JP2005265580A - Torque detector - Google Patents
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Description
本発明は、車両の電動パワーステアリング装置等に好適に使用され、連結軸により同軸に連結された第1軸及び第2軸と、第1軸に固設された永久磁石と、第2軸に固定され、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、軟磁性体に発生した磁束を検出する検出器とを備え、第1軸又は第2軸にトルクが加えられたときに、検出器の出力に基づき、トルクを検出するトルク検出装置に関するものである。 The present invention is suitably used for an electric power steering device of a vehicle, and the like. The first shaft and the second shaft are coaxially connected by a connecting shaft, the permanent magnet fixed to the first shaft, and the second shaft. A plurality of soft magnetic bodies that are fixed and arranged in a magnetic field of a permanent magnet to form a magnetic circuit, and a detector that detects a magnetic flux generated in the soft magnetic body, and torque is applied to the first axis or the second axis. The present invention relates to a torque detection device that detects torque based on the output of a detector when added.
車両の舵取装置に、電動モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置がある。これは、操舵部材(ステアリングホイール、ハンドル)に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルク検出装置が入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵補助用の電動モータを駆動制御するものである。 As a vehicle steering apparatus, there is an electric power steering apparatus that assists steering by driving an electric motor to reduce a burden on a driver. This includes an input shaft connected to a steering member (steering wheel, steering wheel), an output shaft connected to a steering wheel by a pinion, a rack, and the like, and a connecting shaft that connects the input shaft and the output shaft. The torque detection device detects the steering torque applied to the input shaft based on the angle, and drives and controls the steering assist electric motor linked to the output shaft based on the detected steering torque value.
このような電動パワーステアリング装置のトルク検出装置には、従来、コイルを用いて回転位置を検出する磁気検知式レゾルバ、又は光の透過を検知する光学式エンコーダの検出装置等が使用されている。また、特許文献1には、トーションバーにより同軸に連結された入力軸及び出力軸と、入力軸に固設されたリング状の永久磁石と、出力軸に固定され、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体からなる磁気ヨークと、磁気ヨークに発生した磁束を検出する磁気センサとを備え、入力軸にトルクが加えられたときに、磁気センサの出力に基づき、トルクを検出するトルクセンサが記載されている。
上述したようなトルクセンサでは、トーションバーが捩れ過ぎて破損するのを防止する為に、所定角度以上に捩れるのを機械的に止めるストッパーが別途必要であり、このストッパーを設ける為に、入力軸及び出力軸を加工する必要があり、また、ストッパーと永久磁石又は磁気ヨークの相対位置を合わせて組み付ける必要があり、手間が掛かるという問題がある。 In the torque sensor as described above, in order to prevent the torsion bar from being twisted too much and being damaged, a stopper that mechanically stops twisting beyond a predetermined angle is necessary. There is a problem that it is necessary to process the shaft and the output shaft, and it is necessary to assemble the stopper with the relative position of the permanent magnet or the magnetic yoke, which is troublesome.
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、ストッパーを設ける為に、入力軸及び出力軸を加工する必要がなく、また、ストッパーと永久磁石又は磁気ヨークの相対位置を合わせて組み付ける必要がないトルク検出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 circumstances as described above, and it is not necessary to process the input shaft and the output shaft in order to provide the stopper, and the relative position of the stopper and the permanent magnet or magnetic yoke is aligned. It is an object of the present invention to provide a torque detector that does not need to be assembled.
第1発明に係るトルク検出装置は、連結軸により同軸に連結された第1軸及び第2軸と、該第1軸の所定個所に同軸に固設された円筒形状の永久磁石と、前記第2軸に固定され、前記永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、該軟磁性体に発生した磁束を検出する検出器とを備え、前記第1軸又は第2軸にトルクが加えられたときに、前記検出器の出力に基づき、前記トルクを検出すべくなしてあるトルク検出装置において、前記永久磁石の一端面及び該一端面に対向する前記軟磁性体の部位に、前記連結軸が所定角度捩れたときに、互いに当接すべき当接部をそれぞれ備え、前記連結軸の捩れを前記所定角度以下に制限すべくなしてあることを特徴とする。 A torque detection device according to a first aspect of the present invention includes a first shaft and a second shaft that are coaxially coupled by a coupling shaft, a cylindrical permanent magnet that is coaxially fixed at a predetermined position of the first shaft, A plurality of soft magnetic bodies fixed to two axes and arranged in a magnetic field of the permanent magnet to form a magnetic circuit, and a detector for detecting a magnetic flux generated in the soft magnetic bodies, the first axis or In the torque detection device for detecting the torque based on the output of the detector when torque is applied to the second shaft, the soft magnet facing the one end surface of the permanent magnet and the one end surface The body is provided with contact portions that should contact each other when the connecting shaft is twisted by a predetermined angle, and the twist of the connecting shaft is limited to the predetermined angle or less. .
このトルク検出装置では、第1軸及び第2軸が、連結軸により同軸に連結され、円筒形状の永久磁石が、第1軸の所定個所に同軸に固設され、複数の軟磁性体が、第2軸に固定され、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する。検出器が、軟磁性体に発生した磁束を検出し、第1軸又は第2軸にトルクが加えられたときに、検出器の出力に基づき、そのトルクを検出する。永久磁石の一端面及びこの一端面に対向する軟磁性体の部位のそれぞれの当接部が、連結軸が所定角度捩れたときに、互いに当接し、連結軸の捩れを所定角度以下に制限する。 In this torque detector, the first shaft and the second shaft are coaxially connected by a connecting shaft, a cylindrical permanent magnet is coaxially fixed at a predetermined position of the first shaft, and a plurality of soft magnetic bodies are provided. Fixed to the second axis and disposed within the magnetic field of the permanent magnet to form a magnetic circuit. The detector detects the magnetic flux generated in the soft magnetic material, and detects the torque based on the output of the detector when torque is applied to the first axis or the second axis. The abutting portions of the one end surface of the permanent magnet and the portion of the soft magnetic material facing the one end surface are in contact with each other when the connecting shaft is twisted by a predetermined angle, and the twist of the connecting shaft is limited to a predetermined angle or less. .
第2発明に係るトルク検出装置は、前記永久磁石の当接部は、強度を増す為に、又は表面を保護する為に、表面処理されていることを特徴とする。 The torque detector according to a second aspect is characterized in that the contact portion of the permanent magnet is subjected to a surface treatment in order to increase the strength or to protect the surface.
第3発明に係るトルク検出装置は、連結軸により同軸に連結された第1軸及び第2軸と、該第1軸の所定個所に同軸に固設された円筒形状の永久磁石と、前記第2軸に固定され、前記永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、該軟磁性体に発生した磁束を検出する検出器とを備え、前記第1軸又は第2軸にトルクが加えられたときに、前記検出器の出力に基づき、前記トルクを検出すべくなしてあるトルク検出装置において、前記永久磁石は、一端面に該永久磁石とは異なる材質の部分を備え、該部分及び該部分に対向する前記軟磁性体の部位に、前記連結軸が所定角度捩れたときに、互いに当接すべき当接部をそれぞれ有し、前記連結軸の捩れを前記所定角度以下に制限すべくなしてあることを特徴とする。 A torque detector according to a third aspect of the present invention includes a first shaft and a second shaft that are coaxially coupled by a coupling shaft, a cylindrical permanent magnet that is coaxially fixed at a predetermined position of the first shaft, A plurality of soft magnetic bodies fixed to two axes and arranged in a magnetic field of the permanent magnet to form a magnetic circuit, and a detector for detecting a magnetic flux generated in the soft magnetic bodies, the first axis or In the torque detection device for detecting the torque based on the output of the detector when torque is applied to the second shaft, the permanent magnet is made of a material different from the permanent magnet on one end surface. Each of which has a contact portion that should be in contact with each other when the connecting shaft is twisted by a predetermined angle at the portion and the portion of the soft magnetic body facing the portion. It should be limited to the predetermined angle or less.
このトルク検出装置では、第1軸及び第2軸が、連結軸により同軸に連結され、円筒形状の永久磁石が、第1軸の所定個所に同軸に固設され、複数の軟磁性体が、第2軸に固定され、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する。検出器が、軟磁性体に発生した磁束を検出し、第1軸又は第2軸にトルクが加えられたときに、検出器の出力に基づき、そのトルクを検出する。永久磁石は、一端面に異なる材質の部分を備え、この異なる材質の部分及びこの部分に対向する軟磁性体の部位のそれぞれの当接部が、連結軸が所定角度捩れたときに、互いに当接し、連結軸の捩れを所定角度以下に制限する。 In this torque detector, the first shaft and the second shaft are coaxially connected by a connecting shaft, a cylindrical permanent magnet is coaxially fixed at a predetermined position of the first shaft, and a plurality of soft magnetic bodies are provided. Fixed to the second axis and disposed within the magnetic field of the permanent magnet to form a magnetic circuit. The detector detects the magnetic flux generated in the soft magnetic material, and detects the torque based on the output of the detector when torque is applied to the first axis or the second axis. The permanent magnet has a portion made of a different material on one end surface, and the contact portions of the different material portion and the portion of the soft magnetic material facing the portion are contacted with each other when the connecting shaft is twisted by a predetermined angle. The twist of the connecting shaft is limited to a predetermined angle or less.
本発明に係るトルク検出装置によれば、ストッパーを設ける為に、入力軸及び出力軸を加工する必要がなく、また、ストッパーと永久磁石又は磁気ヨークの相対位置を合わせて組み付ける必要がなく、製造コストの削減を図ることが可能なトルク検出装置を実現することが出来る。 According to the torque detection device of the present invention, it is not necessary to process the input shaft and the output shaft in order to provide the stopper, and it is not necessary to assemble the stopper and the permanent magnet or the magnetic yoke in matching positions. A torque detection device capable of reducing the cost can be realized.
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図1は、本発明に係るトルク検出装置の実施の形態の構成を示す説明図であり、(a)は分解斜視図、(b)は縦断面図である。このトルク検出装置は、入力軸1(第1軸)と出力軸2(第2軸)とを、細径のトーションバー3(連結軸)を介して同軸状に連結している。入力軸1及び出力軸2は、それぞれピン9によりトーションバー3に連結されている。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof. FIG. 1 is an explanatory view showing a configuration of an embodiment of a torque detection device according to the present invention, in which (a) is an exploded perspective view and (b) is a longitudinal sectional view. In this torque detector, an input shaft 1 (first shaft) and an output shaft 2 (second shaft) are coaxially connected via a small-diameter torsion bar 3 (connecting shaft). The
入力軸1には、24極(N,S極各12極)が周方向に等間隔で着磁された円筒形状の永久磁石5が、同軸に固設されている。永久磁石5は、図3の下面図に示すように、下端面に、扇形形状の凸部13及び凹部14が12個ずつ交互に形成されている。
A cylindrical
出力軸2には、半径方向に適当な隙間を設けて永久磁石5を囲む2つの磁気ヨーク4a,4b(軟磁性体)が、同軸に固設されている。磁気ヨーク4a,4bは、板状のリングに、その板面に垂直な一方向に延びる12個の二等辺三角形状の爪10が等間隔に周設されている。2つの磁気ヨーク4a,4bは、それぞれの爪10が周方向に適当な間隔でずれるように対向している。下側の磁気ヨーク4bには、図2(a)に示すように、トーションバー3が貫通する為の孔を有する底が設けられ、底の上面には、各爪10から前記孔にかけて凸部12(図2(b)、磁気ヨークの当接部)と、凸部12を除く凹部11(図2(c))とが形成されている。
On the output shaft 2, two
磁気ヨーク4bの各凸部12は、永久磁石5の各凹部14に遊嵌され、この遊びの部分がトーションバー3の捩れ代となる。つまり、トーションバー3が捩れたときに、各凸部12の図4に示す側面に、永久磁石5の各凸部13(永久磁石の当接部)の側面が当接して、所定角度以上に捩れるのを防止する。
Each
尚、図5(a)に示すように、永久磁石5の各凸部13及び凹部14の表面15に、焼入れ又は樹脂等によるコーティング等の表面処理を施せば、各凸部13の強度を増すことが出来、また、表面を保護することが出来る。表面処理を施す範囲は、凸部13の側面に限ることも可能である。また、図5(b)に示すように、永久磁石5の各凸部13及び凹部14の表面16を、別の金属で覆うようにすれば、各凸部13の強度を増すことが出来る。金属で覆う範囲を、凸部13の側面に限ることも可能である。また、図5(c)に示すように、永久磁石5の内部に別の金属17(別の材質)を埋め込み、別の金属17の下端面に凸部13及び凹部14を形成すれば、凸部13の強度を増すことが出来る。
As shown in FIG. 5A, if the
磁気ヨーク4a,4bは、永久磁石5が形成する磁界内に配置されており、それらの間のギャップに生じる磁束を検出する1又は複数のホールIC6(ホール素子、検出器)が、ギャップに挿入されている。ホールIC6は、図示しないハウジングに固定され、ホールIC6のリード線7は、図示しない基板に半田付けされ、ホールIC6が作動する為の電源を供給し、ホールIC6が検出した出力を得ている。磁気ヨーク4a,4bは、トルクが加えられない中立状態で、それぞれの爪10の先端が、永久磁石5のN極及びS極の境界を指すように配置される。
The
以下に、このような構成のトルク検出装置の動作を説明する。入力軸1又は出力軸2にトルクが加えられないとき、磁気ヨーク4a,4bの各爪10は、図6(b)に示すように、永久磁石5のN極及びS極に対向する面積が等しくなり、N極から入る磁束とS極へ出る磁束とが等しくなるので、磁気ヨーク4a及び磁気ヨーク4b間には磁束は生じない。
Below, operation | movement of the torque detection apparatus of such a structure is demonstrated. When no torque is applied to the
入力軸1又は出力軸2に一方向のトルクが加えられたとき、トーションバー3に捩れが生じて、磁気ヨーク4a,4bの各爪10及び永久磁石5の相対位置が変化する。このとき、例えば、図6(a)に示すように、磁気ヨーク4aの各爪10に対向する面積が、永久磁石5のN極の方がS極より大きくなり、N極から入る磁束の方がS極へ出る磁束より大きくなる。また、磁気ヨーク4bの各爪10に対向する面積が、永久磁石5のN極の方がS極より小さくなり、N極から入る磁束の方がS極へ出る磁束より小さくなる。その結果、磁気ヨーク4aから磁気ヨーク4bへの磁束が生じ、この磁束密度は、各爪10に対向するN極及びS極の面積の差が大きい程大きくなる。
When a one-way torque is applied to the
一方、入力軸1又は出力軸2に他方向のトルクが加えられたとき、上記とは逆方向に、トーションバー3に捩れが生じて、磁気ヨーク4a,4bの各爪10及び永久磁石5の相対位置が変化する。このとき、例えば、図6(c)に示すように、磁気ヨーク4aの各爪10に対向する面積が、永久磁石5のN極の方がS極より小さくなり、N極から入る磁束の方がS極へ出る磁束より小さくなる。また、磁気ヨーク4bの各爪10に対向する面積が、永久磁石5のN極の方がS極より大きくなり、N極から入る磁束の方がS極へ出る磁束より大きくなる。その結果、磁気ヨーク4bから磁気ヨーク4aへの磁束が生じ、この磁束密度は、各爪10に対向するN極及びS極の面積の差が大きい程大きくなる。
On the other hand, when a torque in the other direction is applied to the
上述した磁気ヨーク4a及び磁気ヨーク4b間のギャップに生じる磁束密度の変化を、トーションバー3の捩れ角である電気角−180〜180deg.(機械角−15〜15deg.)に対応させて図示すると、図6(d)に示すような正弦波状となる。実際に使用される範囲は、トーションバー3の剛性から、−90〜90deg.(機械角−7.5〜7.5deg.)を超えることはなく(実際に使用される範囲は、機械角−5〜5deg.程度)、加えられたトルクに応じた磁束密度を検出することが出来る。つまり、検出した磁束密度に基づき、加えられたトルクを知ることが出来る。
The change in the magnetic flux density generated in the gap between the magnetic yoke 4a and the
一方、入力軸1又は出力軸2にトルクが加えられてトーションバー3が捩れ、その捩れ角度が例えば5deg.に達したとき、磁気ヨーク4bの各凸部12の側面に、永久磁石5の各凸部13の側面が当接して、トーションバー3がそれ以上に捩れて破損するのを防止する。
On the other hand, torque is applied to the
1 入力軸(第1軸)
2 出力軸(第2軸)
3 トーションバー(連結軸)
4a,4b 磁気ヨーク(軟磁性体)
5 永久磁石
6 ホールIC(ホール素子、検出器)
7 リード線
10 爪
11 凹部(磁気ヨークの凹部)
12 凸部(磁気ヨークの当接部)
13 凸部(永久磁石の当接部)
14 凹部(永久磁石の凹部)
15,16表面
17 別の金属(別の材質)
1 Input shaft (first axis)
2 Output shaft (second shaft)
3 Torsion bar (connection shaft)
4a, 4b Magnetic yoke (soft magnetic material)
5 Permanent magnet 6 Hall IC (Hall element, detector)
7 Lead
12 Convex part (contact part of magnetic yoke)
13 Convex part (contact part of permanent magnet)
14 Recessed part (permanent magnet recessed part)
15, 16
Claims (3)
前記永久磁石の一端面及び該一端面に対向する前記軟磁性体の部位に、前記連結軸が所定角度捩れたときに、互いに当接すべき当接部をそれぞれ備え、前記連結軸の捩れを前記所定角度以下に制限すべくなしてあることを特徴とするトルク検出装置。 A first shaft and a second shaft connected coaxially by a connecting shaft; a cylindrical permanent magnet fixed coaxially at a predetermined portion of the first shaft; and a second permanent shaft fixed to the second shaft. A plurality of soft magnetic bodies arranged in a magnetic field to form a magnetic circuit, and a detector for detecting a magnetic flux generated in the soft magnetic bodies, when torque is applied to the first axis or the second axis In addition, in the torque detection device adapted to detect the torque based on the output of the detector,
One end surface of the permanent magnet and a portion of the soft magnetic body facing the one end surface are provided with contact portions that should contact each other when the connection shaft is twisted by a predetermined angle, and the connection shaft is twisted. A torque detection device characterized by being limited to the predetermined angle or less.
前記永久磁石は、一端面に該永久磁石とは異なる材質の部分を備え、該部分及び該部分に対向する前記軟磁性体の部位に、前記連結軸が所定角度捩れたときに、互いに当接すべき当接部をそれぞれ有し、前記連結軸の捩れを前記所定角度以下に制限すべくなしてあることを特徴とするトルク検出装置。 A first shaft and a second shaft connected coaxially by a connecting shaft; a cylindrical permanent magnet fixed coaxially at a predetermined portion of the first shaft; and a second permanent shaft fixed to the second shaft. A plurality of soft magnetic bodies arranged in a magnetic field to form a magnetic circuit, and a detector for detecting a magnetic flux generated in the soft magnetic bodies, when torque is applied to the first axis or the second axis In addition, in the torque detection device adapted to detect the torque based on the output of the detector,
The permanent magnet includes a portion made of a material different from that of the permanent magnet on one end surface, and abuts the portion and the portion of the soft magnetic body facing the portion when the connecting shaft is twisted by a predetermined angle. The torque detecting device according to any one of the preceding claims, wherein the torque detecting device has a contact portion to be controlled, and limits the twist of the connecting shaft to the predetermined angle or less.
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---|---|---|---|---|
JP2008070249A (en) * | 2006-09-14 | 2008-03-27 | Hitachi Cable Ltd | Integrated component for torque sensor, and torque sensor |
WO2011023285A1 (en) * | 2009-08-27 | 2011-03-03 | Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh | Magnetic assembly for a torque and/or rotational angle sensor system having a magnetic ring, and production method |
CN103207039A (en) * | 2012-10-29 | 2013-07-17 | 电子科技大学 | Torque sensor using magnetic circuit |
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2004
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