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JP4445219B2 - Torque sensor - Google Patents
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JP4445219B2 - Torque sensor - Google Patents

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JP4445219B2 JP2003200821A JP2003200821A JP4445219B2 JP 4445219 B2 JP4445219 B2 JP 4445219B2 JP 2003200821 A JP2003200821 A JP 2003200821A JP 2003200821 A JP2003200821 A JP 2003200821A JP 4445219 B2 JP4445219 B2 JP 4445219B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のステアリングの入力トルク等を検出するトルクセンサに関し、特に、入力トルクをコイルのインピーダンス変化として検出するトルクセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のトルクセンサの一例が特許文献1に開示されている。このトルクセンサは、入力シャフトと出力シャフトをトーションバーを介して連結することによって入力トルクを両シャフトの相対的な回転変位に変換し、さらに、その回転変位をコイルのインピーダンス変化に変換して、検出回路で検出したインピーダンス値に基づいて入力トルクを求めるようになっている。コイルは、内周側が開口した断面略コ字状の環状をなすヨークにより保持されている。
【0003】
このコイルの内周側には、出力シャフトとともに回転する円筒状の非磁性体が配設され、この非磁性体には複数の窓が軸方向に2列かつ周方向に等間隔置きに配設されている。この非磁性体の更に内周側には、入力シャフトとともに回転する磁性体が配設されている。磁性体は、磁性力の強弱が周方向で交互に現れるように、例えば複数の軸方向溝が周方向に等間隔に形成された歯車形状をなしている。従って、両シャフトの相対的な回転変位により窓を通る磁束量が変化し、コイルのインピーダンスが変化する。
【0004】
上記特許文献1では、各窓の軸方向長さを、コイルの軸方向長さよりも長くするとともに、ヨークの軸方向長さよりも短くすることにより、軸方向の部品精度や組立誤差等が検出精度に与える影響を小さくできる、と記載されてる。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−61264号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ヨークにはコイルの磁束を誘導する機能があるため、上記特許文献1のように窓の軸方向長さをヨークの軸方向長さよりも短く制限すると、窓を通る磁束の量が制限されてしまい、コイルのインピーダンスの検出値が低く抑制され、検出精度の低下を招いてしまう。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものでり、窓を通る磁束の量、つまりコイルのインピーダンスの検出値を有効に増大して、トルク検出精度の向上を図ることを主たる目的としている。
【0007】
【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、軸周りに捻れ変形可能なトーションバーと、このトーションバーにより同軸上に連結された第1シャフト及び第2シャフトと、上記第1シャフトとともに回転し、磁性力の強弱が周方向に交互に発生する磁性体と、この磁性体の外周側に同心状に設けられ、上記第2シャフトとともに回転し、導電性を有する非磁性材料からなる略円筒状の非磁性体と、この非磁性体の周方向に複数個に形成され、少なくとも軸方向長さがほぼ一定である窓と、上記窓の軸方向位置に対応して、上記非磁性体の外周側に同心状に配設される第1コイル(9A)と、上記窓の軸方向位置に対応して、上記非磁性体の外周側に同心状であって上記第1コイルと軸方向にオフセットして配設される第2コイル(9B)と、上記第1コイルの少なくとも軸方向両側を囲うようにこの第1コイルを保持し、かつ、磁性材料からなる第1ヨーク(16A)と、上記第2コイルの少なくとも軸方向両側を囲うようにこの第2コイルを保持し、かつ、磁性材料からなる第2ヨーク(16B)と、上記第1ヨークと第2ヨークとの間に内周面が前記非磁性体に対向するように露出した状態で設けられ、非磁性の材料により形成されるスペーサと、上記磁性体と窓との重なり具合によって変化するコイルのインピーダンスに基づいて第1シャフト又は第2シャフトの入力トルクを検出するトルク検出手段と、を有し、
上記磁性体(13)は、磁性材料で円筒状に形成された磁性部材(13a)と、この磁性部材の外周に設けられ、非磁性材料で形成された非磁性部材(13b)と、から構成され、上記非磁性部材は、この非磁性部材の軸方向中間部に設けられ、周方向に複数個形成された軸方向孔(13c)を有し、上記窓は、上記第1コイルに対応する位置に形成された第1の窓(21A)と、上記第2コイルに対応するように上記第1の窓と軸方向に離間して形成された第2の窓(21B)と、から構成され、上記第1の窓の軸方向長さが上記第1ヨークの軸方向長さよりも長く、かつ、上記第1の窓の一対の軸方向内縁の双方が、上記第1ヨークの軸方向外側面に比較して、上記第1ヨークの軸方向中央から遠い側に位置し、上記第2の窓の軸方向長さが上記第2ヨークの軸方向長さよりも長く、かつ、上記第2の窓の一対の軸方向内縁の双方が、上記第2ヨークの軸方向外側面に比較して、上記第2ヨークの軸方向中央から遠い側に位置していることを特徴としている
【0008】
この発明によれば、各窓の軸方向両側の双方で、各窓を通る磁束の量が軸方向で制限されることを低減・解消することができる。従って、コイルのインピーダンスの検出値を十分に高く確保し、トルク検出精度の向上を図ることができる。
【0012】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。先ず、図3〜6を参照して、後述する第1実施例及び参考例に共通するトルクセンサ1の基本構成及びその作用効果について説明する。
【0013】
このトルクセンサ1は、車両用パワーステアリング装置の操舵トルク検出部に適用される。図3に示すように、車体側に支持固定されるハウジング2にはステアリングホイール側の入力シャフト(第1シャフト)3と、ホイール操舵用のラックに連係される出力シャフト(第2シャフト)4とが、それぞれ軸受5(出力シャフト4の軸受は図示されていない)を介して回動自在に支持されている。両シャフト3,4は、軸周りに捻れ変形が可能なトーションバー6を介して同軸上に連結され、両者間に作用するトルクがトーションバー6の捩れ量に変換されるようになっている。出力シャフト4の軸方向中間位置の外周にはアシスト用ギヤ7が取り付けられ、そのギヤ7に、入力トルクに応じたアシスト力を付与するための電動モータ8の出力ギヤ(図示せず)が噛合されている。
【0014】
トルクセンサ1は、トーションバー6の捩れによる両シャフト3,4の相対回動量・回転変位を、入力トルクに応じたコイル9のインピーダンスの変化量に変換し、そのインピーダンスに基いた検出信号を電動モータ8の制御部に出力するようになっている。すなわち、トルクセンサ1は、入力シャフト3の外周に同心状に配設される略円筒状の磁性体13と、この磁性体13の外周側に非接触状態で同心状に配置される略円筒状の非磁性体14と、この非磁性体14の外周側に非接触状態で同心状に配設されるとともに、上記のハウジング2に固定され、上記のコイル9を含む一対の第1コイルユニット11A及び第2コイルユニット11Bと、各コイルユニット11A,11Bのコイル9のインピーダンスを検出する検出回路部12と、を備えている。
【0015】
第1コイルユニット11Aと第2コイルユニット11Bとは軸方向に並設されており、互いにほぼ同じ構成となっている。なお、以下の説明において、第1コイルユニットに対応する構成要素には必要に応じて参照符号の後にAを付し、第2コイルユニットに対応する構成要素には必要に応じて参照符号の後にBを付している。
【0016】
磁性体13は、磁性力の強弱を周方向に交互に発生させる機能を有している。例えばこの例では、磁性を有する円筒状の磁性部材13a(図4参照)と、この磁性部材13aの外周を囲う導電性を有する非磁性材料からなる非磁性部材13bと、を有している。図5に示すように、この非磁性部材13bには、磁性部材13aを露出させる所定数(この例では8個)の軸方向孔13cが周方向に等間隔に形成されている。軸方向孔13cの周方向部分では磁性力が強く、軸方向孔13c以外の周方向部分では磁性力が弱くなる。
【0017】
非磁性体14は、アルミニウムのような導電性かつ非磁性材料により成形されており、入力シャフト3に固定され、この入力シャフト3とともに回転する。図6にも示すように、この非磁性体14には、上記の第1,第2コイルユニット11A,11Bの軸方向位置に対応して、軸方向の上下2列に、複数の第1窓21A及び第2窓21Bが形成されている。各列には軸方向孔13cと同じ数(この例では8個)の窓が周方向に等間隔置きに形成されている。但し、第1窓21Aと第2窓21Bとは周方向に互いにオフセットして配置されている。各窓21は、軸方向長さ及び周方向長さが一定で、かつ、軸方向に長い矩形状をなしている。窓21を通る磁束の量が制限されることのないように、軸方向孔13cは第1窓21A及び第2窓21Bを越える軸方向長さに延長形成されている(図3参照)。
【0018】
トーションバー6の捩れ量が0の中立位置において、第1窓21Aと軸方向孔13cとの重なり度合い(面積)と、第2窓21Bと軸方向孔13cとの重なり度合いと、が等しくなり、第1コイルユニット11Aの第1コイル9Aと第2コイルユニット11Bの第2コイル9Bとのインピーダンスの検出値が等しくなるように設定されている。この中立位置から入力シャフト3と出力シャフト4が相対回動すると、各コイル9A,9Bのインピーダンスが常に逆向きに同量だけ増減変化する。例えば、中立位置から両シャフト3,4が一方に相対回転すると、第1窓21Aと軸方向孔13cとの重なり度合いが増大するとともに、第2窓21Bと軸方向孔13cとの重なり度合いが減少する。逆に、両シャフト3,4が他方に相対回転すると、第1窓21Aと軸方向孔13cとの重なり度合いが減少するとともに、第2窓21Bと軸方向孔13cとの重なり度合いが増大する。このような両コイル9A,9Bのインピーダンスの差を求め、その差を基にして入力トルクを求めるようにしている。したがって、このトルクセンサ1の場合、温度変化等の入力トルク以外の要因によるインピーダンス変化が相殺され、その結果、安定したトルク検出が可能となる。
【0019】
図1及び図2はコイルユニット11及び非磁性体14を示す断面図であり、図1は第1実施例、図2は参考例に対応している。なお、図1,2では説明の明瞭化のために第1窓21Aと第2窓21Bとを同じ周方向位置に描いているが、実際には上述したように窓21A,21Bは周方向で互いにオフセットしている。
【0020】
各コイルユニット11は、コイル9が巻回される樹脂製のコイルボビン15と、このコイルボビン15の軸方向両側及び外周側の三方を囲うように、断面略コ字状の略円環状をなし、コイル9及びコイルボビン15を保持するコイルヨーク16と、を有している。コイルボビン15は、外周側が開放する断面略コ字状で、かつ、全体として略環状をなしている。コイルヨーク16は、コイルボビン15の軸方向一側及び外周側を囲う断面略L字状の主ヨークブロック17と、コイルボビン15の軸方向他側を覆う円環プレート状の副ヨークブロック18と、により構成され、磁性を有する磁性材料により形成されている。組立の際には、主ヨークブロック17の内側にコイル9及びコイルボビン15を収容した状態で、副ヨークブロック18が主ヨークブロック17に圧入等により固定される。
【0021】
二つのコイルユニット11A,11Bは、皿ばね(図示せず)等の付勢力により、副ヨークブロック18側を軸方向に互いに突き合わせた状態で、ハウジング2に支持されている。但し、図1の第1実施例では2つのコイルユニット11A,11B間にスペーサ30が介装されている。
【0022】
次に、図1を参照して、第1実施例の特徴的な構成及び作用効果について説明する。
【0023】
窓21の軸方向長さL1が、ヨーク16の軸方向長さL2よりも長く設定されており、かつ、窓21の一対の軸方向内縁22,23が、対応するヨーク16の軸方向外側面24,25よりもヨーク16の軸方向中央から遠い側に位置している。すなわち、窓21がヨーク16を越えて軸方向に延長形成されている。従って、コイルの磁束を誘導する機能を有するヨーク16が軸方向全長にわたって窓21から露出可能である。このため、窓21を通る磁束が軸方向で制限されることがなく、コイルインピーダンスの検出値(ゲイン)を十分に高く確保することができるため、トルク検出精度を十分に高めることができる。
【0024】
特に、第1窓21Aと第2窓21Bとが軸方向に互いに近接する側でも、窓21の軸方向内縁23がヨーク16の軸方向外面25よりもヨーク16の軸方向中央から遠い側に位置するように、第1ヨーク16Aと第2ヨーク16Bとの間に、所定の軸方向寸法を有するスペーサ30が介装されている。このスペーサ30は、非電導性・非磁性である例えば安価な樹脂材料により形成されている。従って、スペーサ30により軸方向に隣り合う第1コイルユニット11Aと第2コイルユニット11Bとで磁束が互いに影響し合うことを防止しつつ、上述したように窓21をヨーク16よりも延長することによる検出精度の向上効果を得ることができる。
【0025】
窓21の内縁22,23とヨーク16の外側面24,25との間には所定の軸方向間隙L3,L4が設定されており、かつ、2つの軸方向間隙L3,L4が互いに等しくなるように設定されている。従って、仮に軸方向寸法誤差や組付誤差等に起因して非磁性体14とコイルユニット11とが軸方向にずれたとしても、第1コイルユニット11Aと第2コイルユニット11Bとでコイルのインピーダンスがほぼ等しく増減し、その影響が相殺されるため、トルク検出精度に与える影響が最小限に抑えられる。
【0026】
次に、図2を参照して、参考例の特徴的な構成及び作用効果について列記する。
【0027】
この参考例では、スペーサ30が省略されており、第1ヨーク16Aと第2ヨーク16Bの副ヨークブロック18同士が直接的に面接触している。従って、第1実施例に比して軸方向寸法が短縮され、小型化・簡素化を図ることができる。
【0028】
また、第1窓21Aと第2窓21Bの互いに近接する側の軸方向内縁23は、対応するヨーク16の軸方向外側面25に比して、ヨーク16の軸方向中央に近い側に位置している。つまり、窓21A,21Bが互いに近接する側では、窓21がヨーク16よりも短く形成されている。一方、第1窓21Aと第2窓21Bの互いに遠い側の軸方向内縁22は、対応するヨーク16の軸方向外側面24に比して、ヨーク16の軸方向中央から遠い側に位置している。つまり、窓21A,21Bが互いに離間する側では、窓21がヨーク16を越えて延長形成されている。
【0029】
このように参考例では、スペーサを省略することにより軸方向短縮化を図りつつ、第1窓21Aと第2窓21Bが互いに近接する側では、両者の軸方向内縁23の間に所定寸法の壁31を残して、軸方向に隣り合うヨーク16A,16Bの磁束が互いに影響し合うことにより検出精度が低下することを有効に抑制し、かつ、第1窓21Aと第2窓21Bとが互いに離間する側については、窓21を対応するヨーク16よりも軸方向に延長形成して、検出精度の向上を図ることができる。すなわち、軸方向短縮化と検出精度の向上とをバランス良く向上することができる。
【0030】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記の特開平9−61264号公報のように、上記の磁性体を、複数の軸方向溝が周方向に等間隔に形成された歯車形状として、磁性力の強弱が周方向で交互に現れるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例に係るコイルユニット及び非磁性体を示す断面図。
【図2】 本発明の参考例に係るコイルユニット及び非磁性体を示す断面図。
【図3】 上記第1実施例及び参考例が適用されるトルクセンサを示す断面図。
【図4】 図3のトルクセンサの磁性体の磁性部材を単体で示す断面図。
【図5】 図3のトルクセンサの磁性体の非磁性部材を単体で示す5A−5A線に沿う断面図(A)及び5B−5B線に沿う断面図(B)。
【図6】 図3のトルクセンサの非磁性体を単体で示す一部破断図(A)及び6B−6B線に沿う断面図(B)。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a torque sensor that detects an input torque of a vehicle steering, and more particularly to a torque sensor that detects an input torque as a change in impedance of a coil.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional torque sensor is disclosed in Patent Document 1. This torque sensor converts the input torque into a relative rotational displacement of both shafts by connecting the input shaft and the output shaft via a torsion bar, and further converts the rotational displacement into a change in the impedance of the coil. The input torque is obtained based on the impedance value detected by the detection circuit. The coil is held by a yoke having an annular shape with a substantially U-shaped cross section with an inner peripheral side opened.
[0003]
A cylindrical non-magnetic body that rotates with the output shaft is disposed on the inner peripheral side of the coil, and a plurality of windows are disposed on the non-magnetic body in two rows in the axial direction and at equal intervals in the circumferential direction. Has been. A magnetic body that rotates together with the input shaft is disposed further on the inner peripheral side of the non-magnetic body. The magnetic body has, for example, a gear shape in which a plurality of axial grooves are formed at equal intervals in the circumferential direction so that the strength of the magnetic force appears alternately in the circumferential direction. Therefore, the amount of magnetic flux passing through the window changes due to the relative rotational displacement of both shafts, and the impedance of the coil changes.
[0004]
In Patent Document 1, the axial length of each window is made longer than the axial length of the coil and shorter than the axial length of the yoke, so that the accuracy of parts in the axial direction, assembly errors, etc. can be detected. effect can be reduced to give the, that have been described as.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-61264 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the yoke has a function of inducing the magnetic flux of the coil, if the axial length of the window is limited to be shorter than the axial length of the yoke as in Patent Document 1, the amount of magnetic flux passing through the window is limited. As a result, the detected value of the coil impedance is suppressed to a low level, leading to a decrease in detection accuracy. The present invention has been made in view of such problems, and its main purpose is to effectively increase the amount of magnetic flux passing through the window, that is, the detected value of the impedance of the coil, and to improve the torque detection accuracy. Yes.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A torque sensor according to the present invention includes a torsion bar that can be twisted and deformed around an axis, a first shaft and a second shaft that are coaxially connected by the torsion bar, and the first shaft, which rotates together with the strength of the magnetic force. And a non-magnetic body having a substantially cylindrical shape made of a non-magnetic material that is concentrically provided on the outer peripheral side of the magnetic body, rotates together with the second shaft, and is made of a conductive non-magnetic material. A plurality of windows formed in the circumferential direction of the non-magnetic material and having at least an axial length substantially constant, and concentrically on the outer peripheral side of the non-magnetic material corresponding to the axial position of the window. Corresponding to the axial position of the first coil (9A) and the window, the first coil (9A) is concentrically arranged on the outer peripheral side of the non-magnetic material and is offset from the first coil in the axial direction. Second coil (9B) and a small number of the first coil The first coil is held so as to surround at least both sides in the axial direction, and the second yoke is held so as to surround at least both sides in the axial direction of the first yoke made of a magnetic material and the second coil. And a second yoke (16B) made of a magnetic material and an inner peripheral surface provided between the first yoke and the second yoke so as to be opposed to the nonmagnetic body, and nonmagnetic And a torque detection means for detecting the input torque of the first shaft or the second shaft based on the impedance of the coil that changes depending on the degree of overlap between the magnetic body and the window,
The magnetic body (13) includes a magnetic member (13a) formed in a cylindrical shape with a magnetic material, and a nonmagnetic member (13b) provided on the outer periphery of the magnetic member and formed of a nonmagnetic material. The nonmagnetic member is provided at an axially intermediate portion of the nonmagnetic member and has a plurality of axial holes (13c) formed in the circumferential direction, and the window corresponds to the first coil. A first window (21A) formed at a position, and a second window (21B) formed axially spaced from the first window so as to correspond to the second coil. The axial length of the first window is longer than the axial length of the first yoke, and both the pair of axial inner edges of the first window are axially outer surfaces of the first yoke. compared to, the first located farther from the axial center of the yoke, the axial length of the second window is the second yaw Longer than the axial length of, and the both of the pair of axial inner edge of the second window, compared to the axial outer side of the second yoke, the side away from the axial center of the second yoke It is characterized by being located in .
[0008]
According to the present invention, it is possible to reduce or eliminate the fact that the amount of magnetic flux passing through each window is limited in the axial direction on both axial sides of each window. Therefore, the detection value of the coil impedance can be secured sufficiently high, and the torque detection accuracy can be improved.
[0012]
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, with reference to FIGS. 3 to 6, the basic configuration of the torque sensor 1 common to a later-described first embodiment and a reference example and the operation and effects thereof will be described.
[0013]
The torque sensor 1 is applied to a steering torque detector of a vehicle power steering device. As shown in FIG. 3, a housing 2 supported and fixed on the vehicle body side has an input shaft (first shaft) 3 on the steering wheel side, and an output shaft (second shaft) 4 linked to a wheel steering rack. However, each is supported rotatably via a bearing 5 (the bearing of the output shaft 4 is not shown). The shafts 3 and 4 are connected coaxially via a torsion bar 6 that can be twisted around an axis, and torque acting between them is converted into a torsion amount of the torsion bar 6. An assist gear 7 is attached to the outer periphery of the intermediate position of the output shaft 4 in the axial direction, and an output gear (not shown) of an electric motor 8 for applying an assist force corresponding to the input torque meshes with the gear 7. Has been.
[0014]
The torque sensor 1 converts the relative rotational amount and rotational displacement of the shafts 3 and 4 due to the torsion bar 6 torsion into the amount of change in the impedance of the coil 9 according to the input torque, and electrically detects the detection signal based on the impedance. It outputs to the control part of the motor 8. That is, the torque sensor 1 has a substantially cylindrical magnetic body 13 concentrically disposed on the outer periphery of the input shaft 3 and a substantially cylindrical shape concentrically disposed in a non-contact state on the outer peripheral side of the magnetic body 13. A non-magnetic body 14 and a pair of first coil units 11A that are concentrically disposed in a non-contact state on the outer peripheral side of the non-magnetic body 14 and are fixed to the housing 2 and include the coil 9 described above. And a second coil unit 11B and a detection circuit unit 12 for detecting the impedance of the coil 9 of each coil unit 11A, 11B.
[0015]
The first coil unit 11A and the second coil unit 11B are juxtaposed in the axial direction and have substantially the same configuration. In the following description, a component corresponding to the first coil unit is given an A after the reference symbol as necessary, and a component corresponding to the second coil unit is appended after the reference symbol as necessary. B is attached.
[0016]
The magnetic body 13 has a function of alternately generating magnetic strength in the circumferential direction. For example, in this example, it has the cylindrical magnetic member 13a (refer FIG. 4) which has magnetism, and the nonmagnetic member 13b which consists of an electroconductive nonmagnetic material surrounding the outer periphery of this magnetic member 13a. As shown in FIG. 5, a predetermined number (eight in this example) of axial holes 13c exposing the magnetic member 13a are formed in the nonmagnetic member 13b at equal intervals in the circumferential direction. The magnetic force is strong in the circumferential portion of the axial hole 13c, and the magnetic force is weak in the circumferential portion other than the axial hole 13c.
[0017]
The nonmagnetic body 14 is formed of a conductive and nonmagnetic material such as aluminum, is fixed to the input shaft 3, and rotates together with the input shaft 3. As shown in FIG. 6, the non-magnetic body 14 includes a plurality of first windows in two upper and lower rows in the axial direction corresponding to the axial positions of the first and second coil units 11A and 11B. 21A and a second window 21B are formed. In each row, the same number (eight in this example) of windows as the axial holes 13c are formed at equal intervals in the circumferential direction. However, the first window 21A and the second window 21B are arranged offset in the circumferential direction. Each window 21 has a rectangular shape that has a constant axial length and a circumferential length and is long in the axial direction. The axial hole 13c is formed to extend in the axial length beyond the first window 21A and the second window 21B so that the amount of magnetic flux passing through the window 21 is not limited (see FIG. 3).
[0018]
At the neutral position where the torsion bar 6 has a twist of 0, the degree of overlap (area) between the first window 21A and the axial hole 13c is equal to the degree of overlap between the second window 21B and the axial hole 13c, The impedance detection values of the first coil 9A of the first coil unit 11A and the second coil 9B of the second coil unit 11B are set to be equal. When the input shaft 3 and the output shaft 4 are relatively rotated from this neutral position, the impedances of the coils 9A and 9B are always changed in the opposite directions by the same amount. For example, when the shafts 3 and 4 rotate relative to one from the neutral position, the degree of overlap between the first window 21A and the axial hole 13c increases and the degree of overlap between the second window 21B and the axial hole 13c decreases. To do. Conversely, when the shafts 3 and 4 rotate relative to each other, the degree of overlap between the first window 21A and the axial hole 13c decreases and the degree of overlap between the second window 21B and the axial hole 13c increases. The difference in impedance between the two coils 9A and 9B is obtained, and the input torque is obtained based on the difference. Therefore, in the case of this torque sensor 1, the impedance change due to factors other than the input torque such as the temperature change is canceled, and as a result, stable torque detection is possible.
[0019]
1 and 2 are cross-sectional views showing the coil unit 11 and the non-magnetic material 14. FIG. 1 corresponds to the first embodiment, and FIG. 2 corresponds to a reference example . In FIGS. 1 and 2, the first window 21 </ b> A and the second window 21 </ b> B are drawn at the same circumferential position for clarity of explanation, but in reality, the windows 21 </ b> A and 21 </ b> B are circumferential in the direction as described above. Are offset from each other.
[0020]
Each coil unit 11 has a substantially annular shape with a substantially U-shaped cross section so as to surround a resin-made coil bobbin 15 around which the coil 9 is wound and three sides of the coil bobbin 15 on both sides in the axial direction and on the outer peripheral side. 9 and a coil yoke 16 for holding the coil bobbin 15. The coil bobbin 15 has a substantially U-shaped cross section that is open on the outer peripheral side, and has a substantially annular shape as a whole. The coil yoke 16 includes a main yoke block 17 having a substantially L-shaped cross section that surrounds one axial side and the outer peripheral side of the coil bobbin 15, and an annular plate-shaped sub yoke block 18 that covers the other axial side of the coil bobbin 15. It is comprised and is formed of the magnetic material which has magnetism. At the time of assembly, the sub yoke block 18 is fixed to the main yoke block 17 by press fitting or the like with the coil 9 and the coil bobbin 15 housed inside the main yoke block 17.
[0021]
The two coil units 11 </ b> A and 11 </ b> B are supported by the housing 2 in a state where the sub yoke block 18 side is abutted against each other in the axial direction by an urging force such as a disc spring (not shown). However, in the first embodiment of FIG. 1, a spacer 30 is interposed between the two coil units 11A and 11B.
[0022]
Next, with reference to FIG. 1, the characteristic configuration and operational effects of the first embodiment will be described.
[0023]
The axial length L1 of the window 21 is set to be longer than the axial length L2 of the yoke 16, and the pair of axial inner edges 22 and 23 of the window 21 are axially outer surfaces of the corresponding yoke 16. It is located on the side farther from the axial center of the yoke 16 than 24 and 25. That is, the window 21 extends in the axial direction beyond the yoke 16. Therefore, the yoke 16 having a function of guiding the magnetic flux of the coil can be exposed from the window 21 over the entire length in the axial direction. For this reason, the magnetic flux passing through the window 21 is not restricted in the axial direction, and the detection value (gain) of the coil impedance can be secured sufficiently high, so that the torque detection accuracy can be sufficiently increased.
[0024]
In particular, even when the first window 21A and the second window 21B are close to each other in the axial direction, the axial inner edge 23 of the window 21 is located on the side farther from the axial center of the yoke 16 than the axial outer surface 25 of the yoke 16. As described above, a spacer 30 having a predetermined axial dimension is interposed between the first yoke 16A and the second yoke 16B. The spacer 30 is made of, for example, an inexpensive resin material that is nonconductive and nonmagnetic. Therefore, by preventing the magnetic fluxes from affecting each other in the first coil unit 11A and the second coil unit 11B adjacent in the axial direction by the spacer 30, the window 21 is extended from the yoke 16 as described above. An effect of improving detection accuracy can be obtained.
[0025]
Predetermined axial gaps L3 and L4 are set between the inner edges 22 and 23 of the window 21 and the outer faces 24 and 25 of the yoke 16, and the two axial gaps L3 and L4 are equal to each other. Is set to Therefore, even if the non-magnetic body 14 and the coil unit 11 are displaced in the axial direction due to an axial dimensional error or an assembly error, the impedance of the coil between the first coil unit 11A and the second coil unit 11B. Increase or decrease almost equally and their influence is canceled out, so that the influence on the torque detection accuracy is minimized.
[0026]
Next, with reference to FIG. 2, the characteristic configuration and effects of the reference example will be listed.
[0027]
In this reference example , the spacer 30 is omitted, and the sub yoke blocks 18 of the first yoke 16A and the second yoke 16B are in direct surface contact with each other. Therefore, the axial dimension is shortened compared to the first embodiment, and the size and simplification can be achieved.
[0028]
In addition, the axial inner edge 23 of the first window 21A and the second window 21B on the side close to each other is located closer to the axial center of the yoke 16 than the corresponding axial outer surface 25 of the yoke 16. ing. That is, the window 21 is formed shorter than the yoke 16 on the side where the windows 21A and 21B are close to each other. On the other hand, the axially inner edges 22 of the first window 21A and the second window 21B on the far side are located on the side farther from the axial center of the yoke 16 than the corresponding axially outer surface 24 of the yoke 16. Yes. That is, the window 21 extends beyond the yoke 16 on the side where the windows 21A and 21B are separated from each other.
[0029]
As described above, in the reference example , while the axial direction is shortened by omitting the spacer, a wall having a predetermined dimension is formed between the axial inner edges 23 on the side where the first window 21A and the second window 21B are close to each other. 31, the magnetic fluxes of the yokes 16A and 16B adjacent in the axial direction mutually affect the detection accuracy effectively, and the first window 21A and the second window 21B are separated from each other. On the side to be detected, the detection accuracy can be improved by extending the window 21 in the axial direction from the corresponding yoke 16. That is, axial shortening and detection accuracy can be improved in a balanced manner.
[0030]
As described above, the present invention has been described based on the specific embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and changes without departing from the spirit of the present invention. . For example, as in the above-mentioned JP-A-9-61264, the above magnetic body is made into a gear shape in which a plurality of axial grooves are formed at equal intervals in the circumferential direction, and the strength of the magnetic force is alternately varied in the circumferential direction. You may make it appear.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a coil unit and a nonmagnetic material according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a coil unit and a nonmagnetic material according to a reference example of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a torque sensor to which the first embodiment and the reference example are applied.
4 is a cross-sectional view showing a magnetic member of a magnetic body of the torque sensor of FIG. 3 alone.
5A and 5B are a cross-sectional view taken along a line 5A-5A and a cross-sectional view taken along a line 5B-5B showing a nonmagnetic member of the magnetic body of the torque sensor shown in FIG. 3 alone.
6 is a partially cutaway view (A) showing a nonmagnetic material of the torque sensor of FIG. 3 alone and a cross-sectional view (B) along the line 6B-6B.

Claims (1)

軸周りに捻れ変形可能なトーションバーと、
このトーションバーにより同軸上に連結された第1シャフト及び第2シャフトと、
上記第1シャフトとともに回転し、磁性力の強弱が周方向に交互に発生する磁性体と、
この磁性体の外周側に同心状に設けられ、上記第2シャフトとともに回転し、導電性を有する非磁性材料からなる略円筒状の非磁性体と、
この非磁性体の周方向に複数個に形成され、少なくとも軸方向長さがほぼ一定である窓と、
上記窓の軸方向位置に対応して、上記非磁性体の外周側に同心状に配設される第1コイル(9A)と、
上記窓の軸方向位置に対応して、上記非磁性体の外周側に同心状であって上記第1コイルと軸方向にオフセットして配設される第2コイル(9B)と、
上記第1コイルの少なくとも軸方向両側を囲うようにこの第1コイルを保持し、かつ、磁性材料からなる第1ヨーク(16A)と、
上記第2コイルの少なくとも軸方向両側を囲うようにこの第2コイルを保持し、かつ、磁性材料からなる第2ヨーク(16B)と、
上記第1ヨークと第2ヨークとの間に内周面が前記非磁性体に対向するように露出した状態で設けられ、非磁性の材料により形成されるスペーサと、
上記磁性体と窓との重なり具合によって変化するコイルのインピーダンスに基づいて第1シャフト又は第2シャフトの入力トルクを検出するトルク検出手段と、を有し、
上記磁性体(13)は、磁性材料で円筒状に形成された磁性部材(13a)と、この磁性部材の外周に設けられ、非磁性材料で形成された非磁性部材(13b)と、から構成され、
上記非磁性部材は、この非磁性部材の軸方向中間部に設けられ、周方向に複数個形成された軸方向孔(13c)を有し、
上記窓は、上記第1コイルに対応する位置に形成された第1の窓(21A)と、上記第2コイルに対応するように上記第1の窓と軸方向に離間して形成された第2の窓(21B)と、から構成され、
上記第1の窓の軸方向長さが上記第1ヨークの軸方向長さよりも長く、かつ、上記第1の窓の一対の軸方向内縁の双方が、上記第1ヨークの軸方向外側面に比較して、上記第1ヨークの軸方向中央から遠い側に位置し、
上記第2の窓の軸方向長さが上記第2ヨークの軸方向長さよりも長く、かつ、上記第2の窓の一対の軸方向内縁の双方が、上記第2ヨークの軸方向外側面に比較して、上記第2ヨークの軸方向中央から遠い側に位置していることを特徴とするトルクセンサ。
A torsion bar that can be twisted and deformed around an axis;
A first shaft and a second shaft connected coaxially by the torsion bar;
A magnetic body that rotates with the first shaft and in which the strength of the magnetic force is alternately generated in the circumferential direction;
A substantially cylindrical non-magnetic body that is concentrically provided on the outer peripheral side of the magnetic body, rotates together with the second shaft, and is made of a non-magnetic material having conductivity;
A plurality of windows formed in the circumferential direction of the non-magnetic material, and at least the axial length is substantially constant;
A first coil (9A) disposed concentrically on the outer peripheral side of the non-magnetic material, corresponding to the axial position of the window;
Corresponding to the axial position of the window, a second coil (9B) that is concentric on the outer peripheral side of the non-magnetic material and is offset from the first coil in the axial direction;
Holding the first coil so as to surround at least both axial sides of the first coil, and a first yoke (16A) made of a magnetic material;
Holding the second coil so as to surround at least both axial sides of the second coil, and a second yoke (16B) made of a magnetic material;
A spacer formed between the first yoke and the second yoke so that an inner peripheral surface is exposed so as to face the nonmagnetic material; and a spacer formed of a nonmagnetic material;
Torque detecting means for detecting the input torque of the first shaft or the second shaft based on the impedance of the coil that changes depending on the degree of overlap between the magnetic body and the window,
The magnetic body (13) includes a magnetic member (13a) formed in a cylindrical shape with a magnetic material, and a nonmagnetic member (13b) provided on the outer periphery of the magnetic member and formed of a nonmagnetic material. And
The nonmagnetic member has an axial hole (13c) provided in the axially intermediate portion of the nonmagnetic member and formed in the circumferential direction.
The window includes a first window (21A) formed at a position corresponding to the first coil and a first window formed axially spaced from the first window so as to correspond to the second coil. 2 windows (21B),
The axial length of the first window is longer than the axial length of the first yoke, and both of the pair of axial inner edges of the first window are on the axially outer surface of the first yoke. In comparison, located on the far side from the axial center of the first yoke,
The axial length of the second window is longer than the axial length of the second yoke, and both the pair of axial inner edges of the second window are on the axially outer surface of the second yoke. In comparison, the torque sensor is located on the far side from the axial center of the second yoke.
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