JP2006038768A - Torque detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の電動パワーステアリング装置等に好適に使用され、連結軸により同軸に連結された第1回転体及び第2回転体を備え、第1回転体又は第2回転体にトルクが加えられたときに、連結軸の捩れ角度に基づき、トルクを検出するトルク検出装置に関するものである。 The present invention is suitably used for an electric power steering device of a vehicle and the like, and includes a first rotating body and a second rotating body that are coaxially connected by a connecting shaft, and torque is applied to the first rotating body or the second rotating body. The present invention relates to a torque detection device that detects torque based on the twist angle of a connecting shaft.
車両の舵取装置に、電動モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置がある。これは、操舵部材(ステアリングホイール、ハンドル)に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルク検出装置が入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵補助用の電動モータを駆動制御するものである。このような電動パワーステアリング装置のトルク検出装置には、従来、コイルを用いて回転位置を検出する磁気検知式レゾルバ、又は光の透過を検知する光学式エンコーダの検出装置等が使用されている。 As a vehicle steering apparatus, there is an electric power steering apparatus that assists steering by driving an electric motor to reduce a burden on a driver. This includes an input shaft connected to a steering member (steering wheel, steering wheel), an output shaft connected to a steering wheel by a pinion, a rack, etc., and a connecting shaft that connects the input shaft and the output shaft. The torque detection device detects the steering torque applied to the input shaft based on the angle, and drives and controls the steering assist electric motor linked to the output shaft based on the detected steering torque value. Conventionally, a magnetic detection resolver that detects a rotational position using a coil, an optical encoder detection device that detects transmission of light, or the like is used as a torque detection device of such an electric power steering device.
特許文献1には、トーションバーの両端部にそれぞれ連結され、重ねられた2枚の遮光板と、これを挟むように対向して設けられた発光器及び光検出器とを備え、遮光板がそれぞれ有する孔の重なり合う部分の面積が、トーションバーの捩れ量に応じて変化し、その重なり合う部分を透過する光量に基づきトルクを検出するトルクセンサ(トルク検出装置)が提案されている。
上述したような従来のトルク検出装置では、コイル又は遮光板を設ける為に、径が大きくなるという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、径を大きくする必要が無いトルク検出装置を提供することを目的とする。
In the conventional torque detection apparatus as described above, there is a problem that the diameter increases because the coil or the light shielding plate is provided.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a torque detection device that does not require an increase in diameter.
第1発明に係るトルク検出装置は、連結軸により同軸に連結された第1回転体及び第2回転体を備え、該第1回転体又は第2回転体にトルクが加えられたときに、前記連結軸の捩れ角度に基づき、前記トルクを検出するトルク検出装置において、前記第1回転体の周面に設けられ、光線を出力する発光手段と、前記第2回転体の周面に設けられ、前記発光手段が出力した光線を、入射方向と異なる方向へ反射させる反射手段と、前記第1回転体の周面に設けられ、前記反射手段が反射させた光線を受光し、受光した位置に応じた信号を出力する受光手段とを備え、該受光手段が出力した信号を前記捩れ角度に対応させて、前記トルクを検出するように構成してあることを特徴とする。 A torque detection device according to a first aspect of the present invention includes a first rotating body and a second rotating body that are coaxially connected by a connecting shaft, and when torque is applied to the first rotating body or the second rotating body, In the torque detection device for detecting the torque based on the twist angle of the connecting shaft, provided on the peripheral surface of the first rotating body, provided on the peripheral surface of the second rotating body, and a light emitting means for outputting a light beam, Reflecting means for reflecting the light beam output from the light emitting means in a direction different from the incident direction, and the light beam reflected by the reflecting means provided on the peripheral surface of the first rotating body, and depending on the received position And a light receiving means for outputting the received signal, wherein the torque is detected by making the signal outputted by the light receiving means correspond to the twist angle.
第2発明に係るトルク検出装置は、前記受光手段は、前記第1回転体の周方向に2つに分割された受光素子であり、分割された受光素子の各出力信号の差を前記信号とするように構成してあることを特徴とする。 In the torque detector according to a second aspect of the present invention, the light receiving means is a light receiving element divided into two in the circumferential direction of the first rotating body, and the difference between the output signals of the divided light receiving elements is defined as the signal. It is comprised so that it may carry out.
本発明に係るトルク検出装置によれば、径を大きくする必要が無いトルク検出装置を実現することが出来る。また、絶対光量に基づく検出ではないので、光を密閉する為の構造が不要である。 According to the torque detection device of the present invention, it is possible to realize a torque detection device that does not require an increase in diameter. In addition, since the detection is not based on the absolute light quantity, a structure for sealing light is unnecessary.
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1及び図2は、本発明に係るトルク検出装置の実施の形態1の構成を模式的に示す正面図(図1)及び平面図(図2)である。このトルク検出装置は、入力軸4(第1回転体)と出力軸5(第2回転体)とを、細径のトーションバー6(連結軸)により同軸に連結している。
入力軸4の周面には、出力軸5方向へ向けて軸に平行な光線を出力する、発光ダイオード又はレーザダイオードである発光素子1(発光手段)が設けられている。発光素子1が出力する光線の光路上には、必要に応じて、光線を絞る為のレンズを設けても良い。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
(Embodiment 1)
1 and 2 are a front view (FIG. 1) and a plan view (FIG. 2) schematically showing the configuration of the first embodiment of the torque detection device according to the present invention. In this torque detector, an input shaft 4 (first rotating body) and an output shaft 5 (second rotating body) are coaxially connected by a small-diameter torsion bar 6 (connecting shaft).
On the peripheral surface of the input shaft 4, a light emitting element 1 (light emitting means) that is a light emitting diode or a laser diode that outputs a light beam parallel to the axis toward the
出力軸5の周面には、発光素子1が出力した光線を反射させる反射板3(反射手段)が、その光線の入射方向に対して微小角度θ傾斜して設けられている。反射板3が反射させた光線は、入力軸4の周面の発光素子1近傍に設けられた受光素子2(受光手段)で受光される。受光素子2は、入力軸4の周方向に分割された2つのフォトダイオード2a,2bから構成され、その分割線が、入力軸4にトルクが入力されておらず、トーションバー6が捩れていないときの、反射板3からの反射光線を2等分するように、位置決めされる。また、受光面が、その反射光線の光軸に垂直になるように位置決めされる。
受光素子2は、2つのフォトダイオード2a,2bの各出力電圧の差電圧を検出信号として出力する。
On the peripheral surface of the
The light receiving
このような構成のトルク検出装置では、入力軸4に右回りのトルクが入力されると、トーションバー6が捩れ、発光素子1からの光線の反射位置は、図1上において、反射板3上を左へずれる。反射板3は、微小角度θ分傾斜しているので、その反射位置が、反射板3上を左へずれると、そのずれた分、その反射位置が発光素子1から遠ざかり、その遠ざかった分、反射板3からの反射光線が受光素子2上に入射する位置が左へずれる。従って、フォトダイオード2a,2bの出力電圧は、フォトダイオード2aの方が高くなり、それらの差は、トーションバー6の捩れ角度が大きい程、大きくなる。
In the torque detection device having such a configuration, when a clockwise torque is input to the input shaft 4, the
一方、入力軸4に左回りのトルクが入力されると、トーションバー6が捩れ、発光素子1からの光線の反射位置は、図1上において、反射板3上を右へずれる。その反射位置が、反射板3上を右へずれると、そのずれた分、その反射位置が発光素子1に近づき、その近づいた分、反射板3からの反射光線が受光素子2上に入射する位置が右へずれる。従って、フォトダイオード2a,2bの出力電圧は、フォトダイオード2bの方が高くなり、それらの差は、トーションバー6の捩れ角度が大きい程、大きくなる。
On the other hand, when a counterclockwise torque is input to the input shaft 4, the
以上から、受光素子2は、図3に示すように、トーションバー6の捩れ角度が大きい程、大きい電圧信号を出力する。また、トーションバー6の捩れ角度は、入力されたトルクに対応しているから、受光素子2は、入力されたトルクに対応する電圧を出力する。また、トルクの右回り/左回りも電圧の正負に対応させることが出来る。従って、受光素子2の出力電圧に基づき、入力軸4に入力されたトルクを検出することが出来る。
From the above, the
(実施の形態2)
図4及び図5は、本発明に係るトルク検出装置の実施の形態2の構成を模式的に示す正面図(図4)及び平面図(図5)である。このトルク検出装置は、入力軸4(第1回転体)と出力軸5(第2回転体)とを、細径のトーションバー6(連結軸)により同軸に連結している。
入力軸4の周面には、出力軸5方向へ向けて、軸に対して僅かに傾斜した光線を出力する、発光ダイオード又はレーザダイオードである発光素子1aが設けられている。発光素子1aが出力する光線の光路上には、必要に応じて、光線を絞る為のレンズを設けても良い。
(Embodiment 2)
4 and 5 are a front view (FIG. 4) and a plan view (FIG. 5) schematically showing the configuration of the torque detection device according to the second embodiment of the present invention. In this torque detector, an input shaft 4 (first rotating body) and an output shaft 5 (second rotating body) are coaxially connected by a small-diameter torsion bar 6 (connecting shaft).
On the peripheral surface of the input shaft 4, there is provided a light emitting element 1 a that is a light emitting diode or a laser diode that outputs a light beam slightly inclined with respect to the axis toward the
出力軸5の周面には、発光素子1aが出力した光線を反射させる円筒形状又は円柱形状の反射鏡3aが設けられている。反射鏡3aが反射させた光線は、入力軸4の周面の発光素子1a近傍に設けられた受光素子2で受光される。受光素子2は、入力軸4の周方向に分割された2つのフォトダイオード2a,2bから構成され、その分割線が、入力軸4にトルクが入力されておらず、トーションバー6が捩れていないときの、反射鏡3aからの反射光線を2等分するように、位置決めされる。また、受光面が、その反射光線の光軸に垂直になるように位置決めされる。
受光素子2は、2つのフォトダイオード2a,2bの各出力電圧の差電圧を検出信号として出力する。
On the peripheral surface of the
The light receiving
このような構成のトルク検出装置では、入力軸4に右回りのトルクが入力されると、トーションバー6が捩れ、発光素子1aからの光線の反射位置は、図1上において、反射鏡3a上を左へずれる。反射鏡3aは曲面であるので、捩れ角度が小さければ、その反射位置が、反射鏡3a上を左へずれても、そのずれた分、その反射位置が発光素子1から遠ざかる程度は、反射板3(図1)の場合より小さい。しかし、反射鏡3a上での入射角度及び反射角度は大きくなり、その大きくなった分、反射光線が受光素子2上に入射する位置が左へずれる。従って、フォトダイオード2a,2bの出力電圧は、フォトダイオード2aの方が高くなり、それらの差は、トーションバー6の捩れ角度が大きい程、大きくなる。
In the torque detector having such a configuration, when a clockwise torque is input to the input shaft 4, the
一方、入力軸4に左回りのトルクが入力されると、トーションバー6が捩れ、発光素子1aからの光線の反射位置は、図1上において、反射鏡3a上を右へずれる。反射鏡3aは曲面であるので、捩れ角度が小さければ、その反射位置が、反射鏡3a上を右へずれても、そのずれた分、その反射位置が発光素子1aから遠ざかる程度は、反射板3(図1)の場合より小さい。しかし、反射鏡3a上での入射角度及び反射角度は小さくなり、その小さくなった分、反射光線が受光素子2上に入射する位置が右へずれる。従って、フォトダイオード2a,2bの出力電圧は、フォトダイオード2bの方が高くなり、それらの差は、トーションバー6の捩れ角度が大きい程、大きくなる。
On the other hand, when a counterclockwise torque is input to the input shaft 4, the
以上から、受光素子2は、実施の形態1と同様に、トーションバー6の捩れ角度が大きい程、大きい電圧信号を出力する。また、トーションバー6の捩れ角度は、入力されたトルクに対応しているから、受光素子2は、入力されたトルクに対応する電圧を出力する。また、トルクの右回り/左回りも電圧の正負に対応させることが出来る。従って、受光素子2の出力電圧に基づき、入力軸4に入力されたトルクを検出することが出来る。
尚、上述した実施の形態1,2では、受光素子2は、入力軸4の周方向に分割された2つのフォトダイオード2a,2bであるが、これらに代えて、1次元CCD(Charge Coupled Device)を用いて、反射光の入射位置を検出することも可能である。
From the above, the
In the first and second embodiments described above, the
図6は、今回開示されるトルク検出装置の構成を示す斜視図である。このトルク検出装置は、入力軸4a及び出力軸5aの各軸芯回りの空間内に設けられた細径のトーションバー6(ここでは、説明の為に中間部で切り離してある)により、入力軸4aと出力軸5aとを同軸に連結している。
入力軸4aは、外周面に平行な小径面及び大径面に挟まれ、開口部が出力軸5aに対向する端面に設けられた空間24を内蔵しており、出力軸5aは、外周面に平行な小径面及び大径面に挟まれ、開口部が入力軸4aに対向する端面に設けられ、端面に平行な断面形状が空間24と同形状である空間25を内蔵している。
FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the torque detection device disclosed this time. This torque detection device has a small-diameter torsion bar 6 (in this case, separated at an intermediate portion for explanation) provided in the space around each axis of the input shaft 4a and the output shaft 5a. 4a and the output shaft 5a are connected coaxially.
The input shaft 4a is sandwiched between a small-diameter surface and a large-diameter surface parallel to the outer peripheral surface, and has a built-in
入力軸4a及び出力軸5aは、空間24,25のそれぞれの開口部が合致するように、また、トルクが入力された場合には、摺動自在に互いに逆方向に回転するように、グリス等が塗布された端面同士を接触させた状態で、空間24,25を外部と遮断している。
The input shaft 4a and the output shaft 5a are made of grease or the like so that the openings of the
空間24の内周面には、空間25方向へ向けて軸に平行な光線を出力する、発光ダイオード又はレーザダイオードである発光素子1bが設けられている。発光素子1bが出力する光線の光路上には、必要に応じて、光線を絞る為のレンズを設けても良い。
A light emitting element 1 b that is a light emitting diode or a laser diode that outputs a light beam parallel to the axis toward the direction of the
空間25の内周面には、発光素子1bが出力した光線を反射させる反射板3bが、その光線の入射方向に対して微小角度傾斜して設けられている。反射板3bが反射させた光線は、空間24の内周面の発光素子1b近傍に設けられた受光素子2eで受光される。受光素子2eは、入力軸4aの周方向に分割された2つのフォトダイオード2c,2dから構成され、その分割線が、入力軸4aにトルクが入力されておらず、トーションバー6が捩れていないときの、反射板3bからの反射光線を2等分するように、位置決めされる。また、受光面が、その反射光線の光軸に垂直になるように位置決めされる。
受光素子2eは、2つのフォトダイオード2c,2dの各出力電圧の差電圧を検出信号として出力する。
On the inner peripheral surface of the
The light receiving element 2e outputs a difference voltage between the output voltages of the two photodiodes 2c and 2d as a detection signal.
このような構成のトルク検出装置では、空間24,25に収納され外部と遮断されているので、塵埃が外部から侵入せず、光線が塵埃に遮られて減衰し、正確に検出出来なくなるという事態が生じる虞がなく、安定してトルクを検出することが出来る。その他の動作は、上述した実施の形態1のトルク検出装置の動作と同様であるので、説明を省略する。
In the torque detection device having such a configuration, since it is housed in the
1 発光素子(発光手段)
2 受光素子(受光手段)
2a,2b フォトダイオード
3 反射板(反射手段)
3a 反射鏡(反射手段)
4 入力軸(第1回転体)
5 出力軸(第2回転体)
6 トーションバー(連結軸)
1 Light emitting element (light emitting means)
2 Light receiving element (light receiving means)
2a,
3a Reflector (reflecting means)
4 Input shaft (first rotating body)
5 Output shaft (second rotating body)
6 Torsion bar (connection shaft)
Claims (2)
前記第1回転体の周面に設けられ、光線を出力する発光手段と、前記第2回転体の周面に設けられ、前記発光手段が出力した光線を、入射方向と異なる方向へ反射させる反射手段と、前記第1回転体の周面に設けられ、前記反射手段が反射させた光線を受光し、受光した位置に応じた信号を出力する受光手段とを備え、該受光手段が出力した信号を前記捩れ角度に対応させて、前記トルクを検出するように構成してあることを特徴とするトルク検出装置。 A first rotating body and a second rotating body connected coaxially by a connecting shaft, and when torque is applied to the first rotating body or the second rotating body, the torque is based on a twist angle of the connecting shaft; In the torque detection device for detecting
A light emitting means that is provided on the peripheral surface of the first rotating body and outputs a light beam, and a reflection that is provided on the peripheral surface of the second rotating body and reflects the light beam output from the light emitting means in a direction different from the incident direction. And a light receiving means that is provided on the peripheral surface of the first rotating body, receives the light reflected by the reflecting means, and outputs a signal corresponding to the received position, and the signal output by the light receiving means Is configured to detect the torque in correspondence with the torsion angle.
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