JP2008232981A - Torque sensor and electric power steering system - Google Patents

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Kazuya Sakai
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a torque sensor including a magnetic flux intensity detecting means, capable of more correct detection of torque than conventional ones and further size reduction, as compared with conventional types, when the function of detecting a rotation position of a torsion bar is provided, and an electric power steering system including the torque sensor. <P>SOLUTION: The torque sensor 10 has first to third magnetic path component members 35S, 36S and 37S for constituting a magnetic path between a first and second rotary magnets 31 and 32 and Hall elements 35H, 36H and 37H for detecting intensity of magnetic fluxes passing through them, which are fixed together to a carry housing 11. Thus, the problem wherein a gap varies and the problem wherein the magnetic flux intensity drops as in a conventional torque sensor can be solved, thereby the torque is accurately detected. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、支持ハウジングにより回転可能に支持されたトーションバーの捻れに基づいてトルクを検出するためのトルクセンサ及びそのトルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置に関する。   The present invention relates to a torque sensor for detecting torque based on torsion of a torsion bar rotatably supported by a support housing, and an electric power steering apparatus including the torque sensor.

従来、この種のトルクセンサとして、トーションバーの両端部の回転位置のずれを1対のレゾルバで検出してトーションバーの捻れを求め、トルクを検出可能としたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、別の従来例として、ホール素子等の磁束強度検出手段を備えたトルクセンサも知られている。その一例として、図13に示したトルクセンサは、トーションバー1の一端部と一体に回転する円筒状の回転磁石4と、その回転磁石4を側方から囲みかつトーションバー1の他端部と一体に回転する第1及び第2のリングヨーク5,6とを備えている。   Conventionally, as this type of torque sensor, a sensor capable of detecting a torque by detecting a shift in rotational positions of both end portions of a torsion bar with a pair of resolvers to obtain torsion of the torsion bar (for example, Patent Document 1). As another conventional example, a torque sensor including a magnetic flux intensity detecting means such as a Hall element is also known. As an example, the torque sensor shown in FIG. 13 includes a cylindrical rotating magnet 4 that rotates integrally with one end of the torsion bar 1, and the other end of the torsion bar 1 that surrounds the rotating magnet 4 from the side. First and second ring yokes 5 and 6 that rotate together are provided.

図14に示すように第1リングヨーク5は、円環部5Bから軸方向に複数の三角突片5Aを突出した構造をなし、第2リングヨーク6は、円環部6Bから軸方向に複数の三角突片6Aを突出した構造をなしている。それら各三角突片5A,6Aは、図15(B)に示すように交互に隙間をあけて周方向に並べられている。また、図13に示すように円環部5B,6Bの間には、ホール素子7がそれら円環部5B,6Bに対して隙間をあけて配置されている。そのホール素子7は、トーションバー1を回転可能に支持した支持ハウジング(図示せず)に固定され、円環部5B,6Bの周方向における任意の位置で円環部5B,6Bの間の磁束強度を検出することができる。   As shown in FIG. 14, the first ring yoke 5 has a structure in which a plurality of triangular projecting pieces 5A protrude in the axial direction from the annular portion 5B, and the second ring yoke 6 has a plurality of axial projections from the annular portion 6B. The triangular projecting piece 6A is projected. These triangular protrusions 5A and 6A are arranged in the circumferential direction with a gap alternately as shown in FIG. Moreover, as shown in FIG. 13, between the annular parts 5B and 6B, the Hall element 7 is disposed with a gap with respect to the annular parts 5B and 6B. The Hall element 7 is fixed to a support housing (not shown) that rotatably supports the torsion bar 1, and the magnetic flux between the annular portions 5B and 6B at an arbitrary position in the circumferential direction of the annular portions 5B and 6B. The intensity can be detected.

また、図14に示すように、回転磁石4は、周方向に複数の磁極に分極され、トーションバー1が捻れていない状態では、図15(B)に示したように、各三角突片5A,6Aの中心が回転磁石4の隣り合った磁極の境界部分に対向している。そして、トーションバー1が一方に捻れると、図15(A)に示すように、三角突片5Aの中心が回転磁石4のN磁極に対向しかつ三角突片6Aの中心が回転磁石4のS磁極に対向した状態になる一方、トーションバー1が他方に捻れると、図15(C)に示すように、三角突片5Aの中心が回転磁石4のS磁極に対向しかつ三角突片6Aの中心が回転磁石4のN磁極に対向した状態になる。これらにより、トーションバー1の捻れに応じてホール素子7にて検出される磁束強度が変化し、その変化に基づいてトルクを検出することができる(例えば、特許文献2参照)。
特開2004−294265号公報(段落[0018]〜[0041]、第1図) 特開2003−149062号公報(段落[0034]〜[0041]、第1図、第2図、第4図)
As shown in FIG. 14, the rotating magnet 4 is polarized into a plurality of magnetic poles in the circumferential direction, and in a state where the torsion bar 1 is not twisted, as shown in FIG. , 6A is opposed to the boundary between adjacent magnetic poles of the rotating magnet 4. When the torsion bar 1 is twisted to one side, as shown in FIG. 15A, the center of the triangular protruding piece 5A faces the N magnetic pole of the rotating magnet 4 and the center of the triangular protruding piece 6A is the rotating magnet 4's center. When the torsion bar 1 is twisted to the other side while facing the S magnetic pole, the center of the triangular protrusion 5A faces the S magnetic pole of the rotating magnet 4 and the triangular protrusion as shown in FIG. The center of 6A faces the N magnetic pole of the rotating magnet 4. As a result, the magnetic flux intensity detected by the Hall element 7 changes according to the twist of the torsion bar 1, and the torque can be detected based on the change (see, for example, Patent Document 2).
JP 2004-294265 A (paragraphs [0018] to [0041], FIG. 1) JP 2003-149062 (paragraphs [0034] to [0041], FIG. 1, FIG. 2, FIG. 4)

しかしながら、上記した磁束強度検出手段を備えた従来のトルクセンサでは、トーションバー1と共に円環部5B,6Bが回転すると、円環部5B,6Bとホール素子7との間の隙間がバラツキ、正確にトルクを検出することができないことが起こりえた。また、ホール素子7が、円環部5B,6Bの周方向における任意の位置で磁束強度を検出可能とするために、円環部5B,6Bの周方向全体で磁束を均一にする必要があった。このため、ホール素子7に通過させる磁束が低下し、この点においても、正確にトルクを検出することができなかった。   However, in the conventional torque sensor provided with the above-described magnetic flux intensity detection means, when the annular portions 5B and 6B rotate together with the torsion bar 1, the gap between the annular portions 5B and 6B and the Hall element 7 varies, and the accurate The torque could not be detected. Further, in order for the Hall element 7 to detect the magnetic flux intensity at an arbitrary position in the circumferential direction of the annular portions 5B and 6B, it is necessary to make the magnetic flux uniform throughout the circumferential direction of the annular portions 5B and 6B. It was. For this reason, the magnetic flux passed through the Hall element 7 is reduced, and even in this respect, the torque cannot be accurately detected.

また、上記したレゾルバを用いた従来のトルクセンサでは、トーションバーの回転位置を検出する機能を追加する場合に、そのレゾルバの検出結果を利用することができるが、上記した磁束強度検出手段を備えた従来のトルクセンサでは、その磁束強度検出手段の検出結果をトーションバーの回転位置を検出するために利用することができない。このため、トーションバーの回転位置を検出する機能を追加した場合に全体が大型化する問題があった。   In addition, in the conventional torque sensor using the resolver described above, when the function of detecting the rotational position of the torsion bar is added, the detection result of the resolver can be used. In the conventional torque sensor, the detection result of the magnetic flux intensity detection means cannot be used to detect the rotational position of the torsion bar. For this reason, when the function to detect the rotational position of the torsion bar is added, there is a problem that the whole size increases.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、磁束強度検出手段を備えたトルクセンサにおいて、従来より正確にトルクを検出可能であると共に、トーションバーの回転位置を検出する機能を備えた場合に従来より小型化することが可能なトルクセンサ及びそのトルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a torque sensor provided with magnetic flux intensity detection means, it is possible to detect torque more accurately than in the prior art and to have a function of detecting the rotational position of a torsion bar. Another object of the present invention is to provide a torque sensor that can be made smaller than before and an electric power steering apparatus including the torque sensor.

上記目的を達成するためになされた請求項1の発明に係るトルクセンサ(10)は、支持ハウジング(11)により回転可能に支持されたトーションバー(14)の捻れに基づいてトルクを検出するためのトルクセンサ(10)において、トーションバー(14)を中心とした円形をなし、その周方向で複数の磁極に均等分され、トーションバー(14)の一端部と一体に回転する第1の回転磁石(31)と、トーションバー(14)を中心とした円形をなし、第1の回転磁石(31)と同数の磁極に周方向で均等分され、トーションバー(14)の他端部と一体に回転する第2の回転磁石(32)と、支持ハウジング(11)に固定されて、第1と第2の回転磁石(31,32)の間の磁路を構成する磁路構成部材(35S,36S,37S)と、磁路構成部材(35S,36S,37S)に形成されて、第1の回転磁石(31)の回転位置に応じてその第1の回転磁石(31)の各磁極と対向可能な第1の磁極対向部(35B,36B,37B)と、磁路構成部材(35S,36S,37S)に形成されて、第2の回転磁石(32)の回転位置に応じてその第2の回転磁石(32)の各磁極と対向可能な第2の磁極対向部(35B,36B,37B)と、磁路構成部材(35S,36S,37S)を通る磁束の強度を検出するための磁束強度検出手段(35H,36H,37H)とを備えたところに特徴を有する。   In order to achieve the above object, a torque sensor (10) according to the invention of claim 1 detects torque based on the twist of a torsion bar (14) rotatably supported by a support housing (11). In the first torque sensor (10), the first rotation is a circle centered on the torsion bar (14), equally divided into a plurality of magnetic poles in the circumferential direction, and rotated integrally with one end of the torsion bar (14). The magnet (31) has a circular shape centered on the torsion bar (14), is equally divided in the circumferential direction into the same number of magnetic poles as the first rotating magnet (31), and is integrated with the other end of the torsion bar (14). The second rotating magnet (32) rotating in the direction and the magnetic path constituting member (35S) which is fixed to the support housing (11) and forms a magnetic path between the first and second rotating magnets (31, 32) , 36S, 37 ) And a magnetic path constituting member (35S, 36S, 37S), and can be opposed to each magnetic pole of the first rotating magnet (31) according to the rotational position of the first rotating magnet (31). One magnetic pole facing portion (35B, 36B, 37B) and a magnetic path constituting member (35S, 36S, 37S) are formed on the second rotating magnet (32) according to the rotational position of the second rotating magnet (32). Magnetic flux intensity detecting means for detecting the intensity of the magnetic flux passing through the second magnetic pole facing portion (35B, 36B, 37B) and the magnetic path constituting member (35S, 36S, 37S) that can face each magnetic pole of (32). (35H, 36H, 37H).

請求項2の発明は、請求項1に記載のトルクセンサ(10)において、磁路構成部材(35S,36S,37S)に、トーションバー(14)を中心とした1対の円環部(35A,36A,37A)を設け、一方の円環部(35A,36A,37A)の周方向に沿った複数位置に、第1の回転磁石(31)の電気角1周期の整数倍だけ間隔をあけて第1の磁極対向部(35B,36B,37B)を複数配置し、他方の円環部(35A,36A,37A)の周方向に沿った複数位置に、第2の回転磁石(32)の電気角1周期の整数倍だけ間隔をあけて第2の磁極対向部(35B,36B,37B)を複数配置したところに特徴を有する。   According to a second aspect of the present invention, in the torque sensor (10) according to the first aspect, the magnetic path constituent member (35S, 36S, 37S) has a pair of annular portions (35A centered on the torsion bar (14)). , 36A, 37A), and spaced at an integral multiple of one cycle of the electrical angle of the first rotating magnet (31) at a plurality of positions along the circumferential direction of one of the annular portions (35A, 36A, 37A). A plurality of first magnetic pole facing portions (35B, 36B, 37B) are arranged, and the second rotating magnet (32) is disposed at a plurality of positions along the circumferential direction of the other annular portion (35A, 36A, 37A). It is characterized in that a plurality of second magnetic pole facing portions (35B, 36B, 37B) are arranged at intervals of an integral multiple of one electrical angle cycle.

請求項3の発明は、請求項1又は2に記載のトルクセンサ(10)において、第1の回転磁石(31)の電気角1/3周期分の位相をずらして磁路構成部材(35S,36S,37S)を3つ設け、それら3つの磁路構成部材(35S,36S,37S)にそれぞれ備えた3つの磁束強度検出手段(35H,36H,37H)の検出結果を出力可能としたところに特徴を有する。   According to a third aspect of the present invention, in the torque sensor (10) according to the first or second aspect, the magnetic path constituent member (35S, 36S, 37S) are provided, and the detection results of the three magnetic flux intensity detecting means (35H, 36H, 37H) provided in the three magnetic path constituent members (35S, 36S, 37S) can be output. Has characteristics.

請求項4の発明は、請求項3に記載のトルクセンサ(10)において、3つの磁束強度検出手段(35H,36H,37H)の検出結果をV1,V2,V3とした場合に、

Figure 2008232981
According to a fourth aspect of the present invention, in the torque sensor (10) according to the third aspect, when the detection results of the three magnetic flux intensity detecting means (35H, 36H, 37H) are V1, V2, and V3,
Figure 2008232981

で演算値Sを演算し、その演算値Sと予め定められた基準値との大小関係に基づいてトルクを演算する信号処理部(39)を備えたところに特徴を有する。   And a signal processing unit (39) for calculating a torque based on the magnitude relationship between the calculated value S and a predetermined reference value.

請求項5の発明は、請求項1乃至4の何れかに記載のトルクセンサ(10)において、第1と第2の磁極対向部(35B,36B,37B)をトーションバー(14)の周りの同じ位相に配置し、トーションバー(14)が捻れていない状態で、第1と第2の回転磁石(31,32)を電気角1/4周期分だけずらして配置したところに特徴を有する。   According to a fifth aspect of the present invention, in the torque sensor (10) according to any one of the first to fourth aspects, the first and second magnetic pole facing portions (35B, 36B, 37B) are arranged around the torsion bar (14). It is characterized in that the first and second rotating magnets (31, 32) are arranged to be shifted by an electrical angle ¼ period in the same phase and the torsion bar (14) is not twisted.

請求項6の発明は、請求項1乃至5の何れかに記載のトルクセンサ(10)において、磁路構成部材(35S,36S,37S)を複数設け、それら複数の磁路構成部材(35S,36S,37S)毎に備えた複数の磁束強度検出手段(35H,36H,37H)の検出結果がトーションバー(14)を回転したときに位相差を有した複数のSINカーブ(g1,g2,g3)を描いて変化するように複数の磁路構成部材(35S,36S,37S)を配置して、それら複数の磁束強度検出手段(35H,36H,37H)の検出結果からトーションバー(14)の電気角を検出可能としたところに特徴を有する。   The invention of claim 6 is the torque sensor (10) according to any one of claims 1 to 5, wherein a plurality of magnetic path constituent members (35S, 36S, 37S) are provided, and the plurality of magnetic path constituent members (35S, A plurality of SIN curves (g1, g2, g3) having a phase difference when the detection results of the plurality of magnetic flux intensity detecting means (35H, 36H, 37H) provided for each of 36S, 37S) rotate the torsion bar (14). ), A plurality of magnetic path constituent members (35S, 36S, 37S) are arranged, and the torsion bar (14) is detected from the detection results of the plurality of magnetic flux intensity detecting means (35H, 36H, 37H). It is characterized in that the electrical angle can be detected.

請求項7の発明は、請求項6に記載のトルクセンサ(10)において、トーションバー(14)を中心とした円形をなし、第1及び第2の回転磁石(32)の磁極数と異なる複数の磁極に周方向で均等分され、トーションバー(14)と一体に回転するサブ回転磁石(21,22)と、支持ハウジング(11)に固定されて、サブ回転磁石(21,22)の回転位置に応じてそのサブ回転磁石(21,22)の各磁極と対向可能な複数のサブ磁路構成部材(25S,26S,27S)と、複数のサブ磁路構成部材(25S,26S,27S)を通過するサブ回転磁石(21,22)の磁束強度を検出するための複数のサブ磁束強度検出手段(25H,26H,27H)とを設け、それら複数のサブ磁束強度検出手段(25H,26H,27H)の検出結果がトーションバー(14)を回転したときに、位相差を有した複数のSINカーブを描いて変化するように複数のサブ磁路構成部材(25S,26S,27S)を配置して、それら複数のサブ磁束強度検出手段(25H,26H,27H)の検出結果からトーションバー(14)の電気角を検出可能とし、複数のサブ磁束強度検出手段(25H,26H,27H)の演算結果により検出されるトーションバー(14)の電気角と、複数の磁束強度検出手段(25H,26H,27H)の演算結果により検出されるトーションバー(14)の電気角との組み合わせに基づいてトーションバー(14)の機械角を検出可能としたところに特徴を有する。   A seventh aspect of the present invention is the torque sensor (10) according to the sixth aspect, wherein the torque sensor (10) has a circular shape centered on the torsion bar (14) and is different from the number of magnetic poles of the first and second rotating magnets (32). The sub-rotating magnets (21, 22) that are equally divided in the circumferential direction and rotated integrally with the torsion bar (14) and the rotation of the sub-rotating magnets (21, 22) are fixed to the support housing (11). A plurality of sub magnetic path constituent members (25S, 26S, 27S) and a plurality of sub magnetic path constituent members (25S, 26S, 27S) that can be opposed to the magnetic poles of the sub rotating magnets (21, 22) according to the position. And a plurality of sub magnetic flux intensity detecting means (25H, 26H, 27H) for detecting the magnetic flux intensity of the sub rotating magnets (21, 22) passing through the plurality of sub magnetic flux intensity detecting means (25H, 26H, 27H A plurality of sub magnetic path constituent members (25S, 26S, 27S) are arranged so as to draw and change a plurality of SIN curves having a phase difference when the detection result of the rotation of the torsion bar (14), The electrical angle of the torsion bar (14) can be detected from the detection results of the plurality of sub magnetic flux intensity detection means (25H, 26H, 27H), and the calculation results of the plurality of sub magnetic flux intensity detection means (25H, 26H, 27H) Based on the combination of the electrical angle of the torsion bar (14) detected and the electrical angle of the torsion bar (14) detected by the calculation results of the plurality of magnetic flux intensity detection means (25H, 26H, 27H) 14) It is characterized in that the mechanical angle can be detected.

請求項8の発明に係る電動パワーステアリング装置(50)は、請求項1乃至7の何れかに記載のトルクセンサ(10)を、ハンドル(60)の操舵抵抗を検出するために備えたところに特徴を有する。   An electric power steering apparatus (50) according to an eighth aspect of the present invention includes the torque sensor (10) according to any one of the first to seventh aspects for detecting a steering resistance of the handle (60). Has characteristics.

[請求項1の発明]
請求項1の構成では、トーションバーと共に第1と第2の回転磁石が回転すると、第1及び第2の回転磁石のうち、磁路構成部材に形成した第1及び第2の磁極対向部との対向位置が変化する。これにより磁路構成部材を通る磁束の強度がトーションバーの回転に伴って変化し、磁束強度検出手段の検出結果がSINカーブを描いて変化する。また、トーションバーが捻れると第1と第2の回転磁石が相対的に回動して、第1及び第2の回転磁石に対する第1及び第2の磁極対向部の対向状態が変わり、前記SINカーブの振幅値が変化する。そして、そのSINカーブの振幅値の変化に基づいてトーションバーの捻れ量が求まり、その捻れ量に基づいてトルクを検出することができる。
[Invention of Claim 1]
In the configuration of claim 1, when the first and second rotating magnets rotate together with the torsion bar, the first and second magnetic pole facing portions formed on the magnetic path constituent member of the first and second rotating magnets, and The opposite position of changes. As a result, the intensity of the magnetic flux passing through the magnetic path constituting member changes with the rotation of the torsion bar, and the detection result of the magnetic flux intensity detecting means changes in a SIN curve. Further, when the torsion bar is twisted, the first and second rotating magnets are relatively rotated, and the opposing states of the first and second magnetic pole facing portions with respect to the first and second rotating magnets are changed. The amplitude value of the SIN curve changes. Then, the twist amount of the torsion bar is obtained based on the change in the amplitude value of the SIN curve, and the torque can be detected based on the twist amount.

本発明のトルクセンサでは、上記した第1と第2の回転磁石の間の磁路を構成する磁路構成部材が支持ハウジングに固定されている。これにより、磁路構成部材を通る磁束の強度を検出するための磁束強度検出手段も支持ハウジングに固定することでき、従来のように隙間のバラツキの問題や磁束強度の低下の問題が解消され、正確にトルクを検出することができる。   In the torque sensor of the present invention, the magnetic path constituting member constituting the magnetic path between the first and second rotating magnets is fixed to the support housing. Thereby, the magnetic flux intensity detection means for detecting the intensity of the magnetic flux passing through the magnetic path constituting member can also be fixed to the support housing, and the problem of gap variation and the decrease of the magnetic flux intensity as in the past are solved. Torque can be detected accurately.

[請求項2の発明]
請求項2の構成によれば、第1及び第2の回転磁石に対向する第1及び第2の磁極対向部が複数備えられているので、第1及び第2の磁極対向部と第1及び第2の回転磁石との対向面積を広く確保することができる。これにより、第1及び第2の回転磁石の磁束を多く磁路構成部材に取り込むことができ、磁束強度の検出精度が向上し、トルクの検出精度も向上する。
[Invention of claim 2]
According to the configuration of the second aspect, since the first and second magnetic pole facing portions facing the first and second rotating magnets are provided in plural, the first and second magnetic pole facing portions and the first and second magnetic pole facing portions are provided. A wide area facing the second rotating magnet can be secured. As a result, a large amount of the magnetic flux of the first and second rotating magnets can be taken into the magnetic path constituting member, the magnetic flux strength detection accuracy is improved, and the torque detection accuracy is also improved.

[請求項3及び4の発明]
請求項3の構成では、第1の回転磁石の電気角1/3周期分の位相をずらして磁路構成部材を3つ設け、それら3つの磁路構成部材にそれぞれ備えた3つの磁束強度検出手段の検出結果を出力可能としたので、トーションバーを回転させなくても、磁束強度検出手段の検出結果のSINカーブにおける振幅値を求めることができる。
[Inventions of Claims 3 and 4]
In the configuration of claim 3, three magnetic path constituent members are provided by shifting the phase of the first rotary magnet by an electrical angle of 1/3 period, and three magnetic flux intensity detections respectively provided in the three magnetic path constituent members are provided. Since the detection result of the means can be output, the amplitude value in the SIN curve of the detection result of the magnetic flux intensity detection means can be obtained without rotating the torsion bar.

具体的には、請求項4の構成のように、3つの磁束強度検出手段の検出結果をV1,V2,V3とした場合に、   Specifically, when the detection results of the three magnetic flux intensity detection means are V1, V2, and V3 as in the configuration of claim 4,

Figure 2008232981
Figure 2008232981

、で振幅値を上記演算値Sとして演算することができる。そして、その演算値Sと予め定められた基準値との大小関係に基づいてトルクを求めることができる。   The amplitude value can be calculated as the calculation value S. Then, the torque can be obtained based on the magnitude relationship between the calculated value S and a predetermined reference value.

[請求項5の発明]
請求項5の構成によれば、第1と第2の磁極対向部をトーションバーの周りの同じ位相に配置し、トーションバーが捻れていない状態で、第1と第2の回転磁石を電気角1/4周期分だけずらして配置したので、トーションバーが捻れていない状態における前記SINカーブの振幅値に対し、振幅値が大きくなったか小さくなったかによってトーションバーが一方に捻れたか他方に捻れたかを判別することができる。
[Invention of claim 5]
According to the configuration of the fifth aspect, the first and second magnetic pole opposing portions are arranged in the same phase around the torsion bar, and the first and second rotating magnets are electrically angled with the torsion bar not twisted. Since the arrangement is shifted by ¼ period, whether the torsion bar is twisted to one side or the other depending on whether the amplitude value is larger or smaller than the amplitude value of the SIN curve when the torsion bar is not twisted Can be determined.

[請求項6及び7の発明]
請求項6の構成によれば、複数の磁束強度検出手段の検出結果からトーションバーの電気角を検出することができ、その電気角を、トーションバーの機械角を検出するために利用することができる。これにより、トーションバーの回転位置を検出する機能を追加した場合に、トルクセンサ全体を小型化することができる。
[Inventions of Claims 6 and 7]
According to the configuration of claim 6, the electrical angle of the torsion bar can be detected from the detection results of the plurality of magnetic flux intensity detecting means, and the electrical angle can be used to detect the mechanical angle of the torsion bar. it can. Thereby, when the function which detects the rotation position of a torsion bar is added, the whole torque sensor can be reduced in size.

具体的には、請求項7の構成のように、第1及び第2の回転磁石とは異なる数の複数の磁極を備えたサブ回転磁石を設ると共に、そのサブ回転磁石の各磁極と対向可能な複数のサブ磁路構成部材を支持ハウジングに固定し、それら複数のサブ磁路構成部材を通過するサブ回転磁石の磁束強度を複数のサブ磁束強度検出手段で検出すれば、サブ磁束強度検出手段により検出されるトーションバーの電気角と、磁束強度検出手段により検出されるトーションバーの電気角との2種類の電気角の組み合わせに基づいて、トーションバーの機械角を演算することができる。   Specifically, as in the configuration of the seventh aspect, a sub-rotating magnet having a plurality of magnetic poles different from the first and second rotating magnets is provided and is opposed to each magnetic pole of the sub-rotating magnet. If a plurality of possible sub magnetic path constituent members are fixed to the support housing and the magnetic flux intensity of the sub rotating magnet passing through the plurality of sub magnetic path constituent members is detected by a plurality of sub magnetic flux intensity detecting means, the sub magnetic flux intensity detection is performed. The mechanical angle of the torsion bar can be calculated based on a combination of two kinds of electrical angles, that is, the electrical angle of the torsion bar detected by the means and the electrical angle of the torsion bar detected by the magnetic flux intensity detecting means.

[請求項8の発明]
請求項8の電動パワーステアリング装置は、上記の如く従来より正確にトルクを検出可能なトルクセンサをハンドルの操舵抵抗を検出するために備えているので、正確に電動パワーステアリング装置の出力を制御することができる。
[Invention of Claim 8]
Since the electric power steering apparatus according to the eighth aspect is equipped with the torque sensor capable of detecting the torque more accurately than the conventional one for detecting the steering resistance of the steering wheel as described above, the output of the electric power steering apparatus is accurately controlled. be able to.

以下、本発明に係る実施形態を図1〜図11に基づいて説明する。図1には、本実施形態のトルクセンサ10の全体が示されている。同図において符号11は支持ハウジングであって、両端開放の筒形構造をなし、その内側を回転軸部12が貫通している。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the entire torque sensor 10 of the present embodiment. In the figure, reference numeral 11 denotes a support housing having a cylindrical structure with both ends open, and a rotating shaft portion 12 passes through the inside thereof.

回転軸部12は、トーションバー14と第1及び第2の延長スリーブ15,16とからなる。トーションバー14は、両端部14A,14Bに比べて中間部14Cの径が細くなっており、負荷トルクを受けるとその中間部14Cが捻れ変形する。   The rotating shaft portion 12 includes a torsion bar 14 and first and second extension sleeves 15 and 16. In the torsion bar 14, the diameter of the intermediate portion 14C is smaller than that of both end portions 14A and 14B, and when the load torque is received, the intermediate portion 14C is twisted and deformed.

第1延長スリーブ15は、トーションバー14における一方の端部14A(以下、これを「基端部14A」という)から軸方向の中間位置までを覆っている。これに対し、第2延長スリーブ16は、トーションバー14における他方の端部14B(以下、これを「先端部14B」という)から軸方向の中間位置までを覆っている。そして、トーションバー14の軸方向における中央部で、第1と第2の延長スリーブ15,16の端部同士が軸方向に間隔をあけて向かい合っている。   The first extension sleeve 15 covers from one end portion 14A of the torsion bar 14 (hereinafter referred to as “base end portion 14A”) to an intermediate position in the axial direction. On the other hand, the second extension sleeve 16 covers from the other end 14B of the torsion bar 14 (hereinafter referred to as the “tip 14B”) to an intermediate position in the axial direction. The ends of the first and second extension sleeves 15 and 16 are opposed to each other with a gap in the axial direction at the central portion in the axial direction of the torsion bar 14.

第1延長スリーブ15は、トーションバー14の基端部14Aに対してピン結合されると共に中間部14Cに対しては遊嵌されている。これにより、第1延長スリーブ15は、トーションバー14のうち基端部14Aのみと一体に回転する。一方、第2延長スリーブ16は、トーションバー14の先端部14Bに対してスプライン結合されると共に、中間部14Cに対しては遊嵌されている。これにより、第2延長スリーブ16は、トーションバー14のうち先端部14Bのみと一体に回転する。また、支持ハウジング11の両端部に備えた1対のベアリング13,13が、第1延長スリーブ15の外周面と第2延長スリーブ16の外周面とにそれぞれ嵌合され、これにより回転軸部12全体が支持ハウジング11に対して回転可能に支持されている。   The first extension sleeve 15 is pin-coupled to the base end portion 14A of the torsion bar 14 and loosely fitted to the intermediate portion 14C. As a result, the first extension sleeve 15 rotates integrally with only the base end portion 14 </ b> A of the torsion bar 14. On the other hand, the second extension sleeve 16 is splined to the distal end portion 14B of the torsion bar 14 and loosely fitted to the intermediate portion 14C. As a result, the second extension sleeve 16 rotates integrally with only the distal end portion 14B of the torsion bar 14. A pair of bearings 13, 13 provided at both ends of the support housing 11 are fitted to the outer peripheral surface of the first extension sleeve 15 and the outer peripheral surface of the second extension sleeve 16, respectively. The whole is rotatably supported with respect to the support housing 11.

なお、第1延長スリーブ15のうちトーションバー14とのピン結合部分は、支持ハウジング11の外側に露出され、その外周面にはスプライン部15Sが形成されている。また、第2延長スリーブ16は、トーションバー14の先端部14Bの延長上にピニオンギヤ16Gを一体に備えた構造になっている。   In addition, the pin coupling | bond part with the torsion bar 14 among the 1st extension sleeves 15 is exposed to the outer side of the support housing 11, and the spline part 15S is formed in the outer peripheral surface. The second extension sleeve 16 has a structure in which a pinion gear 16G is integrally provided on the extension of the tip portion 14B of the torsion bar 14.

第1延長スリーブ15の一部は、第1と第2のサブ回転磁石21,22及び第1の回転磁石31で構成されている。また、第2延長スリーブ16の一部は、第2の回転磁石32で構成されている。これら第1及び第2のサブ回転磁石21,22と回転磁石31,32は、全て同一形状の中空の円板状になっている。また、第1及び第2の延長スリーブ15,16は、第1及び第2のサブ回転磁石21,22と回転磁石31,32を除いた部分の全体が非磁性体で構成されている。   A part of the first extension sleeve 15 includes first and second sub-rotating magnets 21 and 22 and a first rotating magnet 31. A part of the second extension sleeve 16 is constituted by a second rotating magnet 32. The first and second sub-rotating magnets 21 and 22 and the rotating magnets 31 and 32 are all in the shape of a hollow disk having the same shape. The first and second extension sleeves 15 and 16 are entirely made of a non-magnetic material except for the first and second sub-rotating magnets 21 and 22 and the rotating magnets 31 and 32.

より詳細には、例えば、第1延長スリーブ15のうちトーションバー14の中間部14Cを覆った部分には、その軸方向の先端部から中間部に亘って小径部15Aが形成されている。そして、その小径部15Aに第1のサブ回転磁石21、スペーサ15B、第2のサブ回転磁石22、スペーサ15C及び第1の回転磁石31が順番に嵌合されて接着剤にて固定されている。   More specifically, for example, a portion of the first extension sleeve 15 that covers the intermediate portion 14C of the torsion bar 14 is formed with a small-diameter portion 15A extending from the axial tip to the intermediate portion. The first sub-rotating magnet 21, the spacer 15B, the second sub-rotating magnet 22, the spacer 15C, and the first rotating magnet 31 are sequentially fitted to the small-diameter portion 15A and fixed with an adhesive. .

また、第2延長スリーブ16のうち第1延長スリーブ15側の先端部にも小径部16Aが形成され、その第2延長スリーブ16Aに第2の回転磁石32が嵌合されて接着剤にて固定されている。これらにより、回転軸部12の軸方向における4箇所に間隔を空けて第1及び第2のサブ回転磁石21,22と第1及び第2の回転磁石31,32が配置された状態になっている。   A small diameter portion 16A is also formed at the tip of the second extension sleeve 16 on the first extension sleeve 15 side, and the second rotary magnet 32 is fitted into the second extension sleeve 16A and fixed with an adhesive. Has been. As a result, the first and second sub-rotating magnets 21 and 22 and the first and second rotating magnets 31 and 32 are arranged at intervals in four locations in the axial direction of the rotating shaft portion 12. Yes.

図2に示すように、第1及び第2の回転磁石31,32は、周方向において所定偶数m(例えば、m=6)の磁極(S極、N極)に均等分されている。そして、トーションバー14が捻れ変形していない状態では、第1の回転磁石31における隣り合ったN磁極とS磁極との境界部分が、第2の回転磁石32におけるN磁極及びS磁極の中心に対向している。即ち、第1及び第2の回転磁石31,32の磁極数mに対し、下記式(1)で求められる角度θ1だけ、第1と第2の回転磁石31,32の位相がずれた配置になっている。   As shown in FIG. 2, the first and second rotating magnets 31 and 32 are equally divided into magnetic poles (S pole, N pole) of a predetermined even number m (for example, m = 6) in the circumferential direction. When the torsion bar 14 is not twisted and deformed, the boundary between the adjacent N magnetic pole and S magnetic pole in the first rotating magnet 31 is at the center of the N magnetic pole and S magnetic pole in the second rotating magnet 32. Opposite. That is, the first and second rotary magnets 31 and 32 are arranged so that their phases are shifted by an angle θ1 obtained by the following equation (1) with respect to the number m of magnetic poles of the first and second rotary magnets 31 and 32. It has become.

θ1=360/(2・m) ・・・・・(1)     θ1 = 360 / (2 · m) (1)

また、第1及び第2の回転磁石31,32は、周方向において複数の磁極(S極、N極)に均等分されているので、レゾルバやモータで用いられる「電気角」と「機械角」の概念を適用することができる。即ち、第1及び第2の回転磁石31,32において、同名極間の間隔を360度(1周期)として表す角度を「電気角」と、第1及び第2の回転磁石31,32の1回転分を360度(1周期)として表す角度を「機械角」とすることができる。そして、電気角をθd、機械角をθk、磁極数をmとすると、下記式(2)が成立する。従って、電気角1周期分の機械角θk1は、以下の式(3)で表すことができる。   Further, since the first and second rotating magnets 31 and 32 are equally divided into a plurality of magnetic poles (S poles and N poles) in the circumferential direction, an “electrical angle” and a “mechanical angle” used in a resolver or a motor. Can be applied. That is, in the first and second rotating magnets 31 and 32, an angle representing an interval between the same poles as 360 degrees (one cycle) is “electrical angle”, and 1 of the first and second rotating magnets 31 and 32. An angle representing the rotation as 360 degrees (one cycle) can be a “mechanical angle”. When the electrical angle is θd, the mechanical angle is θk, and the number of magnetic poles is m, the following equation (2) is established. Therefore, the mechanical angle θk1 for one electrical angle cycle can be expressed by the following equation (3).

θk =θd/(m/2) ・・・・(2)
θk1=360/(m/2) ・・・・(3)
θk = θd / (m / 2) (2)
θk1 = 360 / (m / 2) (3)

図8に示すように、第1及び第2のサブ回転磁石21,22も、周方向において所定偶数n(例えば、n=4)の磁極(S極、N極)に均等分されている。また、第1及び第2のサブ回転磁石21,22の磁極数と、第1及び第2の回転磁石31,32の磁極数とは異なっている。そして、トーションバー14の捻れ変形の有無に拘わらず、第1のサブ回転磁石21のN磁極の位置と第2のサブ回転磁石22のS磁極の位置とが一致した状態に保持されている。即ち、第1及び第2のサブ回転磁石21,22の磁極数nに対し、下記式(4)で求められる角度θ2だけ、第1と第2のサブ回転磁石21,22の位相がずれた配置になっている。   As shown in FIG. 8, the first and second sub-rotating magnets 21 and 22 are also equally divided into predetermined even-numbered n (for example, n = 4) magnetic poles (S pole, N pole) in the circumferential direction. The number of magnetic poles of the first and second sub-rotating magnets 21 and 22 is different from the number of magnetic poles of the first and second rotating magnets 31 and 32. The position of the N magnetic pole of the first sub-rotating magnet 21 and the position of the S magnetic pole of the second sub-rotating magnet 22 are held in agreement with each other regardless of whether or not the torsion bar 14 is twisted. That is, the phases of the first and second sub-rotating magnets 21 and 22 are shifted by an angle θ2 obtained by the following equation (4) with respect to the number n of magnetic poles of the first and second sub-rotating magnets 21 and 22. It is arranged.

θ2=360/n ・・・・・(4)     θ2 = 360 / n (4)

図1に示すように、支持ハウジング11の内側には、第1及び第2の回転磁石31,32を側方から囲む位置にヨークステータ33が設けられると共に、第1及び第2のサブ回転磁石21,22を側方から囲む位置にサブヨークステータ23が設けられている。図2に示すようにヨークステータ33は、1対のヨーク群34,34を軸方向で対向配置して備えている。各ヨーク群34は、図3に示した第1ヨーク35と第2ヨーク36と第3ヨーク37とからなる。そして、一方と他方のヨーク群34,34にそれぞれ含まれる1対の第1ヨーク35,35によって、本発明の「磁路構成部材」に相当する第1の磁路構成部材35S(図2及び図4(A)参照)が構成され、一方と他方のヨーク群34,34にそれぞれ含まれる1対の第2ヨーク36,36によって、本発明の「磁路構成部材」に相当する第2の磁路構成部材36S(図2参照)が構成され、一方と他方のヨーク群34,34にそれぞれ含まれる1対の第3ヨーク37,37によって、本発明の「磁路構成部材」に相当する第3の磁路構成部材37S(図2参照)が構成されている。   As shown in FIG. 1, a yoke stator 33 is provided inside the support housing 11 at a position surrounding the first and second rotating magnets 31 and 32 from the side, and the first and second sub-rotating magnets. A sub yoke stator 23 is provided at a position surrounding the sides 21 and 22 from the side. As shown in FIG. 2, the yoke stator 33 includes a pair of yoke groups 34, 34 arranged to face each other in the axial direction. Each yoke group 34 includes the first yoke 35, the second yoke 36, and the third yoke 37 shown in FIG. The first magnetic path constituting member 35S corresponding to the “magnetic path constituting member” of the present invention is formed by a pair of first yokes 35, 35 respectively included in one and the other yoke groups 34, 34 (FIG. 2 and FIG. 2). 4A) is configured, and a pair of second yokes 36, 36 included in one and the other yoke group 34, 34, respectively, provide a second corresponding to the “magnetic path constituent member” of the present invention. A magnetic path constituting member 36S (see FIG. 2) is configured, and the pair of third yokes 37 and 37 included in one and the other yoke groups 34 and 34 correspond to the “magnetic path constituting member” of the present invention. A third magnetic path constituent member 37S (see FIG. 2) is configured.

第1ヨーク35は、例えば、板金を打ち抜きかつ屈曲形成してなり、トーションバー14を中心とした円環部35Aを備え、その円環部35Aに、複数(例えば、3つ)の磁極対向部35Bと中継部35Cとが一体形成されている。複数の磁極対向部35Bは、円環部35Aから内側に延設された突片を途中で直角曲げしてなり、第1及び第2の回転磁石31,32の電気角1周期分の間隔をあけて、円環部35Aの周方向を複数等分(例えば、3等分)した位置に配置されている。そして、図4(A)に示すように、一方の第1ヨーク35の各磁極対向部35Bが、第1の回転磁石31の外周面に隙間をあけて対向配置されかつ、他方の第1ヨーク35の各磁極対向部35Bが、第2の回転磁石32の外周面に隙間をあけてトーションバー14の径方向で対向配置されている。また、両第1ヨーク35,35の間では、磁極対向部35B,35B同士が、トーションバー14の軸方向で対向している。   The first yoke 35 is formed by punching and bending a sheet metal, for example, and includes an annular portion 35A centered on the torsion bar 14, and a plurality (for example, three) of magnetic pole facing portions are provided on the annular portion 35A. 35B and the relay part 35C are integrally formed. The plurality of magnetic pole facing portions 35B are formed by bending a projecting piece extending inward from the annular portion 35A at a right angle in the middle, with an interval corresponding to one cycle of the electrical angle of the first and second rotating magnets 31 and 32. It is arranged at a position where the circumferential direction of the annular portion 35A is divided into a plurality of equal parts (for example, three equal parts). As shown in FIG. 4A, each magnetic pole facing portion 35B of one first yoke 35 is disposed to face the outer peripheral surface of the first rotating magnet 31 with a gap therebetween, and the other first yoke. Each of the 35 magnetic pole facing portions 35 </ b> B is disposed to face the outer peripheral surface of the second rotating magnet 32 in the radial direction of the torsion bar 14 with a gap. Further, between the first yokes 35 and 35, the magnetic pole facing portions 35 </ b> B and 35 </ b> B are opposed to each other in the axial direction of the torsion bar 14.

中継部35Cは、円環部35Aの周方向において何れかの磁極対向部35Bと同じ位置に配置されている。この中継部35Cは、円環部35Aから外側に延設された突片を直角曲げしかつ、その先端部を外側に直角曲げした構造になっている。そして、両第1ヨーク35,35の間で中継部35C,35C同士が、軸方向で対向しかつ、それら中継部35C,35Cの先端部の間に本発明の「磁路磁束強度検出手段」としてのホール素子35Hが配置されている。   The relay portion 35C is disposed at the same position as any of the magnetic pole facing portions 35B in the circumferential direction of the annular portion 35A. The relay portion 35C has a structure in which a projecting piece extending outward from the annular portion 35A is bent at a right angle and its tip is bent at a right angle outward. The relay portions 35C and 35C are opposed to each other between the first yokes 35 and 35 in the axial direction, and the “magnetic path magnetic flux intensity detecting means” of the present invention is between the tip portions of the relay portions 35C and 35C. The Hall element 35H is arranged.

図2に示すように第2及び第3の磁路構成部材36S,37Sを構成する各第2及び第3のヨーク36,37も、上記した第1ヨーク35と同様に、円環部36A,37Aと磁極対向部36B,37Bと中継部36C,37Cとを備えている。そして、各ヨーク群34において各円環部35A,36A,37Aがトーションバー14の軸方向で隙間をあけて重ねられている。ここで、第1と第2と第3のヨーク35,36,37は、電気角1/3周期ずつずらして配置され、この結果、磁極対向部35B,36B,37Bが、電気角1/3周期ずつ間隔をあけて、トーションバー14の軸周りを複数等分した位置に配置されている。また、全ての磁極対向部35B,36B,37Bの先端が、トーションバー14の軸方向において同じ位置に配置されるように、第1〜第3のヨーク35,36,37の間で、磁極対向部35B,36B,37Bの長さを異ならせてある。さらに、全ての中継部35C,36C,37Cの先端も、トーションバー14の軸方向において同じ位置に配置されている。そして、中継部35C,35Cの間のホール素子35Hと同様に、中継部36C,36Cの間及び中継部37C,37Cの間にもホール素子36H,37Hがそれぞれ備えられている。各ホール素子35H,36H,37Hの出力線は、図1に示すように支持ハウジング11の外面に形成されたコネクタ部11Cの奥壁から起立した端子金具11Dに接続されている。そして、このコネクタ部11Cに接続された信号処理回路39(本発明に係る「信号処理部」に相当する)がホール素子35H,36H,37Hの出力を処理する。   As shown in FIG. 2, each of the second and third yokes 36 and 37 constituting the second and third magnetic path constituting members 36S and 37S has an annular portion 36A, 37A, magnetic pole facing portions 36B and 37B, and relay portions 36C and 37C are provided. In each yoke group 34, the annular portions 35 </ b> A, 36 </ b> A, 37 </ b> A are stacked with a gap in the axial direction of the torsion bar 14. Here, the first, second, and third yokes 35, 36, and 37 are arranged so as to be shifted by an electrical angle of 1/3 period, and as a result, the magnetic pole facing portions 35B, 36B, and 37B have an electrical angle of 1/3. It arrange | positions in the position which divided the circumference | surroundings of the axis | shaft of the torsion bar 14 into multiple equal intervals at intervals. In addition, the magnetic poles are opposed to each other between the first to third yokes 35, 36, and 37 so that the tips of all the magnetic pole opposed portions 35B, 36B, and 37B are disposed at the same position in the axial direction of the torsion bar 14. The lengths of the portions 35B, 36B, and 37B are different. Furthermore, the tips of all the relay portions 35C, 36C, 37C are also arranged at the same position in the axial direction of the torsion bar 14. Similarly to the Hall element 35H between the relay portions 35C and 35C, Hall elements 36H and 37H are provided between the relay portions 36C and 36C and between the relay portions 37C and 37C, respectively. As shown in FIG. 1, the output lines of the hall elements 35H, 36H, and 37H are connected to terminal fittings 11D that stand from the rear wall of the connector portion 11C formed on the outer surface of the support housing 11. A signal processing circuit 39 (corresponding to a “signal processing unit” according to the present invention) connected to the connector unit 11C processes the outputs of the Hall elements 35H, 36H, and 37H.

上記した第1〜第3の磁路構成部材35S,36S,37S(図2参照)は、第1と第2の回転磁石31,32の間の磁路を構成している。以下、第1の磁路構成部材35Sを例にしてさらに詳細に説明する。即ち、トーションバー14が捻れ変形をしていない状態では、例えば、図4(A)に示すように第1の磁路構成部材35Sのうち一方の第1ヨーク35の各磁極対向部35Bが第1の回転磁石31のN磁極に対向しかつ、他方の第1ヨーク35の各磁極対向部35Bが第2の回転磁石32のS磁極に対向した状態になり得る。このとき、第1の回転磁石31のN磁極からの磁束が、一方の第1ヨーク35の各磁極対向部35Bから円環部35A、中継部35Cへと向かい、ホール素子35Hを通過して、さらに、他方の第1ヨーク35の中継部35Cから円環部35A、各磁極対向部35B、そして、第2の回転磁石32のS磁極へと向かう。即ち、第1の磁路構成部材35Sによって第1の回転磁石31と第2の回転磁石32との間の磁路が構成される。   The first to third magnetic path constituting members 35S, 36S, 37S (see FIG. 2) constitute a magnetic path between the first and second rotating magnets 31, 32. Hereinafter, the first magnetic path constituting member 35S will be described in more detail as an example. That is, in a state where the torsion bar 14 is not twisted, for example, as shown in FIG. 4A, each magnetic pole facing portion 35B of the first yoke 35 of the first magnetic path constituting member 35S is The magnetic pole facing portions 35 </ b> B of the other first yoke 35 face the N magnetic pole of the first rotating magnet 31, and can face the S magnetic pole of the second rotating magnet 32. At this time, the magnetic flux from the N magnetic pole of the first rotating magnet 31 is directed from each magnetic pole facing portion 35B of one first yoke 35 to the annular portion 35A and the relay portion 35C, passes through the Hall element 35H, Further, the relay portion 35 </ b> C of the other first yoke 35 goes to the annular portion 35 </ b> A, each magnetic pole facing portion 35 </ b> B, and the S magnetic pole of the second rotating magnet 32. That is, a magnetic path between the first rotating magnet 31 and the second rotating magnet 32 is configured by the first magnetic path constituting member 35S.

上記状態からトーションバー14が捻れ変形しない状態を保持して第1及び第2の回転磁石31,32が回転していくと、ホール素子35Hを通過する磁束の強度が徐々に低下し、図4(B)に示すように、一方の第1ヨーク35の各磁極対向部35Bが第1の回転磁石31のN磁極に対向し、他方の第1ヨーク35の各磁極対向部35Bも第2の回転磁石32のN磁極に対向した状態になり、ホール素子35Hを通過する磁束の強度は「0」になる。   When the first and second rotating magnets 31 and 32 rotate while maintaining the state where the torsion bar 14 is not twisted and deformed from the above state, the strength of the magnetic flux passing through the Hall element 35H gradually decreases, and FIG. As shown in FIG. 6B, each magnetic pole facing portion 35B of one first yoke 35 faces the N magnetic pole of the first rotating magnet 31, and each magnetic pole facing portion 35B of the other first yoke 35 is also second. The strength of the magnetic flux passing through the Hall element 35H becomes “0” in a state of facing the N magnetic pole of the rotating magnet 32.

この状態から更に第1及び第2の回転磁石31,32が回転すると、ホール素子35Hを通過する磁束の向きが反転してから徐々に磁束の強度が高くなっていく。そして、図4(C)に示すように一方の第1ヨーク35の各磁極対向部35Bが第1の回転磁石31のS磁極に対向しかつ、他方の第1ヨーク35の各磁極対向部35Bが第2の回転磁石32のN磁極に対向した状態になるまで、ホール素子35Hを通過する磁束の強度が上がり、この状態を通過すると、ホール素子35Hを通過する磁束の強度は減少していく。このようにして、第1及び第2の回転磁石31,32の回転に伴ってホール素子35Hの出力が、図6に示したSINカーブg1のように推移する。これと同様に、第2及び第3の磁路構成部材36S,37Sにおけるホール素子36H,37Hの出力も、図6に示したSINカーブg2,g3のように推移し、これらホール素子35H,36H,37Hの出力変化のSINカーブg1,g2,g3は、前記した第1〜第3の磁路構成部材35S,36S,37S同士の間のずれである電気角1/3周期ずつ位相がずれる。   When the first and second rotating magnets 31 and 32 further rotate from this state, the strength of the magnetic flux gradually increases after the direction of the magnetic flux passing through the Hall element 35H is reversed. Then, as shown in FIG. 4C, each magnetic pole facing portion 35B of one first yoke 35 faces the S magnetic pole of the first rotating magnet 31, and each magnetic pole facing portion 35B of the other first yoke 35. Until the state of the second rotating magnet 32 faces the N magnetic pole, the strength of the magnetic flux passing through the Hall element 35H increases, and after passing through this state, the strength of the magnetic flux passing through the Hall element 35H decreases. . In this way, the output of the Hall element 35H changes as shown by the SIN curve g1 shown in FIG. 6 as the first and second rotating magnets 31 and 32 rotate. Similarly, the outputs of the Hall elements 36H and 37H in the second and third magnetic path constituting members 36S and 37S also change like the SIN curves g2 and g3 shown in FIG. 6, and these Hall elements 35H and 36H. , 37H output change SIN curves g1, g2, g3 are shifted in phase by 1/3 period of electrical angle, which is a shift between the first to third magnetic path constituting members 35S, 36S, 37S.

次に、トーションバー14が捻れた場合におけるホール素子35H,36H,37Hの出力の変化について、第1の磁路構成部材35Sを例にして説明する。トーションバー14が捻れ変形していない状態では、図5(B)に示すように第1の回転磁石31における隣り合ったN磁極とS磁極との境界部分が、第2の回転磁石32におけるN磁極及びS磁極の中心に対向している。そして、同図に示すように、一方の第1ヨーク35の各磁極対向部35Bが第1の回転磁石31のN磁極の中央に対向したときには、他方の第1ヨーク35の各磁極対向部35Bが第2の回転磁石32におけるN磁極とS磁極との境界部分に対向する。   Next, changes in the outputs of the Hall elements 35H, 36H, and 37H when the torsion bar 14 is twisted will be described using the first magnetic path constituting member 35S as an example. In a state where the torsion bar 14 is not twisted and deformed, as shown in FIG. 5B, the boundary portion between the adjacent N magnetic pole and S magnetic pole in the first rotating magnet 31 is N in the second rotating magnet 32. Opposite the centers of the magnetic pole and S magnetic pole. As shown in the figure, when each magnetic pole facing portion 35B of one first yoke 35 faces the center of the N magnetic pole of the first rotating magnet 31, each magnetic pole facing portion 35B of the other first yoke 35 is provided. Faces the boundary portion between the N magnetic pole and the S magnetic pole in the second rotating magnet 32.

この図5(B)に示した状態からトーションバー14が一方に捻れると、図5(A)に示すように、第1と第2の回転磁石31,32の間でN磁極とS磁極との位相が一致した異極対向状態に近づくに従ってホール素子35Hの出力変化のSINカーブg1における振幅値が大きくなる。   When the torsion bar 14 is twisted to one side from the state shown in FIG. 5B, an N magnetic pole and an S magnetic pole are provided between the first and second rotating magnets 31 and 32 as shown in FIG. The amplitude value of the output change of the Hall element 35H in the SIN curve g1 becomes larger as the state approaches the opposite-polarity opposing state in which the phases of the two elements are matched.

これに対し、図5(B)に示した状態からトーションバー14が他方に捻れると、図5(C)に示すように、第1と第2の回転磁石31,32の間でN磁極同士、S磁極同士の位相が一致した同極対向状態に近づくに従ってホール素子35Hの出力変化のSINカーブg1における振幅値が小さくなる。即ち、トーションバー14が捻れていない場合のホール素子35Hの出力変化のSINカーブg1を図7の二点鎖線で示すと、トーションバー14が一方に捻れた場合には、図7の破線で示したSINカーブg11のように振幅値が大きくなるように変化し、トーションバー14が他方に捻れた場合には、図7の実線で示したSINカーブg12のように振幅値が小さくなる。これと同様に、ホール素子36H,37Hの出力変化のSINカーブg2,g3における振幅値もトーションバー14の捻れに応じて大小に変化する。そして、信号処理回路39(図1参照)が、後に詳説するように、SINカーブg1,g2,g3の振幅値からトーションバー14にかかるトルクを演算する。   On the other hand, when the torsion bar 14 is twisted to the other side from the state shown in FIG. 5B, as shown in FIG. 5C, the N magnetic pole is formed between the first and second rotating magnets 31 and 32. The amplitude value in the SIN curve g1 of the output change of the Hall element 35H becomes smaller as approaching the same pole facing state where the phases of the S magnetic poles coincide with each other. That is, when the SIN curve g1 of the output change of the Hall element 35H when the torsion bar 14 is not twisted is indicated by a two-dot chain line in FIG. 7, when the torsion bar 14 is twisted to one side, it is indicated by a broken line in FIG. When the torsion bar 14 is twisted to the other side as shown in the SIN curve g11 and the torsion bar 14 is twisted to the other side, the amplitude value is reduced as shown in the SIN curve g12 shown by the solid line in FIG. Similarly, the amplitude value of the output change of the Hall elements 36H and 37H in the SIN curves g2 and g3 also changes depending on the twist of the torsion bar 14. Then, the signal processing circuit 39 (see FIG. 1) calculates the torque applied to the torsion bar 14 from the amplitude values of the SIN curves g1, g2, and g3, as will be described in detail later.

ヨークステータ33の構成に関する説明は以上である。次に、サブヨークステータ23の構成について説明する。図8に示すようにサブヨークステータ23も、ヨークステータ33と同様に、1対のサブヨーク群24,24を軸方向で対向配置して備え、一方のサブヨーク群24が第1のサブ回転磁石21を側方から囲み、他方のサブヨーク群24が第2のサブ回転磁石22を側方から囲んでいる。また、各サブヨーク群24は、第1〜第3のサブヨーク25,26,27からなる。そして、1対の第1サブヨーク25,25によって、本発明の「サブ磁路構成部材」に相当する第1のサブ磁路構成部材25Sが構成され(図10参照)、1対の第2サブヨーク26,26によって、本発明の「サブ磁路構成部材」に相当する第2のサブ磁路構成部材26Sが構成され、1対の第3サブヨーク27,27によって、本発明の「サブ磁路構成部材」に相当する第3のサブ磁路構成部材27Sが構成されている。   This completes the description of the configuration of the yoke stator 33. Next, the configuration of the sub yoke stator 23 will be described. As shown in FIG. 8, similarly to the yoke stator 33, the sub yoke stator 23 includes a pair of sub yoke groups 24, 24 arranged opposite to each other in the axial direction, and one of the sub yoke groups 24 includes the first sub rotating magnet 21. And the other sub-yoke group 24 surrounds the second sub-rotating magnet 22 from the side. Each sub yoke group 24 includes first to third sub yokes 25, 26, and 27. The pair of first sub yokes 25, 25 constitute a first sub magnetic path constituent member 25S corresponding to the “sub magnetic path constituent member” of the present invention (see FIG. 10). 26, 26 constitutes a second sub magnetic path constituting member 26S corresponding to the “sub magnetic path constituting member” of the present invention, and a pair of third sub yokes 27, 27 constitutes a “sub magnetic path configuration of the present invention. A third sub magnetic path constituting member 27 </ b> S corresponding to “member” is constituted.

図9に示すように第1サブヨーク25は、前記第1ヨーク35(図3参照)と同様に、円環部25Aと磁極対向部25Bと中継部25Cとを備えている。そして、複数の磁極対向部25Bが、第1と第2のサブ回転磁石21,22の電気角1周期の間隔をあけて、円環部25Aの周方向に均等配置されている。なお、第1と第2のサブ回転磁石21,22と、第1と第2の回転磁石31,32とは磁極数及び電気角1周期が互いに異なっているので、第1サブヨーク25の磁極対向部25Bの数と、第1ヨーク35の磁極対向部35Bの数とも互いに異なっている。   As shown in FIG. 9, the first sub-yoke 25 includes an annular portion 25A, a magnetic pole facing portion 25B, and a relay portion 25C, like the first yoke 35 (see FIG. 3). A plurality of magnetic pole facing portions 25B are evenly arranged in the circumferential direction of the annular portion 25A with an interval of one electrical angle between the first and second sub-rotating magnets 21 and 22. The first and second sub-rotating magnets 21 and 22 and the first and second rotating magnets 31 and 32 are different from each other in the number of magnetic poles and one electrical angle cycle. The number of portions 25B and the number of magnetic pole facing portions 35B of the first yoke 35 are also different from each other.

図8に示すように、第2及び第3のサブヨーク26,27も、第1サブヨーク25と同様に、円環部26A,27Aと磁極対向部26B,27Bと中継部26C,27Cとを備えている。そして、各サブヨーク群24において各円環部25A,26A,27Aがトーションバー14の軸方向で隙間をあけて重ねられると共に、第1〜第3のサブヨーク25,26,27が、第1と第2のサブ回転磁石21,22と電気角1/3周期ずつずらされ、各磁極対向部25B,26B,27Bがトーションバー14の軸周りを均等分した位置に配置されている。   As shown in FIG. 8, similarly to the first sub yoke 25, the second and third sub yokes 26 and 27 include ring portions 26A and 27A, magnetic pole facing portions 26B and 27B, and relay portions 26C and 27C. Yes. In each sub-yoke group 24, the annular portions 25A, 26A, 27A are overlapped with a gap in the axial direction of the torsion bar 14, and the first to third sub-yokes 25, 26, 27 are first and first The two sub-rotating magnets 21 and 22 are shifted from each other by an electrical angle of 1/3 period, and the magnetic pole facing portions 25B, 26B, and 27B are disposed at positions equally divided around the axis of the torsion bar 14.

また、1対の第1サブヨーク25,25の中継部25C,25Cの間にホール素子25Hが備えられている。これと同様に、1対の第2サブヨーク26,26の中継部26C,26Cの間、及び、1対の第3サブヨーク27,27の中継部27C,27Cの間にも、ホール素子26H,27Hがそれぞれ備えられている。そして、第1及び第2のサブ回転磁石21,22の回転に伴って各ホール素子25H,26H,27Hの出力も前記したホール素子35H,36H,37Hの出力と同様に、電気角1/3周期ずつ位相がずれたSINカーブを描くように変化する。なお、ホール素子25H,26H,27Hの出力線は、前記したホール素子35H,36H,37Hと同様に、図1に示すように支持ハウジング11のコネクタ部11Cにおける奥壁から起立した端子金具11Dに接続されている。そして、このコネクタ部11Cに接続された信号処理回路39がホール素子25H,26H,27Hの出力を処理する。   A hall element 25H is provided between the relay portions 25C and 25C of the pair of first sub yokes 25 and 25. Similarly, between the relay portions 26C and 26C of the pair of second sub yokes 26 and 26 and between the relay portions 27C and 27C of the pair of third sub yokes 27 and 27, the Hall elements 26H and 27H are also provided. Are provided. As the first and second sub-rotating magnets 21 and 22 rotate, the output of each of the hall elements 25H, 26H, and 27H is the same as the output of the hall elements 35H, 36H, and 37H as described above. It changes so as to draw a SIN curve whose phase is shifted by period. The output lines of the Hall elements 25H, 26H, and 27H are connected to the terminal fitting 11D that stands up from the back wall of the connector portion 11C of the support housing 11 as shown in FIG. 1, as with the Hall elements 35H, 36H, and 37H described above. It is connected. The signal processing circuit 39 connected to the connector portion 11C processes the outputs of the hall elements 25H, 26H, and 27H.

信号処理回路39は、ヨークステータ33に備えたホール素子35H,36H,37Hの出力に基づいてトーションバー14に係るトルクを演算する。上記したように、トーションバー14にトルクがかかって捻れると、その捻れる方向に応じて、ホール素子35H,36H,37Hの出力変化のSINカーブg1,g2,g3の振幅値が大小に変化する。ここで、1つのホール素子35Hに係るSINカーブg1だけを用いてその振幅値を求めるとすると、第1及び第2の回転磁石31,32を少なくとも電気角1周期分、回転させる必要が生じる。   The signal processing circuit 39 calculates the torque related to the torsion bar 14 based on the outputs of the Hall elements 35H, 36H, and 37H provided in the yoke stator 33. As described above, when torque is applied to the torsion bar 14, the amplitude values of the SIN curves g1, g2, and g3 of the output changes of the Hall elements 35H, 36H, and 37H change depending on the twisting direction. To do. Here, if the amplitude value is obtained using only the SIN curve g1 related to one Hall element 35H, it is necessary to rotate the first and second rotating magnets 31 and 32 by at least one electrical angle cycle.

しかしならが、本実施形態のトルクセンサ10では、3つのホール素子35H,36H,37Hの出力が電気角1/3周期ずつずらされ、丁度、三相交流のように変化するので(図6参照)、振幅値を求めるために第1及び第2の回転磁石31,32を回転させる必要がない。即ち、ホール素子35Hの出力をV1、ホール素子36Hの出力をV2、ホール素子37Hの出力をV3とすると、ホール素子35H,36H,37Hに係るSINカーブg1,g2,g3の振幅値S(図6参照)は、以下の式(5)で求めることができる。そして、信号処理回路39は、その式(5)を用いてトーションバー14のトルクを求めるトルク演算プログラム(図示せず)を所定周期で繰り返して実行し、振幅値Sを演算する。そして、その振幅値Sと予め定められた基準値との大小関係に基づいてトルクを求める。   However, in the torque sensor 10 of the present embodiment, the outputs of the three Hall elements 35H, 36H, and 37H are shifted by 1/3 period of electrical angle and change just like a three-phase alternating current (see FIG. 6). ), It is not necessary to rotate the first and second rotating magnets 31 and 32 in order to obtain the amplitude value. That is, assuming that the output of the Hall element 35H is V1, the output of the Hall element 36H is V2, and the output of the Hall element 37H is V3, the amplitude values S of the SIN curves g1, g2, and g3 related to the Hall elements 35H, 36H, and 37H (FIG. 6) can be obtained by the following equation (5). Then, the signal processing circuit 39 repeatedly executes a torque calculation program (not shown) for obtaining the torque of the torsion bar 14 at a predetermined cycle using the equation (5) to calculate the amplitude value S. Then, the torque is obtained based on the magnitude relationship between the amplitude value S and a predetermined reference value.

Figure 2008232981
・・・・・(5)
Figure 2008232981
(5)

また、信号処理回路39は、ヨークステータ33(図2参照)に備えたホール素子35H,36H,37Hの出力と、サブヨークステータ23(図8参照)に備えたホール素子25H,26H,27Hの出力とに基づいて、トーションバー14の回転位置を演算している具体的には、トーションバー14が回転すると、ホール素子35H,36H,37Hの出力は上述の如くSINカーブg1,g2,g3を描いて変化する。ここで、1つのホール素子35Hの出力変化のSINカーブg1だけを用いてその電気角における現在位置を求めると、その現在位置の解は2つ存在することになる。   Further, the signal processing circuit 39 includes outputs of Hall elements 35H, 36H, and 37H provided in the yoke stator 33 (see FIG. 2) and Hall elements 25H, 26H, and 27H provided in the sub-yoke stator 23 (see FIG. 8). More specifically, the rotational position of the torsion bar 14 is calculated based on the output. Specifically, when the torsion bar 14 rotates, the outputs of the Hall elements 35H, 36H, and 37H are set to the SIN curves g1, g2, and g3 as described above. Draw and change. Here, when the current position at the electrical angle is obtained using only the SIN curve g1 of the output change of one Hall element 35H, there are two solutions for the current position.

しかしならが、本実施形態のトルクセンサ10では、ヨークステータ33における3つのホール素子35H,36H,37Hの出力が電気角1/3周期ずつずれて、丁度、三相交流のようになっているので、これらホール素子35H,36H,37Hの出力を用いてトーションバー14の電気角の現在位置の解を一義的に特定することができる。これと同様に、サブヨークステータ23においても、3つのホール素子25H,26H,27Hの出力が電気角1/3周期ずつずれて、丁度、三相交流のようになっているので、これらホール素子25H,26H,27Hの出力を用いてトーションバー14の電気角の現在位置の解を一義的に特定することができる。   However, in the torque sensor 10 of the present embodiment, the outputs of the three Hall elements 35H, 36H, and 37H in the yoke stator 33 are shifted by an electrical angle of 1/3 period, just like a three-phase AC. Therefore, the solution of the current position of the electrical angle of the torsion bar 14 can be uniquely specified using the outputs of the Hall elements 35H, 36H, and 37H. Similarly, in the sub-yoke stator 23, the outputs of the three Hall elements 25H, 26H, and 27H are shifted by an electrical angle of 1/3 period and are just like three-phase alternating current. The solution of the current position of the electrical angle of the torsion bar 14 can be uniquely specified using the outputs of 25H, 26H, and 27H.

そして、ヨークステータ33の内側で回転する第1及び第2の回転磁石31,32の磁極数m(例えば、m=6)とサブヨークステータ23の内側で回転する第1及び第2のサブ回転磁石21,22の磁極数n(例えば、n=4)とが異なっているので、ヨークステータ33のホール素子35H,36H,37Hから求められる電気角の現在位置と、サブヨークステータ23のホール素子25H,26H,27Hから求められる電気角の現在位置との組み合わせから、トーションバー14の機械角を一義的に特定することができる。   The number of magnetic poles m (for example, m = 6) of the first and second rotating magnets 31 and 32 rotating inside the yoke stator 33 and the first and second sub-rotations rotating inside the sub-yoke stator 23. Since the number of magnetic poles n (for example, n = 4) of the magnets 21 and 22 is different, the current position of the electrical angle obtained from the Hall elements 35H, 36H, and 37H of the yoke stator 33 and the Hall element of the sub-yoke stator 23 The mechanical angle of the torsion bar 14 can be uniquely specified from the combination of the electrical angle obtained from 25H, 26H, and 27H with the current position.

具体的には、図11のグラフに示すように、トーションバー14の機械角360度に、ヨークステータ33のホール素子35H,36H,37Hから求められる第1の電気角は、例えば、3周期に亘って繰り返して変化する一方、サブヨークステータ23のホール素子25H,26H,27Hから求められる第2の電気角は、例えば、2周期に亘って繰り返して変化する。これにより、トーションバー14の機械角に対応する第1の電気角と第2の電気角とが1つずつ定まり、それら第1と第2の電気角の組み合わせによって、トーションバー14の機械角が一義的に特定される。信号処理回路39には、図11に示したグラフに相当するデータテーブルが記憶されている。そして、信号処理回路39は、回転位置演算プログラム(図示せず)を所定周期で繰り返して実行し、ヨークステータ33のホール素子35H,36H,37Hから求められる電気角の現在位置と、サブヨークステータ23のホール素子25H,26H,27Hから求められる電気角の現在位置と、上記データテーブルとに基づいてトーションバー14の機械角を求めている。   Specifically, as shown in the graph of FIG. 11, the first electrical angle obtained from the Hall elements 35H, 36H, and 37H of the yoke stator 33 at a mechanical angle of 360 degrees of the torsion bar 14 is, for example, 3 cycles. On the other hand, the second electrical angle obtained from the Hall elements 25H, 26H, and 27H of the sub yoke stator 23 is repeatedly changed over, for example, two periods. As a result, the first electrical angle and the second electrical angle corresponding to the mechanical angle of the torsion bar 14 are determined one by one, and the mechanical angle of the torsion bar 14 is determined by the combination of the first and second electrical angles. It is uniquely identified. The signal processing circuit 39 stores a data table corresponding to the graph shown in FIG. Then, the signal processing circuit 39 repeatedly executes a rotational position calculation program (not shown) at a predetermined cycle, the current position of the electrical angle obtained from the Hall elements 35H, 36H, and 37H of the yoke stator 33, and the sub-yoke stator. The mechanical angle of the torsion bar 14 is obtained based on the current position of the electrical angle obtained from the 23 Hall elements 25H, 26H, and 27H and the data table.

本実施形態の構成に関する説明は以上である。このように構成された本実施形態のトルクセンサ10によれば、以下の作用効果を奏する。即ち、本実施形態のトルクセンサ10では、第1と第2の回転磁石31,32の間の磁路を構成する第1〜第3の磁路構成部材35S,36S,37Sとそれらを通る磁束の強度を検出するためのホール素子35H,36H,37Hとが共に支持ハウジング11に固定されているので、従来のトルクセンサのように隙間のバラツキの問題や磁束強度の低下の問題が解消され、正確にトルクを検出可能になる。   This completes the description of the configuration of the present embodiment. According to the torque sensor 10 of the present embodiment configured as described above, the following operational effects can be obtained. That is, in the torque sensor 10 of the present embodiment, the first to third magnetic path constituting members 35S, 36S, 37S constituting the magnetic path between the first and second rotating magnets 31, 32 and the magnetic flux passing through them. Hall elements 35H, 36H, and 37H for detecting the strength of each of these are fixed to the support housing 11, so that the problem of gap variation and the decrease of magnetic flux strength as in the conventional torque sensor are solved. Torque can be detected accurately.

また、第1〜第3の各磁路構成部材35S,36S,37S毎に磁極対向部35B,36B,37Bが複数(3つ)ずつ備えられているので、それら磁極対向部35B,36B,37Bと第1及び第2の回転磁石31,32との対向面積を広く確保することができる。これにより、第1及び第2の回転磁石31,32からの磁束を多く各磁路構成部材35S,36S,37Sに取り込むことができる。そして、その磁束を各磁路構成部材35S,36S,37Sの中継部35C,36C,37Cに集めてホール素子35H,36H,37Hに通過させるので磁束強度の検出精度が向上し、トルクの検出精度も向上する。   Further, since each of the first to third magnetic path constituting members 35S, 36S, and 37S includes a plurality (three) of magnetic pole facing portions 35B, 36B, and 37B, the magnetic pole facing portions 35B, 36B, and 37B are provided. And the first and second rotary magnets 31 and 32 can be secured with a wide area. Thus, a large amount of magnetic flux from the first and second rotating magnets 31 and 32 can be taken into the magnetic path constituting members 35S, 36S, and 37S. The magnetic flux is collected in the relay portions 35C, 36C, and 37C of the magnetic path constituting members 35S, 36S, and 37S and is passed through the Hall elements 35H, 36H, and 37H, so that the magnetic flux intensity detection accuracy is improved and the torque detection accuracy is improved. Will also improve.

さらに、本実施形態のトルクセンサ10では、電気角1/3周期分の位相をずらして第1〜第3の磁路構成部材35S,36S,37Sを配置したので、トーションバー14を回転させなくても、3つのホール素子35H,36H,37Hの検出結果と上記式(5)を利用してトルクを検出することができる。   Furthermore, in the torque sensor 10 of the present embodiment, the first to third magnetic path constituting members 35S, 36S, and 37S are arranged with the phase of the electrical angle 1/3 period shifted, so that the torsion bar 14 is not rotated. Even so, the torque can be detected using the detection results of the three Hall elements 35H, 36H, and 37H and the above equation (5).

また、本実施形態のトルクセンサ10では、トルクを検出するための第1と第2の回転磁石31,32等の構成に加えて、第1と第2のサブ回転磁石21,22等を備えたことでトーションバー14の機械角を求めることができる。このとき、トルクを検出するための第1と第2の回転磁石31,32等の構成をトーションバー14の機械角を検出するために利用しているので、トルク検出と位置検出の両機能を備えたトルクセンサ10全体を小型化することができる。   In addition, the torque sensor 10 of the present embodiment includes first and second sub-rotating magnets 21 and 22 in addition to the first and second rotating magnets 31 and 32 for detecting torque. Thus, the mechanical angle of the torsion bar 14 can be obtained. At this time, since the configurations of the first and second rotating magnets 31 and 32 for detecting the torque are used for detecting the mechanical angle of the torsion bar 14, both functions of torque detection and position detection are used. The entire torque sensor 10 provided can be reduced in size.

[第2実施形態]
図12に示した本実施形態では、前記第1実施形態のトルクセンサ10が、電動パワーステアリング装置50の一部として使用されている。具体的には、電動パワーステアリング装置50は、1対の転舵輪51,51の間に差し渡された転舵輪間シャフト52と、その転舵輪間シャフト52の外側を覆ったシャフトケース53とを備えている。シャフトケース53の軸方向における中間部には、中空モータ54が備えられ、その中空モータ54に備えた円筒状のロータ54R内側を転舵輪間シャフト52が貫通している。また、ロータ54Rの内側にはボールナット55Nが嵌合固定され、そのボールナット55Nが転舵輪間シャフト52の軸方向における中間部に形成されたボールネジ部55Jに螺合してボールネジ機構55が構成されている。
[Second Embodiment]
In the present embodiment shown in FIG. 12, the torque sensor 10 of the first embodiment is used as a part of the electric power steering device 50. Specifically, the electric power steering apparatus 50 includes a shaft 52 between steered wheels passed between a pair of steered wheels 51, 51 and a shaft case 53 covering the outside of the shaft 52 between steered wheels. I have. A hollow motor 54 is provided at an intermediate portion in the axial direction of the shaft case 53, and the inter-steering wheel shaft 52 passes through a cylindrical rotor 54 </ b> R provided in the hollow motor 54. Further, a ball nut 55N is fitted and fixed inside the rotor 54R, and the ball nut 55N is screwed into a ball screw portion 55J formed at an intermediate portion in the axial direction of the inter-steering wheel shaft 52 to constitute a ball screw mechanism 55. Has been.

さらに、転舵輪間シャフト52の一端部には、ラック56が形成されている。これに対し、シャフトケース53の一端部には、センサ固定筒部57が備えられている。そして、このセンサ固定筒部57の上端開口にトルクセンサ10の一端部に備えたピニオン16Gが挿入されてラック56と噛合し、トルクセンサ10の支持ハウジング11がセンサ固定筒部57に固定されている。   Further, a rack 56 is formed at one end of the inter-steering wheel shaft 52. On the other hand, a sensor fixing cylinder portion 57 is provided at one end portion of the shaft case 53. Then, a pinion 16G provided at one end of the torque sensor 10 is inserted into the upper end opening of the sensor fixing cylinder 57 and meshes with the rack 56, and the support housing 11 of the torque sensor 10 is fixed to the sensor fixing cylinder 57. Yes.

また、トルクセンサ10のうちピニオン16Gとは反対側の前記スプライン部15S(図1参照)には、ハンドル60から下方に延びたステアリングシャフト61がスプライン結合されている。そして、前記した信号処理回路39を含んだ操舵制御装置63にトルクセンサ10のコネクタ部11C(図1参照)が接続されている。その操舵制御装置63には、車速センサ62も接続されている。そして、車両の低速走行時には操舵抵抗が比較的小さくなり、高速走行時には操舵抵抗が比較的大きくなるように、操舵制御装置63がトルクセンサ10及び車速センサ62の検出結果に基づいて中空モータ54を制御する。   A steering shaft 61 extending downward from the handle 60 is splined to the spline portion 15S (see FIG. 1) on the opposite side of the torque sensor 10 from the pinion 16G. The connector portion 11C (see FIG. 1) of the torque sensor 10 is connected to the steering control device 63 including the signal processing circuit 39 described above. A vehicle speed sensor 62 is also connected to the steering control device 63. The steering control device 63 controls the hollow motor 54 based on the detection results of the torque sensor 10 and the vehicle speed sensor 62 so that the steering resistance is relatively small when the vehicle is traveling at a low speed and the steering resistance is relatively large when the vehicle is traveling at a high speed. Control.

このように本実施形態の電動パワーステアリング装置50では、上記の如く従来より正確にトルクを検出可能なトルクセンサ10をハンドル60の操舵抵抗を検出するために備えているので、従来より正確に電動パワーステアリング装置50の出力(即ち(中空モータ54の出力トルク)を制御することができる。   As described above, the electric power steering apparatus 50 according to the present embodiment is provided with the torque sensor 10 capable of detecting the torque more accurately than the conventional one for detecting the steering resistance of the handle 60 as described above. The output of the power steering device 50 (that is, (the output torque of the hollow motor 54) can be controlled.

[他の実施形態]
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the embodiments described below are also included in the technical scope of the present invention, and various other than the following can be made without departing from the scope of the invention. It can be changed and implemented.

(1)前記実施形態のトルクセンサ10は、トーションバー14に係るトルクと位置との両方を検出可能な構成になっていたが、第1及び第2のサブ回転磁石21,22等を排除して、トルクのみを検出可能な構成にしてもよい。 (1) The torque sensor 10 of the above embodiment is configured to be able to detect both the torque and the position relating to the torsion bar 14, but excludes the first and second sub-rotating magnets 21, 22, etc. Thus, the configuration may be such that only the torque can be detected.

(2)前記実施形態のトルクセンサ10は、3つの磁路構成部材35S,36S,37Sを備えていたが、1つの磁路構成部材35Sのみを備えた構成にしてもよい。この場合、トーションバー14を電気角1周期分回転してトルクを検出すればよい。 (2) Although the torque sensor 10 of the above embodiment includes the three magnetic path constituent members 35S, 36S, and 37S, the torque sensor 10 may include only one magnetic path constituent member 35S. In this case, the torque may be detected by rotating the torsion bar 14 by one electrical angle cycle.

本発明の第1実施形態に係るトルクセンサの側断面図1 is a side sectional view of a torque sensor according to a first embodiment of the present invention. トルクセンサに備えた回転磁石及び磁路構成部材の斜視図Perspective view of rotating magnet and magnetic path constituent member provided in torque sensor 第1の回転磁石及び第1〜第3のヨークの斜視図A perspective view of the first rotating magnet and the first to third yokes 第1及び第2の回転磁石及び第1ヨークの斜視図Perspective view of first and second rotating magnets and first yoke 第1及び第2の回転磁石及び第1ヨークの側面図Side view of first and second rotating magnets and first yoke ホール素子の出力を示したグラフGraph showing Hall element output トーションバーの捻れに応じて変化するホール素子の出力を示したグラフGraph showing the output of the Hall element that changes according to the twist of the torsion bar トルクセンサに備えたサブ回転磁石及びサブ磁路構成部材の斜視図Perspective view of sub rotary magnet and sub magnetic path constituting member provided in torque sensor 第1のサブ回転磁石及び第1〜第3のサブヨークの斜視図A perspective view of the first sub-rotating magnet and the first to third sub-yokes 第1及び第2のサブ回転磁石及び第1サブヨークの斜視図A perspective view of the first and second sub-rotating magnets and the first sub-yoke 2つの種類の電気角と機械角との関係を示したグラフA graph showing the relationship between two types of electrical angles and mechanical angles 電動パワーステアリング装置の側断面図Side sectional view of electric power steering device 従来のトルクセンサの側断面図Side sectional view of a conventional torque sensor 従来のトルクセンサの分解斜視図Exploded perspective view of a conventional torque sensor 従来のトルクセンサの側面図Side view of a conventional torque sensor

符号の説明Explanation of symbols

10 トルクセンサ
11 支持ハウジング
21 第1のサブ回転磁石
22 第2のサブ回転磁石
25A,26A,27A 円環部
25B,26B,27B 磁極対向部
25C,26C,27C 中継部
25H,26H,27H ホール素子(磁束強度検出手段)
25S,26S,27S サブ磁路構成部材
26,26 第2サブヨーク
26,27 サブヨーク
31 第1の回転磁石
32 第2の回転磁石
35A,36A,37A 円環部
35B,36B,37B 磁極対向部
35C,36C,37C 中継部
35H,36H,37H ホール素子(磁束強度検出手段)
35S,36S,37S 第1〜第3の磁路構成部材
39 信号処理回路(信号処理部)
50 電動パワーステアリング装置
60 ハンドル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Torque sensor 11 Support housing 21 1st sub rotary magnet 22 2nd sub rotary magnet 25A, 26A, 27A Ring part 25B, 26B, 27B Magnetic pole opposing part 25C, 26C, 27C Relay part 25H, 26H, 27H Hall element (Magnetic flux detection means)
25S, 26S, 27S Sub magnetic path constituting member 26, 26 Second sub yoke 26, 27 Sub yoke 31 First rotating magnet 32 Second rotating magnet 35A, 36A, 37A Annular portion 35B, 36B, 37B Magnetic pole facing portion 35C, 36C, 37C Relay section 35H, 36H, 37H Hall element (magnetic flux intensity detection means)
35S, 36S, 37S First to third magnetic path constituent members 39 Signal processing circuit (signal processing unit)
50 Electric power steering device 60 Handle

Claims (8)

支持ハウジングにより回転可能に支持されたトーションバーの捻れに基づいてトルクを検出するためのトルクセンサにおいて、
前記トーションバーを中心とした円形をなし、その周方向で複数の磁極に均等分され、前記トーションバーの一端部と一体に回転する第1の回転磁石と、
前記トーションバーを中心とした円形をなし、前記第1の回転磁石と同数の磁極に周方向で均等分され、前記トーションバーの他端部と一体に回転する第2の回転磁石と、
前記支持ハウジングに固定されて、前記第1と第2の回転磁石の間の磁路を構成する磁路構成部材と、
前記磁路構成部材に形成されて、前記第1の回転磁石の回転位置に応じてその第1の回転磁石の前記各磁極と対向可能な第1の磁極対向部と、
前記磁路構成部材に形成されて、前記第2の回転磁石の回転位置に応じてその第2の回転磁石の前記各磁極と対向可能な第2の磁極対向部と、
前記磁路構成部材を通る磁束の強度を検出するための磁束強度検出手段とを備えたことを特徴とするトルクセンサ。
In a torque sensor for detecting torque based on torsion of a torsion bar rotatably supported by a support housing,
A first rotating magnet having a circular shape centered on the torsion bar, equally divided into a plurality of magnetic poles in the circumferential direction, and rotating integrally with one end of the torsion bar;
A second rotating magnet having a circular shape around the torsion bar, equally divided in the circumferential direction into the same number of magnetic poles as the first rotating magnet, and rotating integrally with the other end of the torsion bar;
A magnetic path constituting member fixed to the support housing and constituting a magnetic path between the first and second rotating magnets;
A first magnetic pole facing portion formed on the magnetic path constituting member and capable of facing the magnetic poles of the first rotating magnet according to the rotational position of the first rotating magnet;
A second magnetic pole facing portion formed on the magnetic path constituting member and capable of facing the magnetic poles of the second rotating magnet according to the rotational position of the second rotating magnet;
A torque sensor comprising: magnetic flux intensity detecting means for detecting the intensity of magnetic flux passing through the magnetic path constituting member.
前記磁路構成部材に、前記トーションバーを中心とした1対の円環部を設け、
一方の前記円環部の周方向に沿った複数位置に、前記第1の回転磁石の電気角1周期の整数倍だけ間隔をあけて前記第1の磁極対向部を複数配置し、
他方の前記円環部の周方向に沿った複数位置に、前記第2の回転磁石の電気角1周期の整数倍だけ間隔をあけて前記第2の磁極対向部を複数配置したことを特徴とする請求項1に記載のトルクセンサ。
The magnetic path component member is provided with a pair of annular portions centered on the torsion bar,
A plurality of the first magnetic pole facing portions are arranged at a plurality of positions along the circumferential direction of one of the annular portions at intervals of an integral multiple of one electrical angle of the first rotating magnet,
A plurality of the second magnetic pole facing portions are arranged at a plurality of positions along the circumferential direction of the other annular portion at intervals of an integral multiple of one cycle of the electrical angle of the second rotating magnet. The torque sensor according to claim 1.
前記第1の回転磁石の電気角1/3周期分の位相をずらして前記磁路構成部材を3つ設け、それら3つの磁路構成部材にそれぞれ備えた3つの前記磁束強度検出手段の検出結果を出力可能としたことを特徴とする請求項1又は2に記載のトルクセンサ。   Three magnetic path constituent members are provided by shifting the phase of the first rotating magnet by an electrical angle of 1/3 period, and the detection results of the three magnetic flux intensity detecting means respectively provided in the three magnetic path constituent members The torque sensor according to claim 1, wherein the torque sensor can be output. 前記3つの磁束強度検出手段の検出結果をV1,V2,V3とした場合に、
Figure 2008232981
、で演算値Sを演算し、その演算値Sと予め定められた基準値との大小関係に基づいて前記トルクを演算する信号処理部を備えたことを特徴とする請求項3に記載のトルクセンサ。
When the detection results of the three magnetic flux intensity detection means are V1, V2, and V3,
Figure 2008232981
4. The torque according to claim 3, further comprising a signal processing unit that calculates a calculated value S and calculates the torque based on a magnitude relationship between the calculated value S and a predetermined reference value. 5. Sensor.
前記第1と第2の磁極対向部を前記トーションバーの周りの同じ位相に配置し、前記トーションバーが捻れていない状態で、前記第1と第2の回転磁石を電気角1/4周期分だけずらして配置したことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のトルクセンサ。   The first and second magnetic pole opposing portions are arranged in the same phase around the torsion bar, and the first and second rotary magnets are moved by an electrical angle of 1/4 period in a state where the torsion bar is not twisted. The torque sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the torque sensor is arranged so as to be shifted by a distance. 前記磁路構成部材を複数設け、それら複数の磁路構成部材毎に備えた複数の前記磁束強度検出手段の検出結果が前記トーションバーを回転したときに位相差を有した複数のSINカーブを描いて変化するように前記複数の磁路構成部材を配置して、それら複数の前記磁束強度検出手段の検出結果から前記トーションバーの電気角を検出可能としたことを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載のトルクセンサ。   A plurality of magnetic path constituent members are provided, and a plurality of SIN curves having a phase difference are drawn when detection results of the magnetic flux intensity detecting means provided for each of the plurality of magnetic path constituent members rotate the torsion bar. 6. The plurality of magnetic path constituting members are arranged so as to change, and the electrical angle of the torsion bar can be detected from the detection results of the plurality of magnetic flux intensity detecting means. The torque sensor according to any one of the above. 前記トーションバーを中心とした円形をなし、前記第1及び第2の回転磁石の磁極数と異なる複数の磁極に周方向で均等分され、前記トーションバーと一体に回転するサブ回転磁石と、
前記支持ハウジングに固定されて、前記サブ回転磁石の回転位置に応じてそのサブ回転磁石の前記各磁極と対向可能な複数のサブ磁路構成部材と、
前記複数のサブ磁路構成部材を通過する前記サブ回転磁石の磁束強度を検出するための複数のサブ磁束強度検出手段とを設け、
それら複数の前記サブ磁束強度検出手段の検出結果が前記トーションバーを回転したときに、位相差を有した複数のSINカーブを描いて変化するように前記複数のサブ磁路構成部材を配置して、それら複数の前記サブ磁束強度検出手段の検出結果から前記トーションバーの電気角を検出可能とし、
前記複数のサブ磁束強度検出手段の演算結果により検出される前記トーションバーの電気角と、前記複数の磁束強度検出手段の演算結果により検出される前記トーションバーの電気角との組み合わせに基づいて前記トーションバーの機械角を演算可能としたことを特徴とする請求項6に記載のトルクセンサ。
A sub-rotary magnet that is circularly shaped around the torsion bar, equally divided in a circumferential direction into a plurality of magnetic poles different from the number of magnetic poles of the first and second rotary magnets, and rotates integrally with the torsion bar;
A plurality of sub magnetic path constituent members fixed to the support housing and capable of facing the magnetic poles of the sub rotary magnet according to the rotational position of the sub rotary magnet;
A plurality of sub magnetic flux intensity detecting means for detecting magnetic flux intensity of the sub rotating magnet passing through the plurality of sub magnetic path constituting members;
The plurality of sub magnetic path constituting members are arranged so that the detection results of the plurality of sub magnetic flux intensity detecting means change while drawing a plurality of SIN curves having a phase difference when the torsion bar is rotated. , The electrical angle of the torsion bar can be detected from the detection results of the plurality of sub magnetic flux intensity detection means,
Based on the combination of the electrical angle of the torsion bar detected by the calculation result of the plurality of sub-magnetic flux intensity detection means and the electrical angle of the torsion bar detected by the calculation result of the plurality of magnetic flux intensity detection means The torque sensor according to claim 6, wherein the mechanical angle of the torsion bar can be calculated.
前記請求項1乃至7の何れかに記載のトルクセンサを、ハンドルの操舵抵抗を検出するために備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。   An electric power steering apparatus comprising the torque sensor according to any one of claims 1 to 7 for detecting steering resistance of a steering wheel.
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