JPH01318933A - 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、特に自動車の電動パワー
ステアリング装置に適用するのに好適なトルクセンサを
提供するものである。

〔従来の技術〕

自動車の操舵輪を操作する力を補助するパワーステアリ
ング装置として電動式のものが開発されつつある。これ
は操舵輪に加えられた回転トルクを検出し、そのトルク
に応じて、操舵機構に設けた電動機を回転させる構造と
なっている。

ところで、このトルク検出手段としては例えば第３図に
示す構造のトルクセンサを本願出願人が開発している（
特願昭６２−２９９５９５号）。第３図はそのトルクセ
ンサの半裁部分断面図である。図示しない操舵輪を取付
けている上部軸１ａはトーションバー１ｂを介して、図
示しない操舵機構を取付けている下部軸１ｃと同心的に
連結されている。上部軸１ａには非磁性体の第１スリー
ブ２を外嵌固着し、その第１スリーブ２には軸方向に適
長離隔して磁性体の円筒３，４を外嵌固着している。円
筒３の夫々の軸端面は上部軸１ａの軸心に垂直な平面と
なっている。

前記円筒４の円筒３と対向する軸端面は上部軸１ａの軸
心に垂直な平面となっており、反対側の軸端面は上部軸
１ａの軸心に所定傾斜角を有して非垂直、また軸心に関
し非対称な平面となっている。

即ち、円筒４はその径方向に対称な位置のｍ個Ａから他
側（図示せず）までの−半周側Ｒ１及び他側からｍ個Ａ
までの他生周側Ｒ２の軸長が最長寸法から最短寸法まで
順次短くなっており、２つの歯部を有するラチェツト歯
車状となっている。

下部軸１ｃには非磁性体の第２スリーブ５を外嵌固着し
、その第２スリーブ５には磁性体の円筒６を外嵌固着し
ている。この円筒６は前記円筒４と同寸、同形状であり
、傾斜している軸端面を、円筒４の傾斜している軸端面
側にして適長離隔して対向した状態に位置決めしている
。

円筒３，４の軸端面及び円筒４，６の軸端面が夫々対向
している位置の側方には、内フランジを有する磁性体の
筒体７，８を、円筒３．４、円筒４．６から適長離隔さ
せてそれらに跨がらせて配設している。筒体７，８の各
内周溝には温度補償コイル９、磁気結合検出コイル１０
を夫々巻回している。これらのコイル９．１０の出力電
圧を差動増幅器１１に与えている。

このトルクセンサは、温度補償コイル９及び磁気結合検
出コイル１０に発振器を接続すると、それらのコイル９
，１０が円筒３，４と、また円筒４゜６と夫々電磁結合
する。ここで上部軸１ａを一側／又は他側方向に回転さ
せるとトーションバー１ｂが捩じれて円筒４と円筒６と
が相対回転する。そのため円筒４の軸端面と円筒６の軸
端面との対向間隙が減少／又は増加して円筒４と円筒６
との磁気結合状態が変わる。そのため磁気結合検出コイ
ル１０には、その磁気結合状態に相応する正／又は負の
電圧が誘起される。一方、円筒３．４の対向間隙は一定
であるから、温度補償コイル９に誘起する電圧は一定と
なる。したがって、磁気結合検出コイルｌＯの電圧と温
度補償コイル９の電圧との差を得ることにより、温度変
化による両コイル１０゜９の電圧変化分が打ち消されて
円筒４と６との相対回転量に相応した磁気結合状態の電
圧が得られる。

これらの円筒４と円筒６との相対回転量は、上部軸１ａ
に加えた回転トルクによって定まるから、磁気結合検出
コイル１０に誘起した電圧よりトーションバー１ｂに作
用したトルクを検出している。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述したトルクセンサは、トーションバー１ｂが。

捩じれた場合に相対回転する円筒４，６に、一般鋼材又
は磁性鋼材を用いている。そのため、円筒４．６に高磁
束密度が得られず、円筒４．６の磁気結合に相応して磁
気結合検出コイルに誘起される出力電圧が低い。そのた
め、出力電圧を増幅すべき増幅器を必要とし、また外部
の電磁波の如きノイズ又は外部磁界の影響をうける虞れ
があるという問題がある。

本発明は前述した問題に鑑み、磁気結合検出コイルから
高い出力電圧が得られて、トルクを高精度に検出するト
ルクセンサを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るトルクセンサは、トーションバーを介して
連結された２つの軸の夫々と連動し、該２つの軸の相対
回転により磁気結合状態が変化する２つの円筒を備え、
該２つの円筒の磁気結合状態を検出してトルクを検出す
るトルクセンサであって、前記２つの円筒を非晶質合金
により構成してあることを特徴とする。

〔作用〕

トーションバーと連結されている一方の軸に回転トルク
を加えると、そのトルクに応じてトーションバーが捩じ
れる。一方の軸受に外嵌固着された非晶質合金製の一方
の円筒が回転する。他方の軸受に外嵌固着された非晶質
合金製の他方の円筒の軸端部と、一方の円筒の軸端部と
の対向間隙が変わる。２つの円筒の磁気結合状態を検出
して、トーションバーに作用したトルクを検出する。

よって、両回筒の磁気結合により磁気結合検出コイルに
は高い電圧が誘起される。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面によって詳述する。

第１図は本発明に係るトルクセンサの構造を示す半裁断
面図、第２図はその内側部材の斜視図である。入力軸２
０は図示しない操舵輪が取付けられている上部軸２１ａ
と操舵機構の図示しないピニオンが取付けられている下
部軸２１ｃとがトーションバー２１ｂを介して同軸的に
連結されてなるものであり、上部軸２１ａは車体に固定
されている筒状のケース２２に軸受２３を介して回転自
在に支持されている。

上部軸２１ａの下端部（図面左側）の外径は、下部軸２
１ｃの上端部（図面右側）の孔への挿入のために小径と
してあり、上部軸２１ａの大径部の下端部には非磁性体
からなる第１スリーブ２４ａを外嵌固着し、その外周に
例えば非晶質合金の成形体からなる第１．第２の円筒２
５．２６を軸方向に若干離隔して入力軸２０と同心的に
外嵌固着しである。

上側の第１の円筒２５は上、下端縁が入力軸２０の軸心
に垂直な平面となっており、円周方向のいずれの位置も
等長である。下側の第２の円筒２６は上端縁が第１の円
筒２５と同様に入力軸２０の軸心に垂直な平面となって
いるが、下端縁は軸心には非垂直、また軸心に関し、非
対称な平面となっている。

即ち、円筒２６はその径方向に対称な位置のｍ個Ａから
他側（図示せず）までの−半周側Ｒ１が、その−側の軸
長を最長としている部分から他側に向かうに従って、軸
長が順次短くなり、他側において最短寸法となっている
。また他側からｍ個Ａまでの他生周側Ｒ２が、その他側
の軸長を最長としている部分からｍ個Ａに向かうに従っ
て軸長が順次短くなり、−側Ａにおいて最短寸法となっ
ている。

つまり、円筒２６の下端縁は各半周側Ｒ１，Ｒ２におい
て軸線に対して同方向に同じ角度で傾斜しており、２つ
の歯部を有するラチェツト歯車状の構造となっている。

下部軸２１ｃの上端部には非磁性体よりなる第２スリー
ブ２４ｂを外嵌固着し、その外周に非晶質合金の成形体
よりなる第３の円筒２７を入力軸２０と同心的に外嵌固
着しである。この円筒２７は前記円筒２６と同形状であ
り、上下方向を円筒２６と反対にして取付けている。こ
れらの第２．第３の円筒２６゜２７は、第１図及び第２
図に示している如く円筒２６の軸長が最長である部分と
円筒２７の軸長が最短である部分とを対向させて円筒２
６．２７を噛合させた状態にしており、円筒２６の下端
面と円筒２７の上端面とが対向し、また円筒２６．２７
の軸長が最長である部分の入力軸２０の軸心に平行して
いる端縁が互いに対向している。

そして、トーションバー２１ｂにトルクが作用していな
い状態において、夫々の対向端縁が適長離隔して平行状
態となるように円筒２６．２７がスリーブ２４ａ、　２
４ｂに嵌着されている。

ところで、前記円筒２５．２６．２７は、例えば液体急
冷法又は固相反応法により得た非晶質合金の粉体を、一
体成形されたものからなっている。この非晶質合金には
、高透磁率として知られている非晶質合金の例えばＣｏ
　−Ｚｒ系、Ｃｏ−Ｔｉ系、Ｃｏ−Ｎｂ系等のものを用
いている。そしてＣｏ　−Ｚｒ系では飽和磁束密度が３
４８００ガウス、　ＦｅＢ５１Ｃでは３０００００ガウ
スが得られ、その場合従来のファライトで得られる飽和
磁束密度３０００〜５０００ガウスに比して著しく高い
飽和磁束密度を得ることができる。なお、円筒２５．２
６．２７は、非晶質合金の成形体以外に、例えば非晶質
合金の薄板を所要枚数積層又は巻回したものを用いて構
成してもよい。

ケース２２の内側には、周設溝を形成しである断面コ字
状の非晶質合金の成形体からなるセンサ鉄心２８Ａ、　
２８Ｂを内嵌して固着しである。センサ鉄心２８Ａは第
１．第２の円筒２５．２６とに十分に跨がり得る軸長寸
法を有し、その軸長方向中心位置が円筒２５と２６との
対向位置と略一致するように配設されている。センサ鉄
心２８Ｂは第１．第２の円筒２６゜２７とに十分に跨が
り得る軸長寸法を有し、その軸長寸法中心位置が円筒２
６と２７との軸長の軸長方向中心と略一致するように配
設されている。センサ鉄心２８Ａの溝には第１の磁気結
合検出コイル３１を、センサ鉄心２８Ｂの溝には第２の
磁気結合検出コイル３３を巻回しである。これらの第１
の磁気結合検出コイル３１及び第２の磁気結合コイル３
３は円筒２５゜２６及び２６．２７を囲繞するように配
設されている。

なお、センサ鉄心２８＾、２８Ｂは前述した円筒２５．
２６゜２７と同様に非晶質合金の成形体で構成されてい
る。

これによって第１の磁気結合検出コイル３１は円筒２５
．２６に、また第２の磁気結合検出コイル３３は円筒２
６．２７に夫々電磁的に結合する。これらのコイル３１
．３３の巻回数は適宜であり、同一巻回数となっている
。この第１．第２の磁気結合検出コイル３１．３３の出
力をともに差動増幅器３４に与えておリ、差動増幅器３
４の出力をトルク出力ＴＳとしている。

次に本発明のトルクセンサの動作について説明する。図
示しない発振器の発振動作により第１゜第２の磁気結合
検出コイル３１．３３に発生した磁束は円筒２５．２６
及び２６．２７と鎖交する。しかるに円筒２５．２６．
２７は高透磁率の非晶質合金からなるため円筒２５．２
６．２７には、従来の磁性体による場合に比べて著しく
高い磁束密度が得られ、円筒２５゜２６、２７と電磁結
合している第１．第２の磁気結合検出コイル３１．３３
には高い出力電圧が誘起することになる。

さて、第２図に示す如く円筒２７（又は２６）の上端縁
（又は下端縁）が時計回転方向（又は反時計回転方向）
に上側（又は下側）へ変位する傾斜面としている場合は
、図示しない操舵輪を時計回転方向（実線矢符方向）へ
回転させると、トーションバー２１ｂの働きによって円
筒２６が円筒２７に対して時計回転方向へ相対的に回転
し、円筒２６の下端縁（図面左端）と円筒２７の上端縁
（図面右端）との対向間隙が短縮して磁気結合が大とな
り、第２の磁気結合検出コイル３３の出力電圧が上昇す
る。

これに対して円筒２５と２６との磁気結合は一定である
から第１の磁気結合検出コイル３１の出力電圧は一定で
あり、差動増幅器３４のＩ・ルク出力は前述した相対回
転量に相応した正の値となる。

一方、操舵輪を反・時計方向（破線矢符方向）へ回転さ
せると円筒２６の下端縁と円筒２７の上端縁との対向間
隙が拡大して磁気結合が小となり、第２の磁気結合検出
コイル３３の出力電圧が減少する。

そして差動増幅器３４の出力は前述した相対回転量に相
応する負の値となる。

そして、前記相対回転量は上部軸２１ａに操舵輪によっ
て加えられた回転トルクによって定まるから、結局は差
動増幅器３４の出力でトルクが検出できることになる。

また周囲温度が変化するとそれに相応して円筒２５と２
６との磁気結合が変化して、第１の磁気結合検出コイル
の出力電圧が変化するから差動増幅器３４の出力、即ち
検出トルクが温度補償される。

ところで、前記した円筒２５．２６．２７は、高透磁率
の非晶質合金の成形体で構成しているから、各円筒２５
．２６．２７は高磁束密度になって、第１．第２の磁気
結合検出コイル３１．３３には高い出力電圧を誘起させ
得ることになる。

したがって、本発明によれば、第１．第２の磁気結合検
出コイル３１．３℃には高い出力電圧が得られるから、
その出力電圧を増幅せずにそのまま取扱うことができる
。また外部の電磁波等のノイズ又は外部磁界による影響
をうけることがなく、トーションバーに作用したトルク
に相応する高い出力電圧を得ることができ、検出精度が
高いトルクセンサを提供することができる。

なお、本実施例においては、円筒２６と２７とが対向す
る軸端縁を、ともに同方向の傾斜面になしたが、その両
輪端縁を入力軸２０に鉛直面として、夫々の軸端縁に多
数の歯部を等ピッチで周設させたものであってもよい。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明は、作用した回転トルクに関
連して相対的に回転する２つの円筒を、透磁率が高い非
晶質合金で構成したから、磁気結合検出コイルに高い出
力電圧を誘起させることができる。したがって前記出力
電圧を増幅するための増幅器を必要とせず、またその出
力電圧は外部の電磁波の如きノイズ、又は外部磁界の影
響をうけることがない。故に本発明によればトルクを高
精度に検出し得るトルクセンサを提供できる優れた効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトルクセンサの半裁断面図、第２
図はその内側部材の斜視図、第３図は磁気結合の変化に
よりトルクを検出するトルクセンサの半裁部分断面図で
ある。 ２０・・・入力軸　２１ａ・・・上部軸　２１ｂ・・・
トーションバー　２１ｃ・・・下部軸　２５．２６．２
７・・・円筒２８Ａ、２８Ｂ・・・センサ鉄心　３１・
・・第１の磁気結合検出コイル　３３・・・第２の磁気
結合検出コイル特　許　出願人　　光洋精工株式会社 代理人　弁理士　　河　野　　登　夫 Ｔ５ 篤　１［２１ 坂 ｖ３２　　日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．トーションバーを介して連結された２つの軸の夫々
   と連動し、該２つの軸の相対回転により磁気結合状態が
   変化する２つの円筒を備え、該２つの円筒の磁気結合状
   態を検出してトルクを検出するトルクセンサであって、 前記２つの円筒を非晶質合金により構成し てあることを特徴とするトルクセンサ。