JPH0575971B2 - - Google Patents

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に関し、特に自動車の電
動パワーステアリング装置に適用するのに好適な
トルクセンサを提供するものである。

〔従来の技術〕

自動車の操舵輪を操作する力を補助するパワー
ステアリング装置として電動式のものが開発され
つつある。これは操舵輪に加えられた回転トルク
を検出し、そのトルクに応じて、操舵機構に設け
た電動機を回転させる構造となつている。

ところで、このトルク検出手段としては例えば
第３図に示す構造のトルクセンサが開発されてい
る。第３図はそのトルクセンサの半截部分断面図
である。図示しない操舵輪を取付けている上部軸
１ａはトーシヨンバー１ｂを介して、図示しない
操舵機構を取付けている下部軸１ｃと同心的に連
結されている。上部軸１ａには非磁性体の第１ス
リーブ２を外嵌固着し、その第１スリーブ２には
軸方向に適長離隔して磁性体の円筒３，４を外嵌
固着している。円筒３の夫々の軸端面は上部軸１
ａの軸心に垂直な平面となつている。

前記円筒４の円筒３と対向する軸端面は上部軸
１ａの軸心に垂直な平面となつており、反対側の
軸端面は上部軸１ａの軸心に所定傾斜角を有して
非垂直、また軸心に関し非対称な平面となつてい
る。

即ち、円筒４はその径方向に対称な位置の一側
Ａから他側（図示せず）までの一半周側R₁及び
他側から一側Ａまでの他半周側R₂の軸長が最長
寸法から最短寸法まで順次短くなつており、２つ
の歯部を有するラチエツト歯車状となつている。

下部軸１ｃには非磁性体の第２スリーブ５を外
嵌固着し、その第２スリーブ５には磁性体の円筒
６を外嵌固着している。この円筒６は前記円筒４
と同寸、同形状であり、傾斜している軸端面を、
円筒４の傾斜している軸端面側にして適長離隔し
て対向した状態に位置決めしている。

円筒３，４の軸端面及び円筒４，６の軸端面が
夫々対向している位置の側方には、内フランジを
有する磁性体の筒体７，８を、円筒３，４、円筒
４，６から適長離隔させてそれらに跨がらせて配
設している。筒体７，８の各内周溝には温度補償
コイル９、トルク検出コイル１０を夫々巻回して
いる。これらのコイル９，１０の出力電圧を差動
増幅器１１に与えている。

このトルクセンサは、温度補償コイル９及びト
ルク検出コイル１０に発振器を接続すると、筒体
７と円筒３，４とで磁気回路を構成し、筒体８と
円筒４，６とで磁気回路を構成する。ここで上部
軸1aを一側／又は他側方向に回転させるとトー
シヨンバー１ｂが捩じれて円筒４と円筒６とが相
対回転する。そのため円筒４の軸端面と円筒６の
軸端面との対向間隙が減少／又は増加して円筒４
と円筒６との磁気抵抗の状態が変わる。そのため
トルク検出コイル１０には、その磁気抵抗の状態
に相応する正／又は負の電圧が誘起される。一
方、円筒３，４の対向間隙は一定であるから、温
度補償コイル９に誘起する電圧は一定となる。し
たがつて、トルク検出コイル１０の電圧と温度補
償コイル９の電圧との差を得ることにより、温度
変化による両コイル１０，９の電圧変化分が打ち
消されて円筒４と６との相対回転量に相応した磁
気抵抗の状態の電圧が得られる。

これらの円筒４と円筒６との相対回転量は、上
部軸１ａに加えた回転トルクによつて定まるか
ら、トルク検出コイル１０に誘起した電圧よりト
ーシヨンバー１ｂに作用したトルクを検出してい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前述した従来のトルクセンサは、そ
の組立工程でトーシヨンバー１ｂに撓みを与えた
まま組立てられた場合には、上部軸１ａと、下部
軸１ｃの夫々に固設した円筒４と６との対向間隙
が所定値から外れた初期状態となる。また、上部
軸１ａを操舵した場合に、トーシヨンバー１ｂが
撓んでいるとトーシヨンバー１ｂと下部軸１ｃと
の連結部を支点として、トーシヨンバー１ｂが摺
りこぎ運動し、円筒４と６との対向間隙が変わる
ことになる。したがつて、円筒４と６との対向間
隙がトーシヨンバー１ｂに作用したトルク以外の
要因によつて変化し、トルクの検出精度を低下さ
せるという問題がある。

本発明は、前述した問題を解消すべく、トーシ
ヨンバーの撓みの影響がなくトルクを高精度に検
出するトルクセンサを提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るトルクセンサは、筒状のケースに
挿通されており、トーシヨンバーを介して連結さ
れた２つの軸の夫々と連動し、該２つの軸の相対
回転により磁気抵抗状態が変化する磁性体製の複
数の円筒を備え、該複数の円筒の磁気抵抗状態を
検出してトルクを検出するトルクセンサであつ
て、前記２つの軸と同心であり、軸方向に相互に
離隔して前記ケースに内嵌固着してある複数の軸
受と、該軸受に内嵌固着しており、前記複数の円
筒が各別に外嵌固着されている非磁性体製の２つ
の管体と、前記２つの軸の外周と前記２つの管体
の内周との間に夫々配設され、これらの軸と管体
とを夫々軸方向に相対移動可能に連結する連結部
材とを備えることを特徴とする。

〔作用〕

トーシヨンバーと連結されている一方の軸に回
転トルクを加えると、そのトルクに応じてトーシ
ヨンバーが捩じられる。一方の軸受に内嵌固着さ
れた非磁性体製の一方の管体が回転し、それに外
嵌固着された磁性体製の一方の円筒が回転する。
他方の軸受に内嵌固着された非磁性体製の他方の
管体に外嵌固着された磁性体製の他方の円筒の軸
端部と、一方の円筒の軸端部との対向間隙が変わ
る。複数の円筒の磁気抵抗の状態を検出して、ト
ーシヨンバーに作用したトルクを検出する。トー
シヨンバーが撓むと、軸と管体とが連結部材を介
して軸方向に相対的に移動し、一方の円筒の軸端
部と他方の円筒の軸端部との対向間隙に変化が生
じない。

よつて、両円筒の対向間隙は、トーシヨンバー
の撓みの影響をうけない。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面によつて詳
述する。

第１図は本発明に係るトルクセンサの構造を示
す半截断面図である。操舵輪（図示せず）を取付
けている上部軸２１ａと、操舵機構（図示せず）
を取付けている下部軸２１ｃとが、上，下部軸２
１ａ，２１ｃに夫々打込んだピン２１ｄ，２１ｄ
によりトーシヨンバー２１ｂを介して同軸的に連
結されている。上，下部軸２１ａ，２１ｃの外周
面には、夫々の先端部から軸方向に適長離隔した
位置にピン挿入穴２１ｅ，２１ｅを形成してお
り、各ピン挿入穴２１ｅ，２１ｅには連結部材た
る短寸のピン２２，２２の一端を挿入している。
このピン挿入穴２１ｅ，２１ｅは上，下部軸２１
ａ，２１ｃの夫々の外周面の周方向に適長離隔し
て複数個形成され、夫々にピン２２が挿入され
る。上，下部軸２１ａ，２１ｃを挿通させてお
り、車体（図示せず）に固定されている筒状のケ
ースCAの内周面には、上，下部軸２１ａ，２１
ｃの軸端面の対向位置から略等長軸方向に互いに
離反する位置に軸受２３，２４を内嵌固着してい
る。この軸受２３，２４の夫々の内周側には、上
部軸２１ａの外径寸法より若干大径の非磁性体か
らなる管体２５，２６を、夫々の一側軸端面を適
長離反させて内嵌固着している。管体２５及び２
６の内周面には、上部軸２１ａ及び下部軸２１ｃ
に挿入しているピン２２と対向する位置に、該ピ
ン２２を係入できる幅及び深さで管体２５，２６
の先端から適長寸法を有する軸心に平行なピン案
内溝２５ａ及び２６ａを夫々形成している。そし
てこのピン案内溝２５ａ，２６ａ内に、前記ピン
２２，２２の他端を摺動自在に係入している。そ
して夫々のピン２２の他端は摺動を円滑にすべく
円孤面となつている。これにより、上部軸２１ａ
の回転力がピン２２を介して管体２５に伝達さ
れ、下部軸２１ｃの回転力がピン２２を介して管
体２６に伝達されて、管体２５，２６は上，下部
軸２１ａ，２１ｃと連動するようになつている。

管体２５の外周面には第２図の半截側面図にも
示している如く磁性体からなる第１の円筒２７と
第２の円筒２８とを軸方向に適長離隔させて外嵌
固着している。円筒２７の夫々の軸端面は上部軸
２１ａの軸心に垂直な平面となつている。

前記円筒２８の円筒２７と対向する軸端面は上
部軸２１ａの軸心に垂直な平面となつており、反
対側の軸端面は上部軸２１ａの軸心に所定傾斜角
を有して非垂直、また軸心に関し非対称な平面と
なつている。

即ち円筒２８はその径方向に対称な位置の一側
Ａから他側（図示せず）までの一半周側Ｒ１及び
他側から一側Ａまでの他半周側Ｒ２の軸長が最長
寸法から最短寸法まで順次短くなつており、２つ
の歯部を有するラチエツト歯車状となつている。
管体２６には磁性体からなる第３の円筒２９を外
嵌固着している。この円筒２９は前記円筒２８と
同寸、同形状であり、傾斜している軸端面を円筒
２８の傾斜している軸端面と適長離隔して対向し
た状態に位置決めしている。そして、対向してい
る円筒２８，２９の各軸端面は、その軸心に対し
て同方向に傾斜した傾斜面となつている。また、
配設されている軸受２３と２４との間の前記ケー
スCAの内周面には、内フランジ３０ａ，３０ａ
を有する磁性体の筒体３０及び内フランジ３１
ａ，３１ａを有する磁性体の筒体３１を夫々内嵌
固着してある。そして筒体３０は円筒２７と２８
とに跨がる位置に、また筒体３１は円筒２８と２
９とに跨がる位置に、それらから適長離反させて
夫々配設されている。各筒体３０，３１の内周溝
にはそれに沿つて適宜巻回数の温度補償コイル３
２，トルク検出コイル３３を巻回している。この
温度補償コイル３２及びトルク検出コイル３３の
各出力をともに差動増幅器３４に与えており、差
動増幅器３４の出力をトルク出力TSとしている。

次に本発明のトルクセンサの動作について説明
する。図示しない発振器の発振動作により温度補
償コイル３２及びトルク検出コイル３３に発生し
た磁束は円筒２７，２８及び円筒２８，２９に鎖
交し、これらに電圧を誘起させることになり、こ
のような状態で使用することになる。

第２図に示す如く円筒２８（又は２９）の下端
縁（又は上端縁）が時計回転方向（又は反時計回
転方向）に上側（又は下側）へ変位する傾斜面と
している場合は、操舵輪を時計回転方向（実線矢
符方向）に回転させると、トーシヨンバー２１ｂ
の働きによつて円筒２８が円筒２９に対して時計
回転方向へ相対的に回転する。そうするとピン２
２を介して管体２５とともに円筒２７，２８が回
転し、その下端縁（図面左端）と円筒２９の上端
縁（図面右端）との対向間隙が短縮し磁気抵抗が
小となり、トルク検出コイル３３の出力電圧が大
きくなる。これに対して円筒２８と２７との磁気
抵抗の状態は一定であるから温度補償コイル３２
の出力電圧は一定であり、差動増幅器３４の出力
は前述した相対回転量に相応した正の値となる。

一方、操舵輪を反時計方向（破線矢符方向）に
回転させると円筒２８の下端縁と円筒２９の上端
縁との対向間隙が拡大して磁気抵抗が大となり、
トルク検出コイル３３の出力電圧が小さくなる。
そして差動増幅器３４の出力は相対回転量に相応
する負の値となる。

そして前記相対回転量は、上部軸２１ａに操舵
輪によつて加えた回転トルクによつて定まるか
ら、結局は差動増幅器３４の出力でトルクが検出
できることになる。

ところで、前記した円筒２８，２９は、軸受２
３，２４に夫々内嵌固着させた管体２５，２６に
外嵌固着させてあるから、トーシヨンバー２１ｂ
が撓んでも、上，下部軸２１ａ，２１ｃに係入し
てあるピン２２，２２が管体２５，２６に形成さ
れているピン案内溝２５ａ，２６ａに沿つて摺動
し撓み力を管体２５，２６に与えることがない。
それ故、トーシヨンバー２１ｂが撓み、摺りこぎ
運動をしても円筒２８と２９との対向間隙は全く
変化することがない。

そして上部軸２１ａが回転すると、ピン２２を
介して管体２５及び円筒２８が正確に回転させら
れる。

したがつて、本発明によればトーシヨンバーの
撓みの影響を全くうけないから、常にトーシヨン
バーに作用したトルクのみを検出し、検出精度が
高いトルクセンサを提供することができる。

なお本実施例においては、円筒２８と２９とが
対向している軸端面をともに同方向の傾斜面とし
たが、鉛直面としても同様の効果が得られる。ま
た、上，下部軸２１ａ，２１ｃと管体２５，２６
との間に夫々ピン２２，２２を介装させたが、こ
のピン２２，２２に替えて比較的機械強度が大き
いコイルバネを用いてもよいのは勿論である。

〔効果〕

以上詳述したように本発明によれば、一方の軸
と他方の軸との間に介装させたトーシヨンバーに
撓みが生じても、トルクに相応して生じる複数の
円筒の対向間隙は全く変化しない。

そのため、常にトーシヨンバーに作用したトル
クのみを検出できる。したがつて、常にトルクを
高精度に検出するトルクセンサを提供できる優れ
た効果を奏する。

【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半截断面
図、第２図はその円筒の半截側面図、第３図は磁
気抵抗の状態の変化によりトルクを検出するトル
クセンサの半截部分断面図である。 ２１ａ……上部軸、２１ｂ……トーシヨンバ
ー、２１ｃ……下部軸、２３，２４……軸受、２
５，２６……管体、２７，２８，２９……円筒、
３０，３１……筒体、３２……温度補償コイル、
３３……トルク検出コイル、３４……差動増幅
器、CA……ケース。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 筒状のケースに挿通されており、トーシヨン
   バーを介して連結された２つの軸の夫々と連動
   し、該２つの軸の相対回転により磁気抵抗状態が
   変化する磁性体製の複数の円筒を備え、該複数の
   円筒の磁気抵抗状態を検出してトルクを検出する
   トルクセンサであつて、前記２つの軸と同心であ
   り、軸方向に相互に離隔して前記ケースに内嵌固
   着してある複数の軸受と、該軸受に内嵌固着して
   おり、前記複数の円筒が各別に外嵌固着されてい
   る非磁性体製の２つの管体と、前記２つの軸の外
   周と前記２つの管体の内周との間に夫々配設さ
   れ、これらの軸と管体とを夫々軸方向に相対移動
   可能に連結する連結部材とを備えることを特徴と
   するトルクセンサ。