JP2009080137A - Magnetostrictive torque sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simply-structured magnetostrictive torque sensor in which demagnetization of its rotary shaft can easily be realized. <P>SOLUTION: In the magnetostrictive torque sensor of an electric power steering system, a demagnetization means M2 can supply an AC current to coils 40A, 40B and demagnetizes the rotary shaft so as to prevent torque detection accuracy from degradation, even if the magnetization of the rotary shaft may reduce the torque detection accuracy. In this case, the use of those coils 40A, 40B for torque detection as the ones for demagnetization enables reduction in number of parts and simplification of structure and also mutual impact between the power distribution to the coils 40A, 40B for demagnetization and the power distribution to the coils 40A, 40B for torque detection can be avoided because a switching means 57 switches the operations of a torque detection means M1 and the demagnetization means M2 based on a torque detection signal VT3. Additionally, the demagnetization of the rotary shaft can be achieved only as required, because the rotary shaft when magnetized activates the demagnetization means M2. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、表面に磁歪部を形成した回転軸と、前記回転軸の周囲を囲繞するコイルと、前記磁歪部の磁気特性の変化を前記コイルで検出することで前記回転軸に加えられたトルクを検出するトルク検出手段とを備えた磁歪式トルクセンサに関する。   The present invention provides a rotating shaft having a magnetostrictive portion formed on a surface thereof, a coil surrounding the periphery of the rotating shaft, and a torque applied to the rotating shaft by detecting a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive portion by the coil. The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor provided with torque detecting means for detecting.

電動パワーステアリング装置のステアリングホイールに入力される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサが、操舵トルクを伝達する回転軸の外周に相互に逆方向の磁気異方性を有するように形成された一対の磁歪膜と、各々の磁歪膜の外周を囲む励磁コイルおよび検出コイルとを備え、回転軸の捩じれ変形に応じて変化する一対の磁歪膜の透磁率の変化を前記励磁コイルおよび検出コイルのインダクタンスの変化に基づいて検出することで、回転軸に入力される操舵トルクを検出するものが、下記特許文献1により公知である。   A pair of magnetostrictions formed so that the steering torque sensor that detects the steering torque input to the steering wheel of the electric power steering device has magnetic anisotropies in opposite directions on the outer periphery of the rotating shaft that transmits the steering torque. And a change in the permeability of the pair of magnetostrictive films that change in accordance with the torsional deformation of the rotating shaft. Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2004-228707 detects a steering torque input to a rotating shaft by detecting the torque based on the above.

特開2001−133337号公報JP 2001-133337 A

ところで、かかる操舵トルクセンサの回転軸が磁化されてしまうと、その磁気特性が変化して操舵トルクの検出精度が低下する可能性があるため、磁化された回転軸を消磁することが必要になる。この消磁は、回転軸の外周を囲むコイルに交流電流を供給することで行われるが、回転軸の外周には既にトルク検出のためのコイルが設けられているため、消磁のためのコイルを設けるスペースを確保するのが困難であるばかりか、両方のコイルを設けると部品点数が増加して構造が複雑化する問題がある。   By the way, if the rotating shaft of such a steering torque sensor is magnetized, the magnetic characteristics thereof may change and the detection accuracy of the steering torque may be lowered. Therefore, it is necessary to demagnetize the magnetized rotating shaft. . This demagnetization is performed by supplying an alternating current to a coil that surrounds the outer periphery of the rotating shaft. However, since a coil for torque detection is already provided on the outer periphery of the rotating shaft, a coil for degaussing is provided. Not only is it difficult to secure a space, but if both coils are provided, there is a problem that the number of parts increases and the structure becomes complicated.

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で磁歪式トルクセンサの回転軸の消磁を行えるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to enable demagnetization of the rotating shaft of a magnetostrictive torque sensor with a simple structure.

上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、表面に相互に逆方向の磁気異方性を有する第1,第2磁歪部を形成した回転軸と、その第1,第2磁歪部の周囲をそれぞれ囲繞する2つのコイルと、前記第1,第2磁歪部の磁気特性の変化を、前記両コイルの出力の差分に基づいて得られるトルク検出信号で検出することで、前記回転軸に加えられたトルクを検出するトルク検出手段とを備えた磁歪式トルクセンサであって、 前記2つのコイルを用いて前記回転軸を消磁するために該コイルに消磁用交流電流を供給する消磁手段と、前記トルク検出手段の作動および前記消磁手段の作動を切り換える切換手段とを備えてなり、前記切換手段は、前記トルク検出信号に基づいて前記トルク検出手段から前記消磁手段に作動を切り換えることを特徴とする、磁歪式トルクセンサことを特徴とする磁歪式トルクセンサが提案される。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a rotary shaft having first and second magnetostrictive portions having magnetic anisotropies in opposite directions on the surface, and a first , Detecting changes in the magnetic characteristics of the two coils surrounding the second magnetostrictive portion and the first and second magnetostrictive portions with a torque detection signal obtained based on the difference between the outputs of the two coils. A magnetostrictive torque sensor comprising torque detecting means for detecting torque applied to the rotating shaft, wherein the coil is demagnetized to demagnetize the rotating shaft using the two coils. And a switching means for switching between the operation of the torque detection means and the operation of the demagnetization means, and the switching means changes from the torque detection means to the demagnetization means based on the torque detection signal. Operation Wherein the changing Ri, magnetostrictive torque sensor, wherein the magnetostrictive torque sensor is proposed.

また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記切換手段は、前記回転軸にトルクが入力されていない時に、前記トルク検出手段が出力する前記トルク検出信号と基準電圧との比較に基づいて、前記トルク検出手段から前記消磁手段に作動を切り換えることを特徴とする磁歪式トルクセンサが提案される。   According to the invention described in claim 2, in addition to the configuration of claim 1, the switching means outputs the torque detection signal output from the torque detection means when no torque is input to the rotating shaft. A magnetostrictive torque sensor is proposed in which the operation is switched from the torque detection means to the demagnetization means based on a comparison between the torque detection means and the reference voltage.

また請求項3に記載された発明によれば、請求項2の構成に加えて、磁歪式トルクセンサを搭載した車両が停止している時、或いは該車両のステアリングホイールが操作されていない時を、前記回転軸にトルクが入力されていない時としたことを特徴とする磁歪式トルクセンサが提案される。   According to a third aspect of the invention, in addition to the configuration of the second aspect, when the vehicle equipped with the magnetostrictive torque sensor is stopped or when the steering wheel of the vehicle is not operated. A magnetostrictive torque sensor is proposed in which no torque is input to the rotating shaft.

また請求項4に記載された発明によれば、請求項1〜請求項3の何れか1項の構成に加えて、前記磁歪式トルクセンサは電動パワーステアリング装置における操舵トルクの検出に用いられることを特徴とする磁歪式トルクセンサが提案される。   According to the invention described in claim 4, in addition to the configuration of any one of claims 1 to 3, the magnetostrictive torque sensor is used for detection of steering torque in the electric power steering apparatus. A magnetostrictive torque sensor is proposed.

尚、実施の形態のピニオンシャフト17は本発明の回転軸に対応し、実施の形態の第1、第2磁歪膜39A,39Bは本発明の磁歪部に対応し、実施の形態の第1、第2コイル40A,40Bは本発明のコイルに対応し、実施の形態のトランジスタ57は本発明の切換手段に対応する。   The pinion shaft 17 of the embodiment corresponds to the rotating shaft of the present invention, and the first and second magnetostrictive films 39A and 39B of the embodiment correspond to the magnetostrictive portion of the present invention. The second coils 40A and 40B correspond to the coil of the present invention, and the transistor 57 of the embodiment corresponds to the switching means of the present invention.

本発明によれば、磁歪式トルクセンサの回転軸が磁化するとトルク検出精度が低下するが、消磁手段で回転軸を消磁することでトルク検出精度の低下を防止することができ、このとき、トルク検出用のコイルを消磁用のコイルとして使用できるので、部品点数の削減および構造の簡素化が可能になる。しかもトルク検出信号に基づいてトルク検出手段から消磁手段に作動を切り換えるので、トルク検出手段及び消磁手段が同時に作動することがなく、よって消磁のためのコイルへの通電とトルク検出のためのコイルへの通電とが相互に影響を及ぼすのを回避することができる。   According to the present invention, when the rotating shaft of the magnetostrictive torque sensor is magnetized, the torque detection accuracy decreases. However, demagnetizing the rotating shaft with the degaussing means can prevent a decrease in torque detection accuracy. Since the detection coil can be used as a degaussing coil, the number of parts can be reduced and the structure can be simplified. In addition, since the operation is switched from the torque detection means to the demagnetization means based on the torque detection signal, the torque detection means and the demagnetization means do not operate at the same time. Therefore, energization to the coil for demagnetization and to the coil for torque detection It can be avoided that the energization of each other affects each other.

また特に請求項4の発明によれば、磁歪式トルクセンサを電動パワーステアリング装置における操舵トルクの検出に用いたので、操舵トルクを精度良く検出して電動パワーステアリング装置の制御を的確に行うことができる。   In particular, according to the invention of claim 4, since the magnetostrictive torque sensor is used for detecting the steering torque in the electric power steering apparatus, it is possible to accurately detect the steering torque and accurately control the electric power steering apparatus. it can.

電動パワーステアリング装置の全体斜視図Overall perspective view of electric power steering device 図1の2−2線拡大断面図2-2 line enlarged sectional view of FIG. 消磁回路の回路図Circuit diagram of degaussing circuit 操舵トルクに対するトルク検出信号の変化特性を示す図The figure which shows the change characteristic of the torque detection signal with respect to steering torque コンデンサの電荷により発生する交流電流の波形を示す図The figure which shows the waveform of the alternating current generated by the electric charge of the capacitor ピニオンシャフトが磁化された状態および消磁された状態を示す図The figure which shows the state by which the pinion shaft was magnetized and the state demagnetized クレーム対応図Complaint correspondence diagram

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1〜図7は本発明の実施の形態を示すもので、図1は電動パワーステアリング装置の全体斜視図、図2は図1の2−2線拡大断面図、図3は消磁回路の回路図、図4は操舵トルクに対するトルク検出信号の変化特性を示す図、図5はコンデンサの電荷により発生する交流電流の波形を示す図、図6はピニオンシャフトが磁化された状態および消磁された状態を示す図、図7はクレーム対応図である。   1 to 7 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is an overall perspective view of an electric power steering apparatus, FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing a change characteristic of the torque detection signal with respect to the steering torque, FIG. 5 is a diagram showing a waveform of an alternating current generated by the electric charge of the capacitor, and FIG. 6 is a state where the pinion shaft is magnetized and demagnetized. FIG. 7 is a diagram corresponding to a claim.

図1に示すように、ステアリングホイール11と一体に回転する上部ステアリングシャフト12は、上部ユニバーサルジョイント13、下部ステアリングシャフト14および下部ユニバーサルジョイント15を介して、減速機16から上方に突出するピニオンシャフト17に接続される。減速機16の下端に接続されたステアリングギヤボックス18の左右両端から突出するタイロッド19,19が、左右の車輪WL,WRの図示せぬナックルに接続される。減速機16にはモータMの回転軸が連結されており、このモータMの作動は、減速機16の内部に収納した操舵トルクセンサStからの信号が入力される電子制御ユニットUにより制御される。   As shown in FIG. 1, the upper steering shaft 12 that rotates integrally with the steering wheel 11 includes a pinion shaft 17 that protrudes upward from the speed reducer 16 via an upper universal joint 13, a lower steering shaft 14, and a lower universal joint 15. Connected to. Tie rods 19 and 19 projecting from the left and right ends of the steering gear box 18 connected to the lower end of the speed reducer 16 are connected to knuckles (not shown) of the left and right wheels WL and WR. The speed reducer 16 is connected to a rotating shaft of a motor M, and the operation of the motor M is controlled by an electronic control unit U to which a signal from a steering torque sensor St housed in the speed reducer 16 is input. .

図2に示すように、減速機16はステアリングギヤボックス18と一体の下部ケース21と、その上面にボルト22…で結合された上部ケース23とを備えており、ステアリングギヤボックス18および上部ケース23にボールベアリング26,27で前記ピニオンシャフト17が回転自在に支持される。ピニオンシャフト17の下端に設けられたピニオン28が、ステアリングギヤボックス18の内部に左右移動自在に支持されたラックバー29に設けられらラック30に噛合する。ステアリングギヤボックス18に形成した貫通孔18aに押圧部材31が摺動自在に収納されており、貫通孔18aを閉塞するナット部材32との間に配置したスプリング33で押圧部材31をラックバー29の背面に向けて付勢することで、ラック30とピニオン28とをガタなく噛合させることができる。減速機16の内部に延びるモータMの回転軸34に設けられたウオーム37は、ピニオンシャフト17に固定されたウオームホイール38に噛合する。   As shown in FIG. 2, the speed reducer 16 includes a lower case 21 that is integral with the steering gear box 18, and an upper case 23 that is coupled to the upper surface by bolts 22. The pinion shaft 17 is rotatably supported by ball bearings 26 and 27. A pinion 28 provided at the lower end of the pinion shaft 17 meshes with a rack 30 provided on a rack bar 29 supported inside the steering gear box 18 so as to be movable left and right. A pressing member 31 is slidably accommodated in a through hole 18 a formed in the steering gear box 18, and the pressing member 31 is attached to the rack bar 29 by a spring 33 disposed between the nut member 32 closing the through hole 18 a. By biasing toward the back, the rack 30 and the pinion 28 can be engaged with each other without play. A worm 37 provided on the rotating shaft 34 of the motor M extending inside the speed reducer 16 meshes with a worm wheel 38 fixed to the pinion shaft 17.

ステアリングホイール11に入力される操舵トルクを検出する操舵トルクセンサStは、ピニオンシャフト17の表面を所定幅で覆うように形成された、例えばNi−Feメッキよりなる第1、第2磁歪膜39A,39Bと、第1磁歪膜39Aを囲む第1コイル40Aと、第2磁歪膜39Bを囲む第2コイル40Bと、第1コイル40Aを囲む第1ヨーク42Aと、第2コイル40Bを囲む第2ヨーク42Bとを備える。第1コイル40Aおよび第2コイル40Bには、磁化されたピニオンシャフト17を消磁する消磁回路Cが接続され、消磁回路Cには第1、第2出力選択回路43A,43Bおよび差動増幅回路44が接続される。前記消磁回路Cは、操舵トルクの検出のために第1、第2励磁コイル40A,40Bを励磁する機能を兼ね備えている。   The steering torque sensor St for detecting the steering torque input to the steering wheel 11 is formed so as to cover the surface of the pinion shaft 17 with a predetermined width, for example, first and second magnetostrictive films 39A made of Ni—Fe plating, 39B, a first coil 40A surrounding the first magnetostrictive film 39A, a second coil 40B surrounding the second magnetostrictive film 39B, a first yoke 42A surrounding the first coil 40A, and a second yoke surrounding the second coil 40B 42B. A demagnetizing circuit C for demagnetizing the magnetized pinion shaft 17 is connected to the first coil 40A and the second coil 40B. The demagnetizing circuit C includes first and second output selection circuits 43A and 43B and a differential amplifier circuit 44. Is connected. The demagnetizing circuit C has a function of exciting the first and second exciting coils 40A and 40B for detecting the steering torque.

次に、図3に基づいて消磁回路Cの構造を説明する。   Next, the structure of the degaussing circuit C will be described with reference to FIG.

第1コイル40Aは一端が第1抵抗51Aに接続され、他端がNPN型トランジスタ52のコレクタ端子に接続されるとともに、前記第1出力選択回路43Aに接続される。第2コイル40Bは一端が第2抵抗51Bに接続され、他端がPNP型トランジスタ53のコレクタ端子に接続されるとともに、前記第2出力選択回路43Bに接続される。第1抵抗51Aの第1コイル40Aと反対側の端子と、第2抵抗51Bの第2コイル40Bと反対側の端子とは、NPN型トランジスタ54のコレクタ端子に接続されるとともに、PNP型トランジスタ55のコレクタ端子に接続される。二つのPNP型トランジスタ53,55のエミッタ端子は、容量の比較的に大きいコンデンサ56の一端に接続され、かつPNP型トランジスタ57のコレクタ端子に接続される。前記コンデンサ56の他端は接地され、前記PNP型トランジスタ57のエミッタ端子は、定電圧(例えば、5V)の電源58に接続される。二つのNPN型トランジスタ52,54のエミッタ端子は接地される。   One end of the first coil 40A is connected to the first resistor 51A, the other end is connected to the collector terminal of the NPN transistor 52, and is connected to the first output selection circuit 43A. The second coil 40B has one end connected to the second resistor 51B, the other end connected to the collector terminal of the PNP transistor 53, and also connected to the second output selection circuit 43B. The terminal on the opposite side of the first coil 51A of the first resistor 51A and the terminal on the opposite side of the second coil 40B of the second resistor 51B are connected to the collector terminal of the NPN transistor 54 and are connected to the PNP transistor 55. Connected to the collector terminal. The emitter terminals of the two PNP transistors 53 and 55 are connected to one end of a capacitor 56 having a relatively large capacity, and are connected to the collector terminal of a PNP transistor 57. The other end of the capacitor 56 is grounded, and the emitter terminal of the PNP transistor 57 is connected to a power source 58 having a constant voltage (for example, 5V). The emitter terminals of the two NPN transistors 52 and 54 are grounded.

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。   Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described.

先ず、操舵トルクセンサSaの通常の操舵トルク検出機能について説明する。例えば、イグニッションスイッチをONすると、PNP型トランジスタ57がONして電源58がコンデンサ56および二つのPNP型トランジスタ53,55のエミッタ端子に接続され、コンデンサ56は徐々に充電されて電源58側の電圧が該電源58の電圧まで上昇する。二つのPNP型トランジスタ53,55のエミッタ端子が電源58の電圧まで上昇したところで、例えばPNP型トランジスタ55およびNPN型トランジスタ52を短い所定時間で同時にONした後で、PNP型トランジスタ53およびNPN型トランジスタ54をONすることを数10kHz程度の周波数で繰り返すことで、第1、第2コイル40A,40Bに交流電流を供給する。   First, the normal steering torque detection function of the steering torque sensor Sa will be described. For example, when the ignition switch is turned on, the PNP transistor 57 is turned on and the power source 58 is connected to the capacitor 56 and the emitter terminals of the two PNP transistors 53 and 55, and the capacitor 56 is gradually charged to the voltage on the power source 58 side. Rises to the voltage of the power supply 58. When the emitter terminals of the two PNP transistors 53 and 55 rise to the voltage of the power source 58, for example, after the PNP transistor 55 and the NPN transistor 52 are simultaneously turned on in a short predetermined time, the PNP transistor 53 and the NPN transistor By turning ON 54 at a frequency of about several tens of kHz, an alternating current is supplied to the first and second coils 40A and 40B.

このようにして第1、第2コイル40A,40Bに交流電流を供給すると、ピニオンシャフト17に操舵トルクが入力されたときに、第1磁歪膜39AのインダクタンスがLからL+ΔLに変化し、第2磁歪膜39BのインダクタンスがLからL−ΔLに変化し、しかも前記変化量ΔLが加えられた操舵トルクに比例するので、この変化量ΔLを第1、第2コイル40A,40Bで検出する。   When an alternating current is supplied to the first and second coils 40A, 40B in this way, when the steering torque is input to the pinion shaft 17, the inductance of the first magnetostrictive film 39A changes from L to L + ΔL, and the second Since the inductance of the magnetostrictive film 39B changes from L to L−ΔL, and the change amount ΔL is proportional to the applied steering torque, the change amount ΔL is detected by the first and second coils 40A and 40B.

即ち、第1コイル40Aの出力は第1抵抗51Aで電圧に変換されて第1電圧信号VT1となり、第2コイル40Bの出力は第2抵抗51Bで電圧に変換されて第2電圧信号VT2となり、それらの第1、第2電圧信号VT1,VT2がそれぞれ入力される第1、第2出力選択回路43A,43Bは、PNP型トランジスタ55およびNPN型トランジスタ52がONするタイミングで前記第1、第2電圧信号VT1,VT2を取り込んで保持する整流回路の役目をする。第1、第2出力選択回路43A,43Bは、前記第1、第2電圧信号VT1,VT2に対応する第1、第2電圧信号VT1* ,VT2* を出力し、その第1、第2電圧信号VT1* ,VT2* は差動増幅回路44に入力され、そこで操舵トルクの大きさに対応する第3電圧信号(トルク検出信号)が算出されて出力される。 That is, the output of the first coil 40A is converted to a voltage by the first resistor 51A to become the first voltage signal VT1, and the output of the second coil 40B is converted to a voltage by the second resistor 51B to become the second voltage signal VT2. The first and second output selection circuits 43A and 43B to which the first and second voltage signals VT1 and VT2 are respectively input are the first and second output timings when the PNP transistor 55 and the NPN transistor 52 are turned on. It functions as a rectifier circuit that takes in and holds the voltage signals VT1 and VT2. The first and second output selection circuits 43A and 43B output first and second voltage signals VT1 * and VT2 * corresponding to the first and second voltage signals VT1 and VT2, respectively. The signals VT1 * and VT2 * are input to the differential amplifier circuit 44, where a third voltage signal (torque detection signal) corresponding to the magnitude of the steering torque is calculated and output.

これを図4(A)に基づいて説明する。差動増幅回路44は第1信号電圧VT1* から第2信号電圧VT2* を減算したVT1* −VT2* にゲインkを乗算して第3電圧信号(トルク検出信号)を算出する。第1信号電圧VT1* は操舵トルクの増加に応じて増加し、第2信号電圧VT2* は操舵トルクの増加に応じて減少するため、第3電圧信号は操舵トルクの増加に応じて増加する。操舵トルクが0のとき、第3電圧信号が所定のバイアス電圧Vb(例えば、2.5V)となるようにバイアスされる。 This will be described with reference to FIG. The differential amplifier circuit 44 to calculate a third voltage signal by multiplying the gain k to VT1 * -VT2 * obtained by subtracting from the * first signal voltage VT1 second signal voltage VT2 * (torque detection signal). Since the first signal voltage VT1 * increases as the steering torque increases and the second signal voltage VT2 * decreases as the steering torque increases, the third voltage signal increases as the steering torque increases. When the steering torque is 0, the third voltage signal is biased to a predetermined bias voltage Vb (for example, 2.5 V).

VT3=k(VT1* −VT2* )+Vb
このようにして、ステアリングホイール11に入力される操舵トルクによりピニオンシャフト17が第1、第2磁歪膜39A,39Bと共に捩じれ変形すると、第1、第2磁歪膜39A,39Bおよび第1、第2ヨーク42A,42Bで構成される二つの磁路に沿う磁束密度が変化することで、その磁束密度の変化に基づいて操舵トルクを検出することができる。
VT3 = k (VT1 * -VT2 * ) + Vb
In this way, when the pinion shaft 17 is twisted together with the first and second magnetostrictive films 39A and 39B by the steering torque input to the steering wheel 11, the first and second magnetostrictive films 39A and 39B and the first and second magnetostrictive films 39A and 39B are deformed. By changing the magnetic flux density along the two magnetic paths constituted by the yokes 42A and 42B, the steering torque can be detected based on the change in the magnetic flux density.

ところで、図4(A)に示すように、操舵トルクが0のときの電圧信号VT1* ,VT2* が一致していれば、そのときのトルク検出信号VT3はバイアス電圧Vbに一致する。しかしながら、第1、第2磁歪膜39A,39Bが設けられたピニオンシャフト17がトルク検出の際に第1、第2コイル40A,40Bが発生する磁力で磁化されていると、図4(B)に示すように、操舵トルクが0のときの電圧信号VT1* ,VT2* が不一致になり、そのときのトルク検出信号VT3はバイアス電圧Vbからずれてしまう問題がある。 Incidentally, as shown in FIG. 4A, if the voltage signals VT1 * and VT2 * when the steering torque is 0 match, the torque detection signal VT3 at that time matches the bias voltage Vb. However, when the pinion shaft 17 provided with the first and second magnetostrictive films 39A and 39B is magnetized by the magnetic force generated by the first and second coils 40A and 40B during torque detection, FIG. As shown, the voltage signals VT1 * and VT2 * when the steering torque is 0 are inconsistent, and the torque detection signal VT3 at that time is deviated from the bias voltage Vb.

図4(B)の例では、操舵トルクが+T1のとき、バイアス電圧Vbを基準とするトルク検出信号VT3の偏差ΔV1であるのに、操舵トルクが−T1のとき、バイアス電圧Vbを基準とするトルク検出信号VT3の偏差はΔV2となり、絶対値が等しい操舵トルク+T1,−T1にそれぞれ対応する前記偏差ΔV1,ΔV2が不一致になり、これが操舵フィーリングが悪化する原因となってしまう。   In the example of FIG. 4B, when the steering torque is + T1, the deviation ΔV1 of the torque detection signal VT3 based on the bias voltage Vb is used, but when the steering torque is −T1, the bias voltage Vb is used as a reference. The deviation of the torque detection signal VT3 becomes ΔV2, and the deviations ΔV1 and ΔV2 respectively corresponding to the steering torques + T1 and −T1 having the same absolute value become inconsistent, which causes the steering feeling to deteriorate.

そこで本実施の形態では、磁化されたピニオンシャフト17を消磁回路Cで消磁することで、操舵トルクが0のときの電圧信号VT1* ,VT2* の不一致を解消している。 Therefore, in the present embodiment, the magnetized pinion shaft 17 is demagnetized by the degaussing circuit C, thereby eliminating the mismatch between the voltage signals VT1 * and VT2 * when the steering torque is zero.

以下、消磁回路Cによりピニオンシャフト17を消磁する作用を説明する。   Hereinafter, the operation of demagnetizing the pinion shaft 17 by the demagnetizing circuit C will be described.

操舵トルクを検出する際に第1、第2コイル40A,40Bに交流電流を供給する回路はピニオンシャフト17を消磁する消磁回路Cと一部共用されているため、操舵トルクの検出中に消磁を行うことはできない、従って、車両が停止しているとき(車速が0のとき)、あるいはステアリングホイール11が操作されていないとき(操舵トルクが0のとき)であって、かつピニオンシャフト17が磁化されているときに実行される。   The circuit that supplies an alternating current to the first and second coils 40A and 40B when detecting the steering torque is partially shared with the degaussing circuit C that demagnetizes the pinion shaft 17, so that demagnetization is performed during the detection of the steering torque. Therefore, when the vehicle is stopped (the vehicle speed is 0), or when the steering wheel 11 is not operated (when the steering torque is 0), and the pinion shaft 17 is magnetized. It is executed when it is.

尚、ピニオンシャフト17が磁化されているか否かは、操舵トルクが入力されていないときのトルク検出信号VT3が、バイアス電圧Vbに一致しているか否かにより判断することができる。また消磁の実行中にステアリングホイール11が操作された場合には、その時点で消磁は中止される。   Whether or not the pinion shaft 17 is magnetized can be determined based on whether or not the torque detection signal VT3 when the steering torque is not input matches the bias voltage Vb. If the steering wheel 11 is operated during demagnetization, demagnetization is stopped at that time.

先ず、コンデンサ56が完全に充電された状態でPNP型トランジスタ57をOFFし、この状態で第1の対角位置にあるPNP型トランジスタ55およびNPN型トランジスタ52と、第2の対角位置にあるPNP型トランジスタ53およびNPN型トランジスタ54とを、交互にON/OFFすることで、コンデンサ56から第1、第2コイル40A,40Bに交流電流を供給する。即ち、第1の対角位置にあるPNP型トランジスタ55およびNPN型トランジスタ52を同時にONすると、第1、第2コイル40A,40Bに矢印a方向の電流が流れ、逆に第2の対角位置にあるPNP型トランジスタ53およびNPN型トランジスタ54を同時にONすると、第1、第2コイル40A,40Bに矢印b方向の電流が流れる。図5に示すように、この交流電流はコンデンサ56に蓄えられた電荷が減少するにつれて減衰する。   First, the PNP transistor 57 is turned OFF with the capacitor 56 fully charged, and the PNP transistor 55 and the NPN transistor 52 in the first diagonal position in this state are in the second diagonal position. An alternating current is supplied from the capacitor 56 to the first and second coils 40A and 40B by alternately turning on / off the PNP transistor 53 and the NPN transistor 54. That is, when the PNP transistor 55 and the NPN transistor 52 in the first diagonal position are simultaneously turned on, current in the direction of arrow a flows through the first and second coils 40A and 40B, and conversely the second diagonal position. When the PNP transistor 53 and the NPN transistor 54 are simultaneously turned on, a current in the direction of arrow b flows through the first and second coils 40A and 40B. As shown in FIG. 5, this alternating current attenuates as the charge stored in the capacitor 56 decreases.

このように、第1、第2コイル40A,40Bにコンデンサ56の電荷による交流電流を供給することで、図6(A)に示すように、ピニオンシャフト17が磁化されて一方向に揃っていた磁区が、図6(B)に示すように、前記交流電流により発生した交番磁界により、それぞれ異なった方向に向けられて消磁される。これにより、操舵トルクが0のときの電圧信号VT1* ,VT2* の不一致を解消し、操舵トルクを精度良く検出することが可能となる。 Thus, by supplying the first and second coils 40A and 40B with an alternating current due to the electric charge of the capacitor 56, the pinion shaft 17 was magnetized and aligned in one direction as shown in FIG. 6A. As shown in FIG. 6B, the magnetic domains are demagnetized in different directions by the alternating magnetic field generated by the alternating current. As a result, the mismatch between the voltage signals VT1 * and VT2 * when the steering torque is 0 can be eliminated, and the steering torque can be detected with high accuracy.

図7は本願の請求項1に記載された発明のクレーム対応図であり、消磁回路Cには、操舵トルクを検出するために第1、第2コイル40A,40Bに交流電流を供給するトルク検出手段M1と、磁化されたピニオンシャフト17を消磁するために第1、第2コイル40A,40Bに交流電流を供給する消磁手段M2とが含まれる。トルク検出手段M1および消磁手段M2は、共に4個のトランジスタ52〜55で構成されるが、それらのON/OFFの制御態様を異ならせることで、トルク検出および消磁の二つの機能を発揮する。切換手段を構成するPNP型トランジスタ57は、電源58をトルク検出手段M1に接続する状態と、コンデンサ56を消磁手段M2に接続する状態とを選択的に切り換え可能である。   FIG. 7 is a diagram corresponding to the claim of the invention described in claim 1 of the present application. In the degaussing circuit C, torque detection for supplying an alternating current to the first and second coils 40A and 40B in order to detect the steering torque. Means M1 and demagnetizing means M2 for supplying an alternating current to the first and second coils 40A, 40B to demagnetize the magnetized pinion shaft 17 are included. The torque detection means M1 and the demagnetization means M2 are both composed of four transistors 52 to 55, and exhibit two functions of torque detection and demagnetization by making their ON / OFF control modes different. The PNP transistor 57 constituting the switching means can selectively switch between a state in which the power source 58 is connected to the torque detecting means M1 and a state in which the capacitor 56 is connected to the demagnetizing means M2.

以上のように、トルク検出用の第1、第2コイル40A,40Bを消磁用のコイルに兼用するので、消磁用のコイルを別途設ける場合に比べて部品点数の削減および構造の簡素化が可能になる。しかもトルク検出手段M1の作動および消磁手段M2の作動をPNP型トランジスタ57のON/OFFで切り換えることができるので、第1、第2コイル40A,40Bへの消磁のための通電とトルク検出のための通電とが相互に影響を及ぼすのを回避することができる。更に、トルク検出手段M1および消磁手段M2は何れも共通の4個のトランジスタ52〜55で構成されるので、トルク検出手段M1および消磁手段M2を独立して設ける場合に比べて、部品点数の削減および構造の簡素化が可能になる。   As described above, the first and second coils 40A and 40B for torque detection are also used as degaussing coils, so that the number of parts can be reduced and the structure can be simplified compared to the case where a degaussing coil is separately provided. become. In addition, since the operation of the torque detecting means M1 and the operation of the demagnetizing means M2 can be switched by ON / OFF of the PNP transistor 57, energization and torque detection for demagnetizing the first and second coils 40A and 40B are possible. It can be avoided that the energization of each other affects each other. Furthermore, since both the torque detection means M1 and the demagnetization means M2 are constituted by four common transistors 52 to 55, the number of parts can be reduced as compared with the case where the torque detection means M1 and the demagnetization means M2 are provided independently. In addition, the structure can be simplified.

またピニオンシャフト17が磁化されたときに消磁手段M2を作動させるので、第1、第2コイル40A,40Bへの不必要な通電が行われるのを避けることができる。しかもトルク検出手段M1および消磁手段M2が同時に作動することはないので、トルク検出手段M1および消磁手段M2の作動が相互に影響を及ぼすことがない。   Further, since the demagnetizing means M2 is activated when the pinion shaft 17 is magnetized, unnecessary energization of the first and second coils 40A and 40B can be avoided. Moreover, since the torque detecting means M1 and the demagnetizing means M2 do not operate simultaneously, the operations of the torque detecting means M1 and the demagnetizing means M2 do not affect each other.

またコンデンサ56に蓄電した一定の電荷でピニオンシャフト17を消磁するので、過不足のない消磁を行うことができるだけでなく、電源58以外に消磁用の特別の電源を設ける必要がない。   Further, since the pinion shaft 17 is demagnetized with a constant charge stored in the capacitor 56, it is possible not only to perform demagnetization without excess and deficiency, but also it is not necessary to provide a special power source for demagnetization other than the power source 58.

更に、本実施の形態の操舵トルクセンサSaを電動パワーステアリング装置における操舵トルクの検出に用いたので、操舵トルクを精度良く検出して電動パワーステアリング装置の制御を的確に行うことができる。   Furthermore, since the steering torque sensor Sa of the present embodiment is used for detection of the steering torque in the electric power steering apparatus, the steering torque can be detected with high accuracy and the electric power steering apparatus can be accurately controlled.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。   The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、実施の形態では操舵トルクセンサStを例示したが、本発明は回転軸に入力されるトルクを検出する任意の用途のトルクセンサに適用することができる。   For example, although the steering torque sensor St is exemplified in the embodiment, the present invention can be applied to a torque sensor for any application that detects torque input to the rotating shaft.

また実施の形態ではコンデンサ56に蓄えられた電荷に基づいて交流電流を発生させる回路を4個のトランジスタ52〜55を組み合わせたブリッジ回路で構成しているが、ブリッジ回路以外の任意の回路を用いることができる。そして前記交流電流は実施の形態の矩形波に限定されず、サイン波であっても良い。   In the embodiment, the circuit for generating an alternating current based on the electric charge stored in the capacitor 56 is configured by a bridge circuit in which four transistors 52 to 55 are combined. However, any circuit other than the bridge circuit is used. be able to. The alternating current is not limited to the rectangular wave of the embodiment, and may be a sine wave.

11 ステアリングホイール
17 ピニオンシャフト(回転軸)
39A 第1磁歪膜(磁歪部)
39B 第2磁歪膜(磁歪部)
40A 第1コイル(コイル)
40B 第2コイル(コイル)
57 PNP型トランジスタ(切換手段)
M1 トルク検出手段
M2 消磁手段
Vb 基準電圧
VT1 コイルの出力
VT2 コイルの出力
VT3 トルク検出信号
11 Steering wheel 17 Pinion shaft (rotating shaft)
39A First magnetostrictive film (magnetostrictive part)
39B Second magnetostrictive film (magnetostrictive part)
40A 1st coil (coil)
40B Second coil (coil)
57 PNP transistor (switching means)
M1 Torque detection means M2 Demagnetization means Vb Reference voltage VT1 Coil output VT2 Coil output VT3 Torque detection signal

Claims (4)

表面に相互に逆方向の磁気異方性を有する第1,第2磁歪部(39A,39B)を形成した回転軸(17)と、その第1,第2磁歪部(39A,39B)の周囲をそれぞれ囲繞する2つのコイル(40A,40B)と、前記第1,第2磁歪部(39A,39B)の磁気特性の変化を、前記両コイル(40A,40B)の出力(VT1,VT2)の差分に基づいて得られるトルク検出信号(VT3)で検出することで、前記回転軸(17)に加えられたトルクを検出するトルク検出手段(M1)とを備えた磁歪式トルクセンサであって、
前記2つのコイル(40A,40B)を用いて前記回転軸(17)を消磁するために該コイル(40A,40B)に消磁用交流電流を供給する消磁手段(M2)と、
前記トルク検出手段(M1)の作動および前記消磁手段(M2)の作動を切り換える切換手段(57)とを備えてなり、
前記切換手段(57)は、前記トルク検出信号(VT3)に基づいて前記トルク検出手段(M1)から前記消磁手段(M2)に作動を切り換えることを特徴とする、磁歪式トルクセンサ。
The rotating shaft (17) having the first and second magnetostrictive portions (39A, 39B) having opposite magnetic anisotropies on the surface and the periphery of the first and second magnetostrictive portions (39A, 39B) Changes in the magnetic characteristics of the two coils (40A, 40B) and the first and second magnetostrictive portions (39A, 39B), respectively, of the outputs (VT1, VT2) of the coils (40A, 40B). A magnetostrictive torque sensor comprising torque detection means (M1) for detecting torque applied to the rotating shaft (17) by detecting with a torque detection signal (VT3) obtained based on the difference,
Demagnetizing means (M2) for supplying a demagnetizing alternating current to the coils (40A, 40B) in order to demagnetize the rotating shaft (17) using the two coils (40A, 40B);
Switching means (57) for switching between the operation of the torque detection means (M1) and the operation of the demagnetization means (M2),
The switching means (57) switches the operation from the torque detection means (M1) to the demagnetization means (M2) based on the torque detection signal (VT3).
前記切換手段(57)は、前記回転軸(17)にトルクが入力されていない時に、前記トルク検出手段(M1)が出力する前記トルク検出信号(VT3)と基準電圧(Vb)との比較に基づいて、前記トルク検出手段(M1)から前記消磁手段(M2)に作動を切り換えることを特徴とする、請求項1に記載の磁歪式トルクセンサ。   The switching means (57) compares the torque detection signal (VT3) output from the torque detection means (M1) with a reference voltage (Vb) when no torque is input to the rotating shaft (17). 2. The magnetostrictive torque sensor according to claim 1, wherein the operation is switched from the torque detecting means (M1) to the demagnetizing means (M2). 磁歪式トルクセンサを搭載した車両が停止している時、或いは該車両のステアリングホイール(11)が操作されていない時を、前記回転軸(17)にトルクが入力されていない時としたことを特徴とする、請求項2に記載の磁歪式トルクセンサ。   When the vehicle equipped with the magnetostrictive torque sensor is stopped or when the steering wheel (11) of the vehicle is not operated, the torque is not input to the rotating shaft (17). The magnetostrictive torque sensor according to claim 2, wherein 前記磁歪式トルクセンサは電動パワーステアリング装置における操舵トルクの検出に用いられることを特徴とする、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の磁歪式トルクセンサ。   The magnetostrictive torque sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetostrictive torque sensor is used for detection of steering torque in an electric power steering apparatus.
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