JP2012251814A - Torque sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転軸に加わる軸トルクを磁束密度の変化(磁界の強さ)として検出するトルクセンサに関する。 The present invention relates to a torque sensor that detects an axial torque applied to a rotating shaft as a change in magnetic flux density (magnetic field strength).
従来、電動パワーステアリング装置等において軸トルクを検出するトルクセンサが知られている。例えば、特許文献1に記載のトルクセンサは、複数のN極とS極とが周方向に交互に着磁された「多極磁石」を用いる。そして、入力軸と出力軸とを連結するトーションバーに捩じれが生じたとき、多極磁石と一組の磁気ヨークとの周方向の相対位置の変化により一組の磁気ヨークに発生する磁束を検出することで軸トルクを検出する。 Conventionally, a torque sensor for detecting shaft torque in an electric power steering device or the like is known. For example, the torque sensor described in Patent Document 1 uses a “multipolar magnet” in which a plurality of N poles and S poles are alternately magnetized in the circumferential direction. When the torsion bar connecting the input shaft and the output shaft is twisted, the magnetic flux generated in the pair of magnetic yokes is detected by the change in the relative position in the circumferential direction between the multipole magnet and the pair of magnetic yokes. As a result, the shaft torque is detected.
一方、特許文献2〜4のトルクセンサは、軸方向の一方をN極、他方をS極に着磁した「単極磁石」を用いる。また、特許文献5のトルクセンサは、径方向の外方と内方とをN極およびS極に着磁した「単極磁石」を用いる。単極磁石は、多極磁石に比べ着磁工数が少なくなる。 On the other hand, the torque sensors of Patent Documents 2 to 4 use “single-pole magnets” in which one of the axial directions is N pole and the other is S pole. The torque sensor of Patent Document 5 uses a “single-pole magnet” in which the radially outer side and the inner side are magnetized to the N pole and the S pole. Monopole magnets require fewer man-hours than multipole magnets.
特許文献2のトルクセンサでは、径方向の相対的に内側に位置する「磁石側磁性体11A、11B」から径方向の相対的に外側に位置する「磁性体部6」へ向かう経路が磁束伝達経路となる。ここで、「磁石側磁性体11A、11B」の最外径は、「磁性体部6」の最内径より小さい。そのため、「磁石側磁性体11A、11B」と「磁性体部6」とは、相対回転位置に関わらず軸方向で重複しない。つまり、「磁性体の凸部6AY、6BY」は、相対的に面積の広い軸方向の面が「磁石側磁性体11A、11B」に対向せず、相対的に面積の狭い径内側の端面のみが「磁石側磁性体11A、11B」に対向している。したがって、磁束が有効に伝達されないという問題がある。また、特許文献3のトルクセンサは、特許文献2のトルクセンサと同様の構成であり、同様の問題がある。
In the torque sensor of Patent Document 2, the path from the “magnet side magnetic bodies 11A and 11B” positioned relatively inside in the radial direction to the “
また、特許文献4のトルクセンサでは、径方向の内側に位置する「磁性体コア71、72により構成されるロータ70」と、径方向の外側に位置する「磁性体コア81、82により構成されるロータ80」とは、比較的面積の広い歯形突出部74、75と歯形突出部84、85とが対向している。しかし、現実には、互いに隣接する異極の歯形突出部同士で磁界が相殺し、十分な磁束を発生させることができないと考えられる。 In addition, the torque sensor disclosed in Patent Document 4 includes “a rotor 70 configured by magnetic cores 71 and 72” located on the inner side in the radial direction and “magnetic cores 81 and 82 positioned on the outer side in the radial direction. The tooth profile protrusions 74 and 75 and the tooth profile protrusions 84 and 85 having a relatively large area face each other. However, in reality, it is considered that the magnetic field cancels out between the tooth-shaped protrusions of different polarities adjacent to each other, and sufficient magnetic flux cannot be generated.
さらに、特許文献5のトルクセンサは、径方向の4つの磁束伝達経路が軸方向に並べて配置されるため、トルクセンサの体格が大きくなる。
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、単極磁石を用いるトルクセンサにおいて、体格を大きくすることなく、磁束伝達経路を構成するヨーク同士の対向面積を確保することにある。
Furthermore, since the torque sensor of Patent Document 5 has four magnetic flux transmission paths in the radial direction arranged side by side in the axial direction, the size of the torque sensor increases.
The present invention was created in view of the above points, and the purpose of the present invention is to provide a torque sensor that uses a monopolar magnet, and to increase the opposing area of yokes that constitute a magnetic flux transmission path without increasing the size of the body. It is to secure.
請求項1〜8に記載のトルクセンサは、トーションバー、磁石、一組の磁石端ヨーク、一組の中間ヨークおよび磁気センサを備える。トーションバーは、第1の軸と第2の軸とを同軸上に連結し、第1の軸と第2の軸との間に加わるトルクを捩じれ変位に変換する。
また、請求項1〜3に記載のトルクセンサと、請求項4〜6に記載のトルクセンサとは、磁石、一組の磁石端ヨーク、及び一組の中間ヨークの相対位置に関する技術的特徴が、「軸方向」と「径方向」とで対応する関係にある。詳しくは、以下に説明する。
A torque sensor according to claims 1 to 8 includes a torsion bar, a magnet, a set of magnet end yokes, a set of intermediate yokes, and a magnetic sensor. The torsion bar connects the first shaft and the second shaft coaxially, and converts the torque applied between the first shaft and the second shaft into a torsional displacement.
Further, the torque sensor according to claims 1 to 3 and the torque sensor according to claims 4 to 6 have technical characteristics relating to the relative positions of the magnet, the set of magnet end yokes, and the set of intermediate yokes. The “axial direction” and the “radial direction” have a corresponding relationship. Details will be described below.
まず請求項1〜3に記載のトルクセンサでは、磁石は、第1の軸またはトーションバーの一端側に固定され、「軸方向」にN極およびS極に着磁される。すなわち、この磁石は、2極からなる単極磁石である。
一組の磁石端ヨークは、磁石のN極に接続されるN極ヨーク、及び磁石のS極に接続されるS極ヨークからなる。N極ヨークおよびS極ヨークは径外方向に突出する複数の爪を周方向に等間隔に有する。N極ヨークの爪とS極ヨークの爪とは、周方向にずれて交互に配置される。
First, in the torque sensor according to the first to third aspects, the magnet is fixed to one end side of the first shaft or the torsion bar, and is magnetized to the N pole and the S pole in the “axial direction”. That is, this magnet is a monopolar magnet composed of two poles.
The set of magnet end yokes includes an N pole yoke connected to the N pole of the magnet and an S pole yoke connected to the S pole of the magnet. The N pole yoke and the S pole yoke have a plurality of claws protruding radially outward at equal intervals in the circumferential direction. The claws of the N pole yoke and the claws of the S pole yoke are alternately arranged with a shift in the circumferential direction.
一組の中間ヨークは、一組の磁石端ヨークの径外側で第2の軸またはトーションバーの他端側に固定され、互いに離間する第1中間ヨークおよび第2中間ヨークからなる。一組の磁石端ヨークは、一組の磁石端ヨークと共に磁気回路を形成し、トーションバーの捩れに応じ一組の磁石端ヨークに対して相対回転したとき磁気回路に発生する磁束密度が変化する。
磁気センサは、磁気回路に発生する磁束密度を検出する。
一組の中間ヨークは、一組の磁石端ヨークに対して相対回転したとき、軸方向の投影において少なくとも一部が一組の磁石端ヨークの爪と重複する。
この構成により、トルクセンサの体格を大きくすることなく、磁束伝達経路を構成する一組の磁石端ヨークと一組の中間ヨークとの対向面積を有効に確保することができる。
The set of intermediate yokes includes a first intermediate yoke and a second intermediate yoke that are fixed to the second shaft or the other end side of the torsion bar outside the diameter of the set of magnet end yokes and are spaced apart from each other. The set of magnet end yokes forms a magnetic circuit together with the set of magnet end yokes, and the magnetic flux density generated in the magnetic circuit changes when it rotates relative to the set of magnet end yokes according to torsion of the torsion bar. .
The magnetic sensor detects the magnetic flux density generated in the magnetic circuit.
When the pair of intermediate yokes rotate relative to the pair of magnet end yokes, at least a portion thereof overlaps with the claws of the pair of magnet end yokes in the axial projection.
With this configuration, it is possible to effectively ensure a facing area between the set of magnet end yokes and the set of intermediate yokes that constitute the magnetic flux transmission path without increasing the size of the torque sensor.
請求項2に記載の発明によると、第1中間ヨークおよび第2中間ヨークは、径内方向に突出する複数の爪を周方向に等間隔に有する。第1中間ヨークの爪と第2中間ヨークの爪とは周方向にずれて交互に配置される。
具体的には、第1中間ヨークおよび第2中間ヨークは、リング部と、当該リング部から突出する複数の爪とから構成される。複数の爪は、リング部から直接径内方向に延びてもよく、或いは、リング部から一旦軸方向に延びてから径内方向に曲折してもよい。
According to the second aspect of the present invention, the first intermediate yoke and the second intermediate yoke have a plurality of claws protruding radially inward at equal intervals in the circumferential direction. The pawls of the first intermediate yoke and the pawls of the second intermediate yoke are alternately arranged in the circumferential direction.
Specifically, each of the first intermediate yoke and the second intermediate yoke includes a ring portion and a plurality of claws protruding from the ring portion. The plurality of claws may extend directly in the radially inward direction from the ring part, or may be bent in the radially inward direction once extending in the axial direction from the ring part.
一組の磁石端ヨークと一組の中間ヨークとの相対回転の位置が所定位置のとき、N極ヨークまたはS極ヨークのうち一方の爪、第1中間ヨークの爪、N極ヨークまたはS極ヨークのうち他方の爪、及び第2中間ヨークの爪がこの順に周方向に交互に配置される。
一組の中間ヨークが一組の磁石端ヨークに対して所定位置から相対回転したとき、一組の磁石端ヨークの爪と一組の中間ヨークの爪とが「軸方向の投影において」重複する。
これにより、「一組の磁石端ヨークと一組の中間ヨークとの対向面積を有効に確保する」ための構成が具体的に示される。
When the relative rotation position of the pair of magnet end yokes and the pair of intermediate yokes is a predetermined position, one of the N pole yoke or the S pole yoke, the first intermediate yoke hook, the N pole yoke or the S pole The other claw of the yoke and the claw of the second intermediate yoke are alternately arranged in this order in the circumferential direction.
When a pair of intermediate yokes rotate relative to a set of magnet end yokes from a predetermined position, the pair of magnet end yoke claws and the pair of intermediate yoke claws overlap "in axial projection". .
This specifically shows a configuration for “effectively ensuring the facing area between the set of magnet end yokes and the set of intermediate yokes”.
請求項3に記載の発明によると、トーションバーの捩じれ変位がゼロである中立点において磁気回路に発生する磁束がゼロとなるように、中立点において、第1中間ヨークの爪および第2中間ヨークの爪は、N極ヨークの爪とS極ヨークの爪との中間位置に対してずらして配置される。 According to the third aspect of the present invention, the claws of the first intermediate yoke and the second intermediate yoke are arranged at the neutral point so that the magnetic flux generated in the magnetic circuit becomes zero at the neutral point where the torsional displacement of the torsion bar is zero. The claws are arranged so as to be shifted with respect to the intermediate position between the claws of the N pole yoke and the S pole yoke.
捩じれ変位がゼロである中立点において、仮に、第1中間ヨークの爪および第2中間ヨークの爪をN極ヨークの爪とS極ヨークの爪との中間位置に配置した場合を想定する。
このとき、N極ヨークの爪から第1中間ヨークの爪へ向かう磁束とN極ヨークの爪から第2中間ヨークの爪へ向かう磁束とは、ほぼキャンセルする。同様に、第1中間ヨークの爪からS極ヨークの爪へ向かう磁束と第2中間ヨークの爪からS極ヨークの爪へ向かう磁束とは、ほぼキャンセルする。
A case is assumed in which the claws of the first intermediate yoke and the second intermediate yoke are arranged at an intermediate position between the claws of the N pole yoke and the S pole yoke at the neutral point where the torsional displacement is zero.
At this time, the magnetic flux from the claws of the N pole yoke to the claws of the first intermediate yoke and the magnetic flux from the claws of the N pole yoke to the claws of the second intermediate yoke are substantially canceled. Similarly, the magnetic flux from the first intermediate yoke claw to the south pole yoke claw and the magnetic flux from the second intermediate yoke claw to the south pole yoke claw are substantially canceled.
ただし、磁石のN極側からS極側へ向かう磁束が根本的に発生しているため、磁気センサは、磁石のN極からN極ヨークを経由して中間ヨークに伝達され、中間ヨークからS極ヨークを経由して磁石のS極へ戻る磁束が発生する。すなわち、トーションバーの捩じれ変位に応じ、磁束密度は、ゼロを基準としてではなく、オフセットした中立点での磁束密度を基準として正負方向に変化することとなる。この場合、磁束密度が回転角度(捩じれ変位)に対して直線的に変化する直線領域が十分に得られないおそれがある。
そこで、請求項3の構成により、中立点で磁気回路に発生する磁束がゼロとなるようにすれば、トーションバーの捩じれ変位に応じて検出される磁束密度がゼロを中心として変化するため、磁束密度の直線領域を延長することができる。
However, since the magnetic flux from the N pole side of the magnet to the S pole side is fundamentally generated, the magnetic sensor is transmitted from the N pole of the magnet to the intermediate yoke via the N pole yoke and from the intermediate yoke to the S pole. A magnetic flux is generated that returns to the south pole of the magnet via the pole yoke. That is, according to the torsional displacement of the torsion bar, the magnetic flux density changes in the positive and negative directions not based on zero but on the basis of the magnetic flux density at the offset neutral point. In this case, there is a possibility that a linear region in which the magnetic flux density changes linearly with respect to the rotation angle (twisted displacement) cannot be obtained sufficiently.
Therefore, if the magnetic flux generated in the magnetic circuit becomes zero at the neutral point according to the configuration of the third aspect, the magnetic flux density detected according to the torsional displacement of the torsion bar changes around zero. The linear region of density can be extended.
次に請求項4〜6に記載のトルクセンサでは、磁石は、第1の軸またはトーションバーの一端側に固定され、「径方向」にN極およびS極に着磁される。すなわち、この磁石は、2極からなる単極磁石である。
一組の磁石端ヨークは、磁石の径外側の磁極に接続される外極ヨーク、及び磁石の径内側の磁極に接続される内極ヨークからなる。外極ヨークおよび内極ヨークは軸方向の一方の側に突出する複数の爪を周方向に等間隔に有する。外極ヨークの爪と内極ヨークの爪とは、周方向にずれて交互に配置される。
Next, in the torque sensor according to the fourth to sixth aspects, the magnet is fixed to one end of the first shaft or the torsion bar, and is magnetized to the N pole and the S pole in the “radial direction”. That is, this magnet is a monopolar magnet composed of two poles.
The set of magnet end yokes includes an outer pole yoke connected to the magnetic pole on the outer diameter side of the magnet and an inner pole yoke connected to the magnetic pole on the inner diameter side of the magnet. The outer pole yoke and the inner pole yoke have a plurality of claws protruding on one side in the axial direction at equal intervals in the circumferential direction. The claws of the outer pole yoke and the claws of the inner pole yoke are alternately arranged in the circumferential direction.
一組の中間ヨークは、軸方向の一組の磁石端ヨークの爪が突出する側で第2の軸またはトーションバーの他端側に固定され、互いに離間する第1中間ヨークおよび第2中間ヨークからなる。一組の中間ヨークは、一組の磁石端ヨークと共に磁気回路を形成し、トーションバーの捩れに応じ一組の磁石端ヨークに対して相対回転したとき磁気回路に発生する磁束密度が変化する。
磁気センサは、磁気回路に発生する磁束密度を検出する。
一組の中間ヨークは、一組の磁石端ヨークに対して相対回転したとき、径方向の投影において少なくとも一部が一組の磁石端ヨークの爪と重複する。
この構成により、磁束伝達経路を構成する一組の磁石端ヨークと一組の中間ヨークとの対向面積を有効に確保することができる。
The pair of intermediate yokes are fixed to the other end side of the second shaft or the torsion bar on the side where the claws of the pair of magnet end yokes in the axial direction protrude, and are separated from each other. Consists of. The pair of intermediate yokes form a magnetic circuit together with the pair of magnet end yokes, and the magnetic flux density generated in the magnetic circuit changes when the pair of intermediate yokes rotate relative to the pair of magnet end yokes according to torsion of the torsion bar.
The magnetic sensor detects the magnetic flux density generated in the magnetic circuit.
When the pair of intermediate yokes are rotated relative to the pair of magnet end yokes, at least a portion thereof overlaps with the claws of the pair of magnet end yokes in the radial projection.
With this configuration, it is possible to effectively ensure a facing area between the set of magnet end yokes and the set of intermediate yokes that form the magnetic flux transmission path.
請求項5に記載の発明によると、第1中間ヨークおよび第2中間ヨークは、磁石に向かって軸方向に突出する複数の爪を周方向に等間隔に有し、第1中間ヨークの爪と第2中間ヨークの爪とは周方向にずれて交互に配置される。
具体的には、第1中間ヨークおよび第2中間ヨークは、リング部と、当該リング部から突出する複数の爪とから構成される。複数の爪は、リング部から直接軸方向に延びてもよく、或いは、リング部から一旦径方向に延びてから軸方向に曲折してもよい。
According to the fifth aspect of the present invention, the first intermediate yoke and the second intermediate yoke have a plurality of claws protruding in the axial direction toward the magnet at equal intervals in the circumferential direction. The claws of the second intermediate yoke are alternately arranged in the circumferential direction.
Specifically, each of the first intermediate yoke and the second intermediate yoke includes a ring portion and a plurality of claws protruding from the ring portion. The plurality of claws may extend directly from the ring portion in the axial direction, or may extend from the ring portion in the radial direction and then bend in the axial direction.
一組の磁石端ヨークと一組の中間ヨークとの相対回転の位置が所定位置のとき、外極ヨークまたは内極ヨークのうち一方の爪、第1中間ヨークの爪、外極ヨークまたは内極ヨークのうち他方の爪、及び第2中間ヨークの爪がこの順に周方向に交互に配置される。
一組の中間ヨークが一組の磁石端ヨークに対して所定位置から相対回転したとき、一組の磁石端ヨークの爪と一組の中間ヨークの爪とが「径方向の投影において」重複する。
これにより、請求項2に記載の発明と同様に、「一組の磁石端ヨークと一組の中間ヨークとの対向面積を有効に確保する」ための構成が具体的に示される。
When the position of relative rotation between the pair of magnet end yokes and the pair of intermediate yokes is a predetermined position, one of the outer pole yoke or the inner pole yoke, the first intermediate yoke claw, the outer pole yoke or the inner pole The other claw of the yoke and the claw of the second intermediate yoke are alternately arranged in this order in the circumferential direction.
When a pair of intermediate yokes rotate relative to a set of magnet end yokes from a predetermined position, the pair of magnet end yoke claws overlap with the pair of intermediate yoke claws "in radial projection" .
Thus, similarly to the second aspect of the invention, a configuration for “effectively ensuring the facing area between the set of magnet end yokes and the set of intermediate yokes” is specifically shown.
請求項6に記載の発明によると、トーションバーの捩じれ変位がゼロである中立点において磁気回路に発生する磁束がゼロとなるように、中立点において、第1中間ヨークの爪および第2中間ヨークの爪は、外極ヨークの爪と内極ヨークの爪との中間位置に対してずらして配置される。
これにより、請求項3に記載の発明と同様に、トーションバーの捩じれ変位に応じて検出される磁束密度の直線領域を延長することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the claws of the first intermediate yoke and the second intermediate yoke are arranged at the neutral point so that the magnetic flux generated in the magnetic circuit is zero at the neutral point where the torsional displacement of the torsion bar is zero. The claws are arranged so as to be shifted with respect to an intermediate position between the claws of the outer pole yoke and the inner pole yoke.
As a result, as in the third aspect of the invention, the linear region of the magnetic flux density detected in accordance with the torsional displacement of the torsion bar can be extended.
請求項7に記載の発明によると、磁石および磁石端ヨークは、周方向に分割して形成される。
磁石および磁石端ヨークを、例えば周方向に4分割〜8分割して形成することにより、部品の製造が容易となる。また、環状の磁石および磁石端ヨークにトーションバーを挿通する場合に比べ、分割した磁石および磁石端ヨークをトーションバーの径外方向から取り付けることができるため、組み付け性が向上する。
According to the seventh aspect of the present invention, the magnet and the magnet end yoke are formed by being divided in the circumferential direction.
By forming the magnet and the magnet end yoke, for example, by dividing the magnet and the magnet end yoke into 4 to 8 parts in the circumferential direction, it becomes easy to manufacture parts. Further, as compared with the case where the torsion bar is inserted through the annular magnet and the magnet end yoke, the divided magnets and the magnet end yoke can be attached from the radially outward direction of the torsion bar, so that the assembling property is improved.
請求項8に記載のトルクセンサは、一組の集磁ヨークを備える。一組の集磁ヨークは、一組の中間ヨークに軸方向または径方向で対向し、一組の中間ヨークから磁束を集める。磁気センサは、一組の集磁ヨークの間に設けられ、一組の集磁ヨークによって集められた磁束の磁束密度を検出する。
これにより、磁気回路の磁束を効率よく検出することができる。
The torque sensor according to an eighth aspect includes a pair of magnetism collecting yokes. The set of magnetic flux collecting yokes faces the set of intermediate yokes in the axial direction or the radial direction, and collects magnetic flux from the set of intermediate yokes. The magnetic sensor is provided between the pair of magnetic collecting yokes and detects the magnetic flux density of the magnetic flux collected by the pair of magnetic collecting yokes.
Thereby, the magnetic flux of a magnetic circuit can be detected efficiently.
以下、本発明の複数の実施形態によるトルクセンサを図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図2に示すように、本発明の第1実施形態によるトルクセンサ3は、例えば車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に適用される。
Hereinafter, torque sensors according to a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
As shown in FIG. 2, the
図2は、電動パワーステアリング装置90を備えたステアリングシステムの全体構成を示す。ハンドル91に接続されたステアリングシャフト92には操舵トルクを検出するためのトルクセンサ3が設置されている。ステアリングシャフト92の先端にはピニオンギア96が設けられており、ピニオンギア96はラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一組の車輪98が回転可能に連結されている。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換され、一組の車輪98が操舵される。
FIG. 2 shows an overall configuration of a steering system including the electric
トルクセンサ3は、ステアリングシャフト92を構成する入力軸11と出力軸12との間に設けられ、ステアリングシャフト92に加わる操舵トルクを検出してECU93に出力する。ECU93は、検出された操舵トルクに応じて電動モータ94の出力を制御する。電動モータ94が発生した操舵アシストトルクは、減速ギア95を介して減速され、ステアリングシャフト92に伝達される。
The
次に、トルクセンサ3の構成について、図1、図3を参照して説明する。以下の説明では、図1、図3の上方向を「上」、図1、図3の下方向を「下」として説明する。
図1に示すように、トルクセンサ3は、トーションバー13および検出部201から構成される。トーションバー13は、一端側が「第1の軸」としての入力軸11に、他端側が「第2の軸」としての出力軸12に、それぞれ固定ピン15で固定され、入力軸11と出力軸12とを同軸上に連結する。トーションバー13は、棒状の弾性部材であり、ステアリングシャフト92に加わる操舵トルクを捩じれ変位に変換する。
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 1, the
検出部201は、磁石2Z、「一組の磁石端ヨーク」としてのN極ヨーク3AおよびS極ヨーク3B(以下、総括して、「N/S極ヨーク3A、3B」という。)、「一組の中間ヨーク」としての第1中間ヨーク4Aおよび第2中間ヨーク4B、「一組の集磁ヨーク」としての第1集磁ヨーク5Aおよび第2集磁ヨーク5B、並びに磁気センサ6から構成される。
磁石2Zは、入力軸11に固定され、「軸方向」にN極およびS極に着磁される単極磁石である。本実施形態では、入力軸11(上)側がN極に着磁され、出力軸12(下)側がS極に着磁されている。
The
The
N極ヨーク3Aは、磁石2ZのN極に接続され、S極ヨーク3Bは、磁石2ZのS極に接続される。
N/S極ヨーク3A、3Bは、リング部30A、30Bから径外方向に突出する複数の爪31A、31Bを周方向に等間隔に有している。また、N極ヨークの爪31AとS極ヨークの爪31Bとは周方向にずれて交互に配置される。本実施形態では、N極ヨーク3AおよびS極ヨーク3Bは、それぞれ8個の爪31A、31Bを45°間隔で有しており、N極ヨークの爪31AとS極ヨークの爪31Bとは、互いに22.5°ずれて交互に配置される(図4参照)。
The
The N / S pole yokes 3A and 3B have a plurality of
第1中間ヨーク4Aおよび第2中間ヨーク4Bは、N/S極ヨーク3A、3Bの径外側で出力軸12に固定され、互いに離間している。中間ヨーク4A、4Bは、磁石2ZおよびN/S極ヨーク3A、3Bと共に磁気回路を形成する。トーションバー13の捩れに応じてN/S極ヨーク3A、3Bとの相対位置が変化したとき、磁気回路に発生する磁束密度が変化する。
中間ヨーク4A、4Bは、リング部40A、40Bから径内方向に突出する複数の爪41A、41Bを周方向に等間隔に有している。また、第1中間ヨークの爪41Aと第2中間ヨークの爪41Bとは周方向にずれて交互に配置される。
The first
The intermediate yokes 4A, 4B have a plurality of
本実施形態では、第1中間ヨーク4Aが軸方向上側に設けられ、第2中間ヨーク4Bが軸方向下側に設けられる。第1中間ヨーク4Aおよび第2中間ヨーク4Bは、それぞれ8個の爪41A、41Bを45°間隔で有している。第1中間ヨークの爪41Aは、リング部40Aから一旦軸方向下向きに延びてから径内方向へ曲折する。第2中間ヨークの爪41Bは、リング部40Bから一旦軸方向上向きに延びてから径内方向へ曲折する。また、第1中間ヨークの爪41Aと第2中間ヨークの爪41Bとは、互いに22.5°ずれて交互に配置される。
In the present embodiment, the first
第1集磁ヨーク5Aは、第1中間ヨーク4Aのリング部40Aの周方向の一部(本実施形態では約120°)に沿って、第1中間ヨーク4Aの軸方向上側に設けられる。第2集磁ヨーク5Bは、第2中間ヨーク4Bのリング部40Bの周方向の一部に沿って、第2中間ヨーク4Bの軸方向下側に設けられる。集磁ヨーク5A、5Bは、中間ヨーク4A、4Bに軸方向で対向し、中間ヨーク4A、4Bから磁束を集める。
磁気センサ6は、第1集磁ヨーク5Aおよび第2集磁ヨーク5Bの間に設けられ、集磁ヨーク5A、5Bによって集められた磁束密度を検出し、電圧信号に変換して出力する。磁気センサ6として具体的には、ホール素子、磁気抵抗素子等を使用することができる。
The first magnetic
The
次に、検出部201の作動について、図4〜図6を参照して説明する。図4〜図6の各図(a)は、検出部201を入力軸11側から視た平面模式図であり、各図(b)は、検出部201を側方から視た側面模式図である。
各図(a)では、中心軸Oの周囲に、N極ヨーク3Aの上面全体が示されている。磁石2ZおよびS極ヨーク3Bは、N極ヨーク3Aの下側(紙面向こう側)に重なっており、S極ヨーク3Bの爪31Bのみが見えている。また、N極ヨーク3Aの径外方向に、第1中間ヨーク4Aおよび第1集磁ヨーク5Aが示されている。第1中間ヨーク4Aのリング部40Aの紙面向こう側には第2中間ヨーク4Bのリング部40Bが重なっており、第2中間ヨーク4Bの爪41Bのみが見えている。
Next, the operation of the
In each figure (a), the entire upper surface of the
各図(b)は、軸方向(図の上下方向)を誇張して示している。また、磁石2ZおよびN/S極ヨーク3A、3Bは、トーションバー13の入力軸11側に固定され、中間ヨーク4A、4Bは、トーションバー13の出力軸12側に固定される。
図4〜図6では、入力軸11側すなわち磁石2ZおよびN/S極ヨーク3A、3Bの回転方向の位置を固定し、出力軸12側すなわち中間ヨーク4A、4Bを磁石2ZおよびN/S極ヨーク3A、3Bに対して相対回転させた状態を示す。
Each figure (b) exaggerates and shows the axial direction (up-down direction of a figure). The
4 to 6, the position in the rotation direction of the
まず、図4は、入力軸11と出力軸12との間に操舵トルクが加わっておらず、トーションバー13に捩じれ変位が生じていない中立点の状態を示す。ここで、N極ヨークの爪31AとS極ヨークの爪31Bとの中間位置のうち、N極ヨークの爪31Aに対し紙面の反時計回り側の位置を基準位置S0とする。中立点では、第2中間ヨークの爪41Bが基準位置S0に位置する。このとき、第1中間ヨークの爪41Aは、N極ヨークの爪31AとS極ヨークの爪31Bとの中間位置のうち、N極ヨークの爪31Aに対し紙面の時計回り側の位置に配置される。したがって、N極ヨークの爪31A、第1中間ヨークの爪41A、S極ヨークの爪31B、第2中間ヨークの爪41Bが周方向にこの順に並ぶ。
First, FIG. 4 shows a neutral point state in which no steering torque is applied between the
この中立点では、第1中間ヨークの爪41Aおよび第2中間ヨークの爪41Aは、N極ヨークの爪31AとS極ヨークの爪31Bとの中間位置に配置されるため、軸方向の投影において、いずれの爪同士も重複しない。このとき、N極ヨークの爪31Aから第1中間ヨークの爪41Aへ向かう磁束とN極ヨークの爪31Aから第2中間ヨークの爪41Bへ向かう磁束とは、ほぼキャンセルする。同様に、第1中間ヨークの爪41AからS極ヨークの爪31Bへ向かう磁束と第2中間ヨークの爪41BからS極ヨークの爪31Bへ向かう磁束とは、ほぼキャンセルする。すなわち、次の図5、図6で説明するような「爪同士の重複」による磁束は発生しない。
At this neutral point, the
ただし、磁石2ZのN極からS極へ向かう磁束が根本的に存在する。すなわち、磁石2ZのN極からN極ヨーク3Aを経由して第1中間ヨーク4Aに伝達され、第2中間ヨーク4BからS極ヨーク3Bを経由して磁石2ZのS極へ戻る磁束(以下、「ベース磁束」という。)が発生する(図4(b)参照)。このベース磁束の磁束密度Φ0が磁気センサ6によって検出される。
However, there is fundamentally a magnetic flux from the N pole to the S pole of the
中立点に対し、入力軸11と出力軸12との間に操舵トルクが印加されてトーションバー13に捩じれ変位が生じると、入力軸11に固定された磁石2ZおよびN/S極ヨーク3A、3Bと、出力軸12に固定された中間ヨーク4A、4Bとが相対回転する。
図5に示す状態では、第2中間ヨークの爪41Bの位置S+は、基準位置S0に対し角度θ+だけ反時計回り方向に回転している。以下、この回転方向を「進み方向」という。このとき、軸方向の投影において、N極ヨークの爪31Aと第1中間ヨークの爪41Aとが重複し、S極ヨークの爪31Bと第2中間ヨークの爪41Bとが重複する。すると、第1中間ヨーク4AにNの極性を有する磁力線が増加し、第2中間ヨーク4BにSの極性を有する磁力線が増加する結果、磁気センサ6を図5(b)の上方から下方に向かう正の磁束密度Φ1が発生する。
When a steering torque is applied between the
In the state shown in FIG. 5, the position S + of the
図6に示す状態では、第2中間ヨークの爪41Bの位置S−は、基準位置S0に対し角度θ−だけ時計回り方向に回転している。以下、この回転方向を「戻り方向」という。このとき、軸方向の投影において、N極ヨークの爪31Aと第2中間ヨークの爪41Bとが重複し、S極ヨークの爪31Bと第1中間ヨークの爪41Aとが重複する。すると、第2中間ヨーク4BにNの極性を有する磁力線が増加し、第1中間ヨーク4AにSの極性を有する磁力線が増加する結果、磁気センサ6を図6(b)の下方から上方に向かう負の磁束密度Φ2が発生する。
In the state shown in FIG. 6, the position S− of the
図8(a)は、第1実施形態での「回転角度(捩じれ変位)θと磁気センサ6の検出磁束密度Φとの関係」を示す特性図である。図8(a)の破線B1で示すように、検出磁束密度Φは、中立点からの回転角度θに応じ、ベース磁束の磁束密度Φ0を中心として正負方向に変化する。本実施形態では、爪の配置周期が45°であるため、理論上、回転角度θが±11.25°の範囲で、検出磁束密度Φが最小値から最大値まで変化する。
FIG. 8A is a characteristic diagram showing the “relationship between the rotation angle (twisting displacement) θ and the detected magnetic flux density Φ of the
このように、磁気センサ6を通過する磁束密度は、トーションバー13の捩じれ変位量に略比例し、かつトーションバー13の捩じれ方向に応じて極性が反転する。この磁束密度を磁気センサ6が検出し、電圧信号として出力することで、トルクセンサ3は、入力軸11と出力軸12との間の操舵トルクを検出することができる。
As described above, the magnetic flux density passing through the
続いて、本実施形態のトルクセンサ3の効果について説明する。トルクセンサ3は、中間ヨーク4A、4BがN/S極ヨーク3A、3Bに対して中立点から相対回転したとき、中間ヨークの爪41A、41BとN/S極ヨークの爪31A、31Bとが軸方向の投影において重複する。これにより、トルクセンサ3の体格を大きくすることなく、磁束伝達経路を構成するヨーク同士の対向面積を有効に確保することができる。
Then, the effect of the
また、集磁ヨーク5A、5Bは、中間ヨーク4A、4Bに軸方向で対向し、中間ヨーク4A、4Bから磁束を集める。磁気センサ6は、集磁ヨーク5A、5Bの間に設けられ、集磁ヨーク5A、5Bによって集められた磁束の磁束密度を検出する。これにより、磁気回路の磁束を効率よく検出することができる。
The magnetic
以下の第2〜第6実施形態は、第1実施形態に体し、検出部の構成が異なる。なお、第1実施形態に係る構成と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態の検出部202について、図7を参照して説明する。
図7は、検出部202においてトーションバー13の捩じれ変位がゼロである中立点の図である。図7に示すように、検出部202では、第1中間ヨークの爪41Aおよび第2中間ヨークの爪41Bは、中立点で、N極ヨーク3Aの爪31AとS極ヨーク3Bの爪31Bとの中間位置に対して図7の時計回り方向にずれて配置される。詳しく言うと、第2中間ヨークの爪41Bが基準位置S0に対し、角度αだけ戻り方向に配置される。したがって、第1実施形態の検出部201において、中間ヨーク4A、4BがN/S極ヨーク3A、3Bに対して「戻り方向」に相対回転した状態(図6)と類似する状態となる。
The following second to sixth embodiments are the same as the first embodiment, and the configuration of the detection unit is different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure substantially the same as the structure which concerns on 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted.
(Second Embodiment)
The
FIG. 7 is a diagram of a neutral point where the torsional displacement of the
ここで、第2実施形態の意義について、図8を参照して説明する。
図8(a)の破線B1に示すように、第1実施形態の検出部201では、上述のとおり、中立点でベース磁束の磁束密度Φ0が発生し、中立点からの回転角度θに応じ、ベース磁束の磁束密度Φ0を中心として検出磁束密度Φが正負方向に変化する。すなわち、磁束密度Φは、ゼロを基準としてではなく、オフセットした磁束密度Φ0を基準として変化する。この場合、磁束密度Φの直線領域R1が十分に得られないおそれがある。
Here, the significance of the second embodiment will be described with reference to FIG.
As shown by the broken line B1 in FIG. 8A, in the
それに対し、第2実施形態では、中立点で中間ヨーク4A、4BがN/S極ヨーク3A、3Bに対して「戻り方向」に偏っているため、この偏りによって生じる負の磁束と、ベース磁束とがキャンセルし、図8(b)の実線B2に示すように、中立点で磁気センサ6が検出する磁束密度Φをゼロとすることができる。
これにより、トーションバー13の捩じれ変位に応じて検出される磁束密度がゼロを中心として変化するため、磁束密度の直線領域R2を延長することができる。
On the other hand, in the second embodiment, the
Thereby, since the magnetic flux density detected according to the torsional displacement of the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態の検出部203について、図9を参照して説明する。
検出部203は、第2実施形態の検出部202(図7、及び第1実施形態を援用する図3参照)における環状の磁石2Z、N極ヨーク3AおよびS極ヨーク3Bがいずれも周方向に4分割して形成される。
図9には、周方向に4分割して形成されたN極ヨーク3AQが図示されている。N極ヨーク3AQの下側(紙面向こう側)には、同様に周方向に4分割して形成された磁石およびS極ヨークが設けられ、N極ヨーク3AQと共に4つの分割ユニットを構成する。
(Third embodiment)
Next, the
The
FIG. 9 shows an N-pole yoke 3AQ formed by dividing it into four in the circumferential direction. On the lower side (the other side of the drawing) of the N pole yoke 3AQ, a magnet and an S pole yoke, which are similarly divided into four in the circumferential direction, are provided, and constitute four division units together with the N pole yoke 3AQ.
磁石およびN/S極ヨークを、周方向に、例えば4分割〜8分割して形成することにより、部品の製造が容易となる。また、環状の磁石およびN/S極ヨークにトーションバー13を挿通する場合に比べ、分割した磁石およびN/S極ヨークをトーションバー13の径外方向から取り付けることができるため、組み付け性が向上する。
By forming the magnet and the N / S pole yoke in the circumferential direction, for example, by dividing into 4 to 8 parts, it becomes easy to manufacture parts. In addition, compared with the case where the
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態の検出部204について、図10〜図13を参照して説明する。図10の上方向を「上」、図10の下方向を「下」として説明する。
第4実施形態は、第1実施形態に対し、磁石の着磁方向、「一組の磁石端ヨーク」の配置方向、「一組の磁石端ヨーク」と「一組の中間ヨーク」との爪の対向方向等を「軸方向」から「径方向」に変更した実施形態である。第4実施形態と第1実施形態とは、これらの方向が異なるのみであり、基本的な技術的思想は共通する。
(Fourth embodiment)
Next, the
The fourth embodiment is different from the first embodiment in the magnetizing direction of the magnet, the arrangement direction of the “one set of magnet end yokes”, and the claws of the “one set of magnet end yokes” and the “one set of intermediate yokes”. This is an embodiment in which the facing direction is changed from “axial direction” to “radial direction”. The fourth embodiment is different from the first embodiment only in these directions, and the basic technical idea is common.
検出部204は、磁石2R、「一組の磁石端ヨーク」としての外極ヨーク3Cおよび内極ヨーク3D(以下、総括して、「外/内極ヨーク3C、3D」という。)、「一組の中間ヨーク」としての第1中間ヨーク4Cおよび第2中間ヨーク4D、「一組の集磁ヨーク」としての第1集磁ヨーク5Cおよび第2集磁ヨーク5D、並びに磁気センサ6から構成される。
磁石2Rは、入力軸11に固定され、「径方向」にN極およびS極に着磁される単極磁石である。本実施形態では、径方向の外側がN極に着磁され、内側がS極に着磁されている(図10、図11参照)。
The
The magnet 2 </ b> R is a monopolar magnet that is fixed to the
外極ヨーク3Cは、磁石2RのN極の径外側に接続され、内極ヨーク3Dは、磁石2RのS極の径内側に接続される。
外/内極ヨーク3C、3Dは、リング部30C、30Dから軸方向の一方の側(本実施形態では下側)に突出する複数の爪31C、31Dを周方向に等間隔に有している。また、外極ヨークの爪31Cと内極ヨークの爪31Dとは周方向にずれて交互に配置される。本実施形態では、外極ヨーク3Cおよび内極ヨーク3Dは、それぞれ8個の爪31C、31Dを45°間隔で有しており、外極ヨークの爪31Cと内極ヨークの爪31Dとは、互いに22.5°ずれて交互に配置される(図12参照)。
The
The outer / inner pole yokes 3C, 3D have a plurality of
第1中間ヨーク4Cおよび第2中間ヨーク4Dは、外/内極ヨーク3C、3Dの軸方向の下側、すなわち複数の爪31C、31Dが突出する側で出力軸12に固定され、互いに離間している。中間ヨーク4C、4Dは、磁石2Rおよび外/内極ヨーク3C、3Dと共に磁気回路を形成する。トーションバー13の捩れに応じて外/内極ヨーク3C、3Dとの相対位置が変化したとき、磁気回路に発生する磁束密度が変化する。
中間ヨーク4C、4Dは、リング部40C、40Dから磁石2Rに向かって軸方向(本実施形態では上方)に突出する複数の爪41C、41Dを周方向に等間隔に有している。また、第1中間ヨークの爪41Cと第2中間ヨークの爪41Dとは周方向にずれて交互に配置される。
The first
The
本実施形態では、第1中間ヨークのリング部40Cは、第2中間ヨークのリング部40Dよりも直径が大きく形成されている。また、第1中間ヨークのリング部40Cは軸方向の上方に、第2中間ヨークのリング部40Dは軸方向の下方に配置される。第1中間ヨークの爪41Cおよび第2中間ヨークの爪41Dは、それぞれ8個の爪41C、41Dを約45°間隔で有している。
In the present embodiment, the
第1中間ヨークの爪41Cは、リング部40Cから一旦径内方向に延びてから、第2中間ヨークのリング部40Dと略同径の位置で軸方向上方へ曲折している。第2中間ヨークの爪41Dは、リング部40Dから真っ直ぐ軸方向上方へ延びている。また、第1中間ヨークの爪41Cと第2中間ヨークの爪41Dとは、互いに22.5°ずれて交互に配置される。
The
第1集磁ヨーク5Cは、第1中間ヨーク4Cのリング部40Cの周方向の一部(本実施形態では約120°)に沿って、第1中間ヨーク4Cの径外側に設けられる。第2集磁ヨーク5Dは、第2中間ヨーク4Dのリング部40Dの周方向の一部に沿って、第2中間ヨーク4Dの径外側に設けられる。集磁ヨーク5C、5Dは、中間ヨーク4C、4Dに径方向で対向し、中間ヨーク4C、4Dから磁束を集める。
磁気センサ6は、第1集磁ヨーク5Cおよび第2集磁ヨーク5Dの間に設けられ、集磁ヨーク5C、5Dによって集められた磁束密度を検出し、電圧信号に変換して出力する。磁気センサ6として具体的には、ホール素子、磁気抵抗素子等を使用することができる。
The first magnetic
The
次に、検出部204の作動について、図11(b)、図12、図13を参照して説明する。図12は、図11(b)の中立点でのXII−XII断面模式図であり、図13(a)、(b)は、捩じれ変位が生じたときの図12に対応する断面模式図である。
Next, the operation of the
図11(b)は、軸方向(図の上下方向)を誇張して示している。また、磁石2Rおよび外/内極ヨーク3C、3Dは、トーションバー13の入力軸11側に固定され、中間ヨーク4C、4Dは、トーションバー13の出力軸12側に固定される。
図12、図13では、入力軸11側すなわち磁石2Rおよび外/内極ヨーク3C、3Dの回転方向の位置を固定し、出力軸12側すなわち中間ヨーク4C、4Dを磁石2Rおよび外/内極ヨーク3C、3Dに対して相対回転させた状態を示す。図12、図13では、外/内極ヨークの爪31C、31Dと、中間ヨークの爪41C、41Dとの相対回転位置のみを示す。
FIG. 11B exaggerates the axial direction (vertical direction in the figure). The
12 and 13, the rotational position of the
まず、図12は、入力軸11と出力軸12との間に操舵トルクが加わっておらず、トーションバー13に捩じれ変位が生じていない中立点の状態を示す。ここで、外極ヨークの爪31Dと内極ヨークの爪31Dとの中間位置のうち、外極ヨークの爪31Cに対し紙面の反時計回り側の位置を基準位置S0とする。中立点では、第2中間ヨークの爪41Dが基準位置S0に位置する。このとき、第1中間ヨークの爪41Cは、外極ヨークの爪31Cと内極ヨークの爪31Dとの中間位置のうち、外極ヨークの爪31Cに対し紙面の時計回り側の位置に配置される。したがって、外極ヨークの爪31C、第1中間ヨークの爪41C、内極ヨークの爪31D、第2中間ヨークの爪41Dが周方向にこの順に並ぶ。
First, FIG. 12 shows a neutral point state in which no steering torque is applied between the
このとき、径方向の投影において、いずれの爪同士も重複しない。したがって、次の図13で説明するような「爪同士の重複」による磁束は発生しない。
ただし、第1実施形態で説明したとおり、ベース磁束が発生する。
At this time, none of the claws overlap in the radial projection. Therefore, magnetic flux due to “overlap between claws” as described in FIG. 13 does not occur.
However, as described in the first embodiment, a base magnetic flux is generated.
中立点に対し、入力軸11と出力軸12との間に操舵トルクが印加されてトーションバー13に捩じれ変位が生じると、入力軸11に固定された磁石2Zおよび外/内極ヨーク3C、3Dと出力軸12に固定された中間ヨーク4C、4Dとが相対回転する。
図13(a)に示す状態では、第2中間ヨークの爪41Dの位置S+は、基準位置S0に対し角度θ+だけ反時計回り方向(進み方向)に回転している。このとき、径方向の投影において、外極ヨークの爪31Cと第1中間ヨークの爪41Cとが重複し、内極ヨークの爪31Dと第2中間ヨークの爪41Dとが重複する。すると、第1実施形態の図5に示す状態と同様の作用により、磁気センサ6に正の磁束密度が発生する。
When a steering torque is applied between the
In the state shown in FIG. 13A, the position S + of the
図13(b)に示す状態では、第2中間ヨークの爪41Dの位置S−は、基準位置S0に対し角度θ−だけ時計回り方向(戻り方向)に回転している。このとき、径方向の投影において、外極ヨークの爪31Cと第2中間ヨークの爪41Dとが重複し、内極ヨークの爪31Dと第1中間ヨークの爪41Cとが重複する。すると、第1実施形態の図6に示す状態と同様の作用により、磁気センサ6に負の磁束密度が発生する。
In the state shown in FIG. 13B, the position S− of the
このように、第4実施形態の検出部204は、第1実施形態の検出部201と同様の作用により、図8(a)の特性を示し、検出磁束密度Φによって、入力軸11と出力軸12との間の操舵トルクを検出することができる。
第4実施形態では、中間ヨーク4C、4Cが外/内極ヨーク3C、3Dに対して中立点から相対回転したとき、中間ヨークの爪41C、41Dと外/内極ヨークの爪31C、31Dとが径方向の投影において重複する。これにより、第1実施形態と同様に、トルクセンサの体格を大きくすることなく、磁束伝達経路を構成するヨーク同士の対向面積を有効に確保することができる。
As described above, the
In the fourth embodiment, when the
また、集磁ヨーク5C、5Dは、中間ヨーク4C、4Dに径方向で対向し、中間ヨーク4C、4Dから磁束を集める。磁気センサ6は、集磁ヨーク5C、5Dの間に設けられ、集磁ヨーク5C、5Dによって集められた磁束の磁束密度を検出する。これにより、磁気回路の磁束を効率よく検出することができる。
Further, the
(第5、第6実施形態)
次に、本発明の第5、第6実施形態の検出部205、206について、図14を参照して説明する。
検出部205、206は、第4実施形態の検出部204(図11参照)における環状の磁石2R、および外/内極ヨーク3C、3Dがいずれも周方向に4分割して形成される。
図14(a)に示す検出部205では、「磁石および一組の磁石端ヨーク」は、磁石2RQ、内極ヨーク3CQおよび外極ヨーク3DQからなる分割ユニットを4つ合わせて構成される。互いに隣接する分割ユニット同士の隙間は、比較的狭く配置されている。
(Fifth and sixth embodiments)
Next, the
The
In the
図14(b)に示す検出部206では、「磁石および一組の磁石端ヨーク」は、磁石2RU、内極ヨーク3CUおよび外極ヨーク3DUからなる分割ユニットを4つ合わせて構成される。互いに隣接する分割ユニット同士の隙間は、比較的広く配置されている。
このように、「磁石および一組の磁石端ヨーク」を周方向に分割して形成することで、第3実施形態の検出部203と同様、部品の製造が容易となり、また、組み付け性が向上する。
In the
In this way, by forming the “magnet and a pair of magnet end yokes” in the circumferential direction, parts can be manufactured easily and the assembly can be improved as in the
(その他の実施形態)
(ア)「一組の磁石端ヨーク」の爪の数、「一組の中間ヨーク」の爪の数は、上記実施形態で例示する8個に限らない。また、各爪の形状は、上記実施形態の形状に限らない。
(イ)磁石は、第1〜第3実施形態に対し、N極およびS極が軸方向の逆向きに、すなわち下側がN極、上側がS極に着磁されてもよい。また、第4〜第6実施形態に対し、N極およびS極が径方向の逆向きに、すなわち径内側がN極、径外側がS極に着磁されてもよい。それに対応して、各相対回転位置における「一組の磁石端ヨーク」の極性も上記実施形態と逆になる。
(Other embodiments)
(A) The number of claws of the “one set of magnet end yokes” and the number of claws of the “one set of intermediate yokes” are not limited to eight illustrated in the above embodiment. Moreover, the shape of each nail | claw is not restricted to the shape of the said embodiment.
(A) The N pole and the S pole may be magnetized in the axial direction opposite to the first to third embodiments, that is, the lower side is the N pole and the upper side is the S pole. Further, with respect to the fourth to sixth embodiments, the N pole and the S pole may be magnetized in opposite directions in the radial direction, that is, the inner diameter is the N pole and the outer diameter is the S pole. Correspondingly, the polarity of the “one set of magnet end yokes” at each relative rotational position is also opposite to that in the above embodiment.
(ウ)「一組の集磁ヨーク」を設けなくてもよい。
(エ)上記実施形態では、「磁石および一組の磁石端ヨーク」がトーションバー13の入力軸11側に固定され、「一組の中間ヨーク」がトーションバー13の出力軸12に固定される。これと逆に、「磁石および一組の磁石端ヨーク」が出力軸12に、「一組の中間ヨーク」が入力軸11に固定されてもよい。
(C) It is not necessary to provide “a set of magnetism collecting yokes”.
(D) In the above embodiment, “a magnet and a set of magnet end yokes” are fixed to the
(オ)本発明のトルクセンサは、電動パワーステアリング装置に限らず、軸トルクを検出する様々な装置に適用することができる。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
(E) The torque sensor of the present invention can be applied not only to an electric power steering device but also to various devices that detect shaft torque.
As mentioned above, this invention is not limited to such embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can implement with a various form.
3 ・・・トルクセンサ、
11 ・・・入力軸(第1の軸)、
12 ・・・出力軸(第2の軸)、
13 ・・・トーションバー、
2Z、2R・・・磁石、
201、202、203、204、205、206・・・検出部、
3A ・・・N極ヨーク(磁石端ヨーク)、
3B ・・・S極ヨーク(磁石端ヨーク)、
3C ・・・外極ヨーク(磁石端ヨーク)、
3D ・・・内極ヨーク(磁石端ヨーク)、
30A、30B、30C、30D・・・リング部、
31A、31B、31C、31D・・・爪、
4A ・・・第1中間ヨーク(中間ヨーク)、
4B ・・・第2中間ヨーク(中間ヨーク)、
4C ・・・第1中間ヨーク(中間ヨーク)、
4D ・・・第2中間ヨーク(中間ヨーク)、
40A、40B、40C、40D・・・リング部、
41A、41B、41C、41D・・・爪、
5A ・・・第1集磁ヨーク(集磁ヨーク)、
5B ・・・第2集磁ヨーク(集磁ヨーク)、
5C ・・・第1集磁ヨーク(集磁ヨーク)、
5D ・・・第2集磁ヨーク(集磁ヨーク)、
6 ・・・磁気センサ。
3 ... torque sensor,
11: Input shaft (first shaft),
12 ... Output shaft (second shaft),
13 ・ ・ ・ Torsion bar,
2Z, 2R ... magnets,
201, 202, 203, 204, 205, 206 ... detection unit,
3A ... N pole yoke (magnet end yoke),
3B S pole yoke (magnet end yoke),
3C ... outer pole yoke (magnet end yoke),
3D ... Inner pole yoke (magnet end yoke),
30A, 30B, 30C, 30D ... Ring part,
31A, 31B, 31C, 31D ... nail,
4A ... 1st intermediate yoke (intermediate yoke),
4B ... 2nd intermediate yoke (intermediate yoke),
4C ... 1st intermediate yoke (intermediate yoke),
4D ... 2nd intermediate yoke (intermediate yoke),
40A, 40B, 40C, 40D ... ring part,
41A, 41B, 41C, 41D ... nails,
5A ... 1st magnetism collection yoke (magnetism collection yoke),
5B ... 2nd magnetism collection yoke (magnetism collection yoke),
5C ... 1st magnetism collection yoke (magnetism collection yoke),
5D ... 2nd magnetism collection yoke (magnetism collection yoke),
6 ... Magnetic sensor.
Claims (8)
前記第1の軸または前記トーションバーの一端側に固定され、軸方向にN極およびS極に着磁された磁石と、
前記磁石のN極に接続されるN極ヨーク、及び前記磁石のS極に接続されるS極ヨークからなる一組の磁石端ヨークであって、前記N極ヨークおよび前記S極ヨークは径外方向に突出する複数の爪を周方向に等間隔に有し、前記N極ヨークの爪と前記S極ヨークの爪とが周方向にずれて交互に配置される一組の磁石端ヨークと、
前記一組の磁石端ヨークの径外側で前記第2の軸または前記トーションバーの他端側に固定され、互いに離間する第1中間ヨークおよび第2中間ヨークからなり、前記一組の磁石端ヨークと共に磁気回路を形成し、前記トーションバーの捩れに応じ前記一組の磁石端ヨークに対して相対回転したとき前記磁気回路に発生する磁束密度が変化する一組の中間ヨークと、
前記磁気回路に発生する磁束密度を検出する磁気センサと、
を備え、
前記一組の中間ヨークは、前記一組の磁石端ヨークに対して相対回転したとき、軸方向の投影において少なくとも一部が前記一組の磁石端ヨークの爪と重複することを特徴とするトルクセンサ。 A torsion bar that connects the first shaft and the second shaft coaxially and converts torque applied between the first shaft and the second shaft into a torsional displacement;
A magnet fixed to one end side of the first shaft or the torsion bar, and magnetized in the N-pole and S-pole in the axial direction;
A pair of magnet end yokes comprising an N pole yoke connected to the N pole of the magnet and an S pole yoke connected to the S pole of the magnet, wherein the N pole yoke and the S pole yoke are out of diameter. A pair of magnet end yokes having a plurality of claws protruding in the circumferential direction at equal intervals in the circumferential direction, wherein the claws of the N pole yoke and the claws of the S pole yoke are alternately arranged shifted in the circumferential direction;
The set of magnet end yokes includes a first intermediate yoke and a second intermediate yoke that are fixed to the second shaft or the other end side of the torsion bar outside the diameter of the set of magnet end yokes and are spaced apart from each other. And a pair of intermediate yokes that change the magnetic flux density generated in the magnetic circuit when rotated relative to the pair of magnet end yokes according to the torsion of the torsion bar.
A magnetic sensor for detecting a magnetic flux density generated in the magnetic circuit;
With
The set of intermediate yokes, when rotated relative to the set of magnet end yokes, at least partly overlaps with the claws of the set of magnet end yokes in an axial projection. Sensor.
前記一組の磁石端ヨークと前記一組の中間ヨークとの相対回転の位置が所定位置のとき、前記N極ヨークまたは前記S極ヨークのうち一方の爪、前記第1中間ヨークの爪、前記N極ヨークまたは前記S極ヨークのうち他方の爪、及び前記第2中間ヨークの爪がこの順に周方向に交互に配置され、
前記一組の中間ヨークが前記一組の磁石端ヨークに対して前記所定位置から相対回転したとき、前記一組の磁石端ヨークの爪と前記一組の中間ヨークの爪とが軸方向の投影において重複することを特徴とする請求項1に記載のトルクセンサ。 The first intermediate yoke and the second intermediate yoke have a plurality of claws protruding radially inward at equal intervals in the circumferential direction, and the claws of the first intermediate yoke and the claws of the second intermediate yoke are circumferential. Alternately arranged in the direction,
When the relative rotation position between the set of magnet end yokes and the set of intermediate yokes is a predetermined position, one of the claws of the N pole yoke or the S pole yoke, the claws of the first intermediate yoke, The other claw of the N pole yoke or the S pole yoke and the claw of the second intermediate yoke are alternately arranged in this order in the circumferential direction,
When the set of intermediate yokes rotate relative to the set of magnet end yokes from the predetermined position, the claws of the set of magnet end yokes and the claws of the set of intermediate yokes project in the axial direction. The torque sensor according to claim 1, wherein the torque sensors overlap with each other.
前記第1の軸または前記トーションバーの一端側に固定され、径方向にN極およびS極に着磁された磁石と、
前記磁石の径外側の磁極に接続される外極ヨーク、及び前記磁石の径内側の磁極に接続される内極ヨークからなる一組の磁石端ヨークであって、前記外極ヨークおよび前記内極ヨークは軸方向の一方の側に突出する複数の爪を周方向に等間隔に有し、前記外極ヨークの爪と前記内極ヨークの爪とが周方向にずれて交互に配置される一組の磁石端ヨークと、
軸方向の前記一組の磁石端ヨークの爪が突出する側で前記第2の軸または前記トーションバーの他端側に固定され、互いに離間する第1中間ヨークおよび第2中間ヨークからなり、前記一組の磁石端ヨークと共に磁気回路を形成し、前記トーションバーの捩れに応じ前記一組の磁石端ヨークに対して相対回転したとき前記磁気回路に発生する磁束密度が変化する一組の中間ヨークと、
前記磁気回路に発生する磁束密度を検出する磁気センサと、
を備え、
前記一組の中間ヨークは、前記一組の磁石端ヨークに対して相対回転したとき、径方向の投影において少なくとも一部が前記一組の磁石端ヨークの爪と重複することを特徴とするトルクセンサ。 A torsion bar that connects the first shaft and the second shaft coaxially and converts torque applied between the first shaft and the second shaft into a torsional displacement;
A magnet fixed to one end of the first shaft or the torsion bar and magnetized in the radial direction to the N pole and the S pole;
A pair of magnet end yokes comprising an outer pole yoke connected to a magnetic pole outside the diameter of the magnet and an inner pole yoke connected to a magnetic pole inside the diameter of the magnet, the outer pole yoke and the inner pole The yoke has a plurality of claws protruding on one side in the axial direction at equal intervals in the circumferential direction, and the claws of the outer pole yoke and the claws of the inner pole yoke are alternately arranged in the circumferential direction. A pair of magnet end yokes;
A pair of first and second intermediate yokes fixed to the other end of the second shaft or the torsion bar on the side from which the claws of the pair of magnet end yokes protrude in the axial direction, A set of intermediate yokes that form a magnetic circuit together with a set of magnet end yokes, and in which the magnetic flux density generated in the magnetic circuit changes when rotated relative to the set of magnet end yokes according to torsion of the torsion bar When,
A magnetic sensor for detecting a magnetic flux density generated in the magnetic circuit;
With
The set of intermediate yokes, when rotated relative to the set of magnet end yokes, at least a portion thereof overlaps with the claws of the set of magnet end yokes in a radial projection. Sensor.
前記一組の磁石端ヨークと前記一組の中間ヨークとの相対回転の位置が所定位置のとき、前記外極ヨークまたは前記内極ヨークのうち一方の爪、前記第1中間ヨークの爪、前記外極ヨークまたは前記内極ヨークのうち他方の爪、及び前記第2中間ヨークの爪がこの順に周方向に交互に配置され、
前記一組の中間ヨークが前記一組の磁石端ヨークに対して前記所定位置から相対回転したとき、前記一組の磁石端ヨークの爪と前記一組の中間ヨークの爪とが径方向の投影において重複することを特徴とする請求項4に記載のトルクセンサ。 The first intermediate yoke and the second intermediate yoke have a plurality of claws protruding in the axial direction toward the magnet at equal intervals in the circumferential direction, and the claws of the first intermediate yoke and the second intermediate yoke The nail is alternately arranged in the circumferential direction,
When the position of relative rotation between the set of magnet end yokes and the set of intermediate yokes is a predetermined position, one of the claws of the outer pole yoke or the inner pole yoke, the claws of the first intermediate yoke, The other claw of the outer pole yoke or the inner pole yoke and the claw of the second intermediate yoke are alternately arranged in this order in the circumferential direction,
When the pair of intermediate yokes rotate relative to the set of magnet end yokes from the predetermined position, the claws of the pair of magnet end yokes and the claws of the pair of intermediate yokes project in the radial direction. The torque sensor according to claim 4, wherein the torque sensor overlaps with each other.
前記磁気センサは、前記一組の集磁ヨークの間に設けられ、前記一組の集磁ヨークによって集められた磁束の磁束密度を検出することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のトルクセンサ。 A set of magnetism collecting yokes that face the set of intermediate yokes in the axial direction or the radial direction and collect magnetic flux from the set of intermediate yokes,
The magnetic sensor is provided between the set of magnetic flux collecting yokes and detects a magnetic flux density of magnetic flux collected by the set of magnetic flux collecting yokes. The torque sensor according to item.
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