JPH03249529A

JPH03249529A - トルクセンサ

Info

Publication number: JPH03249529A
Application number: JP4774290A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Ichikawa; 市川　敏朗
Original assignee: Atsugi Unisia Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1991-11-07

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、特に回転トルクを非接触で精
度良く測定するトルクセンサに関する。

従来の技術この種の従来の回転トルクを非接触で測定するトルクセ
ンサとしては、例えば本出願人が既に出願した特開昭６
１−１５８４３３号公報に記載されたものが知られてい
る。

第５図に基づいて概略を説明すれば、このトルクセンサ
３０は、第１シャフト３１と第２シャフト３２とを小径
部位を介して相対的に捩れ変位可能に連結し、この第１
シャフト３１の外周に、所定数の磁性体３３．３４を極
性が周方向に交互に配設されるように取り付け、かつ第
２シャフト３２に、隣接する前記磁性体３３．３４の中
間位置から磁束を導くように第１ピックアップ路３５及
び第２ピックアップ路３６を設けて一つの磁性体３３か
ら他の磁性体３４に至る磁路を形成している。また、こ
の磁路に臨んで該磁路を流れる磁束の変化を検出する一
対の磁気検出素子３７．３８を、第１シャフト３１の軸
線を中心として１８００の角度位置に設けている。そし
て、第２シャフト３２に対して第１シャフト３１が捩れ
変位したとき前記Ｎ極が第１ピンクアツプ路３５あるい
は第２ビックア、磁路３６の何れの側に接近することに
よって第１．第２ピックアップ路３５．３６を流れる磁
束量か変化し、この磁束の変化から第２シャフト３２に
対する第１シャフト３１の捩れ変位か非接触で検出てき
るようになっている。

ところで、斯かる従来のトルクセンサ３０にあっては、
前記のように第２シャフト３２に対して第１シャフト３
１が捩れ変位したときには、第６図に示すように例えば
第１シャフト３１側のインナーリング３９の磁路片４０
と、第２シャフト３２側の磁性体３３．３４中、一方の
磁性体３３のＮ極とが近接して、該Ｎ極から流出した磁
束か該Ｎ極と磁路片４Ｑとの間のギャップ空間を経て第
２ピックアップ路３６を構成する磁路片４０を通ってイ
ンナーリング３９から磁気検出素子３７３８及びアウタ
ーリング４１に流れ込むが、該磁路片４０からインナー
リング３９に至るまでに磁束流が均一に拡散されない。

このため、インナーリング３９の外周と磁気検出素子３
７．３８を挾んたアウタ−リング４１外周のエアギヤツ
ブ接合点Ｃ，Ｄにおいて磁束密度が不均一となり、磁気
検出素子による測定精度の低下を招く虞がある。

そこで、前記従来においては、第１シャフト３１の軸線
を中心として１８００の角度で相対的に位置するトルク
検出用の一対の磁気検出素子３７゜３８の他に、さらに
平均化補正用の一対の磁気検出素子４２．４３を、第１
シャフト３１の軸線に対して別異の１８０°角度で相対
する位置に配設し、これによって磁性体３３のＮ極から
流出して第２ピックアップ路３６に流入した磁束の密度
を平均化補正するようになっている。

発明が解決しようとする課題然し乍ら、前記従来のトルクセンサ３０にあっては、磁
性体３３のＮ極で発生する磁束密度の不均一な状態を磁
気検出素子４２．４３を用いて平均化補正を行なうよう
になっているため、磁気検出素子の使用数が多くなると
共に、磁束回路も複雑になる。この結果、製造作業や保
守管理が煩雑になるばかりかコストの高騰か余儀なくさ
れる。

課題を解決するための手段本発明は、前記従来の実情に鑑みて案出されたもので、
基本的には前記従来の構成と略同様であるが、とりわけ
トルク検出用の磁気検出素子に、第１．第２ピックアッ
プ路の双方あるいはいずれか一方側を流れる磁束を捕集
する集磁部材を設けたことを特徴としている。

作用第１シャフトの回転方向の捩れ変位が発生した際に、第
１ビ、クアップ路あるいは第２ピックアップ路を通った
密度の異なる磁束流が集磁部材によって効率良く捕集さ
れて磁気検出素子に集中的に流入する。したかって、斯
かる磁束が磁気検出素子に至るまでに平均化補正され、
トルク測定精度が向上することは勿論のこと、従来のよ
うに平均化補正用の磁気検出素子を用いずに、単に磁力
線を通し易い材料からなる集磁部材を設けるだけである
から、磁束回路等の構造が極めて簡素化されると共に、
製造コストの低廉化等が図れる。

実施例以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。

まず、第４図に基づいて本発明に係るトルクセンサの構
成を説明する。すなわち、図中１は第１シャフトであり
、該第１シャフト１は捩れ剛性を若干低（するための小
径部２を介して第２シャフト３に連結されており、図中
Ａ、Ｂて示すような第１シャフト１の円周方向の回転力
を小径部２を経由して第２シャフト３に伝達する。また
、第２シャフト３の外周面３ａには小径部２を包み込む
ようにして成形された円筒形のモールド部材（非磁性材
）４の突端部４ａが嵌合固着されており、モールド部材
４は後述するピックアップ部材７及びホール素子１３．
１４等と一対となってトルク検出機構２１を構成してい
る。一方、モールド部材４の他端側にはドーナッツ型の
磁性体埋込み部４ｂが形成され、磁性体埋込み部４ｂは
軸方向に対して垂直となるような端面４Ｃを有し、磁性
体埋込み部４ｂには端面４ＣにＮ極を臨むように配置し
た磁性体５ａと、端面４ＣにＳ極を臨むように配置した
磁性体５ｂとがそれぞれ８個づつ交互に同心円状でかつ
等間隔になるように配設されている。さらに、各磁性体
５ａ、５ｂの他端部は、円環状のコモンリング６に連結
されており、該コモンリング６は、各磁性体５ａ、５ｂ
から発する磁界について閉ループ状の磁路の一部を形成
する。

コモンリング６及び各磁性体５ａ、５ｂは磁性体埋込み
部４ｂ内に埋設され、非接触体からなる磁性体埋込み部
４ｂと一体に形成されている。

一方、第１シャフト１の小径部２側の外周面１ａには、
端面４Ｃに面しかつ端面４Ｃと微小空隙を有する円板形
の前記ピックアップ部材７が嵌合固着されており、ピッ
クアップ部材７の入力側の端面７ａには、端面７ａに外
接してアウターリング８とその内方にインナーリング９
とが設けられている。また、端面４Ｃに面したピックア
ップ部材７の端面７ｂには、磁性体５ａあるいは５ｂか
らの磁気力を受けて磁路となる磁路片］Ｏａと磁路片１
０ｂとが磁性体５ａ及び５ｂとそれぞれ１対１て対応す
るように８個づつ交互に同心円上てかつ等間隔になるよ
うに配設され、磁路片］Ｏａはアウターリング８に、磁
路片１０ｂはインナーリング９に夫々連結されている。

磁路片１０ａとアウターリング８とは第１ピックアップ
路１１を構成し、磁路片Ｊｏｂとインナーリング９とは
第２ピックアップ路１２を構成する。ここで、コモンリ
ング６、磁路片１０ａ、１０ｂ、アウターリング８及び
インナーリング９は磁力線を通し易い、例えばパーマロ
イ、フェライト等の材質で作られており、前記磁性体５
ａ、５ｂから発した磁気力を磁路片１０ａ、ｌＯｂを介
してアウターリング８及びインナーリング９に誘導する
。また、前記磁路片１０ａ、Ｊｏｂは、前記の磁性体５
ａ、５ｂと同様に非磁性体からなるピックアップ部材７
内に一体形成されており、定常時（すなわち、トルクが
Ｏのとき）では磁性体５ａあるいは５ｂが磁路片１０ａ
及びＩＯｂの丁度中間に位置するように構成されている
。したがって、磁性体５ａから磁路片１０ａに至るまで
のギャップ空間ｌ２Ａ（図示せず）と磁性体５ａから磁
路片１０ｂに至るまでのギャップ空間ＱＢ（図示せず）
とは互いに等しく、同様に磁性体５ｂから磁路片１０ｂ
までのギャップ空間ＱＡと５ｂから磁路片１０ａまでの
ギャップ空間ＱＩ］とは相等しい。したがって、第１シ
ャフト１に円周方向Ａ（あるいはＢ）の回転力が加わる
と前記キャップ空間ＱＡ、　１２ｍはその回転力に応じ
てそれぞれ所定量づつ変化する。さらに、上述したアウ
ターリング８とインナーリング９との間には、これらリ
ングやピックアップ部材７と非接触でかつアウターリン
グ８からインナーリング９に（あるいはインナーリング
９からアウターリング８に）かかる磁界と直角となるよ
うな位置に磁気検出素子たる第１ホール素子１３が配置
され、この第１ホール素子１３と１８０°の角度に相対
する位置に磁気検出素子たる第２ホール素子１４が配置
されている。また、これら第１．第２ホール素子１３．
１４は、磁界の強さに比例した出力電圧を発生する一般
的な素子であって、それぞれプリント基板１５に接着剤
等で固着されている。

プリント基板１５は、支持部材１５ａを介して第１シャ
フト１に回動変位自在に嵌合していると共に、ホール素
子１３．１４からの信号を検出・処理するための部材（
図示せず）が配設されている。

そして、前記第１ホール素子１３と第２ホール素子１４
には、第１図に示すように第１ピックアップ路１１及び
第２ピックアップ路１２を流れる磁束を捕集する集磁部
材１６．１７が夫々設けられている。この集磁部材１６
．１７は、磁力線を通し易いパーマロイ等の材質で略工
字形状に形成され、各ホール素子１３．１４に固定され
て半径方向に突出した基部１６ａ、１７ａと、該基部１
６ａ、　　１７ａの各両端部に一体に有した各一対の円
弧状集磁部１６ｂ、１６ｃ、１７ｂ、１７ｃとを備えて
いる。各集磁部】６ｂ〜１７Ｃは、アウターリング８と
インナーリング９に対して非接触状態に配置されている
と共に、基部１６ａ、１７ａを中心として左右周方向に
延長されて磁性体５ａ、５ｂと磁路片１０ａ、１０ｂと
のエアギャップ接合点Ｃ，Ｄで生じた磁束密度の濃い密
部Ｘと該密部Ｘと隣接する薄い粗部Ｙとの両方に跨って
被う形に配置されている。

次に、本実施例の作用を説明する。すなわち、トルクが
加わらない定常時にあっては、ギャップ空間１２Ａ、　
１２Ｂは互いに等しいので、例えば磁性体５ａのＮ極か
らギヤツブ空間Ｑ、Ａ、磁路片１０ａ、アウターリング
８を経てホール素子１３に至る磁界ＨＡと、磁性体５ａ
のＮ極からギヤツブ空間ρ８．磁路片１０ｂ、アウター
リング８を経てホール素子１３に至る磁界Ｈ６との強さ
は等しい強さとなり、互いに相殺し合ってトルクは検出
されない。

一方、回転力が例えば第４図に示すように円周方向Ａの
向きに加わったときは磁性体５ａから磁路片］、　Ｏａ
までのギヤツブ空間ムと磁性体５ｂから磁路片１０ｂま
でのギヤ・ノブ空間ムは何れも大きくなり、逆に磁性体
５ａから磁路片１０ｂまでのギャップ空間ＱＢと磁性体
５ｂか磁路片１０ａまでのギャップ空間ＱＢとは何れも
小さ（なる。したがって、これに伴って一方の磁界ＨＢ
が他方磁界ＨＡよりも大きくなってゆき、その程度はＡ
方向に加わる捩れ角の大きさに比例する。例えばＡ方向
の回転力によりホール素子１３に印加する磁界の向きを
正方向とし、その出力電圧がプラスの値となるようにホ
ール素子１３の出力を設定すれば、発生トルクの大きさ
及び方向そして静止トルりを適切に検出することができ
る。また、回転力が円周方向Ｂの同きに加わったときは
一方の磁界Ｈ。

が他方の磁界ＨＢよりも大きくなり、上記の場合とは逆
向きのトルクを検出することかできる。

また、ここで例えば第１ピックアップ路ＩＩを通る磁束
流、つまり磁路片１０ａからアウターリング８を経て各
ホール素子１３．１４に至る磁束流は、アウターリング
８の密部Ｘを粗部Ｙの各磁束が集磁部材１６．１７の集
磁部１６ｂ、１７ｂによって捕集されてそのまま基部１
６ａ、１７ａに集合して各ホール素子１３．１４に流入
する。

このように、アウターリング８に流入した磁束は、集磁
部材１６．１７によって捕集されて密度が平均化補正さ
れ、密部Ｘと粗部Ｙによる計測誤差を可及的に小さくで
きる。したがって、各ホール素子１３．１４によるトル
ク測定精度が向上することは勿論のこと、従来のように
平均化補正用の磁気検出素子を用いずに、単に各ホール
素子１３゜１４に集磁部材１６．１７を設けるだけであ
るから、磁束回路が簡素化されると共に、製造作業や保
守管理が容易になる。また、集磁部材１６，１７は、ホ
ール素子よりも低価格であるため、製造コストの低廉化
が図れる。

第２図は本発明の第２実施例を示し、この実施例では、
集磁部材１８を平面略クランク状に屈曲形成したもので
あって、基部１８ａの両端部に有する各集磁部１８ｂ、
１８ｂはアウターリング８及びイン−リング９の磁束流
の密部Ｘと粗部Ｙを被う形で互い違いに周方向に延設さ
れている。

したがって、本実施例においても、集磁部材１８か各ピ
ックアップ路１１．１２を通った磁束を捕集してホール
素子１３．１４へ集中的に流入させるため、前記第１実
施例と同様な効果が得られると共に、集磁部材１８の構
造が比較的単純であるため、製造作業が容易となる。

第３図は本発明の第３実施例を示し、この実施例では各
リング８，９の半径方向に沿って設けられたホール素子
１３に、周方向に沿ってクランク状に屈曲形成された集
磁部材１９が固定されている。即ち、集磁部材１９は、
基部１９ａがホール素子１３に対して周方向に沿って固
定され、該基部１９ａの両側部に有する各集磁部１９ｂ
、１．９ｂがアウターリング８とイン−リング９の各密
部Ｘと粗部Ｙに跨って連続的に配置されている。

したがって、この実施例も第１．第２実施例と同様な作
用効果が得られると共に、集磁部材１９の構造か一層簡
素化され、製造作業性がさらに良好となる。

また、各実施例とも、集磁部材１６，１７，１８．１９
を設けることによって、アウターリング８とイン−リン
グ９間のエアギャップを大きく設定することが可能とな
る。このため、この大きなエアギャップによりホール素
子１３．１４以外での磁束のリークが防止され、その分
、集磁部材１６．１７による捕集効率が向上し、ホール
素子１３．１４への磁束の集中化が促進され、トルク測
定精度が一層向上する。

尚、各実施例では集磁部材の各集磁部を、アウターリン
グ８側とイン−リング９側の双方に設けているが、いず
れか−刃側のリング８，９側にのみ設けることも可能で
ある。

発明の効果以上の説明で明らかなように、本発明に係るトルクセン
サによれば、とりわけ磁気検出素子に、第１ピックアッ
プ路及び第２ピックアップ路の双方あるいは一方側を流
れる磁束を捕集する集磁部材を設けたため、第１．第２
ピックアップ路からトルク検出用の磁気検出素子に流入
する磁束の集中化が可能となり、磁束密度の変化による
計測誤差を十分に減少させることができる。この結果、
磁気検出素子によるトルク測定精度が向上することは勿
論のこと、従来のように平均化補正用の磁気検出素子が
不要になるため、部品点数の削減と磁束回路の簡素化が
図れる。したがって、製造作業や保守管理が容易になる
と共に、コストの低廉化が図れる。

【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第１実施例を示す
要部拡大図、第２図は本発明の第２実施例を示す要部拡
大図、第３図は本発明の第３実施例を示す要部拡大図、
第４図は本発明のトルクセンサを示す分解斜視図、第５
図は従来のトルクセンサを示す要部拡大図、第６図は同
従来のトルクセンサにおける磁束流を示す説明図である
。 ■・・・第１シャフト、２・・小径部、３・・・第２シ
ャフト、５ａ、５ｂ・−・磁性体、１０ａ、１０ｂ・・
・磁路片、１１・・・第１ピックアップ路、１２・・・
第２ピックアップ路、１．３．１４・・・ホール素子（
磁気検出素子）、１６．１７，１８．１９・・・集磁部
材。第１ンマフト騎、５ｂｍ、ノｊ・生・イ〉）Ｓ；１６．１７１Ｂ、１９−−−− 果狙邦η 第２図第３図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）相対捩れ変位可能に連結された第１シャフト及び
第２シャフトと、該一方のシャフトの外周に、極性が周
方向に交互に配列されるように取り付けられた所定数の
磁性体と、他方のシャフトに、隣接する前記磁性体の中
間位置から磁束を導くように取り付けられて一つの磁性
体から他の磁性体に至る磁路を形成する第１ピックアッ
プ路及び第２ピックアップ路と、この各磁路を流れる磁
束の変化を検出する磁気検出素子とを備えたトルクセン
サにおいて、前記磁気検出素子に、前記第１ピックアッ
プ路及び第２ピックアップ路の双方あるいは一方側を流
れる磁束を捕集する集磁部材を設けたことを特徴とする
トルクセンサ。