JP2003503696A - ホールバーを備えたトルクセンサ - Google Patents

ホールバーを備えたトルクセンサ

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JP2003503696A
JP2003503696A JP2001506464A JP2001506464A JP2003503696A JP 2003503696 A JP2003503696 A JP 2003503696A JP 2001506464 A JP2001506464 A JP 2001506464A JP 2001506464 A JP2001506464 A JP 2001506464A JP 2003503696 A JP2003503696 A JP 2003503696A
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デビオル、パスカル
ニコ、クリストフ
ペルー、フェルナン
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NTN SNR Roulements SA
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Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • 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

Abstract

(57)【要約】 本発明は、磁気パルス生成部材を有するアセンブリに印加されるトルクを検知するためのトルクセンサに関し、同センサは、少なくとも２つのサブアセンブリに分割されると共に整列された複数のセンサ素子を備え、同サブアセンブリにより生成される信号は、印加トルクに応じて変化するアナログ信号を供与可能な電子回路により処理される。また、本発明は、同センサにより生成される信号の処理プロセスを提起する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、トルクセンサの技術分野に関する。 本発明は、特に、車両の補助ステアリングシステムに適用されるトルクセンサ
の分野に向けられたものであるが、これに限定されるものではない。
【０００２】 同システムは、従来、車両のステアリング装置に対して搭載されたトルクセン
サを備える。 先行技術において、既に、例えばフランス特許出願公開第Ａ−２６８９６３３
号に記載されているような、ホール効果を適用するトルクセンサが知られている
。
【０００３】 また、印加されたトルクの作用下で変形する部材に結合された磁気部材と、実
質的に抑止されない部材に結合されたホール効果センサとの間において、相対移
動を検知するトルクセンサが知られている。
【０００４】 このような装置は、迅速な移動を示す磁気部材の使用に依存するものであり、
同磁気部材に対向するように、アナログアウトプットを備えたホール効果センサ
が配置されている。
【０００５】 このような装置は、以下のような不利な点を示す。 − センサ感度が温度に応じて変化する。実際に、温度によりセンサ及び磁石の
ずれが生じる。或る補正原理では、温度による磁石のずれを部分的に補償するホ
ール効果センサ、又は適切な処理を行う電子機器を用いる。このような原理は、
センサ感度の無作為なずれ及びセンサのオフセットを考えると、限定的な性能を
示すに留まる。
【０００６】 − 外部磁気摂動を完全に阻止するために、磁気遮蔽装置を用いなければならな
い。 − 磁気オフセット、及びそれにより派生する温度によるゼロ点からのずれを最
小限にするために、センサー要素を可動磁気部材に対して精確に位置決めしなけ
ればならない。
【０００７】 更に、サブアセンブリにより互いに組み合わされると共に、所定の線形、場合
によっては直線状に配置された複数のホール管を備えた、磁場源の移動を検知可
能な装置が知られている。
【０００８】 国際特許出願公開第ＷＯ−Ａ−９４０５９７４号及び国際特許出願公開第ＷＯ
−Ａ−９４０５９７５号では、所定の線形に沿って互いに所定間隔をもって配置
された複数のホール効果素子を備える装置が記載されている。
【０００９】 欧州特許出願公開第ＥＰ−Ａ−５９０２２２号では、少なくとも空間の一点に
おいて相殺される磁場構成要素を備えた、磁気素子の位置を検知可能な磁気位置
センサが記載されており、同センサは、同磁場構成要素及び複数の管を流れる電
流に対して垂直方向に配列された管網を成す複数のホール管を備えている。また
、欧州特許出願公開第ＥＰ−Ａ−５９１１１３号を参照してもよい。
【００１０】 国際特許出願公開第ＷＯ−Ａ−９３２２６２３号では、線状に配置された一連
のホール効果整流子に対する磁石の位置を示す累積信号を生成する装置が記載さ
れている。
【００１１】 本発明は、先行技術において知られている不利な点を示さないホール効果又は
磁気抵抗センサの技術を用いたトルクセンサに関する。 この点において、且つ第１の観点において、本発明は、磁気パルス生成部材を
有するアセンブリに印加されるトルクを測定するためのトルクセンサを提起する
ものであり、同センサは、少なくとも２つのサブアセンブリに分割されると共に
配列された複数のセンサ素子を備え、同サブアセンブリにより生成される信号は
、印加されるトルクに応じて変化するアナログ信号を供与可能な電子回路により
処理される。
【００１２】 センサ素子は、例えば、偶数個備えられ、ホール効果管、磁気抵抗、及び大型
磁気抵抗から成る群より選択され、互いに等間隔をもって配置されている。 第２の観点において、本発明は、上記のセンサにより生成される信号の処理プ
ロセスを提起するものであり、同プロセスは以下に示すステップから成る。
【００１３】 − Ｎ個のセンサ素子から成るサブアセンブリを少なくとも２つ設けること。 − 第１の加算値Ｓ1を生成すべく、第１のサブアセンブリの各センサ素子によ
り生成される信号の総和を求めること。 − 第２の加算値Ｓ2を生成すべく、第２のサブアセンブリの各センサ素子によ
り生成される信号の総和を求めること。
【００１４】 − 印加されるトルクに応じて変化する信号を生成すべく、信号Ｓ1及び−Ｓ2の
総和を求めること。 センサ素子から成るサブアセンブリを設けるために選択される偶数のセンサ素
子数の選択は、ＥＥＰＲＯＭ型，ＺＥＮＥＲ ＺＡＰＰＩＮＧ型等に基づくプロ
グラミングにより実施される。
【００１５】 変形例として、Ｐ個のセンサ素子から成る４つのサブアセンブリを形成するた
めに４の倍数のセンサ素子数が採用されるが、このプロセスは以下のステップを
含む。
【００１６】 − 信号Ｓ1を生成すべく、第１のサブアセンブリの各センサ素子により生成さ
れる信号の総和を求めること。 − 信号Ｓ2を生成すべく、第２のサブアセンブリの各センサ素子により生成さ
れる信号の総和を求めること。
【００１７】 − 信号Ｓ’1を生成すべく、第３のサブアセンブリの各センサ素子により生成
される信号の総和を求めること。 − 信号Ｓ’2を生成すべく、第４のサブアセンブリの各センサ素子により生成
される信号の総和を求めること。
【００１８】 − 印加されるトルクに応じて変化する少なくとも１つの信号を得るべく、信号
ＳＩＮ＝Ｓ1−Ｓ2−（Ｓ’1−Ｓ’2）及び／又はＣＯＳ＝Ｓ1＋Ｓ2−（Ｓ’1＋
Ｓ’2）及び／又はＳＩＮ＋ＣＯＳを求めること。
【００１９】 準変形例として、印加されるトルクがゼロである場合にゼロになる強度を有す
ると共に、印加トルクに応じて変化する信号ＳＩＮ＋Ｇ．ＣＯＳ又はＧ．ＳＩＮ
＋ＣＯＳを得るべく、プログラム可能なゲインＧを信号ＣＯＳ及び／又は信号Ｓ
ＩＮに適用する。
【００２０】 このプロセスは以下のステップを備え得る。 − 各センサ素子により生成される最大信号の検出。 − 検出された最大信号に応じたセンサ感度の調整。 第３の観点において、本発明は、ＡＳＩＣ型特定用途向け集積回路を備えた上
記のプロセスを適用するための装置を提起する。 第４の観点において、本発明は、センサのセンサ素子がＡＳＩＣ特定用途向け
集積回路に含まれることを備えると共に、上記の装置に結合された前述のトルク
センサから成るアセンブリを提起する。
【００２１】 第５の観点において、本発明は、縁効果を低減すると共に測定範囲全体にわた
って正弦磁場を得るべく、トルクセンサのセンサ素子と、任意の１つの極におい
て隣接する極に対して逆の磁化方向を示す少なくとも２対の磁極との間における
相対移動を検知することによってトルクを測定するための、上記のアセンブリの
適用に関する。
【００２２】 本発明のその他の目的及び有利な点は、添付図面を参照して成される説明であ
る下記の実施形態の説明において明らかにされよう。 検知装置１は、互いに等間隔ｄをもって配置された、磁気抵抗型又はホール効
果管型の偶数２Ｎ個のセンサ素子２を備える。これら素子２は実質的に直線Ｄに
沿って配置され、例えば、センサ素子２は直線に近い円弧状に沿って配置され得
る。
【００２３】 図示されている実施形態では、２４個のセンサ素子２が設けられている。 このような配置により、複数のセンサ素子２から成る、長さ（２Ｎ−１）ｄの
バー３が画定される。 検知装置は、また、例えば、バー３に対向するように配置された多極磁気部材
の角度位置等の情報を得るべく、異なるセンサ素子２により生成されるアナログ
信号の処理を可能にする電子回路４を備える。
【００２４】 検知装置は、特定の用途に向けて適合された集積回路、即ち、要求に部分的又
は完全に応じるように設計された集積回路を参照すべくしばしばＡＳＩＣという
用語で呼ばれる回路を形成するように、例えばＡｓＧａ等のシリコーン基板等に
集積され得る。
【００２５】 多極磁気部材は、任意の１つの極において隣接する極に対して逆の磁化方向を
示す２対の磁極を備えることから、エアギャップを考慮した磁気誘導は、測定範
囲全体において正弦形と同等であると考えられ、従って、縁効果による変形は示
さない。実際に、補足的な２つの極を備えることにより、縁効果を測定範囲外に
移動させることが可能である。従って、磁場の磁気周期は、エアギャップに供与
される正弦波の周期として定義される。
【００２６】 図示されている実施の形態では、複数のセンサ素子２から成るバー３は、１つ
の完全な磁気周期をカバーする。 変形例として、複数のセンサ素子２から成るバー３が１つ以上の磁気周期を検
知する場合には、例えばＥＥＰＲＯＭ型又はＺＥＮＥＲ ＺＡＰＰＩＮＧ型のプ
ログラミングにより、センサ素子２から成るバー３の長さを、２Ｎに対して用い
られる２Ｍ個（ＭはＮより小さい）に減らすことが可能である。
【００２７】 図１に示す実施の形態では、複数のセンサ素子２から成るアセンブリは、Ｎ個
の要素から成る２つのサブアセンブリ５，６に分割される。 第１のサブアセンブリ５における各センサ素子２は、Ｎ個の第１のセンサ素子
２により生成される信号の加算を確実に行う増幅器等の、第１の加算器７に接続
されている。
【００２８】 同様に、第２のサブアセンブリ６における各センサ素子２は、Ｎ個の別のセン
サ素子により生成される信号の加算を確実に行う第２の加算器８に接続されてい
る。
【００２９】 第１の加算手段７のアウトプットＳ1と、逆転器９を介する第２の加算手段８
のアウトプットＳ2とは、第３の加算手段１０のインプットに接続されている。 従って、第３の加算手段１０のアウトプットにおいて、印加されるトルク（即
ち、磁気部材に対向するバー３の相対移動）に応じて変化する信号Ｓ1−Ｓ2が得
られる。
【００３０】 この第１の実施の形態においては、複数のセンサ素子２から成るバー３は、ト
ルクゼロの状態にて磁気部材に対向するように位置決めされる。 従って、複数のセンサ素子２から成るバー３に対する磁気部材の移動に応じて
供与される信号Ｓ1−Ｓ2の変化は、ゼロ点を中心とした正弦形である（図１参照
）。トルクの測定範囲に適した傾きを選択することにより、トルクに応じて変化
する略線形のアウトプットが得られることが判る。
【００３１】 磁気オフセットは、検知された信号Ｓ1及びＳ2に加算される連続成分に対応す
る。しかしながら、磁気オフセット又は外部磁気摂動が複数のセンサ素子から成
るアセンブリにおいて均一であると想定されることから、引き算Ｓ1−Ｓ2は磁気
オフセットに関連する連続成分を含まない。
【００３２】 本実施の形態の変形例（図示せず）において、第１の加算手段７のアウトプッ
トＳ1と第２の加算手段８のアウトプットＳ2とは、信号Ｓ1＋Ｓ2を生成すべく、
１つの補足的な加算手段に接続されている。
【００３３】 従って、複数のセンサ素子２から成るバー３を磁気部材に対して精確に位置決
めする必要を省く手段としては、２つの信号Ｓ1＋Ｓ2及びＳ1−Ｓ2の一方をプロ
グラム可能なゲインＧにより増幅することにより、これらの信号から成る線形の
組み合わせを形成することが挙げられる。このようなアプローチを、第２の実施
の形態に関連させて以下に記載する。
【００３４】 しかしながら、信号Ｓ1＋Ｓ2はＳ1及びＳ2の加算によって得られるものである
ことから、上記のようにして得られた印加トルクに応じて変化する信号は、エン
コーダの磁気オフセット又は外部摂動を全く含まないわけではない。
【００３５】 図２に示す第２の実施の形態では、磁気オフセットを含まない印加トルクに応
じて変化する信号を用いることにより、複数のセンサ素子２から成るバー３を磁
気部材に対して精確に位置決めする必要を省くことが可能になる。
【００３６】 複数のセンサ素子２から成るバー３は、Ｐ個のセンサ素子から成る４つの四半
部に分割され、増幅加算器及び逆転器を主構成要素とする電子回路は、４Ｐ個の
センサ素子から成るバーにおいてＰ個のセンサ素子から成る第１、第２、第３、
及び第４のサブアセンブリによりそれぞれ生成される信号Ｓ1，Ｓ2，Ｓ’1及び
Ｓ’2を得ることを可能にする。
【００３７】 従って、生成されるアナログ信号は以下の通りである。 ＳＩＮ＝（Ｓ1−Ｓ2）−（Ｓ’1−Ｓ’2），及び ＣＯＳ＝（Ｓ1＋Ｓ2）−（Ｓ’1＋Ｓ’2）． ２つの信号ＳＩＮ及びＣＯＳは四半部の引き算によって得られるため、上記の
検知装置は、完全な積分により、いずれも磁気オフセットを含まない同信号を供
与する。
【００３８】 これら２つの信号又は同信号の総和は、印加されるトルク（即ち、磁気部材に
対するバー３の相対移動）に応じて変化する。 複数のセンサ部材２から成るバー３の磁気部材に対する位置決めにおける偏り
は、アウトプット信号においてゼロ点からのずれを誘導する（即ち、中心合わせ
が不正確である場合には、トルクゼロにおいて信号はゼロではない。）
【００３９】 この問題を解決するための１つの手段としては、プログラム可能なゲインＧに
より信号ＳＩＮ及び／又は信号ＣＯＳを増幅し、その後、加算手段によりこれら
増幅信号の総和を求めることが挙げられる。
【００４０】 例えば、信号ＣＯＳのみが増幅される場合には、印加されるトルクを測定する
ために用いられる信号はＳＩＮ＋Ｇ．ＣＯＳとなる。 従って、ゼロ点調整の実施の一例としては、複数のセンサ素子２から成るバー
３を磁気部材に対して大まかに位置決めし、その後、信号ＳＩＮ＋Ｇ．ＣＯＳが
トルクゼロにおいてゼロになるように、プログラミングによりゲインＧを調整す
ることが挙げられる。
【００４１】 上記２つの実施の形態における変形例では、トルクセンサは温度に依存しない
アナログ信号を供与する。 この目的を達成するためには、各センサ素子２により生成される信号は、最大
信号を選択することを可能にする検知手段に接続される。同最大信号に応じ、且
つセンサ素子２に流される電流の調整器を介して、センサ素子２の感度は、セン
サアウトプットにて一定の振幅を有すると共に温度に依存しない信号が得られる
ように調節される。
【００４２】 このような装置においても、同様に、トルクセンサのアウトプットにおいてエ
アギャップの変動に依存しない信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における検知装置の第１実施形態を示す図。
【図２】本発明における検知装置の第２実施形態を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペルー、フェルナン フランス国 Ｆ−74540 アルビ−シュー ル−シェラン エリ シュール アルビ Ｆターム(参考） 3D033 CA28 DB05

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】磁気パルス生成部材を有するアセンブリに印加されるトルクを
    検知するためのトルクセンサにおいて、同センサは整列された複数のセンサ素子
    （２）を備え、同センサ素子（２）は少なくとも２つのサブアセンブリに分割さ
    れ、同サブアセンブリにより生成される信号は、印加トルクに応じて変化するア
    ナログ信号を供与可能な電子回路により処理されることを特徴とするトルクセン
    サ。
  2. 【請求項２】センサ素子（２）は、ホール効果管、磁気抵抗、大型磁気抵抗
    を含む群より選択されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
  3. 【請求項３】センサ素子（２）は互いに等間隔をもって配置されることを特
    徴とする請求項１又は請求項２に記載のセンサ。
  4. 【請求項４】センサ素子（２）の数は偶数であることを特徴とする請求項１
    〜請求項３のいずれか１項に記載のセンサ。
  5. 【請求項５】請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のセンサにより生成
    される信号の処理プロセスにおいて、 Ｎ個のセンサ素子（２）から成る少なくとも２つのサブアセンブリ（５，６）
    を設けるステップと、 第１の加算値Ｓ1を生成すべく、第１のサブアセンブリ（５）の各センサ素子
    （２）により生成される信号の総和を求めるステップと、 第２の加算値Ｓ2を生成すべく、第２のサブアセンブリ（６）の各センサ素子
    （２）により生成される信号の総和を求めるステップと、 印加されるトルクに応じて変化する信号を生成すべく、信号Ｓ1及び−Ｓ2の総
    和を求めるステップと、を備えることを特徴とする処理プロセス。
  6. 【請求項６】複数のセンサ素子（２）から成るサブアセンブリを設けるため
    に選択される同センサ素子（２）における偶数の配置数は、ＥＥＰＲＯＭ型、Ｚ
    ＥＮＥＲ ＺＡＰＰＩＮＧ型等に基づくプログラミングにより選択されることを
    特徴とする請求項５に記載のプロセス。
  7. 【請求項７】Ｐ個のセンサ素子から成る４つのサブアセンブリを形成するた
    めに、センサ素子（２）における４の倍数の配置数が採用されることを特徴とす
    る請求項５又は請求項６に記載のプロセスであって、 信号Ｓ1を生成すべく、第１のサブアセンブリの各センサ素子（２）により生
    成される信号の総和を求めるステップと、 信号Ｓ2を生成すべく、第２のサブアセンブリの各センサ素子（２）により生
    成される信号の総和を求めるステップと、 信号Ｓ’1を生成すべく、第３のサブアセンブリの各センサ素子（２）により
    生成される信号の総和を求めるステップと、 信号Ｓ’2を生成すべく、第４のサブアセンブリの各センサ素子（２）により
    生成される信号の総和を求めるステップと、 印加されるトルクに応じて変化する少なくとも１つの信号を生成すべく、信号
    ＳＩＮ＝Ｓ1−Ｓ2−（Ｓ’1−Ｓ’2）及び／又はＣＯＳ＝Ｓ1＋Ｓ2−（Ｓ’1＋
    Ｓ’2）及び／又はＳＩＮ＋ＣＯＳを求めるステップと、を備えることを特徴と
    するプロセス。
  8. 【請求項８】印加されるトルクがゼロである場合にはゼロになる強度を有す
    ると共に、印加トルクに応じて変化する信号ＳＩＮ＋Ｇ．ＣＯＳ又はＧ．ＳＩＮ
    ＋ＣＯＳを生成すべく、プログラム可能なゲインＧを信号ＣＯＳ及び／又は信号
    ＳＩＮに適用することを特徴とする請求項７に記載のプロセス。
  9. 【請求項９】 各センサ素子（２）により生成される最大信号を検出するス
    テップと、 検出された最大信号に応じてセンサ感度を調整するステップと、を備えること
    を特徴とする請求項５〜請求項８までのいずれか１項に記載のプロセス。
  10. 【請求項１０】ＡＳＩＣ型特定用途向け集積回路を備えることを特徴とする
    請求項５〜請求項９に記載のプロセスを適用するための装置。
  11. 【請求項１１】センサの複数のセンサ素子（２）は、ＡＳＩＣ特定用途向け
    集積回路に含まれることを特徴とする請求項１０に記載の装置に結合された請求
    項１〜請求項４に記載のトルクセンサから成るアセンブリ。
  12. 【請求項１２】縁効果を低減すると共に測定範囲全体にわたって正弦磁場を
    得るべく、トルクセンサの複数のセンサ素子（２）と、任意の１つの極において
    隣接する極に対して逆の磁化方向を示す少なくとも２対の磁極との間における相
    対移動を検知することによりトルクを測定するための請求項１１に記載のアセン
    ブリの適用。
JP2001506464A 1999-06-24 2000-05-31 ホールバーを備えたトルクセンサ Pending JP2003503696A (ja)

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