JP2008281384A - Torque detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出に使用されるトルク検出装置に関する。 The present invention relates to a torque detection device used for detection of steering torque of an electric power steering device.
自動車等の電動パワーステアリング装置には、ドライバーの操舵トルクを検出して適切な操舵補助力を生じさせるためのトルク検出装置が設けられている。トルク検出装置は、ステアリングホイールに接続されたトーションバーの捩れ角(すなわち操舵トルク)に対応した磁束を発生する磁気装置(永久磁石・ヨーク)を備えており、この磁気装置が発生する磁束を、集磁リングとホールICとにより検出して操舵トルクを検出する構成となっている(例えば、特許文献1〜3参照。)。 An electric power steering device such as an automobile is provided with a torque detection device for detecting a steering torque of a driver and generating an appropriate steering assist force. The torque detection device includes a magnetic device (permanent magnet / yoke) that generates a magnetic flux corresponding to a torsion angle (that is, steering torque) of a torsion bar connected to the steering wheel. The steering torque is detected by a magnetism collecting ring and a Hall IC (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
このようなホールICを用いたトルク検出装置では、外部磁界の影響を受けたとき、操舵していないのにホールICの出力が立ち上がって操舵補助が行われる可能性がある。そこで、トルク検出装置の外面を覆うように、外部からの磁気を遮蔽するシールド部材を取り付ける構成が提案されている(例えば特許文献2参照。)。なお、トルク検出装置に影響を与える外部磁界としては、例えば、大規模な橋梁に敷設されている高圧送電線のまわりに生じる磁界や、寒冷地で融雪のために用いられる道路埋め込み型ヒータのまわりに生じる磁界がある。 In such a torque detection device using a Hall IC, there is a possibility that the steering of the Hall IC may be raised and steering assistance may be performed even though the steering is not being performed, under the influence of an external magnetic field. Thus, a configuration has been proposed in which a shield member that shields magnetism from the outside is attached so as to cover the outer surface of the torque detection device (see, for example, Patent Document 2). As an external magnetic field that affects the torque detection device, for example, a magnetic field generated around a high-voltage transmission line laid on a large-scale bridge, or a road-embedded heater used for melting snow in a cold region, for example. There is a magnetic field.
しかしながら、シールド部材の遮蔽能力を超える外部磁界に対しては、トルク検出装置自身は通常操舵と識別できず、あたかも通常操舵のような出力を生じて、ドライバーの意に反して操舵補助が行われる可能性がある。また、車内のオーディオ用スピーカを、ユーザがトルク検出装置の近くに設置した場合等にも、シールド部材で遮蔽しきれない強い外部磁界を生じる場合があり、トルク検出装置が通常操舵と同様の出力を生じる可能性がある。
かかる課題に鑑み、本発明は、通常の操舵と外部磁界の影響とを識別することができるトルク検出装置を提供することを目的とする。
However, for an external magnetic field exceeding the shielding ability of the shield member, the torque detection device itself cannot be distinguished from normal steering, and it produces an output as if it was normal steering, and steering assistance is performed against the will of the driver. there is a possibility. Also, when a user installs an audio speaker in the vicinity of the torque detection device, a strong external magnetic field that cannot be shielded by the shield member may be generated, and the torque detection device outputs the same output as in normal steering. May occur.
In view of this problem, an object of the present invention is to provide a torque detection device that can distinguish between normal steering and the influence of an external magnetic field.
本発明のトルク検出装置は、トーションバーを介して互いに接続された入力軸・出力軸間の捩れ角に対応した磁束を発生させる円筒状の磁気装置と、前記磁気装置の外周面に沿って円弧状に一対設けられたものであって、前記磁気装置が発生する磁束を互いに等感度で捕捉する第1主集磁体及び第1副集磁体と、前記磁気装置の外周面に沿って円弧状に一対設けられたものであって、前記磁気装置が発生する磁束を互いに等感度で捕捉する第2主集磁体及び第2副集磁体と、前記第1主集磁体の集磁端部と、これに対向する前記第2主集磁体の集磁端部との間に介装された主ホールICと、前記第1副集磁体の集磁端部と、これに対向する前記第2副集磁体の集磁端部との間に介装された副ホールICとを備え、前記主集磁体の各々から前記主ホールICまでの磁気回路部及び、前記副集磁体の各々から前記副ホールICまでの磁気回路部について、前記磁気装置とは無関係な外部磁界に対する感度を互いに異ならせる手段又は配置を施したものである。 A torque detector according to the present invention includes a cylindrical magnetic device that generates a magnetic flux corresponding to a torsion angle between an input shaft and an output shaft connected to each other via a torsion bar, and a circular shape along an outer peripheral surface of the magnetic device. A pair of arcuately provided first and second submagnets that capture the magnetic fluxes generated by the magnetic device with equal sensitivity, and arcuate along the outer peripheral surface of the magnetic device A pair of second main magnetic collectors and second sub-magnetic collectors that capture the magnetic fluxes generated by the magnetic device with equal sensitivity; and a magnetic collector end portion of the first main magnetic collector; A main Hall IC interposed between the magnetic flux collecting end portions of the second main magnetic collector facing the magnetic flux collector, the magnetic flux collecting end portions of the first auxiliary magnetic flux collector, and the second auxiliary magnetic flux collector facing the main Hall IC. Sub-Hall IC interposed between the magnetic flux collecting end portions of each of the main magnetic flux collectors, The magnetic circuit section up to the Hall IC and the magnetic circuit section from each of the sub magnetic collectors to the sub Hall IC are provided with means or arrangements for making the sensitivity to an external magnetic field unrelated to the magnetic device different from each other. is there.
上記のように構成されたトルク検出装置において、操舵により磁気装置が発生する磁束は、第1,第2主集磁体と第1,第2副集磁体とで同等に捕捉され、主ホールICと副ホールICとは、均等な出力を生じる。一方、外部磁界に対しては、主集磁体の各々から主ホールICまでの磁気回路部と、副集磁体の各々から副ホールICまでの磁気回路部とで、感度差が生じ、出力は不均等となる。 In the torque detection device configured as described above, the magnetic flux generated by the magnetic device by steering is captured equally by the first and second main magnetic current collectors and the first and second sub magnetic current collectors. The sub Hall IC produces an equal output. On the other hand, for an external magnetic field, a sensitivity difference occurs between the magnetic circuit section from each of the main current collectors to the main Hall IC and the magnetic circuit section from each of the sub-magnetic current collectors to the sub Hall IC, and the output is not good. It will be equal.
また、前記手段は、前記主集磁体の各々、及び、前記副集磁体の各々のうちいずれか一方のみを前記外部磁界から遮蔽するシールド部材であってもよい。
この場合、簡易に、外部磁界に対して主・副ホールICの出力を異ならせることができる。
Further, the means may be a shield member that shields only one of each of the main magnetic collector and each of the sub-magnetic collector from the external magnetic field.
In this case, the output of the main / sub Hall IC can be easily varied with respect to the external magnetic field.
また、前記配置とは、前記主ホールIC及び副ホールICの向きを互いに異ならせることであってもよい。
この場合、シールド部材に依存せずに、外部磁界に対して主・副ホールICの出力を異ならせることができる。
The arrangement may be that the directions of the main Hall IC and the sub Hall IC are made different from each other.
In this case, the output of the main / sub Hall IC can be made different with respect to the external magnetic field without depending on the shield member.
また、前記シールド部材には、遮蔽する集磁体の側にあるホールICを前記外部磁界から遮蔽するシールド部が形成されていてもよい。
この場合、さらに確実に、外部磁界に対して主・副ホールICの出力を異ならせることができる。
The shield member may be formed with a shield portion that shields the Hall IC on the side of the magnetic collector to be shielded from the external magnetic field.
In this case, the output of the main / sub Hall IC can be made different from the external magnetic field more reliably.
本発明のトルク検出装置によれば、外部磁界の影響を受けたことを、主・副ホールICの出力の不均等という結果で、通常の操舵と識別することができる。従って、出力が不均等であれば操舵補助を行わないようにすれば、ドライバーの意に反する操舵を防止することができる。 According to the torque detection device of the present invention, the influence of the external magnetic field can be distinguished from normal steering as a result of non-uniformity of the outputs of the main and sub Hall ICs. Therefore, if the steering assist is not performed if the output is not uniform, steering contrary to the will of the driver can be prevented.
図6は、自動車の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。図において、ステアリングホイール101は、入力軸1と接続されている。入力軸1はトーションバー3を介して出力軸2と接続されている。出力軸2は、ラック・ピニオン104を介して、操向車輪105を操舵する。トルク検出装置100は、トーションバー3の捻れ角に基づいて操舵トルクを検出し、その出力信号は、ECU102に送られる。ECU102は、トルク検出装置100の出力に基づいてモータ103を駆動し、操舵補助力を出力軸2に付与する。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus for an automobile. In the figure, the
図1は、本発明の第1実施形態によるトルク検出装置100の構成を示す分解斜視図である。図において、入力軸1と出力軸2とは、細径のトーションバー3を介して互いに接続されている。なお、図示の都合上、トーションバー3は、途中の図示を省略しているが、入力軸1から出力軸2までつながった1本のバーである。入力軸1には周方向に24極(N,S極×12)の着磁が施された円筒形状の永久磁石4が取り付けられる。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of the
一方、出力軸2には軟磁性体からなる磁気ヨーク51,52を含む、円筒形状のヨーク5が取り付けられる。永久磁石4はヨーク5の内側に挿入され、ヨーク5の内周面との間に径方向への僅かな隙間を空けて互いに対向する。永久磁石4及びヨーク5は、トーションバー3を介して互いに接続された入力軸1・出力軸2間の捩れ角に対応する磁束を発生する円筒状の磁気装置6を構成する。また、ヨーク5は検出装置7の内側に挿入され、両者は、径方向に僅かな隙間を空けて互いに対向する。検出装置7は、円弧状で一対2組の集磁体71〜74(詳細後述)を備えている。検出装置7の出力(電圧)はハーネス8により取り出される。なお、上記各部材は、相互に同軸的に配置されている。検出装置7は、取付部7aに形成されている孔7bを利用して所定の箇所に取り付けることができる。
On the other hand, a cylindrical yoke 5 including
図2は、検出装置7のみを示す正面図である。検出装置7は、上記取付部7aの他、集磁体71〜74やホールIC75,76を内蔵する集磁体保持部7cと、取付部7aの中央に盛り上がって形成され、ホールIC75,76の外付けコンデンサを含む回路部分(図示せず)が内蔵される回路収容部7dと、回路収容部7dの背面側にさらに盛り上がって形成され、回路部分とハーネス8とを熱カシメにより接続する部位を内蔵する接続部7eとを備えている。各部は樹脂モールドにより一体成形されており、集磁体71〜74の内周面のみが露出している。
FIG. 2 is a front view showing only the detection device 7. In addition to the
図1,図2において、集磁体保持部7cの外周面の片側半分(図1では手前側)には、磁性体(鉄)からなるシールド部材77が取り付けられている。また、図1,図2において、回路収容部7dにも、これを覆うように、磁性体(鉄)からなるシールド部材78が取り付けられている。シールド部材77は、磁気装置6とは無関係の外部磁界から集磁体71,73を遮蔽する役目をしている。また、シールド部材78は、外部磁界から主としてホールIC75,76を遮蔽する役目をしている。
1 and 2, a
図3は、上記検出装置7内の、集磁体71〜74及びホールIC75,76の分解斜視図である。図において、第1主集磁体71及び第1副集磁体72は、磁気装置6(図1)の外周面に沿って円弧状(ほぼ半円)に一対設けられたものであって、磁気装置6が発生する磁束を互いに等感度で捕捉する。同様に、第2主集磁体73及び第2副集磁体74は、磁気装置6の外周面に沿って、かつ、第1主集磁体71及び第1副集磁体72とは軸方向にずれた位置に、円弧状に一対設けられたものであって、磁気装置6が発生する磁束を互いに等感度で捕捉する。
FIG. 3 is an exploded perspective view of the magnetic
第1主集磁体71の端部に突設された集磁端部71aと、第2主集磁体73の端部に突設された集磁端部73aとは軸方向に互いに対向し、それらの間に主ホールIC75が介装される。同様に、第1副集磁体72の端部に突設された集磁端部72aと、第2副集磁体74の端部に突設された集磁端部74aとは軸方向に互いに対向し、それらの間に副ホールIC76が介装される。
A magnetism collecting
図4は、上記各集磁体71〜74及びホールIC75,76に、シールド部材77を加えた組立後の配置を示す斜視図である。シールド部材77の存在により、磁気装置6とは無関係な外部磁界に対して第1,第2主集磁体71,73は遮蔽される。従って、第1,第2主集磁体71,73から主ホールIC75までの磁気回路部は、第1,第2副集磁体72,74から副ホールIC76までの磁気回路部よりも、外部磁界に対する感度が悪くなる。すなわち、外部磁界に対する、ホールIC75の出力は、ホールIC76の出力より小さくなる。一方、内部磁界すなわち磁気装置6から発生する磁束に対しては、第1,第2主集磁体71,73から主ホールIC75までの磁気回路部と、第1,第2副集磁体72,74から副ホールIC76までの磁気回路部とで、感度は互いに同じであり、磁気装置6から発生する磁束に対するホールIC75,76の出力は同じである。
FIG. 4 is a perspective view showing an arrangement after assembly in which a
上記のように構成されたトルク検出装置100において、ドライバーがステアリングホイール101(図6)を操作していないときは、永久磁石4と磁気ヨーク51,52との位置関係からホールIC75,76の出力が0となるように調整されている。図5(a)は、外部磁界の影響がない場合の、操舵トルクに対するセンサ信号(ホールICの出力)の関係を示すグラフである。主ホールIC75からのセンサ信号V1(実線)は、操舵トルクに比例して正方向に増大する。副ホールIC76からのセンサ信号V2(破線)は、操舵トルクに比例して負方向に増大する。増大の勾配は同じであり、各センサ信号V1,V2の絶対値は同じである。
In the
ドライバーがステアリングホイール101を操作することにより入力軸1に操舵トルクが加えられると、トーションバー3が捩れ、入力軸1と出力軸2との間に相対的な捻れ角が生じる。この捻れ角は操舵トルクに応じて変化する。磁気装置6は、捩れ角に対応した磁束を発生させる。磁束は第1,第2主集磁体71,73及び第1,第2副集磁体72,74によって等感度で捕捉され、ホールIC75,76からのセンサ信号V1,V2は、図5(a)に示すように現れる。
When a steering torque is applied to the input shaft 1 by operating the
一方、外部磁界の影響を受けるときは、図5(b)に示すように、シールド部材77によって遮蔽されている第1,第2主集磁体71,73側にある主ホールIC75と、第1,第2副集磁体72,74側にある副ホールIC76とではセンサ信号V1,V2が異なり、主ホールIC75からのセンサ信号V1の方が、絶対値が小さくなる。これは、操舵トルクが0の場合でも、操舵トルクが与えられている場合でも、同様である。
このようにして、シールド部材77を片側にのみ設けるという簡易な構成に基づいて、2つのホールIC75,76の出力が均等か不均等かによって、通常の操舵か、外部磁界の影響を受けたのかを、識別することが可能となる。
On the other hand, when affected by an external magnetic field, as shown in FIG. 5B, the
In this way, based on a simple configuration in which the
従ってECU102(図6)において、2つのホールIC75,76からのセンサ信号V1,V2の絶対値が均等であるときは、それに基づいて操舵補助力を決定し、モータ103(図6)を駆動させる。一方、2つのホールIC75,76からのセンサ信号V1,V2の絶対値が不均等であるときは、外部磁界の影響を受けていると判断し、フェールセーフの観点から、操舵補助を行わない。このようにして、外部磁界の影響による誤った操舵補助を防止することができる。
Accordingly, in the ECU 102 (FIG. 6), when the absolute values of the sensor signals V1 and V2 from the two
図7は、本発明の第2実施形態によるトルク検出装置100における検出装置7の正面図である。また、図8は、主要部の斜視図である。なお、その他の構成は、第1実施形態と同様である。
図2との比較により明らかなように、図7において主ホールIC75は、副ホールIC76と左右対称な位置にはなく、右方へ少しずれている。また、シールド部材77は、集磁体保持部7cの側面だけではなく正面側にも張り出すシールド部77aを備え、これにより主ホールIC75を覆い、主ホールIC75に対する外部磁界からの遮蔽効果を高めている。
FIG. 7 is a front view of the detection device 7 in the
As apparent from comparison with FIG. 2, in FIG. 7, the
従って、第1,第2主集磁体71,73から主ホールIC75までの磁気回路部は、第1,第2副集磁体72,74から副ホールIC76までの磁気回路部と比較して、外部磁界に対する感度差が第1実施形態よりさらに大きくなる。これにより、さらに確実に、外部磁界の影響を受けたときの主ホールIC75のセンサ信号を、副ホールIC76のセンサ信号より、絶対値で小さくすることができる。
Therefore, the magnetic circuit portion from the first and second main
図9は、本発明の第3実施形態によるトルク検出装置100における集磁体71〜74及びホールIC75,76の分解斜視図である。また、図10は、集磁体71〜74及びホールIC75,76に、シールド部材79を加えた組立後の配置を示す斜視図である。第1,第2副集磁体72,74及び副ホールIC76については、第1実施形態と同様である。一方、第1,第2主集磁体71,73に関しては、集磁端部71a,73aの設け方が第1実施形態とは異なる。
FIG. 9 is an exploded perspective view of the magnetic
すなわち、集磁端部71aは、第2主集磁体73の方へ向けて軸方向に突出して設けられている。同様に、集磁端部73aは、第1主集磁体71の方へ向けて軸方向に突出して設けられ、かつ、集磁端部71aとは周方向にずれており、主ホールIC75を間に挟み込むことができるようになっている。また、主ホールIC75は、センサ面(主に磁束を通す面)が、副ホールIC76とは90度ずれた向きとなっている。図10において、U字状のシールド部材79は、主・副の全ての集磁体71〜74を外部磁界から遮蔽している。なお、その他の構成は、第1実施形態と同様である。
That is, the magnetism collecting
図10において、磁気装置6(図1)の磁束に対しては第1実施形態と同様に、2つのホールIC75,76の出力は均等である。一方、シールド部材79の遮蔽能力を超える外部磁界が存在するとき、主ホールIC75の向きが、副ホールIC76とは異なることにより、センサ出力は異なるものとなり、例えば主ホールIC75のセンサ出力は、副ホールICのセンサ出力より小さくなる。すなわち、主ホールIC75と副ホールIC76の向きを異ならせることにより、外部磁界に対する感度が異なるようにして、意図的に出力の不均等を生じさせるのである。
In FIG. 10, the outputs of the two
これにより、シールド部材には依存せずに、第1実施形態と同様に、2つのホールIC75,76の出力が均等か不均等かによって、通常の操舵か、外部磁界の影響を受けたのかを、識別することが可能となる。なお、主ホールIC75と副ホールIC76の向きのずれは90度に限定されないが、90度の場合に最もセンサ出力の差が出やすい。
Thus, regardless of the shield member, whether the output from the two
なお、上記各実施形態において、各集磁体71〜74やホールIC75,76の「主」、「副」の関係は逆であってもよい。また、シールド部材77は片側にあればよいのであって、「主」、「副」どちら側にあってもよい。
また、第1,第2実施形態における片方(「主」側)のみのシールド部材77に、「主」、「副」両方に遮蔽効果をもたらす第3実施形態のシールド部材79(図10)を併用してもよい。
In each of the above embodiments, the “main” and “sub” relationships of the magnetic
Further, the shield member 79 (FIG. 10) of the third embodiment that provides a shielding effect for both “main” and “sub” is added to only one (“main” side)
また、上記各実施形態における集磁体71〜74は半円弧状としたが、半円(180度)を超える円弧として「主」、「副」相互にオーバーラップするように配置することも可能である。但し、「主」、「副」は相互に同じ大きさの形として、互いに等しく磁束を受け入れることができるようにすることが必要である。
In addition, the magnetic
1 入力軸
2 出力軸
3 トーションバー
6 磁気装置
71 第1主集磁体
72 第1副集磁体
73 第2主集磁体
74 第2副集磁体
75 主ホールIC
76 副ホールIC
77,79 シールド部材
77a シールド部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
76 Deputy Hall IC
77,79
Claims (4)
前記磁気装置の外周面に沿って円弧状に一対設けられたものであって、前記磁気装置が発生する磁束を互いに等感度で捕捉する第1主集磁体及び第1副集磁体と、
前記磁気装置の外周面に沿って円弧状に一対設けられたものであって、前記磁気装置が発生する磁束を互いに等感度で捕捉する第2主集磁体及び第2副集磁体と、
前記第1主集磁体の集磁端部と、これに対向する前記第2主集磁体の集磁端部との間に介装された主ホールICと、
前記第1副集磁体の集磁端部と、これに対向する前記第2副集磁体の集磁端部との間に介装された副ホールICとを備え、
前記主集磁体の各々から前記主ホールICまでの磁気回路部及び、前記副集磁体の各々から前記副ホールICまでの磁気回路部について、前記磁気装置とは無関係な外部磁界に対する感度を互いに異ならせる手段又は配置を施したことを特徴とするトルク検出装置。 A cylindrical magnetic device that generates a magnetic flux corresponding to a torsion angle between an input shaft and an output shaft connected to each other via a torsion bar;
A pair of first magnetic current collectors and first secondary magnetic current collectors that are provided in a circular arc shape along the outer peripheral surface of the magnetic device and that capture magnetic fluxes generated by the magnetic device with equal sensitivity to each other;
A second main magnetic current collector and a second sub magnetic current collector, which are provided in a pair of arcs along the outer peripheral surface of the magnetic device, and capture magnetic fluxes generated by the magnetic device with equal sensitivity to each other;
A main Hall IC interposed between the current collecting end of the first main current collector and the current collecting end of the second main current collector facing the first main current collector;
A sub Hall IC interposed between the magnetic flux collecting end portion of the first sub magnetic flux collector and the magnetic flux collecting end portion of the second sub magnetic flux collector facing the first magnetic flux collector;
The magnetic circuit section from each of the main magnetic collectors to the main Hall IC and the magnetic circuit section from each of the sub magnetic collectors to the sub Hall IC have different sensitivities to external magnetic fields that are independent of the magnetic device. Torque detection device characterized by having means or arrangement for applying the torque.
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KR101243535B1 (en) * | 2009-07-20 | 2013-03-20 | 엘지이노텍 주식회사 | Manifold sensing apparatus for steering |
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