JPH07229800A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 用いるコイルが小形で、エアギャップが小さ
く、しかもセンサが熱的な変化を受けてもシールドケー
スの磁気特性が変化しない、トルクセンサを得る。 【構成】 トルク検出軸１１に形成された磁気異方性部
１２の周囲に配置されてトルク検出信号をピックアップ
可能なコイル１３、１４を、内周側にボビンを有しない
ボビンレスコイルで構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトルクセンサに関し、特
に非接触でトルクを検出可能な磁歪式のトルクセンサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】非接触でトルクを検出可能な磁歪式のト
ルクセンサとして、図５に示されるように、トルク検出
軸１の外周に磁気異方性部２を形成し、この磁気異方性
部２の周囲に励磁コイル３と検出４コイルとを同心状に
配置したものが知られている。この磁歪式トルクセンサ
に代表される非接触式のトルクセンサは、静的トルクお
よび動的トルクを検出可能であるが、非接触式であるこ
とから、特に動的トルクの検出の用途に供すれば、信頼
性の点で有利である。

【０００３】この磁歪式トルクセンサにおける励磁コイ
ル３および検出コイル４は、ＰＰＳやウルテムなどの樹
脂製のボビン５の外周に銅線を巻いた構成となってい
る。そして、このようにボビン５に巻線を施したコイル
３、４をシールドケース６内に収容することで、検出出
力の向上を図っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなボ
ビン５付きのコイル３、４では、幅、径ともに大きなも
のとなり、その設置のためにスペースを要するという欠
点がある。また非接触式のトルクセンサでは、軸１とコ
イルとの間にエアギャップ７が存在することが避けられ
ず、このエアギャップ７が精度低下の原因となる。とこ
ろが、ボビン５付きのコイルではコイルの内周側におけ
るボビン５の肉厚分だけ実質的にエアギャップ７が大き
くなり、検出出力が低下するという問題点がある。

【０００５】さらにボビン５は樹脂製であることから、
金属製のシールドケース６とは熱膨張係数が大きく異な
る。よって高温時などセンサが熱的な変化受けたときに
は、ボビン５が膨張してシールドケース６に押圧力を作
用させる。ところがシールドケース６は磁歪材料からな
るため、応力を受けると磁気特性が変化し、出力誤差の
原因になるという問題点もある。

【０００６】そこで本発明はこれらの問題点を解決し、
小形で、エアギャップが小さく、しかもセンサが熱的な
変化を受けてもシールドケースの磁気特性が変化しない
ようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達税するため
本発明は、トルク検出軸の外周に磁気異方性部を形成
し、この磁気異方性部の周囲にトルク検出信号をピック
アップ可能なコイルを配置し、このコイルを、内周側に
ボビンを有しないボビンレスコイルにて構成したもので
ある。

【０００８】

【作用】このような構成であると、ボビンが存在しない
ことから、コイルの幅や径が小さく構成されることにな
る。またボビンが存在しないことから、その分だけエア
ギャップが小さくなる。またセンサが熱的な変化を受け
ても、ボビンが膨張してシールドケースを押圧するとい
う事態が生じることがないため、このシールドケースの
磁気特性が変化することがなく、それにともなう出力誤
差の発生も回避される。

【０００９】

【実施例】図１において、11はトルク検出軸であり、そ
の外周には一対の磁気異方性部12が形成されている。磁
気異方性部12の周囲には、内周側の励磁コイル13と外周
側の検出コイル14とが同心状に配置されている。これら
コイルは、図２にも示されるように、ボビンを有しない
ボビンレスコイル、すなわち多重の巻線だけにより構成
された空芯コイルにて構成されている。そして、これら
励磁コイル13と検出コイル14とが円筒状のシールドケー
ス16の内部に収容され、シールドケース16とコイル13、
14との空隙には接着剤などの充填材17が充填されてい
る。シールドケース16は、横断面がＬ字状の磁気絶縁部
材18を介して、センサを構成するケーシング19の内部に
同心状に支持されている。トルク検出軸11は、このケー
シング19を貫通して配置されるとともに、ケーシング19
内の一対のベアリング20によって同心状かつ回転自在に
支持されている。ケーシング19内には信号処理のための
電子回路21が設けられており、この電子回路21は、リー
ド線22によって各コイル13、14に電気的に接続されてい
る。ケーシング19の外面には、電子回路21を系外に電気
的に接続するためのソケット23が設けられている。

【００１０】図３および図４は、各コイル13、14とリー
ド線22との接続部の詳細を示す。図示のように、内周側
にボビンを有しないボビンレスコイルにて構成された励
磁コイル13と検出コイル14において、この接続部には、
横断面がＬ形の樹脂製のターミナル部材24が、コイルを
またぐように配置され、かつ接着などによってこれらコ
イル13、14と一体化されている。

【００１１】詳細には、各コイル13、14は巻線を超超整
列巻きとされ、また内径の寸法精度および真円度が精級
レベルとなるように形成されている。内周側の励磁コイ
ル13と外周側の検出コイル14との間には、絶縁紙などか
らなる絶縁層26が形成されている。そしてターミナル部
材24には、励磁コイル13と検出コイル14とのそれぞれの
巻線27の端部に対応する合計４本のリード線22を収容す
るための、四つの収容凹部28が形成されている。これら
リード線22は、その先端の導線露出部29が収容凹部28に
配置された状態でターミナル部材24に接着などにより固
定され、かつその導線露出部29に巻線の端部27がに巻き
付けられかつはんだ付けされることで、両者間の電気的
な接続が達成されている。なお、図１に示すようにター
ミナル部材25がシールドケース16内の所定位置にはめ込
まれることで、コイル13、14が軸心方向に位置決めされ
る。

【００１２】このような構成によれば、ボビンを有しな
いためコイルの幅や径を小さくすることができ、小形の
トルクセンサを構成することが可能となる。具体的に
は、ボビンを有するものに比べて、コイルスペースの幅
を２mm小さくできるとともに、その外径を６mm小さくす
ることができる。

【００１３】ボビンを有しないため、コイル13、14の内
周をできるだけ磁気異方性部12の外周に接近させること
ができ、その分だけエアギャップ30を小さくすることが
できる。具体的には、エアギャップを最大１mmだけ小さ
くすることが可能となり、それに対応して検出コイル14
に発生する電流が多くなって、ボビンを有するものに比
べ検出出力を37％向上させることができる。また一般の
ボビンレスコイルではボビン付きコイルよりも内径の寸
法精度が悪く、エアギャップが均一にならずに軸の回転
による出力誤差の原因となるが、上述のようにコイルの
内径の寸法精度および真円度を精級レベルとしているた
め、エアギャップ30を周方向に均一に形成することがで
き、軸11の回転にともなう出力誤差の発生を防止するこ
とができる。

【００１４】センサが熱的な変化を受けても、ボビンの
膨張にもとづく押圧によりシールドケース17に応力が発
生することがなく、このシールドケース17の磁気特性が
変化して出力誤差を生じることがない。このため、具体
的には、ボビンを有するものに比べ温度出力誤差を0.15
％FS／10℃だけ低減することができる。

【００１５】コイル13、14は巻線を超超整列巻きとした
ため、これらコイル13、14のインピーダンスのばらつき
が２〜３％以下になり、センサの感度のばらつきを小さ
くすることができる。すなわち、一般のボビンレスコイ
ルのように巻線をランダム巻きにすると、コイルの軸心
方向に沿った磁束分布が山形となり、センサの出力誤差
のばらつきが多くなるという問題点があるが、本発明に
よればこのような問題点を解消することができる。また
超超整列巻きとすることで、ランダム巻きに比べてコイ
ルの最外径を小さくできる利点もある。

【００１６】磁歪式トルクセンサでは、検出信号の増幅
のために、図示のように励磁コイル13と検出コイル14と
を内外に重ねた構成とするのが一般的であるが、このよ
うに重ねるとコイル間に相互誘導が発生して出力誤差の
原因となるおそれがある。これに対し、上述のように内
側の励磁コイル13と外側の検出コイル14との間に絶縁層
26を形成することで、コイル間の相互誘導を防止でき、
ヒステリシスや直線性や再現性などのセンサ性能を向上
させることができる。このため絶縁層26は、その厚さが
０．５mm以上であることが好ましい。

【００１７】コイルの周方向の一部分にターミナル部材
25を一体に設けて、巻線の端部27とリード線22の導線露
出部29とを電気的に接続したため、この接続部の位置が
安定するなどによってはんだ付けの処理が容易になり、
また接続部の引張強度が高くなる。一般のボビンレスコ
イルでは、このような構成が採用されておらず、コイル
の巻線とリード線とを接続しにくく、また引張強度が低
いため信頼性に欠ける問題点があるが、このようにター
ミナル部材25を設けることで、このような問題点の解消
が可能である。しかも、この引張強度を、ボビンを有す
るコイルに通常適用されるピン結合の構成よりもさらに
高くすることができる。また上述のように、ターミナル
部材25は、シールドケース16内の所定位置にはめ込まれ
ることで、軸心方向へのコイル13、14の位置決めにも利
用することができる。

【００１８】このように、トルクセンサにボビンレスコ
イルを適用し、しかも適用に際し上述のような様々の工
夫をこらすことで、ボビンを有するコイルを用いたとき
と同等以上のセンサ性能を達成することができる。

【００１９】なお、充填材17を用いてシールドケース16
内にコイル13、14を固定する際には、たとえばエアギャ
ップ30に相当する厚さのスリーブを軸11に外ばめし、こ
のスリーブにさらにコイル13、14とシールドケース16と
を外ばめしたうえで、これらコイル13、14とシールドケ
ース16との空隙に充填材17を充填して固化させ、その後
にスリーブを取り除けば、シールドケース16内にコイル
13、14を同心状に位置決めして固定することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によると、トル
ク検出軸に形成された磁気異方性部の周囲に配置されて
トルク検出信号をピックアップ可能なコイルを、内周側
にボビンを有しないボビンレスコイルにて構成したた
め、コイルの幅や径を小さくすることができるととも
に、エアギャップを小さくして検出出力を大きくするこ
とができ、またセンサが熱的な変化を受けても、ボビン
が膨張してシールドケースを押圧するという事態が生じ
ることがないため、このシールドケースの磁気特性が変
化することを防止でき、それにともなう出力誤差の発生
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のトルクセンサの断面図であ
る。

【図２】図１におけるコイルとシールドケースとの一部
切欠斜視図である。

【図３】図１におけるターミナル部材およびその周囲の
詳細拡大図である。

【図４】図３に示される部分の側面図である。

【図５】従来のトルクセンサ用コイルを、対応するトル
ク検出軸の要部とともに示す図である。

【符号の説明】

11 トルク検出軸 12 磁気異方性部 13 励磁コイル 14 検出コイル 16 シールドケース 17 充填材 25 ターミナル部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トルク検出軸の外周に磁気異方性部を形
   成し、この磁気異方性部の周囲にトルク検出信号をピッ
   クアップ可能なコイルを配置し、このコイルを、内周側
   にボビンを有しないボビンレスコイルにて構成したこと
   を特徴とするトルクセンサ。
2. 【請求項２】 コイルの巻線を整列巻きとしたことを特
   徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
3. 【請求項３】 コイルは内周側の励磁コイルと外周側の
   検出コイルとを有し、これら励磁コイルと検出コイルと
   の間に絶縁層を形成したことを特徴とする請求項１又は
   ２記載のトルクセンサ。
4. 【請求項４】 コイルは、コイル線の端部と外部へのリ
   ード線とを電気的に接続するために用いられるターミナ
   ル部材を一体に有することを特徴とする請求項１から３
   までのいずれか１項記載のトルクセンサ。