JP2003240652A - 出力補正回路内蔵型半導体センサ及びトーションバー式トルクセンサ - Google Patents
出力補正回路内蔵型半導体センサ及びトーションバー式トルクセンサInfo
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
- G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering
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- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
- B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
- B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
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- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/104—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving permanent magnets
Abstract
(57)【要約】
【課題】トルクセンサの温度補正や感度補正、また、長
期的な０点ずれなどを、センサのサイズアップ、やコス
トアップなしで実現する。 【解決手段】自身に加わるトルクをねじれ変位に変換す
る弾性部材と、Ｎ極とＳ極が、円周方向に交互に着磁さ
れた多極のリング磁石と、多極磁石と同軸上に配置され
た一組の磁気ヨークと、この一組の磁気ヨークの間に発
生する磁束を検出する磁気センサと、を備えるトルクセ
ンサにおいて、磁気センサとして半導体磁気センサ７Ｇ
を用い、更にこの半導体磁気センサ７Ｇとともに不揮発
メモリ７Ｎや演算回路７Ｉ、出力回路７Ｋなどを集積す
ることにより、保守性に優れたトーションバー式トルク
センサを提供する。
期的な０点ずれなどを、センサのサイズアップ、やコス
トアップなしで実現する。 【解決手段】自身に加わるトルクをねじれ変位に変換す
る弾性部材と、Ｎ極とＳ極が、円周方向に交互に着磁さ
れた多極のリング磁石と、多極磁石と同軸上に配置され
た一組の磁気ヨークと、この一組の磁気ヨークの間に発
生する磁束を検出する磁気センサと、を備えるトルクセ
ンサにおいて、磁気センサとして半導体磁気センサ７Ｇ
を用い、更にこの半導体磁気センサ７Ｇとともに不揮発
メモリ７Ｎや演算回路７Ｉ、出力回路７Ｋなどを集積す
ることにより、保守性に優れたトーションバー式トルク
センサを提供する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、出力補正回路内蔵
型センサおよびそれを用いたトーションバー式トルクセ
ンサに関する。
型センサおよびそれを用いたトーションバー式トルクセ
ンサに関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】従来のト
ーションバー式トルクセンサにおいて、磁束発生源とし
て永久磁石を使っているので、温度変化による残留磁束
密度変動に起因して感度が変動してしまうという問題が
あった。また、用いる永久磁石の種類や種々の材料特性
のばらつきや寸法ばらつきによって感度やオフセット値
（０点出力）が変動してしまうという問題があった。
ーションバー式トルクセンサにおいて、磁束発生源とし
て永久磁石を使っているので、温度変化による残留磁束
密度変動に起因して感度が変動してしまうという問題が
あった。また、用いる永久磁石の種類や種々の材料特性
のばらつきや寸法ばらつきによって感度やオフセット値
（０点出力）が変動してしまうという問題があった。
【０００３】このため、従来のトーションバー式トルク
センサでは、永久磁石付近にサーミスタなどの感温素子
を設置し、検知した温度に応じて磁石減磁に対する補正
を、センサ外部の補正回路で実施していた。
センサでは、永久磁石付近にサーミスタなどの感温素子
を設置し、検知した温度に応じて磁石減磁に対する補正
を、センサ外部の補正回路で実施していた。
【０００４】しかし、上記した従来の方法ではトーショ
ンバー式トルクセンサの外部に補正回路ユニットを設け
るか、このトーションバー式トルクセンサの出力信号を
受信してそれに基づいて制御を行う制御部にて補正処理
を行わねばならず、回路規模が大きくなり、センサのサ
イズアップ、コストアップにつながる欠点があった。ま
た、このような外部補正方式では、故障などによりセン
サを交換すると、補正が無効となってしまうため、外部
の補正回路を含むユニット全体を交換する必要があり、
メンテナンスにおける負担が大きいという問題があっ
た。
ンバー式トルクセンサの外部に補正回路ユニットを設け
るか、このトーションバー式トルクセンサの出力信号を
受信してそれに基づいて制御を行う制御部にて補正処理
を行わねばならず、回路規模が大きくなり、センサのサ
イズアップ、コストアップにつながる欠点があった。ま
た、このような外部補正方式では、故障などによりセン
サを交換すると、補正が無効となってしまうため、外部
の補正回路を含むユニット全体を交換する必要があり、
メンテナンスにおける負担が大きいという問題があっ
た。
【０００５】このような問題点は、トーションバー式ト
ルクセンサに限らず、センサ一般において生じていた。
ルクセンサに限らず、センサ一般において生じていた。
【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、保守性に優れる出力補正回路内蔵型半導体センサ
およびそれを用いたトーションバー式トルクセンサを提
供することをその目的としている。
あり、保守性に優れる出力補正回路内蔵型半導体センサ
およびそれを用いたトーションバー式トルクセンサを提
供することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決する本
発明の出力補正回路内蔵型半導体センサは、物理量又は
化学量を電気量として検出する検出部と、自己の温度を
検出する温度検出部と、検出した前記電気量の誤差を補
正するための補正用データを書き換え可能に記憶する書
き換え可能不揮発メモリと、検出された前記温度及び前
記補正用データに基づいて前記電気量のオフセット補
正、感度補正及び温度補正を行った後、補正済み信号を
出力する補正演算部とを内蔵することを特徴としてい
る。
発明の出力補正回路内蔵型半導体センサは、物理量又は
化学量を電気量として検出する検出部と、自己の温度を
検出する温度検出部と、検出した前記電気量の誤差を補
正するための補正用データを書き換え可能に記憶する書
き換え可能不揮発メモリと、検出された前記温度及び前
記補正用データに基づいて前記電気量のオフセット補
正、感度補正及び温度補正を行った後、補正済み信号を
出力する補正演算部とを内蔵することを特徴としてい
る。
【０００８】すなわち、本発明のセンサは、測定量を電
気量に変換する検出部の他に、温度検出部、書き換え可
能不揮発メモリ及び補正演算部を内蔵して１チップのモ
ノリシックＩＣとして構成されるので、センサ信号の温
度補正、感度補正、オフセット補正をセンサ内部で実施
することができ、センサ交換時においてセンサ出力の補
正を顧慮することなくセンサのみを交換すればよく、保
守の手間が大幅に簡素化する。また、センサの外部に補
正のための回路装置を必要としないので、これら外部装
置の交換により、センサ補正が不適切になってしまうと
いう問題も生じない。
気量に変換する検出部の他に、温度検出部、書き換え可
能不揮発メモリ及び補正演算部を内蔵して１チップのモ
ノリシックＩＣとして構成されるので、センサ信号の温
度補正、感度補正、オフセット補正をセンサ内部で実施
することができ、センサ交換時においてセンサ出力の補
正を顧慮することなくセンサのみを交換すればよく、保
守の手間が大幅に簡素化する。また、センサの外部に補
正のための回路装置を必要としないので、これら外部装
置の交換により、センサ補正が不適切になってしまうと
いう問題も生じない。
【０００９】一態様において、前記電気量のオフセット
補正、感度補正だけを行って、温度補正を行わないこと
もでき、この場合には、温度検出部を省略し、温度補正
を省略することをできる。
補正、感度補正だけを行って、温度補正を行わないこと
もでき、この場合には、温度検出部を省略し、温度補正
を省略することをできる。
【００１０】好適な態様において、外部からの動作指令
及び前記補正用データを受信するとともに、受信した前
記動作指令が前記書き換え可能不揮発メモリへの前記補
正用データの書き込み指令である場合に、その後で受信
した前記補正用データを前記書き換え可能不揮発メモリ
に書き込む動作制御部を有する。このようにすれば、不
揮発メモリへの補正用データの書き込みが簡単となる。
及び前記補正用データを受信するとともに、受信した前
記動作指令が前記書き換え可能不揮発メモリへの前記補
正用データの書き込み指令である場合に、その後で受信
した前記補正用データを前記書き換え可能不揮発メモリ
に書き込む動作制御部を有する。このようにすれば、不
揮発メモリへの補正用データの書き込みが簡単となる。
【００１１】好適な態様において、前記動作制御部は、
印加される電源電圧に重畳される二値電圧信号に基づい
て前記動作指令及び前記補正用データを受信する。この
ようにすれば、センサの信号端子を減らすことができ、
回路構成を簡素化することができる。
印加される電源電圧に重畳される二値電圧信号に基づい
て前記動作指令及び前記補正用データを受信する。この
ようにすれば、センサの信号端子を減らすことができ、
回路構成を簡素化することができる。
【００１２】好適な態様において、前記動作制御部は、
受信した前記動作指令が前記書き換え可能不揮発メモリ
への前記補正用データの書き込み禁止指令である場合
に、その後で前記書き込み指令を受信しても前記書き換
え可能不揮発メモリへの書き込みを禁止する。このよう
にすれば、補正データ書き込み後に、ノイズなどにより
誤って偽の補正データが再度書き込まれる不具合を防止
することができ、信頼性が向上する。
受信した前記動作指令が前記書き換え可能不揮発メモリ
への前記補正用データの書き込み禁止指令である場合
に、その後で前記書き込み指令を受信しても前記書き換
え可能不揮発メモリへの書き込みを禁止する。このよう
にすれば、補正データ書き込み後に、ノイズなどにより
誤って偽の補正データが再度書き込まれる不具合を防止
することができ、信頼性が向上する。
【００１３】好適な態様において、前記補正演算部は、
前記検出部から出力されるアナログ信号電圧をデジタル
信号に変換するＡ／Ｄ変換部を有するＣＰＵからなり、
前記書き換え可能不揮発メモリは、前記ＣＰＵの補正演
算用のプログラムを格納する。このようにすれば、補正
演算部以降の演算誤差や信号伝送誤差の追加を抑止し
て、信頼性を向上することができる。
前記検出部から出力されるアナログ信号電圧をデジタル
信号に変換するＡ／Ｄ変換部を有するＣＰＵからなり、
前記書き換え可能不揮発メモリは、前記ＣＰＵの補正演
算用のプログラムを格納する。このようにすれば、補正
演算部以降の演算誤差や信号伝送誤差の追加を抑止し
て、信頼性を向上することができる。
【００１４】この半導体センサを用いたトーションバー
式トルクセンサの好適な態様において、入力軸と出力軸
とを結合してトルクをねじれ変位に変換する弾性部材
と、所定ピッチで周方向極性交互に磁極が形成される周
面を有して前記両軸の一方に固定されるリング磁石と、
前記両軸の他方に固定されて前記リング磁石の前記周面
に所定ギャップを隔てて、かつ、互いに所定ギャップを
隔てて対面して前記リング磁石の磁束が順次に流れる一
対の磁気ヨークとを備え、前記検出部が、前記両磁気ヨ
ーク間の前記ギャップに配置されて前記両軸間の相対回
動角により変調される前記磁束を検出する。このように
すれば、保守性及び検出精度に優れたトーションバー式
トルクセンサを実現することができる。
式トルクセンサの好適な態様において、入力軸と出力軸
とを結合してトルクをねじれ変位に変換する弾性部材
と、所定ピッチで周方向極性交互に磁極が形成される周
面を有して前記両軸の一方に固定されるリング磁石と、
前記両軸の他方に固定されて前記リング磁石の前記周面
に所定ギャップを隔てて、かつ、互いに所定ギャップを
隔てて対面して前記リング磁石の磁束が順次に流れる一
対の磁気ヨークとを備え、前記検出部が、前記両磁気ヨ
ーク間の前記ギャップに配置されて前記両軸間の相対回
動角により変調される前記磁束を検出する。このように
すれば、保守性及び検出精度に優れたトーションバー式
トルクセンサを実現することができる。
【００１５】一態様において、出力補正回路内蔵型セン
サはアナログ出力電圧を電力増幅して外部に出力する電
流バッファを有する。
サはアナログ出力電圧を電力増幅して外部に出力する電
流バッファを有する。
【００１６】好適な態様において、出力補正回路内蔵型
センサは、デジタル信号をシリアルに出力する。
センサは、デジタル信号をシリアルに出力する。
【００１７】
【発明の実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 （第１の実施例） （構成）この実施例のトルクセンサの軸方向断面図を図
１に、その分解斜視図を図２に示す。
する。 （第１の実施例） （構成）この実施例のトルクセンサの軸方向断面図を図
１に、その分解斜視図を図２に示す。
【００１８】このトルクセンサは、たとえば電動パワー
ステアリング装置に用いられるもので、ステアリングシ
ャフトを構成する入力軸２と出力軸３との間に設けら
れ、ステアリングシャフトに加わる操舵トルクを検出す
る。
ステアリング装置に用いられるもので、ステアリングシ
ャフトを構成する入力軸２と出力軸３との間に設けら
れ、ステアリングシャフトに加わる操舵トルクを検出す
る。
【００１９】入力軸２及び出力軸３は、トーションバー
４を通じて相対回転自在、トルク伝達自在に結合されて
いる。入力軸２の端部にはリング磁石５が嵌着、固定さ
れ、出力軸３の端部には一組の磁気ヨーク６が固定され
ている。
４を通じて相対回転自在、トルク伝達自在に結合されて
いる。入力軸２の端部にはリング磁石５が嵌着、固定さ
れ、出力軸３の端部には一組の磁気ヨーク６が固定され
ている。
【００２０】リング磁石５の外周面は一定ピッチで周方
向極性交互に磁化されており、磁気ヨーク６は互いに軸
方向に所定間隔を隔てて出力軸３に固定された半磁気ヨ
ーク６A、６Bを有している。半磁気ヨーク６Ａ、６Ｂ
は、軸方向断面において略Ｌ字状あるいは略コ字状に形
成されたリング状の軟磁性部材であって、リング磁石５
の外周面に対して所定ギャップを隔てつつ軸方向へ周方
向一定ピッチで延在する爪部と、この爪部の基端から径
方向外側へ延在する輪板部と、この輪板部の外周縁から
軸方向へ延在する円筒部とを有している。両半磁気ヨー
ク６Ａ、６Ｂの爪部は周方向交互に互いに向かい合う方
向に突出している。したがって、リング磁石５のＮ極か
ら出た磁束は径方向外側に隣接する一方の半磁気ヨーク
の爪部に入り、この一方の半磁気ヨークの円筒部から他
方の半磁気ヨークの円筒部に入り、この他方の半磁気ヨ
ークの爪部からリング磁石５のＳ極に向かう磁気回路を
構成している。
向極性交互に磁化されており、磁気ヨーク６は互いに軸
方向に所定間隔を隔てて出力軸３に固定された半磁気ヨ
ーク６A、６Bを有している。半磁気ヨーク６Ａ、６Ｂ
は、軸方向断面において略Ｌ字状あるいは略コ字状に形
成されたリング状の軟磁性部材であって、リング磁石５
の外周面に対して所定ギャップを隔てつつ軸方向へ周方
向一定ピッチで延在する爪部と、この爪部の基端から径
方向外側へ延在する輪板部と、この輪板部の外周縁から
軸方向へ延在する円筒部とを有している。両半磁気ヨー
ク６Ａ、６Ｂの爪部は周方向交互に互いに向かい合う方
向に突出している。したがって、リング磁石５のＮ極か
ら出た磁束は径方向外側に隣接する一方の半磁気ヨーク
の爪部に入り、この一方の半磁気ヨークの円筒部から他
方の半磁気ヨークの円筒部に入り、この他方の半磁気ヨ
ークの爪部からリング磁石５のＳ極に向かう磁気回路を
構成している。
【００２１】両半磁気ヨーク６Ａ、６Ｂの両円筒部間の
軸方向隙間には、両円筒部間のギャップの磁界変化を検
出する磁気センサＩＣ７が静止、固定されている。８は
トーションバー４を固定するためのピンである。
軸方向隙間には、両円筒部間のギャップの磁界変化を検
出する磁気センサＩＣ７が静止、固定されている。８は
トーションバー４を固定するためのピンである。
【００２２】このトルクセンサの作動を説明すると、入
力軸２にトルクが加わるとトーションバー４がねじれた
後、そのトルクを出力軸３に伝達する。これにより、リ
ング磁石５と磁気ヨーク６の上記爪部との周方向相対位
置がずれるので、磁気ヨーク６の円筒部間に生ずる磁束
密度がずれ量に応じて変化する。これを、磁気センサＩ
Ｃ７で検出して外部に出力する。
力軸２にトルクが加わるとトーションバー４がねじれた
後、そのトルクを出力軸３に伝達する。これにより、リ
ング磁石５と磁気ヨーク６の上記爪部との周方向相対位
置がずれるので、磁気ヨーク６の円筒部間に生ずる磁束
密度がずれ量に応じて変化する。これを、磁気センサＩ
Ｃ７で検出して外部に出力する。
【００２３】磁気センサＩＣ７を図３に示すブロック回
路図を参照して以下に説明する。
路図を参照して以下に説明する。
【００２４】磁気センサＩＣ７は、電源端子７Ａ、ＧＮ
Ｄ端子７Ｂ、出力端子７Ｃからなる３つの端子、ノイズ
等からＩＣを守る為の保護回路７Ｄ、磁気センサ近傍の
温度を検出する温度検出器７Ｅ、ＩＣ各部に基準クロッ
クを提供する発振器７Ｆ、磁束密度を検出するホール素
子などの磁気センサ７Ｇ、磁気センサ７Ｇが出力するア
ナログ電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部７Ｈ、
電源端子７Ａに印加される電源電圧に基づいて後述する
演算部７Ｉの演算動作を決定するロジック部７Ｌ、各補
正情報を記憶する不揮発メモリ７Ｎ、Ａ／Ｄ変換部７Ｈ
がら出力するデジタル信号を不揮発メモリ７Ｎの記憶デ
ータに基いて補正する演算を行う演算部７Ｉ、演算結果
のデジタル値を再度アナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換
部７Ｊ、変換されたアナログ電圧を外部出力するバッフ
ァ７Ｋ、ロジック部７Ｌの判断結果に基づいて不揮発メ
モリ７Ｎへの再書き込みを不可にするロック部７Ｍを有
して、１チップに集積されている。
Ｄ端子７Ｂ、出力端子７Ｃからなる３つの端子、ノイズ
等からＩＣを守る為の保護回路７Ｄ、磁気センサ近傍の
温度を検出する温度検出器７Ｅ、ＩＣ各部に基準クロッ
クを提供する発振器７Ｆ、磁束密度を検出するホール素
子などの磁気センサ７Ｇ、磁気センサ７Ｇが出力するア
ナログ電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部７Ｈ、
電源端子７Ａに印加される電源電圧に基づいて後述する
演算部７Ｉの演算動作を決定するロジック部７Ｌ、各補
正情報を記憶する不揮発メモリ７Ｎ、Ａ／Ｄ変換部７Ｈ
がら出力するデジタル信号を不揮発メモリ７Ｎの記憶デ
ータに基いて補正する演算を行う演算部７Ｉ、演算結果
のデジタル値を再度アナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換
部７Ｊ、変換されたアナログ電圧を外部出力するバッフ
ァ７Ｋ、ロジック部７Ｌの判断結果に基づいて不揮発メ
モリ７Ｎへの再書き込みを不可にするロック部７Ｍを有
して、１チップに集積されている。
【００２５】ロジック部７Ｌは、電源端子７Ａに印加さ
れる電圧レベルを検出し、それに基づいて通常の計測動
作か、不揮発メモリ７Ｎへの書き込み動作かを判断す
る。また、ロジック部７Ｌは、書き込み動作と判定した
場合に、電源端子７Ａの電圧変化パターンを二値化して
デジタル信号を抽出し、この外部から入力されるデジタ
ル情報をロック部７Ｍを通じて不揮発メモリ７Ｎに書き
込む。なお、ロジック部７Ｌは、電源電圧のレベルを判
定するために、コンパレータを有している。
れる電圧レベルを検出し、それに基づいて通常の計測動
作か、不揮発メモリ７Ｎへの書き込み動作かを判断す
る。また、ロジック部７Ｌは、書き込み動作と判定した
場合に、電源端子７Ａの電圧変化パターンを二値化して
デジタル信号を抽出し、この外部から入力されるデジタ
ル情報をロック部７Ｍを通じて不揮発メモリ７Ｎに書き
込む。なお、ロジック部７Ｌは、電源電圧のレベルを判
定するために、コンパレータを有している。
【００２６】ロック部７Ｍは、ロジック部７Ｌが通常の
計測動作と判定した場合にロジック部７Ｌからの指令を
受けて不揮発メモリ７Ｎへの上記書き込みの禁止を指令
する。
計測動作と判定した場合にロジック部７Ｌからの指令を
受けて不揮発メモリ７Ｎへの上記書き込みの禁止を指令
する。
【００２７】演算部７Ｉ及びロック部７Ｍ、さらにはロ
ジック部７Ｌの論理演算回路部分は汎用の回路構成で構
成することができ、かつ、通常のハードウエアロジック
回路又はマイコンのソフトウエアで実現できることは明
らかであるので、より詳細な回路説明は省略する。
ジック部７Ｌの論理演算回路部分は汎用の回路構成で構
成することができ、かつ、通常のハードウエアロジック
回路又はマイコンのソフトウエアで実現できることは明
らかであるので、より詳細な回路説明は省略する。
【００２８】（通常検出動作）まず、電源端子７Ａに通
常動作電圧（たとえば５Ｖ）が印加されている場合の動
作を説明する。通常動作電圧が与えられると、温度７
Ｅ、発振器７Ｆ、磁気検出部７Ｇ、Ａ／Ｄ変換部７Ｈ、
演算部７Ｉ、Ｄ／Ａ変換部７Ｊ、バッファ７Ｋ、ロジッ
ク部７Ｌ、ロック部７Ｍ、不揮発メモリ７Ｎなどの各回
路部に、必要な電源（電圧・電流）が供給される。
常動作電圧（たとえば５Ｖ）が印加されている場合の動
作を説明する。通常動作電圧が与えられると、温度７
Ｅ、発振器７Ｆ、磁気検出部７Ｇ、Ａ／Ｄ変換部７Ｈ、
演算部７Ｉ、Ｄ／Ａ変換部７Ｊ、バッファ７Ｋ、ロジッ
ク部７Ｌ、ロック部７Ｍ、不揮発メモリ７Ｎなどの各回
路部に、必要な電源（電圧・電流）が供給される。
【００２９】発振器７Ｆは一定周期のパルス信号を基準
クロックとして各回路に供給する。磁気検出部７Ｇから
出力される磁束密度情報であるアナログ電圧値は、Ａ／
Ｄ変換部７Ｈでデジタル値に変換されて演算部７Ｉに伝
えられる。温度検出器７Ｅから出力される温度情報であ
る電圧値は磁気検出部７Ｇ及び演算部７Ｉに伝えられ
る。ロジック部７Ｌからは、現在は通常の計測モ−ドで
ある旨の信号が演算部７Ｉに伝えられる。演算部７Ｉで
は、これらの情報と不揮発メモリ７Ｎに記憶されたパラ
メータに基づいて、磁気検出部７Ｇで検出された磁束密
度情報を補正し、デジタル情報をＤ／Ａ変換部７Ｊに伝
える。Ｄ／Ａ変換部７Ｊでアナログ値に変換された電圧
は、電流バッファ７Ｋを介して、外部に出力される。
クロックとして各回路に供給する。磁気検出部７Ｇから
出力される磁束密度情報であるアナログ電圧値は、Ａ／
Ｄ変換部７Ｈでデジタル値に変換されて演算部７Ｉに伝
えられる。温度検出器７Ｅから出力される温度情報であ
る電圧値は磁気検出部７Ｇ及び演算部７Ｉに伝えられ
る。ロジック部７Ｌからは、現在は通常の計測モ−ドで
ある旨の信号が演算部７Ｉに伝えられる。演算部７Ｉで
は、これらの情報と不揮発メモリ７Ｎに記憶されたパラ
メータに基づいて、磁気検出部７Ｇで検出された磁束密
度情報を補正し、デジタル情報をＤ／Ａ変換部７Ｊに伝
える。Ｄ／Ａ変換部７Ｊでアナログ値に変換された電圧
は、電流バッファ７Ｋを介して、外部に出力される。
【００３０】（非検出動作）次に、電源端子７Ａに通常
動作電圧（たとえば５Ｖ）以外の電圧（たとえば６Ｖ以
上）が所定時間以上印加された場合の動作を説明する。
動作電圧（たとえば５Ｖ）以外の電圧（たとえば６Ｖ以
上）が所定時間以上印加された場合の動作を説明する。
【００３１】電源端子７Ａに６Ｖが安定的に印加される
と、ロジック部７Ｌはこれを検出してプログラムモ−ド
が指令されたと判断し、その後、電源端子７Ａから入力
される電源端子７Ａの二値的な電圧変化のパターン（た
とえばハイ（たとえば８Ｖ）・ロー（たとえば６Ｖ）か
らなる二値信号パターン）を読み取り、読み取った結果
に基づいて入力される外部指令を判別する。この外部指
令としては、不揮発メモリ７Ｎが記憶するデータを書き
換える書き換え指令や、不揮発メモリ７Ｎ内のデータを
電流バッファ７Ｋから外部出力するよう演算部７Ｉに指
令する記憶データ読み出し指定、メモリ内容の保持を意
味するロック指令などがある。ロジック部７Ｌは、ロッ
ク指令と判断した場合、ロック部７Ｍにメモリ更新禁止
を指令し、ロック部７Ｍはこの指令を受けて不揮発メモ
リ７Ｎの書き換えを禁止する。このロック部７Ｍの設置
は、電源端子７Ａの外乱による電圧変動を正規の不揮発
メモリ７Ｎの書き換え指令などと誤判定した場合でも、
不揮発メモリ７Ｎの不正な書き換えが生じないようにす
る。
と、ロジック部７Ｌはこれを検出してプログラムモ−ド
が指令されたと判断し、その後、電源端子７Ａから入力
される電源端子７Ａの二値的な電圧変化のパターン（た
とえばハイ（たとえば８Ｖ）・ロー（たとえば６Ｖ）か
らなる二値信号パターン）を読み取り、読み取った結果
に基づいて入力される外部指令を判別する。この外部指
令としては、不揮発メモリ７Ｎが記憶するデータを書き
換える書き換え指令や、不揮発メモリ７Ｎ内のデータを
電流バッファ７Ｋから外部出力するよう演算部７Ｉに指
令する記憶データ読み出し指定、メモリ内容の保持を意
味するロック指令などがある。ロジック部７Ｌは、ロッ
ク指令と判断した場合、ロック部７Ｍにメモリ更新禁止
を指令し、ロック部７Ｍはこの指令を受けて不揮発メモ
リ７Ｎの書き換えを禁止する。このロック部７Ｍの設置
は、電源端子７Ａの外乱による電圧変動を正規の不揮発
メモリ７Ｎの書き換え指令などと誤判定した場合でも、
不揮発メモリ７Ｎの不正な書き換えが生じないようにす
る。
【００３２】ロック部７Ｍは、たとえばロジック部７Ｌ
のＲ／Ｗ端子と不揮発メモリ７ＮのＲ／Ｗ端子との間に
設けられてトランスファゲート又はインバータ回路をな
すＭＯＳトランジスタ７１と、ヒューズＲＯＭなどの一
回のみ書き込み可能な不揮発メモリ（ＰＲＯＭと称する
ものとする）を通じて入力される電位状態に基づいてＭ
ＯＳトランジスタ７１を断続制御する回路により構成さ
れる。ロジック部７ＬからこのＰＲＯＭを溶断などによ
りそれを回復不能なオフ状態とすれば、トランスファゲ
ートはオフのままとなってロジック部７Ｌから不揮発メ
モリ７Ｎへのその後の書き込みを禁止する。この種の回
路自体は周知であるので回路構成の詳細は省略する。な
お、紫外線消去など電圧信号によらない再度の書き換え
可能化も可能である。図４はロック部７Ｍの模式ブロッ
ク回路図を示す。
のＲ／Ｗ端子と不揮発メモリ７ＮのＲ／Ｗ端子との間に
設けられてトランスファゲート又はインバータ回路をな
すＭＯＳトランジスタ７１と、ヒューズＲＯＭなどの一
回のみ書き込み可能な不揮発メモリ（ＰＲＯＭと称する
ものとする）を通じて入力される電位状態に基づいてＭ
ＯＳトランジスタ７１を断続制御する回路により構成さ
れる。ロジック部７ＬからこのＰＲＯＭを溶断などによ
りそれを回復不能なオフ状態とすれば、トランスファゲ
ートはオフのままとなってロジック部７Ｌから不揮発メ
モリ７Ｎへのその後の書き込みを禁止する。この種の回
路自体は周知であるので回路構成の詳細は省略する。な
お、紫外線消去など電圧信号によらない再度の書き換え
可能化も可能である。図４はロック部７Ｍの模式ブロッ
ク回路図を示す。
【００３３】（効果）トルクセンサの検出信号を用いて
制御を行う従来の制御システムは、トルクセンサとメカ
ニカル部分からなるトルクセンサ装置と、その出力信号
を用いて演算した制御信号を出力するＥＣＵ（電子制御
装置）とで構成され、トルクセンサの特性の補正は、Ｅ
ＣＵに付属する調整回路を工場出荷時に調整したり、Ｅ
ＣＵの不揮発メモリに補正情報を覚え込ませるなどＥＣ
Ｕ側で補正していたため、センサ装置の一部又は全部が
故障した場合には、現場側で制御システム全体を取り替
えるか、あるいはその一部の部分を交換した後、ＥＣＵ
側で再度の調整を行う必要があった。また、ＥＣＵ側で
故障した場合も同じであった。このため、故障対応のた
めの負担が大きかった。
制御を行う従来の制御システムは、トルクセンサとメカ
ニカル部分からなるトルクセンサ装置と、その出力信号
を用いて演算した制御信号を出力するＥＣＵ（電子制御
装置）とで構成され、トルクセンサの特性の補正は、Ｅ
ＣＵに付属する調整回路を工場出荷時に調整したり、Ｅ
ＣＵの不揮発メモリに補正情報を覚え込ませるなどＥＣ
Ｕ側で補正していたため、センサ装置の一部又は全部が
故障した場合には、現場側で制御システム全体を取り替
えるか、あるいはその一部の部分を交換した後、ＥＣＵ
側で再度の調整を行う必要があった。また、ＥＣＵ側で
故障した場合も同じであった。このため、故障対応のた
めの負担が大きかった。
【００３４】そこで、この実施例では、トルクセンサを
構成する磁気センサに不揮発メモリと各種処理回路とを
内蔵した構成を採用し、トルクセンサ側でオフセット補
正、感度補正、温特補正などを実施するため、トルクセ
ンサの故障に対してその交換を行えばよくＥＣＵ側を調
整する必要がなく、故障対応が簡単となり、費用も格段
に低減可能となる。同様に、ＥＣＵの故障に対してもＥ
ＣＵの交換によりトルクセンサの出力補正をＥＣＵ側で
やり直す必要がなく、故障対応が簡単となり、費用も格
段に低減可能となる。また、構成部品を低減することが
できるので、信頼性の向上につながる。更に、随時、補
正情報の記憶・変更が可能であり、設定を変えるだけで
別のシステムの仕様に合わせた出力に変更することもで
きるので、使用形態の柔軟性を向上することができる。 （第２の実施例） （構成）第２の実施例について、図５を参照して以下に
説明する。
構成する磁気センサに不揮発メモリと各種処理回路とを
内蔵した構成を採用し、トルクセンサ側でオフセット補
正、感度補正、温特補正などを実施するため、トルクセ
ンサの故障に対してその交換を行えばよくＥＣＵ側を調
整する必要がなく、故障対応が簡単となり、費用も格段
に低減可能となる。同様に、ＥＣＵの故障に対してもＥ
ＣＵの交換によりトルクセンサの出力補正をＥＣＵ側で
やり直す必要がなく、故障対応が簡単となり、費用も格
段に低減可能となる。また、構成部品を低減することが
できるので、信頼性の向上につながる。更に、随時、補
正情報の記憶・変更が可能であり、設定を変えるだけで
別のシステムの仕様に合わせた出力に変更することもで
きるので、使用形態の柔軟性を向上することができる。 （第２の実施例） （構成）第２の実施例について、図５を参照して以下に
説明する。
【００３５】図５は、磁気センサＩＣ７の出力をデジタ
ル信号をシリアル出力する方式に変更した磁気センサＩ
Ｃ７のブロック回路図を示す。この場合、図３に示すＤ
／Ａ変換部７Ｊとバッファ７Ｋはシリアル出力部７Ｏを
置換される。
ル信号をシリアル出力する方式に変更した磁気センサＩ
Ｃ７のブロック回路図を示す。この場合、図３に示すＤ
／Ａ変換部７Ｊとバッファ７Ｋはシリアル出力部７Ｏを
置換される。
【００３６】（効果）この実施例によれば、磁気センサ
ＩＣ７は、デジタル信号をシリアル出力するので、実施
例１の磁気センサＩＣ７のアナログ電圧出力による種々
の問題、たとえば、配線抵抗に生じる電圧降下分による
誤差、電磁ノイズの影響などを格段に低減することがで
きる。また、パルス信号を受信するＥＣＵ側において、
信号精度を低下させることなく受信信号を強力なローパ
スフィルタを経由させて高周波ノイズの影響を低減する
ことができる。 （第３の実施例）第３の実施例について、図７を参照し
て以下に説明する。
ＩＣ７は、デジタル信号をシリアル出力するので、実施
例１の磁気センサＩＣ７のアナログ電圧出力による種々
の問題、たとえば、配線抵抗に生じる電圧降下分による
誤差、電磁ノイズの影響などを格段に低減することがで
きる。また、パルス信号を受信するＥＣＵ側において、
信号精度を低下させることなく受信信号を強力なローパ
スフィルタを経由させて高周波ノイズの影響を低減する
ことができる。 （第３の実施例）第３の実施例について、図７を参照し
て以下に説明する。
【００３７】図７は、実施例１のトルクセンサにおい
て、一対の集磁リング９Ａ、９Ｂを追加したものであ
る。
て、一対の集磁リング９Ａ、９Ｂを追加したものであ
る。
【００３８】この集磁リング９Ａ、９Ｂは、リング磁石
５から発せられて一対の半磁気ヨーク６Ａ、６Ｂ間を通
過する磁束を、集磁リング９Ａ、９Ｂに導いて一ケ所に
集中させるリング状の軟磁性体からなる。集磁リング９
Ａは半磁気ヨーク６Ａの輪板部の外周縁に所定の小ギャ
ップを隔てて嵌着されて静止、固定され、集磁リング９
Ｂは半磁気ヨーク６Ａの輪板部の外周縁に所定小ギャッ
プを隔てて嵌着されてて静止、固定されている。また、
集磁リング９Ａ、９Ｂは、所定位置に径方向外側へ向け
て互いに所定間隔を隔てて突出する軟磁性平板からなる
集磁平板部９Ｃ、９Ｄを有している。集磁平板部９Ｃ、
９Ｄ間の軸方向ギャップは、集磁リング９Ａ、９Ｂ間の
軸方向ギャップより相当に短縮されている。また、集磁
リング９Ａ、９Ｂ間の軸方向ギャップを十分広く設定さ
れ、かつ、一対の半磁気ヨーク６Ａ、６Ｂの円筒部（図
１参照）は省略されている。
５から発せられて一対の半磁気ヨーク６Ａ、６Ｂ間を通
過する磁束を、集磁リング９Ａ、９Ｂに導いて一ケ所に
集中させるリング状の軟磁性体からなる。集磁リング９
Ａは半磁気ヨーク６Ａの輪板部の外周縁に所定の小ギャ
ップを隔てて嵌着されて静止、固定され、集磁リング９
Ｂは半磁気ヨーク６Ａの輪板部の外周縁に所定小ギャッ
プを隔てて嵌着されてて静止、固定されている。また、
集磁リング９Ａ、９Ｂは、所定位置に径方向外側へ向け
て互いに所定間隔を隔てて突出する軟磁性平板からなる
集磁平板部９Ｃ、９Ｄを有している。集磁平板部９Ｃ、
９Ｄ間の軸方向ギャップは、集磁リング９Ａ、９Ｂ間の
軸方向ギャップより相当に短縮されている。また、集磁
リング９Ａ、９Ｂ間の軸方向ギャップを十分広く設定さ
れ、かつ、一対の半磁気ヨーク６Ａ、６Ｂの円筒部（図
１参照）は省略されている。
【００３９】このようにすれば、半磁気ヨーク６Ａの一
方の輪板部から一方の集磁リングの一方に入った磁束は
この一方の集磁リングの平板部から他方の平板部に移
り、この他方の平板部から他方の輪板部に移ることにな
る。したがって、リング磁石５のほとんどの磁束が両平
板部間に集束され、両平板部間に介設された磁気センサ
ＩＣ７を貫通する。
方の輪板部から一方の集磁リングの一方に入った磁束は
この一方の集磁リングの平板部から他方の平板部に移
り、この他方の平板部から他方の輪板部に移ることにな
る。したがって、リング磁石５のほとんどの磁束が両平
板部間に集束され、両平板部間に介設された磁気センサ
ＩＣ７を貫通する。
【００４０】（効果）この実施例によれば、図１に示す
従来のトルクセンサよりも感度向上、磁束の平均化によ
る軸ずれなどによる誤差の軽減などの効果を得ることが
できる。 （第４の実施例）第４の実施例について、図６を参照し
て以下に説明する。
従来のトルクセンサよりも感度向上、磁束の平均化によ
る軸ずれなどによる誤差の軽減などの効果を得ることが
できる。 （第４の実施例）第４の実施例について、図６を参照し
て以下に説明する。
【００４１】図６は、実施例１の演算部７Ｉをアナログ
演算回路７Ｐで構成した点をその特徴としている。すな
わち、アナログ演算回路７Ｐは、オペアンプを用いた各
種計算回路を用いて構成されており、ロジック部７Ｌが
指定する演算を行う。これに伴い、不揮発メモリ７Ｎの
出力信号は、Ｄ／Ａ変換部７Ｊによりアナログ電圧に変
換されてアナログ演算回路７Ｐに出力される。
演算回路７Ｐで構成した点をその特徴としている。すな
わち、アナログ演算回路７Ｐは、オペアンプを用いた各
種計算回路を用いて構成されており、ロジック部７Ｌが
指定する演算を行う。これに伴い、不揮発メモリ７Ｎの
出力信号は、Ｄ／Ａ変換部７Ｊによりアナログ電圧に変
換されてアナログ演算回路７Ｐに出力される。
【００４２】このようにすれば、図１に示すＡ／Ｄ変換
部を必要としないので回路構成の簡素化と演算の高速化
とを実現することができる。
部を必要としないので回路構成の簡素化と演算の高速化
とを実現することができる。
【図１】実施例１のトルクセンサの軸方向断面図であ
る。
る。
【図２】図１のトルクセンサの分解斜視図である。
【図３】図１のトルクセンサのブロック回路図である。
【図４】図１のロック部の機能を示す模式ブロック回路
図である。
図である。
【図５】実施例２のトルクセンサのブロック回路図であ
る。
る。
【図６】実施例３のトルクセンサの分解斜視図である。
【図７】実施例４のトルクセンサのブロック回路図であ
る。
る。
１ トルクセンサ
４ トーションバー
５ リング磁石
６ 磁気ヨーク
７ 磁気センサＩＣ
７Ｅ 温度検出器（温度検出部）
７Ｇ 磁気センサ（検出部）
７Ｈ Ａ／Ｄ変換部
７Ｉ 演算部（補正演算部、ＣＰＵ）
７Ｌ ロジック部（動作制御部）
７Ｍ ロック部（動作制御部）
７Ｎ 不揮発メモリ（書き換え可能不揮発メモリ）
９ 集磁リング
フロントページの続き
(72)発明者 武田 憲司
愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会
社日本自動車部品総合研究所内
(72)発明者 中根 直樹
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会
社デンソー内
(72)発明者 杉村 清
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会
社デンソー内
Claims (6)
- 【請求項１】物理量又は化学量を電気量として検出する
検出部と、 自己の温度を検出する温度検出部と、 検出した前記電気量の誤差を補正するための補正用デー
タを書き換え可能に記憶する書き換え可能不揮発メモリ
と、 検出された前記温度及び前記補正用データに基づいて前
記電気量のオフセット補正、感度補正及び温度補正を行
った後、補正済み信号を出力する補正演算部と、 を一体に集積してなることを特徴とする出力補正回路内
蔵型半導体センサ。 - 【請求項２】請求項１記載の出力補正回路内蔵型半導体
センサにおいて、 外部からの動作指令及び前記補正用データを受信すると
ともに、受信した前記動作指令が前記書き換え可能不揮
発メモリへの前記補正用データの書き込み指令である場
合に、その後で受信した前記補正用データを前記書き換
え可能不揮発メモリに書き込む動作制御部を有すること
を特徴とする出力補正回路内蔵型半導体センサ。 - 【請求項３】請求項２記載の出力補正回路内蔵型半導体
センサにおいて、 前記動作制御部は、 印加される電源電圧に重畳される二値電圧信号に基づい
て前記動作指令及び前記補正用データを受信することを
特徴とする出力補正回路内蔵型半導体センサ。 - 【請求項４】請求項２記載の出力補正回路内蔵型半導体
センサにおいて、 前記動作制御部は、 受信した前記動作指令が前記書き換え可能不揮発メモリ
への前記補正用データの書き込み禁止指令である場合
に、その後で前記書き込み指令を受信しても前記書き換
え可能不揮発メモリへの書き込みを禁止することを特徴
とする出力補正回路内蔵型半導体センサ。 - 【請求項５】請求項１記載の出力補正回路内蔵型半導体
センサにおいて、 前記補正演算部は、前記検出部から出力されるアナログ
信号電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部を有す
るＣＰＵからなり、 前記書き換え可能不揮発メモリは、前記ＣＰＵの補正演
算用のプログラムを格納することを特徴とする出力補正
回路内蔵型半導体センサ。 - 【請求項６】請求項１乃至５のいずれか記載の出力補正
回路内蔵型半導体センサを用いるトーションバー式トル
クセンサにおいて、 入力軸と出力軸とを結合してトルクをねじれ変位に変換
する弾性部材と、 所定ピッチで周方向極性交互に磁極が形成される周面を
有して前記両軸の一方に固定されるリング磁石と、 前記両軸の他方に固定されて前記リング磁石の前記周面
に所定ギャップを隔てて、かつ、互いに所定ギャップを
隔てて対面して前記リング磁石の磁束が順次に流れる一
対の磁気ヨークと、 を備え、 前記検出部は、 前記両磁気ヨーク間の前記ギャップに配置されて前記両
軸間の相対回動角により変調される前記磁束を検出する
ことを特徴とするトーションバー式トルクセンサ。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002038879A JP2003240652A (ja) | 2002-02-15 | 2002-02-15 | 出力補正回路内蔵型半導体センサ及びトーションバー式トルクセンサ |
| US10/355,019 US6847902B2 (en) | 2002-02-15 | 2003-01-31 | Adjustment-circuit embedded semiconductor sensor and torsion bar type torque sensor system |
| FR0301728A FR2837281B1 (fr) | 2002-02-15 | 2003-02-13 | Capteur a semi-conducteur a circuit de reglage integre et systeme de capteur de couple de type a barre de torsion |
| DE10306306A DE10306306B4 (de) | 2002-02-15 | 2003-02-14 | In eine Einstellschaltung eingebetteter Halbleitersensor und Torsionsstab-Drehmomentsensorsystem |
| US11/012,383 US7110902B2 (en) | 2002-02-15 | 2004-12-16 | Adjustment-circuit embedded semiconductor sensor and torsion bar type torque sensor system |
| FR0607970A FR2889306B1 (fr) | 2002-02-15 | 2006-09-12 | Capteur a semi-conducteur a circuit de reglage integre et systeme de capteur de couple de type a barre de torsion. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002038879A JP2003240652A (ja) | 2002-02-15 | 2002-02-15 | 出力補正回路内蔵型半導体センサ及びトーションバー式トルクセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003240652A true JP2003240652A (ja) | 2003-08-27 |
Family
ID=27655120
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002038879A Pending JP2003240652A (ja) | 2002-02-15 | 2002-02-15 | 出力補正回路内蔵型半導体センサ及びトーションバー式トルクセンサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6847902B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003240652A (ja) |
| DE (1) | DE10306306B4 (ja) |
| FR (2) | FR2837281B1 (ja) |
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| JP2010002382A (ja) * | 2008-06-23 | 2010-01-07 | Kayaba Ind Co Ltd | トルクセンサの出力調整方法 |
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| DE102007044471A1 (de) * | 2007-09-18 | 2009-04-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur abschnittsweisen Bestimmung eines parameterabhängigen Korrekturwertnäherungsverlaufs und Sensoranordnung |
| EP2212670A1 (de) * | 2007-11-13 | 2010-08-04 | GIF Gesellschaft für Industrieforschung mbH | Drehmomentmesseinrichtung, drehmomentmessflansch und drehmomentmessverfahren |
| DE102008028826A1 (de) * | 2008-06-19 | 2009-12-24 | GIF Gesellschaft für Industrieforschung mbH | Drehmomentmesseinrichtung, Drehmomentmessflansch und Drehmomentmessverfahren |
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| JP2014240234A (ja) | 2013-06-11 | 2014-12-25 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 操舵制御装置 |
| JP6217609B2 (ja) * | 2014-11-27 | 2017-10-25 | 株式会社デンソー | 磁気検出装置、および、これを用いたトルクセンサ |
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