JP2007248402A - Magnetostrictive type torque sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、自動車等の電動パワーステアリング装置に装着され、操舵軸を介してシャフトに加えられる操舵トルクを磁気的に検出するための検出装置に用いられる磁歪式トルクセンサに関する。 The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor that is mounted on an electric power steering device such as an automobile and used for a detection device for magnetically detecting a steering torque applied to a shaft via a steering shaft.
一般に、自動車等に装備される電動パワーステアリング装置は、運転者のハンドル操作によって操舵軸からシャフトに加えられるトルクをトルクセンサによって検出している。電動パワーステアリング装置は、この磁歪式トルクセンサからの検出信号に応じて、運転者のハンドル操作に対し動力補助する(補助操舵力を付与する)ためのモータを駆動制御し、運転者の操舵力を軽減して快適な操舵フィーリングを与えるようにしている。 In general, an electric power steering apparatus installed in an automobile or the like detects torque applied from a steering shaft to a shaft by a torque sensor by a driver's steering operation. The electric power steering device drives and controls a motor for assisting the driver's steering operation (applying an auxiliary steering force) in accordance with a detection signal from the magnetostrictive torque sensor, and driving the driver's steering force. It is designed to give a comfortable steering feeling.
このような電動パワーステアリング装置におけるトルクセンサとしては、磁歪式トルクセンサが知られている(例えば、特許文献1参照)。
この磁歪式トルクセンサは、シャフトの表面に磁気異方性をもった磁歪膜(例えば、Ni−Fe系の合金膜)を被着している。そして、シャフトに外部からトルクが作用したときには、シャフトに生じる捩れに応じた磁歪膜の磁気特性(透磁率)の変化を磁気的に被接触で検出する構成となっている。
As a torque sensor in such an electric power steering device, a magnetostrictive torque sensor is known (for example, see Patent Document 1).
In this magnetostrictive torque sensor, a magnetostrictive film (for example, an Ni—Fe alloy film) having magnetic anisotropy is deposited on the surface of a shaft. When a torque is applied to the shaft from the outside, a change in the magnetic characteristics (permeability) of the magnetostrictive film according to the twist generated in the shaft is detected magnetically in contact.
そこで、自動車の電動パワーステアリング装置に用いられる磁歪式トルクセンサを例に挙げて、従来の磁歪式トルクセンサを説明する。
図6は、従来の電動パワーステアリング装置を示す模式図である。
Therefore, a conventional magnetostrictive torque sensor will be described by taking a magnetostrictive torque sensor used in an electric power steering apparatus of an automobile as an example.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a conventional electric power steering apparatus.
図6に示すように、電動パワーステアリング装置101は、ハンドル102からの操舵トルクを検出する磁歪式トルクセンサ103と、ハンドル102の操作に対して補助操舵力を付与するモータ104と、このモータ104の回転トルクを増大させる減速装置105と、磁歪式トルクセンサ103および車速センサ106等からの検出信号に応じてモータ104を駆動制御するECU(Electrical Control Unit)107と、モータ104の回転をタイヤ108,108に伝えてタイヤ108の向きを変えるラック軸109およびピニオンギヤ110とによって主に構成されている。また、減速装置105は、ウォーム105Aとウォームホイール105Bとにより構成されている。
As shown in FIG. 6, the electric
このような電動パワーステアリング装置101では、運転者がハンドル操作したときの操舵トルクを、磁歪式トルクセンサ103を用いて検出すると共に、ECU107により磁歪式トルクセンサ103からの検出信号(トルク信号)、車速センサ106からの検出信号(車速信号)等に応じてモータ104を駆動制御し、このときのモータ104のトルクを、減速装置105によって増大させると共に、ピニオンギヤ110およびラック軸109を介してタイヤ108,108に伝えている。
In such an electric
この電動パワーステアリング装置101では、ハンドル操作の操舵トルクをTHとし、ピニオンギヤ110に伝わるトルクをTPとし、モータ104による補助トルクの大きさに関連した定数をKAとすると、TH=TP/(1+KA)の関係が成り立ち、モータ104の補助トルクによって運転者の操舵力を軽減することができる。
In this electric
次に、図7を参照して磁歪式トルクセンサ103について説明する。
図7は、従来の電動パワーステアリング装置における磁歪式トルクセンサの設置状態を示す要部断面図である。
Next, the
FIG. 7 is a cross-sectional view of an essential part showing an installation state of a magnetostrictive torque sensor in a conventional electric power steering apparatus.
図7に示すように、磁歪式トルクセンサ103は、アッパケース部111Aおよびロアケース部111Bからなるセンサ収容ケース111に収容されている。そして、磁歪式トルクセンサ103は、ハンドル102(図6参照)の操舵軸102A(図6参照)に連結され、センサ収容ケース111に軸受112等を介して回転可能に支持されたシャフト114と、アッパケース部111Aの内周側に上下に離間して設けられた検出手段であるコイル115,116と、コイル115,116と対向してシャフト114の外周面(外表面)に設けられ、互いに逆方向の異方性をもった磁歪膜117,118とを主に構成されている。
As shown in FIG. 7, the
そして、シャフト114にハンドル102(図6参照)からの操舵トルクが作用したときには、シャフト114に生じる捩れに応じた磁歪膜117,118の磁気特性の変化を、コイル115,116側でそれぞれ電気的に検出し、このデータからシャフト114に加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出するようにしている。
When the steering torque from the handle 102 (see FIG. 6) acts on the
ここで、アッパケース部111Aは、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽合金によって形成されている。コイル115,116のヨーク119,120は、磁気特性の高い軟磁性の電磁鋼板等から形成されている。シャフト(操舵軸)114は、SC材やSCM材等の鉄合金からなり、その外周面にFe−Ni系やFe−Cr系の磁歪膜117,118がメッキや蒸着等により設けられている。
しかしながら、前記特許文献1のような磁歪式トルクセンサ103では、図7に示すセンサ収容ケース111のアッパケース部111Aと、ヨーク119,120と、シャフト114とがそれぞれ相違する金属材料から形成されているため、それらの線膨張係数が異なっている。
ヨーク119,120およびシャフト114を形成している鉄合金と、磁歪膜117,118を形成する電磁鋼板と、センサ収容ケース111を形成しているアルミニウム合金等とを比較すると、アルミニウム合金の線膨張率が2倍近く大きい。
自動車の電動パワーステアリング装置101が使用される環境は、−40℃〜80℃であり、それ以上の過酷な温度の場合もある。
However, in the
Comparing the iron alloy forming the
The environment in which the electric
したがって、低温時の場合には、ヨーク119,120に対してアッパケース部111Aが相対的に収縮することによって、センサ収容ケース111がヨーク119,120を軸方向と径方向とから与圧するという問題点がある。
磁歪式トルクセンサ103は、この与圧によって、ヨーク119,120の磁気特性が変化し、コイル115,116に交番通電されて形成されるヨーク119,120と、磁歪膜117,118との間の磁束が変化し、出力が変化するという問題点がある。
Therefore, when the temperature is low, the
In the
一方、高温時の場合には、ヨーク119,120に対してセンサ収容ケース111が相対的に膨張することによって、センサ収容ケース111とヨーク119,120との間に隙間aが形成されるという問題点がある。
磁歪式トルクセンサ103は、この隙間aにより、ヨーク119,120とセンサ収容ケース111との間の与圧量がなくなると共に、ヨーク119,120とセンサ収容ケース111との間にがたつきが発生してヨーク119,120と磁歪膜117,118との間の磁束が変化し、出力が変化するという問題点がある。
On the other hand, when the temperature is high, the
In the
そこで、本発明は、磁気特性変化部(磁歪膜)とヨークとの間の距離を一定にして、出力を安定化させることができる磁歪式トルクセンサを提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetostrictive torque sensor that can stabilize the output by keeping the distance between the magnetic characteristic changing portion (magnetostrictive film) and the yoke constant.
前記課題を解決するための手段として、請求項1に記載の磁歪式トルクセンサの発明は、回転自在なシャフトと、このシャフトに設けられて当該シャフトに印加されたトルクによって磁気特性が変化する磁気特性変化部と、この磁気特性変化部と所定距離をおいて対向して配置され、当該磁気特性変化部の磁気特性の変化を検出する検出部と、を備えた磁歪式トルクセンサにおいて、前記検出部は、コイルと、このコイルの周辺に設けられて当該コイルを保持するヨークと、を備えてなり、このヨークは、付勢手段により軸方向に付勢されると共に、当該ヨークの端部に形成されたヨークテーパ面と、当該ヨークをハウジングに保持する固定部に形成された固定部テーパ面とが当接し合って配設されていることを特徴とする。 As a means for solving the above-mentioned problems, the magnetostrictive torque sensor according to claim 1 is characterized in that a rotatable shaft and a magnet which is provided on the shaft and whose magnetic characteristics change depending on the torque applied to the shaft. A magnetostrictive torque sensor comprising: a characteristic changing unit; and a detection unit that is disposed to face the magnetic characteristic changing unit at a predetermined distance and detects a change in the magnetic characteristic of the magnetic characteristic changing unit. The portion includes a coil and a yoke that is provided around the coil and holds the coil. The yoke is urged in the axial direction by the urging means, and at the end of the yoke. The formed yoke taper surface and the fixed portion taper surface formed on the fixed portion that holds the yoke in the housing are disposed in contact with each other.
請求項1に記載の磁歪式トルクセンサの発明によれば、ヨークは、付勢手段により軸方向に付勢されているので、ヨークテーパ面が、ヨークをハウジングに保持する固定部の固定部テーパ面に、常に、当接している。
このため、温度変化によってハウジング等が熱膨張したとしても、常に、固定部の固定部テーパ面が付勢手段によってヨークのヨークテーパ面に圧接しているため、両者間の距離が一定となり、軸方向からの圧力が略一定にできる。したがって、ヨークの磁気特性を安定化できる。その結果、出力特性を安定化できる。また、がたつきも解消できる。その結果、ヨークと磁歪膜と間の相対位置変動によって磁束が変化することを解消できる。
According to the first aspect of the magnetostrictive torque sensor of the present invention, since the yoke is urged in the axial direction by the urging means, the yoke taper surface is the fixed portion taper surface of the fixed portion that holds the yoke in the housing. Always abut.
For this reason, even if the housing or the like thermally expands due to a temperature change, the fixed portion taper surface of the fixed portion is always pressed against the yoke taper surface of the yoke by the urging means. The pressure from can be made substantially constant. Therefore, the magnetic characteristics of the yoke can be stabilized. As a result, output characteristics can be stabilized. Also, rattling can be eliminated. As a result, it is possible to eliminate the change in the magnetic flux due to the relative position fluctuation between the yoke and the magnetostrictive film.
請求項2に記載の磁歪式トルクセンサの発明は、請求項1に記載の磁歪式トルクセンサであって、前記磁気特性変化部および前記ヨークは、軸方向に所定隙間を介して設けられ、前記ヨークは、当該ヨークの軸方向に配設された前記固定部によって保持されていることを特徴とする。
The magnetostrictive torque sensor according to
請求項2に記載の磁歪式トルクセンサの発明によれば、磁気特性変化部およびヨークは、軸方向に所定隙間を介して設けられ、そのヨークは、軸方向の両端に固定部テーパ面が設けられた固定部によって保持されている。このため、熱膨張によってハウジングが膨張したとしても、固定部の固定部テーパ面が、常に、ヨークテーパ面に圧接していることにより、隙間が解消されて各磁気特性変化部と各ヨークとの間の磁気特性が一定となる。
その結果、温度や膨張によって磁歪式トルクセンサの出力が不安定になることを解消して、出力の安定化を図ることができる。
According to the magnetostrictive torque sensor of the present invention, the magnetic characteristic changing portion and the yoke are provided with a predetermined gap in the axial direction, and the yoke is provided with fixed portion taper surfaces at both ends in the axial direction. Is held by a fixed portion. For this reason, even if the housing expands due to thermal expansion, the fixed portion taper surface of the fixed portion is always in pressure contact with the yoke taper surface, so that the gap is eliminated and the magnetic property changing portion and each yoke are not in contact with each other. The magnetic properties of the are constant.
As a result, the output of the magnetostrictive torque sensor becomes unstable due to temperature and expansion, and the output can be stabilized.
請求項3に記載の磁歪式トルクセンサの発明は、請求項2に記載の磁歪式トルクセンサであって、前記ヨーク間には、それぞれに形成された前記ヨークテーパ面が前記固定部テーパ面に当接した状態に前記固定部が介在され、前記ヨークと前記固定部と前記付勢手段とは、隣設し合うもの同志が互いに前記付勢手段のばね力によって当接した状態で前記ハウジングに形成されたセンサ収納部に収納されていることを特徴とする。 A magnetostrictive torque sensor according to a third aspect of the present invention is the magnetostrictive torque sensor according to the second aspect, wherein the yoke tapered surface formed between the yokes contacts the fixed portion tapered surface. The fixed portion is interposed in a contact state, and the yoke, the fixed portion, and the biasing means are formed in the housing in a state where adjacent members are in contact with each other by the spring force of the biasing means. It is housed in the sensor housing part.
請求項3に記載の磁歪式トルクセンサの発明によれば、ハウジングのセンサ収納部に収納されたヨークと固定部と付勢手段とは、付勢手段のばね力によって、隣設し合うもの同志が互いに当接した状態で、がたつきなく収納されている。 According to the third aspect of the magnetostrictive torque sensor of the present invention, the yoke, the fixing portion, and the urging means housed in the sensor housing portion of the housing are adjacent to each other by the spring force of the urging means. Are stored without rattling in a state where they are in contact with each other.
請求項4に記載の磁歪式トルクセンサの発明は、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の磁歪式トルクセンサであって、操舵トルクに応じてモータを駆動して車両の転舵を行う電動パワーステアリング装置に適用したことを特徴とする。 A magnetostrictive torque sensor according to a fourth aspect of the present invention is the magnetostrictive torque sensor according to any one of the first to third aspects, wherein the motor is driven in accordance with the steering torque to switch the vehicle. The present invention is characterized in that it is applied to an electric power steering device that steers.
請求項4に記載の磁歪式トルクセンサの発明によれば、前記した磁歪式トルクセンサを電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出用のセンサとして使用することにより、高温下の厳しい環境の中であっても、温度や熱膨張の影響や、路面からの振動を受けても、がたつきの影響を受けず、良好な操舵フィーリングを保つことができる電動パワーステアリング装置とすることが可能である。 According to the magnetostrictive torque sensor of the fourth aspect of the present invention, the magnetostrictive torque sensor is used as a sensor for detecting the steering torque of the electric power steering device. However, it is possible to provide an electric power steering device that can maintain good steering feeling without being affected by rattling even when it is affected by temperature, thermal expansion, or vibration from the road surface.
本発明に係る磁歪式トルクセンサによれば、外気温や摩擦熱等によってハウジング等が熱膨張したとしても、付勢手段によってヨークテーパ面と固定部テーパ面とを当接させることにより、磁気特性変化部(磁歪膜)とヨークとの間の磁気特性を一定にして、出力を安定化させることができる。 According to the magnetostrictive torque sensor of the present invention, even if the housing or the like is thermally expanded due to the outside air temperature, frictional heat, or the like, the magnetic characteristic change is caused by bringing the yoke taper surface and the fixed portion taper surface into contact with each other by the biasing means. The output can be stabilized by making the magnetic characteristics between the portion (magnetostrictive film) and the yoke constant.
次に、図1〜図3に基づき本発明の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの一例を説明する。
なお、本発明に係る磁歪式トルクセンサは、シャフトに作用する回転力によってシャフトが回転するトルクを検出するものであり、以下、本発明の実施形態の一例として、電動パワーステアリング装置における操舵トルクを検出する場合を例に挙げて説明する。
まず、本発明の実施形態に係る磁歪式トルクセンサを説明するのに先立って、磁歪式トルクセンサが搭載される車両の電動パワーステアリング装置について説明する。
また、磁歪式トルクセンサは、設置する方向によって上下左右の方向が変化するものであり、図面の上側を上方向として説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る磁歪式トルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置を示す模式図である。
Next, an example of a magnetostrictive torque sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The magnetostrictive torque sensor according to the present invention detects the torque that the shaft rotates by the rotational force acting on the shaft. Hereinafter, as an example of the embodiment of the present invention, the steering torque in the electric power steering apparatus is calculated. The case of detection will be described as an example.
First, prior to describing a magnetostrictive torque sensor according to an embodiment of the present invention, an electric power steering apparatus for a vehicle in which the magnetostrictive torque sensor is mounted will be described.
The magnetostrictive torque sensor changes in the vertical and horizontal directions depending on the installation direction, and will be described with the upper side of the drawing as the upper direction.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an electric power steering apparatus including a magnetostrictive torque sensor according to an embodiment of the present invention.
≪電動パワーステアリング装置の構成≫
図1に示すように、電動パワーステアリング装置11は、前記従来技術で説明した図6および図7に示す磁歪式トルクセンサ103を備えた電動パワーステアリング装置101と、磁歪式トルクセンサ1以外は同様な構成となっている。
すなわち、図1に示す電動パワーステアリング装置11は、ハンドル12から運転者によって入力される操舵トルクを検出する磁歪式トルクセンサ1と、運転者の操舵に対して補助操舵力を付与するモータ14と、このモータ14の回転トルクを増大させる減速装置15と、磁歪式トルクセンサ1および車速センサ16等からの検出信号に応じてモータ14を駆動制御するECU(Electrical Control Unit)17と、モータ14の回転をタイヤ18,18に伝えてタイヤ18の向きを変えるラック軸19およびピニオンギヤ41とを主に構成されている。
≪Configuration of electric power steering device≫
As shown in FIG. 1, the electric power steering apparatus 11 is the same as the electric
That is, the electric power steering device 11 shown in FIG. 1 includes a magnetostrictive torque sensor 1 that detects a steering torque input from a
≪磁歪式トルクセンサの構成≫
図2は、本発明の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの設置状態を示す電動パワーステアリング装置の要部概略断面図である。
図2に示すように、磁歪式トルクセンサ1は、センサ収容ケース2に、軸受3によって回転自在に支持されたシャフト4と、このシャフト4に設けられた磁気特性変化部5と、この磁気特性変化部5の磁気特性変化を磁気特性変化部5と所定距離をおいて対向して配置され、シャフト4に印加されたトルクを検出する検出部7と、を備えている。
以下、磁歪膜51,52、コイル71,72、およびヨーク73,74を備えた磁歪式トルクセンサ1の場合を例に挙げて、本発明の実施形態を説明する。
≪Configuration of magnetostrictive torque sensor≫
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the main part of the electric power steering apparatus showing the installation state of the magnetostrictive torque sensor according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the magnetostrictive torque sensor 1 includes a
Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described by taking the case of the magnetostrictive torque sensor 1 including the
磁歪式トルクセンサ1は、シャフト4にハンドル12(図1参照)からの操舵トルクが作用したときには、シャフト4に生じる捩れに応じた磁歪膜51,52の磁気特性の変化を、コイル71,72等を用いて電気的に検出することによって、シャフト4に加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出する構成となっている。
When the steering torque from the handle 12 (see FIG. 1) acts on the
<センサ収容ケースの構成>
センサ収容ケース2は、磁歪式トルクセンサ1等を収納するためのケースであり、上側に配置されるアッパケース部21と、このアッパケース部21の下側に合致させてボルト締めされるロアケース部22とからなる。
<Configuration of sensor housing case>
The
アッパケース部21は、ヨーク73,74および保持部材(固定部)8等を収納するためのセンサ収納部21bと、シャフト4を挿通する軸孔21aと、を有するケースである。このアッパケース部21は、軸孔21aにシール材10を配設していることにより、センサ収容ケース2内の密閉性を保っている。
センサ収納部21bは、上端部に軸孔21a、下端部に開口部21cを有する円筒状の空間を有してなる。このセンサ収納部21bには、開口部21c側から順番にヨーク73、保持部材8、ヨーク74、板ばね6が挿入されて、サークリップ9を開口部21c内に装着することによって、それらの部材が互いに弾接する状態に収納されている。
The
The
ロアケース部22は、軸受3およびピニオンギヤ41を収納するためのケースである。その他このロアケース部22には、モータ14(図1参照)、減速装置15(図1参照)、ラック軸19等が設けられている。
The
<シャフトの構成>
シャフト4は、図1に示すように、ハンドル12に自在継手13,13を介在して連結され、ハンドル12と共に回転する操舵軸である。このシャフト4は、図2に示すように、下端部にピニオンギヤ41が一体的に設けられ、ベアリング31,32を介在してセンサ収容ケース2に、上下方向に向けて回転自在に収納されている。このシャフト4のコイル71,72に対向する外周面には、磁気特性変化部5の磁歪膜51,52が2箇所に配設されている。シャフト4の上端部は、アッパケース部21の軸孔21aおよびリング状のシール材10を挿通してセンサ収容ケース2から突出した状態に設けられている。
<Configuration of shaft>
As shown in FIG. 1, the
シャフト4は、例えば、クロムモリブデン鋼材(例えば、SCM822)等を用いて形成されている。そして、このシャフト4は、クロムモリブデン鋼材に予め焼き入れ等の熱処理を施した後、磁歪膜51,52をスパッタリングやイオンプレーティング等のPVD法、メッキ法、プラズマ溶射法等を用いて被着している。シャフト4のロックウェル硬さは、望ましくは、HRC40〜65の範囲内に設定している。
The
<軸受の構成>
図2に示すように、軸受3は、前記シャフト4を回動自在に軸支する部材であり、例えば、複数のベアリング31,32から構成されている。ベアリング31,32は、例えば、ボールベアリングまたはローラベアリングからなり、シャフト4の下端部や、ピニオンギヤ41の上側のシャフト4をそれぞれ軸支するようにロアケース部22内に装着されている。
<Bearing configuration>
As shown in FIG. 2, the
<磁気特性変化部の構成>
磁気特性変化部5は、シャフト4に操舵トルクが印加されることによって発生する歪により磁歪膜51,52の磁気特性(透磁率)を変化させるものであり、シャフト4の外周面(外方面)に、軸方向に所定間隔を介して上下に複数配置された磁歪膜51,52によって構成されている。
磁歪膜51,52は、例えば、Fe−Ni系や、Fe−Cr系の合金膜等からなる磁歪材をメッキや蒸着によってシャフト4に一体的に固定されている。この磁歪膜51,52は、互いに逆方向の異方性をもった磁歪材からなる。
<Configuration of magnetic property changing section>
The magnetic
The
<検出部の構成>
検出部7は、磁歪膜51,52の磁気特性を電気的に検出することによって、シャフト4の操舵トルクを検出するものである。この検出部7は、複数のコイル71,72と、このコイル71,72の周辺に設けられてそれぞれのコイル71,72を保持するヨーク73,74とを備えてなる。
この検出部7は、図1に示すように、磁歪特性の変化に合わせてコイル71,72が交番通電されて発信されるトルク検出電圧を検出する検出回路75,76を介してECU17に電気的に接続されている。
<Configuration of detection unit>
The
As shown in FIG. 1, the
図3は、図2に示す磁歪式トルクセンサの要部拡大図である。
<コイルの構成>
図3に示すように、コイル71,72は、磁歪膜51,52に通電して、操舵トルク入力時に、磁歪膜51,52の磁歪特性である透磁率の変化を検出する検出用の励磁コイルからなる。このコイル71,72は、アッパケース部21の内周側に上下に離間して設けられ、操舵トルクを検出する検出手段である。コイル71,72は、ボビン(図示せず)に巻回されて各ヨーク73,74に内設され、磁歪膜51,52に所定間隔bを介してそれぞれ対向させて配置される。
FIG. 3 is an enlarged view of a main part of the magnetostrictive torque sensor shown in FIG.
<Configuration of coil>
As shown in FIG. 3, the
<ヨークの構成>
図3に示すように、ヨーク73,74は、コイル71,72の外枠を構成する部材であり、断面が略コ字状の環状部材からなる。ヨーク73,74は、例えば、軟磁性の鋼板等からなる。このヨーク73,74には、上下の外周端部に、約45度に面取りするように形成されたヨークテーパ面73a,73b,74a,74bがそれぞれ形成されている。ヨーク73,74間のシャフト4の軸方向には、上下の外周端部に約45度の固定部テーパ面8a,8bを有する保持部材8が介在されて、所定隙間cがある。
なお、ヨークテーパ面73a,73b,74a,74bおよび固定部テーパ面8a,8bの角度は、45度に限定されるものではなく、適宜に変更可能であって、例えば、30度や60度等であってもよい。
<Composition of the yoke>
As shown in FIG. 3, the
The angles of the
ヨーク73,74は、開口部21cからセンサ収納部21b内に、上側のヨーク73、保持部材8、下側のヨーク74、板ばね6の順番で、軸方向に移動自在に挿入されて、サークリップ9をセンサ収納部21bの内壁に固定することによって、センサ収容ケース2内に組み付けられている。
このように、センサ収納部21b内に配設されたヨーク73,74は、下側のヨーク74の下側に配設された板ばね(付勢手段)6によって、軸方向(矢印A方向)に付勢されると共に、ヨーク73,74の外周端部に形成されたヨークテーパ面73b,74aと、ヨーク73,74をアッパケース部(ハウジング)21に保持させる保持部材(固定部)8に形成された固定部テーパ面8a,8bと、がそれぞれ当接し合うように設けられている。
The
Thus, the
<保持部材(固定部)の構成>
図3に示すように、保持部材8は、上側のヨーク73と下側のヨーク74との間に介在されて、ヨーク73,74間を常に、所定間隔に保つように配設される部材である。この保持部材8は、例えば、断面が略直角三角形の環状部材からなり、内面上側と内面下側とに(軸方向の両端に)、ヨークテーパ面73b,74aに圧接する固定部テーパ面8a,8bが形成されている。
<Configuration of holding member (fixed portion)>
As shown in FIG. 3, the holding
<板ばね(付勢手段)の構成>
図3に示すように、板ばね6は、例えば、環状の波板ばねからなり、軸方向にばね性を備えたばね鋼等の金属から形成されている。この板ばね6は、ヨーク73,74を軸孔21aがある軸方向に付勢するためのばね部材であり、例えば、下側のヨーク74とサークリップ9との間に介在されている。このように配設された板ばね6は、センサ収納部21b内において、軸方向に直列的に配置されたヨーク73、保持部材8、およびヨーク74を上方向に押圧して、それぞれ隣設された部材同志が互いに圧接するように弾圧する状態に組み付けられている。
なお、板ばね6は、特許請求の範囲に記載の「付勢手段」に相当する。
<Configuration of leaf spring (biasing means)>
As shown in FIG. 3, the leaf spring 6 is made of, for example, a metal such as spring steel having a spring property in the axial direction, which is an annular corrugated leaf spring. The leaf spring 6 is a spring member for urging the
The leaf spring 6 corresponds to “biasing means” described in the claims.
<サークリップの構成>
サークリップ9は、板ばね6、ヨーク73,74、保持部材8がセンサ収納部21bから離脱するのを防止するための部材である。このサークリップ9は、センサ収納部21bに収納された板ばね6を圧縮させた状態で開口部21cの内壁に装着される。
<Circlip configuration>
The circlip 9 is a member for preventing the leaf spring 6, the
≪磁歪式トルクセンサの作用≫
次に、図1〜図3を参照して、磁歪式トルクセンサ1の作用を説明する。
図1に示すように、電動パワーステアリング装置11では、運転者がハンドル操作したときの操舵トルクを、磁歪式トルクセンサ1を用いて検出すると共に、ECU17により磁歪式トルクセンサ1からの検出信号、車速センサ16からの検出信号等に応じてモータ14を駆動制御し、このときのモータ14のトルクを、減速装置15により増大させると共にピニオンギヤ41、ラック軸19を介してタイヤ18,18に伝えている。
≪Operation of magnetostrictive torque sensor≫
Next, the operation of the magnetostrictive torque sensor 1 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, in the electric power steering apparatus 11, the steering torque when the driver operates the steering wheel is detected using the magnetostrictive torque sensor 1, and a detection signal from the magnetostrictive torque sensor 1 is detected by the ECU 17. The
図3に示すように、磁歪式トルクセンサ1は、センサ収納部21bに、開口部21c側から順番にヨーク73、保持部材8、ヨーク74、板ばね6を挿入して、サークリップ9をその開口部21c内の開口端近傍に装着することによって、それらの部材が互いに弾接し合う状態に組み付けてなる。
As shown in FIG. 3, in the magnetostrictive torque sensor 1, the
このため、板ばね6は、下側のヨーク74を押圧していることによって、下側のヨーク74のヨークテーパ面74aが保持部材8の下側の固定部テーパ面8bを押圧し、この保持部材8の上側の固定部テーパ面8aが上側のヨーク73の下側のヨークテーパ面73bを押圧し、この上側のヨーク73の上面がセンサ収納部21bの上側内壁21dを押圧して、センサ収納部21b内に収納された各部材が当接し合うように付勢している。
Therefore, the leaf spring 6 presses the
さらに詳述すると、板ばね6は、図3に示すように、サークリップ9を矢印Bの下方向に押圧すると共に、下側のヨーク74を矢印Aの上方向に押圧している。
下側のヨーク74は、板ばね6によって矢印Aの上方向に押圧されることにより、上側のヨークテーパ面74aが保持部材8の下側の固定部テーパ面8bを矢印Cの斜め上方向に押圧する。このため、環状の下側のヨーク74は、環状の保持部材8の固定部テーパ面8bの反力(矢印Cの逆方向の力)によって、矢印D方向(シャフト4の軸心線方向)に押されてシャフト4の回転中心側に寄せられる。その結果、下側のヨーク72は、シャフト4の表面に配設された磁歪膜52との間隔bが一定となり、がたつくことが解消される。
More specifically, as shown in FIG. 3, the leaf spring 6 presses the circlip 9 in the downward direction of the arrow B and presses the
When the
環状の保持部材8は、下側のヨーク74の上側のヨークテーパ面74aによって矢印C方向に押圧されることにより、センサ収納部21bの内側壁21eを矢印Eの外方向に押圧して、この内側壁21eを矢印Gの方向に移動する。そして、保持部材8は、上側の固定部テーパ面8aによって、上側のヨーク73を矢印Fの斜め方向に押圧する。
The
環状の上側のヨーク73は、ヨークテーパ面73bが保持部材8によって矢印F方向に押圧されることにより、矢印Iの上方向に移動して内側壁21eを押圧すると共に、矢印H方向(シャフト4の軸心線方向)に押圧されてシャフト4の回転中心側に寄せられる。
このため、上側のヨーク73は、シャフト4の表面に配設された磁歪膜51との間隔bが一定となり、がたつくことがない。
その結果、出力が安定化する。また、振動を受けても、磁歪式トルクセンサ1は、操舵トルクの検出精度が良好に保たれる。
When the
For this reason, the space | interval b with the
As a result, the output is stabilized. Moreover, even if it receives vibration, the magnetostrictive torque sensor 1 can maintain good detection accuracy of the steering torque.
このように構成された磁歪式トルクセンサ1の検出部7は、低温時において、磁歪膜51,52とヨーク73,74との径方向に隙間が適当になるように所定間隔bに設定されている。
例えば、低温時には、センサ収容ケース2がヨーク73,74の収縮の大きさに対して約2倍の大きさに収縮するが、板ばね6のばね力によって許容される。また、高温時には、センサ収容ケース2がヨーク73,74に対して膨張しても、板ばね6のばね力によって許容される。
The
For example, when the temperature is low, the
すなわち、磁歪式トルクセンサ1の検出部7は、板ばね6のばね力によって、常に、ヨーク74、保持部材8およびヨーク73が互いに圧接した状態でセンサ収納部21bの上側内壁21d側に寄せ付けられると共に、ヨーク73,74がシャフト4の回転中心側に寄せられて安定した状態に保持されている。これにより、ヨーク73,74の予圧力が温度により変化しないで、一定に保たれるので、ヨーク73,74の磁気特性を一定保つことができ、出力を安定化できる。
That is, the detecting
また、磁歪式トルクセンサ1を、自動車のステアリング機構に対して補助操舵力を付与する電動パワーステアリング装置11に適用する構成としたので、自動車の温度変化や振動を受けても、磁歪式トルクセンサ1により操舵トルクの検出精度を高めることができ、電動パワーステアリング装置11の性能、信頼性等を高めることができる。 In addition, since the magnetostrictive torque sensor 1 is applied to the electric power steering apparatus 11 that applies an auxiliary steering force to the steering mechanism of the automobile, the magnetostrictive torque sensor can be used even if it receives a change in temperature or vibration of the automobile. 1, the detection accuracy of the steering torque can be increased, and the performance, reliability, and the like of the electric power steering device 11 can be improved.
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the technical idea. The present invention extends to these modifications and changes. Of course.
≪変形例≫
次に、図4および図5を参照して、本発明の変形例を説明する。
なお、変形例において、図1〜図3に示した前記実施形態に係る磁歪式トルクセンサ1と同一機能を有する部材の説明は省略する。
図4は、本発明の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの変形例を示す図であり、磁歪式トルクセンサの設置状態を示す電動パワーステアリング装置の要部概略断面図である。図5は、図4に示す磁歪式トルクセンサの要部拡大図である。
≪Modification≫
Next, a modification of the present invention will be described with reference to FIGS.
In addition, in a modification, description of the member which has the same function as the magnetostrictive torque sensor 1 which concerns on the said embodiment shown in FIGS. 1-3 is abbreviate | omitted.
FIG. 4 is a view showing a modification of the magnetostrictive torque sensor according to the embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view of the main part of the electric power steering apparatus showing the installation state of the magnetostrictive torque sensor. FIG. 5 is an enlarged view of a main part of the magnetostrictive torque sensor shown in FIG.
前記実施形態の磁歪式トルクセンサ1に設けた板ばね6(図1〜図3参照)は、図4および図5に示す変形例の磁歪式トルクセンサ1Aの板ばね6Aのように、上側のヨーク73Aと、下側のヨーク74Aとの間に介在して、上側のヨーク73Aを矢印Jの上方向に押圧し、下側のヨーク74Aを矢印Kの下方向に押圧するように配設してもよい。
The leaf spring 6 (see FIGS. 1 to 3) provided in the magnetostrictive torque sensor 1 of the above embodiment is arranged on the upper side like the
この場合、センサ収納部21bの開口部21c側には、下側のヨーク74Aのヨークテーパ面74Abに圧接する固定部テーパ面8Aaを有する環状の保持部材8Aを配設する。センサ収納部21bには、開口部21cから順番に、ヨーク73A,板ばね6A,ヨーク74A、保持部材8A,ベアリング34を挿入して、その開口部21cに環状の固定ねじ9Aが固定される。
In this case, an
このようにしても、上側のヨーク73Aは、板ばね6Aに押圧されることによって、常に、センサ収納部21bの上側内壁21dに圧接した状態に組み付けられ、また、下側のヨーク74Aも、板ばね6Aに押圧させて、常に、ヨークテーパ面74Abが保持部材8Aの固定部テーパ面8Aaに圧接した状態に組み付けられて、がたつきがなく保持される。
Even in this case, the
なお、保持部材8Aは、上側内周端部に固定部テーパ面8Aaを有する環状部材からなり、センサ収納部21bの開口部21cの近傍に形成された段差部21fに、上端面が当接するように固定ねじ9Aによって固定されている。固定ねじ9Aは、開口部21cに形成された雌ねじ部に螺着される。
The holding
このように、本発明の変形例では、保持部材8Aが、センサ収納部21bの段差部21fと、固定ねじ9Aとによって固定されているので、ヨーク73A,74Aをしつかりと保持することができる。
Thus, in the modified example of the present invention, the holding
また、ヨーク73A,74Aは、断面が略E字状に形成されて、コイル71A,72Aそれぞれ2つずつ備えてなる二層構造になっている。このように、ヨーク73A,74Aは、コイル71A,72Aを複数層に内設したコイルユニットの外枠であっても構わない。さらに、ヨーク73Aを分割し、複数層のコイルユニットを形成しても構わない。
Further, the
≪その他の変形例≫
図2および図3に示す板ばね6は、センサ収納部21bに収納されたヨーク73,74を付勢して、がたつきや、ヨーク73,74と保持部材8との隙間や、保持部材8とセンサ収納部21bの内壁との隙間等を解消するための弾性材でればよい。例えば、板ばね6は、さらばねや、ばね座金、円筒形コイルばね、円錐形コイルばね、弾性片を一体形成した環状部材、ゴム材料からなるもの等でもよく、形状、種類、および材質は特に限定されない。
≪Other variations≫
The leaf spring 6 shown in FIGS. 2 and 3 urges the
そして、板ばね6は、ヨーク73,74を軸方向に付勢するように組み付ければよい。例えば、板ばね6の設置位置は、上側のヨーク73とセンサ収納部21bの上側の内壁との間でもよく、設置位置は特に限定されない。
The leaf spring 6 may be assembled so as to urge the
また、磁歪式トルクセンサ1は、操舵トルクに応じてモータを駆動して車両の転舵を行う電動パワーステアリング装置11に適用した場合を例に挙げて説明したが、その他に、自動車のトーションバーや、その他の各種装置に適用してもよい。 Further, although the magnetostrictive torque sensor 1 has been described as an example in which the magnetostrictive torque sensor 1 is applied to an electric power steering apparatus 11 that drives a motor in accordance with steering torque to steer the vehicle, other than that, a torsion bar of an automobile It may also be applied to other various devices.
1,1A 磁歪式トルクセンサ
2 センサ収容ケース(ハウジング)
3 軸受
4 シャフト
5 磁気特性変化部
6,6A 板ばね(付勢手段)
7,7A 検出部
8,8A 保持手段(固定部)
8a,8b,8Aa 固定部テーパ面
11 電動パワーステアリング装置
14 モータ
21 アッパケース部(ハウジング)
21b センサ収納部
71,72,71A,72A コイル
73,74,73A,74A ヨーク
73a,73b,74a,74b,74Ab ヨークテーパ面
b,c 所定隙間
1,1A
3
7,
8a, 8b, 8Aa Fixed portion taper surface 11 Electric
21b Sensor
Claims (4)
このシャフトに設けられて当該シャフトに印加されたトルクによって磁気特性が変化する磁気特性変化部と、
この磁気特性変化部と所定距離をおいて対向して配置され、当該磁気特性変化部の磁気特性の変化を検出する検出部と、を備えた磁歪式トルクセンサにおいて、
前記検出部は、コイルと、このコイルの周辺に設けられて当該コイルを保持するヨークと、を備えてなり、
このヨークは、付勢手段により軸方向に付勢されると共に、当該ヨークの端部に形成されたヨークテーパ面と、当該ヨークをハウジングに保持する固定部に形成された固定部テーパ面とが当接し合って配設されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 A rotatable shaft,
A magnetic property changing portion that is provided on the shaft and changes magnetic properties by torque applied to the shaft;
In a magnetostrictive torque sensor including a detection unit that is disposed to face the magnetic characteristic change unit at a predetermined distance and detects a change in the magnetic characteristic of the magnetic characteristic change unit.
The detection unit includes a coil and a yoke that is provided around the coil and holds the coil.
The yoke is urged in the axial direction by the urging means, and the yoke taper surface formed at the end of the yoke and the fixed portion taper surface formed at the fixed portion that holds the yoke in the housing are in contact with each other. A magnetostrictive torque sensor characterized by being disposed in contact with each other.
前記ヨークは、当該ヨークの軸方向に配設された前記固定部によって保持されていることを特徴とする請求項1に記載の磁歪式トルクセンサ。 The magnetic property changing portion and the yoke are provided via a predetermined gap in the axial direction,
The magnetostrictive torque sensor according to claim 1, wherein the yoke is held by the fixed portion disposed in the axial direction of the yoke.
前記ヨークと前記固定部と前記付勢手段とは、隣設し合うもの同志が互いに前記付勢手段のばね力によって当接した状態で前記ハウジングに形成されたセンサ収納部に収納されていることを特徴とする請求項2に記載の磁歪式トルクセンサ。 Between the yokes, the fixed portions are interposed in a state in which the yoke tapered surfaces formed on the yokes are in contact with the fixed portion tapered surfaces,
The yoke, the fixed portion, and the biasing means are housed in a sensor housing portion formed in the housing in a state where adjacent members are in contact with each other by the spring force of the biasing means. The magnetostrictive torque sensor according to claim 2.
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