JPH04220539A - 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】

【０００１】

【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し、特に、温度等の
外乱の影響を除去して、正確なトルクを検出できるよう
にしたものである。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】ここで、２本の回転軸間の相対回転を測定
するセンサには、ポテンショメータ等を利用した接触型
センサと、コイルのインダクタンス変化等を利用した非
接触型のセンサとがあるが、接触型のセンサには、摺動
部を有するため摩耗等による断線不良の危険性が高いと
いう不具合がある。逆に、非接触型のセンサには、その
ような不具合が少ないという利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コイル
のインダクタンス変化を利用した非接触型のセンサにあ
っては、周囲の温度変化等の外乱の影響を受けて検出値
がトルクとは無関係に変動してしまうため、測定された
トルクからその外乱の影響を除去しなければ測定結果の
信頼性は低く、そのままでは高精度が要求される装置（
例えば、自動車のパワーステアリング装置）には利用で
きなかった。

【０００５】なお、トルクセンサ周囲の温度を調整して
、温度変化による外乱を除去する方法も考えられるが、
装置の極端な大型化を招いてしまい、特に、取付スペー
スが限られたステアリングシャフト周囲等には配設でき
ないという欠点がある。この発明は、このような従来の
技術が有する解決すべき課題に着目してなされたもので
あり、装置の大幅な大型化を招くことなく、温度変化等
の外乱の影響を除去できるトルクセンサを提供すること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のトルクセンサは、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
転に応じて磁気回路の磁気抵抗を変化させる磁気抵抗可
変手段と、前記磁気回路内に配設された第１のコイルと
、前記磁気回路外に配設された第２のコイルと、それら
第１のコイル及び第２のコイルに誘導される起電力に基
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。

【０００７】

【作用】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。すると、磁気抵抗可変手段が磁気回路の
磁気抵抗を変化させるから、第１のコイルのインダクタ
ンスが磁気回路の磁気抵抗の変化に応じて変化し、第１
のコイルには、トルクに応じた起電力が誘導される。

【０００８】一方、第２のコイルは、磁気回路外に配設
されているので磁気抵抗可変手段の影響は受けず、それ
に誘導される起電力はトルクには無関係である。しかし
、温度等の外乱の影響は、それら第１のコイル及び第２
のコイルの両方が受けるため、その外乱によって、第１
のコイル及び第２のコイルの両方のインダクタンスが変
動する。

【０００９】つまり、第１のコイルに誘導される起電力
は、トルクと外乱とに応じた値であるが、第２のコイル
に誘導される起電力は、外乱のみに応じた値であるから
、トルク演算手段において、それら第１のコイル及び第
２のコイルに誘導される起電力に応じて、第１及び第２
のコイルに伝達されたトルクが演算される。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１乃至図４は、本発明の第１実施例を示す図
である。先ず、構成を説明すると、図１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１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
としての入力軸２及び第２の回転軸としての出力軸３が
、軸受５ａ，５ｂ及び５ｃによって回動自在に支持され
ている。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。

【００１１】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
。入力軸２の図示しない図１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。

【００１２】従って、操縦者が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。一方、
入力軸２の左端部には、軸方向に連続した突条部２ａが
形成され、この突条部２ａは、出力軸３の右端部に形成
され且つ突条部２ａよりも若干幅広の縦溝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。

【００１３】また、出力軸３の右端部には、図示しない
電動モータの出力を操舵補助トルクとして出力軸３に伝
達するための歯車３Ａが回転方向に一体に外嵌している
。なお、入力軸２の左端部内周面と、トーションバー４
の左端部外周面との間には、ブッシュ４ａが介在してい
る。また、入力軸２には、内径側に形成されたボス１０
ａが外嵌することによりアルミ等の導体からなる円板１
０が固着されるとともに、この円板１０から軸方向の出
力軸３側に離隔し且つ他の部位よりも大径に成形するこ
とによりフランジ部１１が構成されている。

【００１４】さらに、入力軸２の円板１０及びフランジ
部１１間には、円筒部材１２が、ブッシュ１３を介して
入力軸２に対して相対回転可能に外嵌している。そして
、円筒部材１２の円板１０側の端部には、内周側に形成
されたボス１４ａが外嵌することによりアルミ等の導体
からなる円板１４が円板１０に隣接した状態で固着され
るとともに、フランジ部１１側の端部には、他の部分よ
りも大径に成形することによりフランジ部１５が構成さ
れている。

【００１５】また、円筒部材１２には、接触しないよう
に充分な隙間をもってフランジ部１１を貫通して出力軸
３の角孔３ｃに一端側が緩く挿入され且つ入力軸２と平
行な円柱形のシャフト１６の他端側が圧入されている。 ここで、シャフト１６と角孔３ｃとは、出力軸３の回転
方向には一体であるが、シャフト１６の軸方向には緩く
挿入されていることから、比較的小さな力で軸方向に相
対変位が可能となっている。

【００１６】さらに、円板１４及びフランジ部１５間に
は、円筒形のコイル保持部材１７が、円筒部材１２に対
して相対回転可能に配設されている。コイル保持部材１
７は、その外周面がハウジング１の内周面に近接すると
ともに、その外周面に切削された軸に平行な溝１７ａに
ハウジング１に圧入されたピン１８の内端が挿入されて
いて、これにより、回転方向にはハウジング１と一体で
あるが、軸方向には円筒部材１２と一体となっている。

【００１７】さらに、コイル保持部材１７の円板１４側
端面にはボビン１７ｂが埋設されていて、このボビン１
７ｂには、軸方向及び径方向の両方に２層となるように
、四つのコイル２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ及び２０Ｄが、
入力軸２と同軸に巻きつけられている。図２（ａ）は円
板１４の平面図、同図（ｂ）は円板１０の平面図、同図
（ｃ）はそれら円板１０及び１４を重ね合わせた状態で
の平面図である。

【００１８】即ち、図２（ａ）に示すように、円板１４
には、コイル２０Ａに対向する半径方向外側と、コイル
２０Ｂに対向する半径方向内側とに、周方向に等間隔に
散在した複数の貫通孔２３，…，２３及び２４，…，２
４が開口している。これら貫通孔２３，…，２３及び２
４，…，２４は、半径方向外側の貫通孔２３，２３間に
、半径方向内側の貫通孔２４が対向するように、互いに
半ピッチずれて開口している。

【００１９】一方、図２（ｂ）に示すように、円板１０
には、貫通孔２３，…，２３及び２４，…，２４と同じ
ピッチで、半径方向外側から内側に到る長細い貫通孔２
５が開口している。そして、入力軸２及び出力軸３間に
相対回転が生じていないとき、即ち、操舵トルクが零で
あるときに、図２（ｃ）に示すように、貫通孔２３，２
４と、貫通孔２５との重なり合いが、５０％（最も重な
り合った状態を１００％とする。）となるように円板１
０及び１４は固着されている。

【００２０】図３は、コイル２０Ａ〜２０Ｄを含んで構
成され、それらコイル２０Ａ〜２０Ｄに誘導される起電
力に基づいて、入力軸２及び出力軸３間の相対回転、即
ち、操舵系に発生した操舵トルクを検出する回路のブロ
ック図である。同図に示すように、四つのコイル２０Ａ
〜２０Ｄの内、半径方向外側で且つ円板１４側に配設さ
れたコイル２０Ａ及び半径方向内側で且つフランジ部１
１側に配設されたコイル２０Ｄを直列に接続し、半径方
向内側で且つ円板１４側に配設されたコイル２０Ｂ及び
半径方向外側で且つフランジ部１１側に配設されたコイ
ル２０Ｃを直列に接続し、それらコイルの組と、抵抗値
の等しい二つの抵抗Ｒ１及びＲ２　とでブリッジ回路３
０を構成し、抵抗Ｒ１　及びＲ２　間を、所定周波数の
交流電圧ｖ０　を供給する発振回路３１に接続し、コイ
ル２０Ｃ及び２０Ｄ間を、接地している。

【００２１】そして、抵抗Ｒ１　及びコイル２０Ａ間の
電圧ｖ１　と、抵抗Ｒ２　及びコイル２０Ｂ間の電圧ｖ
２　とが、差動増幅回路３２に供給され、この差動増幅
回路３２の出力電圧ｖ３　が平滑回路３３に供給され、
この平滑回路３３で平滑された電圧Ｖ１　が、増幅回路
３４に供給されている。なお、増幅回路３４の増幅率を
適宜調整するとともに、増幅回路３４にオフセット電圧
を供給することにより、その出力電圧ＶＯＵＴ　は、所
定範囲（例えば、０〜５Ｖ）内の値で、且つ、トルクが
零の時に中立の値（例えば、２．５Ｖ）となるように規
格化されている。

【００２２】さらに、この検出回路の出力電圧ＶＯＵＴ
　が、図示しないコントローラに供給されていて、コン
トローラは、供給される出力電圧ＶＯＵＴ　、即ち操舵
系に発生している操舵トルクに応じて、歯車３Ａに連結
された図示しない電動モータに作動電流を供給する。次
に、本実施例の動作を説明する。

【００２３】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
なった円板１０と、出力軸３の回転力がシャフト１６を
介して伝達される円筒部材１２と回転方向に一体となっ
た円板１４との間にも相対回転は生じない。従って、図
２（ｃ）に示すようになり、貫通孔２３と貫通孔２５と
の重なり合い、及び、貫通孔２４と貫通孔２５との重な
り合いは、それぞれ５０％になっている。

【００２４】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。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側が遅れる相対回動
が生じる。

【００２５】すると、円板１０及び１４間にも相対回動
が生じるため、貫通孔２３と貫通孔２５との重なり合い
、及び貫通孔２４と貫通孔２５との重なり合いに変化が
生じる。即ち、操舵トルクが零であるときに図２（ｃ）
のような重なり合い状態にあれば、右回転方向の操舵ト
ルクが増大すると、貫通孔２３と貫通孔２５との重なり
合いは増大し、貫通孔２４と貫通孔２５との重なり合い
は減少する。逆に、左回転方向の操舵トルクが増大する
と、貫通孔２３と貫通孔２５との重なり合いは減少し、
貫通孔２４と貫通孔２５との重なり合いは増大する。

【００２６】ここで、励磁コイル２２に発振回路３１か
ら交流電流ｖ０　が供給されると、コイル２０Ａ〜２０
Ｄに起電力が誘導されるが、各コイル２０Ａ〜２０Ｄに
誘導される起電力は、コイル２０Ａ〜２０Ｄのそれぞれ
の自己インダクタンスによって異なる。また、コイル２
０Ａ及び２０Ｂは、円板１０及び１４に対向して配設さ
れているため、それら円板１０及び１４が、コイル２０
Ａ及び２０Ｂによって生成された磁束が通じる磁気回路
の一部を構成することになる。

【００２７】そして、磁束が円板１０及び１４に鎖交す
る際に発生するうず電流によって磁気シールド効果が生
じ、その磁気シールド効果によって磁気回路の磁気抵抗
が変化するが、その磁気シールド効果は、シールド面積
に略比例するので、結局、コイル２０Ａの自己インダク
タンスは、貫通孔２３と貫通孔２５との重なり合いの影
響を受け、コイル２０Ｂの自己インダクタンスは、貫通
孔２４と貫通孔２５との重なり合いの影響を受けて変化
することになる。

【００２８】つまり、貫通孔２３，２４と貫通孔２５と
の重なり合いが上述したように操舵トルクに応じて変化
することから、コイル２０Ａ及び２０Ｂの自己インダク
タンスは、操舵トルクの方向及び大きさに従って変化し
、それらは、トルクに応じて互いに逆方向に増減する特
性となる。一方、コイル２０Ｃ及び２０Ｄは、円板１０
及び１４から離隔した位置に配設されていることから、
貫通孔２３，２４と貫通孔２５との重なり合いの影響は
受けず、従って、それらコイル２０Ｃ及び２０Ｄの自己
インダクタンスは、操舵トルクには無関係である。

【００２９】そして、ブリッジ回路３０の一方の出力電
圧ｖ１　は、コイル２０Ａ，２０Ｄの自己インダクタン
スによって決まり、他方の出力電圧ｖ２　は、コイル２
０Ｂ，２０Ｃの自己インダクタンスによって決まるが、
コイル２０Ａ〜２０Ｄ周囲の温度変化等の外乱を無視す
れば、出力電圧ｖ１及びｖ２　は、操舵トルクに応じて
互いに逆方向に増減するようになる。

【００３０】従って、それら出力電圧ｖ１　及びｖ２　
の差が差動増幅回路３２で求められ、その出力ｖ３　が
平滑回路３３で平滑化され、そして、その出力Ｖ１　が
増幅回路３４で規格化されれば、出力電圧ＶＯＵＴ　は
、操舵トルクに応じて所定範囲で変化する値となり、操
舵トルクが検出されたこととなる。よって、図３に示し
た検出回路の出力電圧ＶＯＵＴ　に応じて電動モータを
作動させれば、操舵系には操舵トルクに応じた操舵補助
トルクが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。

【００３１】また、ブリッジ回路３０の出力電圧ｖ１　
及びｖ２　は、操舵トルクに応じて互いに逆方向に増減
し、それらの差を求めると、単独の場合に比べて倍の傾
きになるため、微小なトルクの変化を、高精度に求める
ことができる。その結果、トーションバー４を長くした
り、或いはトーションバー４の捩じり強度を小さくする
等して、トーションバー４を捩じれ易くしなくても、測
定精度を向上させることができる。このことは、トーシ
ョンバー４を長くすることによる装置の大型化や、トー
ションバー４の捩じり強度の低下に伴う入力軸２及び出
力軸３間のトルク伝達特性の低下等を招かなくて済むし
、さらには、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。

【００３２】さらに、シャフト１６と角孔３ｃとの軸方
向の結合力をなくし若しくは小さくしているため、例え
ば、入力軸２に軸方向の力が加わってトーションバー４
が軸方向に変形し、入力軸２及び出力軸３間の軸方向距
離が変わっても、その距離の変化は、シャフト１６が角
孔３ｃ内で進退することにより吸収されるので、円筒部
材１２には伝達されず、円筒部材１２は、円板１０及び
フランジ部１１間で適切な軸方向位置を維持する。

【００３３】また、コイル保持部材１７は、溝１７ａと
ピン１８とにより、回転方向にはハウジング１と一体で
あるが、軸方向には円筒部材１２と一体であるので、例
えば、ラック軸８とピニオン軸３ａとの噛合部から出る
軸方向分力を受けて、軸受５ａ，５ｂ，５ｃの軸方向の
支持剛性によって出力軸３及び入力軸２が軸方向に僅か
に動く時、入力軸２とハウジング１との間の軸方向の相
対位置に変化が生じても、コイル保持部材１７は、入力
軸２及び円筒部材１２とともに軸方向に変位する。

【００３４】つまり、磁気回路の磁気抵抗を変化させる
貫通孔２３，２４，２５が開口した円板１０，１４と、
コイル２０Ａ〜２０Ｄを保持したコイル保持部材１７と
の相対位置は、軸方向の力、即ち、操舵トルクとは無関
係な力によっては変化しないから、操舵トルクにのみ応
じた出力が得られることになる。また、入力軸２，円筒
部材１２及びコイル保持部材１７のそれぞれの間に軸方
向の相対変位が生じなければ、円板１０と円板１４との
間の摩擦抵抗、フランジ部１１とフランジ部１５との間
の摩擦抵抗、及びコイル保持部材１７と円板１０，フラ
ンジ部１５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１６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。

【００３５】さらに、コイル保持部材１７をハウジング
１に対して回転方向には一体としたため、コイル２０Ａ
〜２０Ｄと、ハウジング１外部に設けられる検出回路と
を、スリップリング等を用いなくても接続することがで
きから、スリップリングの摩耗等による断線等の危険性
がなくなる。図４は、トルクセンサ周囲の温度変化等の
外乱が生じても、検出結果への影響はほとんどないとい
うことを示すグラフであり、操舵トルクが零であって、
周囲の温度変化により、検出回路の各部の波形が、実線
の状態から破線の状態に変化した場合を示す。

【００３６】なお、図４（ａ）はコイル２０Ａに誘導さ
れる起電力の波形、同図（ｂ）はコイル２０Ｂに誘導さ
れる起電力の波形、同図（ｃ）はコイル２０Ｃに誘導さ
れる起電力の波形、同図（ｄ）はコイル２０Ｄに誘導さ
れる起電力の波形、同図（ｅ）はブリッジ回路３０の一
方の出力電圧ｖ１　の波形（即ち、コイル２０Ａに誘導
される起電力とコイル２０Ｄに誘導される起電力の和）
、同図（ｆ）はブリッジ回路３０の他方の出力電圧ｖ２
　の波形（即ち、コイル２０Ｂに誘導される起電力とコ
イル２０Ｃに誘導される起電力の和）、同図（ｇ）は差
動増幅回路３２の出力電圧ｖ３　の波形をそれぞれ示し
ている。

【００３７】即ち、温度変化による外乱は、各コイル２
０Ａ〜２０Ｄに誘導される起電力に影響を与える（図４
（ａ）〜（ｄ）参照）が、コイル２０Ａ及び２０Ｃと、
コイル２０Ｂ及び２０Ｄとでは、その巻径が異なるため
、巻数が同じであってもコイルとしては別規格であり、
従って、外乱により生じる変動も異なってしまう（図４
（ａ）及び（ｂ）参照）。

【００３８】仮に、コイル２０Ｃ及び２０Ｄを備えてい
ないものとすると、コイル２０Ａ及び２０Ｂに誘導され
る起電力の差を求めても、それらに含まれる外乱成分が
異なるため、外乱成分を相殺することはできない。しか
し、本実施例では、コイル２０Ａ及び２０Ｄを直列に接
続し、コイル２０Ｂ及び２０Ｃを直列に接続しているた
め、それら直列に接続したコイルに誘導される起電力の
和でなる出力電圧ｖ１　及びｖ２　には、結局同じ大き
さの外乱成分が含まれることになるから（図４（ｅ）及
び（ｆ）参照）、出力電圧ｖ１　及びｖ２　の差を求め
れば外乱成分は相殺される（図４（ｇ）参照）、出力電
圧ＶＯＵＴ　からは除去される。

【００３９】なお、温度変化以外の外乱が生じても、同
様の作用により相殺されることは勿論である。このよう
に、本実施例の構成であれば、温度変化等の外乱が生じ
ても、検出結果はその影響を受けないから、正確な操舵
トルクが検出され、高精度の操舵補助トルク制御が行え
る。

【００４０】しかも、装置の大幅な大型化を招くことが
ないから、ステアリングシャフト周囲のように取付スペ
ースが限られた部位であっても容易に実施できるし、ま
た、特別の装置等を必要としないため、大幅なコストア
ップを招くこともない。ここで、本実施例では、コイル
２０Ａ及び２０Ｂが第１のコイルに対応し、コイル２０
Ｃ及び２０Ｄが第２のコイルに対応し、円板１０に形成
した貫通孔２５及び円板１４に形成した貫通孔２３，２
４によって磁気抵抗可変手段が構成され、図３に示した
回路によってトルク演算手段が構成される。

【００４１】図５及び図６は、本発明の第２実施例を示
す図であり、この実施例も、上記第１実施例と同様に、
本発明に係るトルクセンサを車両用の電動パワーステア
リング装置に適用したものである。なお、上記第１実施
例の構成と同等の部材及び部位には、同じ符号を付し、
その重複する説明は省略する。即ち、本実施例では、コ
イル２０Ａ及び２０Ｂと、コイル２０Ｃ及び２０Ｄとの
間に、同軸の励磁コイル４０を配設するとともに、それ
らコイルを含んだ検出回路を図６に示すように構成した
ものである。

【００４２】同図に示すように、コイル２０Ａ及び２０
Ｄを直列に接続し、それらの端子間電圧を整流回路４１
及びフィルタ４２を介して差動増幅回路３２に供給する
とともに、コイル２０Ｂ及び２０Ｃを直列に接続し、そ
れらの端子間電圧を整流回路４３及びフィルタ４２を介
して差動増幅回路３２に供給し、また、励磁コイル４０
に、発振回路３１の出力を供給している。

【００４３】そして、コイル２０Ａ及び２０Ｂは、円板
１０及び１４に対向して配設されているため、上記第１
実施例と同等の作用により、コイル２０Ａ，２０Ｂと励
磁コイル４０との相互インダクタンスは、操舵トルクの
変化に応じて変動するし、コイル２０Ｃ及び２０Ｄは、
円板１０及び１４から離隔されて配設されているため、
コイル２０Ｃ，２０Ｄと励磁コイル４０との相互インダ
クタンスは、操舵トルクとは無関係である。

【００４４】このような構成であっても、温度等の外乱
が生じた場合、コイル２０Ａ及び２０Ｄの端子間電圧に
含まれる外乱成分と、コイル２０Ｃ及び２０Ｃの端子間
電圧に含まれる外乱成分とが等しいから、それら外乱成
分は差動増幅回路３２において相殺されて出力電圧ＶＯ
ＵＴ　からは除去され、上記第１実施例と同様の作用効
果が得られる。

【００４５】なお、その他の作用効果等も上記第１実施
例と同様であるため、その説明は省略する。ここで、本
実施例では、コイル２０Ａ及び２０Ｂが第１のコイルに
対応し、コイル２０Ｃ及び２０Ｄが第２のコイルに対応
し、図６に示した回路によってトルク演算手段が構成さ
れる。

【００４６】図７乃至図１０は、本発明の第３実施例を
示す図であり、この実施例も、上記各実施例と同様に、
本発明に係るトルクセンサを車両用の電動パワーステア
リング装置に適用したものである。なお、上記各実施例
の構成と同等の部材及び部位には、同じ符号を付し、そ
の重複する説明は省略する。即ち、本実施例では、ボビ
ン１７ｂに、入力軸２と同軸の二つのコイル５０Ａ及び
５０Ｂが、軸方向に並んで巻きつけてある。また、図８
（ａ）に示すように、両円板１０及び１４は、上記第１
実施例における円板１０と同形状であって、同図（ｂ）
に示すように、操舵トルクが零であるときに、両円板１
０及び１４の貫通孔２５，２５の重なり合いが５０％と
なるように配設されている。

【００４７】そして、図９に示すように、抵抗Ｒ１　及
びＲ２　と、コイル５０Ａ及び５０Ｂとでブリッジ回路
３０が構成され、抵抗Ｒ１及びコイル５０Ａ間の電圧で
あるブリッジ回路３０の一方の出力電圧ｖ１　と、抵抗
Ｒ２　及びコイル５０Ｂ間の電圧であるブリッジ回路３
０の他方の出力電圧ｖ２　とが、差動増幅回路３２に供
給され、その差動増幅回路３２の出力電圧ｖ３　が、整
流回路５１に供給され、そして、その整流回路５１の出
力電圧Ｖ２　が平滑回路３３に供給されている。

【００４８】図１０は、図９の各部の波形を示したグラ
フであって、図１０（１）は温度変化等の外乱が生じて
いない正常時における各部の波形、図１０（２）は温度
変化による外乱が生じた場合の各部の波形をそれぞれ示
している。また、同図（ａ）はブリッジ回路３０の一方
の出力電圧ｖ１　の波形、同図（ｂ）はブリッジ回路３
０の他方の出力電圧ｖ２　の波形、同図（ｃ）は差動増
幅回路３２の出力電圧ｖ３　の波形、同図（ｄ）は整流
回路５１の出力電圧Ｖ２　の波形、同図（ｅ）は平滑回
路３３の出力電圧Ｖ１　の波形をそれぞれ示している。

【００４９】即ち、本実施例であっても、コイル５０Ａ
は、円板１０及び１４に対向して配設されているため、
それら円板１０及び１４の相対回動による貫通孔２５，
２５の重なり合いの変化による磁気回の磁気抵抗変化の
影響を受けてその自己インダクタンスが変化するが、コ
イル５０Ｂは、円板１０及び１４から離隔した位置に配
設されているため、その自己インダクタンスは、円板１
０及び１４の相対回動には無関係である。

【００５０】よって、温度変化等の外乱の影響を無視す
れば、コイル５０Ａの端子間電圧は操舵トルクに応じて
変動するが、コイル５０Ｂの端子間電圧、即ち、出力電
圧ｖ２　は一定である。従って、出力電圧ｖ１　及びｖ
２　の差も、操舵トルクに応じて変動するから、結局、
図９に示す回路の出力電圧ＶＯＵＴ　は操舵トルクに応
じた値となり、操舵トルクが検出されたことになる。

【００５１】一方、温度変化等の外乱が生じると、その
変化は、コイル５０Ａ及び５０Ｂの両方の自己インダク
タンスに影響を与えるため、出力電圧ｖ１　及びｖ２　
の両方に外乱成分が含まれてしまう（図１０（ａ）及び
（ｂ）参照。）。しかし、本実施例では、図７に示すよ
うに、コイル５０Ａ及び５０Ｂを軸方向に並べて配設し
ているため、コイル５０Ａ及び５０Ｂに同一規格のコイ
ルを用いることができる。

【００５２】よって、出力電圧ｖ１　及びｖ２　に含ま
れる外乱成分が等しくなるから、その外乱成分は差動増
幅回路３２において相殺され、その後の出力電圧は、正
常時と外乱発生時とで等しくなる（図１０（ｃ）〜（ｅ
）参照。）から、温度変化等の外乱が生じても出力電圧
ＶＯＵＴ　はその影響を受けず、正確な操舵トルクが検
出される。その他の作用効果は、上記第１実施例と同様
であるため、その説明は省略する。

【００５３】ここで、本実施例では、コイル５０Ａが第
１のコイルに対応し、コイル５０Ｂが第２のコイルに対
応し、図９に示す回路がトルク演算手段に対応する。図
１１乃至図１３は、本発明の第４実施例を示す図であり
、この実施例も、上記各実施例と同様に、本発明に係る
トルクセンサを車両用の電動パワーステアリング装置に
適用したものである。なお、上記各実施例の構成と同等
の部材及び部位には、同じ符号を付し、その重複する説
明は省略する。

【００５４】即ち、本実施例では、ボビン１７ｂに、入
力軸２と同軸の三つのコイル５０Ａ，５０Ｂ及び励磁コ
イル６０が、軸方向に並んで巻きつけてある。また、図
１２に示すように、円板１０側に配設されたコイル５０
Ａの端子間電圧を整流回路４１及び平滑回路３３を介し
て差動増幅回路３２に供給し、フランジ部１１側に配設
されたコイル５０Ｂの端子間電圧を整流回路４３及び平
滑回路３３を介して差動増幅回路３２に供給し、中央に
位置する励磁コイル６０に発振回路３１の出力電圧を供
給している。

【００５５】そして、図１３は、図１２の各部の波形を
示したグラフであって、図１３（１）は温度変化等の外
乱が生じていない正常時における各部の波形、図１３（
２）は温度変化による外乱が生じた場合の各部の波形を
それぞれ示している。また、同図（ａ）はコイル５０Ａ
の端子間電圧の波形、同図（ｂ）はコイル５０Ｂの端子
間電圧の波形、同図（ｃ）は整流回路４１の出力電圧の
波形、同図（ｄ）は整流回路４３の出力電圧の波形、同
図（ｅ）は整流回路４１の出力電圧が平滑回路３３を経
た後の波形、同図（ｆ）は整流回路４３の出力電圧が平
滑回路３３を経た後の波形、同図（ｇ）は差動増幅回路
３２の出力電圧の波形をそれぞれ示している。

【００５６】そして、コイル５０Ａは、円板１０及び１
４に対向して配設されているため、上記第１実施例と同
等の作用により、コイル５０Ａと励磁コイル６０との相
互インダクタンスは、操舵トルクの変化に応じて変動す
るし、コイル５０Ｂは、円板１０及び１４から離隔され
て配設されているため、コイル５０Ｂと励磁コイル６０
との相互インダクタンスは、操舵トルクとは無関係であ
る。

【００５７】よって、温度変化等の外乱の影響を無視す
れば、コイル５０Ａの端子間電圧は操舵トルクに応じて
変動するが、コイル５０Ｂの端子間電圧は一定である。 従って、それら端子間電圧の差も操舵トルクに応じて変
動するから、結局、図１２に示す回路の出力電圧ＶＯＵ
Ｔ　は操舵トルクに応じた値となり、操舵トルクが検出
されたことになる。

【００５８】一方、温度変化等の外乱が生じると、その
変化は、コイル５０Ａと励磁コイル６０との相互インダ
クタンス及び５０Ｂと励磁コイル６０との相互インダク
タンスに影響を与えるため、両方の端子間電圧に外乱成
分εが含まれてしまい（図１３（ａ）及び（ｂ）参照。 ）、整流回路４１，４３及び平滑回路３３の出力も正常
時に比べて変動する（同図（ｃ），（ｄ），（ｅ）及び
（ｆ）参照）。

【００５９】しかし、その外乱成分εは差動増幅回路３
２において相殺され、その後の出力電圧は、正常時と外
乱発生時とで等しくなる（同図（ｇ）参照。）から、温
度変化等の外乱が生じても出力電圧ＶＯＵＴ　はその影
響を受けず、正確な操舵トルクが検出される。その他の
作用効果は、上記第１実施例と同様であるため、その説
明は省略する。

【００６０】ここで、本実施例では、コイル５０Ａが第
１のコイルに対応し、コイル５０Ｂが第２のコイルに対
応し、図１２に示す回路がトルク演算手段を構成する。 なお、上記各実施例では、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。

【００６１】また、上記各実施例では、貫通孔の重なり
合いの変化による磁気シールド効果を利用して磁気回路
の磁気抵抗を変化させているが、磁気抵抗を変化させる
構成はこれに限定されるものではなく、他の構成であっ
ても構わない。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
トルクに応じてインダクタンスが変化する第１コイルと
、トルクとは無関係の第２のコイルとを設け、それらコ
イルに誘導される起電力に基づいてトルクを求める構成
としたため、装置の大幅な大型化やコストアップを招く
ことなく、温度変化等の外乱の影響を検出結果から除去
することができ、正確なトルクを求めることができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示す断面図である
。

【図２】第１実施例における磁気回路の磁気抵抗を変化
させる構成の平面図である。

【図３】第１実施例における操舵トルクを求める回路の
回路図である。

【図４】第１実施例における操舵トルクを求める回路の
各部の波形を示すグラフである。

【図５】本発明の第２実施例の構成を示す断面図である
。

【図６】第２実施例における操舵トルクを求める回路の
回路図である。

【図７】本発明の第３実施例の構成を示す断面図である
。

【図８】第３実施例における磁気回路の磁気抵抗を変化
させる構成の平面図である。

【図９】第３実施例における操舵トルクを求める回路の
回路図である。

【図１０】第３実施例における操舵トルクを求める回路
の各部の波形を示すグラフである。

【図１１】本発明の第４実施例の構成を示す断面図であ
る。

【図１２】第４実施例における操舵トルクを求める回路
の回路図である。

【図１３】第４実施例における操舵トルクを求める回路
の各部の波形を示すグラフである。

【符号の説明】

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）１０，１４　　
　　円板 ２０Ａ，２０Ｂ，５０Ａ　　　　コイル（第１のコイル
）２０Ｃ，２０Ｄ，５０Ｂ　　　　コイル（第２のコイ
ル）２３，２４，２５　　　　貫通孔 ３０　　　　ブリッジ回路 ３１　　　　発振回路 ３２　　　　差動増幅回路 ３３　　　　平滑回路 ３４　　　　増幅回路 ４０，６０　　　　励磁コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　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磁
   気回路の磁気抵抗を変化させる磁気抵抗可変手段と、前
   記磁気回路内に配設された第１のコイルと、前記磁気回
   路外に配設された第２のコイルと、それら第１のコイル
   及び第２のコイルに誘導される起電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
   。