opening is formed at an interval in the direction of the relative rotation axis of both shafts. The first opening and the second
An opening, wherein the first coil is arranged at a position where a magnetic flux passing through the first opening is generated, and the second coil is arranged at a position where a magnetic flux passing through the second opening is generated.
The opening and the outer circumference of the magnetic flux passing portion connected to the edge of the groove increase the overlapping area with each other when both shafts rotate in one direction, and with each other when both shafts rotate relative to each other. Are relatively arranged so that the overlapping area is reduced,
The second opening and the outer periphery of the magnetic flux passing portion connected to the edge of the groove reduce the overlapping area with each other when the two shafts relatively rotate in one direction, and when the two shafts relatively rotate in the other direction. The first and second shafts are arranged relative to each other so as to increase the overlapping area with each other.
The absolute value of the change in the overlap area between the opening and the outer periphery of the magnetic flux passage portion and the absolute value of the change in the overlap area between the second opening and the outer periphery of the magnetic flux passage portion are made equal to each other, and according to the change in the overlap area. Changes in the magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion,
The torque sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein a torque transmitted by both shafts is detected based on a difference between a change in a magnetic flux passing through the magnetic flux passing portion and a change in the overlapping area.
おける等間隔をおいて並列するように複数形成され、前
記第2開口は、前記筒状部材の周方向における等間隔を
おいて並列するように複数形成され、前記溝は、前記第
1シャフトの周方向における等間隔をおいて並列するよ
うに複数設けられ、各溝の周方向寸法は、各溝相互間に
おける磁束通過部の周方向寸法よりも大きくされると共
に、各開口の周方向寸法よりも大きくされ、各溝相互間
における磁束通過部の周方向寸法は、各開口の周方向寸
法よりも大きくされ、各第1開口の周方向間に各第2開
口が配置され、トルク検出範囲に対応する両シャフトの
相対回転範囲において、各第1開口は前記溝における両
シャフトの相対回転軸に沿う一方の縁に重なり、各第2
開口は前記溝における両シャフトの相対回転軸に沿う他
方の縁に重なるように配置されている請求項4に記載の
トルクセンサ。5. A plurality of said first openings are formed in parallel at equal intervals in the circumferential direction of said tubular member, and said second openings are formed at equal intervals in the circumferential direction of said tubular member. And a plurality of grooves are provided so as to be arranged in parallel at equal intervals in a circumferential direction of the first shaft, and a circumferential dimension of each groove is a magnetic flux passing portion between the grooves. And the circumferential dimension of the magnetic flux passage between the grooves is made larger than the circumferential dimension of each opening. Each second opening is arranged in the circumferential direction of the opening, and in the relative rotation range of both shafts corresponding to the torque detection range, each first opening overlaps one edge along the relative rotation axis of both shafts in the groove, Each second
The torque sensor according to claim 4, wherein the opening is arranged so as to overlap the other edge of the groove along the relative rotation axis of the two shafts.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000063591A JP3673138B2 (en) | 2000-03-08 | 2000-03-08 | Torque sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000063591A JP3673138B2 (en) | 2000-03-08 | 2000-03-08 | Torque sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001255218A true JP2001255218A (en) | 2001-09-21 |
JP3673138B2 JP3673138B2 (en) | 2005-07-20 |
Family
ID=18583431
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000063591A Expired - Fee Related JP3673138B2 (en) | 2000-03-08 | 2000-03-08 | Torque sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3673138B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009157666A3 (en) * | 2008-06-26 | 2010-04-22 | 대성전기공업(주) | Contactless torque sensor for steering mechanism |
KR100987896B1 (en) * | 2008-06-26 | 2010-10-13 | 대성전기공업 주식회사 | Non-contact Torque Sensor for Steering System |
-
2000
- 2000-03-08 JP JP2000063591A patent/JP3673138B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009157666A3 (en) * | 2008-06-26 | 2010-04-22 | 대성전기공업(주) | Contactless torque sensor for steering mechanism |
KR100987896B1 (en) * | 2008-06-26 | 2010-10-13 | 대성전기공업 주식회사 | Non-contact Torque Sensor for Steering System |
JP2011512284A (en) * | 2008-06-26 | 2011-04-21 | テソン エレクトリック シーオー エルティディ | Non-contact torque sensor for steering device |
US8393230B2 (en) | 2008-06-26 | 2013-03-12 | Daesung Electric Co., Ltd. | Contactless torque sensor for steering system |
EP2295310A4 (en) * | 2008-06-26 | 2016-02-24 | Daesung Electric Co Ltd | CONTACTLESS TORQUE SENSOR FOR DIRECTION MECHANISM |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3673138B2 (en) | 2005-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7047824B2 (en) | Electric power steering system having a torque sensor | |
US7509883B2 (en) | Torque detecting apparatus and manufacturing method thereof | |
JP3635707B2 (en) | Rolling bearing unit with rotational speed detector | |
KR101882550B1 (en) | Torque sensor unit | |
JP3673138B2 (en) | Torque sensor | |
JP3737011B2 (en) | Torque sensor | |
JP3734397B2 (en) | Torque sensor | |
JP4252676B2 (en) | Relative rotation angle detector | |
JP3571610B2 (en) | Torque sensor | |
JP4034028B2 (en) | Torque sensor | |
KR100416965B1 (en) | Torque Sensor | |
JPH0743288B2 (en) | Torque sensor | |
JP3645782B2 (en) | Torque sensor | |
JP3645143B2 (en) | Torque sensor | |
JP3673139B2 (en) | Torque sensor | |
KR100721099B1 (en) | Torque sensor | |
JP2002310819A (en) | Torque sensor | |
JP2005037177A (en) | Torque sensor and torque sensor fixing method | |
JP3047934B2 (en) | Torque detector | |
JP3001028B2 (en) | Magnetostrictive torque sensor | |
JP2002340704A (en) | Rotational sensor | |
JP2000241265A (en) | Torque sensor | |
JP3670950B2 (en) | Torque sensor | |
JP2005037176A (en) | Torque sensor | |
JP4445219B2 (en) | Torque sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040517 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040608 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040802 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050419 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050421 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |