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JP4523810B2 - Torque sensor - Google Patents
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JP4523810B2 - Torque sensor - Google Patents

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JP4523810B2 JP2004230792A JP2004230792A JP4523810B2 JP 4523810 B2 JP4523810 B2 JP 4523810B2 JP 2004230792 A JP2004230792 A JP 2004230792A JP 2004230792 A JP2004230792 A JP 2004230792A JP 4523810 B2 JP4523810 B2 JP 4523810B2
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Description

本発明は、回転するシャフトのねじれからトルクを検出する非接触タイプのトルクセンサの改良に関するものである。   The present invention relates to an improvement in a non-contact type torque sensor that detects torque from torsion of a rotating shaft.

車両のステアリング系に設けられるトルクセンサは、歪みゲージ式トルクセンサが一般的に用いられている。しかし、この歪みゲージ式トルクセンサにあっては、トルクセンサおよび配線がステアリングシャフトと一緒に回転するため、トルクセンサから延びる信号線をステアリングシャフトに巻き付けて配設しなければならず、この信号線が絡みやすいという問題点があった。   As a torque sensor provided in a steering system of a vehicle, a strain gauge type torque sensor is generally used. However, in this strain gauge type torque sensor, since the torque sensor and the wiring rotate together with the steering shaft, a signal line extending from the torque sensor must be wound around the steering shaft. There was a problem that it was easy to get involved.

この対策として、特許文献1に開示されたものは、回転するシャフトに対して接触しないで設けられる非接触タイプのトルクセンサがあり、これは上記配線の問題を解消できる。   As a measure against this, there is a non-contact type torque sensor disclosed in Patent Document 1 that is provided without contacting a rotating shaft, which can solve the wiring problem.

この非接触タイプのトルクセンサは、図5に示すように、ねじりトルクが加わるシャフト1と、シャフト1がねじれるのに伴って相対回転位置が変化する第一、第二リング2,3と、第一、第二リング2,3の各端面2c,3cのそれぞれに軸方向から対峙して固定される磁束ループ構成部10と、磁束ループ構成部10に設けられ互いに対向する磁極11a,12a間の磁束を検出するホール素子(磁束密度検出手段)5と、第一、第二リング2,3の相対回転位置が変化するのに伴って磁束ループ構成部10の磁場を変化させる磁場変化手段(第一、第二リング2,3の各対向端面2a,3aに開口する切り欠き2b,3b)とを備える。   As shown in FIG. 5, the non-contact type torque sensor includes a shaft 1 to which torsional torque is applied, first and second rings 2 and 3 whose relative rotational positions change as the shaft 1 is twisted, Between the magnetic flux loop component 10 fixed opposite to each of the end faces 2c, 3c of the first and second rings 2, 3 from the axial direction, and the magnetic poles 11a, 12a provided in the magnetic flux loop component 10 and facing each other A magnetic field changing means (first magnetic flux density detecting means) 5 for detecting magnetic flux and a magnetic field changing means (first magnetic flux changing means) for changing the magnetic field of the magnetic flux loop constituting section 10 as the relative rotational positions of the first and second rings 2 and 3 change. And notches 2b and 3b) opened to the opposing end faces 2a and 3a of the second rings 2 and 3, respectively.

磁束ループ構成部10は第一、第二リング2,3の各端面2c,3cのそれぞれに軸方向から対峙して固定されるL字型の磁石11,12からなっている。   The magnetic flux loop constituting portion 10 is composed of L-shaped magnets 11 and 12 which are fixed to the respective end faces 2c and 3c of the first and second rings 2 and 3 opposite to each other in the axial direction.

このトルクセンサにおいて、シャフト1にねじりトルクが加えられてねじれると、第一、第二リング2,3が相対回転し、磁束ループ構成部10の磁場が変化する。このとき、ホール素子5が磁束ループ構成部10において互いに対向する磁極11a,12a間の磁束密度を計測することにより、シャフト1に加わるねじりトルクを検出することができる。   In this torque sensor, when torsional torque is applied to the shaft 1 and the shaft 1 is twisted, the first and second rings 2 and 3 rotate relative to each other, and the magnetic field of the magnetic flux loop component 10 changes. At this time, the torsional torque applied to the shaft 1 can be detected by measuring the magnetic flux density between the magnetic poles 11a and 12a opposed to each other in the magnetic flux loop constituting section 10 of the Hall element 5.

このトルクセンサにおいて、シャフト1が回転するのに伴って第一、第二リング2,3が回転するが、磁束ループ構成部10およびホール素子5は回転しないように固定することが可能となり、ホール素子5から延びる信号線が絡まる心配がない。
特開2002−310819号公報
In this torque sensor, the first and second rings 2 and 3 rotate as the shaft 1 rotates, but the magnetic flux loop component 10 and the Hall element 5 can be fixed so as not to rotate. There is no fear that the signal line extending from the element 5 will be tangled.
JP 2002-310819 A

しかしながら、このような従来の非接触タイプのトルクセンサにあっては、回転するシャフト1の偏芯等により磁束ループ構成部10におけるL字型の磁石11,12と第一、第二リング2,3との位置関係がわすかに変化した場合、振り角(トルク)が一定にもかかわらず磁束ループ構成部10の磁束密度が変化し、トルクの検出誤差が発生するという問題点がある。   However, in such a conventional non-contact type torque sensor, the L-shaped magnets 11 and 12 and the first and second rings 2 and 2 in the magnetic flux loop component 10 are caused by eccentricity of the rotating shaft 1 or the like. 3 is slightly changed, the magnetic flux density of the magnetic flux loop component 10 changes even though the swing angle (torque) is constant, resulting in a torque detection error.

また、第一、第二リング2,3に対してシャフト1が回転するとき、磁束ループ構成部10における磁束ループの磁路断面に対して第一、第二リング2,3の各対向端面2a,3aに開口する切り欠き2b,3bが断続的に面するため、振り角(トルク)が一定にもかかわらず磁束ループ構成部10の磁束密度がシャフト1の回転に伴って周期的に変化し、トルクの検出誤差が発生するという問題点がある。   Further, when the shaft 1 rotates with respect to the first and second rings 2 and 3, the opposed end faces 2 a of the first and second rings 2 and 3 with respect to the magnetic path cross section of the magnetic flux loop in the magnetic flux loop component 10. , 3a, the notches 2b and 3b that open intermittently face each other, so that the magnetic flux density of the magnetic flux loop component 10 periodically changes with the rotation of the shaft 1 despite a constant swing angle (torque). There is a problem that a torque detection error occurs.

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、回転するシャフトのねじれからトルクを検出する非接触タイプのトルクセンサの検出精度を高めることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve the detection accuracy of a non-contact type torque sensor that detects torque from torsion of a rotating shaft.

本発明は、ねじりトルクが加わるシャフトと、このシャフトがねじれるのに伴って相対回転位置が変化する第一、第二リングと、磁気がこの第一、第二リングのそれぞれを通るように導く磁束ループ構成部と、第一、第二リングが相対回転するのに伴って磁束ループ構成部の磁場を変化させる磁場変化手段と、磁束ループ構成部の磁束密度を検出する磁束密度検出手段とを備える非接触タイプのトルクセンサに適用する。   The present invention relates to a shaft to which torsion torque is applied, first and second rings whose relative rotational positions change as the shaft is twisted, and magnetic flux that guides magnetism to pass through each of the first and second rings. A loop constituent part, a magnetic field changing means for changing the magnetic field of the magnetic flux loop constituent part as the first and second rings rotate relative to each other, and a magnetic flux density detecting means for detecting the magnetic flux density of the magnetic flux loop constituent part. Applies to non-contact type torque sensors.

そして、第一、第二リングにそれぞれ対峙する環状の第一、第二ヨークと、磁束ループ構成部の途中に介在する環状のリング磁石とを備え、磁束ループ構成部をこの第一、第二ヨークとリング磁石によって環状に形成し、第一、第二リングのそれぞれに対して磁気が環状に導かれる構成とし、磁場変化手段として、第一、第二リングは互いに略平行に対峙する対向端面を有し、各対向端面に複数の切り欠きを回転角度方向について所定の凹凸ピッチPを持って形成し、各切り欠きをシャフトの回転軸について対称的に形成し、第一、第二ヨークは互いに対向して突出する集磁凸部を有し、この各集磁凸部の間に磁束密度検出手段を介装し、第一、第二ヨークに対して集磁凸部が回転角度方向について突出するピッチTを、第一、第二リングの各対向端面に各切り欠きが形成される凹凸ピッチPと等しく設定したことを特徴とするものとした。 An annular first and second yoke respectively facing the first and second rings, and an annular ring magnet interposed in the middle of the magnetic flux loop constituent part, the magnetic flux loop constituent part being the first and second It is formed in an annular shape by a yoke and a ring magnet so that magnetism is guided annularly to each of the first and second rings, and as the magnetic field changing means, the first and second rings face each other substantially parallel to each other. A plurality of notches are formed on each opposed end face with a predetermined uneven pitch P in the rotational angle direction, and each notch is formed symmetrically with respect to the rotational axis of the shaft. There are magnetized convex portions protruding opposite to each other, and a magnetic flux density detecting means is interposed between the magnetic flux collecting convex portions, and the magnetic flux collecting convex portions are in the rotational angle direction with respect to the first and second yokes. The protruding pitch T is the same as that of the first and second rings. That has been set equal to the uneven pitch P of each notch is formed on the facing end surface was assumed to be characterized.

本発明によると、トルクセンサは、第一、第二リングにそれぞれ対峙する環状の第一、第二ヨークによって環状の磁束ループ構成部を形成し、第一、第二リングのそれぞれに対して磁気が環状に導かれることにより、シャフトが回転するのに伴って第一、第二リングが第一、第二ヨークに対して相対回転しても、第一、第二リングにおける磁場が変化することが抑えられる。このため、シャフトが回転するのに伴って磁束ループ構成部の磁束密度が変化することを抑えられ、トルクの検出精度を高められる。   According to the present invention, the torque sensor forms an annular magnetic flux loop component by the annular first and second yokes facing the first and second rings, respectively, and is magnetically coupled to each of the first and second rings. As the shaft rotates, the magnetic fields in the first and second rings change even if the first and second rings rotate relative to the first and second yoke as the shaft rotates. Is suppressed. For this reason, it can suppress that the magnetic flux density of a magnetic flux loop structure part changes as a shaft rotates, and can improve the detection accuracy of a torque.

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1において、1は例えば車両のステアリングシャフト(以下シャフトという)を示す。このシャフト1はその一端がステアリングホイールに連結され、他端が図示しないステアリングギヤに連結され、操舵力を車輪に伝えるものである。   In FIG. 1, 1 indicates a steering shaft (hereinafter referred to as a shaft) of a vehicle, for example. The shaft 1 has one end connected to a steering wheel and the other end connected to a steering gear (not shown) to transmit a steering force to the wheels.

シャフト1の途中には部分的に縮径したトーションバー部が形成され、シャフト1はトーションバー部を挟んで入力側1aと出力側1bの部位を有する。トーションバー部は入力側1aに加えられる回転トルクに対してシャフト1のねじり歪みを拡大する。   A torsion bar portion having a partially reduced diameter is formed in the middle of the shaft 1, and the shaft 1 has an input side 1 a and an output side 1 b across the torsion bar portion. The torsion bar portion expands the torsional distortion of the shaft 1 with respect to the rotational torque applied to the input side 1a.

トルクセンサは、シャフト1がねじれるのに伴って相対回転する第一、第二リング2,3と、磁気が第一、第二リング2,3のそれぞれを通るように導く磁束ループ構成部20と、第一、第二リング2,3が相対回転するのに伴って磁束ループ構成部20の磁場を変化させる磁場変化手段と、磁束ループ構成部20の磁束密度を検出するホール素子(磁束密度検出手段)5とを備える。ホール素子5はこの磁場の変化に応じた電圧を信号として出力し、この出力に応じてシャフト1に加わるねじりトルクが求められる。   The torque sensor includes first and second rings 2 and 3 that rotate relative to each other as the shaft 1 is twisted, and a magnetic flux loop component 20 that guides the magnetism to pass through each of the first and second rings 2 and 3. Magnetic field changing means for changing the magnetic field of the magnetic flux loop component 20 as the first and second rings 2 and 3 rotate relative to each other, and a Hall element (magnetic flux density detection) for detecting the magnetic flux density of the magnetic flux loop component 20 Means) 5. The Hall element 5 outputs a voltage corresponding to the change in the magnetic field as a signal, and a torsional torque applied to the shaft 1 is determined according to the output.

環状の第一、第二リング2,3は、トーションバー部を挟んでシャフト1の入力側1aと出力側1bにそれぞれシャフト1と同軸上に固定され、シャフト1のねじれに伴って相対回転するようになっている。   The annular first and second rings 2 and 3 are fixed coaxially to the shaft 1 on the input side 1a and the output side 1b of the shaft 1 with the torsion bar portion interposed therebetween, and relatively rotate as the shaft 1 is twisted. It is like that.

第一、第二リング2,3は例えば鉄等の磁性材により直円筒状に形成される。磁場変化手段として、第一、第二リング2,3は互いにわずかな隙間6を持って略平行に対峙する対向端面2a,3aを有する。環状に延びる各対向端面2a,3aには複数の切り欠き2b,3bが回転角度方向について所定の凹凸ピッチ(中心角度)Pを持って形成されている。凹凸ピッチPの回転角度範囲に一つの対向端面2a,3aと一つの切り欠き2b,3bが並んで設けられる。   The first and second rings 2 and 3 are formed in a right cylindrical shape by a magnetic material such as iron. As magnetic field changing means, the first and second rings 2 and 3 have opposing end faces 2a and 3a that face each other with a slight gap 6 between them. A plurality of notches 2b and 3b are formed on each of the opposing end faces 2a and 3a extending in a ring shape with a predetermined uneven pitch (center angle) P in the rotational angle direction. One opposed end face 2a, 3a and one notch 2b, 3b are provided side by side in the rotation angle range of the uneven pitch P.

各切り欠き2b,3bはシャフト1の回転軸について対称的に形成される。第一、第二リング2,3はシャフト1のねじれに伴って相対回転位置が変化することにより、対向端面2a,3aが互いに対峙する面積が変化し、磁束ループ構成部20の磁場を変化させるようになっている。   The notches 2b and 3b are formed symmetrically with respect to the rotation axis of the shaft 1. When the relative rotation position of the first and second rings 2 and 3 changes as the shaft 1 twists, the area where the opposed end faces 2a and 3a face each other changes, and the magnetic field of the magnetic flux loop component 20 changes. It is like that.

トルクセンサは、第一、第二リング2,3にそれぞれ対峙する環状の第一、第二ヨーク21,22を備え、磁束ループ構成部20をこの第一、第二ヨーク21,22によって環状に形成し、第一、第二リング2,3のそれぞれに対して磁気が環状に導かれる構成とする。   The torque sensor includes annular first and second yokes 21 and 22 that face the first and second rings 2 and 3, respectively, and the magnetic flux loop component 20 is annularly formed by the first and second yokes 21 and 22. The magnetism is guided to each of the first and second rings 2 and 3 in a ring shape.

第一、第二ヨーク21,22は例えば鉄等の磁性材によりL字形の断面を持った環状に形成される。   The first and second yokes 21 and 22 are formed in an annular shape having an L-shaped cross section by a magnetic material such as iron.

第一、第二ヨーク21,22は図示しない車体側に固定して取り付けられ、シャフト1および第一、第二リング2,3と接触しないように設けられる。すなわち、第一、第二ヨーク21,22の各内周面は、第一、第二リング2,3の各外周面2d,3dのそれぞれに隙間27,28を持って径方向から対峙する。   The first and second yokes 21 and 22 are fixedly attached to the vehicle body (not shown) and are provided so as not to contact the shaft 1 and the first and second rings 2 and 3. That is, the inner peripheral surfaces of the first and second yokes 21 and 22 are opposed to each other from the radial direction with gaps 27 and 28 in the outer peripheral surfaces 2d and 3d of the first and second rings 2 and 3, respectively.

なお、これに限らず、隙間27,28を設けず、第一、第二ヨーク21,22の各内周面を第一、第二リング2,3の各外周面2d,3dに摺接させる構造としても良い。   Not limited to this, the gaps 27 and 28 are not provided, and the inner peripheral surfaces of the first and second yokes 21 and 22 are brought into sliding contact with the outer peripheral surfaces 2d and 3d of the first and second rings 2 and 3, respectively. It is good also as a structure.

また、第一、第二ヨークの各端面を、第一、第二リングの各端面のそれぞれに軸方向から対峙させても良い。   Further, the end surfaces of the first and second yokes may be opposed to the respective end surfaces of the first and second rings from the axial direction.

本実施の形態では、第一、第二ヨーク21,22は、第一、第二リング2,3の各外周面2d,3dに対峙する部位に環状のリング磁石25がそれぞれ設けられる。リング磁石25はその内周をS極、その外周をN極とするように着磁されている。   In the present embodiment, the first and second yokes 21 and 22 are respectively provided with annular ring magnets 25 at portions facing the outer peripheral surfaces 2d and 3d of the first and second rings 2 and 3, respectively. The ring magnet 25 is magnetized so that its inner periphery is an S pole and its outer periphery is an N pole.

図2にも示すように、第一、第二ヨーク21,22は互いに対向して突出する二対の集磁凸部21a,22aを有する。各集磁凸部21aがN極になり、各集磁凸部22aがS極となる。   As shown in FIG. 2, the first and second yokes 21 and 22 have two pairs of magnetic flux collecting convex portions 21 a and 22 a that protrude to face each other. Each magnetism collecting convex portion 21a becomes an N pole, and each magnetism collecting convex portion 22a becomes an S pole.

二対の各集磁凸部21a,22aは第一、第二ヨーク21,22の中心軸について対称的に形成される。各ホール素子5は第一、第二ヨーク21,22の中心軸について対称的に配置される。   The two pairs of magnetic flux collecting convex portions 21 a and 22 a are formed symmetrically with respect to the central axes of the first and second yokes 21 and 22. Each Hall element 5 is arranged symmetrically with respect to the central axes of the first and second yokes 21 and 22.

なお、これに限らず、三対以上の集磁凸部を第一、第二ヨーク21,22の中心軸について対称的に形成し、三つ以上のホール素子5を各集磁凸部の間に介装しても良い。   Not limited to this, three or more pairs of magnetic flux collecting convex portions are formed symmetrically with respect to the central axes of the first and second yokes 21 and 22, and three or more Hall elements 5 are arranged between the magnetic flux collecting convex portions. You may interpose.

また、一対の集磁凸部を第一、第二ヨーク21,22の中心軸について対称的に形成し、単一のホール素子5を各集磁凸部の間に介装しても良い。   Alternatively, the pair of magnetic flux collecting convex portions may be formed symmetrically with respect to the central axes of the first and second yokes 21 and 22, and a single Hall element 5 may be interposed between the magnetic flux collecting convex portions.

図3に示すように、各集磁凸部21a,22aは第一、第二ヨーク21,22の端面21b,22bから回転角度方向について所定のピッチ(中心角度)Tを持って突出させる。   As shown in FIG. 3, the magnetic flux collecting convex portions 21a and 22a protrude from the end surfaces 21b and 22b of the first and second yokes 21 and 22 with a predetermined pitch (center angle) T in the rotational angle direction.

各集磁凸部21a,22aのピッチTは、第一、第二リング2,3の各対向端面2a,3aに形成される各切り欠き2b,3bの凹凸ピッチPと等しく設定する。   The pitch T of the magnetic flux collecting convex portions 21a and 22a is set equal to the concave / convex pitch P of the notches 2b and 3b formed on the opposing end surfaces 2a and 3a of the first and second rings 2 and 3, respectively.

ホール素子5は磁束密度検出手段として設けられる。各集磁凸部21a,22aの間にそれぞれ介装され、磁束ループ構成部20のN極とS極間の磁束密度に応じた電圧を信号として図示しない電線を介して出力する。   The Hall element 5 is provided as a magnetic flux density detection means. A voltage corresponding to the magnetic flux density between the N pole and the S pole of the magnetic flux loop component 20 is output as a signal via an electric wire (not shown) interposed between the magnetic flux collecting convex portions 21a and 22a.

各集磁凸部21a,22aは第一、第二ヨーク21,22の端面21b,22bからホール素子5に向けて絞られるテーパ状に形成され、磁界をホール素子5に集めるようになっている。各集磁凸部21a,22aの端面はホール素子5の外形と同じく矩形に形成される。   Each of the magnetic flux collecting convex portions 21 a and 22 a is formed in a tapered shape that is narrowed toward the Hall element 5 from the end faces 21 b and 22 b of the first and second yokes 21 and 22, and collects the magnetic field in the Hall element 5. . The end faces of the magnetic flux collecting convex portions 21 a and 22 a are formed in a rectangular shape similar to the outer shape of the Hall element 5.

トルクセンサは、第一、第二ヨーク21,22とリング磁石25とホール素子5を互いに結合する非磁性部材30を備える。この非磁性部材30は樹脂を材質とし、第一、第二ヨーク21,22の間に形成される。トルクセンサは、第一、第二ヨーク21,22とリング磁石25とホール素子5が非磁性部材30を介してサブッアッシとしてユニット化される。   The torque sensor includes a nonmagnetic member 30 that couples the first and second yokes 21 and 22, the ring magnet 25, and the Hall element 5 to each other. The nonmagnetic member 30 is made of resin and is formed between the first and second yokes 21 and 22. In the torque sensor, the first and second yokes 21 and 22, the ring magnet 25, and the Hall element 5 are unitized as a subassembly via the nonmagnetic member 30.

トルクセンサの製造時、第一、第二ヨーク21,22とホール素子5を図示しない治具(型枠)を介して所定位置に保持した状態で、第一、第二ヨーク21,22の間に樹脂材料を充填して固化させる。   During manufacture of the torque sensor, the first and second yokes 21 and 22 and the hall element 5 are held in place via a jig (formwork) (not shown), between the first and second yokes 21 and 22. The resin material is filled in and solidified.

非磁性部材30はT字形の断面を持った環状の円筒形に形成され、各集磁凸部21a,22aを避けるようにして第一、第二ヨーク21,22の間に隙間なく形成される。   The nonmagnetic member 30 is formed in an annular cylindrical shape having a T-shaped cross section, and is formed between the first and second yokes 21 and 22 without a gap so as to avoid the magnetic flux collecting convex portions 21a and 22a. .

以上のように構成される本発明の実施の形態につき、次に作用を説明する。   Next, the operation of the embodiment of the present invention configured as described above will be described.

シャフト1にねじりトルクが加えられ、シャフト1のトーションバー部がねじれると、第一、第二リング2,3が相対回転し、第一、第二リング2,3の対向端面2a,3aが互いに対峙する面積が変化し、第一、第二ヨーク21,22を介して磁束ループ構成部20を通る磁束密度が変化する。磁束ループ構成部20の第一、第二リング2,3を通る磁束は、各対向端面2a,3aが互いに対峙する面積が増えるのに伴って磁束ループ構成部20の磁場が強くなり、逆に、各対向端面2a,3aが互いに対峙する面積が減るのに伴って磁束ループ構成部20の磁場が弱くなる。ホール素子5はこの磁場の変化に応じた電圧を信号として出力し、この出力に応じてシャフト1に加わるねじりトルクが検出される。   When torsional torque is applied to the shaft 1 and the torsion bar portion of the shaft 1 is twisted, the first and second rings 2 and 3 rotate relative to each other, and the opposed end faces 2a and 3a of the first and second rings 2 and 3 are mutually connected. The facing area changes, and the magnetic flux density passing through the magnetic flux loop constituting part 20 via the first and second yokes 21 and 22 changes. The magnetic flux passing through the first and second rings 2 and 3 of the magnetic flux loop constituent part 20 increases the magnetic field of the magnetic flux loop constituent part 20 as the area where the opposing end faces 2a and 3a face each other increases. The magnetic field of the magnetic flux loop component 20 becomes weak as the area where the opposing end faces 2a and 3a face each other decreases. The Hall element 5 outputs a voltage corresponding to the change in the magnetic field as a signal, and a torsion torque applied to the shaft 1 is detected according to the output.

ステアリングホイールの操作によってシャフト1が回転するのに伴って第一、第二リング2,3が回転するが、車体に固定された第一、第二ヨーク21,22およびホール素子5は回転せず、ホール素子5から延びる信号線が絡まる心配がない。   As the shaft 1 is rotated by the operation of the steering wheel, the first and second rings 2 and 3 are rotated, but the first and second yokes 21 and 22 and the hall element 5 fixed to the vehicle body are not rotated. There is no fear that the signal line extending from the Hall element 5 will be tangled.

第一、第二ヨーク21,22は第一、第二リング2,3の外周面2d,3dに隙間27,28を持って対峙しているので、両者の摩耗が回避され、耐久性を確保できる。   Since the first and second yokes 21 and 22 are opposed to each other with the gaps 27 and 28 on the outer peripheral surfaces 2d and 3d of the first and second rings 2 and 3, wear between them is avoided and durability is ensured. it can.

第一、第二リング2,3の各対向端面2a,3aは隙間を持って対峙しているので、両者の摩耗が回避され、耐久性を確保できる。   Since the opposing end faces 2a and 3a of the first and second rings 2 and 3 are opposed to each other with a gap therebetween, wear of both is avoided and durability can be ensured.

トルクセンサは、第一、第二リング2,3にそれぞれ対峙する環状の第一、第二ヨーク21,22によって環状の磁束ループ構成部20を形成することにより、シャフト1が回転するのに伴って第一、第二リング2,3が第一、第二ヨーク21,22に対して相対回転しても、磁気が第一、第二リング2,3のそれぞれを通る条件が変化しにくい。このため、シャフト1の回転に伴って磁束ループ構成部20の磁束密度が変化することを抑えられ、トルクの検出精度を高められる。   The torque sensor is formed as the shaft 1 rotates by forming the annular magnetic flux loop constituting portion 20 by the annular first and second yokes 21 and 22 that face the first and second rings 2 and 3, respectively. Even if the first and second rings 2 and 3 rotate relative to the first and second yokes 21 and 22, the conditions under which magnetism passes through the first and second rings 2 and 3 are unlikely to change. For this reason, it is suppressed that the magnetic flux density of the magnetic flux loop structure part 20 changes with rotation of the shaft 1, and the detection accuracy of a torque can be improved.

第一、第二ヨーク21,22の各内周面が、第一、第二リング2,3の各外周面2d,3dのそれぞれに径方向から対峙する構造により、シャフト1の偏芯等により磁束ループ構成部20と第一、第二リング21,22との位置関係が変化した場合、第一、第二ヨーク21,22と第一、第二リング2,3の間に画成される隙間27,28の断面積の一方が減少とすると他方が増加して各隙間27,28の断面積の和が変化しないため、シャフト1の回転に伴って磁束ループ構成部20の磁束密度が変化することを抑えられ、トルクの検出精度を高められる。   Due to the structure in which the inner peripheral surfaces of the first and second yokes 21 and 22 are opposed to the outer peripheral surfaces 2d and 3d of the first and second rings 2 and 3 from the radial direction, the shaft 1 is eccentric. When the positional relationship between the magnetic flux loop constituting portion 20 and the first and second rings 21 and 22 changes, the magnetic loop is defined between the first and second yokes 21 and 22 and the first and second rings 2 and 3. If one of the cross-sectional areas of the gaps 27 and 28 decreases, the other increases and the sum of the cross-sectional areas of the gaps 27 and 28 does not change, so that the magnetic flux density of the magnetic flux loop component 20 changes as the shaft 1 rotates. Torque can be suppressed and torque detection accuracy can be improved.

磁場変化手段として、第一、第二リング2,3は互いに略平行に対峙する対向端面2a,3aを有し、各対向端面2a,3aに複数の切り欠き2b,3bが回転角度方向について所定の凹凸ピッチPを持って形成されることにより、シャフト1が捩れるに伴って環状の磁束ループ構成部20における磁場がシャフト1の中心軸について対称的に変化するため、シャフト1の回転に伴って磁束ループ構成部20の磁束密度が変化することを抑えられ、トルクの検出精度を高められる。   As magnetic field changing means, the first and second rings 2 and 3 have opposing end faces 2a and 3a facing each other substantially in parallel, and a plurality of notches 2b and 3b are predetermined in the rotational angle direction on each of the opposing end faces 2a and 3a. Since the magnetic field in the annular magnetic flux loop constituting portion 20 changes symmetrically with respect to the central axis of the shaft 1 as the shaft 1 is twisted, as the shaft 1 is twisted, Thus, the change in the magnetic flux density of the magnetic flux loop component 20 can be suppressed, and the torque detection accuracy can be improved.

集磁凸部21a,22aを第一、第二ヨーク21,22の端面21b,22bから突出させることにより、磁束ループ構成部20の磁束を集磁凸部21a,22aを介してホール素子5に集められるため、ホール素子5の出力電圧を高められる。   By making the magnetic flux collecting convex portions 21a and 22a protrude from the end faces 21b and 22b of the first and second yokes 21 and 22, the magnetic flux of the magnetic flux loop constituting portion 20 is transferred to the Hall element 5 via the magnetic flux collecting convex portions 21a and 22a. Therefore, the output voltage of the Hall element 5 can be increased.

二対の集磁凸部21a,22aと二つのホール素子5を第一、第二ヨーク21,22の中心軸について対称的に配置することにより、第一、第二リング2,3の各切り欠き2b,3bによって発生する磁束密度の強弱によって各ホール素子5に生じる周期的な出力変化が相反する方向に生じる。   By arranging two pairs of magnetic flux collecting convex portions 21a, 22a and two Hall elements 5 symmetrically about the central axes of the first and second yokes 21, 22, each of the first and second rings 2, 3 is cut. Periodic output changes that occur in each Hall element 5 due to the strength of the magnetic flux density generated by the notches 2b and 3b occur in opposite directions.

さらに、シャフト1の偏芯等により磁束ループ構成部20と第一、第二リング21,22との位置関係が変化した場合、各ホール素子5の出力変化が相反する方向に生じる。   Furthermore, when the positional relationship between the magnetic flux loop constituting portion 20 and the first and second rings 21 and 22 changes due to the eccentricity of the shaft 1, output changes of the Hall elements 5 occur in opposite directions.

このため、各ホール素子5の出力を加算してシャフト1に加わるトルクを算出することにより、各ホール素子5の検出誤差が互いに相殺され、トルクの検出精度を高められる。   For this reason, by adding the outputs of the hall elements 5 and calculating the torque applied to the shaft 1, the detection errors of the hall elements 5 cancel each other, and the torque detection accuracy can be improved.

各集磁凸部21a,22aが突出するピッチTを、第一、第二リング2,3の各対向端面2a,3aに形成される複数の切り欠き2b,3bの凹凸ピッチPと等しく設定することにより、第一、第二リング2,3に対してシャフト1が回転するとき、磁束ループ構成部20において集磁凸部21a,22aが配置される磁路断面に対して第一、第二リング2,3の各対向端面2a,3aに開口する切り欠き2b,3bが面する割合が一定に保たれる。このため、振り角(トルク)一定の場合に磁束ループ構成部20の磁束密度が変化することを抑えられ、ホール素子5と第一、第二リング2,3との相対位置関係に依存した検出誤差を緩和することが可能である。   The pitch T at which each of the magnetic flux collecting convex portions 21a and 22a protrudes is set equal to the concave and convex pitch P of the plurality of notches 2b and 3b formed on the opposing end surfaces 2a and 3a of the first and second rings 2 and 3. Thus, when the shaft 1 rotates with respect to the first and second rings 2 and 3, the first and second magnetic flux cross-sections 20 are arranged with respect to the magnetic path cross section where the magnetic flux collecting convex portions 21 a and 22 a are arranged. The ratio of the notches 2b and 3b that open to the opposing end faces 2a and 3a of the rings 2 and 3 is kept constant. For this reason, when the swing angle (torque) is constant, a change in the magnetic flux density of the magnetic flux loop constituting unit 20 can be suppressed, and detection that depends on the relative positional relationship between the Hall element 5 and the first and second rings 2 and 3 is detected. It is possible to reduce the error.

トルクセンサは、第一、第二ヨーク21,22とリング磁石25とホール素子5は非磁性部材30を介して互いに結合することにより、第一、第二ヨーク21,22に対するホール素子5の位置精度を高められる。これにより、磁束ループ構成部20を構成する各部品の設置位置の制御を組立工程の上で容易にし、各部品の設置位置のバラツキを抑えられ、トルクセンサの品質の向上がはかられる。   In the torque sensor, the first and second yokes 21 and 22, the ring magnet 25, and the hall element 5 are coupled to each other via the nonmagnetic member 30, so that the position of the hall element 5 with respect to the first and second yokes 21 and 22 is increased. Increases accuracy. This facilitates control of the installation positions of the parts constituting the magnetic flux loop constituting unit 20 in the assembly process, suppresses variations in the installation positions of the parts, and improves the quality of the torque sensor.

トルクセンサは、第一、第二ヨーク21,22とリング磁石25とホール素子5が非磁性部材30を介してサブッアッシとしてユニット化されることにより、部品点数が減り、車体への組み付けが容易に行える。   In the torque sensor, the first and second yokes 21 and 22, the ring magnet 25 and the hall element 5 are unitized as a subassembly via the nonmagnetic member 30, thereby reducing the number of parts and facilitating assembly to the vehicle body. Yes.

トルクセンサの製造時、第一、第二ヨーク21,22とリング磁石25とホール素子5を図示しない治具(型枠)を介して所定位置に保持した状態で、第一、第二ヨーク21,22の間に樹脂材料を充填して固化させることにより、第一、第二ヨーク21,22に対するホール素子5の位置精度を高められる。   At the time of manufacturing the torque sensor, the first and second yokes 21 and 22, the ring magnet 25, and the hall element 5 are held at predetermined positions via a jig (formwork) (not shown). , 22 is filled with a resin material and solidified, so that the positional accuracy of the Hall element 5 with respect to the first and second yokes 21 and 22 can be increased.

非磁性部材30をホール素子5を避けるようにして第一、第二ヨーク21,22の間に形成することにより、磁束ループ構成部20におけるホール素子5に対する集磁効果を高められるため、ホール素子5の出力電圧を高められる。   Since the nonmagnetic member 30 is formed between the first and second yokes 21 and 22 so as to avoid the Hall element 5, the magnetic flux collecting effect on the Hall element 5 in the magnetic flux loop component 20 can be enhanced. The output voltage of 5 can be increased.

他の実施の形態として、図4に示す第一、第二ヨーク21,22は、第一、第二リング2,3の各外周面2d,3dに対峙する部位に環状のリング磁石25,26がそれぞれ設けられる。リング磁石25,26は磁束ループ構成部20に沿ってS極とN極が並ぶように配置される。すなわち、リング磁石25はその内周をS極、その外周をN極とする一方、リング磁石26はその内周をN極とし、その外周をS極とするように着磁している。これにより、磁束ループ構成部20の磁界を強められる。   As another embodiment, the first and second yokes 21 and 22 shown in FIG. 4 are annular ring magnets 25 and 26 at portions facing the outer peripheral surfaces 2d and 3d of the first and second rings 2 and 3, respectively. Are provided respectively. The ring magnets 25 and 26 are arranged so that the south pole and the north pole are aligned along the magnetic flux loop component 20. That is, the ring magnet 25 is magnetized so that its inner periphery has an S pole and its outer periphery has an N pole, while the ring magnet 26 has its inner periphery an N pole and its outer periphery an S pole. Thereby, the magnetic field of the magnetic flux loop component 20 can be strengthened.

なお、これに限らず、環状のリング磁石を第一、第二ヨーク21,22の途中に介装しても良い。また、第一、第二ヨーク21,22をリング磁石によって一体的に形成しても良い。   However, the present invention is not limited to this, and an annular ring magnet may be interposed between the first and second yokes 21 and 22. Further, the first and second yokes 21 and 22 may be integrally formed by a ring magnet.

また、第一、第二リング2,3側に環状のリング磁石を設けても良い。   An annular ring magnet may be provided on the first and second rings 2 and 3 side.

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.

本発明は、回転するシャフトのねじれからトルクを検出する非接触タイプのトルクセンサに利用できる。   The present invention can be used for a non-contact type torque sensor that detects torque from torsion of a rotating shaft.

本発明の実施の形態を示すトルクセンサの斜視図。The perspective view of the torque sensor which shows embodiment of this invention. 同じくトルクセンサの側面図。The side view of a torque sensor similarly. 同じく図2のA−A線に沿う断面図。Sectional drawing which follows the AA line of FIG. 本発明の他の実施の形態を示すトルクセンサの斜視図。The perspective view of the torque sensor which shows other embodiment of this invention. 従来例を示すトルクセンサの斜視図。The perspective view of the torque sensor which shows a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1 シャフト
2 第一リング
2a 対向端面
2b 切り欠き
3 第二リング
3a 対向端面
3b 切り欠き
5 ホール素子(磁束密度検出手段)
20 磁束ループ構成部
21 第一ヨーク
22 第二ヨーク
25 リング磁石
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shaft 2 1st ring 2a Opposing end surface 2b Notch 3 2nd ring 3a Opposing end surface 3b Notch 5 Hall element (magnetic flux density detection means)
20 Magnetic flux loop component 21 First yoke 22 Second yoke 25 Ring magnet

Claims (2)

ねじりトルクが加わるシャフトと、このシャフトがねじれるのに伴って相対回転位置が変化する第一、第二リングと、この第一、第二リングのそれぞれを磁気が通るように導く磁束ループ構成部と、前記第一、第二リングが相対回転するのに伴ってこの磁束ループ構成部の磁場を変化させる磁場変化手段と、前記磁束ループ構成部の磁束密度を検出する磁束密度検出手段とを備えるトルクセンサにおいて、
前記第一、第二リングにそれぞれ対峙する環状の第一、第二ヨークと、前記磁束ループ構成部の途中に介在する環状のリング磁石とを備え、前記磁束ループ構成部をこの第一、第二ヨークとリング磁石によって環状に形成し、前記第一、第二リングのそれぞれを磁気が環状に導かれる構成とし
前記磁場変化手段として、前記第一、第二リングは互いに略平行に対峙する対向端面を有し、各対向端面に複数の切り欠きを回転角度方向について所定の凹凸ピッチPを持って形成し、各切り欠きを前記シャフトの回転軸について対称的に形成し、
前記第一、第二ヨークは互いに対向して突出する集磁凸部を有し、この各集磁凸部の間に前記磁束密度検出手段を介装し、
前記第一、第二ヨークに対して前記集磁凸部が回転角度方向について突出するピッチTを、前記第一、第二リングの前記各対向端面に前記各切り欠きが形成される凹凸ピッチPと等しく設定したことを特徴とするトルクセンサ。
A shaft to which torsional torque is applied, first and second rings whose relative rotational positions change as the shaft is twisted, and a magnetic flux loop component that guides each of the first and second rings to pass magnetism A torque provided with magnetic field changing means for changing the magnetic field of the magnetic flux loop constituent part as the first and second rings rotate relative to each other, and magnetic flux density detecting means for detecting the magnetic flux density of the magnetic flux loop constituent part In the sensor
An annular first and second yoke respectively facing the first and second rings, and an annular ring magnet interposed in the middle of the magnetic flux loop constituent part, the magnetic flux loop constituent part being the first and second It is formed in an annular shape by two yokes and a ring magnet, and each of the first and second rings is configured to guide the magnetism in an annular shape ,
As the magnetic field changing means, the first and second rings have opposing end faces facing each other substantially in parallel, and a plurality of notches are formed on each opposing end face with a predetermined uneven pitch P in the rotational angle direction, Forming each notch symmetrically about the axis of rotation of the shaft,
The first and second yokes have magnetism-convex protrusions that protrude opposite to each other, and the magnetic flux density detection means is interposed between the magnetism-collection protrusions.
A pitch T at which the magnetism-convex convex portion protrudes in the rotation angle direction with respect to the first and second yokes, and a concave / convex pitch P at which the notches are formed on the opposing end surfaces of the first and second rings. Torque sensor characterized by being set equal to
前記集磁凸部を複数対で設け、各集磁凸部とその間に介装される複数の磁束密度検出手段とを前記シャフトの回転軸について対称的に配置したことを特徴とする請求項1に記載のトルクセンサ。 2. The magnetic flux collecting convex portions are provided in a plurality of pairs, and the magnetic flux collecting convex portions and a plurality of magnetic flux density detecting means interposed therebetween are arranged symmetrically with respect to the rotation axis of the shaft. The torque sensor described in 1 .
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