JPH0381632A - 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、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
３−１５８４３３号公報に記載されたものが知られてい
る。

概略を説明すれば、このトルクセンサは、第１シャフト
と第２シャフトとを相対的に捩れ変位可能に連結し、こ
の第１シャフトの外周に、所定数の磁性体を極性が周方
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
うに第１ピックアップ路及び第２ピックアップ路を設け
て一つの磁性体から他の磁性体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を、第１シャフトの軸線
を中心として１８０°の角度位置に設けている。そして
、第２シャフトに対して第１シャフトが捩れ変位したと
き前記Ｎ極が第１ピックアップ路あるいは第２ピックア
ップ路の何れの側に接近することによって第１．第２ピ
ックアップ路を流れる磁束量が変化し、この磁束の変化
から第２シャフトに対する第１シャフトの捩れ変位が非
接触で検出で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にあっては、前記
のように第２シャフトに対して第１シャフトが捩れ変位
したときには、第４図に示すように例えば第１シャフト
側のインナーリング３ｏの磁路片３１と、第２シャフト
側の磁性体３２，３３中、一方の磁性体３２のＮ極とが
近接して、該Ｎ極から流出した磁束が該Ｎ極と磁路片３
１との間のギャップ空間を経て第２ピックアップ路３４
を構成する磁路片３１を通ってインナーリング３０に流
れ込むが、該磁路片３１からインナーリング３０に至る
までに磁束が十分に拡散されない。

このため、インナーリング３ｏの外周から磁気検出素子
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の他に、さらに平均化補正用の
一対の磁気検出素子を、第１シャフトの軸線に対して別
異の１８０°ｊ［で相対する位置に配設し、これによっ
て磁性体３２のＮ極から流出して第２ピックアップ路３
４に流入した磁束の害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にあっては、磁性体
３２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が余儀なくされる。

３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至る第１．　第２ピック
アップ路の双方あるいはいずれか一方に、例えば磁束拡
散用孔などの低透磁率部を形成し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ピックアップ路あるいは第２ピックアップ路を通った
磁束が低透磁率部付近で両側に屈曲案内されて十分に拡
散される。したがって、斯かる磁束がトルク検出用の磁
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、単に低透磁率部たる磁
束拡散用孔等を形成するだけであるから、部、７１点数
が削減できると共に、構造が極めて簡素化される。

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３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１１は第１シャフトであ
り、該第１シャフト１１は捩れ剛性を若干低くするため
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で示すような第１シャフトの円周方向の回
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、コモンリング６は各磁性体５ａ、５
ｂ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−・体形成されている。

一方、第１シャフトの小径部２例の外周面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ｔＯａと磁路片１
０ｂとが磁性体５ａ及び５ｂとそれぞれ１対ｌで対応す
るように８個づつ交互に同心円上でかつ等間隔になるよ
うに配設され、磁路片１０ａ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を構威し、磁路片１０ｂとインナーリング９とは
第２ビ・ツクアップ路１２を構成する。ここで、コモン
リング６、磁路片ＩＯａ、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
５ａ、５ｂから発した磁気力を磁路片１０ａ、１０ｂ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。ところで、磁路片１０ａ、１０ｂ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
０のとき）では磁性体５ａあるいは５ｂが磁路片１０ａ
及び１０ｂ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ＱＡと磁性体５ａから磁路片１０ｂに至
るまでのギャップ空間Ｑ８とは互いに等しく、同様に磁
性体５ｂから磁路片ｔｏｂまでのギャップ空間ＱＡと５
ｂから磁路片１０ａまでのギャップ空間Ｑ。とは相等し
い。したがって、第１シャフト１に円周方向Ａくあるい
はＢ）の回転力が加わると前記ギャップ空間（！い。

Ｑ８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ホール素子（第１の
磁気検出素子）１３が配置され、このホール素子１３と
第１シャフト１に対して１８ｏ０の角度に相対する位置
にホール素子（第２の磁気検出素子）１４が配置されて
いる。また、これらホール素子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には、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
されると共に、プリント基板Ｉ５はプリント基板に固着
する支持部材１５ａを介して第１シャフト１の回動変位
自在に嵌合されている。

そして、前記第２ピックアップ路１２を構成する磁路片
１０ｂの基部つまりインナーリング９との連結個所でか
つホール素子１３．１４と対抗する位置には、第■図に
示すように低透磁率部たる磁束拡散用孔１６・・・が穿
没されている。この磁束拡散用孔１６・・・は、略半円
形状を呈し、円弧部位１６ａが磁路片１０ｂ側に配置さ
れ、拡開部位１６ｂがインナー、リング９側に配置され
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ＱＡ、１２
いは亙いに等しいので、例えば磁性体５ａのＮ極からギ
ヤツブ空間ＱＡ、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＋２ｓｚ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３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１０ａまで
のギャップ空間らと磁性体５ｂから磁路片１０ｂまでの
ギャップ空間ＱＡ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ぐ、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
くなる。したがって、これに伴って一方の磁界Ｈ８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。例えば入方向の回
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ク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の向きに加わったときは一方
の磁界ＨＡ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ができる。

また、ここで磁性体５ａからギヤツブ空間九を経て磁路
片１０ｂに流れた磁束つまり第２ピックアップ路１２を
通る磁束流は、第１図の実線矢印で示すように透磁率の
低い磁束拡散用孔１６・・・付近に達すると、該孔１６
・・・の孔縁に沿って両側に屈曲案内されてインナーリ
ング９の外周縁９ｂの磁束検出部付近に至る間に十分に
拡散されて、平均化補正される。したがって、前記ホー
ル素子１３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、単に磁束拡散用孔１６・・・を形成するだけで
あるから構造が極めて簡素化されると共に、製造作業や
保守管理が容易になる。

第２図は本発明の第２実施例を示し、この実施例では第
１ピックアップ路１１を構成する磁路片１０ａ・・・の
立上り部とアウターリング８との連結個所に低透磁率部
たる磁束拡散用孔１７・・・が周方向へ等間隔に複数形
成されている。この磁束拡散用孔・１７・・・は、略Ｕ
字形を呈し、円弧部位１７ａが磁路片１０ａ側に配置さ
れ、拡開部位１７ｂがアウターリング８側に配置されて
いる。

したがって、この実施例においても前記第１実施例と同
様に各磁束拡散孔１７・・・によって磁路片１０ａ・・
・からアウターリング８に至る磁束流が十分に拡散され
て、平均化補正がなされ、トルク測定精度の向上が図れ
ることは勿論のこと、単に磁束拡散孔１７・・・を形成
するだけであるから、構造の簡素化が図れる等第１実施
例と同様な効果が得られる。

尚、前記各実施例では、磁路片１０ａ、ｆｏｂのいずれ
か一方に磁束拡散孔１６．１７を形成しているが、双方
に形成することも可能であり、このようにすれば磁束流
を一層効果的に拡散でき、十分な平均化補正が可能にな
る。

また、本発明における低透磁率部は、前記各実施例の如
く磁束拡散孔に限定されるものではない。

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、とりわけ第１ピックア、プ路あるいは第２
ピックアップ路の少なくともいずれか一方に低透磁率部
を形成したため、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至る過程で磁束の拡散による十
分な平均化補正がなされる。したがって、構成部品等の
位置関係の差異等に起困する磁束密度の不均一化が防１
ヒさし、トルク測定精度を一層向上させることができる
。

しかも、磁束密度の平均化補正を従来のような磁気検出
素子によって行なうのではなく、単に低透磁率部で行な
うようにしたため、部品点数の削減と構造の簡素化が図
れる。この結果、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
要部斜視図、第２図は本発明の第２実施例を示す要部斜
視図、第３図は本発明のトルクセンサを示す分解斜視図
、第４図は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。 １・・・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、１３．１４・・・ホール素子（
磁気検出素子）、１６．１７・・・磁束拡散用孔（低透
磁率部）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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、更に前記第
   １ピックアップ路及び第２ピックアップ路の少なくとも
   いずれか一方に低透磁率部を形成したことを特徴とする
   トルクセンサ。