JPH0743288B2 - Torque sensor - Google Patents

Torque sensor

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JPH0743288B2
JPH0743288B2 JP275487A JP275487A JPH0743288B2 JP H0743288 B2 JPH0743288 B2 JP H0743288B2 JP 275487 A JP275487 A JP 275487A JP 275487 A JP275487 A JP 275487A JP H0743288 B2 JPH0743288 B2 JP H0743288B2
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magnetic
pickup
torque
displacement
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伸一 猪尾
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株式会社ユニシアジェックス
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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、特に回転トルクを非接触で測定
するトルクセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torque sensor, and more particularly to a torque sensor that measures rotational torque in a non-contact manner.

(従来の技術) 一般に、回転駆動力によって駆動される機器の数は非常
に多く、その適用分野は多岐に亘っている。このような
機器の制御にはトルク制御が重要な位置を占める場合が
少なくない。すなわち、トルクは回転駆動系の制御を行
う際の最も基本的かつ重要なパラメータの1つであり、
トルクと回転数の情報を得るとそれらの積が馬力に比例
するので動力の発生状態および伝達状態を把握すること
が可能になる。
(Prior Art) In general, the number of devices driven by rotational driving force is very large, and its application fields are diverse. Torque control often occupies an important position in controlling such devices. That is, the torque is one of the most basic and important parameters when controlling the rotary drive system,
When the information on the torque and the number of revolutions is obtained, the product of them is proportional to the horsepower, so that it becomes possible to grasp the generation state and transmission state of power.

従来のトルクセンサとしては、例えばこれを車両のステ
アリングホイールへ加えられる操舵力を検出する操舵力
検出装置に適用したものとして、特開昭54−17228号公
報に記載のものがある。この装置では、ステアリングホ
イールとステアリングシャフトとを弾性体を介して連結
し、操舵時に操舵トルクの大きさに応じて弾性体に生じ
る捩れ作用によりステアリングホイールとステアリング
シャフトとの間に生じる相対捩れ変位をステアリングホ
イールとステアリングシャフトとの間に介装された接点
のON−OFFにより検出している。ところが、このような
装置では捩れ変位によりON−OFFされる接点やマイクロ
スイッチ等を配設するため、これらの接点の配設に高度
な工作精度が要求され、また、ONとなる相対捩れ変位量
やOFFとなる相対捩れ変位量を個々に設定するのが困難
であるという問題点がある。また、特開昭55−44013号
公報に記載の装置は、ステアリングホイールから操舵ト
ルクが伝達される入力軸にストレインゲージ等の電気的
変位検出部を設け、ステアリングホイールから入力する
操舵トルクと操舵抵抗との差に応じて生ずる入力軸の相
対捩れ変位を検出するものであるが、入力軸の捩れ変位
を検出するのにストレインゲージ等の電気的変位検出器
を入力軸に固着させていたため、温度変化の影響を受け
易く、その作動が不安定で、信頼性に欠けるという問題
点があった。
As a conventional torque sensor, for example, there is a torque sensor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-17228, which is applied to a steering force detecting device for detecting a steering force applied to a steering wheel of a vehicle. In this device, a steering wheel and a steering shaft are connected via an elastic body, and a relative torsional displacement generated between the steering wheel and the steering shaft due to a torsional action generated in the elastic body according to the magnitude of the steering torque during steering. It is detected by turning on and off the contacts that are interposed between the steering wheel and the steering shaft. However, in such a device, contacts and microswitches that are turned on and off by twisting displacement are provided, so high work accuracy is required for the placement of these contacts, and the amount of relative twisting displacement that turns on is large. There is a problem that it is difficult to individually set the relative torsional displacement amount that turns OFF or OFF. Further, the device described in Japanese Patent Laid-Open No. 55-44013 is provided with an electric displacement detection unit such as a strain gauge on an input shaft to which steering torque is transmitted from the steering wheel, and the steering torque and steering resistance input from the steering wheel. It detects the relative torsional displacement of the input shaft that occurs depending on the difference between the temperature and the temperature.Because an electrical displacement detector such as a strain gauge was fixed to the input shaft to detect the torsional displacement of the input shaft, There is a problem that it is susceptible to changes, its operation is unstable, and its reliability is poor.

そこでこのような不具合を解消するものとしてさらに、
特開昭58−194664号、特開昭58−218627号、特開昭58−
105877号、実開昭57−192872号、実開昭58−101153号、
特開昭58−5626号、特開昭61−21861号の各公報に示さ
れたようなものが知られている。
Therefore, as a solution to such a problem,
JP-A-58-194664, JP-A-58-218627, JP-A-58-
No. 105877, No. 57-192872, No. 58-101153,
The ones disclosed in JP-A-58-5626 and JP-A-61-21861 are known.

例えば、特開昭58−194664号に記載の装置では、一端が
ステアリングホイールに連結され他端がステアリングギ
アに連結されたコラムシャフトを分割し、この分割され
た2つのシャフトが弾性体を介して相対的な回動変位を
可能にするように連結された操舵装置に設けられ、これ
ら2つのシャフトの相対回動変位を軸方向変位に変換し
て、軸方向変位の大きさによりステアリングホイールに
加えられる操舵力を検出している。また、トーションバ
ー機構の捩りを静電容量の変化に変換したものとして上
記特開昭61−21861号に記載されたものがある。
For example, in the device described in JP-A-58-194664, a column shaft whose one end is connected to a steering wheel and the other end is connected to a steering gear is divided, and the two divided shafts are separated by an elastic body. The steering device is connected to enable relative rotational displacement, and the relative rotational displacement of these two shafts is converted into an axial displacement, which is added to the steering wheel according to the magnitude of the axial displacement. The steering force applied is detected. Further, there is the one described in the above-mentioned JP-A-61-21861 as one in which the twist of the torsion bar mechanism is converted into a change in electrostatic capacity.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来の装置にあっては、トー
ションバー機構の捩れ変位をスイッチ等の部材を用いて
検出するものや相対回動変位を軸方向変位に変換するも
の等のいわゆる接触型のトルクセンサでは、構造が複雑
で検出器の機構的、電気的部品点数が多く、かつ取付け
に際して相当の精度が要求されるため、製造コストの増
大を招くばかりか温度・湿度等の環境変化により検出精
度が悪化することがある。すなわち、センサとしてトル
クの検出を行う場合、回転軸が対象であるため、耐摩耗
性、保安性等の信頼性の面から非接触型のトルクセンサ
が望ましい。一方、非接触型のトルクセンサであって
も、例えば捩れ変位の量を光電的に検出するようにした
もの(上記特開昭58−5626号公報参照)では、特に汚れ
の激しい場所で使用できないことがある。また、以上の
ような問題点に加えて接触型、非接触型の何れのトルク
センサにあっても、従来の装置では静止トルクの検出は
相当困難であって、これらの諸問題を解決したトルクセ
ンサは未だ実現されていない。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in such a conventional device, the torsional displacement of the torsion bar mechanism is detected by using a member such as a switch, or the relative rotational displacement is determined as the axial displacement. In the case of so-called contact type torque sensors such as those that convert, the structure is complicated, the number of mechanical and electrical parts of the detector is large, and considerable accuracy is required for mounting, which not only increases the manufacturing cost. Detection accuracy may deteriorate due to environmental changes such as temperature and humidity. That is, when the torque is detected as the sensor, since the rotary shaft is the target, a non-contact type torque sensor is desirable from the viewpoint of reliability such as wear resistance and safety. On the other hand, even a non-contact type torque sensor, for example, one that photoelectrically detects the amount of torsional displacement (see Japanese Patent Laid-Open No. 58-5626) cannot be used particularly in a heavily soiled place. Sometimes. In addition to the problems described above, it is quite difficult to detect static torque with conventional devices in any of contact type and non-contact type torque sensors. Sensors have not been realized yet.

このように、エンジンや電動機等の回転駆動部をコント
ロールする際に極めて重要なパラメータとなる回転およ
び静止トルクを非接触で正確に低コストで検出できるト
ルクセンサの出現が望まれている。
As described above, there is a demand for the appearance of a torque sensor that can accurately detect rotation and static torque, which are extremely important parameters when controlling a rotation drive unit such as an engine or an electric motor, in a non-contact manner at low cost.

(発明の目的) そこで本発明は、温度・湿度等の環境変化や汚れによる
影響を受けない磁界という物理量に着目し、捩れ変位を
所定の構造により磁束量の変化に変換し、この磁束量の
変化を非接触で検出して捩れ変位を測定することによ
り、構造が簡単で応答性が良く静止、回転に拘らず低コ
ストでトルクを検出できる非接触型のトルクセンサを提
供することを目的としている。
(Object of the invention) Therefore, the present invention focuses on a physical quantity called a magnetic field that is not affected by environmental changes such as temperature and humidity and dirt, and converts a torsional displacement into a change in the magnetic flux by a predetermined structure. The purpose of the present invention is to provide a non-contact type torque sensor which has a simple structure, has a good responsiveness, and can detect a torque at low cost regardless of whether it is stationary or rotating by detecting the change without contact and measuring the torsional displacement. There is.

(問題点を解決するための手段) 本発明によるトルクセンサは上記目的達成のため、第1
シャフトの先端部を捩れ変位の発生が可能な構造として
第2シャフトに連結し、この連結部の周囲を取り囲むよ
うに所定対のN極あるいはS極を固定磁極として配設し
て第2シャフトに固定し、該固定磁極と同数の第1ピッ
クアップ路を各固定磁極の中間位置に対向するように配
設し、この第1ピックアップ路を流れる磁束を前記各磁
極に帰還させる第2ピックアップ路を配設するととも
に、第1、第2ピックアップ路を流れる磁束の量を検出
する磁気検出素子を第1シャフトに非接触で設け、第2
シャフトに対して第1シャフトが捩れ変位したとき変位
前に各固定路極の中間位置にある第1ピックアップ路が
変位後にこの中間位置から外れて固定磁極側に近接する
ことによって第1、第2ピックアップ路を流れる磁束量
を変化させ、この磁束の変化から第2シャフトに対する
第1シャフトの捩れ変位を検出するようにしている。
(Means for Solving Problems) The torque sensor according to the present invention has the first object to achieve the above object.
The tip portion of the shaft is connected to the second shaft as a structure capable of generating torsional displacement, and a predetermined pair of N poles or S poles are arranged as fixed magnetic poles so as to surround the periphery of the connection portion and the second shaft is provided. The second pickup path is fixed, and the same number of the first pickup paths as the fixed magnetic poles are arranged so as to face the intermediate position of each fixed magnetic pole, and the magnetic flux flowing through the first pickup path is returned to the respective magnetic poles. And a magnetic detection element that detects the amount of magnetic flux flowing through the first and second pickup paths is provided on the first shaft in a non-contact manner.
When the first shaft is twisted and displaced with respect to the shaft, the first pickup path located at the intermediate position of each fixed path pole before the displacement deviates from the intermediate position after the displacement and comes close to the fixed magnetic pole side. The amount of magnetic flux flowing through the pickup path is changed, and the torsional displacement of the first shaft with respect to the second shaft is detected from the change in the magnetic flux.

(作用) 本発明では、第1シャフトの先端部が捩れ変位の発生が
可能な構造として第2シャフトに連結され、この連結部
の周囲を取り囲むように所定数のN極あるいはS極が固
定磁極として配設されて第2シャフトに固定されるとと
もに、該固定磁極と同数の第1ピックアップ路が各固定
磁極の中間位置に対向するように配設され、この第1ピ
ックアップ路を流れる磁束を前記各磁極に帰還させる第
2ピックアップ路が配設される。また、第1、第2ピッ
クアップ路を流れる磁束の量を検出する磁気検出素子が
第1シャフトに非接触で設けられる。そして、第2シャ
フトに対して第1シャフトが捩れ変位したとき変位前に
各固定路極の中間位置にある第1ピックアップ路が変位
後にこの中間位置から外れて固定磁極側に近接すること
によって第1、第2ピックアップ路を流れる磁束量が変
化し、この磁束の変化から第2シャフトに対する第1シ
ャフトの捩れ変位が非接触で検出される。したがって、
構造が簡単で応答性が良く静止・回転に拘らず低コスト
でトルクが精度良く測定できる。
(Operation) In the present invention, the tip end portion of the first shaft is connected to the second shaft as a structure capable of generating torsional displacement, and a predetermined number of N poles or S poles are fixed magnetic poles so as to surround the periphery of the connection portion. Is fixed to the second shaft, and the same number of first pickup paths as the fixed magnetic poles are arranged so as to face the intermediate position of each fixed magnetic pole, and the magnetic flux flowing through the first pickup path is A second pickup path is provided for returning to each magnetic pole. Further, a magnetic detection element that detects the amount of magnetic flux flowing through the first and second pickup paths is provided on the first shaft in a non-contact manner. Then, when the first shaft is twisted and displaced with respect to the second shaft, the first pickup path, which is located at the intermediate position of each fixed path pole before the displacement, deviates from the intermediate position after the displacement and comes close to the fixed magnetic pole side. The amount of magnetic flux flowing through the first and second pickup paths changes, and the torsional displacement of the first shaft with respect to the second shaft is detected in a non-contact manner from the change in the magnetic flux. Therefore,
The structure is simple, the response is good, and the torque can be accurately measured at low cost regardless of whether it is stationary or rotating.

(実施例) 以下、本発明を図面に基づいて説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1〜5図は本発明の一実施例を示す図であり、第1図
は本実施例の分解斜視図、第2図は縦断側面図、第3図
は正面図である。
1 to 5 are views showing an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an exploded perspective view of this embodiment, FIG. 2 is a vertical sectional side view, and FIG. 3 is a front view.

まず、構成を説明する。第1図において、1は第1シャ
フトであり、第1シャフト1は捩れ剛性を若干低くする
ための小径部2を介して第2シャフト3に連結されてお
り、図中A、Bで示すような第1シャフトの円周方向の
回転力を小径部2を経由して第2シャフト3に伝達す
る。また、第2図の縦断側面図に示すように第2シャフ
ト3の外周面3aには小径部2を包み込むようにして成形
された円筒形のモールド部材(非磁性材)4の突端部4a
が嵌合・固着されており、モールド部材4は後述するピ
ックアップ部材8およびホール素子11等と一対となって
トルク検出機構21を構成している。一方、モールド部材
4の他端側にはドーナッツ型の磁性体埋込み部4bが形成
され、磁性体埋込み部4bは軸方向に対して垂直となるよ
うな切断面(端面)4cを有し、磁性体埋込み部4bには端
面4cにN極を臨むように配置した磁性体5が同心円状で
かつ等間隔になるように16個配設されている。さらに、
各磁性体5の他端部は円環状のコモンリング6に連結さ
れており、コモンリング6は各磁性体5から発する磁界
について閉ループ状の磁気通路の一部を形成する。コモ
ンリング6および各磁性体5は磁性体埋込み部4b内に埋
設され、非磁性体からなる磁性体埋込み部4bと一体形成
されている。なお、本実施例では磁性体5の個数を16個
としているが勿論これには限定されず、等間隔で臨むも
のであれば他の個数の態様のものでもよく、また、切断
面4cにS極を臨むものでもよい。
First, the configuration will be described. In FIG. 1, reference numeral 1 is a first shaft, and the first shaft 1 is connected to a second shaft 3 via a small diameter portion 2 for slightly lowering torsional rigidity, as shown by A and B in the figure. The rotational force of the first shaft in the circumferential direction is transmitted to the second shaft 3 via the small diameter portion 2. Further, as shown in the vertical cross-sectional side view of FIG. 2, the outer peripheral surface 3a of the second shaft 3 has a cylindrical tip member 4a of a cylindrical mold member (non-magnetic material) 4 formed so as to enclose the small diameter portion 2.
, And the mold member 4 is paired with a pickup member 8 and a Hall element 11, which will be described later, to form a torque detection mechanism 21. On the other hand, a donut-shaped magnetic material embedded portion 4b is formed on the other end of the mold member 4, and the magnetic material embedded portion 4b has a cut surface (end surface) 4c perpendicular to the axial direction. In the body-embedded portion 4b, 16 magnetic bodies 5 arranged so as to face the N pole on the end face 4c are concentrically arranged at equal intervals. further,
The other end of each magnetic body 5 is connected to an annular common ring 6, and the common ring 6 forms part of a closed loop magnetic path for the magnetic field emitted from each magnetic body 5. The common ring 6 and each magnetic body 5 are embedded in the magnetic material embedded portion 4b and are integrally formed with the magnetic material embedded portion 4b made of a non-magnetic material. In this embodiment, the number of the magnetic bodies 5 is set to 16, but the number of magnetic bodies 5 is not limited to this, and any other number may be used as long as they face at equal intervals. It may be one that faces the pole.

一方、第1シャフトの小径部2側の外周面1aには円筒フ
ランジ型磁路材(第2ピックアップ路)7が嵌合・固着
されており、円筒フランジ型磁路材7の一端部7aはコモ
ンリング6の内周面6aと微少空隙(ピポットエアーギャ
ップ)を有するように第2シャフト3側に延長されてい
る。また、円筒フランジ型磁路材7の他端部7bは後述す
る円環状の磁路材(第1ピックアップ路)9の内周面9b
と所定の微少空隙を有して対向するように軸方向に対し
て垂直に折り曲げられており、円筒フランジ型磁路材7
の外周面7cには非磁性材からなるピックアップ部材8が
嵌合・固着されている。ピックアップ部材8には他端部
7bの先端側から軸方向側に微少空隙8aが画成されてお
り、ピックアップ部材8の外周側端面8bには円環状の磁
路材9が切断面4cに面し、かつ切断面4cと微少空隙を有
するように配設されている。円環状の磁路材9には各磁
性体5の中間位置に対向する16個の歯形突出部9aが形成
されている。ところで、円筒フランジ型磁路材7、円環
状の磁路材9は前記の磁性体5と同様に非磁性体からな
るピックアップ部材8に一体形成されており、定常時
(すなわち、トルクが0のとき)では第3図の正面図に
示すように磁性体5が円筒フランジ型磁路材7の丁度中
間に位置するように構成されている。したがって、磁性
体5から円環状の磁路材9の歯形突出部9aに至るまでの
ギャップ空間は何れも等しいものとなる。ここで、コモ
ンリング6、円筒フランジ型磁路材7および円環状の磁
路材9は磁力線を通し易い材質のものが望ましく、例え
ばパーマロイ、フェライト等で作られている。さらに、
上述した円環状の磁路材9の歯形突出部9aと円筒フラン
ジ型磁路材7の端部7bとの間には磁路材やピックアップ
部材8と非接触でかつ歯形突出部9aから端部7bに(ある
いは端部7bから歯形突出部9aに)かかる磁界と直角とな
るような位置にホール素子(磁気検出素子)11が1個あ
るいは複数個配設され、ホール素子11はプリント基板12
に接着材等で固着される。プリント基板12上にはホール
素子11からの信号を検出・処理するための部材(図示せ
ず)が配設されるとともに、プリント基板12はプリント
基板に固着する支持部材12aを介して第1シャフト1に
回動変位自在に嵌合される。なお、ホール素子11は固体
のホール効果を利用したセンサであり、磁界の強さに比
例した出力電圧を発生する素子であるが従来公知のもの
と同様のものが使用可能であるので詳しい説明は省略す
る。
On the other hand, a cylindrical flange type magnetic path material (second pickup path) 7 is fitted and fixed to the outer peripheral surface 1a on the small diameter portion 2 side of the first shaft, and one end portion 7a of the cylindrical flange type magnetic path material 7 is The common ring 6 is extended to the second shaft 3 side so as to have an inner peripheral surface 6a and a minute gap (pivot air gap). The other end 7b of the cylindrical flange type magnetic path material 7 is an inner peripheral surface 9b of an annular magnetic path material (first pickup path) 9 described later.
Is bent perpendicularly to the axial direction so as to face each other with a predetermined minute gap, and the cylindrical flange type magnetic path member 7
A pickup member 8 made of a non-magnetic material is fitted and fixed to the outer peripheral surface 7c of the. The other end of the pickup member 8
A minute gap 8a is defined from the tip side of 7b to the axial side, and an annular magnetic path material 9 faces the cut surface 4c on the outer peripheral side end surface 8b of the pickup member 8 and is minute with the cut surface 4c. It is arranged so as to have a void. The annular magnetic path member 9 is formed with 16 tooth-shaped protrusions 9a facing the intermediate position of each magnetic body 5. By the way, the cylindrical flange type magnetic path material 7 and the annular magnetic path material 9 are integrally formed on the pickup member 8 made of a non-magnetic material like the magnetic material 5, and in a steady state (that is, when the torque is 0). At the time), as shown in the front view of FIG. 3, the magnetic body 5 is located exactly in the middle of the cylindrical flange type magnetic path material 7. Therefore, the gap spaces from the magnetic body 5 to the tooth-shaped protruding portion 9a of the annular magnetic path member 9 are equal. Here, the common ring 6, the cylindrical flange type magnetic path material 7 and the annular magnetic path material 9 are desirably made of a material that easily allows the magnetic force lines to pass therethrough, and are made of, for example, permalloy or ferrite. further,
There is no contact between the tooth profile protrusion 9a of the annular magnetic path material 9 and the end 7b of the cylindrical flange type magnetic path material 7 and the end portion from the tooth profile projection 9a without contact with the magnetic path material or the pickup member 8. One or a plurality of Hall elements (magnetism detecting elements) 11 are arranged at positions perpendicular to the magnetic field applied to 7b (or to the tooth-shaped protruding section 9a from the end 7b).
Is fixed to the surface with an adhesive or the like. A member (not shown) for detecting and processing a signal from the Hall element 11 is arranged on the printed circuit board 12, and the printed circuit board 12 is provided with a support member 12a fixed to the printed circuit board to form a first shaft. 1 is rotatably displaced and fitted. The Hall element 11 is a sensor that utilizes the solid Hall effect, and is an element that generates an output voltage proportional to the strength of the magnetic field. Omit it.

次に、作用を説明する。Next, the operation will be described.

本発明に係るトルクセンサは、第1シャフト1と第2シ
ャフト3との間に生じた捩れ変位を磁性体5と歯形突出
部9aとの間のギャップ空間の変化としてとらえ、このギ
ャップ空間の変化により生じた磁束量の変化をホール素
子11により非接触で検知してトルクを検出している。続
いて、第4図を用いて本発明の基本的な考え方を述べ
る。第4図(a)は定常時におけるトルク検出機構21の
一部を模式的に示す斜視図であり、同図(b)は回転力
が円周方向Aの向きに加わった場合を示し、同図(c)
は回転力が円周方向Bの向きに加わった場合を模式的に
示している。
The torque sensor according to the present invention regards the torsional displacement generated between the first shaft 1 and the second shaft 3 as a change in the gap space between the magnetic body 5 and the tooth profile protrusion 9a, and changes in this gap space. The Hall element 11 detects the change in the amount of magnetic flux generated by the non-contact to detect the torque. Subsequently, the basic idea of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 (a) is a perspective view schematically showing a part of the torque detection mechanism 21 in a steady state, and FIG. 4 (b) shows a case where a rotational force is applied in the circumferential direction A. Figure (c)
Shows schematically the case where the rotational force is applied in the direction of the circumferential direction B.

定常時 トルクが加わっていないので第4図(a)に示すように
磁性体5から円環状の磁路材9の歯形突出部9aに至るま
でのギャップ空間はどの場所においても一様である。し
たがって、同図に示すように歯形突出部9aと歯形突出部
9aを挟む1対の磁性体5とを例に採り説明することがで
きる。いま、磁性体5のN極から発した磁束は矢印で示
す如く、ギャップ空間歯形突出部9a、内周面9bを経てホ
ール素子11に至り、ホール素子11を直交して円筒フラン
ジ型磁路材7の端部7b、7a、ピボットエアーギャップお
よびコモンリング6を経由して元の磁性体5のS極に帰
還する閉ループを形成している(このときの磁束をφと
呼ぶ)。この場合、ホール素子11に印加する磁界の強さ
は、実際上、透磁率の大きい磁路材やコモンリング6に
比して透磁率が極めて小さいギャップ空間あるいはピポ
ットエアーギャップの大きさの差異により決定される
が、定常時ではこのギャップ空間は比較的大きいことか
ら、ホール素子11に印加される磁界の強さは殆どゼロと
なりトルクは検出されない。ところで、円筒フランジ型
磁路材7、円環状の磁路材9およびコモンリング6の各
部材は定常時、非定常時とも共通の磁気通路を形成して
いることから、これら各部材に経年変化等による劣化が
あってもトルクの検出精度の低下を来たさない。
Since no constant torque is applied, the gap space from the magnetic body 5 to the tooth-shaped protrusion 9a of the annular magnetic path member 9 is uniform at any place as shown in FIG. 4 (a). Therefore, as shown in the figure, the tooth profile protrusion 9a and the tooth profile protrusion
This can be explained by taking a pair of magnetic bodies 5 sandwiching 9a as an example. Now, the magnetic flux generated from the N pole of the magnetic body 5 reaches the Hall element 11 through the gap space tooth-shaped projection 9a and the inner peripheral surface 9b as shown by the arrow, and the Hall element 11 is orthogonal to the cylindrical flange type magnetic path material. A closed loop that returns to the S pole of the original magnetic body 5 via the ends 7b and 7a of 7, the pivot air gap, and the common ring 6 is formed (the magnetic flux at this time is referred to as φ). In this case, the strength of the magnetic field applied to the Hall element 11 depends on the difference in the size of the gap space or the pivot air gap whose magnetic permeability is extremely smaller than that of the magnetic path material having a large magnetic permeability or the common ring 6 in practice. Although it is determined, since the gap space is relatively large in the steady state, the strength of the magnetic field applied to the Hall element 11 is almost zero, and no torque is detected. By the way, since each member of the cylindrical flange type magnetic path member 7, the annular magnetic path member 9 and the common ring 6 forms a common magnetic path during steady state and non-steady state, these members change over time. Even if there is deterioration due to, for example, the accuracy of torque detection does not decrease.

非定常時(トルクが加わった場合) 第4図(b)に示すように回転力が円周方向Aの向きに
加わったときあるいは同図(c)に示すように回転力が
円周方向Bに加わったときは何れも磁性体5から歯形突
出部9aまでのギャップ空間は小さくなり、これに伴って
磁路抵抗は減少してゆく。したがって、回転力に応じて
磁束は大きくなってゆき、その程度はAあるいはB方向
に加わる捩れ角の大きさに比例する。その結果、第5図
に示すように発生トルクの大きさや静止トルクを適切に
検出することができる。
At unsteady state (when torque is applied) When the rotational force is applied in the direction of the circumferential direction A as shown in FIG. 4 (b), or the rotational force is applied in the circumferential direction B as shown in FIG. 4 (c). In any case, the gap space from the magnetic body 5 to the tooth-shaped protruding portion 9a becomes smaller, and the magnetic path resistance decreases accordingly. Therefore, the magnetic flux increases according to the rotational force, and the degree thereof is proportional to the magnitude of the twist angle applied in the A or B direction. As a result, the magnitude of the generated torque and the static torque can be appropriately detected as shown in FIG.

このように、本実施例では磁性体5から発した磁気力を
ホール素子11で検知する際に、第1シャフト1と第2シ
ャフト3との間に生じた捩れ変位が磁性体5と歯形突出
部9aとの間のギャップ空間の変化としてとらえられ、こ
のギャップ空間の変化により生じた磁束量の変化がトル
クを示すものとしてピックアップ部材8と非接触で設け
られたホール素子11により正確に検知される。したがっ
て、従来の問題点で述べたように、相対回動変位を軸方
向変位に変換するもの等の従来装置に比して回動部分が
なく構造を極めて簡素にすることができ、応答性や信頼
性に優れ、かつ測定精度の良いトルクセンサを低コスト
で実現することができる。特に、本実施例では磁路の構
造が非常にシンプルであることから、部品点数の削減や
取付コストの低減を図ることができる。また、構造が簡
単なことに加えてモールド部材4やピックアップ部材8
の取り付け後にホール素子11等の調整を行うことができ
るため、これら各部材の取り付けにおいて高い精度の要
求される困難な工作を必要としない。しかも、本発明で
は回転トルクの情報を非接触で検出しているので、測定
精度面の向上は元より、耐摩耗性、保安性等の信頼性を
飛躍的に向上させることができるばかりか、従来の装置
では測定が困難であった静止トルク、回転トルクの双方
をも精度よく検出することができる。
As described above, in the present embodiment, when the magnetic force generated from the magnetic body 5 is detected by the Hall element 11, the torsional displacement generated between the first shaft 1 and the second shaft 3 causes the magnetic body 5 and the tooth profile to project. It is perceived as a change in the gap space with the portion 9a, and the change in the amount of magnetic flux caused by the change in the gap space is accurately detected by the Hall element 11 provided in non-contact with the pickup member 8 as indicating the torque. It Therefore, as described in the conventional problem, compared with the conventional device such as a device that converts the relative rotational displacement into the axial displacement, there is no rotational portion, and the structure can be extremely simplified, and the responsiveness and It is possible to realize a torque sensor with excellent reliability and high measurement accuracy at low cost. In particular, in this embodiment, the structure of the magnetic path is very simple, so that it is possible to reduce the number of parts and the mounting cost. Moreover, in addition to the simple structure, the mold member 4 and the pickup member 8 are provided.
Since the Hall element 11 and the like can be adjusted after the mounting, the mounting of these members does not require a difficult work requiring high accuracy. Moreover, since the information of the rotating torque is detected in a non-contact manner in the present invention, not only the improvement of the measurement accuracy, but also the abrasion resistance, the reliability such as the safety can be dramatically improved, Both static torque and rotational torque, which were difficult to measure with the conventional device, can be accurately detected.

以上のような特徴を有する本発明を例えば、自動車の操
舵力検出用としてステアリング装置に適用すれば操舵力
の制御に極めて好適である。
If the present invention having the above characteristics is applied to a steering device for detecting a steering force of an automobile, for example, it is extremely suitable for controlling the steering force.

なお、本実施例では回転トルク検出の例として回転角が
±6°のみの態様を示しているが、これに限らず、例え
ば磁性体や磁片およびシャフトの捩れ剛性を調節するこ
とにより使途に応じた回転トルクをも検出できることは
勿論である。
In this embodiment, the rotation angle is detected as an example in which the rotation angle is only ± 6 °. However, the invention is not limited to this. For example, the torsional rigidity of the magnetic body, the magnetic piece, and the shaft can be adjusted to be used. It goes without saying that the corresponding rotation torque can also be detected.

また、本発明では第1シャフトの先端部を捩れ変位の発
生が可能な構造として第2シャフトに連結する構成とし
ているが、この第1シャフトと第2シャフトとは別々の
部材であっても、あるいは本実施例のように第1、第2
実施例とも1本の部材で形成されるものであってもよい
ことは言うまでもない。
Further, in the present invention, although the tip end portion of the first shaft is connected to the second shaft as a structure capable of generating a torsional displacement, the first shaft and the second shaft may be separate members, Alternatively, as in this embodiment, the first and second
It goes without saying that the embodiment may be formed of one member.

さらに、本実施例では磁気検出素子(ホール素子)を1
個用いた例を示したがこれには限定されず、磁気検出素
子を複数個設けてもよい。例えば第1シャフト1の軸線
を中心として180°の角度に相対する位置に2個の磁気
検出素子を設けるようにすれば、偏芯等の影響によるト
ルク・リプル分を相殺することができ、検出精度をより
一層高めることができる。
Further, in this embodiment, the magnetic detection element (hall element) is
Although an example in which one piece is used is shown, the present invention is not limited to this, and a plurality of magnetic detection elements may be provided. For example, if two magnetic detection elements are provided at positions facing each other at an angle of 180 ° about the axis of the first shaft 1, the torque ripple component due to the influence of eccentricity or the like can be offset, and the detection can be performed. The accuracy can be further enhanced.

(効果) 本発明によれば、第1シャフトの先端部を捩れ変位の発
生が可能な構造として第2シャフトに連結し、この連結
部の周囲を取り囲むように所定数のN極あるいはS極を
固定磁極として配設して第2シャフトに固定し、該固定
磁極と同数の第1ピックアップ路を各固定磁極の中間位
置に対向するように配設し、この第1ピックアップ路を
流れる磁束を前記各磁極に帰還させる第2ピックアップ
路を配設するとともに、第1、第2ピックアップ路を流
れる磁束の量を検出する磁気検出素子を第1シャフトに
非接触で設け、第2シャフトに対して第1シャフトが捩
れ変位したとき変位前に各固定路極の中間位置にある第
1ピックアップ路が変位後にこの中間位置から外れて固
定磁極側に近接することによって第1、第2ピックアッ
プ路を流れる磁束量を変化させ、この磁束の変化から第
2シャフトに対する第1シャフトの捩れ変位を検出する
ようにしているので、構造が簡単で応答性が良く静止、
回転に拘らず低コストでトルクを検出できる非接触型の
トルクセンサを提供することができる。
(Effect) According to the present invention, the tip portion of the first shaft is connected to the second shaft as a structure capable of generating torsional displacement, and a predetermined number of N poles or S poles are provided so as to surround the periphery of the connection portion. The magnetic poles are arranged as fixed magnetic poles and fixed to the second shaft, and the same number of the first pickup paths as the fixed magnetic poles are arranged so as to face the intermediate position of each fixed magnetic pole, and the magnetic flux flowing through the first pickup paths is A second pickup path for returning to each magnetic pole is arranged, and a magnetic detection element for detecting the amount of magnetic flux flowing through the first and second pickup paths is provided on the first shaft in a non-contact manner, and a magnetic detection element is provided for the second shaft. When one shaft is twisted and displaced, the first pickup path, which is located at the intermediate position between the fixed path poles before the displacement, deviates from the intermediate position after the displacement and comes close to the fixed magnetic pole side, so that the first and second pickup paths flow. The amount of magnetic flux generated is changed, and the torsional displacement of the first shaft with respect to the second shaft is detected based on the change in the magnetic flux.
It is possible to provide a non-contact type torque sensor that can detect torque at low cost regardless of rotation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1〜5図は本発明に係るトルクセンサの一実施例を示
す図であり、第1図はその分解斜視図、第2図はその縦
断側面図、第3図はその正面図、第4図(a)はその定
常時の作用を説明するために模式的に示した斜視図、第
4図(b)はその一方の方向にトルクが加わった場合の
作用を説明するために模式的に示した斜視図、第4図
(c)はその他方の方向にトルクが加わった場合の作用
を説明するために模式的に示した斜視図、第5図はその
効果を説明するための回転トルクの特性図である。 1……第1シャフト、2……小径部、3……第2シャフ
ト、5……磁性体、7……円筒フランジ型磁路材(第2
ピックアップ路)、9……円環状の磁路材(第1ピック
アップ路)、9a……歯形突出部、11……ホール素子(磁
気検出素子)。
1 to 5 are views showing an embodiment of the torque sensor according to the present invention. FIG. 1 is an exploded perspective view thereof, FIG. 2 is a longitudinal side view thereof, and FIG. 3 is a front view thereof. FIG. 4A is a perspective view schematically shown for explaining the operation in the steady state, and FIG. 4B is a schematic view for explaining the operation when torque is applied in one direction. The perspective view shown in FIG. 4 (c) is a perspective view schematically shown for explaining the action when the torque is applied in the other direction, and FIG. 5 is the rotational torque for explaining the effect. FIG. 1 ... 1st shaft, 2 ... small diameter part, 3 ... 2nd shaft, 5 ... magnetic material, 7 ... cylindrical flange type magnetic path material (2nd
Pickup path), 9 ... annular magnetic path material (first pickup path), 9a ... Tooth-shaped protrusion, 11 ... Hall element (magnetic detection element).

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1シャフトの先端部を捩れ変位の発生が
可能な構造として第2シャフトに連結し、この連結部の
周囲を取り囲むように所定数のN極あるいはS極を固定
磁極として配設して第2シャフトに固定し、該固定磁極
と同数の第1ピックアップ路を各固定磁極の中間位置に
対向するように配設し、この第1ピックアップ路を流れ
る磁束を前記各磁極に帰還させる第2ピックアップ路を
配設するとともに、第1、第2ピックアップ路を流れる
磁束の量を検出する磁気検出素子を第1シャフトに非接
触で設け、第2シャフトに対して第1シャフトが捩れ変
位したとき変位前に各固定路極の中間位置にある第1ピ
ックアップ路が変位後にこの中間位置から外れて固定磁
極側に近接することによって第1、第2ピックアップ路
を流れる磁束量を変化させ、この磁束の変化から第2シ
ャフトに対する第1シャフトの捩れ変位を検出するよう
にしたことを特徴とするトルクセンサ。
1. A tip portion of a first shaft is connected to a second shaft as a structure capable of generating a torsional displacement, and a predetermined number of N poles or S poles are arranged as fixed magnetic poles so as to surround the periphery of the connection portion. Is fixed to the second shaft, the same number of first pickup paths as the fixed magnetic poles are arranged so as to face the intermediate position of each fixed magnetic pole, and the magnetic flux flowing through the first pickup path is returned to each magnetic pole. The second pickup path is provided, and a magnetic detection element that detects the amount of magnetic flux flowing through the first and second pickup paths is provided on the first shaft in a non-contact manner, and the first shaft is twisted with respect to the second shaft. When displaced, the first pickup path at the intermediate position of each fixed path pole before the displacement deviates from this intermediate position after the displacement and approaches the fixed magnetic pole side, so that the amount of magnetic flux flowing through the first and second pickup paths is reduced. It is of the torque sensor, characterized in that the change in the magnetic flux and to detect the torsional displacement of the first shaft to the second shaft.
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