(57)【要約】【課題】第１の磁性環を固定するピンから磁束が漏れるのを低減することができるトルク検出装置を提供する。【解決手段】一方の回転軸２に嵌着され、夫々の一端に複数の歯４ａ，５ａが周設されている第１及び第２の磁性環４，５と、第１の磁性環４の歯４ａと向き合う複数の歯６ａが周設され、他方の回転軸３に嵌着される第３の磁性環６と、第１及び第３の磁性環４，６の外周りに配置される第１の励磁コイル７と、第１及び第２の磁性環４，５の外周りに配置される第２の励磁コイル８とを備え、第１の磁性環４及び一方の回転軸２を径方向に貫通するピン孔４１，２１に嵌入されるピン１７を、第２の磁性環５の歯底面５ｂと向き合う位置に設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対回転を可能に連結される二つの回転軸の一方に軸線方向に離隔して嵌着され、夫々の一端に複数の歯が周設されている第１及び第２の磁性環と、前記第１の磁性環の歯と向き合う複数の歯が周設され、二つの回転軸の他方に嵌着される第３の磁性環と、第１及び第３の磁性環の外周りに配置される第１の励磁コイルと、第１及び第２の磁性環の外周りに配置される第２の励磁コイルとを備え、前記第１の磁性環を径方向に貫通するピン孔に嵌入されるピンにより前記第１の磁性環を前記回転軸の一方に固定してあるトルク検出装置において、前記ピンは、前記第２の磁性環の歯底面と向き合う位置に設けてあることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
前記ピンは、前記歯底面の幅方向中央に対し前記第１の磁性環の周方向へ偏倚している請求項１記載のトルク検出装置。
【請求項３】
前記ピンは、前記幅方向中央に対し、５．６３deg 偏倚している請求項２記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転軸に加わるトルクを検出するトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トルク検出装置は例えば操舵補助用の電動モータを備える車両用の電動パワーステアリング装置に使用されている（例えば、特許文献１参照。）。このトルク検出装置は、トーションバーにより相対回転を可能に連結された入力軸及び出力軸のうち、入力軸の外周部に軸線方向に離隔して嵌着され、夫々の一端に複数の歯が周設されている第１及び第２の磁性環と、前記第１の磁性環の歯と向き合う複数の歯が周設され、前記出力軸の外周部に嵌着される第３の磁性環と、第１及び第３の磁性環の外周りに配置される第１の励磁コイルと、第１及び第２の磁性環の外周りに配置される第２の励磁コイルとを備える。そして、第１及び第３の磁性環と、第１の励磁コイルとにより磁気回路を形成し、第１の励磁コイルのインピーダンスの変化で前記入力軸に加わったトルクを検出し、また、第１及び第２の磁性環と、第２の励磁コイルとにより磁気回路を形成し、雰囲気温度による第１の励磁コイルのインピーダンスの変化を、第２の励磁コイルのインピーダンスの変化に基づいて補正し、温度に影響されないトルクを検出することができるように構成されている。
【０００３】
また、入力軸は非磁性環を介して第１の磁性環が嵌着される小径嵌着部と、該小径嵌着部に連なり、第２の磁性環が外嵌される大径嵌着部とを有し、小径嵌着部を径方向に貫通する磁性体からなるピン孔が設けられており、また、小径嵌着部に非磁性環が嵌着されている。
【０００４】
また、第１の磁性環及び非磁性環は径方向に貫通するピン孔を有し、該ピン孔及び入力軸の前記ピン孔に嵌入されるピンにより第１の磁性環及び非磁性環を入力軸に固定してあり、該第１の磁性環の歯と第３の磁性環の歯とが向き合っている。第１の磁性環の他端は平坦面になっており、該他端に第２の磁性環の歯が向き合っている。
【特許文献１】実開平３−４８７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、第１の磁性環に設けられるピン孔は第２の磁性環の歯の位置を考慮することなく開設されているが、このように構成されたトルク検出装置の検出精度をより一層高めるべく鋭意研究したところ、第１の磁性環を固定するピンと第２の磁性環の歯の位置との関係が重要であることが分かった。即ち、入力軸の小径嵌着部と第１の磁性環との間に非磁性環があり、第１及び第２の磁性環と第２の励磁コイルとにより形成される磁気回路を通る磁束が入力軸に洩れないように構成されているが、前記磁性体からなるピンが入力軸に固定されることにより、ピンと入力軸とが連なり、前記磁束がピンから入力軸に洩れることになり、また、第２の磁性環の歯先面と向き合う位置にピンが設けられている場合、前記ピンからの磁束洩れ量が増加することになることが分かった。ピンを非磁性体にすれば磁束洩れ量は減らすことができるが、安価な鋼材でなく、例えばステンレス材を使用する必要があり、コストアップになる。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は第１の磁性環を固定するピンから磁束が漏れるのをコストアップにすることなく低減することができるトルク検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係るトルク検出装置は、相対回転を可能に連結される二つの回転軸の一方に軸線方向に離隔して嵌着され、夫々の一端に複数の歯が周設されている第１及び第２の磁性環と、前記第１の磁性環の歯と向き合う複数の歯が周設され、二つの回転軸の他方に嵌着される第３の磁性環と、第１及び第３の磁性環の外周りに配置される第１の励磁コイルと、第１及び第２の磁性環の外周りに配置される第２の励磁コイルとを備え、前記第１の磁性環を径方向に貫通するピン孔に嵌入されるピンにより前記第１の磁性環を前記回転軸の一方に固定してあるトルク検出装置において、前記ピンは、前記第２の磁性環の歯底面と向き合う位置に設けてあることを特徴とする。
【０００８】
第２発明に係るトルク検出装置は、前記ピンは、前記歯底面の幅方向中央に対し前記第１の磁性環の周方向へ偏倚していることを特徴とする。
【０００９】
第３発明に係るトルク検出装置は、前記ピンは、前記幅方向中央に対し、５．６３deg 偏倚していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明によれば、第１の磁性環を固定するピンは第２の磁性環の歯底面と向き合う位置に設けてあるため、第１及び第２の磁性環と第２の励磁コイルとにより構成される磁気回路を通る磁束が前記ピンから回転軸に漏れるのを低減できる。
【００１１】
第２発明によれば、ピンは、歯底面の幅方向中央に対し前記第１の磁性環の周方向へ偏倚しているため、第１及び第２の磁性環と第２の励磁コイルとにより構成される磁気回路を通る磁束が前記ピンから回転軸に漏れるのをより一層低減できる。
【００１２】
第３発明によれば、ピンは、前記幅方向中央に対し、５．６３deg 偏倚しているため、第１及び第２の磁性環と第２の励磁コイルとにより構成される磁気回路を通る磁束が前記ピンから回転軸に漏れるのをより一層低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係るトルク検出装置の構成を示す断面図、図２は要部の構成を示す拡大断面図、図３は要部の構成を示す拡大正面図、図４は第１及び第２の磁性環の関係を示す説明図である。
【００１４】
トルク検出装置は、トーションバー１により相対回転を可能に連結された第１及び第２の回転軸２，３と、第１の回転軸２の外周部に軸線方向に離隔して嵌着され、夫々の一端に複数の歯４ａ，５ａが周設されている第１及び第２の磁性環４，５と、第１の磁性環４の歯４ａと向き合う複数の歯６ａが周設され、第２の回転軸３の外周部に嵌着される第３の磁性環６と、第１及び第３の磁性環４，６の外周りに配置された第１の励磁コイル７と、第１及び第２の磁性環４，５の外周りに配置された第２の励磁コイル８と、各励磁コイル７，８を別個に収容し、磁性材料からなる２つのコイル収容環９，１０と、各コイル収容環９，１０の間に介された環状のリテーナ１１と、各励磁コイル７，８に二つの導線１２により接続された検出回路基板１３とを備え、磁性を有する金属材からなる保持筒１４内にコイル収容環９，１０が収容保持されている。
【００１５】
第１及び第２の回転軸２，３は夫々の一端部が相対回転を可能に嵌合された円筒形をなしており、内部にトーションバー１が挿入され、該トーションバー１の一端が第１の回転軸２にダウエルピン１５により連結され、トーションバー１の他端が第２の回転軸３の内部にセレーション嵌合により連結されている。
【００１６】
第１の回転軸２の途中には第１の磁性環４が嵌着される小径嵌着部２ａと、第２の磁性環５が嵌着され、小径嵌着部２ａと径方向の段部により連なる大径嵌着部２ｂと、小径嵌着部２ａを径方向に貫通するピン孔２１とを有する。小径嵌着部２ａにはピン孔２１に対応するピン孔を有する非磁性環１６を嵌着し、該非磁性環１６に、ピン孔２１に対応するピン孔４１を有する第１の磁性環４を嵌着してあり、大径嵌着部２ｂに第２の磁性環５を嵌着してある。尚、ピン孔２１は径方向両側から開設された非貫通の孔であってもよい。
【００１７】
第２の回転軸２の一端部には第３の磁性環６を嵌着してある。
【００１８】
第１〜第３の磁性環４〜６はほぼ等しい外径に形成されており、第１の磁性環４は第２及び第３の磁性環５，６より長く、且つ小内径に形成されている。第１及び第３の磁性環４，６の対向する一端面と、第２の磁性環５の、第１の磁性環４と対向する一端面とには、四角柱形の８個の歯４ａ，５ａ，６ａが等ピッチで周設されており、第１の磁性環４の、第２の磁性環５の歯５ａと対向する他端面４ｂは歯がなく平坦になっている。第１〜第３の磁性環４〜６の歯底面４ｃ，５ｂ，６ｂは、歯先面４ｄ，５ｃ，６ｃと等幅に形成されている。尚、歯５ａ，５ｂは偶数であればよい。
【００１９】
第１の磁性環４の長手方向中央部には、径方向に貫通するピン孔４１が設けられており、該ピン孔４１及びピン孔２１に嵌入される二つのピン１７，１７により第１の磁性環４を小径嵌着部２ａに固定してある。
【００２０】
図４を参照してピン１７，１７は第２の磁性環５の歯底面５ｂと歯たけ方向の位置で向き合い、且つ歯底面５ｂの幅方向中央に対し第１の磁性環４の周方向へ偏倚した位置に設けられている。ピン１７，１７の、歯底面５ｂの幅方向中央Ｘに対する偏倚量Ｈは１〜９deg の範囲内であるが、５．６３deg が好ましい。
【００２１】
以上のように構成されたトルク検出装置は、第１の励磁コイル７が発生した磁束により第１及び第３の磁性環４，６で第１の磁気回路を形成し、第２の励磁コイル８が発生した磁束により第１及び第２の磁性環４，５で第２の磁気回路を形成する。このため、第１の回転軸２に回転トルクが加えられ、トーションバー１が捩じれた場合、第１の磁性環４の歯４ａと第３の磁性環６の歯６ａとの対向面積が変化して第１の励磁コイル７のインピーダンスが変化し、その変化に応じて出力される電圧によりトーションバー１に加えられたトルクを検出することができる。このとき、第２の磁性環５の歯５ａは、第１の磁性環４の平坦な他端面４ｂと対向しているため、第１及び第２の励磁コイル７，８の雰囲気温度が変わらない限り第２の励磁コイル８のインピーダンスは変化しない。
【００２２】
前記雰囲気温度が変わると、第１の励磁コイル７のインピーダンスは、トーションバー１に加えられた実際のトルクに加えて前記雰囲気温度によって変化し、また、第２の励磁コイル８のインピーダンスが前記雰囲気温度によって変化し、この変化に応じて出力される電圧により前記トルクが補正される。即ち、第１の励磁コイル７のインピーダンスは、トーションバー１に加えられた実際のトルクに加えて、第１の励磁コイル７の雰囲気温度によって変化するため、この雰囲気温度による第１の励磁コイル７のインピーダンスの変化を補正し、温度に影響されないトルクを検出することができる。
【００２３】
図５はピンから磁束が洩れる洩れ磁束の磁気回路を示す説明図である。以上のように第２の励磁コイル８のインピーダンスは雰囲気温度が変わらない限り変化しないのであるが、第１の磁性環４を固定するピン１７は安価な鋼材であるため磁性を有しており、該ピン１７が、安価な鋼材からなり磁性を有する第１の回転軸２のピン孔２１に嵌入され、第１の回転軸２と接触しているため、図５に示すように第２の励磁コイル８が発生した磁束（図中太線で示す）の一部は、ピン１７を経て第１の回転軸２に洩れる（図中矢印）。しかし、ピン１７は第２の磁性環５の歯底面５ｂと歯たけ方向の位置で向き合う位置に設けられており、歯底面５ｂ部分に比べて磁束量が多い歯先面５ｃの幅方向中央部に対するピン１７の離隔距離を長くしてあるため、磁束量の少ない磁気回路上にピン１７が存在することになり、ピン１７からの磁束洩れ量を低減できる。
【００２４】
図６は歯底面５ｂの幅方向中央に対するピン１７の偏倚量Ｈと第２の励磁コイル８のインピーダンスとの関係を実験した結果を示すグラフである。
【００２５】
図６に示した実験データに表れているように、ピンなし（ワークNO.0）の場合が第２の励磁コイル８のインピーダンスが最も大きく、ピン１７から磁束が漏れていることがわかる。また、歯先面５ｃと向き合う位置にピン１７が配置されている場合（ワークNO.1 ,9 ）の第２の励磁コイル８のインピーダンスが小さく、磁束洩れ量が多く、偏倚量Ｈが５．６３deg （ワークNO.6）の場合は第２の励磁コイル８のインピーダンスが大きく、磁束洩れ量を低減できており、この角度でピン１７の位置を固定することにより、第２の励磁コイル８のインピーダンスのバラツキを抑えることができ、トルクセンサの出力のバラツキを低減できるため、出力の調整を行う工程を省略することができ、コストダウンすることができる。
【００２６】
尚、以上説明した実施の形態では第２の磁性環５を二つのピン１７，１７により固定したが、その他、ピン１７は一つであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るトルク検出装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係るトルク検出装置の要部の構成を示す拡大断面図である。
【図３】本発明に係るトルク検出装置の要部の構成を示す拡大正面図である。
【図４】本発明に係るトルク検出装置の第１及び第２の磁性環の関係を示す説明図である。
【図５】本発明に係るトルク検出装置のピンから磁束が洩れる洩れ磁束の磁気回路を示す説明図である。
【図６】歯底面の幅方向中央に対するピンの偏倚量と第２の励磁コイルのインピーダンスとの関係を実験した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
２，３  回転軸、４  第１の磁性環、４ａ  歯、４１  ピン孔、５  第２の磁性環、  ５ａ  歯、５ｂ  歯底面、６  第３の磁性環、６ａ  歯、７  第１の励磁コイル、８    第２の励磁コイル、１７  ピン、Ｘ  歯底面の幅方向中央、Ｈ  偏倚量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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