JP2001091376A - Torque sensor and electrically-driven steering device using the same - Google Patents

Torque sensor and electrically-driven steering device using the same

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JP2001091376A
JP2001091376A JP26785299A JP26785299A JP2001091376A JP 2001091376 A JP2001091376 A JP 2001091376A JP 26785299 A JP26785299 A JP 26785299A JP 26785299 A JP26785299 A JP 26785299A JP 2001091376 A JP2001091376 A JP 2001091376A
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JP
Japan
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magnetic
torque
torque sensor
notches
notch
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Masato Shiba
真人 柴
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Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a torque sensor capable of detecting a steering angel and torque and an electrically-driven steering device using the same. SOLUTION: A first circular magnet plate 51 in which a plurality of notches 51S, 51S, 51S... are provided in its circumference is mounted to an input shaft 1, and a second magnetic plate 52 in a similar shape to the first magnetic plate 51 is mounted to an output shaft 2. The intensities of magnetic fields formed by the two magnets arranged in the vicinity of magnetic sensors MG1 and MG2 are detected by the magnetic sensors MG1 and MG2 arranged on the upper side of the first magnet plate 51. A steering angle and torque are detected on the basis of the output results of the magnetic sensors MG1 and MG2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は操舵輪に加わる操舵
トルクを検出するトルクセンサ、及び該トルクセンサの
検出結果に基づいて電動モータを駆動し、操舵補助力を
発生させる電動式舵取装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torque sensor for detecting a steering torque applied to a steered wheel, and an electric steering device for driving an electric motor based on a detection result of the torque sensor to generate a steering assist force. .

【0002】[0002]

【従来の技術】図20は従来の電動式舵取装置の構成を
示す縦断面図である。図において104は筒状をなす入
力軸であり、該入力軸104の上端部は、上部軸を介し
て操舵輪(図示せず)と繋がっている。また、前記上部
軸の下端部には、入力軸104の内側に挿入される連結
軸105の上端部が連結され、該連結軸105の下端部
に筒状の出力軸107が連結されている。また、出力軸
107の上端部は入力軸104の下端部に挿嵌されてお
り、上部軸、入力軸及び出力軸107が夫々軸受を介し
てハウジング111内に支持されている。
2. Description of the Related Art FIG. 20 is a longitudinal sectional view showing the structure of a conventional electric steering device. In the figure, reference numeral 104 denotes a cylindrical input shaft, and an upper end of the input shaft 104 is connected to a steering wheel (not shown) via an upper shaft. The lower end of the upper shaft is connected to an upper end of a connecting shaft 105 inserted inside the input shaft 104, and the lower end of the connecting shaft 105 is connected to a cylindrical output shaft 107. The upper end of the output shaft 107 is inserted into the lower end of the input shaft 104, and the upper shaft, the input shaft, and the output shaft 107 are supported in the housing 111 via bearings.

【0003】このハウジング111内には、連結軸10
5を介して連結される入力軸104及び出力軸107の
相対変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ1
12と、該トルクセンサ112の検出結果に基づいて駆
動される操舵補助用の電動モータ113の回転を減速し
て前記出力軸107に伝達する減速機構114とを備
え、操舵輪の回転に応じた舵取機構の動作を前記電動モ
ータ113の回転により補助し、舵取りのための運転者
の労力負担を軽減するように構成されている。また、出
力軸107の下端部は、ユニバーサルジョイントを介し
てラックピニオン式の舵取機構に連結されている。
In the housing 111, a connecting shaft 10 is provided.
Sensor 1 for detecting a steering torque based on the relative displacement of an input shaft 104 and an output shaft 107 connected via
12 and a speed reduction mechanism 114 for reducing the rotation of a steering assist electric motor 113 driven based on the detection result of the torque sensor 112 and transmitting the rotation to the output shaft 107, according to the rotation of the steering wheel. The operation of the steering mechanism is assisted by the rotation of the electric motor 113 to reduce the labor burden on the driver for steering. The lower end of the output shaft 107 is connected to a rack and pinion type steering mechanism via a universal joint.

【0004】前記トルクセンサ112には例えば特公平
07−021433号公報に開示されているようなもの
が用いられている。該トルクセンサ112では、前記入
力軸104及び出力軸107に夫々固定される磁性体製
リング112a,112bが前記連結軸105の周囲の
前記ハウジング111内に固着されているトルク検出コ
イル112cの内側に配置されている。磁性体リング1
12a,112bの対向する端面には複数の矩形状の歯
部が夫々同ピッチで全周に亘って形成されており、前記
連結軸105の捩れに対応して入力軸104側の磁性体
製リング112aと出力軸107側の磁性体製リング1
12bとが相対回転したときに前記歯部の対向面積が変
化して、トルク検出コイル112cのインピーダンスが
変化し、このインピーダンスの変化によって前記操舵ト
ルクを検出する非接触式センサが用いられている。
As the torque sensor 112, for example, a sensor disclosed in Japanese Patent Publication No. 07-021433 is used. In the torque sensor 112, magnetic rings 112a and 112b fixed to the input shaft 104 and the output shaft 107, respectively, are provided inside a torque detecting coil 112c fixed in the housing 111 around the connection shaft 105. Are located. Magnetic ring 1
A plurality of rectangular teeth are formed over the entire periphery at the same pitch on opposing end surfaces of 12a and 112b, and a ring made of a magnetic material on the side of the input shaft 104 corresponding to the torsion of the connection shaft 105 is provided. 112a and the magnetic ring 1 on the output shaft 107 side
When the tooth 12b rotates relative to the tooth 12b, the facing area of the tooth portion changes, and the impedance of the torque detection coil 112c changes. A non-contact sensor that detects the steering torque based on the change in the impedance is used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の如き
従来の電動式舵取装置では、トルクセンサ112がトル
ク検出コイル112cを有するためにトルクセンサの小
型化が困難であり、また、トルクセンサ用の大きい設置
空間を必要とするため、電動式舵取装置の小型化が困難
であるという問題があった。
In the conventional electric steering apparatus as described above, it is difficult to reduce the size of the torque sensor 112 because the torque sensor 112 has the torque detection coil 112c. Since a large installation space is required, it is difficult to reduce the size of the electric steering device.

【0006】また、上述の如き従来の電動式舵取装置で
は、トルクセンサが電動式舵取装置のモータの駆動制御
に用いる状態量の1つである操舵角を検出することがで
きなかった。従って、従来の電動式舵取装置は操舵角検
出用の専用装置を必要とし、コスト及び設置空間の増大
の原因となっていた。
Further, in the conventional electric steering device as described above, the torque sensor cannot detect the steering angle which is one of the state variables used for controlling the driving of the motor of the electric steering device. Therefore, the conventional electric steering device requires a dedicated device for detecting the steering angle, which causes an increase in cost and installation space.

【0007】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、切り欠きが周設された2枚の円盤状の磁性体と
磁界の強さに応じた電気的出力を得る素子を有する磁気
センサとを用いることにより、入力軸及び出力軸の軸長
方向に短く、従来に比して小型であり、またトルク及び
操舵角を検出でき、操舵角検出用の専用装置を必要とし
ないトルクセンサ及びこれを用いた電動式舵取装置を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a magnetic structure having two disk-shaped magnetic members provided with notches and an element for obtaining an electrical output corresponding to the strength of a magnetic field. By using the sensor, the torque sensor is shorter in the axial direction of the input shaft and the output shaft, is smaller than the conventional one, can detect the torque and the steering angle, and does not require a dedicated device for detecting the steering angle. And an electric steering device using the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】第1発明に係るトルクセ
ンサは、入力軸に加わるトルクを入力軸と出力軸とを連
結する連結軸に生じる捩れ角によって検出するトルクセ
ンサにおいて、複数の切り欠きが設けられており、前記
入力軸及び出力軸に夫々が対向部を有して対向した状態
で取付けられた第1及び第2の磁性体と、該第1及び第
2の磁性体の近傍に配され、磁界の強さに応じた電気的
出力を得る磁気センサとを備え、該磁気センサが検出し
た磁界の強さから前記トルクを求めるようにしてあるこ
とを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a torque sensor for detecting a torque applied to an input shaft by a torsion angle generated in a connecting shaft connecting the input shaft and the output shaft. Are provided, and the first and second magnetic bodies are attached to the input shaft and the output shaft so as to face each other, each having an opposing portion, and near the first and second magnetic bodies. A magnetic sensor for obtaining an electrical output in accordance with the strength of the magnetic field, wherein the torque is obtained from the strength of the magnetic field detected by the magnetic sensor.

【0009】第2発明に係るトルクセンサは、第1発明
に係るトルクセンサにおいて、前記第1及び第2の磁性
体の近傍に磁石を配してあることを特徴とする。
A torque sensor according to a second aspect of the present invention is the torque sensor according to the first aspect, wherein a magnet is arranged near the first and second magnetic bodies.

【0010】第3発明に係るトルクセンサは、第1発明
に係るトルクセンサにおいて、前記第1及び第2の磁性
体は、夫々着磁されていることを特徴とする。
[0010] A torque sensor according to a third invention is characterized in that, in the torque sensor according to the first invention, the first and second magnetic bodies are respectively magnetized.

【0011】第4発明に係るトルクセンサは、第1乃至
第3発明の何れかに係るトルクセンサにおいて、1つの
磁気センサが1つの切り欠きに対向する位置に存在する
とき、他の磁気センサが2つの相隣する切り欠きの中間
部分に対向する位置に存在するように夫々の磁気センサ
を配してあることを特徴とする。
A torque sensor according to a fourth aspect of the present invention is the torque sensor according to any one of the first to third aspects, wherein when one magnetic sensor is located at a position facing one notch, the other magnetic sensor is not. Each magnetic sensor is arranged so as to be located at a position facing an intermediate portion between two adjacent notches.

【0012】第5発明に係るトルクセンサは、第1乃至
第4発明の何れかに係るトルクセンサにおいて、前記第
1及び第2の磁性体は円盤状をなしており、前記切り欠
きは前記第1及び第2の磁性体に放射状に等配されてい
ることを特徴とする。
A torque sensor according to a fifth aspect of the present invention is the torque sensor according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first and second magnetic bodies have a disk shape, and the notch is It is characterized in that the first and second magnetic bodies are arranged radially equally.

【0013】第6発明に係るトルクセンサは、第1乃至
第3発明の何れかに係るトルクセンサにおいて、前記第
1及び第2の磁性体は円盤状をなしており、前記切り欠
きは前記第1の磁性体の切り欠きと前記第2の磁性体の
切り欠きとが交叉するように設けられており、前記第1
及び第2の磁性体の円周方向に等配されていることを特
徴とする。
A torque sensor according to a sixth aspect of the present invention is the torque sensor according to any one of the first to third aspects, wherein the first and second magnetic bodies are disc-shaped, and the notch is The notch of the first magnetic body and the notch of the second magnetic body are provided so as to intersect with each other.
And the second magnetic body is equally arranged in the circumferential direction.

【0014】第7発明に係るトルクセンサは、第1乃至
第4発明の何れかに係るトルクセンサにおいて、前記第
1及び第2の磁性体は円筒状をなしており、前記切り欠
きは入力軸及び出力軸の軸長方向に長く、前記第1及び
第2の磁性体の円周方向に等配されていることを特徴と
する。
A torque sensor according to a seventh aspect of the present invention is the torque sensor according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first and second magnetic bodies have a cylindrical shape, and the notch has an input shaft. The first and second magnetic members are equally arranged in the circumferential direction of the first and second magnetic members.

【0015】第8発明に係るトルクセンサは、第1乃至
第3発明の何れかに係るトルクセンサにおいて、前記第
1及び第2の磁性体は円筒状をなしており、前記切り欠
きは、前記第1の磁性体の切り欠きと前記第2の磁性体
の切り欠きとが交叉するようになしてあり、前記第1及
び第2の磁性体の円周方向に等配されていることを特徴
とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the torque sensor according to any one of the first to third aspects, the first and second magnetic bodies are cylindrical, and the notch is The notch of the first magnetic body and the notch of the second magnetic body cross each other, and are arranged equally in the circumferential direction of the first and second magnetic bodies. And

【0016】第9発明に係る電動式舵取装置は、入力軸
及び出力軸に取り付けられた第1乃至第8発明の何れか
に係るトルクセンサと、該トルクセンサによって検出さ
れたトルクに基づいて駆動制御され、前記出力軸又はこ
れに繋がる舵取機構に取り付けられた操舵補助用の電動
モータとを備えることを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an electric steering device based on the torque sensor according to any one of the first to eighth aspects mounted on an input shaft and an output shaft, and a torque detected by the torque sensor. It is characterized by comprising a drive assisted electric motor mounted on the output shaft or a steering mechanism connected to the output shaft for steering assistance.

【0017】第1又は第2発明に係るトルクセンサによ
る場合は、第1及び第2の磁性体の近傍に磁石を設置
し、磁界を形成する。この状態で入力軸にトルクが加え
られたとき、入力軸と出力軸との間に相対角変化が生
じ、これによって第1及び第2の磁性体に夫々設けられ
た切り欠きの対向面積が変化する。
In the case of the torque sensor according to the first or second invention, a magnet is provided near the first and second magnetic bodies to generate a magnetic field. When a torque is applied to the input shaft in this state, a change in the relative angle occurs between the input shaft and the output shaft, thereby changing the facing areas of the notches provided in the first and second magnetic bodies, respectively. I do.

【0018】図1は、第1及び第2の磁性体の平面図で
あり、図2は、図1のII−II線における断面によって、
切り欠きの対向面積の変化に伴う第1及び第2の磁性体
の周囲の磁界の変化を示す説明図である。図において、
510は円盤状をなす第1の磁性体であり、520は第
2の磁性体である。第1及び第2の磁性体510,52
0の周囲に磁界が形成されたとき、切り欠き(空気)よ
りも磁性体の部分の方が透磁率が高いため、磁性体付近
の磁束密度が高く、切り欠き付近の磁束密度が低い状態
で磁界が形成される。従って、第1及び第2の磁性体5
10,520夫々の切り欠きの対向面積が大きいとき
は、図2(a)に示すように、磁性体同士が対向する部
分に磁束が集中し、これに比べて切り欠き同士が対向す
る部分の磁束密度は極端に小さくなる。一方、切り欠き
の対向面積が小さいときは、図2(b)に示すように、
第1及び第2の磁性体510,520の全体にわたって
磁束は略均一に分布する。このときの磁束密度は、切り
欠きの対向面積が大きいときの磁性体同士が対向する部
分の磁束密度よりも低く、切り欠き同士が対向する部分
の磁束密度よりも高い磁束密度となる。
FIG. 1 is a plan view of the first and second magnetic bodies, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG.
It is explanatory drawing which shows the change of the magnetic field around 1st and 2nd magnetic body accompanying the change of the opposing area of a notch. In the figure,
Reference numeral 510 denotes a first magnetic body having a disk shape, and 520 denotes a second magnetic body. First and second magnetic bodies 510, 52
When a magnetic field is formed around 0, since the magnetic material portion has a higher magnetic permeability than the notch (air), the magnetic flux density near the magnetic material is high, and the magnetic flux density near the notch is low. A magnetic field is formed. Therefore, the first and second magnetic members 5
When the facing areas of the notches 10 and 520 are large, as shown in FIG. 2A, the magnetic flux concentrates on the portion where the magnetic bodies face each other, and the magnetic flux concentrates on the portion where the notches face each other. The magnetic flux density becomes extremely small. On the other hand, when the facing area of the notch is small, as shown in FIG.
The magnetic flux is distributed substantially uniformly throughout the first and second magnetic bodies 510 and 520. The magnetic flux density at this time is lower than the magnetic flux density of the portion where the magnetic bodies oppose each other when the opposing area of the notch is large, and is higher than the magnetic flux density of the portion where the notches oppose each other.

【0019】また、入力軸の操舵角に変化が生じたと
き、入力軸に固定されている第1の磁性体が回転する。
このとき、前記第1の磁性体の近傍に固定されている磁
気センサの近傍では、磁性体の部分及び切り欠きの部分
が交互に通過する。ここで磁性体の部分の近傍では磁界
の強さが強く、切り欠きの部分の近傍では磁界の強さが
弱いため、前記磁気センサによって検出される磁界の強
さは前記回転に伴って周期的に変化する。
When the steering angle of the input shaft changes, the first magnetic body fixed to the input shaft rotates.
At this time, in the vicinity of the magnetic sensor fixed in the vicinity of the first magnetic body, the portion of the magnetic body and the cutout portion alternately pass. Here, the strength of the magnetic field is strong near the portion of the magnetic body, and the strength of the magnetic field is weak near the portion of the notch. Therefore, the strength of the magnetic field detected by the magnetic sensor periodically changes with the rotation. Changes to

【0020】この周期的変化は、前述した理由により、
切り欠きの対向面積が大きいとき程磁束密度の疎密の差
が大きいため、振幅が大きくなり、切り欠きの対向面積
が小さいとき程磁束密度の疎密の差が小さいため、振幅
が小さくなる。従って、該周期的変化の振幅の変化がト
ルクの変化に対応しており、前記周期的変化の回数が入
力軸側の操舵角に対応している。
This periodic change is caused by the reason described above.
The larger the opposing area of the notch, the greater the difference in the density of the magnetic flux density, so the amplitude increases. The smaller the area of the notch, the smaller the difference in the density of the magnetic flux, the smaller the amplitude. Therefore, the change in the amplitude of the periodic change corresponds to the change in the torque, and the number of the periodic changes corresponds to the steering angle on the input shaft side.

【0021】従って、磁気センサの出力電圧の周期的変
化の振幅を求め、予め与えられている前記振幅とトルク
との関係から前記振幅に対応するトルクを求めることに
より、トルクを検出することが可能となる。
Therefore, the torque can be detected by determining the amplitude of the periodic change in the output voltage of the magnetic sensor and determining the torque corresponding to the amplitude from the relationship between the amplitude and the torque that is given in advance. Becomes

【0022】また、前記周期的変化のピークを計数する
ことによって、操舵角の検出が可能となる。
The steering angle can be detected by counting the peak of the periodic change.

【0023】第3発明に係るトルクセンサによる場合
は、第2発明に係るトルクセンサが第1及び第2の磁性
体の近傍に配した磁石によって磁界を形成するのに対
し、第1及び第2の磁性体自身によって磁界を形成す
る。このことによって、磁気センサ近傍の磁界が第1及
び第2の磁性体の回転角度の変化と共に変化するため、
これを検出することによってトルク及び操舵角を検出す
ることが可能となる。
In the case of the torque sensor according to the third invention, the torque sensor according to the second invention forms a magnetic field by magnets arranged near the first and second magnetic bodies, whereas the torque sensor according to the second invention has the first and second torque sensors. A magnetic field is formed by the magnetic substance itself. As a result, the magnetic field near the magnetic sensor changes with the change in the rotation angle of the first and second magnetic bodies.
By detecting this, the torque and the steering angle can be detected.

【0024】第4発明に係るトルクセンサによる場合
は、以下に説明する原理によって切り欠きのピッチ以上
の分解能で操舵角を検出することが可能となる。電動式
舵取装置を正確に制御するためには、正確な操舵角を検
出することが必要である。磁気センサの出力電圧の変化
のピークからピークまでの間では、1つの出力電圧値に
2つの操舵角が存在する。そこで2つの磁気センサの前
記出力電圧の周期的変化の位相を異ならせ、磁気センサ
の出力電圧に対応する複数の角度の中から、夫々の磁気
センサで共通する1つの角度を求める。
In the case of the torque sensor according to the fourth aspect of the present invention, the steering angle can be detected with a resolution equal to or greater than the pitch of the notch according to the principle described below. In order to accurately control the electric steering device, it is necessary to detect an accurate steering angle. Between the peaks of the change of the output voltage of the magnetic sensor, two steering angles exist for one output voltage value. Therefore, the phases of the periodic changes of the output voltages of the two magnetic sensors are made different, and one angle common to the respective magnetic sensors is obtained from a plurality of angles corresponding to the output voltages of the magnetic sensors.

【0025】図3は、2つの磁気センサの電気的出力と
操舵角との関係を示すグラフである。図において、縦軸
を電気的出力の値、横軸を角度としている。また、
1 ,O 2 は第1及び第2の磁性体の近傍に取り付けら
れた2つの磁気センサの夫々の電気的出力の波形を示し
ている。夫々の電気的出力の波形O1 ,O2 の位相を異
ならすべく、1つの磁気センサが1つの切り欠きに対向
する位置に存在するとき、他方の磁気センサが磁性体の
部分に対向する位置に存在するように2つの磁気センサ
は夫々配されている。
FIG. 3 shows the electrical outputs of the two magnetic sensors and
It is a graph which shows the relationship with a steering angle. In the figure, the vertical axis
Is the electrical output value, and the horizontal axis is the angle. Also,
O1, O TwoIs attached near the first and second magnetic bodies.
Shows the waveform of the electrical output of each of the two magnetic sensors
ing. Waveform O of each electrical output1, OTwoOut of phase
One magnetic sensor faces one notch to smooth out
The other magnetic sensor is
Two magnetic sensors so that they are located opposite the part
Are arranged respectively.

【0026】出力波形O1 の磁気センサが電気的出力V
1 を出力し、出力波形O2 の磁気センサが電気的出力V
2 を出力したとき、電気的出力V1 に対応する角度とし
て、1周期内においてθ1 及びθ2 の2つの角度が存在
する。同様に、電気的出力V 2 に対応する角度として
は、1周期内においてθ2 及びθ3 の2つが存在する。
2つの電気的出力V1 ,V2 の何れにもθ2 が対応して
いるため、ことのときの操舵角は角度θ2 であると特定
できる。
Output waveform O1Magnetic sensor has electrical output V
1And output waveform OTwoMagnetic sensor has electrical output V
TwoOutput, the electrical output V1Angle corresponding to
And within one cycle θ1And θTwoThere are two angles
I do. Similarly, the electrical output V TwoAs the angle corresponding to
Is θ within one cycleTwoAnd θThreeThere are two.
Two electrical outputs V1, VTwoΘTwoCorresponding
The steering angle at that time is the angle θTwoIdentified as
it can.

【0027】第5及び第7発明に係るトルクセンサによ
る場合は、切り欠きを第1及び第2の磁性体の円周方向
に等配するため、入力軸及び出力軸が回転したとき、第
1及び第2の磁性体の磁界の強さの周期的変化が正弦波
状をなす。従って、単純な演算によってトルク及び操舵
角を算出することが可能となる。
In the case of the torque sensor according to the fifth and seventh aspects of the present invention, the notches are equally arranged in the circumferential direction of the first and second magnetic members. The periodic change in the magnetic field strength of the second magnetic body has a sine wave shape. Therefore, it is possible to calculate the torque and the steering angle by a simple calculation.

【0028】第6及び第8発明に係るトルクセンサによ
る場合は、入力軸にトルクが加えられたとき、第1の磁
性体の切り欠きと第2の磁性体の切り欠きとが重なった
部分にできる空隙部が以下に説明するように移動する。
図4,5は、空隙部の移動方向を示す説明図である。図
において、510S及び520Sは夫々円盤状の第1及
び第2の磁性体に設けられた切り欠きである。例えば、
切り欠き510Sは第1及び第2の磁性体の半径方向に
対して45゜傾いた方向に伸びた形状をなし、切り欠き
520Sはこれと反対に45゜傾いた方向に伸びた形状
をなしており、夫々の切り欠き510S,520Sが互
いに交叉するように配する。図4に示すように、第1の
磁性体だけが点Oを中心として回転したとき、切り欠き
510S及び520Sの交叉によって生じる空隙部は位
置E0 から半径方向及び円周方向について異なる位置E
1 へ移動する。これは、切り欠き510S,520Sが
移動前と後とでは異なる点で交叉していることによる。
また、図5に示すように、第1及び第2の磁性体が点O
を中心として共に同じ方向に回転したとき、前記空隙部
は位置E0 から円周方向について異なる位置E2 へ移動
する。これは、切り欠き510S,520Sが同じ点で
交叉しながら回転することによる。
In the case of the torque sensors according to the sixth and eighth aspects, when a torque is applied to the input shaft, the notch of the first magnetic body and the notch of the second magnetic body overlap each other. The resulting void moves as described below.
4 and 5 are explanatory diagrams showing the moving direction of the gap. In the figure, 510S and 520S are notches provided in the first and second disk-shaped magnetic bodies, respectively. For example,
The notch 510S has a shape extending in a direction inclined by 45 ° with respect to the radial direction of the first and second magnetic bodies, and the notch 520S has a shape extending in a direction inclined by 45 ° with respect to this. The cutouts 510S and 520S are arranged so as to cross each other. As shown in FIG. 4, when only the first magnetic body rotates about the point O, the gap formed by the intersection of the notches 510S and 520S is different from the position E 0 in the radial direction and the circumferential direction.
Move to 1 . This is because the notches 510S and 520S intersect at different points before and after the movement.
Further, as shown in FIG. 5, the first and second magnetic bodies
When rotated together in the same direction about the said gap portion is moved from the position E 0 to a different position E 2 in the circumferential direction. This is because the notches 510S and 520S rotate while intersecting at the same point.

【0029】前述したように、磁性体の部分の方が前記
空隙部(空気)よりも透磁率が高く、このため第1及び
第2の磁性体の周囲には、磁性体付近の磁束密度が高
く、空隙部付近の磁束密度が低い状態の磁界が形成され
る。そこで、常に複数の磁気センサが前記空隙部の周囲
に配置されるように、複数の磁気センサを配する。この
ため、前記空隙部の周囲の磁気センサの出力電圧値によ
って、前記空隙部の半径方向及び円周方向の位置を特定
し、予め定められた中立位置からの夫々半径方向及び円
周方向の移動量を求め、空隙部の円周方向の移動量から
操舵角を求めることが可能となり、予め与えられた空隙
部の半径方向の移動量とトルクとの関係からトルクを求
めることが可能となる。
As described above, the magnetic material portion has a higher magnetic permeability than the air gap (air), so that the magnetic flux density near the magnetic material is increased around the first and second magnetic materials. A magnetic field having a high magnetic flux density near the gap and a low magnetic flux density is formed. Therefore, a plurality of magnetic sensors are arranged so that a plurality of magnetic sensors are always arranged around the gap. For this reason, the radial position and the circumferential position of the gap are specified by the output voltage value of the magnetic sensor around the gap, and the radial and circumferential movements from the predetermined neutral position, respectively, are specified. The steering angle can be obtained from the amount of movement of the gap in the circumferential direction, and the torque can be obtained from the relationship between the predetermined amount of movement of the gap in the radial direction and the torque.

【0030】また、第5及び第6発明に係るトルクセン
サによる場合は、円盤状をなす第1及び第2の磁性体、
小型の磁気検出素子を有する磁気センサ等の小型の部品
からなっているため、従来に比して小型化でき、設置空
間を小さくすることが可能となる。
Also, in the case of the torque sensor according to the fifth and sixth aspects, the first and second magnetic bodies having a disk shape,
Since it is made of a small component such as a magnetic sensor having a small magnetic detecting element, the size can be reduced as compared with the related art, and the installation space can be reduced.

【0031】また、第7及び第8発明に係るトルクセン
サによる場合は、円筒状をなす第1及び第2の磁性体、
小型の磁気検出素子を有する磁気センサ等の小型の部品
からなっているため、従来に比して小型化でき、設置空
間を小さくすることが可能となる。
In the case of the torque sensor according to the seventh and eighth inventions, the first and second cylindrical magnetic bodies,
Since it is made of a small component such as a magnetic sensor having a small magnetic detecting element, the size can be reduced as compared with the related art, and the installation space can be reduced.

【0032】第9発明に係る電動式舵取装置による場合
は、第1乃至第8発明の何れかに係るトルクセンサを使
用しているため、操舵角検出用の専用装置を備えること
なく操舵角を検出することが可能となる。
In the case of the electric steering device according to the ninth invention, since the torque sensor according to any one of the first to eighth inventions is used, the steering angle is not provided with a dedicated device for detecting the steering angle. Can be detected.

【0033】また、小型の磁気検出素子を用いたトルク
センサを有するため、従来に比して装置を小型化するこ
とが可能となる。
Further, the provision of the torque sensor using the small magnetic detecting element makes it possible to reduce the size of the device as compared with the related art.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】実施の形態1 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6は本発明に係るトルクセンサの実施の形態1
の要部の構成を示す正面図であり、図7はそのトルクセ
ンサを用いた電動式舵取装置の要部の構成を示す模式図
である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1 The present invention will be described below in detail with reference to the drawings showing an embodiment. FIG. 6 shows a first embodiment of the torque sensor according to the present invention.
FIG. 7 is a front view showing a configuration of a main part of FIG. 7, and FIG. 7 is a schematic view showing a configuration of a main part of an electric steering device using the torque sensor.

【0035】図において、1は、その上端部で上部軸を
介して操舵輪と一体回転可能に繋がっている筒型の入力
軸である。前記上部軸の下端部には入力軸1の上端部及
び入力軸1の内側に挿入される連結軸(トーションバ
ー)3の上端部が連結されており、該連結軸3の下端部
に筒状の出力軸2が連結されており、前記入力軸1及び
出力軸2は軸受10,20を介してハウジング4内に夫
々回転が可能に支持されている。
In the drawing, reference numeral 1 denotes a cylindrical input shaft which is connected at an upper end thereof to a steering wheel via an upper shaft so as to be integrally rotatable. The upper end of the input shaft 1 and the upper end of a connecting shaft (torsion bar) 3 inserted inside the input shaft 1 are connected to the lower end of the upper shaft. Are connected to each other, and the input shaft 1 and the output shaft 2 are rotatably supported in a housing 4 via bearings 10 and 20, respectively.

【0036】前記ハウジング4内には、前記連結軸3を
介して連結される入力軸1及び出力軸2の相対変位量に
より操舵トルクを検出する本発明に係るトルクセンサ5
が設置されている。該トルクセンサ5の検出結果は、電
動モータMの制御部53へ出力され、該制御部53によ
って前記電動モータMの駆動回路54を制御して電動モ
ータMを駆動し、その駆動力を減速機構を介して出力軸
2へ伝達するようになっている。また、出力軸2の下端
部は、ユニバーサルジョイントを介してラックピニオン
式の舵取機構に連結されている。
In the housing 4, a torque sensor 5 according to the present invention for detecting a steering torque based on a relative displacement of the input shaft 1 and the output shaft 2 connected via the connection shaft 3 is provided.
Is installed. The detection result of the torque sensor 5 is output to the control unit 53 of the electric motor M, and the control unit 53 controls the drive circuit 54 of the electric motor M to drive the electric motor M, and the driving force is reduced by the deceleration mechanism. Through the output shaft 2. The lower end of the output shaft 2 is connected to a rack and pinion type steering mechanism via a universal joint.

【0037】図8は、本発明に係るトルクセンサの実施
の形態1の要部の構成を示す斜視図である。前記入力軸
1の出力軸2との接続部付近に中空の円盤状をなす第1
の磁性板51が嵌合固定されており、出力軸2の上端部
に前記第1の磁性板51と対向する状態で、第1の磁性
板51と同形状の第2の磁性板52が嵌合固定されてい
る。第1及び第2の磁性板51,52には環形の一部の
形状をなす多数の切り欠き51S,52Sが放射状に円
周方向に等配して設けられており、該切り欠き51S,
52Sは、2つの相隣する切り欠きの間の磁性体の部分
と同程度の大きさとされている。なお、切り欠き51
S,52Sの形状はこれに限定されるものではなく、第
1及び第2の磁性板51,52の内周面又は外周面を欠
落させたようなものであってもよい。
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a main part of the first embodiment of the torque sensor according to the present invention. A first disk-shaped hollow disk is formed near the connection between the input shaft 1 and the output shaft 2.
A second magnetic plate 52 having the same shape as the first magnetic plate 51 is fitted to the upper end of the output shaft 2 in a state facing the first magnetic plate 51. It is fixed. The first and second magnetic plates 51, 52 are provided with a number of notches 51S, 52S, each of which has a part of an annular shape, radially equally distributed in the circumferential direction.
52S is approximately the same size as the portion of the magnetic body between two adjacent notches. The notch 51
The shape of S, 52S is not limited to this, and may be such that the inner or outer peripheral surfaces of the first and second magnetic plates 51, 52 are missing.

【0038】また、磁気センサMG1が有する磁気抵抗
素子対MR1,MR2及び磁気センサMG2が有する磁
気抵抗素子対MR3,MR4が、第1の磁性板51の上
側に適宜距離を隔て、第1の磁性板51の外周と内周と
の中間部分の、第1の磁性板51の略中心対称の2つの
位置に設置されている。また、磁気抵抗素子MR1(M
R3)とMR2(MR4)とは、前記切り欠き51S,
52Sの半ピッチ分の距離を前記円周方向に隔てて配置
されている。
The pair of magnetoresistive elements MR1 and MR2 of the magnetic sensor MG1 and the pair of magnetoresistive elements MR3 and MR4 of the magnetic sensor MG2 are placed above the first magnetic plate 51 at an appropriate distance from each other. The first magnetic plate 51 is installed at two positions substantially symmetric with respect to the center of the first magnetic plate 51 at an intermediate portion between the outer periphery and the inner periphery of the plate 51. The magnetoresistive element MR1 (M
R3) and MR2 (MR4) are connected to the notches 51S,
52S are arranged at a distance of a half pitch in the circumferential direction.

【0039】各磁気抵抗素子MR1,MR2,MR3,
MR4は、周囲に形成される磁界が強い程、抵抗値が大
きくなる。
Each magnetoresistive element MR1, MR2, MR3
The resistance value of MR4 increases as the magnetic field formed around it increases.

【0040】各磁気抵抗素子対MR1,MR2及びMR
3,MR4の上側には長方形の板状をなす磁石BM1及
びBM2が夫々設置されており、ハウジング4に固定さ
れた回路部B1及びB2から夫々突出したブラケットに
前記磁石BM1,BM2は固定されている。また、磁気
抵抗素子MR1を定電圧VCCが印加される端子側に、磁
気抵抗素子MR2を接地端子側に配置して直列接続し、
中間節点を出力節点とした分圧回路が構成されており、
磁気抵抗素子MR1,MR2間から取り出される出力電
圧VO1を増幅する増幅回路及び入出力端子等を備える前
記回路部B1に電気的に接続されている。
Each magnetoresistive element pair MR1, MR2 and MR
3, rectangular plate-shaped magnets BM1 and BM2 are provided above MR4, respectively, and the magnets BM1 and BM2 are fixed to brackets protruding from circuit portions B1 and B2 fixed to the housing 4, respectively. I have. Further, the magnetoresistive element MR1 is arranged on the terminal side to which the constant voltage V CC is applied, and the magnetoresistive element MR2 is arranged on the ground terminal side and connected in series.
A voltage divider circuit with the intermediate node as the output node is configured,
It is electrically connected to the circuit section B1 including an amplifier circuit for amplifying an output voltage V O1 taken out between the magnetoresistive elements MR1 and MR2, an input / output terminal, and the like.

【0041】また、磁気抵抗素子MR3,MR4も同様
に、MR3を定電圧VCCが印加される端子側、MR4を
接地端子側とした分圧回路をなしており、回路部B2に
接続されている。
Similarly, the magnetoresistive elements MR3 and MR4 form a voltage dividing circuit with MR3 being the terminal side to which the constant voltage V CC is applied and MR4 being the ground terminal side, and are connected to the circuit section B2. I have.

【0042】図9は、磁気センサMG1の電気回路図で
ある。このような磁気センサMG1は、以下に詳述する
ような原理で磁界の強さに応じた出力電圧を得る。即
ち、磁石BM1の周囲には、第1及び第2の磁性板5
1,52の磁性体の付近の磁束密度が高く、切り欠き5
1S,52Sが重なる部分の磁束密度が低い状態の磁界
が形成されており、磁気抵抗素子MR1,MR2の周囲
に形成されている磁界の強さにしたがって、磁気抵抗素
子MR1,MR2が夫々の抵抗値を変化させる。一方、
前記回路部B1から前記磁気抵抗素子MR1,MR2に
よる前記分圧回路へ定電圧VCCを印加するようになって
いる。この定電圧VCCに対する分圧回路の出力電圧VO1
は夫々の磁気抵抗素子MR1,MR2の抵抗値の比に応
じたものとなり、該出力電圧VO1を増幅してこれを磁気
センサMG1の出力電圧V1 とするようになっている。
FIG. 9 is an electric circuit diagram of the magnetic sensor MG1. Such a magnetic sensor MG1 obtains an output voltage according to the strength of the magnetic field according to the principle described in detail below. That is, the first and second magnetic plates 5 are provided around the magnet BM1.
The magnetic flux density in the vicinity of the magnetic materials 1 and 52 is high, and notches 5
A magnetic field in a state where the magnetic flux density is low in a portion where 1S and 52S overlap is formed, and according to the strength of the magnetic field formed around the magnetoresistive elements MR1 and MR2, the respective magnetoresistive elements MR1 and MR2 have respective resistances. Change the value. on the other hand,
It is adapted to apply a constant voltage V CC from the circuit unit B1 to the divider circuit by the magnetoresistance element MR1, MR2. The output voltage V O1 of the voltage divider circuit with respect to this constant voltage V CC
Corresponds to the ratio of the resistance values of the respective magneto-resistive elements MR1 and MR2, and amplifies the output voltage V O1 to obtain the output voltage V 1 of the magnetic sensor MG1.

【0043】図10は、本発明に係るトルクセンサの実
施の形態1のトルク検出の原理を示す説明図である。磁
気センサMG1が1つの切り欠き51Sの中央に位置し
ているときの第1の磁性板51の位置を基準位置とし、
該基準位置に第1の磁性板51があるときには、磁気セ
ンサMG2が相隣する2つの切り欠き51S,51Sの
中間点に位置するように、磁気センサMG1及びMG2
は配置されている。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the principle of torque detection in the first embodiment of the torque sensor according to the present invention. The position of the first magnetic plate 51 when the magnetic sensor MG1 is located at the center of one notch 51S is set as a reference position,
When the first magnetic plate 51 is located at the reference position, the magnetic sensors MG1 and MG2 are positioned such that the magnetic sensor MG2 is located at the midpoint between two adjacent notches 51S, 51S.
Is located.

【0044】第1の磁性板51及び第2の磁性板52
は、夫々入力軸及び出力軸と共に回転するため、これら
の相対角変位に従って夫々に設けられた切り欠きの対向
面積が変化する。このとき、前述した理由により、切り
欠きが重なっている部分では磁界の強さが弱く、第1及
び第2の磁性板51,52が重なっている部分では、よ
り磁束が集中するため、磁界の強さが強くなっている。
First magnetic plate 51 and second magnetic plate 52
Rotates with the input shaft and the output shaft, respectively, so that the facing areas of the notches provided respectively change according to the relative angular displacement. At this time, for the reason described above, the strength of the magnetic field is weak in the portion where the notches overlap, and the magnetic flux is more concentrated in the portion where the first and second magnetic plates 51 and 52 overlap, so Strength is increasing.

【0045】図11は、切り欠き51S,52Sと磁気
抵抗素子MR1,MR2との位置関係を示す説明図であ
る。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the notches 51S and 52S and the magnetoresistive elements MR1 and MR2.

【0046】従って、図11(a)に示すように、磁気
センサMG1の磁気抵抗素子対MR1,MR2が第1及
び第2の磁性板51,52の磁性体の上に位置している
とき、磁気抵抗素子MR1及びMR2の周囲には、同程
度の強さの磁界が形成されており、夫々の抵抗値は略等
しくなる。このときの磁気センサMG1の出力電圧をV
1aとする。
Therefore, as shown in FIG. 11A, when the magnetoresistive element pair MR1 and MR2 of the magnetic sensor MG1 are located on the magnetic material of the first and second magnetic plates 51 and 52, A magnetic field of approximately the same strength is formed around the magnetoresistive elements MR1 and MR2, and their respective resistance values are substantially equal. The output voltage of the magnetic sensor MG1 at this time is V
1a .

【0047】図11(b)に示すように、第1及び第2
の磁性板51,52が回転し、磁気抵抗素子MR1が切
り欠きの上に、磁気抵抗素子MR2が磁性体の上に位置
しているとき、磁気抵抗素子MR1の周囲に形成されて
いる磁界の強さは、磁気抵抗素子MR2の周囲に形成さ
れている磁界の強さよりも弱くなる。このため、磁気抵
抗素子MR1の抵抗値は低く、磁気抵抗素子MR2の抵
抗値は高くなり、磁気センサMG1の出力電圧はV1a
りも高いV1bとなる。
As shown in FIG. 11B, the first and second
When the magnetic plates 51 and 52 are rotated and the magnetoresistive element MR1 is located above the notch and the magnetoresistive element MR2 is located above the magnetic material, the magnetic field formed around the magnetoresistive element MR1 is reduced. The intensity is lower than the intensity of the magnetic field formed around the magnetoresistive element MR2. Therefore, the resistance value of the magnetoresistive element MR1 is low, the resistance value of the magnetoresistive element MR2 is high, and the output voltage of the magnetic sensor MG1 is V 1b higher than V 1a .

【0048】更に第1及び第2の磁性板51,52が回
転し、図11(c)に示すように、磁気抵抗素子MR1
及びMR2が切り欠きの上に夫々位置しているとき、磁
気抵抗素子MR1及びMR2の周囲には同程度の強さの
磁界が形成されており、夫々の抵抗値は略等しくなり、
磁気センサMG1の出力電圧が再びV1aとなる。
Further, the first and second magnetic plates 51 and 52 rotate, and as shown in FIG.
And MR2 are located above the notches, respectively, a magnetic field of approximately the same strength is formed around the magnetoresistive elements MR1 and MR2, and their respective resistance values are substantially equal,
The output voltage of the magnetic sensor MG1 becomes V1a again.

【0049】図11(d)に示すように、第1及び第2
の磁性板51,52が回転し、磁気抵抗素子MR1が磁
性体の上に、磁気抵抗素子MR2が切り欠きの上に位置
しているとき、磁気抵抗素子MR1の周囲に形成される
磁界の強さは、磁気抵抗素子MR2の周囲に形成される
磁界の強さよりも強くなる。このため、磁気抵抗素子M
R1の抵抗値は高く、磁気抵抗素子MR2の抵抗値は低
くなり、磁気センサMG1の出力電圧はV1aよりも低い
1cとなる。
As shown in FIG. 11D, the first and second
When the magnetic plates 51 and 52 rotate and the magnetoresistive element MR1 is positioned above the magnetic material and the magnetoresistive element MR2 is positioned above the notch, the strength of the magnetic field formed around the magnetoresistive element MR1 is increased. The magnitude becomes stronger than the strength of the magnetic field formed around the magnetoresistive element MR2. Therefore, the magnetoresistive element M
The resistance of R1 is high, the resistance value of the magnetoresistance element MR2 is low, the output voltage of the magnetic sensor MG1 becomes lower V 1c than V 1a.

【0050】更に第1及び第2の磁性板51,52が回
転することによって、再び磁気抵抗素子MR1,MR2
が磁性体の上に位置する。このように、第1及び第2の
磁性板51,52が回転するとき、磁気センサMG1,
MG2の出力電圧V1 ,V2は変化する。
Further, as the first and second magnetic plates 51 and 52 rotate, the magnetoresistive elements MR1 and MR2 are again rotated.
Is located on the magnetic material. Thus, when the first and second magnetic plates 51, 52 rotate, the magnetic sensors MG1,
Output voltage V 1, V 2 of MG2 changes.

【0051】特に、第1及び第2の磁性板51,52の
回転が一定の角速度によるものである場合、出力電圧V
1 は正弦波状の変化を示す。このとき、前述したような
位置に磁気センサMG1,MG2が配置されているた
め、出力電圧V2 は余弦波状の変化を示す。
In particular, when the rotation of the first and second magnetic plates 51 and 52 is at a constant angular velocity, the output voltage V
1 indicates a sinusoidal change. At this time, since the magnetic sensor MG1, MG2 in a position as described above is arranged, the output voltage V 2 shows a change in a cosine wave.

【0052】従って、磁気センサMG1及びMG2の出
力電圧V1 及びV2 と、第1の磁性板51の前述した基
準位置からの回転角度θとの関係は式(1)及び式
(2)によって示される。 V1 =C1 ・sin(nθ)+VOS1 …(1) V2 =C2 ・cos(nθ)+VOS2 …(2) 但し、C1 ,C2 は夫々出力電圧V1 ,V2 の周期的変
化の振幅、nは総切り欠き数、θは第1の磁性板51の
相隣する基準位置間での回転角度、VOS1 ,VOS 2 は夫
々磁気センサMG1,MG2のバイアス電圧としてい
る。
Accordingly, the outputs of the magnetic sensors MG1 and MG2
Force voltage V1And VTwoAnd the above-described base of the first magnetic plate 51.
Equation (1) and equation (1)
Indicated by (2). V1= C1・ Sin (nθ) + VOS1 ... (1) VTwo= CTwo・ Cos (nθ) + VOS2 ... (2) where C1, CTwoIs the output voltage V1, VTwoPeriodic variation of
, N is the total number of notches, θ is the first magnetic plate 51
Rotation angle between adjacent reference positions, VOS1, VOS TwoIs my husband
The bias voltage of each of the magnetic sensors MG1 and MG2
You.

【0053】また、入力軸1にトルクが加えられ、入力
軸1と出力軸2との間に相対角変化が発生したとき、前
述したように、第1及び第2の磁性板51,52に設け
られた切り欠きの対向面積が変化する。該対向面積が大
きいときは、図2(a)に示したように、磁性体の部分
が少なくなり、この磁性体の部分に磁束が集中するた
め、磁束密度の疎密の差が大きい。反対に前記対向面積
が小さいときは、図2(b)に示したように、磁性体の
部分が大きくなり、磁束が略均一に分布するため、磁束
密度の疎密の差が小さい。このような原理により、前述
した出力電圧V1,V2 の周期的変化の振幅は前記対向
面積の変化に伴って変化し、該対向面積が大きいとき程
大きく、小さいとき程小さくなる。
Further, when a torque is applied to the input shaft 1 and a relative angle change occurs between the input shaft 1 and the output shaft 2, as described above, the first and second magnetic plates 51 and 52 are applied to the first and second magnetic plates 51 and 52. The facing area of the provided notch changes. When the facing area is large, as shown in FIG. 2A, the number of the magnetic material is reduced and the magnetic flux concentrates on the magnetic material, so that the difference between the density and the density of the magnetic flux is large. Conversely, when the facing area is small, as shown in FIG. 2 (b), the portion of the magnetic material becomes large, and the magnetic flux is distributed almost uniformly, so that the difference between the density and the density of the magnetic flux is small. According to such a principle, the amplitude of the periodic change of the output voltages V 1 and V 2 described above changes with the change of the opposing area, and becomes larger as the opposing area is larger and smaller as the opposing area is smaller.

【0054】従って、前述した式(1)及び式(2)か
ら次に示す式(3)及び式(4)が導かれる。 V1 =C1 (T)・sin(nθ)+VOS1 …(3) V2 =C2 (T)・cos(nθ)+VOS2 …(4)
Therefore, the following equations (3) and (4) are derived from the above equations (1) and (2). V 1 = C 1 (T) · sin (nθ) + V OS1 (3) V 2 = C 2 (T) · cos (nθ) + V OS2 (4)

【0055】但し、Tは操舵トルクであり、C
1 (T),C2 (T)は夫々磁気センサMG1,MG2
の出力電圧の操舵トルク変動による変動成分である。
Where T is the steering torque and C
1 (T) and C 2 (T) are the magnetic sensors MG1 and MG2, respectively.
Is a fluctuation component of the output voltage due to the fluctuation of the steering torque.

【0056】ここで、C1 (T)=C2 (T)となるよ
うに、磁気センサMG1,MG2の感度を調節すること
によって、式(3)、式(4)から式(5)及び式
(6)が求められる。 tan(nθ)=(V1 −VOS1 )/(V2 −VOS2 ) …(5) θ=arctan{(V1 −VOS1 )/(V2 −VOS2 )}/n …(6)
Here, by adjusting the sensitivities of the magnetic sensors MG1 and MG2 so that C 1 (T) = C 2 (T), the equations (3), (4) to (5) and (5) are used. Equation (6) is obtained. tan (nθ) = (V 1 −V OS1 ) / (V 2 −V OS2 ) (5) θ = arctan {(V 1 −V OS1 ) / (V 2 −V OS2 )} / n (6)

【0057】角度θは、0゜から360゜/nの範囲で
解が2つ存在するが、V1 がVOS1より大きいか、又は
2 がVOS2 より大きいか否かによって1つに特定する
ことができる。また、磁気センサMG1,MG2の出力
電圧を入力するように接続されたMPUを備える制御部
53により、磁気センサMG1,MG2を通過した切り
欠き数を計数するようになっており、切り欠き数と前記
角度θとにより、操舵角を求める。
The angle θ has two solutions in the range of 0 ° to 360 ° / n, and is specified as one depending on whether V 1 is larger than V OS1 or V 2 is larger than V OS2. can do. The control unit 53 including an MPU connected to input the output voltages of the magnetic sensors MG1 and MG2 counts the number of notches that have passed through the magnetic sensors MG1 and MG2. The steering angle is obtained from the angle θ.

【0058】また、式(3)及び式(4)により、次に
示す式(7)及び式(8)が求められる。 C1 (T)=(V1 −VOS1 )/sin(nθ) …(7) C2 (T)=(V2 −VOS2 )/cos(nθ) …(8)
The following equations (7) and (8) are obtained from equations (3) and (4). C 1 (T) = (V 1 −V OS1 ) / sin (nθ) (7) C 2 (T) = (V 2 −V OS2 ) / cos (nθ) (8)

【0059】式(7)又は式(8)の内、数値の高い方
を選び、トルクTと振幅C1 (T)との関係からトルク
Tを求める。図12はトルクTと振幅C1 (T)との関
係の一例を示すグラフである。
A higher numerical value is selected from Expression (7) or Expression (8), and the torque T is obtained from the relationship between the torque T and the amplitude C 1 (T). FIG. 12 is a graph showing an example of the relationship between the torque T and the amplitude C 1 (T).

【0060】なお、磁気センサMG1,MG2はホール
素子によるものであってもよい。
The magnetic sensors MG1 and MG2 may be based on Hall elements.

【0061】また、磁石を使用せず、第1及び第2の磁
性板51,52を着磁することによって磁界を形成させ
てもよい。
The magnetic field may be formed by magnetizing the first and second magnetic plates 51 and 52 without using a magnet.

【0062】また、制御部53のメモリに出力電圧
1 ,V2 の値に対するトルクT及び角度θの関係をを
参照テーブルとして格納し、出力電圧V1 ,V2 から操
舵トルクT及び角度θを逆算するようにしてもよい。
The relationship between the torque T and the angle θ with respect to the values of the output voltages V 1 and V 2 is stored in a memory of the control unit 53 as a reference table, and the steering torque T and the angle θ are stored based on the output voltages V 1 and V 2. May be calculated backward.

【0063】実施の形態2 図13は本発明に係るトルクセンサの実施の形態2のト
ルク検出の原理を示す説明図である。実施の形態1で説
明したように、第1及び第2の磁性板51,52は、夫
々N極を上側に、S極を下側にして着磁されている。ま
た、第1の磁性板51の円周方向に90゜の間隔を隔て
て並ぶ4つの位置には、夫々一方向に長い4つの切り欠
き51S,51S,51S,51Sが第1の磁性板51
の夫々の前記位置での半径方向に対し所定角度傾斜した
状態で設けられており、第2の磁性板52には、夫々対
応する前記切り欠き51S,51S,51S,51Sに
対し、各々の前記半径方向に関して対称に4つの切り欠
き52S,52S,52S,52Sが設けられている。
即ち切り欠き51S,51S,51S,51S及びこれ
らと対応する切り欠き52S,52S,52S,52S
は、第1及び第2の磁性板51,52を平面視したとき
交叉するように設けられている。また、切り欠き51
S,51S,51S,51S及び52S,52S,52
S,52Sは、夫々第1及び第2の磁性板51,52の
円周方向に等間隔で配されている。
Embodiment 2 FIG. 13 is an explanatory view showing the principle of torque detection of a torque sensor according to Embodiment 2 of the present invention. As described in the first embodiment, the first and second magnetic plates 51 and 52 are magnetized such that the N pole is on the upper side and the S pole is on the lower side. Four notches 51S, 51S, 51S, 51S, which are long in one direction, are provided at four positions of the first magnetic plate 51, which are arranged at 90 ° intervals in the circumferential direction.
Are provided at a predetermined angle with respect to the radial direction at each of the above-mentioned positions. The second magnetic plate 52 is provided with a corresponding one of the notches 51S, 51S, 51S, 51S. Four notches 52S, 52S, 52S, 52S are provided symmetrically in the radial direction.
That is, the notches 51S, 51S, 51S, 51S and the notches 52S, 52S, 52S, 52S corresponding thereto.
Are provided so as to intersect when the first and second magnetic plates 51 and 52 are viewed in plan. The notch 51
S, 51S, 51S, 51S and 52S, 52S, 52
S and 52S are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the first and second magnetic plates 51 and 52, respectively.

【0064】また、磁気センサMG1の磁気抵抗素子M
R1,MR2は、第1の磁性板51の上側に適宜距離を
隔てて、切り欠き51Sが磁気抵抗素子MR1,MR2
の直下にあるときに、磁気抵抗素子MR1が1つの切り
欠き51Sの外端部付近に位置し、磁気抵抗素子MR2
が該切り欠き51Sの内端部付近に位置するように、磁
気抵抗素子MR1及びMR2を結ぶ直線が前記切り欠き
51Sと平行になるように設置されている。
Further, the magnetoresistive element M of the magnetic sensor MG1
R1 and MR2 are provided at appropriate distances above the first magnetic plate 51, and the notches 51S are provided with the magnetoresistive elements MR1 and MR2.
, The magnetoresistive element MR1 is located near the outer end of one notch 51S, and the magnetoresistive element MR2
Is located near the inner end of the notch 51S so that the straight line connecting the magnetoresistive elements MR1 and MR2 is parallel to the notch 51S.

【0065】一方、磁気センサMG2の磁気抵抗素子M
R3,MR4は、第1の磁性板51の上側に適宜距離を
隔てて、切り欠き52Sが磁気抵抗素子MR3,MR4
の直下にあるときに、磁気抵抗素子MR3が前記切り欠
き51Sに対応する切り欠き52Sの外端部付近に位置
し、磁気抵抗素子MR4が該切り欠き52Sの内端部付
近に位置するように、磁気抵抗素子MR3及びMR4を
結ぶ直線が前記切り欠き52Sと平行になるように設置
されている。
On the other hand, the magnetoresistive element M of the magnetic sensor MG2
R3 and MR4 are provided at appropriate distances above the first magnetic plate 51, and the notches 52S are provided with the magnetoresistive elements MR3 and MR4.
, The magnetoresistive element MR3 is located near the outer end of the notch 52S corresponding to the notch 51S, and the magnetoresistive element MR4 is located near the inner end of the notch 52S. The magnetoresistive elements MR3 and MR4 are set so that a straight line connecting them is parallel to the notch 52S.

【0066】また、磁気抵抗素子MR1,MR2,MR
3,MR4と同様の位置関係を有する磁気抵抗素子MR
5,MR6,MR7,MR8が、前記磁気抵抗素子MR
1,MR2,MR3,MR4が1組の切り欠き対51
S,52Sが存在している部分に位置しているとき、切
り欠き51S,52Sが存在しない部分に位置するよう
に、磁気抵抗素子MR1,MR2,MR3,MR4の配
置位置から入力軸及び出力軸の回転方向に45゜隔てた
位置に配置されている。磁気抵抗素子MR5,MR6
は、磁気センサMG3の検出素子であり、磁気抵抗素子
MR7,MR8は、磁気センサMG4の検出素子であ
る。
The magnetoresistive elements MR1, MR2, MR
Magnetoresistive element MR having the same positional relationship as MR3, MR4
5, MR6, MR7, and MR8 are the MR elements MR.
1, MR2, MR3 and MR4 are a pair of notch pairs 51
The input shaft and the output shaft from the arrangement positions of the magnetoresistive elements MR1, MR2, MR3, and MR4 are positioned so as to be located in the portion where the notches 51S and 52S do not exist when located in the portion where S, 52S exists. Are disposed at a position separated by 45 ° in the rotation direction of. Magnetoresistance element MR5, MR6
Is a detection element of the magnetic sensor MG3, and the magnetoresistive elements MR7 and MR8 are detection elements of the magnetic sensor MG4.

【0067】また、操舵トルク及び操舵角の入力がない
とき、切り欠き51S,52Sが、夫々の中点で交わる
ように第1及び第2の磁性板51,52が配置され、1
つの切り欠き対51S,52Sの交叉点である空隙部S
がその中央に位置するように磁気抵抗素子MR1,MR
2,MR3,MR4が配置されている。磁気センサMG
1は、磁気抵抗素子MR1を定電圧VCCが印加される端
子側に、磁気抵抗素子MR2を接地端子側に配置して直
列接続し、中間節点を出力節点とした分圧回路によって
なされており、同様に、磁気センサMG2は、磁気抵抗
素子MR3を定電圧VCCが印加される端子側に、磁気抵
抗素子MR4を設置端子側に配した分圧回路によってな
されている。
When there is no input of the steering torque and the steering angle, the first and second magnetic plates 51 and 52 are arranged so that the notches 51S and 52S intersect at the respective middle points.
Gap S which is the intersection of two notch pairs 51S, 52S
Are positioned at the center thereof.
2, MR3 and MR4 are arranged. Magnetic sensor MG
Reference numeral 1 denotes a voltage dividing circuit in which the magnetoresistive element MR1 is arranged on the terminal side to which the constant voltage V CC is applied, the magnetoresistive element MR2 is arranged on the ground terminal side and connected in series, and the intermediate node is an output node. Similarly, the magnetic sensor MG2 is formed by a voltage dividing circuit in which the magnetoresistive element MR3 is arranged on the terminal side to which the constant voltage V CC is applied, and the magnetoresistive element MR4 is arranged on the installation terminal side.

【0068】また、磁気センサMG3,MG4も磁気セ
ンサMG1,MG2と同様の構成とされている。
The magnetic sensors MG3 and MG4 have the same configuration as the magnetic sensors MG1 and MG2.

【0069】従って、磁気センサMG1,MG2,MG
3,MG4は、夫々磁気抵抗素子MR1,MR3,MR
5,MR7側に前記空隙部Sが近づいたとき、出力電圧
が大きくなり、磁気抵抗素子MR2,MR4,MR6,
MR8側に前記空隙部Sが近づいたとき、出力電圧が小
さくなるようになっている。
Therefore, the magnetic sensors MG1, MG2, MG
3 and MG4 are magnetoresistive elements MR1, MR3 and MR, respectively.
5, when the gap S approaches the MR7 side, the output voltage increases and the magnetoresistive elements MR2, MR4, MR6,
When the gap S approaches the MR8 side, the output voltage is reduced.

【0070】図14は、空隙部Sの円周方向の位置と磁
気センサMG1の出力電圧との関係を示すグラフであ
り、図15は、空隙部Sの円周方向の位置と磁気センサ
MG2の出力電圧との関係を示すグラフである。図にお
いて、縦軸は出力電圧を、横軸は空隙部Sの円周方向の
位置を示している。第1及び第2の磁性板51,52の
回転によって、空隙部Sが磁気抵抗素子MR2,MR3
を結ぶ直線A側から、磁気抵抗素子MR1,MR4を結
ぶ直線B側に移動したとき、磁気センサMG1の出力電
圧は、直線Aの位置の出力値V1Aから、該出力値V1A
り大きい直線Bの位置の出力値V1Bへ増加する。一方、
磁気センサMG2の出力電圧は、直線Aの位置の出力値
2Aから、該出力値V2Aより小さい直線Bの位置の出力
値V2Bへ減少する。直線Aの位置に空隙部Sがあるとき
が、磁気抵抗素子MR1の周囲の磁束密度と磁気抵抗素
子MR2の周囲の磁束密度との高低の差が大きいときで
あり、この位置よりどちらの方向にずれたときでも、磁
束密度の高低の差は小さくなる。一方、直線Bの位置に
空隙部Sがあるときが、磁気抵抗素子MR1の周囲の磁
束密度と磁気抵抗素子MR2の周囲の磁束密度との低高
の差が大きいときであり、この位置よりどちらの方向に
ずれたときでも、磁束密度の低高の差は小さくなる。
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the circumferential position of the gap S and the output voltage of the magnetic sensor MG1. FIG. 15 is a graph showing the relationship between the circumferential position of the gap S and the magnetic sensor MG2. 4 is a graph showing a relationship with an output voltage. In the figure, the vertical axis indicates the output voltage, and the horizontal axis indicates the circumferential position of the gap S. Due to the rotation of the first and second magnetic plates 51 and 52, the gap S is formed in the magnetoresistive elements MR2 and MR3.
From the line A side connecting, when moving to the straight line B side connecting magnetoresistive element MR1, MR4, the output voltage of the magnetic sensor MG1 from the output value V 1A position of the straight line A, the output value V 1A larger linear The output value at the position B increases to V 1B . on the other hand,
The output voltage of the magnetic sensor MG2 from the output value V 2A position of the straight line A, decreases the output value V 2B position of the output value V 2A smaller linear B. When there is a gap S at the position of the straight line A, it is when the difference between the magnetic flux density around the magnetoresistive element MR1 and the magnetic flux density around the magnetoresistive element MR2 is large, and in either direction from this position. Even when there is a deviation, the difference between the levels of the magnetic flux density becomes small. On the other hand, when there is a gap S at the position of the straight line B, it is when the difference between the magnetic flux density around the magnetoresistive element MR1 and the magnetic flux density around the magnetoresistive element MR2 is large. , The difference between the low and high magnetic flux densities becomes small.

【0071】また、同様に、直線Aの位置に空隙部Sが
あるときが、磁気抵抗素子MR3の周囲の磁束密度と磁
気抵抗素子MR4の周囲の磁束密度との低高の差が大き
いときであり、直線Bの位置に空隙部Sがあるときが、
磁気抵抗素子MR3の周囲の磁束密度と磁気抵抗素子M
R4の周囲の磁束密度との高低の差が大きいときであ
る。
Similarly, when there is a gap S at the position of the straight line A, the difference between the magnetic flux density around the magnetoresistive element MR3 and the magnetic flux density around the magnetoresistive element MR4 is large. Yes, when there is a gap S at the position of the straight line B,
Magnetic flux density around the magnetoresistive element MR3 and the magnetoresistive element M
This is when the difference between the magnetic flux density around R4 and the height is large.

【0072】図16は、空隙部Sの半径方向の位置と磁
気センサMG1の出力電圧との関係を示すグラフであ
り、図17は、空隙部Sの半径方向の位置と磁気センサ
MG2の出力電圧との関係を示すグラフである。図にお
いて、縦軸は出力電圧を、横軸は空隙部Sの半径方向の
位置を示している。第1及び第2の磁性板51,52の
相対角変化によって、空隙部Sが半径方向外側の位置C
から内側の位置Dへ移動したとき、磁気センサMG1の
出力電圧は、位置Cの出力値V1Cから、該出力値V1C
り小さい位置Dの出力値V1Dへ減少する。同様に、磁気
センサMG2の出力電圧は、位置Cの出力値V2Cから、
該出力値V2Cより小さい位置Dの出力値V 2Dへ減少す
る。
FIG. 16 shows the position of the gap S in the radial direction and the magnetic field.
FIG. 7 is a graph showing a relationship with an output voltage of an air sensor MG1.
FIG. 17 shows the radial position of the gap S and the magnetic sensor.
It is a graph which shows the relationship with MG2 output voltage. In the figure
The vertical axis represents the output voltage, and the horizontal axis represents the radial direction of the air gap S.
Indicates the position. Of the first and second magnetic plates 51 and 52
Due to the change in the relative angle, the gap S is shifted to the radially outer position C.
When the magnetic sensor MG1 moves to the inside position D from
The output voltage is the output value V at the position C.1CFrom the output value V1CYo
Output value V at position D1DTo decrease. Similarly, magnetic
The output voltage of the sensor MG2 is the output value V of the position C.2CFrom
The output value V2COutput value V at smaller position D 2DDecrease to
You.

【0073】従って、前記空隙部Sの位置は、操舵トル
クの変化によって、第1及び第2の磁性板51,52の
周方向に変化し、操舵角の変化によって、第1及び第2
の磁性板52の半径方向に変化する。このため、操舵ト
ルクTは磁気センサMG1,MG2の出力電圧V1 ,V
2 の和によって求めることができ、角度θは出力電圧V
1 ,V2 の差によって求めることができる。そして、制
御部のメモリ53にトルクTとV1 +V2 との関係、及
び角度θとV1 −V2 との関係を夫々示す2つの参照テ
ーブルを夫々格納しており、出力電圧V1 ,V2 から操
舵トルクT及び角度θを求めるようになっている。
Accordingly, the position of the gap S changes in the circumferential direction of the first and second magnetic plates 51 and 52 due to the change in the steering torque, and changes in the first and second positions due to the change in the steering angle.
In the radial direction of the magnetic plate 52. For this reason, the steering torque T is equal to the output voltages V 1 and V of the magnetic sensors MG1 and MG2.
2 , the angle θ is the output voltage V
It can be determined by the difference of 1, V 2. The memory 53 of the control unit stores two reference tables respectively indicating the relationship between the torque T and V 1 + V 2 and the relationship between the angle θ and V 1 −V 2, and outputs the output voltages V 1 , from V 2 and obtains the steering torque T and the angle theta.

【0074】また、磁気センサMG3,MG4について
も、磁気センサMG1,MG2と同様の構成とされてい
る。
The magnetic sensors MG3 and MG4 have the same configuration as the magnetic sensors MG1 and MG2.

【0075】また、制御部53では、V1 −V2 が予め
定められた所定の上限値CT よりも大きいか、又は予め
定められた所定の下限値CB よりも小さいかを調べ、V
1 −V2 が前記上限値よりも大きいか、又は前記下限値
よりも小さいとき、空隙部Sが磁気センサMG1及びM
G2の検出範囲を外れると判断して、磁気センサMG1
及びMG2の出力値によるトルク及び操舵角演算から、
磁気センサMG3及びMG4の出力値によるトルク及び
操舵角演算に切り換えるようになっている。
[0075] Further, the control unit 53, V 1 -V 2 is greater than a predetermined a predetermined upper limit value C T, or less than or the examined than a predetermined predetermined lower limit value C B, V
1 or -V 2 is larger than the upper limit, or the time less than the lower limit, the gap portion S is a magnetic sensor MG1 and M
The magnetic sensor MG1 is determined to be out of the detection range of G2.
And the calculation of the torque and the steering angle based on the output value of MG2,
The calculation is switched to torque and steering angle calculation based on the output values of the magnetic sensors MG3 and MG4.

【0076】反対に、磁気センサMG3及びMG4の出
力値によってトルク及び操舵角演算を行っているときで
あって、磁気センサMG3及びMG4の出力電圧の差V
3 −V4 が前記上限値CT よりも大きいか、又は前記下
限値CB よりも小さい場合は、磁気センサMG3及びM
G4の出力値によるトルク及び操舵角演算から、磁気セ
ンサMG1及びMG2の出力値によるトルク及び操舵角
演算へ切り換えるようになっている。
On the contrary, when the torque and the steering angle are calculated based on the output values of the magnetic sensors MG3 and MG4, the difference V between the output voltages of the magnetic sensors MG3 and MG4 is obtained.
3 or -V 4 is larger than the upper limit C T, or the smaller than the lower limit value C B, the magnetic sensor MG3 and M
The calculation of the torque and the steering angle based on the output value of G4 is switched to the calculation of the torque and the steering angle based on the output values of the magnetic sensors MG1 and MG2.

【0077】その他、実施の形態1と同様の部分につい
ては同符号を付し、説明を省略する。
The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description is omitted.

【0078】なお、第1及び第2の磁性板51,52を
着磁せず、磁石を使用してもよい。
Note that a magnet may be used without magnetizing the first and second magnetic plates 51 and 52.

【0079】また、以上説明した実施の形態2では、第
1及び第2の磁性板51,52に夫々4個の切り欠き5
1S,52Sを設けているが、その数は特に限定される
ものではない。
In the second embodiment described above, four notches 5 are provided in the first and second magnetic plates 51 and 52, respectively.
Although 1S and 52S are provided, the number is not particularly limited.

【0080】実施の形態3 図18は、本発明に係るトルクセンサの実施の形態3の
要部の構成を示す正面図である。第1の磁性板51に替
えて、第1の磁性筒51aが、その上端部で入力軸1に
固着され、下端部が開口するように設けてあり、また第
2の磁性板52に替えて、前記第1の磁性筒51aより
も直径が大きい第2の磁性筒52aが、上端部の開口か
ら前記第1の磁性筒51aの下部を挿入した状態で、下
端部で出力軸2に固着されるように設けられている。
Third Embodiment FIG. 18 is a front view showing a structure of a main part of a torque sensor according to a third embodiment of the present invention. Instead of the first magnetic plate 51, a first magnetic cylinder 51 a is fixed to the input shaft 1 at the upper end thereof and is provided so that the lower end is opened, and instead of the second magnetic plate 52. A second magnetic cylinder 52a having a diameter larger than that of the first magnetic cylinder 51a is fixed to the output shaft 2 at the lower end with the lower part of the first magnetic cylinder 51a inserted through the opening at the upper end. It is provided so that.

【0081】図19は、第1及び第2の磁性筒51a,
52aの構成を示す斜視図である。第1の磁性筒51a
の上部及び第2の磁性筒52aの下部の所定の位置に
は、長手方向を入力軸1及び出力軸2の軸長方向とした
矩形の切り欠き51aS,52aSが夫々円周方向に等
配をなして多数設けられている。該切り欠き51aS,
52aSは、2つの相隣する切り欠きの間の磁性体の部
分と同程度の大きさとなされている。
FIG. 19 shows the first and second magnetic cylinders 51a,
It is a perspective view which shows the structure of 52a. First magnetic cylinder 51a
At the predetermined positions of the upper part of the first magnetic cylinder 52a and the lower part of the second magnetic cylinder 52a, rectangular notches 51aS and 52aS whose longitudinal directions are the axial length directions of the input shaft 1 and the output shaft 2 are equally distributed in the circumferential direction, respectively. There are many. The notch 51aS,
52aS is approximately the same size as the portion of the magnetic body between two adjacent notches.

【0082】磁気抵抗素子MR1,MR2を備える磁気
センサMG1及び磁気抵抗素子MR3,MR4を備える
磁気センサMG2が夫々前記第1の磁性筒51aの外側
に適宜距離を隔て、夫々切り欠き51aSに対向するよ
うにハウジング4に設置されている。また、磁気抵抗素
子MR1(MR3)とMR2(MR4)とは、前記切り
欠き51aS,52aSの半ピッチ分の距離を円周方向
に隔てて配置されている。
The magnetic sensor MG1 including the magnetoresistive elements MR1 and MR2 and the magnetic sensor MG2 including the magnetoresistive elements MR3 and MR4 face the notch 51aS at an appropriate distance outside the first magnetic cylinder 51a. As described above. The magnetoresistive elements MR1 (MR3) and MR2 (MR4) are arranged at a distance of a half pitch of the notches 51aS, 52aS in the circumferential direction.

【0083】従って、第1の磁性筒51aは入力軸1と
一体的に回転し、第2の磁性筒52aは出力軸2と一体
的に回転するため、入力軸1にトルクが加えられ、入力
軸1と出力軸2との間に相対角変化が発生したとき、第
1及び第2の磁性筒51a,52aに設けられた切り欠
き51aS,52aSの対向面積が変化する。磁気セン
サMG1,MG2によって、入力軸1及び出力軸2の回
転及び前記対向面積の変化に伴う磁界の変化を検出し、
実施の形態1で説明した原理によってトルク及び操舵角
を求めることができる。
Therefore, since the first magnetic cylinder 51a rotates integrally with the input shaft 1, and the second magnetic cylinder 52a rotates integrally with the output shaft 2, torque is applied to the input shaft 1 and When a relative angle change occurs between the shaft 1 and the output shaft 2, the facing area of the notches 51aS, 52aS provided in the first and second magnetic cylinders 51a, 52a changes. The magnetic sensors MG1 and MG2 detect the rotation of the input shaft 1 and the output shaft 2 and the change in the magnetic field due to the change in the facing area,
The torque and the steering angle can be obtained according to the principle described in the first embodiment.

【0084】その他、実施の形態1と同様の部分につい
ては同符号を付し、説明を省略する。
The other parts that are the same as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0085】なお、実施の形態1においても説明したよ
うに、第1及び第2の磁性筒51a,52aを着磁する
ことによって磁界を形成させるようにしてもよい。ま
た、切り欠き51aS,52aSの形状は矩形に限定さ
れるものではなく、第1の磁性筒51aの下端面及び第
2の磁性筒52aの上端面を欠落させたようなものであ
ってもよい。
As described in the first embodiment, a magnetic field may be formed by magnetizing the first and second magnetic cylinders 51a and 52a. Further, the shapes of the notches 51aS and 52aS are not limited to rectangles, and may be such that the lower end surface of the first magnetic cylinder 51a and the upper end surface of the second magnetic cylinder 52a are omitted. .

【0086】また、実施の形態2と同様に、切り欠き5
1aSの形状を入力軸1及び出力軸2の軸長方向に対し
て適宜角度傾斜させ、切り欠き52aSの形状を切り欠
き51aSと反対の方向に傾斜させて、互いに交叉させ
るようになし、切り欠き51aS,52aSの周囲に磁
気抵抗素子が配されるようにしてもよい。
Further, similarly to the second embodiment, the notch 5
The shape of 1aS is appropriately inclined with respect to the axial direction of the input shaft 1 and the output shaft 2, and the shape of the notch 52aS is inclined in the direction opposite to the notch 51aS so that they intersect each other. A magnetoresistive element may be arranged around 51aS and 52aS.

【0087】また、実施の形態1乃至3では、磁気抵抗
素子を備えた磁気センサとしていたが、ホール素子を備
えた磁気センサであってもよい。
In the first to third embodiments, the magnetic sensor has a magnetoresistive element. However, the magnetic sensor may have a Hall element.

【0088】従って、小型で安価な磁気センサを用いて
トルクセンサを構成しているため、従来と比して小型で
コストが低いトルクセンサとすることができる。
Therefore, since the torque sensor is formed by using a small and inexpensive magnetic sensor, the torque sensor can be made smaller and less expensive than the conventional one.

【0089】また、操舵トルクだけでなく操舵角を求め
ることができる。
Further, not only the steering torque but also the steering angle can be obtained.

【0090】[0090]

【発明の効果】以上詳述した如く第1発明に係るトルク
センサによる場合は、第1及び第2の磁性体に夫々複数
の切り欠きを設け、該切り欠きが対向する部分と、磁性
体が対向する部分との、磁束密度の疎密の差を磁気セン
サによって検出し、前記第1及び第2の磁性体の相対角
変化及び回転角を検出することにより、トルク及び操舵
角を求めることが可能となる。
As described in detail above, in the case of the torque sensor according to the first invention, a plurality of notches are provided in each of the first and second magnetic members, and the portion where the notches oppose each other and the magnetic member are formed. It is possible to determine the torque and the steering angle by detecting the difference in the density of the magnetic flux density between the opposing portion and the magnetic sensor, and detecting the change in the relative angle and the rotation angle of the first and second magnetic bodies. Becomes

【0091】第2発明に係るトルクセンサによる場合
は、磁石によって第1及び第2の磁性体の近傍に磁界を
形成し、該磁界の変化を磁気センサによって検出するこ
とにより、トルク及び操舵角を求めることが可能とな
る。
In the case of the torque sensor according to the second invention, a magnetic field is formed in the vicinity of the first and second magnetic bodies by magnets, and a change in the magnetic field is detected by the magnetic sensor, so that the torque and the steering angle are reduced. It is possible to ask.

【0092】第3発明に係るトルクセンサによる場合
は、第1及び第2の磁性体によって磁界が形成され、該
磁界の変化を磁気センサによって検出することにより、
トルク及び操舵角を求めることが可能となる。
In the case of the torque sensor according to the third invention, a magnetic field is formed by the first and second magnetic bodies, and a change in the magnetic field is detected by the magnetic sensor.
The torque and the steering angle can be obtained.

【0093】第4発明に係るトルクセンサによる場合
は、入力軸及び出力軸の回転に伴い、周期的に変化する
磁界の強さを、その位相が異なる2点で検出するため、
該2点で検出した結果によって、夫々の磁気センサの出
力電圧に対応する複数の角度から、共通する1つの角度
を求めることによって、第1及び第2の磁性体に設けら
れた切り欠きのピッチ以上の解像度で操舵角を検出する
ことが可能となる。
In the case of the torque sensor according to the fourth aspect of the invention, the strength of the magnetic field that periodically changes with the rotation of the input shaft and the output shaft is detected at two points having different phases.
Based on the results detected at the two points, a common angle is obtained from a plurality of angles corresponding to the output voltages of the respective magnetic sensors, whereby the pitch of the notch provided in the first and second magnetic bodies is determined. The steering angle can be detected with the above resolution.

【0094】第5及び第7発明に係るトルクセンサによ
る場合は、磁性体の円周方向に等配された切り欠きによ
って、入力軸及び出力軸が回転したとき、磁気センサの
電気的出力が正弦波状に規則的に変化する。このため、
単純な演算により、トルク及び操舵角を求めることが可
能となる。
In the case of the torque sensor according to the fifth and seventh aspects, when the input shaft and the output shaft rotate due to the notches equally arranged in the circumferential direction of the magnetic body, the electric output of the magnetic sensor is sinusoidal. It changes regularly like a wave. For this reason,
The torque and the steering angle can be obtained by simple calculations.

【0095】第6及び第8発明に係るトルクセンサによ
る場合は、第1の磁性体に設けられた切り欠きと、第2
の磁性体に設けられた切り欠きとが交叉して生じる空隙
部の、入力軸及び出力軸の半径方向の位置を検出するこ
とによりトルクを求め、円周方向の位置を検出すること
により操舵角を求めることが可能となる。
In the case of the torque sensor according to the sixth and eighth inventions, the notch provided in the first magnetic body is
The torque is obtained by detecting the radial position of the input shaft and the output shaft of the gap formed by the notch provided in the magnetic body and the steering angle by detecting the circumferential position. Can be obtained.

【0096】また、第5及び第6発明に係るトルクセン
サによる場合は、磁気抵抗素子、ホール素子等の小型の
磁気検出素子、及び円盤状をなす第1及び第2の磁性体
を使用するため、従来に比して小型のトルクセンサとす
ることが可能となる。
In the case of the torque sensors according to the fifth and sixth aspects of the present invention, small-sized magnetic detecting elements such as a magnetoresistive element and a Hall element are used, and the first and second disk-shaped magnetic bodies are used. Therefore, it is possible to make a torque sensor smaller than before.

【0097】また、第7及び第8発明に係るトルクセン
サによる場合は、磁気抵抗素子、ホール素子等の小型の
磁気検出素子、及び円筒状をなす第1及び第2の磁性体
を使用するため、従来に比して小型のトルクセンサとす
ることが可能となる。
Further, in the case of the torque sensor according to the seventh and eighth aspects, a small magnetic detecting element such as a magnetoresistive element and a Hall element, and first and second cylindrical magnetic bodies are used. Therefore, it is possible to make a torque sensor smaller than before.

【0098】第9発明に係る電動式舵取装置による場合
は、第1乃至第7発明の何れかに係るトルクセンサを備
えるから、操舵角検出用の専用装置を必要とせず、ま
た、従来に比して小型の装置とすることが可能となる等
本発明は優れた効果を奏する。
In the case of the electric steering device according to the ninth invention, since the torque sensor according to any one of the first to seventh inventions is provided, a dedicated device for detecting the steering angle is not required. The present invention has excellent effects, for example, it is possible to make the device smaller in size.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 第1及び第2の磁性体の平面図である。FIG. 1 is a plan view of first and second magnetic bodies.

【図2】 図1のII−II線における断面によって、切り
欠きの対向面積の変化に伴う第1及び第2の磁性体の周
囲の磁界の変化を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a change in a magnetic field around first and second magnetic bodies due to a change in a facing area of a notch, in a cross section taken along line II-II in FIG.

【図3】 2つの磁気センサの電気的出力と操舵角との
関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between an electric output of two magnetic sensors and a steering angle.

【図4】 空隙部の移動方向を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a moving direction of a gap.

【図5】 空隙部の移動方向を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a moving direction of a gap.

【図6】 本発明に係るトルクセンサの実施の形態1の
要部の構成を示す正面図である。
FIG. 6 is a front view showing a configuration of a main part of the torque sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図7】 本発明に係るトルクセンサを用いた電動式舵
取装置の要部の構成を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a main part of an electric steering device using a torque sensor according to the present invention.

【図8】 本発明に係るトルクセンサの実施の形態1の
要部の構成を示す斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a main part of the torque sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図9】 磁気センサの電気回路図である。FIG. 9 is an electric circuit diagram of the magnetic sensor.

【図10】 本発明に係るトルクセンサの実施の形態1
のトルク検出の原理を示す説明図である。
FIG. 10 is a first embodiment of a torque sensor according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the principle of torque detection of FIG.

【図11】 切り欠きと磁気抵抗素子との位置関係を示
す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a notch and a magnetoresistive element.

【図12】 トルクと磁気センサの出力波形の振幅との
関係の一例を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph illustrating an example of a relationship between a torque and an amplitude of an output waveform of a magnetic sensor.

【図13】 本発明に係るトルクセンサの実施の形態2
のトルク検出の原理を示す説明図である。
FIG. 13 is a second embodiment of the torque sensor according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the principle of torque detection of FIG.

【図14】 空隙部の円周方向の位置と磁気センサの出
力電圧との関係を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the circumferential position of the gap and the output voltage of the magnetic sensor.

【図15】 空隙部の円周方向の位置と磁気センサの出
力電圧との関係を示すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the circumferential position of the gap and the output voltage of the magnetic sensor.

【図16】 空隙部の半径方向の位置と磁気センサの出
力電圧との関係を示すグラフである。
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the radial position of the gap and the output voltage of the magnetic sensor.

【図17】 空隙部の半径方向の位置と磁気センサの出
力電圧との関係を示すグラフである。
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the radial position of the gap and the output voltage of the magnetic sensor.

【図18】 本発明に係るトルクセンサの実施の形態3
の要部の構成を示す正面図である。
FIG. 18 is a third embodiment of the torque sensor according to the present invention.
FIG. 2 is a front view showing a configuration of a main part of FIG.

【図19】 第1及び第2の磁性筒の構成を示す斜視図
である。
FIG. 19 is a perspective view showing a configuration of first and second magnetic cylinders.

【図20】 従来の電動式舵取装置の構成を示す縦断面
図である。
FIG. 20 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional electric steering device.

【符号の説明】 1 入力軸 2 出力軸 3 連結軸 4 ハウジング 5 トルクセンサ 51 第1の磁性板 52 第2の磁性板 51a 第1の磁性筒 52a 第2の磁性筒 51S,52S,51aS,52aS 切り欠き M 電動モータ MG1〜MG4 磁気センサ MR1〜MR8 磁気抵抗素子[Description of Signs] 1 input shaft 2 output shaft 3 connecting shaft 4 housing 5 torque sensor 51 first magnetic plate 52 second magnetic plate 51a first magnetic cylinder 52a second magnetic cylinder 51S, 52S, 51aS, 52aS Notch M Electric motor MG1-MG4 Magnetic sensor MR1-MR8 Magnetic resistance element

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力軸に加わるトルクを入力軸と出力軸
とを連結する連結軸に生じる捩れ角によって検出するト
ルクセンサにおいて、複数の切り欠きが設けられてお
り、前記入力軸及び出力軸に夫々が対向部を有して対向
した状態で取付けられた第1及び第2の磁性体と、該第
1及び第2の磁性体の近傍に配され、磁界の強さに応じ
た電気的出力を得る磁気センサとを備え、該磁気センサ
が検出した磁界の強さから前記トルクを求めるようにし
てあることを特徴とするトルクセンサ。
1. A torque sensor for detecting a torque applied to an input shaft by a torsion angle generated in a connecting shaft connecting the input shaft and the output shaft, wherein a plurality of notches are provided, and the input shaft and the output shaft are provided with a plurality of notches. First and second magnetic bodies each having an opposing portion and being attached to face each other, and an electric output according to the strength of the magnetic field, arranged near the first and second magnetic bodies. And a magnetic sensor for obtaining the torque from the strength of the magnetic field detected by the magnetic sensor.
【請求項2】 前記第1及び第2の磁性体の近傍に磁石
を配してある請求項1記載のトルクセンサ。
2. The torque sensor according to claim 1, wherein a magnet is arranged near the first and second magnetic bodies.
【請求項3】 前記第1及び第2の磁性体は、夫々着磁
されている請求項1記載のトルクセンサ。
3. The torque sensor according to claim 1, wherein the first and second magnetic bodies are respectively magnetized.
【請求項4】 1つの磁気センサが1つの切り欠きに対
向する位置に存在するとき、他の磁気センサが2つの相
隣する切り欠きの中間部分に対向する位置に存在するよ
うに夫々の磁気センサを配してある請求項1乃至3の何
れかに記載のトルクセンサ。
4. When each magnetic sensor is located at a position facing one notch, another magnetic sensor is located at a position facing an intermediate portion between two adjacent notches. 4. The torque sensor according to claim 1, further comprising a sensor.
【請求項5】 前記第1及び第2の磁性体は円盤状をな
しており、前記切り欠きは前記第1及び第2の磁性体に
放射状に等配されている請求項1乃至4の何れかに記載
のトルクセンサ。
5. The magnetic recording medium according to claim 1, wherein the first and second magnetic bodies have a disk shape, and the cutouts are radially arranged on the first and second magnetic bodies. The torque sensor according to any one of the above.
【請求項6】 前記第1及び第2の磁性体は円盤状をな
しており、前記切り欠きは前記第1の磁性体の切り欠き
と前記第2の磁性体の切り欠きとが交叉するように設け
られており、前記第1及び第2の磁性体の円周方向に等
配されている請求項1乃至3の何れかに記載のトルクセ
ンサ。
6. The first and second magnetic bodies are disc-shaped, and the notches are formed such that the notches of the first magnetic body and the second magnetic bodies cross each other. The torque sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the torque sensor is provided in the circumferential direction of the first and second magnetic bodies.
【請求項7】 前記第1及び第2の磁性体は円筒状をな
しており、前記切り欠きは入力軸及び出力軸の軸長方向
に長く、前記第1及び第2の磁性体の円周方向に等配さ
れている請求項1乃至4の何れかに記載のトルクセン
サ。
7. The first and second magnetic bodies have a cylindrical shape, and the notch is long in an axial direction of an input shaft and an output shaft, and has a circumference of the first and second magnetic bodies. The torque sensor according to claim 1, wherein the torque sensors are evenly arranged in the directions.
【請求項8】 前記第1及び第2の磁性体は円筒状をな
しており、前記切り欠きは、前記第1の磁性体の切り欠
きと前記第2の磁性体の切り欠きとが交叉するようにな
してあり、前記第1及び第2の磁性体の円周方向に等配
されている請求項1乃至3の何れかに記載のトルクセン
サ。
8. The notch of the first magnetic body and the notch of the second magnetic body intersect with each other in the first and second magnetic bodies having a cylindrical shape. The torque sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the torque sensor is arranged in the circumferential direction of the first and second magnetic bodies.
【請求項9】 入力軸及び出力軸に取り付けられた請求
項1乃至8の何れかに記載のトルクセンサと、該トルク
センサによって検出されたトルクに基づいて駆動制御さ
れ、前記出力軸又はこれに繋がる舵取機構に取り付けら
れた操舵補助用の電動モータとを備えることを特徴とす
る電動式舵取装置。
9. The torque sensor according to claim 1, which is attached to an input shaft and an output shaft, and is driven and controlled based on a torque detected by the torque sensor. An electric steering device comprising: a steering assist electric motor attached to a connected steering mechanism.
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