JPH086276Y2

JPH086276Y2 - トルク検出器

Info

Publication number: JPH086276Y2
Application number: JP1989092144U
Authority: JP
Inventors: 勝義川崎; 浩一佐藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1989-08-07
Filing date: 1989-08-07
Publication date: 1996-02-21
Anticipated expiration: 2004-08-07
Also published as: JPH0333344U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この考案は、回転軸に生ずるトルクを検出するトルク
検出器の改良に関し、特に、回転軸側に設けられる磁石
と、ハウジング側に設けられる磁気検出素子とを利用し
た非接触形のトルク検出器において、回転位相による検
出値の変動を防止できるようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来の非接触形のトルク検出器としては、例えば、特
開昭63−171332号公報に開示されたものがある。

この従来のトルク検出器を簡単に説明すると、第１及
び第２の軸を相対回転可能に連結すると共に、第２の軸
に互いに逆磁性となる所定対の磁石を固定し、第１の軸
に前記対となった磁石の中央部に対向する磁路部材を固
定し、さらに、この磁路部材を流れる磁束を測定する磁
気検出素子を前記第１及び第２の軸を回転自在に支持す
るハウジグ等に設けたものである。

そして、第１及び第２の軸間に相対回転が生じて磁路
部材と磁石との相対位置が変化すると、その変化量に比
例してホール素子部における磁束が変動し、その変化の
方向に応じて磁束の方向が変わるため、第１及び第２の
軸に生じたトルクを検出することができた。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来のトルク検出器にあっては、
多数の小さな磁石を必要とする構成であるため、組みつ
け作業が面倒であると共に、組みつけ誤差が発生し易い
し、個々の磁石の品質のばらつきを皆無にすることは困
難であるから、一様な磁束は得にくく、装置の信頼性は
あまり高くなかった。

そして、所定対の磁石が周方向に散在する構成である
ので、軸の回転位置の変化に伴って磁石と磁気検出素子
との相対位置が変わり、これが検出値に影響を与えてし
まうという問題点がある。

本考案は、このような従来の技術が有する未解決の課
題に着目してなされたものであり、簡易な構成で、回転
位相による検出値の変動が防止できるトルク検出器を提
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〕

上記目的を達成するために、本考案は、ハウジングに
回転自在に支持された第１及び第２の軸と、これら第１
及び第２の軸を連結する弾性体と、互いに逆極性となる
ように径方向に極を有すると共に前記第１又は第２の軸
を包囲した状態に配設され且つ第１又は第２の軸と一体
に回転する一対のリング状の磁石と、これらリング状の
磁石の外周面全体を覆う環状の磁性体からなるリング部
材と、前記一対のリング状の磁石の外周面間を通じる磁
束を測定可能に前記ハウジングに設けられた磁束測定手
段と、前記第１及び第２の軸間の相対回転に応じて前記
一対のリング状の磁石を軸方向に進退させる磁束可変手
段と、を備えた。

〔作用〕

第１及び第２の軸は、ハウジングに対して回転自在で
あると共に、弾性体を介して連結されているので、第１
及び第２の軸に回転トルクが発生すると、弾性体の捩じ
れを伴って、第１及び第２の軸間に相対回転が生じる。

そして、第１及び第２の軸間に生じた相対回転に応じ
て、磁束可変手段が、一対のリング状の磁石を軸方向に
進退させるから、それらリング状の磁石が磁束測定手段
に及ぼす磁束が変化する。よって、その磁束測定手段が
測定した磁束に基づけば、、第１及び第２の軸間の相対
回転、即ち、トルクが検出される。

また、第１及び第２の軸がハウジングに対して回転す
ると、ハウジングに設けられた磁束測定手段と、軸側に
設けられた磁石との間に回転位相が生じるが、磁石とし
て、径方向に極を有し且つ第１又は第２の軸を包囲した
状態に配設されたリング状の磁石を用いると共に、その
リング状の磁石の外周面を磁性体からなるリング部材で
覆っているため、磁石の周囲に生じる磁界は、周方向の
全域に渡って均一となる。従って、磁束測定手段と磁石
との間の回転位相によって、検出値が変動してしまうよ
うなことはない。

さらに、一対のリング状の磁石は、互いに逆極性とな
るように径方向に極を有するので、一方の磁石の外周面
側と他方の磁石と外周面側とは異なる極であるから、そ
れら外周面間で磁束が通じることになる。すると、リン
グ状の磁石が一つである場合に較べて、磁束測定手段周
囲の磁束密度を容易に高くすることができる。即ち、リ
ング状の磁石が一つであると、その磁石の外周面側と内
周面側との間で磁束が通じることになるから、距離が長
くなって磁束密度が低くなってしまうが、一対のリング
状の磁石の外周面間で磁束が通じれば、磁束の通じる距
離が容易に短くなって磁束密度が高くなるのである。

〔実施例〕

以下、この考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本考案に係るトルク検出器を適用した車両
用の電動式パワーステアリング装置の縦断面図である。

先ず、構成を説明すると、第１図において、ハウジン
グ１内には、弾性体としてのトーションバー４を介して
連結された入力軸２（第１の軸）及び出力軸３（第２の
軸）が、軸受5a,5b及び5cによって回動自在に支持され
ている。但し、入力軸2,出力軸３及びトーションバー４
は、同軸に配置されている。

入力軸２は、ハウジング１に圧入されたステアリング
コラム６に覆われていて、その図示しない第１図右端部
には、ステアリングホイールが回動方向に一体に取り付
けられている。

一方、出力軸３の第１図左端部には、例えば公知のラ
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
が連結されている。

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及びラックピニオン式ステアリング装置を介
して、図示しない転舵輪に伝達する。

また、入力軸２の左端部の外周面には軸方向に連続し
た突状部2aが形成され、この突状部2aは、出力軸３の右
端部に形成され且つ突状部2aよりも幅広の縦溝3a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。

そして、出力軸３には、出力軸３と同軸且つ一体に回
動するウォームホイール７が外嵌し、このウォームホイ
ール７は、電動モータ８の出力軸９に形成されたウォー
ム10と、ハウジング１内で噛合している。

さらに、出力軸３の右端部には、径方向外側に突出し
たピン3bが圧入され、このピン3bの外端は、入力軸２に
軸受5dを介して相対回動自在に外嵌した第１の部材とし
てのスライダ11に形成され且つピン3b外径よりも若干大
きな幅を有する縦溝11aに挿入されている。

従って、出力軸３及びスライダ11は、回動方向には一
体であるが、軸方向には縦溝11aの長さの範囲内におい
て相対変位が可能である。

スライダ11は、スプリング12によって第１図右方に常
時付勢されると共に、その内周面には、180度の位相を
もった２つのＶ字状の螺旋溝11b及び11cが形成されてい
る。

これら螺旋溝11b及び11cには、入力軸２の外周面に18
0度離間して形成された角孔2b及び2c内に転動自在に収
容されたスチール製のボール13及び14の一部分が、溝の
内面に摺接した状態で収まっている。

さらに、スライダ11の外面には、軸方向に離間して、
同寸法の２つのリング状の磁石15及び16が同軸に固定さ
れている。

これら磁石15及び16は、例えば一方の磁石15は外周面
側をＮ極、内周面側をＳ極とすると共に、他方の磁石16
は外周面側をＳ極、内周面側をＮ極とすることにより、
互いに逆磁性になっている。

また、両磁石15及び16のそれぞれの外周面は、例えば
鉄等の磁性体からなるリング部材15a及び16aによって覆
われている。

そして、スライダ11に近接するハウジング１には、ス
ライダ11の軸方向の変位を検出し、その検出信号を図示
しないコントローラに供給する磁束測定手段としてのセ
ンサ部17が固定されている。

センサ部17は、ケース17aと、このケース17a内に固定
された基板17bと、基板17bの下面に固着された嵌合部17
cとを備えていて、基板17bの下面には２つのホール素子
18及び19が、スライダ11の進退方向に離間して固定さ
れ、基板17bの上面には、ホール素子18及び19に所定電
流を供給すると共に、これらホール素子18及び19の出力
電圧を測定し、その測定結果を図示しないコントローラ
に供給するための電子回路が構成されている。

そして、センサ部17から検出信号が供給される図示し
ないコントローラは、その検出信号に基づき、電動モー
タ８に適宜電流を供給し、ウォーム10が形成された出力
軸９を正逆方向に回動させ、出力軸３に外嵌するウォー
ムホイール７に回動力を発生させる。

ここで、本実施例では、ピン3b,角孔2b,2c,縦溝11a,
螺旋溝11b,11c,スプリング12,ボール13,14によって、磁
束可変手段が構成される。

次に、上記実施例の動作を説明する。

今、車両が直進状態にあり、入力軸２及び出力軸３間
に相対回動が生じていないものとすると、スライダ11に
は進退力は発生せず、従って、磁石15及び16間の中心
に、ホール素子18及び19間の中心が一致する状態を維持
する。

従って、ホール素子18及び19の出力電圧には差がない
ため、コントローラは、操舵系に操舵トルクは発生して
いないものと判断し、電動モータ８に電流は供給しな
い。

よって、出力軸３には操舵補助トルクは発生しないか
ら、操舵系は直進状態を維持する。

そして、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。

この時、出力軸３には、転舵輪及び路面間の摩擦力
や、出力軸３の図示しない左端側に構成されるラックピ
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が遅れる相対回
動が発生する。

すると、出力軸３と回動方向に一体となったスライダ
11にも入力軸２に対する相対回動が生じるが、スライダ
11の内面に形成された螺旋溝11b,11cには、入力軸２の
角孔2b,2cに収容されたボール13,14の一部分が収まって
いるので、螺旋溝11b,11cの傾斜角度に従って、スライ
ダ11は軸方向に進退する。

なお、スライダ11の螺旋溝11b,11cとボール13,14との
間には、若干の隙間が生じるが、スプリング12がスライ
ダ11を一方向に付勢しているので、その隙間によるスラ
イダ11のがたつきは防止されている。

そして、スライダ11が進退すると、これに外嵌する磁
石15及び16も一体に移動するため、ホール素子18及び19
を交わる磁束が変化（一方は増加、他方は減少）し、そ
れに伴ってホール素子18及び19の出力電圧も変化する。

そして、コントローラは、ホール素子18及び19の出力
電圧の変化の方向及び大きさに基づいて操舵系に発生し
ている操舵トルクの方向及び大きさを判断し、その操舵
トルクが減少する回転力がウォームホイール７に発生す
るように、電動モータ８に電流を供給してその出力軸９
に回転力を与える。

つまり、出力軸３に操舵補助トルクが付与されたこと
になるから、操舵トルクが減少し、操縦者の負担を軽減
することができる。

第２図は、リング状の磁石15,16及び磁性体からなる
リング部材15a,16aの作用効果を確認するために本考案
者等が行った実験の概要を示す図、第３図は、その実験
結果を示すグラフである。

即ち、第２図に示すように、径方向に極を有するリン
グ状の磁石20（内径32mm,外径40mm,高さ5mm）の外周面
を鉄製のリング部材21（厚さ0.2mm,高さ5mm）で覆い、
そのリング部材21から4mm離れた位置に配設された一対
のホール素子22a,22bの出力電圧V₁，V₂を、磁石20の全
周に渡って監視したところ、第３図破線で示すような結
果を得た。なお、比較実験として、リング部材21を取り
外した状態で、上記と同様に出力電圧V₁，V₂を監視した
ところ、第３図実線で示すような結果を得た。

この実験によれば、出力電圧のばらつき（最高値と最
低値との差）は、リング部材21有りの場合には、V₁で26
mV、V₂で27mVであるが、リング部材21無しの場合には、
V₁で59mV、V₂で60mVである。

つまり、磁石20の外周面をリング部材21で覆うことに
よって、出力電圧のばらつきを、覆わない場合に比べて
約半分にすることができる。

これは、磁石20の表面ではばらついている磁束が、鉄
（透磁率が非常に高い）製のリング部材21を通過する際
に均一化されるからである。

従って、上記実施例の構成であれば、出力軸３と共に
磁石15及び16が回転して、その磁石15,16とホール素子1
8,19との間に相対回転が生じても、それらホール素子1
8,19の検出値、即ち、トルク検出値が大きく変動してし
まうようなことがない。しかも、構成も簡易であるか
ら、組みつけ作業等が困難になることもない。

また、磁性体からなるリング部材15a,16aで磁石15,16
の外周面を覆った場合には、上述したように、磁石の表
面では不均一な磁束密度が、リング部材15a,16aの周囲
では均一化されるため、磁石単品の寸法精度等がさほど
高くなくても、誤差の少ないトルク検出値が得られる。
つまり、上記実施例では、高価な磁石を必要としないか
ら、その分、安価な構成になる。

さらに、上記実施例では、一対のリング状の磁石15,1
6を設けるとともに、それら磁石15,16を、互いに逆極性
となるように径方向にＮ極及びＳ極を形成しているた
め、ホール素子18,19周辺の磁束密度が高くなって、そ
の検出感度が向上するという利点がある。

即ち、例えば磁石15は外周面側がＮ極であり、磁石16
は外周面側がＳ極であるとすると、それら外周面間で磁
束が通じるようになるから、磁石15及び16間の距離を適
宜選定するだけで、それら外周面間の距離（磁束の通じ
る距離）が短くなって磁束密度が高くなる。これに対
し、例えば磁石15及び16を合わせた大きさのリング状の
磁石を一つだけ設けた場合には、その磁石の外周面と内
周面との間で磁束が通じることになるから、磁束の通じ
る距離を短くするためには例えば磁石の径方向寸法を小
さくしなければならないが、これでは磁石の起磁力自体
が低下してしまう。

つまり、本実施例の構成であれば、トータルの磁石の
規模は同じでも、ホール素子18,19が配設された部位を
通る磁束を容易に増加することができ、これによって検
出感度を高めることができるのである。

また、上記各実施例では、本考案を、車両用の電動式
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、本考案の適用対象はこれに限定されるものではな
い。

さらに、上記実施例では、二つのホール素子18及び19
を設けた場合について説明しているが、この個数はこれ
に限定されるものではない。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案によれば、第１及び第２
の軸間に生ずるトルクを検出する非接触形のトルク検出
器に、互いに逆極性となるように径方向に極を有すると
共に前記第１又は第２の軸を包囲した状態に配設され且
つ第１又は第２の軸と一体に回転するリング状の磁石を
用い、さらに、このリング状の磁石の外周面を磁性体か
らなるリング部材で覆ったため、簡易な構成で、リング
状の磁石によって生成される磁束密度をその全周に渡っ
て均一にできるという効果があり、そのため、第１又は
第２の軸と共に磁石が回転して、そのリング状の磁石
と、ハウジング側に設けられた磁束測定手段との間に相
対回転（回転位相）が生じても、トルク検出値が大きく
変動してしまうことがなく、しかも検出感度を容易に高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の構成を示す縦断面図、第２
図は本考案者等が行った実験の概要を示す図、第３図は
その実験結果を示すグラフである。１……ハウジング、２……入力軸、３……出力軸、４…
…トーションバー（弾性体）、11……スライダ、12……
スプリング、13,14……ボール、15,16……磁石、15a,15
b……リング部材、17……センサ部

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ハウジングに回転自在に支持された第１及
び第２の軸と、これら第１及び第２の軸を連結する弾性
体と、互いに逆極性となるように径方向に極を有すると
共に前記第１又は第２の軸を包囲した状態に配設され且
つ第１又は第２の軸と一体に回転する一対のリング状の
磁石と、これらリング状の磁石の外周面全体を覆う環状
の磁性体からなるリング部材と、前記一対のリング状の
磁石の外周面間を通じる磁束を測定可能に前記ハウジン
グに設けられた磁束測定手段と、前記第１及び第２の軸
間の相対回転に応じて前記一対のリング状の磁石を軸方
向に進退させる磁束可変手段と、を備えたことを特徴と
するトルク検出器。