JP2008076196A - Torque measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、自動車の電動式パワーステアリング装置(ＥＰＳ)などのように、回転動力を伝達する機構における捩じれトルクの状態を測定するトルク測定装置の改良に関する。 The present invention relates to an improvement in a torque measuring device that measures the state of torsional torque in a mechanism that transmits rotational power, such as an electric power steering device (EPS) for an automobile.
このようなトルク測定装置は、一例として、捩じれ変形可能な弾性部材、周囲に磁界を生じさせる磁石、磁性素材を材料として形成された磁性体、磁性体から磁束を導くとともに、その磁束を集める集磁器、及び磁束密度の状態変化を検出することで、捩じれトルクを測定する磁気センサとを備えて構成されている。 As an example, such a torque measuring device includes an elastic member that can be torsionally deformed, a magnet that generates a magnetic field around it, a magnetic body that is formed of a magnetic material, a magnetic flux that is guided from the magnetic body and that collects the magnetic flux. A magnetic sensor and a magnetic sensor that measures torsional torque by detecting a change in state of magnetic flux density are provided.
弾性部材は、直線状に延出された棒体(例えば、トーションバー)を成し、第１の軸(例えば、ステアリングの回転動力が伝達される入力軸)と、第２の軸(例えば、ステアリングギア装置に連結される出力軸)とを同心状に連結しており、当該第１の軸と第２の軸との間に捩じれトルクが入力された場合、それ自体が捩じれ変形するように構成されている。 The elastic member forms a linearly extending rod (for example, a torsion bar), and includes a first shaft (for example, an input shaft to which steering rotational power is transmitted) and a second shaft (for example, for example). The output shaft connected to the steering gear device) is concentrically connected so that when a torsional torque is input between the first shaft and the second shaft, the output shaft itself is torsionally deformed. It is configured.
磁石は、第１の軸、または前記弾性部材の一端側に取り付けられて周囲に所定の磁界を生じさせている。これに対し、磁性体は、第２の軸、または前記弾性部材の他端側に所定の連結部材(例えば、フランジ体)を介して取り付けられているとともに、前記磁石により生じた磁界内、すなわち、前記磁石に近接して配置されて当該磁石との間で磁気回路を形成している。そして、前記弾性部材の捩じれ変形によって前記磁石との相対的な位置関係が変化した場合、これに伴って、前記磁気回路に発生する磁束の磁束密度が変化する構造を有している。 The magnet is attached to the first shaft or one end side of the elastic member to generate a predetermined magnetic field around it. On the other hand, the magnetic body is attached to the second shaft or the other end side of the elastic member via a predetermined connecting member (for example, a flange body), and in the magnetic field generated by the magnet, that is, The magnetic circuit is formed between the magnet and the magnet. When the relative positional relationship with the magnet changes due to torsional deformation of the elastic member, the magnetic flux density of the magnetic flux generated in the magnetic circuit changes accordingly.
また、集磁器は、前記磁性体に近接して配置され、当該磁性体から磁束を導くとともに、当該導いた磁束を集める集磁部を有しており、磁気センサは、当該集磁部を介して前記集磁器に集められた磁束の磁束密度の変化を検出することで、前記捩じれトルクの状態を測定している。 The magnetic collector is disposed in the vicinity of the magnetic body, and has a magnetic flux collecting section that guides the magnetic flux from the magnetic body and collects the guided magnetic flux, and the magnetic sensor passes through the magnetic collecting section. Thus, the state of the torsional torque is measured by detecting a change in the magnetic flux density of the magnetic flux collected by the magnetic collector.
かかるトルク測定装置においては、当該第１の軸と第２の軸との間に捩じれトルクが入力され、弾性部材が捩じれ変形した場合、磁石(硬磁性体)と磁性体(軟磁性体)との相対的な位置関係が変化することで、当該磁石と磁性体との間に形成される磁気回路に発生する磁束の磁束密度が変化する。そして、この磁束を集磁器へ導くとともに集め、当該集められた磁束の磁束密度の変化を磁気センサで検出することで、第１の軸と第２の軸との間に入力された捩じれトルク(例えば、ステアリングシャフトに加わる操舵トルク)の状態(例えば、操舵トルクの大きさや向きなど)を測定している。 In such a torque measuring device, when a torsional torque is input between the first axis and the second axis and the elastic member is torsionally deformed, a magnet (hard magnetic body) and a magnetic body (soft magnetic body) As a result, the magnetic flux density of the magnetic flux generated in the magnetic circuit formed between the magnet and the magnetic body changes. Then, the magnetic flux is guided to the magnetic collector and collected, and a change in the magnetic flux density of the collected magnetic flux is detected by a magnetic sensor, whereby the torsional torque (between the first axis and the second axis) ( For example, the state (for example, the magnitude and direction of the steering torque) of the steering torque applied to the steering shaft is measured.
ところで、このようなトルク測定装置に関し、従来から、各種の測定機構の構成例が知られている(特許文献１〜５参照)。
例えば、特許文献１には、集磁器として作用するリング状のセンサ部材を磁性体の外周部に近接して設けた測定機構の構成が、一例として開示されている。特許文献２及び特許文献３には、集磁器として作用する扇形円弧状のセンサ部材が１つ設けられているとともに、磁気センサ(磁気検出素子)が２つ設けられており、当該２つの磁気センサ(磁気検出素子)により、前記集磁器(センサ部材)に集められた磁束の磁束密度の変化を検出する測定機構の構成が、一例として開示されている。
By the way, regarding such a torque measuring device, conventionally, configuration examples of various measuring mechanisms are known (see Patent Documents 1 to 5).
For example, Patent Document 1 discloses, as an example, a configuration of a measurement mechanism in which a ring-shaped sensor member that acts as a magnetic collector is provided in the vicinity of an outer peripheral portion of a magnetic body. In
これに対し、特許文献４に開示された測定機構においては、集磁器として作用する部材は設けられておらず、磁気回路内に設けた２つの磁性体の間に介在されるように磁気センサを配置し、当該磁気回路に発生する磁束の磁束密度の変化を検出する測定機構の構成が、一例として開示されている。 On the other hand, in the measurement mechanism disclosed in Patent Document 4, no member that acts as a magnetic collector is provided, and the magnetic sensor is disposed so as to be interposed between two magnetic bodies provided in the magnetic circuit. A configuration of a measurement mechanism that is arranged and detects a change in magnetic flux density of magnetic flux generated in the magnetic circuit is disclosed as an example.
また、特許文献５には、磁気回路内に配置された磁性体(磁気ヨーク)、及び集磁器として作用する集磁リングをそれぞれ鉄板で形成しており、当該集磁器(集磁リング)で前記磁気回路に発生する磁束を集め、集められた磁束の磁束密度の変化を１つ又は２つの磁気センサで検出する測定機構の構成が、一例として開示されている。
しかしながら、上述した特許文献１〜４に開示された測定機構においては、磁性体として、径方向に等間隔で突出した歯形部を有する環状コアが使用され、当該コアが磁石の外周部に軸方向へ上下一対を成して配置されている。このため、かかるコアの厚み(軸方向に対する距離)が大きくなり、当該コアを構成部材とする測定機構、ひいては、トルク測定装置を小型化及び軽量化することが困難となっていた。 However, in the measurement mechanisms disclosed in Patent Documents 1 to 4 described above, an annular core having tooth profile portions protruding at equal intervals in the radial direction is used as the magnetic body, and the core is axially disposed on the outer peripheral portion of the magnet. A pair of upper and lower is arranged. For this reason, the thickness of the core (distance relative to the axial direction) is increased, and it has been difficult to reduce the size and weight of the measurement mechanism using the core as a constituent member, and thus the torque measurement device.
これに対し、上述した特許文献５に開示された測定機構においては、鉄板状の磁性体(磁気ヨーク)及び集磁器(集磁リング)を使用しているため、測定機構、並びにトルク測定装置の小型軽量化を図ることは可能となるが、一方で、集磁器(集磁リング)をリング状に加工する際、高い加工精度が必要となり、それに伴うコストが発生してしまう。この結果、測定機構、ひいては、トルク測定装置を低コスト化することが困難となっていた。 On the other hand, the measurement mechanism disclosed in Patent Document 5 described above uses an iron plate-like magnetic body (magnetic yoke) and a magnetic collector (magnet collector ring). Although it is possible to reduce the size and weight, on the other hand, when machining the current collector (magnet collection ring) into a ring shape, high machining accuracy is required, and costs associated therewith are generated. As a result, it has been difficult to reduce the cost of the measuring mechanism, and thus the torque measuring device.
本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、小型軽量化を図るとともに、集磁器を容易に加工可能な略半円の円弧状とし、これを組み合わせる構成とすることで、低コスト化を図ることが可能なトルク測定装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such a problem. The object of the present invention is to reduce the size and weight, and to make the current collector into a substantially semicircular arc shape that can be easily processed, and to combine them. Thus, an object of the present invention is to provide a torque measuring device capable of reducing the cost.
このような目的を達成するために、本発明に係るトルク測定装置は、所定方向に延出した第１の軸と第２の軸とを連結し、当該第１の軸と第２の軸との間に捩じれトルクが入力されて捩じれ変形する弾性部材と、前記第１の軸または前記弾性部材の一端側に取り付けられて周囲に磁界を生じさせる磁石と、前記第２の軸または前記弾性部材の他端側に取り付けられ、且つ前記磁石により生じた磁界内に配置されて所定の磁気回路を形成し、前記弾性部材の捩じれ変形によって前記磁石との相対的な位置関係が変化することに伴って、前記磁気回路に発生する磁束の磁束密度が変化する構造を有する磁性体と、当該磁性体に近接して配置され、前記磁性体から磁束を導くとともに、導いた磁束を集める集磁部を有する集磁器と、前記集磁部を介して当該集磁器に集められた磁束の磁束密度の変化を検出することで、前記捩じれトルクの状態を測定する磁気センサとを備えている。かかるトルク測定装置において、集磁器は、所定間隔を空けて軸方向に２つで一組を成し、各集磁器が同一の曲率を有する略半円の円弧状に形成されており、磁気センサは、当該一組を成す集磁器の集磁部間に位置付けられている。
このような構成によれば、例えば、同一径を成す円環状に形成された集磁器と比較して、その成形加工が容易となり、製造コストを低減化させることができる。
In order to achieve such an object, a torque measuring device according to the present invention connects a first shaft and a second shaft extending in a predetermined direction, and the first shaft and the second shaft are connected to each other. An elastic member that is torsionally deformed when a torsional torque is input therebetween, a magnet that is attached to one end of the first shaft or the elastic member to generate a magnetic field, and the second shaft or the elastic member And is arranged in a magnetic field generated by the magnet to form a predetermined magnetic circuit, and the relative positional relationship with the magnet changes due to torsional deformation of the elastic member. A magnetic body having a structure in which the magnetic flux density of the magnetic flux generated in the magnetic circuit is changed, and a magnetic flux collecting section that is disposed in proximity to the magnetic body and guides the magnetic flux from the magnetic body and collects the guided magnetic flux. A magnetic collector having the magnetic flux collector Te By detecting a change in magnetic flux density of the collected magnetic flux to the collector porcelain, and a magnetic sensor for measuring a state of the torsion torque. In such a torque measuring device, the magnetism collectors are formed in a pair of two in the axial direction with a predetermined interval, and each magnetism collector is formed in a substantially semicircular arc shape having the same curvature. Are positioned between the magnetic flux collectors of the magnetic flux collectors constituting the set.
According to such a configuration, for example, as compared with a current collector formed in an annular shape having the same diameter, the molding process is facilitated, and the manufacturing cost can be reduced.
この場合、集磁器は、所定間隔を空けて軸方向に２つで一組を成して構成されているとともに、当該一組の集磁器を径方向に対向して位置付けることで、２つの略円環状を成して構成されており、磁気センサは、前記一組を成す集磁器の各集磁部間にそれぞれ１つずつ位置付けられている。
このように、集磁器は、一組の集磁器を径方向に対向して位置付けて構成されているため、例えば、その加工精度の誤差により、磁石と各集磁器が偏心していた場合であっても、全体として略円環状を成すように構成することができ、当該誤差を吸収することができる。この結果、集磁器は、磁性体から均等に磁束を導き出すことができる。
In this case, the current collectors are configured as a pair of two in the axial direction at a predetermined interval, and two sets of current collectors are positioned so as to face each other in the radial direction. Each of the magnetic sensors is positioned between the magnetic flux collectors of the magnetic flux collectors that constitute the set.
In this way, the current collector is configured by positioning a pair of current collectors facing each other in the radial direction. For example, the magnet and each current collector are eccentric due to an error in processing accuracy. In addition, it can be configured so as to form a substantially annular shape as a whole, and the error can be absorbed. As a result, the magnetic current collector can lead the magnetic flux evenly from the magnetic material.
また、一例として、２つの磁気センサは、磁束密度の変化を検出する際、その磁束の感知方向が相互に逆方向を成して設定されており、各磁気センサが検出し、磁束密度の変化を示す検出信号を差動出力して構成されている。これにより、例えば、温度変化などにより磁気センサのゼロ点がドリフトしたとしても、個々のゼロ点のドリフトをキャンセルすることができる。 As an example, when two magnetic sensors detect changes in magnetic flux density, the sensing directions of the magnetic fluxes are set in opposite directions, and each magnetic sensor detects and changes in magnetic flux density. It is configured by differentially outputting a detection signal indicating. Thereby, for example, even if the zero point of the magnetic sensor drifts due to a temperature change or the like, the drift of each zero point can be canceled.
なお、集磁器は、鉄板で形成されており、このため、プレス加工などにより容易に加工・成形することができ、その製造コストを低減化することができるとともに、容易に小型軽量化することができる。
さらに、集磁器は、その内部の磁束密度の最大値を飽和磁束密度の９０％以下に設定して構成されている。この結果、集磁器の内部を流れる磁束は、当該集磁器の外部まで洩れることがなく、磁気センサにおいて、有効に検出され、より高精度に、その磁束の磁束密度の変化を検出することができる。
The current collector is formed of an iron plate. Therefore, the current collector can be easily processed and formed by press working or the like, the manufacturing cost can be reduced, and the size and weight can be easily reduced. it can.
Furthermore, the current collector is configured by setting the maximum value of the magnetic flux density therein to 90% or less of the saturation magnetic flux density. As a result, the magnetic flux flowing inside the current collector does not leak to the outside of the current collector, and is effectively detected by the magnetic sensor, and the change in the magnetic flux density of the magnetic flux can be detected with higher accuracy. .
本発明のトルク測定装置によれば、小型軽量化を図るとともに、集磁器を容易に加工可能な略半円の円弧状とし、これを組み合わせる構成とすることで、低コスト化を図ることができる。 According to the torque measuring device of the present invention, it is possible to reduce the cost by reducing the size and weight and making the magnetic collector a substantially semicircular arc shape that can be easily processed and combining them. .
以下、本発明の一実施形態に係るトルク測定装置について、添付図面を参照して説明する。なお、本発明のトルク測定装置は、第１の軸と第２の軸とが弾性部材によって連結され、当該第１の軸と第２の軸との間に捩じれトルクが入力される任意の装置に組み込まれ、当該捩じれトルクの状態を測定するために使用することができる。このため、ここでは、一例として、当該トルク測定装置が自動車のパワーステアリング装置(ＥＰＳ)に用いられ、当該ＥＰＳにおいて、第１の軸、第２の軸及び弾性部材で構成されるステアリングシャフトに加わる操舵トルクの状態を測定する場合を想定し、以下、その構成について説明する。 Hereinafter, a torque measuring device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The torque measuring device according to the present invention is an arbitrary device in which a first shaft and a second shaft are connected by an elastic member, and a torsional torque is input between the first shaft and the second shaft. And can be used to measure the state of the torsional torque. For this reason, here, as an example, the torque measuring device is used in a power steering device (EPS) of an automobile, and in the EPS, the torque measuring device is added to a steering shaft composed of a first shaft, a second shaft, and an elastic member. Assuming the case where the state of the steering torque is measured, the configuration will be described below.
図１(ａ)〜(ｃ)には、本実施形態に係るトルク測定装置が示されており、当該トルク測定装置は、捩じれ変形可能な弾性部材２、周囲に磁界を生じさせる磁石４、磁性素材を材料として形成された磁性体６、当該磁性体６から磁束を導くとともに、その磁束を集める集磁器８、及び磁束密度の状態変化を検出することで、捩じれトルクを測定する磁気センサ１０とを備えて構成されている。
FIGS. 1A to 1C show a torque measuring device according to the present embodiment. The torque measuring device includes an
弾性部材２は、直線状に延出された棒体(例えば、トーションバー)を成し、所定方向に延出した第１の軸(例えば、ステアリングの回転動力が伝達される入力軸)１２と、第２の軸(例えば、ステアリングギア装置に連結される出力軸)１４とを同心状に連結しており、当該第１の軸１２と第２の軸１４との間に捩じれトルク(操舵トルク)が入力された場合、それ自体が捩じれ変形するように構成されている。
The
この場合、第１の軸１２は、所定方向(図１(ａ)の上下方向)に直線状に延出されて構成されており、その一端部(同図の下端部)が弾性部材２と同心状に連結されているとともに、他端部へステアリング(図示しない)が取り付けられている。これに対し、第２の軸１４は、所定方向(図１(ａ)の上下方向)に直線状に延出されて構成されており、その一端部(同図の上端部)が弾性部材２と同心状に連結されているとともに、他端部がステアリングギア装置(図示しない)に連結されている。そして、当該第１の軸(入力軸)１２と第２の軸(出力軸)１４とが弾性部材(トーションバー)２により１本の略直線状に連結されて、ステアリングシャフトが構成されている。なお、図１(ａ)に示す構成において、入力軸１２と出力軸１４とは、その外径を略同一の大きさに設定しているが、これらの外径は、異なる大きさに設定してもよい。
In this case, the
ここで、トーションバー２と入力軸１２との連結方法、及びトーションバー２と出力軸１４との連結方法は、特に限定されないが、本実施形態においては、一例として、トーションバー２の両端部に入力軸１２の一端部、及び出力軸１４の一端部に設けられた連結孔(図示しない)と連通可能な貫通孔(図示しない)を設け、これらの連結孔及び貫通孔にピン(図示しない)を挿入することで、相互に連結されている。
Here, the connection method between the
これにより、トーションバー２は、入力軸１２と出力軸１４との間に捩じれトルク(操舵トルク)が入力された場合、それ自体を捩じれ変形させることができる。別の捉え方をすれば、入力軸１２と出力軸１４は、トーションバー２が捩じれ変形することで、相対的に回動することができる。なお、トーションバー２は、かかる捩じれトルク(操舵トルク)が入力された場合、捩じれ変形することが可能となる任意の素材を材料として形成すればよい。
Thereby, when the torsion torque (steering torque) is input between the
磁石４は、第１の軸(入力軸)１２、または弾性部材(トーションバー)２の一端側に取り付けられて周囲に所定の磁界を生じさせている。図１(ａ)に示す構成において、磁石４は、一例として、円筒状に形成されており、その内径を入力軸１２の外径と略同一の大きさに設定して構成されている。そして、磁石４は、その内周面４ａの一部(図１(ａ)の上部)を入力軸１２の外周面１２ａに当接させて外嵌されることで、入力軸１２の一端側(同図の下端側)へ当該入力軸１２と同心状に固定されている。
The magnet 4 is attached to one end of the first shaft (input shaft) 12 or the elastic member (torsion bar) 2 to generate a predetermined magnetic field around it. In the configuration shown in FIG. 1A, the magnet 4 is formed in a cylindrical shape as an example, and has an inner diameter set to be approximately the same as the outer diameter of the
なお、磁石４は、その内周面４ａの全体を入力軸１２の外周面１２ａに当接させて当該入力軸１２に外嵌させてもよいし、入力軸１２との間に所定の連結部材(図示しない)を介在させ、当該入力軸１２に対して間接的に取り付けてもよい。
また、磁石４は、一例として、その外周部にＮ極及びＳ極が交互に着磁された磁極面４ｂを有する永久磁石として構成されており、入力軸１２に固定された状態で、磁極面(外周部)４ｂを磁性体６と対向させている。
The magnet 4 may be externally fitted to the
Moreover, the magnet 4 is comprised as a permanent magnet which has the
これに対し、磁性体６は、第２の軸(出力軸)１４、または弾性部材(トーションバー)２の他端側に所定の連結部材(例えば、フランジ体)１６を介して取り付けられているとともに、磁石４により生じた磁界内、すなわち、磁石４の磁極面４ｂと所定の間隔を空けて、当該磁石４と近接して配置されて、所定の磁気回路(以下、磁気回路ＭＣという)を形成している。
On the other hand, the
図１(ａ)に示す構成において、磁性体６は、一例として、その内径を磁石４の外径よりも若干大きな径に設定した略円板状に形成されており、軸方向の一方側へ突出する複数の歯形部６ｃが、内周部に所定の間隔で設けられている。なお、この場合、磁性体６の歯形部６ｃは、磁石４の磁極数(Ｎ極とＳ極の合計磁極数)と同数だけ、等間隔に設ければよい。また、磁性体６の歯形部６ｃの形状は、特に限定されず、例えば、矩形状や台形状など任意の形状に構成することができるが、本実施形態においては、一例として、三角形状に形成されている場合を想定する。
In the configuration shown in FIG. 1A, the
そして、磁性体６は、所定間隔を空けて軸方向に２つで一組を成し、一方の磁性体(例えば、図１(ａ)の上側の磁性体６ａ)の歯形部６ｃと、他方の磁性体(例えば、同図の下側の磁性体６ｂ)の歯形部６ｃとが、交互に入れ子状に噛み合うように位置決めされて、連結部材１６によって出力軸１４の一端側(同図の上端側)へ当該出力軸１４と同心状に固定されている。
The
なお、図１(ａ)に示す構成において、一組の磁性体6a,6bは、樹脂などの非磁性体でモールドされ、一体的に成型されている。このため、一方の磁性体６ａは、その上面にモールド部１６ｃが形成されているとともに、他方の磁性体６ｂは、その下面にモールド部１６ｄが形成されている。この場合、一組の磁性体6a,6bのモールド方法は、特に限定されず、例えば、インサート成型や、ポッティングなどを任意に選択して適用すればよい。
In the configuration shown in FIG. 1A, the pair of magnetic bodies 6a and 6b are molded with a non-magnetic body such as resin and are integrally molded. For this reason, one magnetic body 6a has a
また、連結部材１６は、その外周部に軸方向の一方側(図１(ａ)の上側)へ突出するフランジ部１６ｆが設けられた円板状に形成されており、その内径を出力軸１４の外径と略同一の大きさに設定して構成され、当該フランジ部１６ｆに取り付けた磁性体６の歯形部６ｃが磁石４の磁極面４ｂと所定の間隔を空けて対向状態となるように、内周部を出力軸１４の外周面１４ａに当接させて外嵌固定されている。
Further, the connecting
以上のような構成とすることで、磁性体６は、弾性部材(トーションバー)２の捩じれ変形によって磁石４との相対的な位置関係が変化した場合、これに伴って、磁気回路ＭＣに発生する磁束の磁束密度が変化する構造となる。
With the configuration as described above, the
具体的に説明すると、軸方向に２つで一組を成す磁性体６は、トーションバー２に捩じれ変形が生じていない状態、すなわち、入力軸１２と出力軸１４との間に捩じれトルク(操舵トルク)が入力されていない状態で、各磁性体6a,6bに設けられた歯形部６ｃの歯先(三角形の頂点)と、磁石４のＮ極とＳ極との境界とが一致するように位置付けられている。
More specifically, the pair of
この状態においては、各磁性体6a,6bに設けられた歯形部６ｃの歯先には、磁石４のＮ極とＳ極から同数の磁力線が出入りするため、一方の磁性体６ａと他方の磁性体６ｂの内部でそれぞれ磁力線が閉じることになる。この結果、一方の磁性体６ａと他方の磁性体６ｂとの間に磁力線の束である磁束が洩れることがない。
In this state, the same number of magnetic lines of force enter and exit from the N pole and S pole of the magnet 4 at the tooth tips of the
これに対し、トーションバー２に捩じれ変形が生じた状態、すなわち、入力軸１２と出力軸１４との間に捩じれトルク(操舵トルク)が入力された状態においては、入力軸１２に固定された磁石４と出力軸１４に固定された磁性体６との相対的な位置関係が周方向に変化する。したがって、この状態においては、各磁性体6a,6bに設けられた歯形部６ｃの歯先(三角形の頂点)と、磁石４のＮ極とＳ極との境界とが一致しなくなるため、各磁性体6a,6bには、Ｎ極またはＳ極のいずれかの極性を有する磁力線の出入が増加する。
On the other hand, in a state where the
この場合、一方の磁性体６ａと他方の磁性体６ｂには、それぞれ異なる極性を有する磁力線の出入が増加するため、一方の磁性体６ａと他方の磁性体６ｂとの間に磁力線の束である磁束が洩れ出す。かかる磁束の漏れ量、すなわち、当該磁束の磁束密度の変化量は、トーションバー２の捩じれ変形量に略比例し、且つ、当該トーションバー２の捩じれ方向に応じて、その極性が反転する。
このように、磁性体６は、トーションバー２の捩じれ変形によって磁石４との相対的な位置関係が変化した場合、これに伴って、磁気回路ＭＣに発生する磁束の磁束密度が変化する。
In this case, since one magnetic body 6a and the other magnetic body 6b have increased and decreased magnetic field lines having different polarities, there is a bundle of magnetic field lines between the one magnetic body 6a and the other magnetic body 6b. Magnetic flux leaks out. The amount of magnetic flux leakage, that is, the amount of change in the magnetic flux density of the magnetic flux is substantially proportional to the torsional deformation amount of the
Thus, when the relative positional relationship between the
また、集磁器８は、磁性体６に近接して配置され、当該磁性体６から磁束を導くとともに、当該導いた磁束を集める集磁部(磁束集中部)８ｃを有している。図１(ａ)〜(ｃ)に示す構成において、集磁器８は、一例として、所定間隔を空けて軸方向に２つで一組を成し、各集磁器8a,8bが同一の曲率を有する略半円の円弧状に形成されているとともに、当該一組の集磁器8a,8bを径方向に対向して位置付けることで、全体として２つの略円環状を成して構成されている。
The magnetic collector 8 is disposed close to the
このように、集磁器８は、各集磁器8a,8bが略半円の円弧状に形成されているため、例えば、同一径を成す円環状に形成された集磁器と比較して、その成形加工が容易であり、製造コストを低減化させることができる。さらに、集磁器８は、一組の集磁器8a,8bを径方向に対向して位置付けて構成されているため、例えば、その加工精度の誤差により、磁石４と各集磁器8a,8bが偏心していた場合であっても、全体として略円環状を成すように構成することができ、当該誤差を吸収することができる。この結果、集磁器８は、磁性体６から均等に磁束を導き出すことができる。
Thus, the current collector 8 is formed in comparison with a current collector formed in an annular shape having the same diameter because each of the
この場合、各集磁器8a,8bは、その内径を磁性体６の外径よりも若干大きな径に設定した略半円筒の板状に形成されており、その略半円状円弧の一方側の端部に磁束集中部８ｃを有している。磁束集中部８ｃは、各集磁器8a,8bの略半円状円弧の一方側の端部が、周方向に沿って所定の幅(図１(ｂ),(ｃ)中に示す距離ｄ３)で、軸方向に所定の長さ(図１(ａ),(ｃ)中に示す距離ｄ１)で延長され、さらに、当該延長部分に略直角を成して連続し、径を拡大する方向に所定の長さ(図１(ａ),(ｂ)中に示す距離ｄ２)で突出した、平面視矩形状に構成されている。
In this case, each of the
なお、磁束集中部８ｃの大きさは、例えば、各集磁器8a,8bの大きさや磁気センサ１０の形状などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。一例として、本実施形態においては、その幅ｄ３(図１(ｂ)の上下方向の距離)が磁気センサ１０の幅よりも大きく、その長さｄ２が磁気センサ１０の長さ(図１(ａ),(ｂ)の長さ)よりも小さく設定されている。
In addition, since the magnitude | size of the magnetic
そして、集磁器８は、図１(ａ)に示すように、一方の集磁器(例えば、同図の上側の集磁器８ａ)の磁束集中部８ｃと他方の集磁器(例えば、同図の下側の集磁器８ｂ)の磁束集中部８ｃとが所定間隔を空けて対向するように軸方向に位置決めされているとともに、各集磁器8a,8bの内周部が磁性体６の外周部と所定間隔を空けて対向するように磁性体６と同心状を成して径方向に位置決めされている。
As shown in FIG. 1A, the magnetic collector 8 includes a magnetic
なお、この場合、一組の集磁器8a,8bは、樹脂などの非磁性体でモールドされ、一体的に成型されており、その外郭にモールド部８ｄが形成されている。この場合、一組の集磁器8a,8bのモールド方法は、特に限定されず、例えば、インサート成型や、ポッティングなどを任意に選択して適用すればよい。
In this case, the pair of
さらに、集磁器８は、図１(ｂ),(ｃ)に示すように、上記一組を成す集磁器8a,8bが、磁束集中部８ｃを径方向の同一側に位置付け、且つ、径方向に所定間隔を空けて対向し、磁性体６と同心を成して軸方向の上下に対向する２つの略円環状となるように位置付けられて構成されている。
Furthermore, as shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c), the magnetic collector 8 includes the
このように集磁器８を構成することで、磁石４のＮ極から出た磁力線(すなわち、その磁束)は、一方の磁性体(例えば、図１(ａ)の上側の磁性体６ａ)に入り、当該磁性体６ａから一方の集磁器(例えば、同図の上側の集磁器８ａ)に導かれ、当該導かれた磁束は、磁束集中部８ｃに集中する。そして、対向する他方の集磁器(例えば、同図の下側の集磁器８ｂ)の磁束集中部８ｃを経由して当該集磁器８ｂに入り、さらに、他方の磁性体(例えば、同図の下側の磁性体６ｂ)を経由して磁石４のＳ極へ入り込むことになる。
By configuring the magnetic collector 8 in this way, the magnetic lines of force (that is, the magnetic flux) emitted from the N pole of the magnet 4 enter one magnetic body (for example, the upper magnetic body 6a in FIG. 1A). The magnetic body 6a is guided to one of the magnetic collectors (for example, the upper
また、磁気センサ１０は、軸方向に２つで一組を成す集磁器8a,8bの集磁部(磁束集中部)８ｃ間に位置付けられており、磁性体６から集磁器８に導かれた磁束が、一方の集磁器(例えば、図１(ａ)の上側の集磁器８ａ)から他方の集磁器(例えば、同図の下側の集磁器８ｂ)に入る際、すなわち、当該磁束が磁束集中部８ｃ間を流れる際に、当該磁気センサ１０の内部を通過する。
The
ここで、このように磁気センサ１０の内部を通過する磁束の磁束密度は、入力軸１２と出力軸１４との間に入力された捩じれトルク(操舵トルク)によるトーションバー２の捩じれ変形によって変化する。このため、かかる通過磁束の磁束密度の変化を磁気センサ１０で検出することで、当該捩じれ変形したトーションバー２の捩じれ角度を検知することができる。
Here, the magnetic flux density of the magnetic flux passing through the inside of the
そして、その検出信号(データ)を接続部材(例えば、リード線やケーブル線、コネクタなど)１０ａを介して制御回路(図示しない)に出力し、例えば、単位時間当たりのトーションバー２の捩じれ角度の変動量を演算処理することで、かかる捩じれトルクの状態(例えば、操舵トルクの大きさや方向など)を、正確かつ確実に測定することができる。
Then, the detection signal (data) is output to a control circuit (not shown) via a connecting member (for example, lead wire, cable wire, connector, etc.) 10a, for example, the twist angle of the
さらに、本実施形態においては、図１(ｂ)に示すように、当該一組の集磁器8a,8bを径方向に対向して位置付けて２つの略円環状に構成することで、各集磁部(磁束集中部)８ｃ間にそれぞれ１つずつ、合計２つの磁気センサ１０を配設してトルク測定装置を構成している。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1B, the pair of
このように２つの磁気センサ１０を配設した構成とすることで、それぞれの磁気センサ１０における検出信号(データ)の相対的な出力状況を、制御回路(図示しない)などで常時監視することができる。これにより、例えば、磁気センサ１０に異常が発生した場合、当該異常の発生を迅速に検知することができ、捩じれトルク(操舵トルク)の状態を正常に測定することができないなどの不具合の発生を未然に防止することができる。
With the configuration in which the two
また、２つの磁気センサ１０は、磁束密度の変化を検出する際、その磁束の感知方向を同一方向に設定してもよいし、逆方向に設定してもよい。例えば、２つの磁気センサ１０の磁束の感知方向を同一方向に設定した場合、２つの磁気センサ１０が検出した磁束密度の変化を示す検出信号(データ)の和をとることで、磁気センサ１０を１つだけ配設した構成と比較して、その感度を２倍にすることができる。
Moreover, when detecting the change of magnetic flux density, the two
これに対し、２つの磁気センサ１０の磁束の感知方向を逆方向に設定した場合、２つの磁気センサ１０が検出した磁束密度の変化を示す検出信号(データ)の差をとる(差動出力する)ことで、磁気センサ１０を１つだけ配設した構成と比較して、その感度を２倍にすることができる。なお、検出信号(データ)の差をとる場合、例えば、温度変化などにより磁気センサ１０のゼロ点がドリフトしたとしても、個々のゼロ点のドリフトをキャンセルすることができるため、上述した磁束の感知方向を同一方向に設定した構成よりも好ましい構成となる。
On the other hand, when the magnetic flux sensing directions of the two
このため、本実施形態においては、一例として、２つの磁気センサ１０は、磁束密度の変化を検出する際、その磁束の感知方向が相互に逆方向を成して設定されており、各磁気センサ１０が検出し、磁束密度の変化を示す検出信号を差動出力して構成されている場合を想定している。
Therefore, in the present embodiment, as an example, when detecting the change in the magnetic flux density, the two
なお、上述した本実施形態において、集磁器８及び磁性体６の材料については、特に言及しなかったが、例えば、トルク測定装置の使用目的や使用条件などに応じて、任意の磁性素材を選択的に用いればよい。一例として、本実施形態においては、鉄製の集磁器８及び磁性体６が用いられている場合を想定しており、上述したように、当該鉄製の集磁器８及び磁性体６を板状に形成している(図１(ａ)〜(ｃ))。このため、集磁器８及び磁性体６は、プレス加工などにより容易に加工・成形することができ、その製造コストを低減化することができるとともに、容易に小型軽量化することができる。
In the above-described embodiment, the materials of the current collector 8 and the
また、集磁器８及び磁性体６を鉄板状とすることで、その厚みが小さくなり、磁束が通る断面積を小さくすることができる。例えば、上述した特許文献１に開示された従来のトルク測定装置を構成するブロック状のセンサ部材(集磁器に相当)及びコア(磁性体に相当)と比較した場合、これらの断面積を格段に小さくすることができる。
Moreover, by making the magnetic collector 8 and the
このため、本実施形態において、集磁器８及び磁性体６は、その内部を流れる磁束の磁束密度の最大値を、その材料(一例として、鉄)の飽和磁束密度の９０％以下に設定して構成されている。この結果、集磁器８及び磁性体６の内部を流れる磁束は、当該集磁器８及び磁性体６の外部まで洩れることがなく、磁気センサ１０において、有効に検出され、より高精度に、その磁束の磁束密度の変化を検出することができる。
For this reason, in the present embodiment, the magnetic collector 8 and the
以上のように、本実施形態に係るトルク測定装置によれば、容易に小型軽量化を図るとともに、その製造コストを低減化させることができる。 As described above, according to the torque measuring device according to the present embodiment, it is possible to easily reduce the size and weight and reduce the manufacturing cost.
２ 弾性部材
４ 磁石
６ 磁性体
８ 集磁器
８ｃ 集磁部
１０ 磁気センサ
１２ 第１の軸
１４ 第２の軸
2 Elastic member 4
Claims (5)
集磁器は、所定間隔を空けて軸方向に２つで一組を成し、各集磁器が同一の曲率を有する略半円の円弧状に形成されており、磁気センサは、当該一組を成す集磁器の集磁部間に位置付けられていることを特徴とするトルク測定装置。 An elastic member that connects a first shaft and a second shaft extending in a predetermined direction and receives a torsional torque between the first shaft and the second shaft to be torsionally deformed; and A magnet attached to one end side of the elastic member or the elastic member to generate a magnetic field around it, and attached to the other end side of the second shaft or the elastic member, and disposed in the magnetic field generated by the magnet. A magnetic circuit having a structure in which a predetermined magnetic circuit is formed and the magnetic flux density of the magnetic flux generated in the magnetic circuit is changed as the relative positional relationship with the magnet is changed due to torsional deformation of the elastic member. And a magnetic current collector that is disposed in proximity to the magnetic material and has a magnetic flux collecting portion that collects the guided magnetic flux and guides the magnetic flux from the magnetic material, and is collected by the magnetic current collector through the magnetic flux collecting portion. By detecting changes in magnetic flux density The twist a torque measuring device and a magnetic sensor for measuring the state of the torque,
The current collectors are formed in a pair of two in the axial direction with a predetermined interval, and each magnetic current collector is formed in a substantially semicircular arc shape having the same curvature, and the magnetic sensor A torque measuring device positioned between magnetic collecting portions of a magnetic collector.
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