JPH04160331A - torque sensor - Google Patents
torque sensorInfo
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- JPH04160331A JPH04160331A JP28434690A JP28434690A JPH04160331A JP H04160331 A JPH04160331 A JP H04160331A JP 28434690 A JP28434690 A JP 28434690A JP 28434690 A JP28434690 A JP 28434690A JP H04160331 A JPH04160331 A JP H04160331A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、回転軸に伝達されたトルクを検出するトル
クセンサに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a torque sensor that detects torque transmitted to a rotating shaft.
トーションバー等の弾性部材を介して連結された2本の
回転軸にトルクが伝達されると、それら2本の回転軸間
にはトーションバーの捩じれを伴って相対回転が生じる
。そして、その相対回転の方向及び量は、回転軸に伝達
されたトルクの方向及び大きさによって決まるから、そ
の相対回転を測定すれば、トルクを検出することができ
る。When torque is transmitted to two rotating shafts connected via an elastic member such as a torsion bar, relative rotation occurs between the two rotating shafts due to twisting of the torsion bar. Since the direction and amount of the relative rotation are determined by the direction and magnitude of the torque transmitted to the rotating shaft, the torque can be detected by measuring the relative rotation.
また、2本の回転軸間の相対回転に応じて2つのコイル
のインダクタンスを互いに逆方向に増減させ、それらコ
イルに起電力を誘導させたときのそれら起電力の差を求
め、そして、その起電力の差から2本の回転軸間の相対
回転、即ち、回転軸に伝達されたトルクを求めるように
すると、相対回転を非接触で測定できるから摩耗等に起
因する故障の危険性が低減するとともに、2つのコイル
の差動に基づいたトルク測定であるため、単独のコイル
で測定した場合に比へて倍の傾きをもった検出結果か得
られ、微小なトルクを高精度に測定することか可能とな
る。In addition, the inductance of the two coils is increased or decreased in opposite directions according to the relative rotation between the two rotating shafts, and the difference in electromotive force is determined when the electromotive force is induced in the coils. By determining the relative rotation between two rotating shafts, that is, the torque transmitted to the rotating shafts, from the difference in power, the relative rotation can be measured without contact, reducing the risk of failure due to wear, etc. In addition, since the torque measurement is based on the differential between two coils, it is possible to obtain detection results with twice the slope compared to when measuring with a single coil, making it possible to measure minute torques with high precision. It becomes possible.
しかしながら、上記のようなトルクセンサにあっては、
2つのコイルに誘導される起電力か交流であることから
、測定された起電力を整流する機能が必要であったため
、測定精度か低いという欠点があった。これは、ブリッ
ジ回路等によって2つのコイルの起電力を測定する場合
、一般にブリッジ回路出力が低電圧(通常、lV以下)
であるので、整流をシリコンダイオード等で行うとその
順方向電圧降下が無視できなくなり、これを補うために
その後の平滑回路をドライブさせる電流□ブーストが必
要となってしまう、というように回路が非常に複雑にな
るからである。However, in the above torque sensor,
Since the electromotive force induced in the two coils is alternating current, a function to rectify the measured electromotive force is required, which has the disadvantage of low measurement accuracy. This is because when measuring the electromotive force of two coils using a bridge circuit, etc., the bridge circuit output is generally a low voltage (usually lV or less).
Therefore, if rectification is performed using a silicon diode, etc., the forward voltage drop cannot be ignored, and to compensate for this, a current □ boost is required to drive the subsequent smoothing circuit. This is because it becomes complicated.
この発明は、このような従来の技術が有する未解決の課
題に着目してなされたものであり、処理回路の簡略化が
図られ、測定精度が向上するトルクセンサを提供するこ
とを目的としている。The present invention has been made by focusing on the unresolved problems of the conventional technology, and aims to provide a torque sensor in which the processing circuit is simplified and the measurement accuracy is improved. .
上記目的を達成するために、本発明は、同軸に配設され
た第1及び第2の回転軸と、これら第1及び第2の回転
軸を連結する弾性部材と、前記第1及び第2の回転軸間
の相対回転に応じて互いに逆方向にインダクタンスが増
減する第1及び第2のコイルと、これら第1及び第2の
コイルに起電力を誘導させる起電力誘導手段と、前記第
1及び第2のコイルに誘導される起電力の差を求める差
。In order to achieve the above object, the present invention provides first and second rotating shafts disposed coaxially, an elastic member connecting these first and second rotating shafts, and an elastic member connecting the first and second rotating shafts. first and second coils whose inductance increases and decreases in opposite directions according to relative rotation between the rotation axes of the first and second coils; an electromotive force inducing means for inducing an electromotive force in the first and second coils; and the difference to determine the difference in the electromotive force induced in the second coil.
値演算手段と、この差値演算手段の演算結果を前記第1
のコイルに誘導される起電力の極性か正及び負の一方で
あるときには同相のまま出力し且つ正及び負の他方であ
るときには逆相にして出力する位相切換手段と、この位
相切換手段の出力に基づいて前記第1及び第2の回転軸
に伝達されたトルクを演算するトルク演算手段と、を備
えた。a value calculation means and a calculation result of the difference value calculation means;
a phase switching means for outputting the electromotive force induced in the coil in the same phase when the polarity is one of positive and negative, and outputting the electromotive force in opposite phase when the polarity is the other of positive and negative; and an output of the phase switching means. torque calculating means for calculating the torque transmitted to the first and second rotating shafts based on the above.
第1及び第2の回転軸にトルクが伝達されると、それら
第1及び第2の回転軸間には、弾性部材の捩じれを伴っ
て、そのトルクの方向及び大きさに応じた相対回転が生
じる。When torque is transmitted to the first and second rotating shafts, relative rotation occurs between the first and second rotating shafts depending on the direction and magnitude of the torque, accompanied by twisting of the elastic member. arise.
すると、第1及び第2のコイルのインダクタンスが互い
に逆方向に増減し、それら第1及び第2のコイルには、
起電力誘導手段によって、インダクタンスに応じた起電
力が誘導される。Then, the inductance of the first and second coils increases and decreases in opposite directions, and the first and second coils have
The electromotive force inducing means induces an electromotive force according to the inductance.
そして、差値演算手段か、それら起電力の差を演算し、
位相切換手段か、第1のコイルに誘導される起電力の極
性に応じて、差値演算手段の演算結果を同相又は逆相と
して出力する。Then, the difference value calculation means calculates the difference between those electromotive forces,
Depending on the polarity of the electromotive force induced in the phase switching means or the first coil, the calculation result of the difference value calculation means is output as in-phase or anti-phase.
その結果、差値演算手段の演算結果か正負で振れていて
も、位相切換手段の出力は、−の回転方向のトルクが発
生しているときには常に正の値となり、他の回転方向の
トルクが発生しているときには常に負の値となり、トル
ク演算手段は、その位相切換手段の出力に基づいて第1
及び第2の回転軸に伝達されたトルクを演算する。As a result, even if the calculation result of the difference value calculation means fluctuates between positive and negative, the output of the phase switching means will always be a positive value when torque in the negative rotation direction is generated, and when torque in other rotation directions is generated, the output of the phase switching means will always be a positive value. When the torque is generated, the value is always negative, and the torque calculation means selects the first torque based on the output of the phase switching means.
and calculate the torque transmitted to the second rotating shaft.
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
先ず、構成を説明すると、第1図は、本発明に係るトル
クセンサを適用した車両用パワーステアリング装置の断
面図であり、ハウジングl内には、弾性部材としてのト
ーションバー4を介して連結された第1の回転軸として
の磁性体製の入力軸2及び第2の回転軸としての出力軸
3か、軸受5a。First, to explain the configuration, FIG. 1 is a sectional view of a vehicle power steering device to which a torque sensor according to the present invention is applied. An input shaft 2 made of a magnetic material as a first rotating shaft, an output shaft 3 as a second rotating shaft, or a bearing 5a.
5b及び5Cによって回動自在に支持されている。It is rotatably supported by 5b and 5C.
ただし、入力軸2.出力軸3及びトーションバー4は、
同軸に配設されている。However, input shaft 2. The output shaft 3 and torsion bar 4 are
are arranged coaxially.
なお、ハウジング1の入力軸2側の開口部は、シールリ
ング6によって封止されるとともに、出力軸3側の開口
部は、キャップ7によって封止されている。The opening of the housing 1 on the input shaft 2 side is sealed by a seal ring 6, and the opening on the output shaft 3 side is sealed with a cap 7.
入力軸2の図示しない第1図右端側には、ステアリング
ホイールが回動方向に一体に取り付けられており、また
、出力軸3の左端部には、公知のラックピニオン式ステ
アリング装置を構成するピニオン軸3aが一体に形成さ
れ、さらに、そのピニオン軸3aは、ハウジング1内に
おいてラックピニオン式ステアリング装置のラック軸8
に噛合している。A steering wheel is integrally attached to the right end side of the input shaft 2 in the rotation direction in FIG. A shaft 3a is integrally formed, and the pinion shaft 3a is connected to a rack shaft 8 of a rack and pinion steering device within the housing 1.
It meshes with the
従って、操縦者かステアリングホイールを操舵すること
によって発生した操舵力は、入力軸2゜トーションバー
4.出力軸3.ピニオン軸3a及びラック軸8を介して
、図示しない転舵輪に伝達される。Therefore, the steering force generated by the operator steering the steering wheel is applied to the input shaft 2° torsion bar 4. Output shaft 3. The signal is transmitted to steered wheels (not shown) via the pinion shaft 3a and the rack shaft 8.
一方、第1図及び同図のA−A線断面図である第2図に
示すように、入力軸2の左端部には、軸方向に連続した
突条部2a、2aか形成され、これら突条部2a、2a
は、出力軸3の右端部に形成され且つ突条部2a、2a
よりも若干幅広の縦溝3b、3bに挿入されていて、こ
れにより、入力軸2及び出力軸3間の所定範囲(±5度
程度)以上の相対回動を防止している。On the other hand, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, which is a cross-sectional view taken along the line A-A in the same figure, the left end of the input shaft 2 is formed with protrusions 2a, 2a that are continuous in the axial direction. Projections 2a, 2a
is formed on the right end portion of the output shaft 3, and is formed on the protruding portions 2a, 2a.
The input shaft 2 and the output shaft 3 are inserted into vertical grooves 3b, 3b that are slightly wider than the input shaft 2, thereby preventing relative rotation between the input shaft 2 and the output shaft 3 beyond a predetermined range (approximately ±5 degrees).
ちなみに、第1図は、第2図のB−B線断面図である。Incidentally, FIG. 1 is a sectional view taken along the line BB in FIG. 2.
また、入力軸2には、他の部位よりも大径に成形するこ
とにより構成されたフランジ部9と、このフランジ部9
から軸方向に離隔し且つ入力軸2に軸方向及び回転方向
に一体に外嵌したリング状の磁性体からなるフランジ部
10とが設けられており、さらに、これらフランジ部9
及び10間には、入力軸2に対して相対回転可能である
非磁性体製の円筒部材11が配設されている。In addition, the input shaft 2 includes a flange portion 9 formed by molding to a larger diameter than other portions, and this flange portion 9.
A flange portion 10 made of a ring-shaped magnetic material is provided which is spaced apart from the input shaft 2 in the axial direction and is integrally fitted onto the input shaft 2 in the axial and rotational directions.
A cylindrical member 11 made of a non-magnetic material and rotatable relative to the input shaft 2 is disposed between the input shaft 2 and the input shaft 2 .
フランジ部9及び10の外周面には、周方向に等間隔に
散在した複数の突起9a及び10aが設けられていて、
これら突起9a及び10aは、同寸法であるか、それら
の一部分を展開した第3図に示すように、突起9a、9
a間に突起10aか対向し、突起10a、10a間に突
起9aか対向するように、半ピツチずれて配置されてい
る。The outer peripheral surfaces of the flange parts 9 and 10 are provided with a plurality of protrusions 9a and 10a scattered at equal intervals in the circumferential direction,
These protrusions 9a and 10a are of the same size, or as shown in FIG.
The protrusions 10a are placed opposite to each other between the protrusions a, and the protrusions 9a are placed opposite to each other between the protrusions 10a and 10a.
なお、入力軸2と円筒部材11との間の隙間及び円筒部
材11とフランジ部9.10との間の隙間は、比較的狭
く、20μm〜30μm程度に調整されている。Note that the gap between the input shaft 2 and the cylindrical member 11 and the gap between the cylindrical member 11 and the flange portion 9.10 are relatively narrow, and are adjusted to about 20 μm to 30 μm.
そして、円筒部材11には、一端側が接触しないように
充分な隙間を持ってフランジ部9を貫通して出力軸3の
角溝3Cに緩く挿入され且つ入力軸2と平行な円柱形の
シャフト12が圧入されている。A cylindrical shaft 12 is attached to the cylindrical member 11 and is inserted loosely into the square groove 3C of the output shaft 3, passing through the flange portion 9 with a sufficient gap so that one end side does not come into contact with the cylindrical member 11, and parallel to the input shaft 2. is press-fitted.
ここで、シャフト12と角溝3cとは、出力軸3の回転
方向には一体であるか、シャフト12の軸方向には、緩
く挿入されていることから、比較的小さな力で相対変位
か可能となっている。Here, the shaft 12 and the square groove 3c are either integral in the rotational direction of the output shaft 3 or loosely inserted in the axial direction of the shaft 12, so that relative displacement can be achieved with a relatively small force. It becomes.
また、円筒部材11の外周面には、磁性体製のリング1
3か回転方向及び軸方向に一体に外嵌している。Further, a ring 1 made of a magnetic material is provided on the outer peripheral surface of the cylindrical member 11.
3 are integrally fitted externally in the rotational and axial directions.
このリング13のフランジ9側を向く端面には複数の突
起13aが、フランジ10側を向く端面には複数の突起
13bか、周方向に等間隔に散在して構成されていて、
これら突起1’3a及び13bは、第3図に示すように
、同寸法で且つ同ピツチであって、入力軸2及び出力軸
3間に相対回転が生じていない時に、突起9aと突起1
3aとのラップ量S1と、突起10aと突起13bとの
ラップ量S2とが、それぞれ50%になるように配置さ
れている。The ring 13 has a plurality of protrusions 13a on the end face facing the flange 9 side, and a plurality of protrusions 13b on the end face facing the flange 10 side, which are scattered at equal intervals in the circumferential direction.
As shown in FIG. 3, these protrusions 1'3a and 13b have the same size and pitch, and when there is no relative rotation between the input shaft 2 and the output shaft 3, the protrusions 9a and 1'
The arrangement is such that the amount of overlap S1 between the protrusion 10a and the protrusion 13b is 50%, and the amount S2 of overlap between the protrusion 10a and the protrusion 13b is 50%.
なお、突起9aと突起13aとの隙間G1と、突起10
aと突起13bとの隙間G2とは、同じ距離であって、
比較的広く、0.3M〜0.6エ程度に調整されている
。Note that the gap G1 between the protrusion 9a and the protrusion 13a and the protrusion 10
The gap G2 between a and the protrusion 13b is the same distance,
It is relatively wide and is adjusted to about 0.3M to 0.6E.
また、ハウジング1の内周面であって、フランジ部9.
lO及び円筒部材11を取り囲む部分には、磁性体から
なる円筒形のホルダー15が埋設されていて、このホル
ダー15には、入力軸2側が開口し且つ隙間G+、G2
を取り囲む二つの周溝15a、15bか形成され、さら
に、その周溝15a及び15bのそれぞれには、同一規
格のコイル16.17が収納されている。Further, the inner circumferential surface of the housing 1 and the flange portion 9.
A cylindrical holder 15 made of a magnetic material is embedded in a portion surrounding IO and the cylindrical member 11, and this holder 15 has an opening on the input shaft 2 side and has gaps G+ and G2.
Two circumferential grooves 15a and 15b are formed surrounding the circumferential grooves 15a and 15b, and coils 16 and 17 of the same standard are housed in each of the circumferential grooves 15a and 15b.
コイル16及び17は、これらコイル16及び17に誘
導される起電力の差を演算し、その演算結果に基づいて
入力軸2及び出力軸3に伝達されるトルクを求め、その
求められたトルクが減少するように、例えばラック軸8
に連結された電動モータ等からなる操舵補助力付与装置
に制御信号を出力するコントローラに接続されている。The coils 16 and 17 calculate the difference between the electromotive forces induced in these coils 16 and 17, calculate the torque transmitted to the input shaft 2 and the output shaft 3 based on the calculation result, and calculate the torque transmitted to the input shaft 2 and the output shaft 3. For example, the rack axis 8
The steering wheel is connected to a controller that outputs a control signal to a steering assist force applying device comprising an electric motor or the like connected to the steering wheel.
第4図は、コントローラ内に構成され、コイル16及び
17に誘導される起電力の差に基づいてトルクを求める
回路の一例を示す図であり、同図に示すように、コイル
16及び17の一端側を接続するとともにそれらの他端
側を抵抗値の等しい二つの抵抗R1及びR2を介して接
続したブリッジ回路20と、このブリッジ回路20に所
定周波数の交流電流を供給する発振器21と、コイル1
6及び抵抗8.間が反転入力端子に接続され且つコイル
17及び抵抗R2間が非反転入力端子に接続された差動
増幅器22と、コイル16及び抵抗R1間が非反転入力
端子に接続され且つ接地が反転入力端子に接続されたコ
ンパレータ23と、差動増幅器22の出力端子と差動増
幅器24の非反転入力端子との間に介在し且つコンパレ
ータ23の出力に応じてオン又はオフとなるアナログス
イッチ25と、差動増幅器22の出力端子と差動増幅器
24の反転入力端子との間に介在し且つコンパレータ2
3の出力をインバータ27において反転した値に応じて
オン又はオフとなるアナログスイッチ26と、差動増幅
器24の出力を平滑化する平滑回路28と、を備えてい
る。FIG. 4 is a diagram showing an example of a circuit that is configured in the controller and calculates torque based on the difference between the electromotive forces induced in the coils 16 and 17. A bridge circuit 20 whose one end is connected and whose other end is connected via two resistors R1 and R2 having the same resistance value, an oscillator 21 that supplies an alternating current of a predetermined frequency to this bridge circuit 20, and a coil. 1
6 and resistance 8. A differential amplifier 22 is connected between the coil 16 and the resistor R1 to the non-inverting input terminal, and the coil 17 and the resistor R2 is connected to the non-inverting input terminal, and the ground is the inverting input terminal. a comparator 23 connected to the differential amplifier 23; The comparator 2 is interposed between the output terminal of the dynamic amplifier 22 and the inverting input terminal of the differential amplifier 24.
The analog switch 26 is turned on or off depending on the value obtained by inverting the output of the differential amplifier 24 by the inverter 27, and the smoothing circuit 28 smoothes the output of the differential amplifier 24.
次に、本実施例の動作を説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.
今、操舵系が直進状態にあり、操舵トルクが零であるも
のとすると、入力軸2及び出力軸3間には相対回転は生
じないから、入力軸2と回転方向に一体となったフラン
ジ部9.10と、出力軸3の回転力がシャフト12を介
して伝達される円筒部材11. リング13との間に
も相対回転は生じない。従って、突起9aと突起13a
とのラップ量S1と、突起10aと突起13bとのラッ
プ量S2とは、それぞれ50%の状態を維持するから、
コイル16の自己インダクタンスL1と、コイル17の
自己インダクタンスL2とは等しい。Now, assuming that the steering system is moving straight and the steering torque is zero, there is no relative rotation between the input shaft 2 and the output shaft 3. 9.10, and a cylindrical member 11 to which the rotational force of the output shaft 3 is transmitted via the shaft 12. No relative rotation occurs with the ring 13 either. Therefore, the protrusion 9a and the protrusion 13a
Since the overlap amount S1 between the projection 10a and the projection 13b and the overlap amount S2 between the projection 10a and the projection 13b each maintain a state of 50%,
The self-inductance L1 of the coil 16 and the self-inductance L2 of the coil 17 are equal.
一方、ステアリングホイールを操舵して入力軸2に回転
力が生じると、その回転力は、トーションバー4を介し
て出力軸3に伝達する。On the other hand, when a rotational force is generated on the input shaft 2 by steering the steering wheel, the rotational force is transmitted to the output shaft 3 via the torsion bar 4.
このとき、出力軸3には、転舵輪及び路面間の摩擦力や
、ラックピニオン式ステアリング装置の摩擦力等に応じ
た抵抗力が生じるため、入力軸2及び出力軸3間には、
トーションバー4が捩じれることによって、出力軸3側
か遅れる相対回動が発生する。At this time, a resistance force is generated on the output shaft 3 according to the frictional force between the steered wheels and the road surface, the frictional force of the rack and pinion type steering device, etc., so between the input shaft 2 and the output shaft 3,
When the torsion bar 4 is twisted, a delayed relative rotation occurs on the output shaft 3 side.
すると、入力軸2と一体に回動するフランジ部9.10
間において、出力軸3の回転力がシャフト12を介して
伝達される円筒部材11が回転方向に変位するため、リ
ング13も回転方向に変位し、ラップ量S1及びS2が
変化する。Then, the flange portion 9.10 that rotates together with the input shaft 2
During this period, the cylindrical member 11 to which the rotational force of the output shaft 3 is transmitted via the shaft 12 is displaced in the rotational direction, so the ring 13 is also displaced in the rotational direction, and the wrap amounts S1 and S2 change.
このとき、第3図に示すように、突起9a及び10aを
半ピツチずらして配置しているため、これらの間でリン
グ13が回転方向に変位すると、ラップ量S1及びS2
の一方は増大し、他方は減少し、その増減に従ってコイ
ル16及び17の自己インダクタンスL1及びR2が互
いに逆方向に増減する。At this time, as shown in FIG. 3, since the protrusions 9a and 10a are arranged half a pitch apart, when the ring 13 is displaced in the rotational direction between them, the overlap amounts S1 and S2
One increases and the other decreases, and in accordance with this increase and decrease, the self-inductances L1 and R2 of the coils 16 and 17 increase and decrease in opposite directions.
ここで、例えば右回転方向のトルクか発生しているとき
にラップ量Slが増大しラップ量S2が減少するととも
に、左回転方向のトルクが発生している生きにラップ量
Slが減少しラップ量S2が増大するように構成してい
るものとすると、自己インダクタンスし、及びR2は、
第5図に示すように、トルクが零の時点で交差する正反
対の特性となる。Here, for example, when torque in the clockwise rotation direction is generated, the wrap amount Sl increases and the wrap amount S2 decreases, and when torque in the counterclockwise rotation direction is generated, the wrap amount Sl decreases and the wrap amount Assuming that S2 is configured to increase, the self-inductance and R2 are
As shown in FIG. 5, the characteristics are exactly opposite and intersect when the torque is zero.
第7図乃至第9図は、第4図に示す回路の内部及び出力
の波形を示すグラフであり、第7図は左回転方向の操舵
トルクが生じている場合の波形図、蛸8図はトルクが零
である場合の波形図、第9図は右回転方向の操舵トルク
か生じている場合の波形図である。Figures 7 to 9 are graphs showing the internal and output waveforms of the circuit shown in Figure 4. Figure 7 is a waveform diagram when steering torque is generated in the left rotation direction, and Figure 8 is a waveform diagram when a steering torque is generated in the left rotation direction. FIG. 9 is a waveform diagram when the torque is zero, and FIG. 9 is a waveform diagram when a steering torque in the clockwise rotation direction is generated.
ここで、操舵トルクか零であるものとすると、上述した
ように、コイル16及び17の自己インダクタンスL1
及びR2は等しいから、発振器21の出力電圧Vがブリ
ッジ回路20に供給されても、コイル16及び17に誘
導される起電力は等しく、よって、第8図に示すように
、抵抗R2及びコイル17間の電圧VAと、抵抗R1及
びコイル16間の電圧V、とは等しい。Here, assuming that the steering torque is zero, as described above, the self-inductance L1 of the coils 16 and 17
and R2 are equal, even if the output voltage V of the oscillator 21 is supplied to the bridge circuit 20, the electromotive force induced in the coils 16 and 17 is equal, and therefore, as shown in FIG. The voltage VA between them and the voltage V between the resistor R1 and the coil 16 are equal.
従って、差動増幅器22の出力電圧v6は零であり、そ
の他の回路の作用に関係な(、平滑回路28の出力電圧
v1は零となって、操舵トルクは零であると判断される
。Therefore, the output voltage v6 of the differential amplifier 22 is zero, and it is determined that the output voltage v1 of the smoothing circuit 28 is zero and the steering torque is zero, regardless of the effects of other circuits.
その結果、コントローラは、ラック軸8に操舵補助トル
クを付与する操舵補助力付与装置を作動させないから、
操舵補助トルクは発生せず、操舵系は直進状態を維持す
る。As a result, the controller does not operate the steering assist force applying device that applies steering assist torque to the rack shaft 8.
No steering assist torque is generated, and the steering system maintains a straight-ahead state.
一方、操舵系に左回転方向の操舵トルクか発生している
ものとすると、上述したように、第5図に示す特性に従
ってコイル16の自己インダクタンスL1は減少し、且
つ、コイル17の自己インダクタンスL2は増加するか
ら、第7図に示すように、発振器21の出力電圧Vかブ
リッジ回路20に供給されると、コイル17に誘導され
る起電力は大きくなり、且つ、コイル16に誘導される
起電力は小さくなり、その結果、電圧VAの振幅は増大
し、電圧v8の振幅は小さくなる。On the other hand, assuming that a steering torque in the left rotation direction is generated in the steering system, as described above, the self-inductance L1 of the coil 16 decreases according to the characteristics shown in FIG. 5, and the self-inductance L2 of the coil 17 decreases. As shown in FIG. 7, when the output voltage V of the oscillator 21 is supplied to the bridge circuit 20, the electromotive force induced in the coil 17 increases, and the electromotive force induced in the coil 16 increases. The power becomes smaller, so that the amplitude of voltage VA increases and the amplitude of voltage v8 becomes smaller.
また、コンパレータ23の出力電圧V。は、電圧VBと
同相の矩形波となり、インバータ27の出力電圧Vゎは
、電圧vllと逆相の矩形波となるから、アナログスイ
ッチ25は、電圧VIlの極性か正であるときにのみオ
ンとなり、アナログスイッチ26は電圧VBの極性が負
であるときにのみオンとなる。Also, the output voltage V of the comparator 23. is a rectangular wave that is in phase with the voltage VB, and the output voltage V of the inverter 27 is a rectangular wave that is in opposite phase to the voltage vll, so the analog switch 25 is turned on only when the polarity of the voltage VIl is positive. , analog switch 26 is turned on only when the polarity of voltage VB is negative.
つまり、電圧V、の極性か正であるときには、差動増幅
器22の出力電圧V。は差動増幅器24の非反転入力端
子に供給されるから、差動増幅器24の出力電圧V。は
電圧■8と同相であり、電圧V、の極性か負であるとき
には、差動増幅器22の出力電圧V6は差動増幅器24
の反転入力端子に供給されるから、差動増幅器24の出
力電圧v)Iは電圧V、と逆相となる。That is, when the polarity of the voltage V is positive, the output voltage V of the differential amplifier 22. is supplied to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 24, so the output voltage V of the differential amplifier 24. is in phase with the voltage V8, and when the polarity of the voltage V is negative, the output voltage V6 of the differential amplifier 22 is in phase with the differential amplifier 24.
Since the output voltage (v)I of the differential amplifier 24 is supplied to the inverting input terminal of the differential amplifier 24, the output voltage (v)I of the differential amplifier 24 has an opposite phase to the voltage V.
従って、左回転方向の操舵トルクか発生しているときに
は、電圧V、の負側に現れる信号が差動増幅器24にお
いて反転されるため、第7図に示すように、差動増幅器
24の出力電圧v8は、正側にのみ現れる。Therefore, when a steering torque in the counterclockwise direction is generated, the signal appearing on the negative side of the voltage V is inverted in the differential amplifier 24, so that the output voltage of the differential amplifier 24 as shown in FIG. v8 appears only on the positive side.
よって、差動増幅器24の出力をそのまま平滑回路28
で平滑化すれば、その出力電圧V1は、第7図に示すよ
うに、正の値となる。Therefore, the output of the differential amplifier 24 is directly transmitted to the smoothing circuit 28.
When smoothed by , the output voltage V1 becomes a positive value as shown in FIG.
また、操舵系に右回転方向の操舵トルクが発生している
場合には、第5図の特性に従って、コイル16の自己イ
ンダクタンスL1か増大し、且つ、コイル17の自己イ
ンダクタンスL2か減少するから、第9図に示すように
、電圧VAの振幅は小さく、電圧Vsの振幅は大きくな
る。Furthermore, when a steering torque in the clockwise direction is generated in the steering system, the self-inductance L1 of the coil 16 increases and the self-inductance L2 of the coil 17 decreases according to the characteristics shown in FIG. As shown in FIG. 9, the amplitude of voltage VA is small and the amplitude of voltage Vs is large.
この場合であっても、コンパレータ23の出力電圧V。Even in this case, the output voltage V of the comparator 23.
は、電圧v8と同相の矩形波となり、インバータ27の
出力電圧V、は、電圧v8と逆相の矩形波となるから、
アナログスイッチ25は、電圧VBの極性が正であると
きにのみオンとなり、アナログスイッチ26は電圧VB
の極性が負であるときにのみオンとなるが、この場合の
差動増幅器22の出力電圧vl:は、電圧vA及びV、
の振幅が上記のような関係にあるため、左回転方向のト
ルクか発生している場合の電圧V、(第7図参照)と逆
相の値となる。is a rectangular wave that is in phase with the voltage v8, and the output voltage V of the inverter 27 is a rectangular wave that is in opposite phase to the voltage v8.
The analog switch 25 is turned on only when the polarity of the voltage VB is positive, and the analog switch 26 is turned on only when the polarity of the voltage VB is positive.
is turned on only when the polarity of is negative, but in this case the output voltage vl of the differential amplifier 22 is the voltage vA and V,
Since the amplitudes of V have the above-mentioned relationship, the voltage V (see FIG. 7) has a value opposite in phase to the voltage V when torque in the counterclockwise direction is generated (see FIG. 7).
従って、電圧V、の正側に現れる信号か差動増幅器24
において反転されるため、差動増幅器24の出力電圧は
、第9図に示すように、負側にのみ現れる。Therefore, if the signal appearing on the positive side of the voltage V, the differential amplifier 24
9, the output voltage of the differential amplifier 24 appears only on the negative side, as shown in FIG.
よって、差動増幅器24の出力をそのまま平滑回路28
で平滑化すれば、その出力電圧V1は、第9図に示すよ
うに、負の値となる。Therefore, the output of the differential amplifier 24 is directly transmitted to the smoothing circuit 28.
When smoothed by , the output voltage V1 becomes a negative value as shown in FIG.
そして、コントローラは、平滑回路28の出力電圧V1
が零でなければ、その値は操舵トルクに比例した値であ
ることから、その値に基づいて操舵トルクか減少するよ
うに操舵補助力付与装置に制御信号を出力する。Then, the controller outputs the output voltage V1 of the smoothing circuit 28.
If it is not zero, the value is proportional to the steering torque, and therefore a control signal is output to the steering assist force applying device so that the steering torque is reduced based on that value.
すると、操舵系には、操舵トルクに応じた操舵補助トル
クか付与されたことになるから、操舵トルクは減少し、
操縦者の負担が軽減される。Then, since a steering assist torque corresponding to the steering torque is applied to the steering system, the steering torque decreases.
The burden on the operator is reduced.
そして、コイル16及び17の自己インダクタンスL1
及びL2の差は、第6図に示すように、コイル16又は
17の自己インダクタンスし、及びL2の傾き(第5図
参照)に比べて倍の傾きとなるから、本実施例のように
、コイル16及び17に誘導される起電力で決まる電圧
vA及びV。And the self-inductance L1 of the coils 16 and 17
As shown in FIG. 6, the difference between L2 and L2 is due to the self-inductance of the coil 16 or 17, and the slope is twice the slope of L2 (see FIG. 5), so as in this embodiment, Voltages vA and V determined by the electromotive force induced in the coils 16 and 17.
の差を求める差動増幅器22の出力に基づいてトルクを
演算すれば、微小なトルクの変化が高精度に求められる
。By calculating the torque based on the output of the differential amplifier 22, which calculates the difference between the two, minute changes in torque can be determined with high precision.
その結果、トーションバー4を捩じれ易くすることなく
、即ち、装置の大型化や、入力軸2及び出力軸3間のト
ルク伝達特性の低下等を招くことなく、測定精度を向上
させることができる。換言すれば、従来の装置と同等の
精度を、トーションバー4の短い小型の装置で実現でき
ることにもなる。As a result, measurement accuracy can be improved without making the torsion bar 4 easy to twist, that is, without increasing the size of the device or deteriorating the torque transmission characteristics between the input shaft 2 and the output shaft 3. In other words, the same accuracy as the conventional device can be achieved with a small device with a short torsion bar 4.
また、自己インダクタンスL1及びL2の差を求めてい
るため、例えば、コイル16及び17の周囲の温度が変
動したり、或いは種々のノイズが発生して、それら自己
インダクタンスL1及びL2にトルクに無関係な変動が
生じても、それらは自己インダクタンスL1及びL2で
同じ方向に表れるから、それらの差を求めると相殺され
、最終的な測定値から除去されることになる。つまり、
温度補償が行われるとともに、ノイズにも強い装置とな
る。Furthermore, since the difference between the self-inductances L1 and L2 is calculated, for example, the temperature around the coils 16 and 17 may fluctuate, or various noises may occur, resulting in changes in the self-inductances L1 and L2 that are unrelated to the torque. Even if fluctuations occur, they appear in the same direction in the self-inductances L1 and L2, so when their difference is determined, they are canceled out and removed from the final measurement. In other words,
In addition to temperature compensation, the device is also resistant to noise.
さらに、シャフト12と角溝3cとの軸方向の結合力を
なくし若しくは小さくし、且つ、円筒部材1.1を微小
な隙間をもって入力軸2に外嵌させているため、例えば
入力軸2に軸方向の力が加わっても、その力は、シャフ
ト12が角溝3C内で進退することにより吸収されるの
で、円筒部材11にはその軸方向の力の影響は伝達され
ず、円筒部材11は、フランジ部9及び10間で適切な
軸方向位置を維持する。Furthermore, since the axial coupling force between the shaft 12 and the square groove 3c is eliminated or reduced, and the cylindrical member 1.1 is fitted onto the input shaft 2 with a small gap, for example, Even if a directional force is applied, the force is absorbed by the shaft 12 moving back and forth within the square groove 3C, so the influence of the axial force is not transmitted to the cylindrical member 11, and the cylindrical member 11 , maintaining proper axial position between the flanges 9 and 10.
つまり、本実施例の構成であれば、軸方向の力が加わっ
て、入力軸2及び出力軸3間の軸方向の相対位置が変化
しても、測定結果に影響は与えられず、トルクのみに応
じた出力が得られる。In other words, with the configuration of this embodiment, even if an axial force is applied and the relative axial position between the input shaft 2 and the output shaft 3 changes, the measurement results are not affected, and only the torque is applied. You can get output according to the
また、円筒部材11か軸方向に変位しなければ、円筒部
材11とフランジ部9.10との間の摩擦抵抗も初期の
状態から変動することもないから、摩擦力増大による高
熱の発生や、シャフト12に加わる負担が増大してその
耐久性が低下してしまうような不具合もない。Furthermore, unless the cylindrical member 11 is displaced in the axial direction, the frictional resistance between the cylindrical member 11 and the flange portion 9.10 will not change from its initial state, so high heat may be generated due to increased frictional force. There is no problem that the load applied to the shaft 12 increases and its durability deteriorates.
そして、本実施例では、第4図に示すように、電圧VB
の位相に応じて差動増幅器22の出力を同相又は逆相に
した信号に基づいてトルクを求めているため、整流器や
電流ブーストが不要であるから、回路構成が単純となっ
て、高精度のトルク測定が可能となる。In this embodiment, as shown in FIG.
Because the torque is determined based on the signal that makes the output of the differential amplifier 22 in-phase or out-of-phase depending on the phase of the Torque measurement becomes possible.
ここで、本実施例では、コイル16が第1のコイルに対
応し、コイル17が第2のコイルに対応し、抵抗R1l
R21ブリッジ回路20及び発振器21によって起電
力誘導手段が構成され、差動増幅器22が差値演算手段
に対応し、コンパレータ23.差動増幅器24.アナロ
グスイッチ25゜26、インバータ27によって位相切
換手段が構成され、平滑回路28がトルク演算手段に対
応する。Here, in this embodiment, the coil 16 corresponds to the first coil, the coil 17 corresponds to the second coil, and the resistor R1l
The R21 bridge circuit 20 and the oscillator 21 constitute an electromotive force induction means, the differential amplifier 22 corresponds to a difference value calculation means, and the comparators 23 . Differential amplifier 24. The analog switches 25 and 26 and the inverter 27 constitute phase switching means, and the smoothing circuit 28 corresponds to torque calculation means.
なお、上記実施例では、本発明に係るトルクセンサを、
車両用のパワーステアリング装置に適用した場合につい
て説明したが、本発明の適用対象はこれに限定されるも
のではない。In addition, in the above embodiment, the torque sensor according to the present invention is
Although the case where the present invention is applied to a power steering device for a vehicle has been described, the present invention is not limited to this.
また、上記実施例では、入力軸2及び出力軸3間の相対
回転に応じてコイル16及び17の自己インダクタンス
を増減させる形式のトルクセンサに本発明を適用した場
合について説明したか、これに限定されるものではなく
、励磁コイルと、2つの検出コイルとを備え、入力軸2
及び出力軸3間の相対回転に応じてそれら励磁コイル及
び検出コイル間の相互インダクタンスを増減させる形式
のトルクセンサであっても構わない。Furthermore, in the above embodiment, the present invention is applied to a torque sensor of a type that increases or decreases the self-inductance of the coils 16 and 17 according to the relative rotation between the input shaft 2 and the output shaft 3, or is limited to this. The input shaft 2 is equipped with an excitation coil and two detection coils.
The torque sensor may be of a type that increases or decreases the mutual inductance between the excitation coil and the detection coil in accordance with the relative rotation between the output shaft 3 and the output shaft 3.
以上説明したように、本発明にあっては、第1及び第2
のコイルに誘導される起電力の差を演算するとともに、
その演算結果を、第1のコイルに誘導される起電力の極
性に応じて同相又は逆相とし、その位相変換した信号に
基づいてトルクを求める構成であるため、回路構成が単
純になり、測定精度が向上するという効果がある。As explained above, in the present invention, the first and second
In addition to calculating the difference in the electromotive force induced in the coil,
The calculation result is set to be in phase or out of phase depending on the polarity of the electromotive force induced in the first coil, and the torque is determined based on the phase-converted signal, which simplifies the circuit configuration and enables measurement. This has the effect of improving accuracy.
第1図は本発明の一実施例の構成を示す断面図、第2図
は第1図のA−A線断面図、第3図はコイルのインダク
タンスを変化させる部分の展開図、第4図はコイルに誘
導される起電力を測定する回路の一例を示す回路図、第
5図はトルクとコイルの自己インダクタンスとの関係を
示すグラフ、第6図はトルクと自己インダクタンスの差
との関係を示すグラフ、第7図は左回転方向のトルクが
発生している時の波形図、第8図はトルクが零の時の波
形図、第9図は右回転方向のトルクが発生している時の
波形図である。
2・・・入力軸(第1の回転軸)、3・・・出力軸(第
2の回転軸)、4・・・トーションバー(弾性部材)、
16・・・コイル(第1のコイル)、17・・・コイル
(第2のコイル)、20・・・ブリッジ回路、21・・
・発振器、22・・・差動増幅器(差値演算手段)、2
3・・・コンパレータ、24・・・差動増幅器、25,
26・・・アナログスイッチ、27・・・インバータ、
28・・・平滑回路Fig. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A in Fig. 1, Fig. 3 is a developed view of the part that changes the inductance of the coil, and Fig. 4 is a circuit diagram showing an example of a circuit for measuring the electromotive force induced in a coil, Fig. 5 is a graph showing the relationship between torque and self-inductance of the coil, and Fig. 6 is a graph showing the relationship between torque and the difference in self-inductance. Figure 7 is a waveform diagram when torque is generated in the counterclockwise rotation direction, Figure 8 is a waveform diagram when torque is zero, and Figure 9 is a waveform diagram when torque is generated in the clockwise rotation direction. FIG. 2... Input shaft (first rotating shaft), 3... Output shaft (second rotating shaft), 4... Torsion bar (elastic member),
16... Coil (first coil), 17... Coil (second coil), 20... Bridge circuit, 21...
- Oscillator, 22... Differential amplifier (difference value calculation means), 2
3... Comparator, 24... Differential amplifier, 25,
26...analog switch, 27...inverter,
28...Smoothing circuit
Claims (1)
ら第1及び第2の回転軸を連結する弾性部材と、前記第
1及び第2の回転軸間の相対回転に応じて互いに逆方向
にインダクタンスが増減する第1及び第2のコイルと、
これら第1及び第2のコイルに起電力を誘導させる起電
力誘導手段と、前記第1及び第2のコイルに誘導される
起電力の差を求める差値演算手段と、この差値演算手段
の演算結果を前記第1のコイルに誘導される起電力の極
性が正及び負の一方であるときには同相のまま出力し且
つ正及び負の他方であるときには逆相にして出力する位
相切換手段と、この位相切換手段の出力に基づいて前記
第1及び第2の回転軸に伝達されたトルクを演算するト
ルク演算手段と、を備えたことを特徴とするトルクセン
サ。(1) First and second rotating shafts disposed coaxially, an elastic member connecting these first and second rotating shafts, and an elastic member that responds to the relative rotation between the first and second rotating shafts. first and second coils whose inductance increases and decreases in opposite directions;
an electromotive force inducing means for inducing an electromotive force in the first and second coils; a difference value calculation means for calculating the difference between the electromotive forces induced in the first and second coils; a phase switching means that outputs the calculation result in the same phase when the polarity of the electromotive force induced in the first coil is one of positive and negative, and outputs the calculation result in the opposite phase when the polarity of the electromotive force induced in the first coil is the other; A torque sensor comprising: torque calculation means for calculating torques transmitted to the first and second rotating shafts based on the output of the phase switching means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28434690A JPH04160331A (en) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | torque sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28434690A JPH04160331A (en) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | torque sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04160331A true JPH04160331A (en) | 1992-06-03 |
Family
ID=17677392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28434690A Pending JPH04160331A (en) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | torque sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04160331A (en) |
-
1990
- 1990-10-24 JP JP28434690A patent/JPH04160331A/en active Pending
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