JPH04191630A - 磁歪式トルクセンサ - 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、例えば自動車用エンジンの出力軸等に発生す
るトルクを検出するのに好適に用いられる磁歪式トルク
センサに関する。

［従来の技術］ 自動変速機構を備えたオートマチック車等では、例えば
自動変速機構による変速タイミングを適性化するために
、プロペラシャフト等にトルクセンサを取付けるように
することが提案されているそこで、第４図ないし第６図
にこの種の従来技術によるトルクセンサとして、４コイ
ル型の磁歪式センサを例に挙げて示す。

図において、１はトルクセンサ本体を構成するケーシン
グを示し、該ケーシング１は鉄等の磁性材料により段付
筒状に形成され、後述の検出コイル７〜１０に対するコ
ア（鉄心）を兼用するようになっている。そして、該ケ
ーシング１は外周面にメツキ処理等が施され、車両のボ
ディ（図示せず）等に位置決めされるようになっている
。２はケーシングｌ内に軸受３，３を介して回転自在に
配設された磁歪シャフトを示し、該磁歪シャフト２は、
例えばクロムモリブデン鋼等の磁歪材料によって形成さ
れ、プロペラシャフト（図示せず）の途中等に一体回転
するように連結されている。

そして、該磁歪シャフト２の外周面には軸方向中間部位
に位置して、例えば下向き４５°、上向き４５°の角度
をもって斜めに伸びるスリット溝４．５がそれぞれ刻設
されている。

６はケーシングｌと磁歪シャフト２との間に位置して、
ケーシング１の内周面に固着されたコイルボビンを示し
、該コイルボビン６は絶縁性の樹脂材料を用いて段付円
筒状に形成され、磁歪シャフト２の外周側を囲繞するよ
うになっている。そして、該コイルボビン６の外周側に
は軸方向に所定間隔をもって径方向外向きに突出する環
状の突部６Ａ、６Ｂ、６Ｃ，６Ｄ、６Ｅが形成され、該
突部６Ａ〜６Ｅの外周面はケーシング１の内周面に嵌合
するようになっている。

７．８，９．１０はコイルボビン６の突部６Ａ、６Ｂ、
　６Ｃ，６Ｄ、６Ｂ間に位置して、該コイルボビン６に
それぞれ巻回された検出コイルを示し、該検出コイル７
．８，９．１０は第５図に示す如くその自己インダクタ
ンスがＬ＋　、　Ｌ２　、　Ｌ３、Ｌ４となり、検出コ
イル７．８は検出コイル９．１０にそれぞれ接続されて
いる。そして、該検出コイル７〜１０のうち、検出コイ
ル８，９は磁歪シャフト２のスリット溝４．５と径方向
で対向するように配設され、検出コイル７．１０は検出
コイル８，９による出力の温度補償を行うようになって
いる。

また、第５図は検出回路を示し、該検出回路はブリッジ
回路１１．交流電源１２および差動増幅器１３等から構
成されている。ここで、ブリッジ回路１１は検出コイル
７〜１０、検出コイル７〜１０の鉄損および直流抵抗分
子、ｒ、固定抵抗Ｒ１Ｒおよび電圧調整抵抗Ｒ８をもっ
て図示のブリッジとして結線され、接続点ａ、ｂ間は周
波数ｆ、電圧Ｖの交流電源１２と接続され、接続点Ｃ９
ｄは検出コイル７〜ｌＯの出力電圧Ｖ、、Ｖ、を導出す
る出力端子となって差動増幅器１３の入力−側に接続さ
れ、該差動増幅器１３の出力端子１４からは第４図中に
示す矢示Ｔ方向のトルクに対応したセンサ出力電圧Ｅ。

が出力されるようになっている。なお、電圧調整抵抗Ｒ
６は磁歪シャフト２に作用する矢示Ｔ方向のトルクが零
のときに出力電圧Ｅ０が零となるように調整される。

このように構成される４コイル型の磁歪式トルクセンサ
では、交流電源１２の電圧Ｖを検出コイル７〜１０に印
加すると、磁歪シャフト２には外周面に斜め４５°の方
向にスリット溝４．５が形成されているから、該スリッ
ト溝４．５に沿って表面磁界による磁路が形成される。

一方、磁歪シャフト２に第４図中の矢示Ｔ方向のトルク
が作用すると、スリット溝４には引張り応力子〇が発生
し、スリット溝５には圧縮応力−σが発生するから、磁
歪シャフト２を正の磁歪材によって形成している場合に
は、引張り応力＋σにより透磁率μが増加し、圧縮応力
−〇により透磁率μが減少する。

ここで、検出コイル７．８，９．１０の自己インダクタ
ンスＬ＋　、Ｌｘ　、Ｌ！　、Ｌ４は、ただし、μ：透
磁率 Ｎ：コイル巻線数 Ｓ：磁路断面積 β：磁路平均長さ なる自己インダクタンスＬの式から求められ、ブリッジ
回路１１においてＬ＋　＋、　Ｌ　ｓ　１　ｒはＲに、
Ｌ　”　＋　Ｌ　４１　ｒはＲにそれぞれ直列接続され
ているから、検出コイル７〜ｌＯを流れる電流Ｌｌ。

１２の振幅ｉｏ＋１１６２は、 となる。また、接続点ｃ、ｄの出力電圧Ｖ、、Ｖ２は、
′ となり、差動増幅器１３の出力端子１４から出力される
センサ出力電圧Ｅ。は、増幅率をＡとすると、 Ｅｏ＝ＡＸ（Ｖ、　　Ｖ２　）−（４）となる。

か（して、磁歪シャフト２に矢示Ｔ方向のトルクを加え
た場合、スリット溝４側では引張り応力＋σにより透磁
率μが増加するから、該スリット溝４に対向する検出コ
イル８は自己インダクタンスＬ２が前記（１）式に基づ
いて増大し、該検出コイル８を流れる電流１２の振幅Ｌ
ｏｔは前記（２）式に基づき減少し、前記（３）式に基
づき出力電圧Ｖ２が減少する。また、スリット溝５側で
は圧縮応力−〇により透磁率μが減少するから、該スリ
ット溝５に対向する検出コイル９は自己インダクタンス
Ｌ３が減少し、該検出コイル９を流れる電流１１の振幅
Ｔｏ＋は増加し、出力電圧■１が増加する。さらに、出
力電圧Ｖ＋、Ｖ２の位相α１、α２は前記（１）、（３
）式により透磁率μの変化に基づき、位相差を生じさせ
るから、この位相差によっても前記（４）によるセンサ
出力電圧Ｅ。

は比較的大きな振幅（電圧値）となり、前記矢示Ｔ方向
のトルクに比例した検出信号をセンサ出力電圧Ｅ。とし
て出力することができる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述した従来技術では、磁歪材料からなる磁
歪シャフト２を車両の駆動軸としてのプロペラシャフト
途中等に設け、磁歪シャフト２に作用する捩りモーメン
トとしてのトルクを検出コイル８．９からの出力電圧Ｖ
ｌ、Ｖ２の差として取出すようにしている。しかし、検
出コイル７〜１０は磁歪シャフト２の軸方向に隣接して
配設され、該検出コイル７〜１０が形成する磁界は磁歪
シャフト２の表面およびケーシング１を経由してそれぞ
れ隣接する磁気回路を形成しているから、それぞれの磁
界が互いに影響し合うことがある。

このため、従来技術では第６図中に例示すように、検出
コイル９が形成する磁界の磁力線Ｂは、その一部が矢印
Ｃの如く、磁歪シャフト２の表面を経て隣接する検出コ
イル８の作る磁力線Ａに及ぶため、検出コイル８の自己
インダクタンスＬ２の変化と検出コイル９の自己インダ
クタンスＬ３の変化とが互いに影響し合い、トルク検出
性能が低下するという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので
、本発明は各検出コイルが磁歪シャフトとの間に形成す
る磁路な効果的に分離することができ、トルク検出性能
を向上できるようにした磁歪式トルクセンサを提供する
ことを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上述した課題を解決するために本発明が採用する構成の
特徴は、磁歪シャフトの外周面には、各検出コイル間と
対向する位置に環状溝を全周に亘って形成したことにあ
る。

［作用］ 上記構成により、磁歪シャフトの外周に設けた環状溝に
よって磁気抵抗が形成され、各検出コイルによって形成
される磁歪シャフト上の磁路を環状溝で互いに分離でき
、磁歪シャフトの外周面に各検出コイル毎に分離した磁
路な形成でき、磁歪シャフトの外周面に各検出コイル毎
に比較的大きな表面磁界を発生させることが可能となる
。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図ないし第３図に基づき説
明する。なお、実施例では前述した第４図に示す従来技
術と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略
するものとする。

而して、第１図および第２図は本発明の第１の実施例を
示している。

図中、２１Δ、２１Ｂ、２１Ｃ１２ＬＤ、２１Ｅは、ケ
ーシング１の内周面に設けられた環状の溝部（全体とし
て溝部２１という）で、該谷溝部２１Ａ〜２１Ｅはケー
シングｌの内周側に軸方向に所定間隔をもって、検出コ
イル７．８，９．１０の軸方向両端側に位置するように
形成され、溝部２１Ｂ、２１Ｃ，２１Ｄは検出コイル７
．８゜９．１０の間に配設されている。そして、該溝部
２１は後述する磁歪シャフト２２の環状溝２２Ａ、２２
Ｂ、２２Ｃ，２２Ｄ、２２Ｅと径方向で対向するように
なっている。

また、２２はケーシングｌ内に軸受３．３を介して回転
自在に配設された磁歪シャフトを示し、該磁歪シャフト
２２は従来技術で述べた磁歪シャフト２とほぼ同様に磁
歪材料によって形成され、その外周面にはスリット溝２
３．２４が刻設されているものの、該磁歪シャフト２２
の外周面には合計５個の環状溝２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ
１２２Ｄ、２２Ｅ、が全周に亘って形成されている。そ
して、該環状溝２２Ａ〜２２Ｅは磁歪シャフト２２の軸
方向に所定間隔をもって配設され、環状溝２２Ｂ、２２
Ｃ，２２Ｄは検出コイル７．８，９．１０間の中間部に
対応して位置している。

本実施例による磁歪式トルクセンサは上述の如き構成を
有するもので、その基本的な作動については従来技術に
よるものと格別差異はない。

然るに、本実施例では、検出コイル７〜１０の軸方向両
端側に位置して磁歪シャフト２２の外周面に環状溝２２
Ａ〜２２Ｅを全周に亘って設け、ケーシング１の内周面
には磁歪レヤフト２２の各環状溝２２Ａ〜２２Ｅと径方
向で対向するように環状の溝部２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ
，２１Ｄ、２１Ｅを設けたから、これら環状溝２２Ａ〜
２２Ｅが磁気抵抗となって検出コイル７〜１０が形成す
る磁路なそれぞれ溝部２１Ａ〜２１Ｅと環状溝２２Ａ〜
２２Ｅとによって分離でき、例えば第２図に示す如く検
出コイル８と磁歪シャフト２２との間に環状溝２２Ｂ、
２２Ｃを介し、検出コイル８とケーシングｌとの間には
環状溝部２１Ｂ、２１Ｃを介して矢示Ａ方向の磁路を他
の磁路から分離して形成することができ、磁歪シャフト
２２の表面にスリット溝２３等に沿って比較的大きな表
面磁界を発生させることができる。また、検出コイル９
と磁歪シャフト２２との間には環状溝２２Ｃ，２２Ｄ　
（第１図参照）を介し、検出コイル９とケーシング１と
の間には環状溝部２１Ｃ，２ＬＤ（第１図参照）を介し
て例えば矢示Ｂ方向の磁路を形成でき、これらの磁路な
、例えば矢示Ａ、　Ｂ方向に分離でき、これらが互いに
影響し合うのを確実に防止できる。

従って、本実施例によれば、環状溝２２Ａ〜２２Ｅによ
る空間に磁気抵抗が形成され、検出コイル７〜１０によ
りケーシング１と磁歪シャフト２２との間に形成される
磁路な効果的に分離することができ、トルク検出感度を
向上でき、磁歪シャフト２２に作用するトルクが比較的
小さいときでも、このトルクに確実に比例した出力電圧
を第５図に示す差動増幅器１３等に出力できる。また、
これによって差動増幅器１３等の回路構成を簡略化する
ことが可能となり、コストダウンを図りうるうえに、外
部ノイズによって検出誤差が生じる等の問題も解消でき
る。

次に、第３図は本発明の第２の実施例を示し、本実施例
では前記第１の実施例と同一の構成要素に同一の符号を
付し、その説明を省略するものとするに、本実施例の特
徴は、ケーシング３１と検出コイル７〜１０との間に位
置してコイルボビン３２の外周側に磁路形成部材として
の磁性筒３３．３３．・・・を配設したことにある。

ここで、該各磁性筒３３は透磁率の高い磁性材料により
円筒状に形成され、その長さ寸法は磁歪シャフト２２の
環状溝２２Ａ、２２Ｂ間等の離間寸法と対応するように
なっている。また、コイルボビン３２は従来技術で述べ
たコイルボビン６とほぼ同様に突部３２Ａ、３２Ｂ、３
２Ｃ，３２Ｄ、３２Ｅを有し、該突部３２Ａ〜３２Ｅ間
に図示の如く各磁性筒３３を位置決めするようになって
いる。そして、該各磁性筒３３は検出コイル７〜１０と
の間に環状溝２２Ａ〜２２Ｅを介してそれぞれ磁路を形
成し、これらの磁路な検出コイル７．８，９．１０毎に
分離させるようになっているかくして、このように構成
される本実施例でも、前記第１の実施例とほぼ同様の作
用効果を得ることができるが、特に本実施例では、ケー
シング３１を非磁性材料によって形成でき、各磁性筒３
３によって検出コイル７．８，９．１０毎に磁路を効果
的に分離でき、磁歪シャフト２１に各検出コイル７．８
，９．１０毎に比較的大きな表面磁界を発生させること
ができる。

なお、前記各実施例では、磁歪シャフト２１の外周面に
それぞれスリット溝２３．２４を形成するものとして述
べたが、該スリット溝２３．２４は必ずしも形成する必
要はない。

また、前記実施例では、単一のコイルボビン６（３２）
に検出コイル７〜１０を巻回するものとして述べたが、
これに替えて、検出コイル７〜１０毎にコイルボビンを
分離し、ケーシング１（３１）の軸方向に離間させて形
成するようにしてもよい。

一方、前記第１の実施例では、ケーシング１の内周面に
環状の溝部２１Ａ〜２１Ｅを形成するものとして述べた
が、これらの溝部２１Ａ〜２１Ｅは必ずしも設ける必要
はなく、この場合でも検出コイル７〜１０毎の磁路を磁
歪シャフト２２に形成した環状溝２２Ａ〜２２Ｈによっ
て分離することができる。

さらに、前記各実施例では、４個の検出コイル７〜１０
を備えた４コイル型の磁歪式トルクセンサを例に挙げて
説明したが、これに替えて、２コイル型の磁歪式トルク
センサ等にも適用できる。

［発明の効果］ 以上詳述した通り本発明によれば、磁歪シャフトの外周
面に、各検出コイル間と対応する位置に環状溝を全周に
亘って形成したから、各検出コイルによって磁歪シャフ
トの外周面に沿って形成される磁路を環状溝で分離でき
、磁歪シャフトの外周面に効果的に磁路な形成でき、こ
れらの磁路な各検出コイル毎に分離させてトルク検出感
度を高めることができ、外部ノイズによって検出誤差が
生じる等の問題を解消できる上に、処理回路を簡略化で
きる等、種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１の実施例を示し、第
１図は磁歪式トルクセンサの縦断面図、第２図は第１図
中の要部拡大図、第３図は第２の実施例を示す磁歪式ト
ルクセンサの要部縦断面図、第４図ないし第６図は従来
技術を示し、第４図は磁歪式トルクセンサの縦断面図、
第５図は検出回路を示す回路構成図、第６図は第４図中
の要部拡大図である。 １．３１・・・ケーシング、６，３２・・・コイルボビ
ン、２１Ａ〜２１Ｅ・・・環状溝部、７〜１０・・・検
出コイル、２２・・・磁歪シャフト、２２Ａ〜２２Ｅ・
・・環状溝、３３・・・磁性筒。 特許出願人　　日本電子機器株式会社 代理人　弁理士　　　　広瀬　相席

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 筒状のケーシングと、該ケーシング内に回転自在に配設
   された磁歪シャフトと、該磁歪シャフトの外周側を取り
   囲むように前記ケーシング内に設けられた筒状のコイル
   ボビンと、前記磁歪シャフトに作用するトルクを電気信
   号として検出すべく、該コイルボビンとケーシングとの
   間に位置して該コイルボビンにそれぞれ巻回された少な
   くとも一対の検出コイルとからなる磁歪式トルクセンサ
   において、前記磁歪シャフトの外周面には、前記各検出
   コイル間と対向する位置に環状溝を全周に亘って形成し
   たことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。