JP2008157816A - Rotation angle detector and torque detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転角検出装置及びトルク検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device and a torque detection device.
従来のトルク検出装置は、特許文献1及び特許文献2に記載されており2つの回転角検出装置を備えている。これらのトルク検出装置では、フェライト粒子が装填された着磁リングをシャフトに取り付け、着磁リングとベアリングのフレームに取り付けられた磁気センサとを2組用いている。それぞれの磁気センサは、シャフトの左右二箇所に設置されており、これらの磁気センサの差動出力によって、シャフト捻じれトルクを測定している。また、シャフトそのものの表面にストレインゲージを貼りつけ、このストレインゲージにかかる捻じれ応力を直接測定することも行われている。
しかしながら、従来の回転角検出装置においては、磁気センサが取り付けられるベアリングフレームおよび本体フレームに捻じれが生じた場合は、磁気センサの中心がずれてしまい、正確なトルク検出ができなくなるという問題がある。特に、自動車のドライブシャフトなどのように、大きな応力がかかる対象においては、実走行中のトルクデータを測定することは困難である。 However, in the conventional rotation angle detecting device, when the bearing frame to which the magnetic sensor is attached and the main body frame are twisted, the center of the magnetic sensor is displaced, and accurate torque detection cannot be performed. . In particular, it is difficult to measure torque data during actual traveling in a subject that is subjected to a large stress such as a drive shaft of an automobile.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、応力がかかる状態においても、精密な検出が可能な回転角検出装置及び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 such problems, and an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device and a torque detection device capable of precise detection even in a state where stress is applied.
上述の課題を解決するため、本発明に係る回転角検出装置は、測定対象物の周囲に一体化して設けられる取付リングと、取付リングを回転可能に収容するハウジングと、取付リングの回転に追従して回転する位置に設けられた着磁リングと、ハウジング内に配置され着磁リングに対向する磁気センサと、取付リングの回転軸回りの、ハウジングの移動を規制するように一端が取り付けられたアームと、アームの他端が取り付けられた制振装置とを備えることを特徴する。なお、一体化とは測定対象物の周囲で位置が固定されており、測定対象物の動作に追従する状態を意味する。 In order to solve the above-described problems, a rotation angle detection device according to the present invention includes a mounting ring that is integrally provided around a measurement object, a housing that rotatably accommodates the mounting ring, and a rotation of the mounting ring. The magnetizing ring provided at the rotating position, the magnetic sensor disposed in the housing and facing the magnetizing ring, and one end attached to restrict the movement of the housing around the rotation axis of the mounting ring An arm and a damping device to which the other end of the arm is attached are provided. The term “integrated” means a state in which the position is fixed around the measurement object and follows the operation of the measurement object.
この回転角検出装置によれば、ハウジング内において取付リングが回転する。取付リングに追従して回転する位置、好適には取付リングの外周には着磁リングが設けられ、磁気センサは着磁リングに対向しているので、取付リングの回転に応じた信号が、磁気センサから出力されることになる。ハウジングには回転方向の移動を規制するアームを介して制振装置が接続されているので、制振装置を適当な固定端に接続した場合、ハウジングの回転移動が規制されると共に、固定端と測定対象物間の相対移動に伴ってハウジングに印加される応力は、アームと制振装置によって吸収される。ハウジングに与えられる応力は、磁気センサ出力に影響を与える。これは磁気センサと着磁リングとの間のギャップ変動などに起因する。また、かかる応力は間接的には測定対象にも影響を与える。つまり、磁気センサの初期値がずれてしまうという問題がある。本発明によれば、ハウジングに応力が与えられるような条件においても、これを抑制することができるので、精密な回転角検出を行うことが可能となる。 According to this rotation angle detection device, the mounting ring rotates in the housing. A magnetizing ring is provided at a position that rotates following the mounting ring, preferably on the outer periphery of the mounting ring, and the magnetic sensor faces the magnetizing ring. It is output from the sensor. Since the vibration damping device is connected to the housing through an arm that restricts movement in the rotational direction, when the vibration damping device is connected to an appropriate fixed end, the rotational movement of the housing is restricted and the fixed end and The stress applied to the housing with the relative movement between the measurement objects is absorbed by the arm and the vibration damping device. The stress applied to the housing affects the magnetic sensor output. This is due to a gap variation between the magnetic sensor and the magnetizing ring. Further, such stress indirectly affects the measurement object. That is, there is a problem that the initial value of the magnetic sensor is shifted. According to the present invention, it is possible to suppress this even under conditions in which stress is applied to the housing, so that it is possible to perform precise rotation angle detection.
特に、測定対象物を自動車のドライブシャフトとし、固定端をロワーアームとした場合には、非常に大きな振動と応力下での測定となるが、本発明では、このような条件においても精密な測定が可能となるという特別な効果がある。 In particular, when the object to be measured is an automobile drive shaft and the fixed end is a lower arm, measurement is performed under very large vibrations and stresses.In the present invention, accurate measurement is possible even under such conditions. There is a special effect that it becomes possible.
また、上述のアームは、ハウジングに設けられた孔内をスライド可能なヘッド部と、ヘッド部にリンクしたハウジング側アームと、ハウジング側アームにリンクし、他端にボールを有する制振装置側アームとを有し、ヘッド部と孔の最深部との間には弾性体が介在しており、制振装置は、ボールの外表面の一部を自由回転可能に支持する凹面を有していることが好ましい。 Further, the arm described above includes a head portion that can slide in a hole provided in the housing, a housing side arm that is linked to the head portion, a vibration control device side arm that is linked to the housing side arm and has a ball at the other end. The elastic body is interposed between the head portion and the deepest portion of the hole, and the vibration damping device has a concave surface that supports a part of the outer surface of the ball so as to be freely rotatable. It is preferable.
そもそもハウジングは、自重による応力も受けている。しかしながら、アームのヘッド部と孔の最深部との間には、スプリング等の弾性体が介在しているので、自重によって孔の最深部を押圧すると、ヘッド部との間に介在する弾性体が、押圧力に抗してハウジングの最深部を押し返す。しがたって、ハウジングの自重による応力も緩和される。なお、圧縮外部荷重がかかることから、スプリングの初期セット荷重は小さく設定しておくことが好ましい。各アームは、回転軸回りの回転を抑制するようにリンクしているが、ハウジング側アームは、ボールジョイントを介して制振装置と結合し、自由回転を許容しているので、測定対象物と固定端との間の相対回転移動以外の捩れ移動は許容し、かかる捩れ移動に伴う応力がハウジングにかかることを抑制している。したがって、ハウジングにかかる応力を低減し、更に精密な回転角検出を行うことが可能となる。 In the first place, the housing is also subjected to stress due to its own weight. However, since an elastic body such as a spring is interposed between the head portion of the arm and the deepest portion of the hole, when the deepest portion of the hole is pressed by its own weight, the elastic body interposed between the head portion and the arm portion is Push the deepest part of the housing against the pressing force. Therefore, the stress due to the weight of the housing is relieved. In addition, since the compression external load is applied, it is preferable to set the initial set load of the spring small. Each arm is linked to suppress rotation around the rotation axis, but the housing side arm is coupled to the vibration damping device via a ball joint and allows free rotation. Torsional movement other than relative rotational movement with respect to the fixed end is allowed, and stress accompanying the torsional movement is suppressed from being applied to the housing. Therefore, it is possible to reduce the stress applied to the housing and perform more accurate rotation angle detection.
更に、ハウジング側アーム及び制振装置側アームの一方は、そのアームの長手方向に延びた長孔を有する第1係合部を有しており、他方は、第1係合部がその間に配置される凹部を有する第2係合部を有しており、凹部の側壁を貫通して長孔内を通り、第1及び第2係合部をリンクさせる貫通部材を更に備えることを特徴とする。 Further, one of the housing side arm and the vibration damping device side arm has a first engagement portion having a long hole extending in the longitudinal direction of the arm, and the other has the first engagement portion disposed therebetween. A second engaging portion having a recessed portion, and further comprising a penetrating member that passes through the side wall of the recessed portion, passes through the inside of the elongated hole, and links the first and second engaging portions. .
アームの長手方向の突き上げ圧力がハウジングに急激に印加される場合も想定される。各アームは、長孔内を貫通する貫通部材によって緩めにリンクしているため、このような圧力に応じてハウジングに与えられる応力を緩和することができる。また、制振装置から係合部までの距離変動が生じる捩れがハウジングと制振装置との間に生じる場合もあるが、長孔内では貫通部材が移動できるため、このような捩れもリンクが吸収して、ハウジングにかかる応力を低減することが可能となる。また、第1係合部は、第2係合部の凹部側壁によって側壁間の方向に沿った移動が規制されている。したがって、この方向を回転軸に直交する方向とすれば、回転方向のアームの移動を規制される。 It is also assumed that the pushing-up pressure in the longitudinal direction of the arm is suddenly applied to the housing. Since each arm is loosely linked by a penetrating member penetrating through the long hole, the stress applied to the housing in response to such pressure can be relieved. In addition, a twist that causes a variation in the distance from the vibration control device to the engaging portion may occur between the housing and the vibration control device. However, since the penetrating member can move in the long hole, such a twist also causes the link to move. It is possible to absorb the stress applied to the housing. Further, the movement of the first engaging portion along the direction between the side walls is restricted by the concave side wall of the second engaging portion. Therefore, if this direction is a direction orthogonal to the rotation axis, the movement of the arm in the rotation direction is restricted.
なお、係合部のリンク位置を中心として、回転軸に平行な軸回りの運動を制振装置が行う場合がある。本発明では、第1係合部の長孔の貫通軸に沿った幅を規定する2つの外壁面と、第2係合部の凹部の幅を規定する2つの内壁面との間には、それぞれ隙間が存在するため、この僅かな隙間の分だけは、かかる軸回りの運動を吸収することができる。 Note that the vibration damping device may perform a movement around an axis parallel to the rotation axis around the link position of the engaging portion. In the present invention, between the two outer wall surfaces that define the width along the through-axis of the elongated hole of the first engagement portion and the two inner wall surfaces that define the width of the recess of the second engagement portion, Since there are gaps, the movement around the axis can be absorbed by the slight gap.
なお、制振装置は、複数の剛性板と弾性板とを交互に積層してなることを特徴とする。金属などの剛性板と、シリコーンなど樹脂からなる弾性板は、弾性係数と固有振動数が異なるものであり、これらを積層することにより、広範囲の振動成分を吸収することができ、また、シリコーン樹脂などのみで形成された制振装置よりも、その変形の度合いを低下させ、高精度の検出を可能とする。 The vibration damping device is characterized in that a plurality of rigid plates and elastic plates are alternately laminated. A rigid plate made of a metal or the like and an elastic plate made of a resin such as silicone have different elastic coefficients and natural frequencies. By laminating them, a wide range of vibration components can be absorbed. The degree of deformation is lower than that of the vibration damping device formed only with the above, and high-precision detection is possible.
制振装置は、底面にマグネットを備えていることを特徴とする。この場合、固定端が金属からなる場合には、マグネットを介して容易に固定端へ制振装置を取り付けることができる。 The vibration damping device includes a magnet on the bottom surface. In this case, when the fixed end is made of metal, the vibration damping device can be easily attached to the fixed end via the magnet.
ハウジングは、磁気センサ出力への影響を防止するため、非磁性金属から構成されており、ハウジングは、取付リングを、その内面の摺動領域で回転可能に支持しており、摺動領域の表面にはダイヤモンドライクカーボンが堆積されていることが好ましい。 The housing is made of non-magnetic metal to prevent influence on the output of the magnetic sensor, and the housing supports the mounting ring so as to be rotatable in the sliding area on its inner surface. It is preferable that diamond-like carbon is deposited on the substrate.
この取付構造は、ボールベアリングを用いないリング支持形式であるため、取付リングの測定対象物への取付が簡単となる。但し、かかる簡略的な取付構造を採用したために、摺動領域は取付リングの外周面によって高速で擦られることとなる。そこで、その表面にはダイヤモンドライクカーボンを堆積することとし、摩擦による摺動領域の劣化を抑制することとした。 Since this mounting structure is a ring support type that does not use a ball bearing, it is easy to mount the mounting ring to the object to be measured. However, since such a simple mounting structure is adopted, the sliding region is rubbed at a high speed by the outer peripheral surface of the mounting ring. Therefore, diamond-like carbon was deposited on the surface to suppress deterioration of the sliding area due to friction.
また、磁気センサは、直列接続された2つの磁気抵抗効果素子を有し、2つの磁気抵抗効果素子の接続点に電気的に接続された出力端子を更に備えることが好ましい。なお、これらの磁気抵抗効果素子は、取付リングの回転軸に対して平行に配列することができる。 The magnetic sensor preferably includes two magnetoresistive elements connected in series and further includes an output terminal electrically connected to a connection point of the two magnetoresistive elements. These magnetoresistive elements can be arranged parallel to the rotation axis of the mounting ring.
磁気センサとして、ハードディスクなどに用いられている磁気抵抗効果素子(MR素子)を用いた場合には、その検出精度は著しく高くなるが、出力値は小さいため、これらを2つ直列に接続してハーフブリッジを構成し、その接続点に出力端子を接続することとした。この場合、磁気抵抗効果素子への印加電圧変動によっても、接続点の電位の印加電圧に対する相対値は変動せず、また、磁気抵抗効果素子が2つであるため、その出力値も2倍にすることが可能となる。これにより、更に高精度の検出が可能となる。 When a magnetoresistive effect element (MR element) used in a hard disk or the like is used as a magnetic sensor, its detection accuracy is remarkably high, but since the output value is small, two of them are connected in series. A half bridge was constructed, and an output terminal was connected to the connection point. In this case, even if the voltage applied to the magnetoresistive element varies, the relative value of the potential at the connection point with respect to the applied voltage does not vary, and since there are two magnetoresistive elements, the output value also doubles. It becomes possible to do. Thereby, detection with higher accuracy becomes possible.
また、磁気センサは、直列接続された一対の磁気抵抗効果素子を、2組並列に接続してなり、各組の磁気抵抗効果素子間の接続点に、それぞれ第1及び第2出力端子を接続してもよい。この場合には、これらの磁気抵抗効果素子はフルブリッジを構成し、その出力値がハーフブリッジの場合の2倍になる。 The magnetic sensor is formed by connecting two pairs of magnetoresistive elements connected in series in parallel, and connecting the first and second output terminals to the connection points between the magnetoresistive elements of each group. May be. In this case, these magnetoresistive elements constitute a full bridge, and the output value thereof is twice that of a half bridge.
また、磁気センサは、スピンバルブGMR素子からなることを特徴とする。通常の検出素子においては、回転速度に応じて振幅が変動することが多いが、スピンバルブGMR素子は、回転速度に対する振幅変動が著しく小さい。したがって、更に高精度の検出が可能となる。 The magnetic sensor is characterized by comprising a spin valve GMR element. In a normal detection element, the amplitude often varies depending on the rotational speed, but the amplitude variation with respect to the rotational speed of the spin valve GMR element is extremely small. Therefore, detection with higher accuracy is possible.
また、アームは複数であり、これらのアームは、取付リングの回転軸、及び、回転軸から磁気センサに向かう方向の双方に直交する方向に沿って整列していることが好ましい。この場合には、アームが回転の接線方向に整列することとなるため、ハウジングの上記回転軸方向の移動を更に抑制することができる。なお、上述の1つの貫通部材が各アームのリンクを共通して貫通すれば、ハウジングの上記回転軸方向の移動がより抑制される。 Also, there are a plurality of arms, and these arms are preferably aligned along a direction orthogonal to both the rotation axis of the mounting ring and the direction from the rotation axis toward the magnetic sensor. In this case, since the arms are aligned in the tangential direction of rotation, the movement of the housing in the rotation axis direction can be further suppressed. In addition, if the above-mentioned one penetration member penetrates the link of each arm in common, the movement of the housing in the rotational axis direction is further suppressed.
本発明に係るトルク検出装置は、回転角検出装置を2つ備えている。それぞれの回転角検出装置は、上述の通り、測定対象物の周囲に一体化して設けられる取付リングと、取付リングを回転可能に収容するハウジングと、取付リングの回転に追従して回転する位置に設けられた着磁リングと、ハウジング内に配置され着磁リングに対向する磁気センサと、取付リングの回転軸回りの、ハウジングの移動を規制するように一端が取り付けられたアームと、アームの他端が取り付けられた制振装置とを備えており、それぞれの磁気センサからの出力が取り出される。各回転角検出装置は、上述の通り機能する。磁気センサから得られた回転角の差が、測定対象物の捩れ量(∝トルク)を意味することとなる。この装置では、自由に回転角検出装置を取り付けられるので、測定対象物への取り付け場所を選択してトルク検出が可能となる。 The torque detection device according to the present invention includes two rotation angle detection devices. As described above, each rotation angle detection device has a mounting ring that is integrally provided around the measurement object, a housing that rotatably accommodates the mounting ring, and a position that rotates following the rotation of the mounting ring. A magnetized ring provided, a magnetic sensor disposed in the housing and opposed to the magnetized ring, an arm having one end attached to restrict the movement of the housing around the rotation axis of the mounting ring, and the other arm And a damping device to which ends are attached, and outputs from the respective magnetic sensors are taken out. Each rotation angle detection device functions as described above. The difference in the rotation angle obtained from the magnetic sensor means the amount of twist (∝torque) of the measurement object. In this device, since the rotation angle detection device can be freely attached, it is possible to detect the torque by selecting the attachment location to the measurement object.
また、本発明に係るトルク検出装置は、それぞれの磁気センサの出力間の位相差を検出する位相差検出器を備えることを特徴とする。すなわち、位相差検出器からは、回転角の差が出力される。 Moreover, the torque detection apparatus according to the present invention includes a phase difference detector that detects a phase difference between outputs of the respective magnetic sensors. That is, the phase difference detector outputs a rotation angle difference.
本発明の回転角検出装置及びトルク検出装置によれば、応力がかかる状態においても、精密な検出を行うことができる。 According to the rotation angle detection device and torque detection device of the present invention, accurate detection can be performed even in a state where stress is applied.
以下、実施の形態に係る回転角検出装置を備えたトルク検出装置について説明する。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Hereinafter, a torque detection device including the rotation angle detection device according to the embodiment will be described. Note that the same reference numerals are used for the same elements, and redundant description is omitted.
図1は、トルク検出装置1の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of the
トルク検出装置1は、一対の回転角検出装置1A、1Bを備えている。これらの回転角検出装置1A、1Bの構造は同一であるため、以下では一方の回転角検出装置1Aの構造のみについて説明する。また、実施形態に係る測定対象物は、自動車の車輪に取り付けられるドライブシャフトDであるが、本発明は、これに限定されるものではない。以下、詳説する。
The
回転角検出装置1Aは、測定対象物としてのドライブシャフトDの周囲に設けられる取付リング2と、取付リング2を回転可能に収容するハウジング3と、取付リング2の外周に設けられた着磁リング4と、ハウジング3内に配置され着磁リング4に対向する磁気センサ5と、取付リング2の回転軸回りのハウジング3の移動を規制するように一端が取り付けられたアーム61,62と、アーム61,62の他端が取り付けられた制振装置7とを備えている。取付リング2は、ドライブシャフトDに対して一体化しており、その回転移動に追従して回転する。なお、着磁リング4は、取付リング2の回転に追従して回転する位置であれば、例えば、取付リング2に隣接するドライブシャフト位置等に設けることも可能である。
The rotation
ドライブシャフトDの回転軸は、X軸に一致しており、また、取付リング2の回転軸に一致している。ドライブシャフトDは動力源から車輪に駆動力を伝達するものであるが、車輪は固定端としてのロワーアームLAによって支持されている。制振装置7の底面はロワーアームLAに固定される。
The rotational axis of the drive shaft D coincides with the X axis and coincides with the rotational axis of the mounting
取付リング2は、外周表面を囲むように環状に延びた凹溝を備えており、着磁リング4は凹溝の底面上を這うように取付リング2に貼り付けられている。取付リング2は、半円状の2つの分割リング21,22を円形となるように向かい合わせ、双方の分割リング21,22を貫通するように捩じ込まれた螺子23,24によって互いに固定されている。
The mounting
ハウジング3は、ハウジング本体31と、ハウジング31と共にシャフトDの外周に固定された取付リング2を収容する半円筒状の蓋部32とを備えている。ハウジング本体31のドライブシャフト側は、磁気センサ5等を収納するキャビティ31aを備えており、キャビティ31aのYZ平面に沿った側壁31sは、半円筒状の凹面31bを有している。半円筒状の蓋部32は、半円筒状の凹面31bと対向しており、これらが組み合わされた円筒状の空間内をドライブシャフトDが貫通している。ハウジング本体31と蓋部32とは、蓋部32の外縁部を貫通してハウジング本体31内部に至るボルトBによって固定されている。
The
キャビティ31aのXZ平面に沿った側壁は、取付リング2の外周面の凹溝の開口端(凸部)が当接する摺動領域Sを備えている。摺動領域Sの表面にはDLC(ダイヤモンドライクカーボン)が堆積されており、このコーティングによって、摺動領域Sの磨耗耐久性を高めている。また、取付リング2の開口端面(軸に垂直な表面)は、キャビティ31aのYZ平面に沿った側壁31sの摺動領域Sに隣接する部分にも対向し、取付リング2のX軸方向の移動が規制され、また、かかる対向部分にもDLCが堆積されている。また、側壁31sには、付勢螺子31kがスプリング31mを介して設けられており、側壁31sを貫通して、取付リング2の開口端面に接触可能となっている。本例では、付勢螺子31kとスプリング31mの数は4組である。
The side wall along the XZ plane of the
ハウジング3の底部側には、そのシリンダ(孔)内でピストン運動を行うヘッド部61H,62Hを一端部とするアーム61,62が設けられており、各アーム61,62の他端部は、ボールジョイントを介して制振装置7に接続されている。
On the bottom side of the
回転角検出装置1Aによれば、ハウジング3内において、取付リング2がドライブシャフトDと共に回転する。取付リング2には着磁リング4が設けられ、磁気センサ5は着磁リング4に対向しているので、取付リング2の回転に応じた信号が、磁気センサ5から出力されることになる。ハウジング3にはX軸回りの回転方向の移動を規制するアーム61,62を介して制振装置7が接続されているので、制振装置7をロワーアームLAに接続した場合、ハウジング3の回転移動が規制されると共に、ロワーアームLAとドライブシャフトDの間の相対移動に伴ってハウジング3に印加される応力は、アーム61,62と制振装置7によって吸収される。
According to the rotation
ハウジング3に与えられる応力は磁気センサ出力に影響を与える。これは磁気センサ5と着磁リング4との間のギャップ変動などに起因する。また、かかる応力は間接的には測定対象にも影響を与える。本実施形態によれば、ハウジング3に応力が与えられるような条件においても、これを抑制することができるので、精密な回転角検出を行うことが可能となる。特に、本例では、測定対象物を自動車のドライブシャフトDとし、固定端をロワーアームLAとした場合について示しており、この場合には非常に大きな振動と応力下での測定となるが、本例の構成によれば、このような条件においても精密な測定が可能となるという特別な効果がある。
The stress applied to the
各アーム61,62の構造は同一であり、ヘッド部61H,62HはZ軸方向に沿って移動可能であり、それぞれのアーム61,62では、リンクを構成する結合用の貫通部材6S、貫通ピンPP(図2参照)がY軸に沿って延びており、アーム61,62は原則的にはXZ平面内においてのみ屈曲するが、Z軸回りの若干の捩れ運動も許容する。
The structures of the
また、上述の装置においては、アーム61,62が複数であり、これらのアーム61,62は、取付リング2の回転軸(X軸)、及び、回転軸から磁気センサ5に向かう方向(Z軸)の双方に直交する方向(Y軸)に沿って整列している。この場合、アーム61,62が取付リング2の回転の接線方向に整列することとなるため、ハウジング3の回転軸方向の移動を更に抑制することができている。なお、上述の1つの貫通部材6Sは各アーム61,62のリンクを共通して貫通しており、ハウジング3の回転軸方向の移動がより抑制されている。
Further, in the above-described apparatus, there are a plurality of
図2は、回転角検出装置1AのX軸方向の中央を通るYZ平面で切った当該装置の断面図であり、図3は図2に示した装置のIII−III矢印断面図である。
2 is a cross-sectional view of the rotation
ハウジング本体31内に収容される磁気センサ5は、配線基板51上に固定されており、配線基板51の直下の空間内には波形成形回路52が設けられている。波形成形回路52上には、回路押さえ板53が配置されている。波形成形回路52は、磁気センサ5からの出力を増幅するTTL回路からなるアンプと、アンプ出力を方形波に成形するコンパレータとを備えている。
The
単一のXZ平面内におけるハウジング3の摺動領域Sは、ハウジング本体31において2箇所、蓋部32において1箇所の合計3箇所であり、取付リング2の凸部外周面が摺動領域Sによって支持されている。ハウジング3は、磁気センサ出力への影響を防止するため、アルミニウム等の非磁性金属から構成されている。また、ハウジング3は、取付リング2を、その内面の摺動領域Sで回転可能に支持している。上述のように、摺動領域Sの表面にはダイヤモンドライクカーボンが堆積されている。
The sliding area S of the
この取付構造は、ボールベアリングを用いないリング支持形式であるため、取付リング2のドライブシャフトDへの取付が簡単となる。但し、かかる簡略的な取付構造を採用したために、摺動領域Sは取付リング2の外周面によって高速で擦られることとなる。そこで、その表面にはDLCを堆積することとし、摩擦による摺動領域の劣化を抑制することとした。
Since this attachment structure is a ring support type that does not use a ball bearing, the attachment of the
アーム61,62の構造は同一である。したがって、一方のアーム61の構造のみについて説明する。アーム61は、ハウジング本体31に設けられたシリンダ(孔)31J内をスライド可能なヘッド部Hと、ヘッド部Hにリンクしたハウジング側アームHAと、ハウジング側アームHAにリンクし、他端にボールBAを有する制振装置側アームDAとを有している。ヘッド部Hと孔31の最深部MDとの間には弾性体EMが介在している。弾性体EMはスプリングからなり、ヘッド部Hの先端と最深部MDとの間の距離よりも、スプリングの自然長の方が長い。制振装置7は、ボールBAの外表面の一部を自由回転可能に支持する凹面CSを有しており、自由雲台としてのボールジョイントが構成されている。
The structures of the
ハウジング3は、自重による応力も受けているが、アーム61のヘッド部Hと孔31Jの最深部MDとの間には、スプリング等の弾性体EMが介在しているので、自重によって孔31Jの最深部MDを下方に押圧すると、ヘッド部Hとの間に介在する弾性体EMが、押圧力に抗してハウジングの最深部MDを押し返す。しがたって、ハウジング3の自重による応力も緩和される。各アーム61,62は、ドライブシャフトDの回転軸回りの回転を抑制するようにリンクしているが、ハウジング側アームHAは、ボールジョイントを介して制振装置7と結合し、自由回転を許容しているので、ドライブシャフトDとロワーアームLAとの間の相対回転移動以外の捩れ移動は許容し、かかる捩れ移動に伴う応力がハウジング3にかかることを抑制している。上述の構造では、上述のアーム61,62及び貫通部材6S及びボールジョイントにより、アーム機構は水平回転ねじれにも追従するが、ドライブシャフトDの本来の回転には追従しないこととなる。したがって、ハウジング3かかる応力を低減し、更に精密な回転角検出を行うことが可能となる。
The
ハウジング側アームHAと制振装置側アームDAとは、Y軸方向に延びた貫通部材6Sがこれらを貫通することによってリンクしており、X軸回りの回転を更に抑制している。また、ハウジング側アームHAのハウジング側には、ヘッド部H及びハウジング側アームHAをY軸に沿って貫通する貫通ピンPPによって、ヘッド部Hがリンクしている。ハウジング本体31の底面には、小径の開口を有するストップ板STがボルトBBで固定されており、この開口を通ってヘッド部Hからハウジング側アームHAが延びている。この開口の径は、ヘッド部Hよりも小さく、ヘッド部Hの脱落を防止している。
The housing side arm HA and the vibration control device side arm DA are linked by a penetrating
制振装置7は、複数の剛性板7Aと弾性板7BとをZ軸に沿って交互に積層してなる。金属などの剛性板7Aと、シリコーンなど樹脂からなる弾性板7Bは、弾性係数と固有振動数が異なるものであり、これらを積層することにより、広範囲の振動成分を吸収することができ、また、シリコーン樹脂などのみで形成された制振装置よりも、その変形の度合いを低下させ、高精度の検出を可能とする。Z軸方向の微振動は、制振装置7の弾性体7Bにより吸収する。
The
制振装置7の上部には、小開口を有するボール押さえ板BDが設けられており、小開口の直径はボールBAの直径よりも小さく、小開口の周囲の面がボールBAの外周面に接触している。ボール押さえ板BD、剛性板7A及び弾性板7Bは、これらをZ軸方向に貫くボルト7Tとナット7Nによって固定されている。
A ball holding plate BD having a small opening is provided in the upper part of the
制振装置7は、底面にマグネットMを備えている。すなわち、制振装置7の底面の凹部内には永久磁石からなるマグネットMが固定されている。この場合、ロワーアームLAが金属からなる場合には、マグネットMを介して容易にロワーアームLAへ制振装置7を取り付けることができる。なお、ロワーアームLAの表面が平坦でない場合には、これへと取付が可能な形状の金属板に、マグネットMを固定する。本例では、制振装置7の底面には、磁性体からなる平坦な金属板MBがマグネットMにより吸着している。
The
図4は、取付リング2と磁気センサ5を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing the mounting
上述のように、取付リング2は、半円筒状の分割リング21,22から構成されており、外周面の中央を通る凹溝GRV内には着磁リング4が巻かれている。着磁リング4は着磁テープの裏面に両面テープが貼り付けられたものであり、その両端部間には隙間GAPが存在している。回転角検出においては、ゼロ点基準位置を検出する場合が多いが、本例の場合、隙間GAPが磁気センサ5に対向した場合には、磁界対応の出力が出ないため、このような信号が磁気センサ5から出力された場合の位置をゼロ点基準位置として利用することができる。また、隙間GAPの位置は、分割リング21,22の合わせ位置の接合境界JBの位置とはずれており、接合境界JBに邪魔されることなく隙間GAPを設定することができるので、ゼロ点基準位置の検出精度を向上させることができる。
As described above, the mounting
図5は、ハウジング本体31を上方から見た平面図である。
FIG. 5 is a plan view of the
上述の取付リング2が支持される凹面からなる摺動領域Sが内部に形成されている。磁気センサ5は、配線基板51上に固定され、配線基板51は螺子51Sによってハウジング本体31に固定されている。磁気センサ5は、取付リング2の回転軸(X軸)に対して平行に配列し、直列接続された2つの磁気抵抗効果素子(MR素子)MR1,MR2を有している。配線基板51には、2つの磁気抵抗効果素子MR1,MR2の接続点に電気的に接続された出力端子OUT1が設けられている。磁気抵抗効果素子MR1の一方端は電源電位Vccに接続され、磁気抵抗効果素子MR2の一方端はグランド電位GNDに接続されている。
A sliding area S composed of a concave surface on which the mounting
図6は、着磁テープを構成する着磁リング4と磁気抵抗効果素子MR1,MR2の近傍部位の斜視図である。着磁リング4は、N極とS極を周方向に沿って交互に有する磁性層4aと、磁性層4aが形成された樹脂層4bと、樹脂層4bの裏面に設けられた両面テープからなる。両面テープは、外側接着層4c、基材層4d及び内側接着層4eを順次積層してなる。
FIG. 6 is a perspective view of the vicinity of the magnetizing
磁気抵抗効果素子MR1,MR2は、それぞれ、外部磁界によって磁化の向きが変化するフリー層F、磁化の向きが固定された固定層PN、フリー層Fと固定層PNとの間に介在する非磁性層AFからなる。本例の非磁性層AFは、Cu等の導電層からなる。なお、各磁気抵抗効果素子MR1,MR2の固定層PNの磁化の向きは互いに逆向きであり、ブリッジを構成した場合に、単一の素子の出力の2倍が出力されるように設定されている。磁性層4aのN極からはS極に向かって磁力線が延びており、この磁力線による磁界によってフリー層Fの磁化の向きが変更する。
The magnetoresistive effect elements MR1 and MR2 respectively include a free layer F whose magnetization direction is changed by an external magnetic field, a fixed layer PN whose magnetization direction is fixed, and a nonmagnetic layer interposed between the free layer F and the fixed layer PN. It consists of layer AF. The nonmagnetic layer AF of this example is made of a conductive layer such as Cu. Note that the magnetization directions of the fixed layers PN of the magnetoresistive effect elements MR1 and MR2 are opposite to each other, and when a bridge is configured, it is set to output twice the output of a single element. Yes. Magnetic lines of force extend from the N pole of the
双方のフリー層Fの磁化の向きが、図面のように、−Y方向を向いた場合には、磁気抵抗効果素子MR2の抵抗値が低く、且つ、磁気抵抗効果素子MR1の抵抗値が高くなる。したがって、出力端子OUT1の電位は低下する。一方、双方のフリー層Fの磁化の向きが+Y方向を向いた場合には、磁気抵抗効果素子MR2の抵抗値が高く、且つ、磁気抵抗効果素子MR1の抵抗値が低くなる。したがって、出力端子OUT1の電位は上昇する。 When the magnetization directions of both free layers F are in the −Y direction as shown in the drawing, the resistance value of the magnetoresistive element MR2 is low and the resistance value of the magnetoresistive element MR1 is high. . Accordingly, the potential of the output terminal OUT1 decreases. On the other hand, when the magnetization directions of both free layers F are in the + Y direction, the resistance value of the magnetoresistive element MR2 is high and the resistance value of the magnetoresistive element MR1 is low. Therefore, the potential of the output terminal OUT1 rises.
すなわち、着磁リング4の回転に伴って、出力端子OUT1からは、周期的に電位が上下する正弦波が出力されることとなる。着磁リング4と磁気センサ5の表面とのギャップをGrとする。なお、磁気抵抗効果素子MR1,MR2全体のX軸方向の幅よりも着磁リング4の幅の方が広く設定されている。
That is, with the rotation of the magnetizing
磁気センサ5を構成する磁気抵抗効果素子MR1,MR2は、スピンバルブGMR素子からなる。通常の検出素子においては、回転速度に応じて振幅が変動することが多いが、スピンバルブGMR素子は、回転速度に対する振幅変動が著しく小さい。したがって、更に高精度の検出が可能となる。
The magnetoresistive effect elements MR1 and MR2 constituting the
図7は、ギャップGrと磁性層からの残留磁束密度Bとの関係を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the gap Gr and the residual magnetic flux density B from the magnetic layer.
ギャップGrが350μmよりも大きくなると、磁束密度Bは10ガウスを下回ることとなり、検出が困難になる。また、磁気センサ5が着磁リング4に接触すると破壊してしまう。したがって、ギャップGrは0よりも大きく、350μm以下に設定することが好ましい。なお、磁気センサ5が受ける磁界強度Hryは、Z軸方向のギャップGrの大きさをr、Y軸方向のリング直下位置からのずれ量をy、磁性層4aのN極とS極のピッチをλ、自然対数をeとすると、B×e(2πr/λ)×cos(y)で与えられる。更に好ましくは、ギャップGrは、30μm〜300μmに設定する。本例では、ピッチλは500μm、Vcc=5Vとし、生出力100mV以上を見込むものとする。
When the gap Gr is larger than 350 μm, the magnetic flux density B is less than 10 gauss, which makes detection difficult. Further, when the
図8は、磁気センサ5からの出力を説明するタイミングチャートである。
FIG. 8 is a timing chart for explaining the output from the
着磁リング4のN極からS極に向けて磁力線が発生しており、これらはY軸に沿った磁界成分を有している。磁気抵抗効果素子MR1のフリー層Fの磁化の向きをVECTORMR1(F)、固定層PNの磁化の向きをVECTORMR1(P)、磁気抵抗効果素子MR2のフリー層Fの磁化の向きをVECTORMR2(F)、固定層PNの磁化の向きをVECTORMR2(P)として、各磁極の位置における磁化の向きの変位を示してある。なお、ベクトルの横方向はY軸を示し、縦方向はr軸(Z軸)を示している。フリー層Fと固定層PNの磁化の向きが一致した場合には、磁気抵抗は低くなり、反平行の場合には磁気抵抗は高くなる。
Magnetic field lines are generated from the north pole to the south pole of the
磁気抵抗効果素子MR1,MR2の接続点の電位は、アナログの出力電圧V1Aとして、正弦波カーブを描き、これをコンパレータで方形波に成形した場合には、デジタルの出力電圧V1Dが得られる。なお、上述のように、回転角検出装置の数は2つであるため、一方の回転角検出装置1Aからの出力電圧を出力電圧V1A、V1Dとし、他方の回転角検出装置1Bからの出力電圧を出力電圧V2A、V2Dとする。また、方形波のデューティ比は50%、正弦波の最大値と最小値の差Vppは、磁気センサ5に飽和磁界が与えられた場合の10〜12%に設定する。
The potential at the connection point of the magnetoresistive element MR1, MR2, as the output voltage V1 A analog, draw a sinusoidal curve, when formed into a square wave by the comparator this, the output voltage V1 D digital obtain . As described above, since there are two rotation angle detection devices, the output voltages from one rotation
図9は、上述のトルク検出装置の回路図である。 FIG. 9 is a circuit diagram of the torque detection device described above.
なお、各回転角検出装置における磁気抵抗効果素子MR1、MR2の接続点には出力端子OUT1、OUT2がそれぞれ接続されており、それぞれ出力電圧V1A,V2Aが出力される。出力電圧V1A,V2Aは、TTL回路などのアンプAMPによって増幅され、コンパレータCOMP1,COMP2にそれぞれ入力される。コンパレータCOMP1,COMP2は、それぞれ基準電圧Vrefと入力電圧とを比較し、基準電圧Vrefを超えた場合にはハイレベルを、下回る場合にはローレベルを出力することで、方形波成形を行う。コンパレータCOMP1,COMP2から出力された方形波の出力電圧V1D、V2Dは、配線を介して外部回路に接続される。外部回路は、位相検出回路PDを含んでおり、出力電圧V1D、V2D間の位相を検出して出力する。 Note that output terminals OUT1 and OUT2 are respectively connected to connection points of the magnetoresistive elements MR1 and MR2 in each rotation angle detection device, and output voltages V1 A and V2 A are output, respectively. The output voltages V1 A and V2 A are amplified by an amplifier AMP such as a TTL circuit and input to the comparators COMP1 and COMP2, respectively. The comparators COMP1 and COMP2 compare the reference voltage Vref and the input voltage, respectively, and perform square wave shaping by outputting a high level when exceeding the reference voltage Vref and outputting a low level when falling below. The square-wave output voltages V1 D and V2 D output from the comparators COMP1 and COMP2 are connected to an external circuit via wiring. The external circuit includes a phase detection circuit PD, and detects and outputs the phase between the output voltages V1 D and V2 D.
図10は、回転角を示す出力電圧V1D、V2Dと、位相検出回路PDからの位相比較出力電圧V3Dのタイミングチャートである。 FIG. 10 is a timing chart of the output voltages V1 D and V2 D indicating the rotation angle and the phase comparison output voltage V3 D from the phase detection circuit PD.
回転角を検出する場合には、いずれかの出力電圧V1D、V2Dをカウンタに入力し、パルス数をカウントすれば、これが回転角に対応することとなる。また、位相検出回路PDの回路構成としては種々のものがあるが、本例では、出力電圧V1D、V2D間の排他的論理和を位相比較出力電圧V3Dとして出力している。なお、出力電圧V1D、V2Dは、トルクゼロの状態において、各パルスの立ち上がりエッジが一致するように、位相差の初期値が予め調整されているものとする。この場合、パルス間のずれ量は、双方の回転角のずれ量、すなわち、トルクを示すこととなる。微弱なトルクは、かかる手法により検出することができる。 In the case of detecting the rotation angle, if any of the output voltages V1 D and V2 D is input to the counter and the number of pulses is counted, this corresponds to the rotation angle. Although there are various circuit configurations of the phase detection circuit PD, in this example, an exclusive OR between the output voltages V1 D and V2 D is output as the phase comparison output voltage V3 D. It is assumed that the initial values of the phase differences of the output voltages V1 D and V2 D are adjusted in advance so that the rising edges of the pulses coincide with each other when the torque is zero. In this case, the amount of deviation between pulses indicates the amount of deviation of both rotation angles, that is, torque. A weak torque can be detected by such a method.
なお、トルクが大きい場合には、一定期間において、出力電圧V1D、V2Dのカウントされたパルス数の差がトルクとなる。すなわち、位相差検出器PDは、双方のパルス数の差をトルクとして出力する。 When the torque is large, the difference between the counted number of pulses of the output voltages V1 D and V2 D in a certain period becomes the torque. That is, the phase difference detector PD outputs the difference between the two pulse numbers as torque.
このように、上述のトルク検出装置は、回転角検出装置1A,1Bを2つ備えており、それぞれの磁気センサ5からの出力を取り出している。磁気センサ5から得られた回転角の差が、測定対象物の捩れ量(∝トルク)を意味することとなる。このトルク検出装置は、それぞれの磁気センサ5(MR1,MR2)の出力間の位相差を検出する位相差検出器PDを備えており、位相差検出器PDからは、回転角の差が出力される。
Thus, the torque detection device described above includes two rotation
また、上述の実施形態では、磁気センサ5として、ハードディスクなどに用いられている磁気抵抗効果素子MR1,MR2を用いており、その検出精度は著しく高くなるが、出力値は小さいため、これらを2つ直列に接続してハーフブリッジを構成し、その接続点に出力端子OUT1、OUT2を接続している。この場合、磁気抵抗効果素子MR1,MR2への印加電圧変動によっても、接続点の電位の印加電圧Vccに対する相対値は変動せず、また、磁気抵抗効果素子MR1,MR2が2つであるため、その出力値も2倍にすることが可能となる。これにより、更に高精度の検出が可能となる。
In the above-described embodiment, the magnetoresistive effect elements MR1 and MR2 used in the hard disk or the like are used as the
図11は、ハウジング側アームHAと制振装置側アームDAとの接続点近傍の斜視図である。 FIG. 11 is a perspective view of the vicinity of the connection point between the housing side arm HA and the vibration damping device side arm DA.
ハウジング側アームHA及び制振装置側アームDAの一方は、そのアームの長手方向に延びた長孔LHを有する第1係合部EG1を有しており、他方は、第1係合部EG1がその間に配置される凹部を有する第2係合部EG2を有している。貫通部材6Sは、凹部の側壁SWを貫通して長孔LH内を通り、第1係合部EG1及び第2係合部EG2をリンクさせている。貫通部材6Sは大径ロッド6S1と小径ロッド6S2を一体化したものであり、大径ロッド6S1と第2係合部EG2の外壁面の一方との間にはワッシャWA1が介在しており、小径ロッド6S2の先端部には螺子山が構成されており、第2係合部EG2の外壁面の他方と螺子山との間にはワッシャWA1が介在しており、螺子山にはナットNTが捩じ込まれている。
One of the housing side arm HA and the damping device side arm DA has a first engagement part EG1 having a long hole LH extending in the longitudinal direction of the arm, and the other is a first engagement part EG1. It has the 2nd engaging part EG2 which has a recessed part arrange | positioned in the meantime. The penetrating
自動車などの運動においては、アームの長手方向の突き上げ圧力がハウジングに急激に印加される場合も想定される。各アームは、長孔LH内を貫通する貫通部材6Sによって緩めにリンクしているため、このような圧力に応じてハウジングに与えられる応力を緩和することができる。なお、このような突き上げは、上述のヘッド部Hを用いたピストン構造でも吸収している。また、制振装置7から係合部EG1までの距離変動が生じる捩れがハウジングと制振装置7との間に生じる場合もあるが、長孔LH内では貫通部材6Sが移動できるため、このような捩れもリンクが吸収して、ハウジングにかかる応力を低減することが可能となる。また、第1係合部EG1は、第2係合部EG2の凹部側壁SWによって側壁間の方向(Y軸:回転の接線方向)に沿った移動が規制されている。この方向は回転方向であるため、回転方向のアームの移動を規制することができる。
In the movement of an automobile or the like, a case where a pushing-up pressure in the longitudinal direction of the arm is suddenly applied to the housing is also assumed. Since each arm is loosely linked by the penetrating
なお、係合部のリンク位置を中心として、回転軸に平行な軸(X軸)回りの運動を制振装置7が行う場合がある。本発明では、第1係合部EG1の長孔LHの貫通軸に沿った幅W1を規定する2つの外壁面E11,E12と、第2係合部EG2の凹部の幅W2を規定する2つの内壁面E21,E22との間には、それぞれ隙間が存在する(W2>W1)。しがたって、この僅かな隙間の分だけは、かかる軸回りの運動を吸収することができる。
Note that the
上述の長孔LHを用いることにより、ドライブシャフトDとロワーアームLA側のベースプレート(金属板MB)の各運動支点位置が異なることから発生するハウジング本体31と制振装置(台座部)7の円弧運動差異による上下方向動作差異に対応することが可能となる。すなわち、各アームが屈曲すると共に、長孔LH内を貫通部材6Sがスライドすることで、差異動作を吸収することができる。
Arc movement of the housing
また、上述のトルク検出装置は、後付けでドライブシャフトに簡単に装着することができる。また、取付リング2を用いているため、ドライブシャフトに直接着磁リングを設ける必要がないため、その耐久性が向上するという利点もある。また、ドライブシャフト直径が中間で変化して異なっていても、後付けリング直径をそれに合わせることで成立させることが可能である。
Further, the above torque detection device can be easily attached to the drive shaft as a retrofit. Further, since the mounting
また、上述のトルク検出装置では、回転角検出装置1A,1Bをドライブシャフトに沿って任意の距離を置いて複数個設置しており、1つの回転角基準位置に対して、他の回転角位置の無負荷時の一連の出力特性を初期値として、検知しておき、捻じれトルクがかかったときの、回転角度差もって、捻じれトルクを検出することができる。また、上述の装置では、非接触測定を行っているため、シャフトへは回転中の摩擦等の負荷が入らないという利点もある。さらに、シャフト回転に対し、2本のアーム(ロッド)61,62をシャフト中心軸方向に対し、直角方向に中心軸をはさんで2箇所設置しており、磁気センサの回転抑制を行っている。また、上述のトルク検出装置では、自由に回転角検出装置を取り付けられるので、測定対象物への取り付け場所を選択してトルク検出が可能となる。
Further, in the torque detection device described above, a plurality of rotation
なお、着磁リングの構造としてはテープの他に剛性の高いものを用いることも可能である。 As the structure of the magnetizing ring, it is possible to use a highly rigid one in addition to the tape.
次に、磁気センサ5として、4つの磁気抵抗効果素子を用いた例について説明する。
図12は、4つの磁気抵抗効果素子でフルブリッジ回路を構成してなる磁気センサ5の近傍の斜視図である。
Next, an example using four magnetoresistive elements as the
FIG. 12 is a perspective view of the vicinity of the
磁気センサ5は、直列接続された一対の磁気抵抗効果素子MR1,MR2を、電源電位Vccとグランド電位GNDとの間に2組並列に接続してなる。各組の磁気抵抗効果素子MR1,MR2間の接続点には、それぞれ第1出力端子DO1及び第2出力端子DO2が接続されている。この場合には、これら4つの磁気抵抗効果素子MR1,MR2はフルブリッジを構成し、その出力値がハーフブリッジの場合の2倍になる。
The
なお、着磁リング4の最下点の直下位置、すなわち、着磁リング4と磁気センサ4との間の最小離隔距離を与える磁気センサ5上の位置は、Y軸方向に沿って隣接する磁気抵抗効果素子MR1,MR2間の中点位置に設定されている。このように、磁気抵抗効果素子MR1,MR2を回転軸に直交する方向(Y軸)に離隔させてピッチを設けることで、出力信号に位相差を作ることができ、この出力信号から回転の正転及び逆転を検知することも可能となる。このように、回転軸に直交する方向(Y軸)に磁気抵抗効果素子MR1,MR2を離隔させる構成は、上述のハーフブリッジ回路の構成にも適用することが可能である。
Note that the position immediately below the lowest point of the
図13は、図12に示す磁気センサ5を用いた場合のトルク検出装置の回路図である。
FIG. 13 is a circuit diagram of the torque detector when the
直列に接続された磁気抵抗効果素子MR1,MR2の接続構成は、図9に示したものと同一である。 The connection configuration of the magnetoresistive elements MR1 and MR2 connected in series is the same as that shown in FIG.
出力端子OUT1を有する一方の回転角検出装置の電源電位Vccとグランド電位との間には、1組目の磁気抵抗効果素子MR1,MR2がこの順番で直列に接続され、また、2組目の磁気抵抗効果素子MR1,MR2が逆の順番で直列に接続されている。出力端子OUT2を有する他方の回転角検出装置の回路構造は、前記一方の回転角検出装置の回路構造と同一である。 The first set of magnetoresistive elements MR1 and MR2 are connected in series in this order between the power supply potential Vcc and the ground potential of one rotation angle detection device having the output terminal OUT1, and the second set Magnetoresistive elements MR1 and MR2 are connected in series in the reverse order. The circuit structure of the other rotation angle detection device having the output terminal OUT2 is the same as the circuit structure of the one rotation angle detection device.
直列接続された磁気抵抗効果素子MR1,MR2間の接続点には、第1出力端子DO1及び第2出力端子DO2を構成しており、第1出力端子DO1及び第2出力端子DO2から出力される逆相の正弦波信号(電圧)は、それぞれ差動増幅回路DIFに入力される。 A first output terminal DO1 and a second output terminal DO2 are configured at a connection point between the magnetoresistive elements MR1 and MR2 connected in series, and are output from the first output terminal DO1 and the second output terminal DO2. The anti-phase sine wave signals (voltages) are respectively input to the differential amplifier circuit DIF.
差動増幅回路DIFは、オペアンプAの反転入力端子と第1出力端子DO1との間に接続された抵抗R1、オペアンプAの非反転入力端子と第2出力端子DO2との間に接続された抵抗R2、オペアンプAの反転入力端子と出力端子OUT1(OUT2)との間に接続された帰還抵抗R3、オペアンプAの非反転入力端子と基準電位との間に介在する抵抗R4からなり、入力信号の差分を出力する。なお、本例では、R1=R2,R3=R4であることとし、便宜上、各抵抗の抵抗値を符号を同一記号で表記することとすると、出力端子OUT1(OUT2)からの出力電圧は、(V1−V2)/(R3/R1)で与えられる。なお、V1及びV2は、それぞれ第1出力端子DO1及び第2出力端子DO2からの出力電圧であり、互いに逆相の正弦波信号である。これらの逆相の正弦波信号の差分の振幅は、各正弦波信号の振幅の2倍となる。 The differential amplifier circuit DIF includes a resistor R1 connected between the inverting input terminal of the operational amplifier A and the first output terminal DO1, and a resistor connected between the non-inverting input terminal of the operational amplifier A and the second output terminal DO2. R2, a feedback resistor R3 connected between the inverting input terminal of the operational amplifier A and the output terminal OUT1 (OUT2), and a resistor R4 interposed between the non-inverting input terminal of the operational amplifier A and the reference potential. Output the difference. In this example, assuming that R1 = R2 and R3 = R4, and for the sake of convenience, the resistance value of each resistor is represented by the same symbol, the output voltage from the output terminal OUT1 (OUT2) is ( V1-V2) / (R3 / R1). V1 and V2 are output voltages from the first output terminal DO1 and the second output terminal DO2, respectively, and are sine wave signals having opposite phases. The amplitude of the difference between these anti-phase sine wave signals is twice the amplitude of each sine wave signal.
波形成形回路52では、出力された正弦波信号を増幅した後、方形波に波形成形を行い、それぞれデジタルの出力信号V1D及びV2Dとして外部に出力する。正弦波出力を方形波に成形する波形成形回路52の構成は、図9に示した出力端子OUT1、OUT2の後段の回路と同一であり、波形成形回路52の出力信号V1D,V2Dは、位相検出器PDに入力される。
The
1A…回転角検出装置、D…ドライブシャフト、2…取付リング、3…ハウジング、4…着磁リング、5…磁気センサ、61,62…アーム、7…制振装置。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記取付リングを回転可能に収容するハウジングと、
前記取付リングの回転に追従して回転する位置に設けられた着磁リングと、
前記ハウジング内に配置され前記着磁リングに対向する磁気センサと、
前記取付リングの回転軸回りの、前記ハウジングの移動を規制するように一端が取り付けられたアームと、
前記アームの他端が取り付けられた制振装置と、
を備えることを特徴とする回転角検出装置。 A mounting ring provided integrally around the object to be measured;
A housing that rotatably accommodates the mounting ring;
A magnetized ring provided at a position that rotates following the rotation of the mounting ring;
A magnetic sensor disposed in the housing and facing the magnetized ring;
An arm having one end attached to restrict the movement of the housing around the rotation axis of the attachment ring;
A damping device to which the other end of the arm is attached;
A rotation angle detection device comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。 The position is an outer periphery of the mounting ring;
The rotation angle detection device according to claim 1.
前記ハウジングに設けられた孔内をスライド可能なヘッド部と、
前記ヘッド部にリンクしたハウジング側アームと、
前記ハウジング側アームにリンクし、他端にボールを有する制振装置側アームと、
を有し、
前記ヘッド部と前記孔の最深部との間には弾性体が介在しており、
前記制振装置は、前記ボールの外表面の一部を自由回転可能に支持する凹面を有している、
ことを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。 The arm is
A head portion slidable in a hole provided in the housing;
A housing side arm linked to the head part;
A vibration control device side arm linked to the housing side arm and having a ball at the other end;
Have
An elastic body is interposed between the head part and the deepest part of the hole,
The vibration damping device has a concave surface that supports a part of the outer surface of the ball so as to freely rotate.
The rotation angle detection device according to claim 1.
前記凹部の側壁を貫通して前記長孔内を通り、前記第1及び第2係合部をリンクさせる貫通部材を更に備えることを特徴とする請求項3に記載の回転角検出装置。 One of the housing side arm and the damping device side arm has a first engagement part having a long hole extending in the longitudinal direction of the arm, and the other is the first engagement part between them. A second engaging portion having a recessed portion to be disposed;
The rotation angle detecting device according to claim 3, further comprising a penetrating member that passes through the side wall of the concave portion, passes through the elongated hole, and links the first and second engaging portions.
前記ハウジングは、前記取付リングを、その内面の摺動領域で回転可能に支持しており、
前記摺動領域の表面にはダイヤモンドライクカーボンが堆積されていることを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。 The housing is made of a nonmagnetic metal,
The housing supports the mounting ring so as to be rotatable in a sliding region on the inner surface thereof,
The rotation angle detecting device according to claim 1, wherein diamond-like carbon is deposited on a surface of the sliding region.
2つの前記磁気抵抗効果素子の接続点に電気的に接続された出力端子を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の回転角検出装置。 The magnetic sensor has two magnetoresistive elements connected in series,
The rotation angle detection device according to claim 1, further comprising an output terminal electrically connected to a connection point of the two magnetoresistive effect elements.
それぞれの前記回転角検出装置は、
測定対象物の周囲に一体化して設けられる取付リングと、
前記取付リングを回転可能に収容するハウジングと、
前記取付リングの回転に追従して回転する位置に設けられた着磁リングと、
前記ハウジング内に配置され前記着磁リングに対向する磁気センサと、
前記取付リングの回転軸回りの、前記ハウジングの移動を規制するように一端が取り付けられたアームと、
前記アームの他端が取り付けられた制振装置と、
を備え、
それぞれの前記磁気センサからの出力を取り出すこととしたことを特徴とするトルク検出装置。 In the torque detection device comprising two rotation angle detection devices,
Each of the rotation angle detectors is
A mounting ring provided integrally around the object to be measured;
A housing that rotatably accommodates the mounting ring;
A magnetized ring provided at a position that rotates following the rotation of the mounting ring;
A magnetic sensor disposed in the housing and facing the magnetized ring;
An arm having one end attached to restrict the movement of the housing around the rotation axis of the attachment ring;
A damping device to which the other end of the arm is attached;
With
A torque detecting device characterized in that an output from each of the magnetic sensors is taken out.
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- 2006-12-25 JP JP2006348400A patent/JP2008157816A/en active Pending
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