JP2009128155A - Magnetostrictive torque sensor device and measurement value midpoint deviation compensation method therefor - Google Patents

Magnetostrictive torque sensor device and measurement value midpoint deviation compensation method therefor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To compensate measurement value midpoint deviation of a forward/backward torque, in an accurate and easy manner, without requiring volume resistance, additional circuits for midpoint output voltage adjustment, increase in troublesome adjustment man-hours, or operator's skills. <P>SOLUTION: This device has a bias component setting part 28 for variably setting a bias component for generating a bias magnetic field by feeding coils 33-36 of a sensor part 30A and compensates for the measured value midpoint deviation of the forward/backward torque, by setting a direct current component by the bias component setting part 28. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁歪式トルクセンサおよびその計測値中点ずれ補償方法に関し、特に、自動車の電動ステアリング装置等に用いられ、ステアリングシャフト等に作用している正逆トルクを磁歪効果によって計測する磁歪式トルクセンサ装置の計測値中点ずれを補償する技術に関する。   The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor and a method for compensating a midpoint deviation of a measured value thereof, and in particular, a magnetostrictive method that is used in an electric steering device of an automobile and measures a forward / reverse torque acting on a steering shaft or the like by a magnetostrictive effect. The present invention relates to a technique for compensating for a midpoint shift in a measured value of a torque sensor device.

自動車の電動ステアリング装置等に用いられる磁歪式トルクセンサ装置として、トルク計測対象のシャフトの表面の軸線方向二箇所に、磁気異方性が互いに逆方向の磁歪膜(磁歪部)を有し、磁歪膜に近接して対向配置された少なくとも二つのコイルに、所定周波数の交流励磁電流を流して磁歪膜を交流励磁させ、シャフトに作用するトルクにより生じるシャフトの捩れによる磁歪膜の透磁率変化をコイルのインピーダンス特性の変化によって捉え、当該コイルのインピーダンス変化に基づいてシャフトに作用している正逆トルクを定量的に計測するものが知られている(例えば、特許文献1、2)。   As a magnetostrictive torque sensor device used for an electric steering device of an automobile, etc., there are two magnetostrictive films (magnetostrictive portions) having opposite magnetic anisotropies in two axial directions on the surface of a shaft to be measured for torque. The magnetostrictive film is subjected to alternating current excitation by flowing an alternating current excitation current of a predetermined frequency through at least two coils arranged in close proximity to the film, and the change in permeability of the magnetostrictive film due to the twist of the shaft caused by the torque acting on the shaft is coiled. There is known a technique that quantitatively measures forward and reverse torque acting on a shaft based on a change in impedance of the coil, based on a change in impedance characteristics of the coil (for example, Patent Documents 1 and 2).

上述のような磁歪式トルクセンサ装置では、製品毎にコイルのインピーダンスに個体差があり、シャフトにトルクが作用していない中点(零点)での正逆トルクの計測値(出力電圧)に、製品毎のばらつきが生じる。このため、磁歪式トルクセンサは、中点での正逆トルクの計測値を正規値に補正するために、正逆トルクの計測値中点ずれ、つまり、中点での正逆トルクの計測値の正規値からの偏差を製品毎に補償する必要がある。   In the magnetostrictive torque sensor device as described above, there is an individual difference in the impedance of the coil for each product, and the measured value (output voltage) of the forward / reverse torque at the midpoint (zero point) where the torque does not act on the shaft, Variations occur between products. For this reason, the magnetostrictive torque sensor corrects the measured value of the forward / reverse torque at the midpoint to the normal value, so that the measured value of the forward / reverse torque is shifted from the midpoint, that is, the measured value of the forward / reverse torque at the midpoint. It is necessary to compensate for the deviation from the normal value of each product.

このことに対して、アンプ出力のオフセット電圧をボリューム抵抗により調節したり、マイクロコンピュータから出力された励磁用のパルス幅変調出力に対して一定のセンサ特性により出力電圧を発生するセンサ部を備えたトルクセンサ装置において、所定のパルス幅変調出力に対してセンサ部が所定の中点出力電圧を出力するまで、センサ特性を逐次繰り返し変更することが提案されている(例えば、特許文献3)。
特許第3990683号公報 特開2007−285862号公報 特開2003−83832号公報
In contrast to this, a sensor unit that adjusts the offset voltage of the amplifier output with a volume resistor or generates an output voltage with a constant sensor characteristic with respect to the pulse width modulation output for excitation output from the microcomputer is provided. In the torque sensor device, it has been proposed to sequentially and repeatedly change the sensor characteristics until the sensor unit outputs a predetermined midpoint output voltage with respect to a predetermined pulse width modulation output (for example, Patent Document 3).
Japanese Patent No. 3990683 JP 2007-285862 A JP 2003-83832 A

しかし、ボリューム抵抗によるものは、コイルに接続するボリューム抵抗を別途設けなくてはならず、しかも、面倒な調整工数の増加、作業者の熟練度に依存した不安定な調整精度などの不具合を含んでいる。   However, with the volume resistor, a volume resistor connected to the coil must be provided separately, and also includes problems such as an increase in troublesome adjustment man-hours and unstable adjustment accuracy depending on the skill level of the operator. It is out.

パルス幅変調によるものは、センサ部の出力電圧に対して補正電圧を加えることによって中点出力電圧を調整しているので、中点出力電圧調整用の回路を追加する必要があり、回路基板が大きくなる。   In the case of using pulse width modulation, the midpoint output voltage is adjusted by adding a correction voltage to the output voltage of the sensor unit. Therefore, it is necessary to add a circuit for adjusting the midpoint output voltage. growing.

本発明が解決しようとする課題は、ボリューム抵抗や中点出力電圧調整用の追加の回路、面倒な調整工数の増加、作業者の熟練度を要することなく、精度よく簡便に正逆トルクの計測値中点ずれを補償することである。   The problem to be solved by the present invention is that an additional circuit for adjusting a volume resistance and a midpoint output voltage, an increase in troublesome adjustment man-hours, and measurement of forward / reverse torque accurately and easily without requiring skill of an operator. This is to compensate for the midpoint deviation.

本発明による磁歪式トルクセンサ装置は、トルク計測対象のシャフトに磁歪部が設けられ、前記磁歪部の磁気特性変化を当該磁歪部に対して対向配置された少なくとも二つのコイルの電気値変化に変換して検出し、当該電気値変化より前記シャフトに作用している正逆トルクを計測する磁歪式トルクセンサの計測値中点ずれ補償装置であって、前記コイルに給電してバイアス磁界を発生させるバイアス成分を可変設定するバイアス成分設定手段を有し、前記バイアス成分設定手段によるバイアス成分の設定により前記正逆トルクの計測値中点ずれを補償する。   A magnetostrictive torque sensor device according to the present invention includes a magnetostrictive portion provided on a torque measurement target shaft, and converts a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive portion into an electrical value change of at least two coils arranged opposite to the magnetostrictive portion. A magnetostrictive torque sensor measurement value midpoint deviation compensation device that detects forward and reverse torque acting on the shaft from the change in electrical value, and generates a bias magnetic field by supplying power to the coil Bias component setting means for variably setting the bias component is provided, and the measured value midpoint deviation of the forward / reverse torque is compensated by setting the bias component by the bias component setting means.

本発明による磁歪式トルクセンサ装置は、トルク計測対象のシャフトに磁歪部が設けられ、前記磁歪部に対して少なくとも二つのコイルが対向配置され、前記コイルに励磁電流を与え、前記磁歪部の磁気特性変化を前記コイルの電気値変化に変換して検出し、当該電気値変化より前記シャフトに作用している正逆トルクを計測する磁歪式トルクセンサの計測値中点ずれ補償装置であって、前記励磁電流に付与するバイアス成分を可変設定するバイアス成分設定手段を有し、前記バイアス成分設定手段によるバイアス成分の設定により前記正逆トルクの計測値中点ずれを補償する。   In the magnetostrictive torque sensor device according to the present invention, a magnetostrictive portion is provided on a shaft to be measured for torque, at least two coils are disposed opposite to the magnetostrictive portion, an excitation current is applied to the coil, and a magnetism of the magnetostrictive portion is provided. It is a magnetostrictive torque sensor measurement value midpoint deviation compensation device that detects a characteristic change by converting it to an electrical value change of the coil, and measures forward and reverse torque acting on the shaft from the electrical value change, Bias component setting means for variably setting the bias component to be applied to the excitation current is provided, and the measured value midpoint deviation of the forward / reverse torque is compensated by setting the bias component by the bias component setting means.

本発明による磁歪式トルクセンサ装置は、好ましくは、前記励磁電流は所定周波数のパルス波によるものであり、前記バイアス成分設定手段は、前記励磁電流のデュティ比を可変設定するものである。   In the magnetostrictive torque sensor device according to the present invention, preferably, the exciting current is a pulse wave having a predetermined frequency, and the bias component setting means variably sets the duty ratio of the exciting current.

本発明による磁歪式トルクセンサ装置は、好ましくは、前記少なくとも二つのコイルは、コイル自体あるいは他からの磁気影響によって相互に磁気的アンバランスを有している。   In the magnetostrictive torque sensor device according to the present invention, preferably, the at least two coils have a magnetic imbalance with each other due to magnetic influences from the coils themselves or others.

本発明による磁歪式トルクセンサ装置の計測値中点ずれ補償方法は、トルク計測対象のシャフトに磁歪部が設けられ、前記磁歪部に対して少なくとも二つのコイルが対向配置され、前記コイルに励磁電流を与え、前記磁歪部の磁気特性変化を前記コイルの電気値変化に変換して検出し、当該電気値変化より前記シャフトに作用している正逆トルクを計測する磁歪式トルクセンサの計測値中点ずれ補償方法であって、前記励磁電流に付与するバイアス成分を前記正逆トルクの計測値中点ずれに応じて設定し、当該バイアス成分の設定により前記正逆トルクの計測値中点ずれを補償する。   According to the magnetostrictive torque sensor device according to the present invention, the measured value midpoint deviation compensation method includes a magnetostrictive portion provided on a torque measurement target shaft, wherein at least two coils are disposed opposite to the magnetostrictive portion, and an excitation current is applied to the coil. Among the measured values of a magnetostrictive torque sensor that detects a change in the magnetic characteristic of the magnetostrictive portion by converting it into an electrical value change of the coil, and measures forward and reverse torque acting on the shaft from the electrical value change. In the point deviation compensation method, a bias component to be applied to the excitation current is set according to a midpoint deviation of the measured value of the forward / reverse torque, and the midpoint deviation of the measured value of the forward / reverse torque is set by the setting of the bias component. To compensate.

本発明による磁歪式トルクセンサ装置および計測値中点ずれ補償方法によれば、コイルにバイアス磁界を発生させるバイアス成分の設定によって正逆トルクの計測値中点ずれを補償するから、コイルに与える励磁電流の調整、例えば、励磁電流のデュティ比制御だけで計測値中点ずれを補償することができる。   According to the magnetostrictive torque sensor device and the measured value midpoint deviation compensation method of the present invention, the measured value midpoint deviation of the forward / reverse torque is compensated by setting a bias component that generates a bias magnetic field in the coil. The midpoint deviation of the measured value can be compensated only by adjusting the current, for example, the duty ratio control of the exciting current.

これにより、本発明によれば、ボリューム抵抗や中点出力電圧調整用の追加の回路、面倒な調整工数の増加、作業者の熟練度を要することなく、精度よく簡便に正逆トルクの計測値中点ずれを補償することができる。   As a result, according to the present invention, an additional circuit for adjusting the volume resistance and the midpoint output voltage, an increase in troublesome adjustment man-hours, and a measured value of the forward / reverse torque accurately and easily without requiring skill of the operator. Midpoint deviation can be compensated.

以下に、本発明による磁歪式トルクセンサ装置およびその計測値中点ずれ補償方法の実施形態を、図1〜図5を参照して説明する。   In the following, an embodiment of a magnetostrictive torque sensor device and a method of compensating for a measured value midpoint deviation according to the present invention will be described with reference to FIGS.

まず、本発明による磁歪式トルクセンサ装置の一つの実施形態として、計測値中点ずれ補償付き磁歪式トルクセンサ装置を組み込まれた自動車の電子制御式の電動ステアリング装置について、図1を参照して説明する。   First, as one embodiment of a magnetostrictive torque sensor device according to the present invention, an electronically controlled electric steering device for an automobile incorporating a magnetostrictive torque sensor device with compensation for measured value midpoint deviation will be described with reference to FIG. explain.

ステアリングホイール1はホイールシャフト2を有し、ホイールシャフト2は自在継手3によってステアリングシャフト4の上端部に駆動連結されている。ステアリングシャフト4の下端部にはピニオン5が形成されている。   The steering wheel 1 has a wheel shaft 2, and the wheel shaft 2 is drivingly connected to the upper end portion of the steering shaft 4 by a universal joint 3. A pinion 5 is formed at the lower end of the steering shaft 4.

左右の車輪6、7は、タイロッド8、9等によってラックシャフト10の左右両端に連結されている。ラックシャフト10はラック歯部11を有し、ラック歯部11にはピニオン5が噛合している。これにより、ステアリングホイール1の回動がラックシャフト10に伝えられ、左右の車輪6、7の向きが変わる転舵が行われる。   The left and right wheels 6 and 7 are connected to the left and right ends of the rack shaft 10 by tie rods 8 and 9 or the like. The rack shaft 10 has a rack tooth portion 11, and the pinion 5 meshes with the rack tooth portion 11. Thereby, the rotation of the steering wheel 1 is transmitted to the rack shaft 10, and the steering is performed in which the directions of the left and right wheels 6 and 7 are changed.

ステアリングシャフト4の下端近傍部にはウォームホイール12が取り付けられている。ウォームホイール12は操舵アシスト力を発生する電動モータ13の出力シャフト14に取り付けられたウォーム15に噛合している。これにより、電動モータ13が発生する操舵アシスト力がステアリングシャフト4に与えられる。   A worm wheel 12 is attached to the vicinity of the lower end of the steering shaft 4. The worm wheel 12 meshes with a worm 15 attached to an output shaft 14 of an electric motor 13 that generates a steering assist force. Thereby, a steering assist force generated by the electric motor 13 is applied to the steering shaft 4.

電動モータ13は、マイクロコンピュータを含む電子制御装置(ECU)20により制御される。ECU20は、ステアリングシャフト4の上端近傍部にセンサ部30Aを具備した磁歪式トルクセンサ装置30よりステアリングシャフト4に発生するトルクに関する情報を、図示されていない車速センサより車速に関する情報(車速センサ信号)を入力し、これら情報に応じて適正な操舵アシスト力を演算し、電動モータ13の出力を制御する。   The electric motor 13 is controlled by an electronic control unit (ECU) 20 including a microcomputer. The ECU 20 provides information on the torque generated in the steering shaft 4 from the magnetostrictive torque sensor device 30 provided with the sensor unit 30A in the vicinity of the upper end of the steering shaft 4, and information on the vehicle speed from a vehicle speed sensor (not shown) (vehicle speed sensor signal). Is input, an appropriate steering assist force is calculated according to the information, and the output of the electric motor 13 is controlled.

つぎに、本実施形態による磁歪式トルクセンサ装置30のセンサ部30Aの詳細を、図2を参照して説明する。センサ部30Aは、トルク計測対象のシャフトであるステアリングシャフト4の表面の軸線方向二箇所に磁歪部として形成された磁歪膜31、32と、一方の磁歪膜31に近接して対向配置されたコイル33、34と、他方の磁歪膜32に近接して対向配置されたコイル35、36とを有する。   Next, details of the sensor unit 30A of the magnetostrictive torque sensor device 30 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The sensor unit 30A includes magnetostrictive films 31 and 32 formed as magnetostrictive portions at two locations in the axial direction on the surface of the steering shaft 4 that is a shaft to be measured for torque, and a coil disposed in close proximity to one of the magnetostrictive films 31. 33 and 34, and coils 35 and 36 that are disposed opposite to each other in the vicinity of the other magnetostrictive film 32.

磁歪膜31、32は、メッキ法等によって形成されたNi−Fe系の合金膜であり、図に矢印A、Bにより示されているように、互いに異なる90度傾斜の方向に磁気異方性を有する。これにより、磁歪膜31の磁気異方性と磁歪膜32の磁気異方性は、互いに90度方向に位相を異にしている。   The magnetostrictive films 31 and 32 are Ni—Fe-based alloy films formed by plating or the like, and as shown by arrows A and B in the figure, the magnetic anisotropy is in the direction of 90 ° inclination different from each other. Have Thereby, the magnetic anisotropy of the magnetostrictive film 31 and the magnetic anisotropy of the magnetostrictive film 32 are out of phase with each other in the direction of 90 degrees.

コイル33、34はボビン37に、コイル35、36はもう一つのボビン38に各々巻装され、外周配置の磁性材製の筒状ヨーク39、端部配置の磁性材製の環板状のヨーク40、スペーサ41、エンドキャップ42等と共に車体側固定配置のハウジング43内に組み込まれている。   The coils 33 and 34 are wound around a bobbin 37, and the coils 35 and 36 are wound around another bobbin 38, respectively, a cylindrical yoke 39 made of magnetic material arranged at the outer periphery, and an annular plate-like yoke made of magnetic material arranged at the end. 40, a spacer 41, an end cap 42, and the like are incorporated in a housing 43 fixedly arranged on the vehicle body side.

環板状のヨーク40がボビン37の上端部にのみ設置されていることにより、ヨーク40に近接したコイル33が、ヨーク40に近接していない他のコイル34、35、36とは異なった磁気特性を示す。これは、コイル33とコイル34、35、36とで、相互に磁気的アンバランスを有することを意味する。   Since the annular plate-shaped yoke 40 is installed only at the upper end portion of the bobbin 37, the coil 33 close to the yoke 40 is different from the other coils 34, 35, and 36 not close to the yoke 40. Show properties. This means that the coil 33 and the coils 34, 35, and 36 have a magnetic imbalance.

磁気的アンバランスの付与は、磁性材、非磁性材の何れによるものでもよく、ハウジング43がアルミニウム等の非磁性材製である場合には、図3に示されているような構成で、ハウジング43の渦電流による磁気損失により、コイル33とコイル34、35、36とで、相互に磁気的アンバランスを有することになる。   The magnetic imbalance may be applied by either a magnetic material or a non-magnetic material. When the housing 43 is made of a non-magnetic material such as aluminum, the housing is configured as shown in FIG. Due to the magnetic loss due to the eddy current 43, the coil 33 and the coils 34, 35, and 36 have a magnetic imbalance.

図4に示されているように、コイル33と35、コイル34と36とが各々個々に直列結線されている。これら二つの直列回路が互いに並列に結線され、コイル33と35との直列回路と、コイル34と36との直列回路の各々に所定周波数による励磁電流(交流)Imagが通電される。コイル33〜36に所定周波数の励磁電流Imagが流れ、これらコイル33〜36に励磁電圧が印加され、これらコイル33〜36が交流励磁する。そして、これらコイル33〜36の交流磁界によって磁歪膜31、32が交流磁化する。   As shown in FIG. 4, the coils 33 and 35 and the coils 34 and 36 are individually connected in series. These two series circuits are connected in parallel to each other, and an exciting current (alternating current) Imag having a predetermined frequency is applied to each of the series circuit of the coils 33 and 35 and the series circuit of the coils 34 and 36. An excitation current Imag having a predetermined frequency flows through the coils 33 to 36, an excitation voltage is applied to the coils 33 to 36, and the coils 33 to 36 are AC-excited. The magnetostrictive films 31 and 32 are AC magnetized by the AC magnetic field of the coils 33 to 36.

ステアリングシャフト4にトルクが発生すると、磁歪膜31、32の磁気異方性に対して、磁歪膜31、32の何れか一方に圧縮力が作用し、他方に引張力が作用する。この結果、交流磁界中の磁歪膜31、32の何れか一方の透磁率が増加し、他方の透磁率が減少する。この透磁率変化により、コイル33、34のインピーダンスが増加し、コイル35、36のインピーダンスが減少と云う電気値変化が生じる。つまり、磁歪膜31、32の磁気特性変化が、コイル33〜36のインピーダンス変化と云う電気値変化に変換して検出される。   When torque is generated in the steering shaft 4, a compressive force acts on one of the magnetostrictive films 31 and 32 and a tensile force acts on the other against the magnetic anisotropy of the magnetostrictive films 31 and 32. As a result, the magnetic permeability of one of the magnetostrictive films 31 and 32 in the alternating magnetic field increases, and the magnetic permeability of the other decreases. Due to this change in magnetic permeability, the impedance of the coils 33 and 34 increases, and an electrical value change occurs in which the impedance of the coils 35 and 36 decreases. That is, changes in the magnetic characteristics of the magnetostrictive films 31 and 32 are detected by converting them into electrical value changes called impedance changes of the coils 33 to 36.

コイル33と35のインピーダンス変化は、両コイルの中点51の電圧(第1出力電圧)VS1の変化として、コイル34と36のインピーダンス変化は、両コイルの中点52の電圧(第2出力電圧)VS2の変化として各々出力される。   The impedance change of the coils 33 and 35 is the change of the voltage (first output voltage) VS1 at the midpoint 51 of both coils, and the impedance change of the coils 34 and 36 is the voltage of the midpoint 52 of both coils (second output voltage). ) Each is output as a change in VS2.

図5に示されているように、第1出力電圧(交流)VS1は、整流・増幅器21の整流回路22によって整流され、増幅回路23によって増幅されて直流の第1出力電圧VT1となってECU20に入力される。第2出力電圧(交流)VS2は、整流・増幅器21の整流回路24によって整流され、増幅回路25によって増幅されて直流の第2出力電圧VT2となってECU20に入力される。   As shown in FIG. 5, the first output voltage (AC) VS1 is rectified by the rectifier circuit 22 of the rectifier / amplifier 21 and amplified by the amplifier circuit 23 to become the DC first output voltage VT1. Is input. The second output voltage (AC) VS2 is rectified by the rectifier circuit 24 of the rectifier / amplifier 21, is amplified by the amplifier circuit 25, and is input to the ECU 20 as the DC second output voltage VT2.

ECU20は、磁歪式トルクセンサ装置30に属するセンサ信号処理部として、差分演算部26を有する。差分演算部26は、第1出力電圧VT1と第2出力電圧VT2とを入力し、下式(1)に従って、ステアリングシャフト4に作用している正逆トルクを示す差動電圧VT3を算出する。   The ECU 20 includes a difference calculation unit 26 as a sensor signal processing unit belonging to the magnetostrictive torque sensor device 30. The difference calculation unit 26 receives the first output voltage VT1 and the second output voltage VT2, and calculates a differential voltage VT3 indicating the forward / reverse torque acting on the steering shaft 4 according to the following equation (1).

VT3=k(VT1−VT2)+2.5 …(1)
但し、kはゲインである。
VT3 = k (VT1-VT2) +2.5 (1)
However, k is a gain.

なお、正逆トルクとは、ステアリングシャフト4の時計廻り方向のトルクを正トルク、その反対の反時計廻り方向のトルクを負トルクとした場合の称呼である。   The forward / reverse torque is a designation when the torque in the clockwise direction of the steering shaft 4 is a positive torque and the opposite counterclockwise torque is a negative torque.

コイル33〜36の初期インピーダンスが全て同一であれば、ステアリングシャフト4に正逆トルクが全く作用していない状態では、(VT1−VT2)=0となり、差動電圧VT3、つまり正逆トルクの計測値は、2.5Vになる。2.5Vは、ECU20の定格電圧5Vの1/2に相当し、これを正規の中点電圧と云う。正逆トルクの計測値VT3は、正トルクの増加に比例して中点電圧2.5Vより5Vまで増大し、逆トルクの増加に比例して中点電圧2.5Vより0Vまで減少する。   If the initial impedances of the coils 33 to 36 are all the same, (VT1−VT2) = 0 in the state where the forward / reverse torque is not acting on the steering shaft 4 at all, and the differential voltage VT3, that is, the forward / reverse torque is measured. The value will be 2.5V. 2.5V corresponds to 1/2 of the rated voltage 5V of the ECU 20, which is called a normal midpoint voltage. The measured value VT3 of the forward / reverse torque increases from the midpoint voltage 2.5V to 5V in proportion to the increase in the forward torque, and decreases from the midpoint voltage 2.5V to 0V in proportion to the increase in the reverse torque.

これに対し、コイル33〜36の初期インピーダンスが揃っていないと、ステアリングシャフト4に正逆トルクが全く作用していない状態で、(VT1−VT2)=0とならず、正逆トルクの計測値(中点電圧)が、2.6Vのように、正規中点電圧2.5Vよりずれたものになる。これが正逆トルクの計測値中点ずれである。   On the other hand, if the initial impedances of the coils 33 to 36 are not uniform, the forward / reverse torque is not applied to the steering shaft 4 and (VT1-VT2) = 0, and the measured value of the forward / reverse torque. The (midpoint voltage) is shifted from the normal midpoint voltage of 2.5V, such as 2.6V. This is the midpoint deviation between the measured values of forward and reverse torque.

ECU20は、磁歪式トルクセンサ装置30のセンサ部30Aを動作させる電気回路として、励磁電流設定部27を有する。励磁電流設定部27は、コイル33〜36の励磁電流Imag、換言すると、コイル33〜36に印加する励磁電圧を設定する。励磁電流Imagは、所定周波数のパルス波によるものであり、デュティ比0.5では、交流成分のみの電圧印加になり、デュティ比0.5より増分がある場合には、その増分に相当する直流成分の電圧印加を付加することになる。この直流成分電圧はバイアス電圧に相当し、バイアス電圧はコイル33〜36にバイアス磁界を発生する。当該バイアス磁界は直流成分電圧に応じたバイアス磁化量によるものになる。   The ECU 20 includes an exciting current setting unit 27 as an electric circuit that operates the sensor unit 30 </ b> A of the magnetostrictive torque sensor device 30. The exciting current setting unit 27 sets the exciting current Imag of the coils 33 to 36, in other words, the exciting voltage applied to the coils 33 to 36. The excitation current Imag is based on a pulse wave having a predetermined frequency. When the duty ratio is 0.5, only the AC component is applied. When there is an increment from the duty ratio of 0.5, the direct current corresponding to the increment is applied. Component voltage application will be added. This DC component voltage corresponds to a bias voltage, and the bias voltage generates a bias magnetic field in the coils 33 to 36. The bias magnetic field depends on the amount of bias magnetization corresponding to the DC component voltage.

ECU20は、磁歪式トルクセンサ装置30の計測値中点ずれ補償手段として、バイアス成分設定部28を有する。バイアス成分設定部28は、励磁電流Imagのデュティ比を可変設定するものであり、デュティ比増分による励磁電流Imagに対するバイアス成分の付与を、励磁電流設定部27に指令する。   The ECU 20 includes a bias component setting unit 28 as a measured value midpoint deviation compensation unit of the magnetostrictive torque sensor device 30. The bias component setting unit 28 variably sets the duty ratio of the excitation current Imag, and instructs the excitation current setting unit 27 to apply a bias component to the excitation current Imag by increasing the duty ratio.

コイル33〜36のインピーダンスは、図6に示されているように、バイアス電圧の増加に比例にして低減する。このことにより、バイアス電圧の調整、つまり、バイアス成分設定部23によるデュティ比増分の設定により、コイル33〜36のインピーダンス特性を変更することができ、バイアス成分設定部28によるバイアス成分の設定により前述した正逆トルクの計測値中点ずれを補償することができる。   As shown in FIG. 6, the impedance of the coils 33 to 36 decreases in proportion to the increase of the bias voltage. Thus, the impedance characteristics of the coils 33 to 36 can be changed by adjusting the bias voltage, that is, by setting the duty ratio increment by the bias component setting unit 23, and by the bias component setting by the bias component setting unit 28, It is possible to compensate for the deviation in the measured value midpoint between the forward and reverse torques.

バイアス成分設定部28は、第1出力電圧VS1と第2出力電圧VS2、あるいは差動電圧VT3を入力し、差動電圧VT3が2.5Vになるように、つまり、正逆トルクの計測値中点ずれが零になるように、励磁電流Imagのデュティ比を増分設定する指令を励磁電流設定部27に出力する。   The bias component setting unit 28 receives the first output voltage VS1 and the second output voltage VS2 or the differential voltage VT3 so that the differential voltage VT3 becomes 2.5V, that is, in the measured value of the forward / reverse torque. A command for incrementally setting the duty ratio of the excitation current Imag is output to the excitation current setting unit 27 so that the point deviation becomes zero.

コイル33とコイル34、35、36とで、相互に磁気的アンバランスがあるから、コイル33〜36に、同じ増分を含むデュティ比の電流、換言すると、同じバイアス電圧を与えても、コイル33が他のコイル34、35、36とは異なるインピーダンス変化を生じる。   Since the coil 33 and the coils 34, 35, and 36 have a magnetic imbalance with each other, even if a current having a duty ratio including the same increment, that is, the same bias voltage is applied to the coils 33 to 36, the coil 33 Produces a different impedance change from the other coils 34, 35, 36.

これにより、第1出力電圧VS1と第2出力電圧VS2とが相互に変化し、例えば、図7に示されているように、励磁電流のデュティ比制御によってバイアス電圧をディフォルト値である2Vより1Vに下げるだけで、正逆トルクの計測値(中点電圧)が2.6Vより2.5Vに補償される。この計測値中点ずれ補償は、製品出荷時等に、製品毎に行われればよい。   As a result, the first output voltage VS1 and the second output voltage VS2 change from each other. For example, as shown in FIG. 7, the bias voltage is set to 1V from the default value of 2V by duty ratio control of the excitation current. The measured value (midpoint voltage) of the forward / reverse torque is compensated from 2.6V to 2.5V simply by lowering to. This measured value midpoint deviation compensation may be performed for each product at the time of product shipment or the like.

上述したように、コイル33〜36にバイアス磁界を発生させるバイアス成分の設定により正逆トルクの計測値中点ずれを補償するから、コイル33〜36に与える励磁電流の調整、例えば、励磁電流のデュティ比制御だけで計測値中点ずれを補償でき、ボリューム抵抗や中点出力電圧調整用の追加の回路、面倒な調整工数の増加、作業者の熟練度を要することなく、また、回路追加による回路基板の大型化、車載性低下を招くことなく、精度よく簡便に、正逆トルクの計測値中点ずれを補償することができる。   As described above, since the deviation of the measured value midpoint between the forward and reverse torques is compensated by setting the bias component for generating the bias magnetic field in the coils 33 to 36, adjustment of the excitation current applied to the coils 33 to 36, for example, the excitation current The midpoint deviation of the measured value can be compensated only by duty ratio control, additional circuit for adjusting the volume resistance and midpoint output voltage, cumbersome adjustment man-hours, no need for operator skill, and by adding the circuit The deviation of the midpoint of the measured value of the forward / reverse torque can be compensated accurately and simply without causing an increase in the size of the circuit board and a decrease in the on-vehicle performance.

なお、バイアス磁界は、直流磁界に限られることはなく、交流磁界によるものであってもよい。また、コイル33、コイル34、35、36の相互磁気的アンバランスは、上述した他からの磁気的影響によるもの以外に、コイル自体の磁気特性の偏差によって相互に磁気的アンバランスを有していてもよい。   The bias magnetic field is not limited to a DC magnetic field, and may be an AC magnetic field. The mutual magnetic imbalance between the coil 33 and the coils 34, 35, and 36 has a magnetic unbalance with each other due to a deviation in the magnetic characteristics of the coil itself, in addition to the above-described magnetic influence from others. May be.

本発明による磁歪式トルクセンサ装置の一つの実施形態として、計測値中点ずれ補償付き磁歪式トルクセンサ装置を組み込まれた自動車の電子制御式の電動ステアリング装置を示す図である。1 is a diagram showing an electronically controlled electric steering device for an automobile incorporating a magnetostrictive torque sensor device with compensation for measured value midpoint deviation as one embodiment of a magnetostrictive torque sensor device according to the present invention. FIG. 本発明による磁歪式トルクセンサ装置のセンサ部の一つの実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the sensor part of the magnetostrictive torque sensor apparatus by this invention. 本発明による磁歪式トルクセンサ装置のセンサ部の他の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows other embodiment of the sensor part of the magnetostrictive torque sensor apparatus by this invention. 本実施形態による磁歪式トルクセンサ装置のセンサ部のコイル結線図である。It is a coil connection figure of the sensor part of the magnetostriction type torque sensor device by this embodiment. 本発明による計測値中点ずれ補償付き磁歪式トルクセンサ装置の一つの実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an embodiment of a magnetostrictive torque sensor device with a measured value midpoint deviation compensation according to the present invention. FIG. 磁歪式トルクセンサ装置のセンサ部のコイルのインピーダンスとバイアス電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the impedance of the coil of the sensor part of a magnetostriction type torque sensor apparatus, and bias voltage. 磁歪式トルクセンサ装置の中点電圧とバイアス電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the midpoint voltage of a magnetostrictive torque sensor apparatus, and a bias voltage.

符号の説明Explanation of symbols

1 ステアリングホイール
4 ステアリングシャフト
5 ピニオン
6、7 車輪
10 ラックシャフト
20 電子制御装置(ECU)
26 差分演算部
27 励磁電流設定部
28 バイアス成分設定部
30 磁歪式トルクセンサ装置
30A センサ部
31、30 磁歪膜
33、34、35、36 コイル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering wheel 4 Steering shaft 5 Pinion 6, 7 Wheel 10 Rack shaft 20 Electronic control unit (ECU)
26 Difference Calculation Unit 27 Excitation Current Setting Unit 28 Bias Component Setting Unit 30 Magnetostrictive Torque Sensor Device 30A Sensor Unit 31, 30 Magnetostrictive Film 33, 34, 35, 36 Coil

Claims (5)

トルク計測対象のシャフトに磁歪部が設けられ、前記磁歪部の磁気特性変化を当該磁歪部に対して対向配置された少なくとも二つのコイルの電気値変化に変換して検出し、当該電気値変化より前記シャフトに作用している正逆トルクを計測する磁歪式トルクセンサ装置であって、
前記コイルに給電してバイアス磁界を発生させるバイアス成分を可変設定するバイアス成分設定手段を有し、
前記バイアス成分設定手段によるバイアス成分の設定により前記正逆トルクの計測値中点ずれを補償する磁歪式トルクセンサ装置。
A magnetostrictive portion is provided on a torque measurement target shaft, and a change in the magnetic characteristics of the magnetostrictive portion is detected by converting it into an electrical value change of at least two coils arranged opposite to the magnetostrictive portion. A magnetostrictive torque sensor device for measuring forward and reverse torque acting on the shaft,
Bias component setting means for variably setting a bias component that feeds the coil and generates a bias magnetic field;
A magnetostrictive torque sensor device that compensates for a deviation in the measured value midpoint between the forward and reverse torques by setting a bias component by the bias component setting means.
トルク計測対象のシャフトに磁歪部が設けられ、前記磁歪部に対して少なくとも二つのコイルが対向配置され、前記コイルに励磁電流を与え、前記磁歪部の磁気特性変化を前記コイルの電気値変化に変換して検出し、当該電気値変化より前記シャフトに作用している正逆トルクを計測する磁歪式トルクセンサ装置であって、
前記励磁電流に付与するバイアス成分を可変設定するバイアス成分設定手段を有し、
前記バイアス成分設定手段によるバイアス成分の設定により前記正逆トルクの計測値中点ずれを補償する磁歪式トルクセンサ装置。
A shaft for torque measurement is provided with a magnetostrictive portion, and at least two coils are disposed opposite to the magnetostrictive portion, an excitation current is applied to the coil, and a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive portion is changed to an electric value change of the coil. A magnetostrictive torque sensor device that converts and detects and measures forward and reverse torque acting on the shaft from the change in electrical value,
Bias component setting means for variably setting a bias component to be applied to the excitation current;
A magnetostrictive torque sensor device that compensates for a deviation in the measured value midpoint between the forward and reverse torques by setting a bias component by the bias component setting means.
前記励磁電流は所定周波数のパルス波によるものであり、前記バイアス成分設定手段は、前記励磁電流のデュティ比を可変設定するものである請求項2に記載の磁歪式トルクセンサ装置。   3. The magnetostrictive torque sensor device according to claim 2, wherein the exciting current is based on a pulse wave having a predetermined frequency, and the bias component setting means variably sets the duty ratio of the exciting current. 前記少なくとも二つのコイルは、コイル自体あるいは他からの磁気影響によって相互に磁気的アンバランスを有している請求項1から3何れか一項に記載の磁歪式トルクセンサ装置。   The magnetostrictive torque sensor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the at least two coils have a magnetic imbalance with each other due to a magnetic influence from the coil itself or others. トルク計測対象のシャフトに磁歪部が設けられ、前記磁歪部に対して少なくとも二つのコイルが対向配置され、前記コイルに励磁電流を与え、前記磁歪部の磁気特性変化を前記コイルの電気値変化に変換して検出し、当該電気値変化より前記シャフトに作用している正逆トルクを計測する磁歪式トルクセンサ装置の計測値中点ずれ補償方法であって、
前記励磁電流に付与するバイアス成分を前記正逆トルクの計測値中点ずれに応じて設定し、当該バイアス成分の設定により前記正逆トルクの計測値中点ずれを補償する磁歪式トルクセンサ装置の計測値中点ずれ補償方法。
A shaft for torque measurement is provided with a magnetostrictive portion, and at least two coils are disposed opposite to the magnetostrictive portion, an excitation current is applied to the coil, and a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive portion is changed to an electric value change of the coil. It is a method of compensating for the midpoint deviation of the measured value of the magnetostrictive torque sensor device that detects the converted and detected and measures the forward / reverse torque acting on the shaft from the change in electrical value,
A magnetostrictive torque sensor device that sets a bias component to be applied to the excitation current according to a measured value midpoint deviation of the forward / reverse torque and compensates for the measured value midpoint deviation of the forward / reverse torque by setting the bias component. Compensation method for measured value midpoint deviation.
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