JP2011257316A - Torque sensor for power steering and motor-driven power steering device with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワーステアリング用トルクセンサ及びこれを備える電動式パワーステアリング装置に関し、特に、トルクセンサの信号値を好適化させる際に用いられる。 The present invention relates to a power steering torque sensor and an electric power steering apparatus including the same, and is used particularly when optimizing a signal value of a torque sensor.
車両に搭載される電動式パワーステアリング装置EPS(Electric Power-Steering System)は、操作トルクを検出するパワーステアリング用トルクセンサ(以下、単にトルクセンサと呼ぶ)と、トルクセンサの信号に応じてアシストトルクを適宜に調整させる電動パワーステアリング用モータユニット(以下、モータユニットと呼ぶ)と、操作トルクにアシストトルクを加えた出力トルクを発生させるギヤボックスとから構成される。かかる電動式パワーステアリング装置は、操縦者がハンドルを操作すると、ステアリングシャフトにトルクが加わり、このトルクの状態をトルクセンサが検出する。その後、電動式パワーステアリング装置は、トルクセンサの信号に応じて電動モータをドライブさせ、操縦者の操縦意図に応じたアシストトルクを発生させる。 Electric power steering device EPS (Electric Power-Steering System) mounted on a vehicle includes a power steering torque sensor (hereinafter simply referred to as a torque sensor) that detects operation torque, and assist torque according to the torque sensor signal. Is configured from an electric power steering motor unit (hereinafter referred to as a motor unit) that appropriately adjusts and an output torque obtained by adding an assist torque to an operation torque. In such an electric power steering apparatus, when the operator operates the steering wheel, torque is applied to the steering shaft, and the torque sensor detects the state of this torque. Thereafter, the electric power steering apparatus drives the electric motor according to the signal from the torque sensor, and generates assist torque according to the pilot's intention to operate.
電動式パワーステアリング装置では、ステアリングシャフトに形成された磁歪材から透磁率の変動を検出する磁歪式トルクセンサ、ホール素子を用いてトーションバーの捩れを検出するホール素子式トルクセンサ、トーションバーの捩れに応じて磁束の通過断面を変動させるインダクタンス式トルクセンサ、この他、レゾルバ式トルクセンサ等の種々のセンサが実用化されている。 In an electric power steering device, a magnetostrictive torque sensor that detects a change in magnetic permeability from a magnetostrictive material formed on a steering shaft, a hall element torque sensor that detects torsion of a torsion bar using a hall element, and a torsion bar torsion In addition, various types of sensors such as an inductance type torque sensor that changes the passage cross section of the magnetic flux according to the above, and a resolver type torque sensor have been put into practical use.
しかしながら、これらのトルクセンサは、シャフトの捩れ角に相当する情報を検出してハンドル操作時の操作トルクを検出するため、シャフトの捩れ角を精度良く検出するには、剛性の低いトーションバーを用いることが必要となる。このため、電動式パワーステアリング装置は、トーションバー周辺の機構が複雑となり、部品点数の増加、装置の大型化、コストの高騰を招くとの問題が生じていた。 However, these torque sensors detect information corresponding to the torsion angle of the shaft and detect the operation torque at the time of operating the steering wheel. Therefore, a torsion bar having low rigidity is used to accurately detect the torsion angle of the shaft. It will be necessary. For this reason, the mechanism around the torsion bar is complicated in the electric power steering apparatus, and there is a problem that the number of parts increases, the apparatus becomes larger, and the cost increases.
かかる問題を回避する技術として、特願2010−141411号公報(特許文献1)では、発電機に係る技術をトルクセンサ(以下、発電機式トルクセンサと呼ぶ)に適用させたものが紹介されている。当該発電機式トルクセンサは、永久磁石(特許請求の範囲における磁束発生部)を周方向に配置させた回転子と、コイルを形成させる回転子側回路(特許請求の範囲における信号生成回路)と、当該回転子側回路のコイルを複数個所に配置させる固定子とから構成される。このうち、固定子は、電動式パワーステアリング装置の内部に取付けられ、回転子は、ハンドル操作が行われると、固定子に形成された複数のコイルに対して相対運動を行う。 As a technique for avoiding such a problem, Japanese Patent Application No. 2010-141411 (Patent Document 1) introduces a technique in which a technique related to a generator is applied to a torque sensor (hereinafter referred to as a generator-type torque sensor). Yes. The generator-type torque sensor includes a rotor in which permanent magnets (magnetic flux generators in claims) are arranged in the circumferential direction, and a rotor-side circuit (signal generation circuit in claims) that forms a coil. And a stator that arranges coils of the rotor side circuit at a plurality of locations. Among these, the stator is attached to the inside of the electric power steering apparatus, and the rotor performs relative motion with respect to the plurality of coils formed on the stator when a steering operation is performed.
かかる発電機式トルクセンサは、ハンドル操作が行われると、回転子の回動に応じて回生電力を発生させ、これにより、ハンドル操作を現す動作信号を信号生成回路から出力させる。発電機式トルクセンサからは、複数の動作信号Sg1及びSg2が出力される。そして、これら動作信号の各々は、ハンドル操作の強さを表す操作トルクに応じて、当該信号の振幅が大きくなり、また、ハンドルを回動させる際の操作方向に応じて、動作信号Sg1及びSg2の発生タイミングが切換えられる。 When a steering wheel operation is performed, the generator torque sensor generates regenerative electric power according to the rotation of the rotor, and thereby outputs an operation signal indicating the steering wheel operation from the signal generation circuit. A plurality of operation signals Sg1 and Sg2 are output from the generator torque sensor. Each of these operation signals has an amplitude of the signal corresponding to the operation torque indicating the strength of the handle operation, and the operation signals Sg1 and Sg2 according to the operation direction when the handle is rotated. The generation timing of is switched.
発電機式トルクセンサから出力された動作信号Sg1及びSg2は、信号処理回路へ入力され、当該信号処理回路によって操作トルク又は操作方向に関する情報が抽出される。図19に示す如く、信号処理回路400は、トルク信号生成回路410と方向信号生成回路420とから構成される。このうち、トルク信号生成回路410は、フィルタ回路411と増幅回路412と整流回路413と平滑回路414とから構成される。当該トルク信号生成回路410は、フィルタ回路411にて入力された動作信号Sg1の高周波ノイズを除去させ(図20a参照)、増幅回路412にて信号値を増幅させ(図20b参照)、整流回路413にて増幅された信号を全波整流させ(図20c参照)、その後、平滑回路414にて振幅値に応じて変動する信号値Vtを後段の回路へ出力する(図20d)。この信号値Vtは、操作トルクを表すトルク信号Stである。
The operation signals Sg1 and Sg2 output from the generator torque sensor are input to the signal processing circuit, and information regarding the operation torque or the operation direction is extracted by the signal processing circuit. As shown in FIG. 19, the
一方、方向信号生成回路420は、増幅回路415及び422とフィルタ回路421とフリップフロップ回路423とから構成される。方向信号生成回路420では、図示の如く、動作信号Sg1及び動作信号Sg2の双方の信号が処理される。このうち、動作信号Sg1は、フィルタ回路411を通過後、増幅回路415にて矩形波へと形成され、フリップフロップ回路423の信号入力端子Dへ入力される。また、動作信号Sg2は、フィルタ回路421を通過後、増幅回路422にて矩形波へと形成され、フリップフロップ回路423のクロック入力端子CLKへ入力される。そして、フリップフロップ回路423では、信号入力端子Dへ入力された矩形波とクロック入力端子CLKへ入力された矩形波との入力タイミングに基づいて、ハンドルの操作方向を示す方向信号Srを出力させる。
On the other hand, the direction signal generation circuit 420 includes
信号処理回路400から出力されたトルク信号St及び方向信号Srは、パワーステアリング装置のモータユニットへ送り込まれ、当該モータユニットのコントロールを行なう制御回路で処理される。このモータユニット用の制御回路では、これらの信号St,Srを受信すると、当該信号に基づいて、アシストトルクの加える方向を認識し、且つ、アシストトルクの大きさを調整する。
The torque signal St and the direction signal Sr output from the
一般に、ハンドル操作時におけるドライブシャフトの角速度は、0.2π〜2π(rad/sec)と想定されている。従って、特許文献1に係る技術では、パワーステアリング用のトルクセンサとして用いられる都合上、このような低角速度の動作時には回生電力が小さくなり、動作信号の振幅及びこれに基づくトルク信号が極めて小さくなる。このような場合、モータユニットのコントロールを行なう制御回路は、入力信号に対する解像度が十分でないと、トルク信号の認識が困難となり、ハンドル操作に応じたアシストトルクを指令できなくなるとの問題が生じる。
Generally, the angular velocity of the drive shaft during steering operation is assumed to be 0.2π to 2π (rad / sec). Therefore, in the technique according to
また、図19で説明した方向信号生成回路420では、入力された動作信号Sg1及びSg2の双方が所定の電源電圧より大きくないと増幅回路415及び422で矩形波を形成させることが出来なくなる。このように、矩形波が正しく形成されないと、フリップフロップ回路423では、動作信号Sg1と動作信号Sg2との入力タイミングを正しく認識できなくなるので、操作方向を表す回転信号に誤りが生じるとの問題も生じる。
Further, in the direction signal generation circuit 420 described with reference to FIG. 19, if both of the input operation signals Sg1 and Sg2 are larger than a predetermined power supply voltage, the
更に、図19に示す如く、平滑回路414によってトルク信号を生成させる場合、トルク信号を安定値に保つためには、平滑コンデンサ及び周辺の抵抗素子を適宜に選定し、これにより構成されるRC回路の時定数τを大きくする必要が有る。しかし、当該RC回路の時定数τを大きく設定するためには、平滑コンデンサの電気容量及び抵抗素子の抵抗値を大きくしなければならず、回路素子の大型化、これに伴うコストの増大を招くとの問題が生じる。
Further, as shown in FIG. 19, when a torque signal is generated by the
本発明は上記課題に鑑み、少ないハンドル操作が行われる場合であっても、動作信号及びこれに基づいて生成される信号の値を大きくさせるパワーステアリング用トルクセンサ、及び、これを用いた電動式パワーステアリング装置の提供を目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a power steering torque sensor that increases the value of an operation signal and a signal generated based on the operation signal even when a small number of steering operations are performed, and an electric type using the same An object is to provide a power steering device.
上記課題を解決するため、本発明では次のようなパワーステアリング用トルクセンサの構成とする。即ち、ハンドル操作に応じて回動する回転子と、少なくとも2個以上のコイルから構成された複合コイルを具備する信号生成回路と、前記コイルに対する相対的な位置変動が前記ハンドル操作に応じて生じる磁束発生部と、前記回転子及び前記信号生成回路及び前記磁束発生部と組合されることにより発電機が構成される固定子とを備え、
前記複合コイルは、前記信号生成回路のうち所定の相電圧を発生させる接続区間に配線され、前記接続区間の各コイルで生じる誘導起電力を合成させて動作信号を生成することとする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration of a power steering torque sensor. That is, a rotor that rotates in response to a handle operation, a signal generation circuit that includes a composite coil composed of at least two coils, and a relative positional variation with respect to the coil occurs in response to the handle operation. A magnetic flux generation unit, and a stator that constitutes a generator by being combined with the rotor, the signal generation circuit, and the magnetic flux generation unit,
The composite coil is wired in a connection section that generates a predetermined phase voltage in the signal generation circuit, and generates an operation signal by synthesizing induced electromotive forces generated in the coils in the connection section.
好ましくは、前記信号生成回路は、前記接続区間が複数形成され、当該接続区間の各々に前記複合コイルが設けられ、前記動作信号を複数生成させることとする。 Preferably, the signal generation circuit includes a plurality of the connection sections, the composite coil is provided in each of the connection sections, and generates a plurality of the operation signals.
好ましくは、前記信号生成回路は、前記固定子に設けられることとする。 Preferably, the signal generation circuit is provided in the stator.
好ましくは、前記複合コイルは、当該複合コイルを構成する少なくとも2個以上のコイルが並列接続されていることとする。 Preferably, in the composite coil, at least two coils constituting the composite coil are connected in parallel.
好ましくは、前記複合コイルは、当該複合コイルを構成する全てのコイルが並列接続されていることとする。 Preferably, in the composite coil, all the coils constituting the composite coil are connected in parallel.
好ましくは、前記信号生成回路に形成される全てのコイルは、巻線方向が全て共通していることとする。 Preferably, all the coils formed in the signal generation circuit have the same winding direction.
好ましくは、前記信号生成回路に形成されるコイルのうち前記接続区間が共通する各コイルは、前記回転子または前記固定子の周方向について互いに等間隔に配置されることとする。 Preferably, among the coils formed in the signal generation circuit, the coils having the same connection section are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotor or the stator.
好ましくは、前記信号生成回路に形成される全てのコイルは、前記回転子または前記固定子の周方向について等間隔に配置されることとする。 Preferably, all the coils formed in the signal generation circuit are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotor or the stator.
好ましくは、前記磁束発生部は、前記回転子または前記固定子の周方向について、交互に配列される極性を少なくとも4極以上形成させ、前記信号生成回路に形成されるコイルのうち前記接続区間が同一である少なくとも2個以上のコイルには、共通の極性が略同タイミングで接近することとする。 Preferably, the magnetic flux generator is configured to form at least four poles alternately arranged in a circumferential direction of the rotor or the stator, and the connection section of the coils formed in the signal generation circuit includes The at least two or more coils that are the same have a common polarity approaching at substantially the same timing.
好ましくは、前記磁束発生部は、前記回転子または前記固定子の周方向について、交互に配列される極性を少なくとも4極以上形成させ、前記信号生成回路に形成されるコイルのうち前記接続区間が同一である全てのコイルには、共通の極性が略同タイミングで接近することとする。 Preferably, the magnetic flux generator is configured to form at least four poles alternately arranged in a circumferential direction of the rotor or the stator, and the connection section of the coils formed in the signal generation circuit includes It is assumed that the common polarity approaches all the same coils at substantially the same timing.
好ましくは、前記接続区間のうち一方の接続区間を成すコイルの各々に共通の極性が接近するタイミングと、前記一方の接続区間を除く他の接続区間を成すコイルの各々に共通の極性が接近するタイミングとが異なることとする。 Preferably, the common polarity approaches each of the coils constituting one of the connection sections, and the common polarity approaches each of the coils constituting the other connection sections excluding the one connection section. The timing is different.
好ましくは、ステアリングシャフトの角速度よりも前記回転子の角速度を増加させる角速度増幅機構を備えることとする。 Preferably, an angular velocity amplification mechanism that increases the angular velocity of the rotor more than the angular velocity of the steering shaft is provided.
また、本発明では次のようなパワーステアリング用トルクセンサとしても良い。即ち、ハンドル操作に応じて回動する回転子と、コイルを形成させ当該コイルで生じる誘導起電力に基づいて動作信号を生成する信号生成回路と、前記コイルに対する相対的な位置変動が前記ハンドル操作に応じて生じる磁束発生部と、前記回転子及び前記信号生成回路及び前記磁束発生部と組合されることにより発電機が構成される固定子とを備え、
前記磁束発生部は、前記回転子または前記固定子の周方向について、交互に配列される極性を少なくとも4極以上形成させていることとする。
In the present invention, the following power steering torque sensor may be used. That is, a rotor that rotates in response to a handle operation, a signal generation circuit that forms a coil and generates an operation signal based on an induced electromotive force generated in the coil, and a relative position change with respect to the coil A magnetic flux generating section generated according to the above, and a stator that constitutes a generator by being combined with the rotor, the signal generating circuit, and the magnetic flux generating section,
It is assumed that the magnetic flux generator has at least four or more polarities arranged alternately in the circumferential direction of the rotor or the stator.
また、本発明では次のようなパワーステアリング用トルクセンサとしても良い。即ち、ハンドル操作に応じて回動する回転子と、ステアリングシャフトの角速度よりも前記回転子の角速度を増加させる角速度増幅機構と、コイルを形成させ当該コイルで生じる誘導起電力に基づいて動作信号を生成する信号生成回路と、前記コイルに対する相対的な位置変動が前記ハンドル操作に応じて生じる磁束発生部と、前記回転子及び前記信号生成回路及び前記磁束発生部と組合されることにより発電機が構成される固定子とを備えることとする。 In the present invention, the following power steering torque sensor may be used. That is, a rotor that rotates in response to a steering wheel operation, an angular velocity amplification mechanism that increases the angular velocity of the rotor over the angular velocity of the steering shaft, and an operation signal based on an induced electromotive force that is generated by the coil. A generator by combining a signal generation circuit to generate, a magnetic flux generation unit in which a relative position variation with respect to the coil is generated in response to the handle operation, and the rotor, the signal generation circuit, and the magnetic flux generation unit; It shall be provided with the comprised stator.
更に、上述した何れかのパワーステアリング用トルクセンサを備える電動式パワーステアリング装置としても良い。 Furthermore, an electric power steering apparatus including any of the above-described power steering torque sensors may be used.
本発明に係るパワーステアリング用トルクセンサによると、複合コイルを設けることにより、信号生成回路から出力される動作信号の周波数を向上させ、これにより、磁束の変化量を増加させ、動作信号の出力値を大きくさせることが可能となる。 According to the torque sensor for power steering according to the present invention, by providing a composite coil, the frequency of the operation signal output from the signal generation circuit is improved, thereby increasing the amount of change in magnetic flux and the output value of the operation signal. Can be increased.
また、磁極の極数を増加させ当該磁極の極性を交互に配置させることによっても、信号生成回路から出力される動作信号の周波数を向上させ、これにより、磁束の変化量を増加させ、動作信号の出力値を大きくさせることが可能となる。 Also, increasing the number of poles of the magnetic poles and alternately arranging the polarities of the magnetic poles also improves the frequency of the operation signal output from the signal generation circuit, thereby increasing the amount of change in magnetic flux and the operation signal. The output value of can be increased.
また、回転子の回転速度を増加させる機構を設けることによっても、コイル端部での磁束の変化量を増加させ、動作信号の出力値を大きくさせることが可能となる。 Also, by providing a mechanism for increasing the rotational speed of the rotor, it is possible to increase the amount of change in magnetic flux at the coil end and increase the output value of the operation signal.
更に、本発明に係るパワーステアリング用トルクセンサによると、動作信号の各々の振幅値が十分に大きくなるので、フリップフロップ回路への入力信号とされる矩形波形状が好適に保たれ、当該フリップフロップ回路での信号の誤認識が無くなる。即ち、方向信号の信頼性が向上する。 Furthermore, according to the power steering torque sensor of the present invention, the amplitude value of each of the operation signals is sufficiently large, so that the rectangular wave shape used as the input signal to the flip-flop circuit is suitably maintained, and the flip-flop Misrecognition of signals in the circuit is eliminated. That is, the reliability of the direction signal is improved.
加えて、信号処理回路400では、高い周波数の動作信号が入力されるので、この動作信号を平滑してトルク信号を生成させる回路については、RC回路の時定数を低く設定することが可能となり、使用する電気的素子の体格を縮小させ、コストの低減を図ることが可能となる。即ち、図19における平滑回路414の電気容量等を小さくすることが可能となる。
In addition, since a high-frequency operation signal is input to the
以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図1に示す如く、電動式パワーステアリング装置200は、コラム式の電動式パワーステアリング装置であって、ステアリングシャフト211及びシャフトケース220及びトルクセンサ収容部300及び信号端子300a及びギヤボックス250から成る本体部200と、当該本体部に固定されるモータユニット100とから構成される。以下、ステアリングシャフト211の軸心を軸方向とし、当該軸方向のギヤボックス250が配される側をリア側DRと称し、当該リア側DRの反対側をフロント側DFと称することとする。尚、フロント側DFには、伝達シャフトCSHを介してピニオンギヤボックスPGWが接続され、リア側DRには、ハンドル装置HDMが接続される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the electric
ハンドル装置HDM(図示なし)は、操縦者によって操作されるハンドルを具備し、当該ハンドルが操作されることにより電動式パワーステアリング装置のステアリングシャフト211を回動させる。ハンドル装置HMDには、衝突事故の際に操縦者を保護するエアバッグ装置、又は、アシストトルク発生させるアシスト装置等を具備するものも有る。
The handle device HDM (not shown) includes a handle that is operated by a driver, and rotates the
ステアリングシャフト211は、円柱状の棒体を成し、シャフトケース220に収容されている。当該ステアリングシャフト周辺の機構は、内部にトーションバーを具備しないため、非常に簡素なものとされる。ステアリングシャフト211は、フロント側DFに雄ネジ211a及びスプライン211bが形成され、リア側DRにもスプライン212が形成されている。かかるステアリングシャフト211は、リア側DRにはハンドル装置HDMが接続され、フロント側DFにはピニオンギヤボックスPGWが接続され、ハンドル操作によって生じる操作トルクを車輪の操舵機構(図示なし)へ伝達する。
The steering
トルクセンサ収容部300は、ステアリングシャフト211を挿通させ、当該ステアリングシャフト211の周辺にトルクセンサ(図示なし)が配置される。トルクセンサ(特許請求の範囲におけるパワーステアリング用トルクセンサ)は、ワイヤ線が引き出され、信号端子300aへ適宜に配線されている。この信号端子300aは、ハーネス(図示なし)を介してモータユニット100の制御回路150へ接続されている。そして、トルクセンサは、ステアリングシャフト211が回動すると、操作トルクを示すトルク信号及び操作方向を示す方向信号をモータユニット100に対して出力する。尚、図示されないトルクセンサについては、追って詳述することとする。
The torque
ギヤボックス250は、図示の如く、ギヤ側ブラケット252が一体的に形成され、ボルトナットB/Nを用いてモータユニット100を固定させている。図2を参照し、ギヤボックス250の内部構造について説明する。同図には、図1中のA−A断面を矢線方向に観察した断面図が示されている。かかるギヤボックス250は、ウォーム収容部251と平歯車収容部252とが一体的に形成されている。
As shown in the figure, the
ウォーム収容部251は、モータユニット100の動作に連動して回動する入力シャフト253を備えている。当該入力シャフト253は、ウォームギヤ253gが形成され、ベアリング254a,254bによって回動自在に軸支される。
The
平歯車252gは、ウォームギヤ253gと同一モジュールの歯が形成され、当該ウォームギヤ253gに歯合される。平歯車収容部252は、中心部にステアリングシャフト211が軸着され、当該ステアリングシャフト211は、平歯車252gの動作に連動して回動する。即ち、ギヤボックス250に内蔵されるこれらの部品によって、電動式パワーステアリング装置用の減速ギヤ機構が構成される。
The
図1に戻り説明を続ける。モータユニット100は、制御モータが内蔵されたモータ収容部160と、モータ駆動用トランジスタ(パワートランジスタ)等のドライブ回路を内蔵させた電力変換部130と、モータ駆動用トランジスタの駆動信号を生成させる制御回路部150とから構成される。制御回路部150は、トルクセンサからトルク信号を受信すると、アシストトルクを発生させるのに必要なPWM信号を生成出力させる。このとき、ドライブ回路では、PWM信号に応じて各パワートランジスタが適宜に駆動され、端子部140から印加された電力を適宜の波形に変換させる。これにより、制御モータは、ドライブ回路によって適宜に制御され、トルク信号及び方向信号に対応した出力トルクを発生させる。
Returning to FIG. The
かかる構成を具備する電動式パワーステアリング装置は、操縦者がハンドル装置HDMを操作すると、そのハンドル操作に応じてステアリングシャフト211に操作トルクが伝えられる。これを受けて、トルクセンサでは、ハンドル操作に応じたトルク信号及び方向信号を出力させ、モータユニット100に対してアシストトルクを要求する。制御回路部150では、トルクセンサの信号を受けて、必要とされるアシストトルクのトルク量とアシスト方向とを算出し、モータユニット100は、ウォ−ムギヤ253g及び平歯車252gを介して、ステアリングシャフト211へアシストトルクを与える。即ち、電動式パワーステアリング装置は、トルクセンサからの信号に基づいてアシストトルクを発生させ、操縦者のハンドル操作に必要な力を軽減させる。
In the electric power steering apparatus having such a configuration, when a driver operates the handle device HDM, an operation torque is transmitted to the
図3は、トルクセンサ収容部300へ内蔵されるトルクセンサTSの構成が示されている。トルクセンサTSは、発電機310を主構成とするものであって、具体的には、回転子312と固定子311とから構成される。固定子311及び回転子312は、積層された珪素鋼板から成る。このうち、固定子311には、内部にスロット形成部SLが設けられ、当該スロット形成部SLにコイルが巻回される。このコイルは、図示されない抵抗及びワイヤ線から成り、信号生成回路の一部を構成する。一方、図示される回転子312は、永久磁石(特許請求の範囲における磁束発生部)が円周上に設けられている。即ち、同図の発電機は、同期式の発電機とされる。但し、特許請求の範囲に記されるトルクセンサの用語の意義は、ブラシレス式の発電機又はブラシ式の発電機等、その形態を問うものではない。また、ブラシレス式発電機にあっては、図示した同期式発電機のほか、誘導式発電機に置換えることも可能である。これら種々の発電機は、何れも、ハンドル操作が行われると、永久磁石とコイルとの相対位置が変動するように動作する。
FIG. 3 shows the configuration of the torque sensor TS built in the torque
図4は、トルクセンサ収容部300及びトルクセンサの断面構造が示されている。図示の如く、トルクセンサ収容部300は、ハウジング301を具備し、当該ハウジング301の内周側にトルクセンサTSを収容させている。
FIG. 4 shows a sectional structure of the
ハウジング301は、固定子311の外周面が嵌入され、ギヤボックス250及びシャフトケース220のフランジ部によって適宜な位置に配置される。そして、ギヤボックス250及びシャフトケース220及びハウジング301は、複数個所に設けられたボルトナットB/Nによって一体的に固定される。また、ハウジング側のフランジには径方向に貫通孔が形成され、信号ラインL1及びL2が挿通されている。
The
ステアリングシャフト211は、図示されないベアリング等によって回動自在に軸支され、固定子311の中心軸に対して略同軸的に配置される。回転子312は、ステアリングシャフト211に固定されているので、操縦者のハンドル操作に応じて固定子312の内部を回動することとなる。
The steering
上述の如く、本実施の形態に係るトルクセンサによると、トーションバー及びこれを固定させる複雑な機構を排除できるので、部品点数の減少、装置の小型化、コストの低減を図ることができる。 As described above, according to the torque sensor according to the present embodiment, the torsion bar and a complicated mechanism for fixing the torsion bar can be eliminated, so that the number of parts, the size of the apparatus, and the cost can be reduced.
尚、かかるトルクセンサは、機構の捩れを直接的に検出するセンサではないので、ハンドル側の操作機構とタイヤ側の操舵機構とを機械的に独立させた電動式パワーステアリング装置に用いることができる。このため、本実施の形態に係る電動式パワーステアリングによると、操縦者が操作を行なう機構とタイヤ側の操舵機構とを機械的に独立させたステアリングシャフトを用いれば、ステアバイワイヤー化された装置構成が可能となる。
(第1の実施形態)
Such a torque sensor is not a sensor that directly detects the torsion of the mechanism. Therefore, the torque sensor can be used in an electric power steering device in which an operation mechanism on the steering wheel side and a steering mechanism on the tire side are mechanically independent. . For this reason, according to the electric power steering according to the present embodiment, if a steering shaft in which a mechanism operated by the operator and a steering mechanism on the tire side are mechanically independent is used, a steer-by-wire device is provided. Configuration is possible.
(First embodiment)
図5は、第1の実施形態に係るトルクセンサTSと信号処理回路400との配線が示されている。尚、同図は、図4に示されるa−a断面から観察した状態が示されている。即ち、Fxは右への回転方向を示し、Fyは左への回転方向を示す。
FIG. 5 shows wiring between the torque sensor TS and the
図示の如く、固定子311には、スロット形成部SLa〜SLcが120°毎に形成され、ワイヤ線が巻回されたコイルLa〜Lcは、スロット形成部に対応して設けられる。各々のコイルの末端は、回転子312に対向するようにレイアウトされ、永久磁石が通過するとコイルの内部を通過する磁束が変動する。本実施の形態では、各々のコイルは、S極が接近すると正電圧を発生させ、N極が接近すると負電圧を発生させるように、コイルのワイヤ線が巻回されている。即ち、信号生成回路に形成される全てのコイルは、巻線方向が全て共通している。
As illustrated, slot forming portions SLa to SLc are formed in the
また、各々のコイルには、各コイルに対応する抵抗が並列接続されている。尚、同図では、a点−a点間の配線,b点−b点間の配線,c点−c点間の配線が図示省略されているが、実際にはこれらの区間にもワイヤ線が配線されている。 Each coil is connected in parallel with a resistor corresponding to each coil. In the figure, the wiring between the points a and a, the wiring between the points b and b, and the wiring between the points c and c are not shown. Is wired.
図6には、コイル、抵抗、ワイヤ線によって形成される信号生成回路が示されている。本実施の形態に係る信号生成回路313は、Δ結線が採用される。具体的に説明すると、コイルLa〜LcがΔ状に配線され、同様に、抵抗Ra〜RcもΔ状に配線される。更に、コイル側の接点X1〜X3と抵抗側の接点Y1〜Y3とは、ワイヤ線によって互いに接続されている。このうち、接点X1〜X2より成る接点区間は、コイルbが配線され、b相に相当する電圧Vbを発生させる。また、接点X2〜X3より成る接点区間は、コイルaが配線され、a相に相当する電圧Vaを発生させ、接点X3〜X1より成る接点区間は、コイルcが配線され、c相に相当する電圧Vcを発生させる。尚、本実施の形態では信号生成回路がΔ結線とされているが、これに限らず、Y結線とした信号生成回路を用いることも可能である。
FIG. 6 shows a signal generation circuit formed by coils, resistors, and wire lines. The
かかる信号生成回路313は、例えば、回転子のS極又はN極(以下、総称して磁極と呼ぶ場合がある)がスロット形成部SLaを通過する際、コイルLaで誘起電圧Vaを発生させる。同様に、回転子のS極又はN極がスロット形成部SLcを通過する際、コイルLcで誘起電圧Vcを発生させる。即ち。信号生成回路313では、ハンドル操作に伴って回転子312が回動すると、コイルを貫通する磁束が変化され、これにより、ハンドル操作を示す動作信号が生成される。尚、かかる動作信号は、回転子312及び固定子311から成る発電機の発電作用によって発生するので、当該信号生成に係る電力は不要である。
The
図示の如く、信号生成回路313には、信号ラインL1及びL2が設けられている。このうち、信号ラインL1は、接点X1〜接点Y1間のワイヤ線に接続され、信号ラインL2は、接点X2〜Y2間のワイヤ線に接続される。また、接点X3〜接点Y3は、自動車のシャーシに接触される等して、自動車の基準電位に一致することとなる。
As illustrated, the
このように、信号生成回路313に接続された信号伝達手段を用いることで、トルクセンサTSで発生した動作信号を取り出すことが可能となる。尚、信号伝達手段(本実施の形態では信号ライン)は、必ずしもワイヤ線に接続されることを必要としない。例えば、信号生成回路のワイヤ線にコイル式センサ等が設けられるのであれば、信号伝達手段は、其のセンサ装置に接続されることとなる。
As described above, by using the signal transmission means connected to the
本実施の形態に係るトルクセンサTSは、3箇所にコイルが配列され、異なる接点X1,X2に信号ラインが各々接続されている。ここで、ハンドルが「Lc→Lb→La(右回転方向)」へ操作されると、先ず、コイルLcを磁極が通過し、接点X1の電位が変動する。このとき、信号ラインL1からは、接点X1での電位の変動に応じて動作信号Sg1が出力される。また、回転子312は右方向へ回転されるので、コイルLbを磁極が通過し、接点X2での電位が変動する。このとき、信号ラインSg2からは、接点X2での電位の変動に応じて動作信号Sg2が出力される。
In the torque sensor TS according to the present embodiment, coils are arranged at three locations, and signal lines are respectively connected to different contacts X1 and X2. Here, when the handle is operated from “Lc → Lb → La (right rotation direction)”, first, the magnetic pole passes through the coil Lc, and the potential of the contact X1 varies. At this time, the operation signal Sg1 is output from the signal line L1 in accordance with the potential fluctuation at the contact X1. Further, since the
一方、ハンドルが「La→Lb→Lc(左回転方向)」へ操作されると、先ず、コイルLaを磁極が通過し、接点X2の電位が変動する。このとき、信号ラインL2からは、接点X2での電位の変動に応じて動作信号Sg2が出力される。また、回転子312は左方向へ回転されるので、コイルLbを磁極が通過し、接点X1での電位が変動する。このとき、信号ラインSg1からは、接点X1での電位の変動に応じて動作信号Sg1が出力される。
On the other hand, when the handle is operated from “La → Lb → Lc (counterclockwise direction)”, first, the magnetic pole passes through the coil La, and the potential of the contact X2 varies. At this time, the operation signal Sg2 is output from the signal line L2 in accordance with the potential fluctuation at the contact X2. Further, since the
即ち、本実施の形態では、信号ラインL1,L2が異なる位置に接続されることにより、回転子の回転動作に応じて発生する動作信号の発生タイミング(動作信号における位相の相異)が検出され、これにより、操作方向の検出が可能となる。 That is, in this embodiment, the signal lines L1 and L2 are connected to different positions, so that the generation timing of the operation signal (the phase difference in the operation signal) generated according to the rotation operation of the rotor is detected. Thereby, the operation direction can be detected.
このような方法で回転方向を検出する場合、仮に2個のコイルから成る固定子を用いると、回転子312は、回動方向に関わらず「第1のコイル→第2のコイル→第1のコイル→・・・」の順で各コイルを励起させることとなり、動作信号に操作方向の情報を付加できなくなる。このため、固定子には、3相以上のコイルを形成させるのが好ましい。また、異なる相のコイルを3個以上組合せることで、信号ラインを2箇所以上に設け且つ基準電位へのグランドラインを確保することが可能となる。
In the case of detecting the rotation direction by such a method, if a stator consisting of two coils is used, the
再び図5に戻り説明を続ける。図示の如く、トルクセンサTSには、更に信号処理回路400が設けられている。当該信号処理回路400は、入力部へ信号ラインL1及びL2が接続され、信号ラインL1を介して駆動信号Sg1が入力され、信号ラインL2を介して駆動信号Sg2が入力される。そして、本実施の形態に係る信号処理回路400では、かかる駆動信号Sg1,Sg2に基づいて信号処理を行い、トルク信号Stと方向信号Srとを出力させる。尚、トルク信号Stとは、ハンドル操作時の操作トルクを示す信号を言い、方向信号とは、ハンドル操作時の操作方向(右回転方向/左回転方向)を示す信号を言う。
(第2の実施形態)
Returning to FIG. 5 again, the description will be continued. As illustrated, the torque sensor TS is further provided with a
(Second Embodiment)
図7は、第2の実施形態に係るトルクセンサTSと信号処理回路400との配線が示されている。尚、同図は、第1の実施形態とは異なるトルクセンサTSが示されたものであり、上述同様、図4に示されるa−a断面から観察した状態が示されている。また、第1のトルクセンサと同一構成の部位については、同一符号を付し、その説明を省略することとする。
FIG. 7 shows wiring between the torque sensor TS and the
図示の如く、固定子311には、スロット形成部が40°毎に全9個設けられている。ワイヤ線を巻回させたコイルLa〜Lcは、スロット形成部に対応して設けられる。尚、信号処理回路と固定子の信号生成回路とは、実際には第1の実施形態と同様、信号ラインにて適宜に配線されている。
As shown in the drawing, the
図8には、コイル、抵抗、ワイヤ線によって形成される信号生成回路が示されている。第2の実施形態に係る信号生成回路313は、Δ結線によって、接点X1〜X2より成る接点区間と、接点X2〜X3より成る接点区間と、接点X3〜X1より成る接点区間とが形成される。このうち、接点X1〜X2より成る接点区間は、複合コイルLBが配線され、当該複合コイルLBの各々Lb1〜Lb3で生じた誘起電圧を合成させ、b相に相当する電圧Vbを発生させる。また、接点X2〜X3より成る接点区間は、複合コイルLAが配線され、当該複合コイルLAの各々La1〜La3で生じた誘起電圧を合成させ、a相に相当する電圧Vaを発生させる。また、接点X3〜X1より成る接点区間は、複合コイルLCが配線され、当該複合コイルLCの各々Lc1〜Lc3で生じた誘起電圧を合成させ、c相に相当する電圧Vcを発生させる。尚、第2の実施形態では、各々の接続区間内のコイル(例えば、La1〜La3)が全て並列接続されているので、これらのコイルLa1〜La3の何れかが断線してしまっても、他のコイルによって動作信号を発生させることができる。
FIG. 8 shows a signal generation circuit formed by coils, resistors, and wire lines. In the
図9(a)には、本実施例に係るトルクセンサTS1が示されている。当該トルクセンサTS1は、第2の実施形態に係る信号生成回路が用いられ、また、同期式の発電機が採用される。このように、同期式の発電機とされることで、信号生成回路は、固定子側に配線されることとなり、コミュテータ等の機構を介することなく、動作信号を容易に取り出すことが可能となる。 FIG. 9A shows a torque sensor TS1 according to the present embodiment. As the torque sensor TS1, the signal generation circuit according to the second embodiment is used, and a synchronous generator is employed. Thus, by using a synchronous generator, the signal generation circuit is wired on the stator side, and it is possible to easily extract an operation signal without using a commutator or the like. .
本実施例に係る回転子312は、永久磁石が二箇所に配置され、S極とN極とが周方向に一極ずつ配置される。また、図9(a)にあっては、S極とN極との位相差が180°とされている。
In the
かかるトルクセンサTS1は、コイルLa1〜La3によってa相に係る複合コイルを構成し、コイルLb1〜Lb3によってb相に係る複合コイルを構成し、コイルLc1〜Lc3によってc相に係る複合コイルを構成する。これらの複合コイル(「接続区間が共通する」の意)を構成する各コイルは、図10(b)に示す如く、固定子311の周方向について120°毎(等間隔)に配列されるので、ピーク値の周期が一定とされる動作信号が生成される。また、本実施例では、複合コイルを構成する各々のコイルが並列接続されるので、回転子の回転位置に関わらず、略一様な動作信号を得ることが可能となる。
In the torque sensor TS1, the coils La1 to La3 constitute a composite coil relating to the a phase, the coils Lb1 to Lb3 constitute a composite coil relating to the b phase, and the coils Lc1 to Lc3 constitute a composite coil relating to the c phase. . As shown in FIG. 10B, the coils constituting these composite coils (meaning “connection section is common”) are arranged every 120 ° (equally spaced) in the circumferential direction of the
本実施例に係るトルクセンサTS1の動作信号の比較対象として、図10(a)には、図21に示されるトルクセンサTS0の動作信号が示されている。トルクセンサTS0では、各相に対応するコイルが1個しか配線されていないので、回転子の回転周期T0に対して、サインカーブ(動作信号)が1周期分しか現われない。 FIG. 10A shows an operation signal of the torque sensor TS0 shown in FIG. 21 as a comparison target of the operation signal of the torque sensor TS1 according to the present embodiment. In the torque sensor TS0, since only one coil corresponding to each phase is wired, a sine curve (operation signal) appears only for one period with respect to the rotation period T0 of the rotor.
これに対し、図10(b)に示す如く、本実施例に係るトルクセンサTS1では、各相に対応するコイルが3個ずつ配線されるので、回転子の回転周期T0に対して、サインカーブ(動作信号)が3周期分ずつ現われるようになる。このように、動作信号に係る周波数が高くなると、各コイルでの磁束の変化率が大きくなるので、図示の如く、動作信号の振幅値が大きくなり、これにより、信号処理回路400で出力されるトルク信号Stの値を大きくすることが可能となる。 On the other hand, as shown in FIG. 10 (b), in the torque sensor TS1 according to the present embodiment, three coils corresponding to each phase are wired, so that a sine curve with respect to the rotation period T0 of the rotor. (Operation signal) appears three cycles at a time. As described above, when the frequency related to the operation signal increases, the rate of change of the magnetic flux in each coil increases, so that the amplitude value of the operation signal increases as shown in FIG. The value of the torque signal St can be increased.
また、動作信号の各々の振幅値が十分に大きくなるので、フリップフロップ回路への入力信号とされる矩形波形状が好適に保たれ、当該フリップフロップ回路での信号の誤認識が無くなる。 Further, since the amplitude value of each of the operation signals becomes sufficiently large, the rectangular wave shape used as the input signal to the flip-flop circuit is suitably maintained, and erroneous recognition of the signal in the flip-flop circuit is eliminated.
更に、信号処理回路400では、3倍の周波数の動作信号が入力されるので、この動作信号を平滑してトルク信号Stを生成させる回路については、RC回路の時定数を低く設定することが可能となり、使用する電気的素子の体格を縮小させ、コストの低減を図ることが可能となる。即ち、図19における平滑回路414の電気容量等を小さくすることが可能となる。
Further, since the
尚、本実施例では、図9(b)に示すように、磁極のレイアウトを変更させ、S極とN極とを隣接させるようにレイアウトさせても良い。かかる場合、図10(c)に示す如く、歪んだ状態の波形が発生する。しかし、このような動作信号であっても、当該波形のピーク値が大きくなるので、信号処理回路400では、十分な大きさのトルク信号を生成させることが可能となる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 9B, the layout of the magnetic poles may be changed so that the S pole and the N pole are adjacent to each other. In such a case, a distorted waveform is generated as shown in FIG. However, even with such an operation signal, the peak value of the waveform increases, and the
図11(a)には、本実施例に係るトルクセンサTS3が示されている。当該トルクセンサTS3は、第1の実施形態に係る信号生成回路が用いられ、同期式の発電機が採用される。 FIG. 11A shows a torque sensor TS3 according to the present embodiment. The torque sensor TS3 uses the signal generation circuit according to the first embodiment, and employs a synchronous generator.
本実施例に係る回転子312は、永久磁石が四箇所に配置され、S極又はN極の極性が周方向へ交互に配列される。
In the
かかるトルクセンサTS3は、回転子312が1周する間に、S極及びN極を2回ずつ迎えることとなる。即ち、極性が交互に配列された回転子312では、磁極の極数に応じてコイル先端での磁束変化率が増加する。
Such a torque sensor TS3 greets the S pole and the N pole twice each while the
本実施例に係るトルクセンサTS3の動作信号の比較対象として、図12(a)には、図21に示されるトルクセンサTS0の動作信号が示されている。トルクセンサTS0では、回転子にS極とN極とが1個ずつしか設けられていないので、回転子の回転周期T0に対して、サインカーブ(動作信号)が1周期分しか現われない。 FIG. 12A shows an operation signal of the torque sensor TS0 shown in FIG. 21 as a comparison target of the operation signal of the torque sensor TS3 according to the present embodiment. In the torque sensor TS0, since only one S pole and one N pole are provided on the rotor, a sine curve (operation signal) appears only for one period with respect to the rotation period T0 of the rotor.
これに対し、図12(b)に示す如く、本実施例に係るトルクセンサTS3では、各々2個のS極及びN極が交互に配列されているので、回転子の回転周期T0に対して、サインカーブ(動作信号)が2周期分ずつ現われるようになる。先と同様、動作信号に係る周波数が高くなると、各コイルでの磁束の変化率が大きくなるので、動作信号の振幅値が大きくなり、これにより、信号処理回路400で出力されるトルク信号Stの値を大きくすることが可能となる。
On the other hand, as shown in FIG. 12B, in the torque sensor TS3 according to the present embodiment, two S poles and N poles are alternately arranged, so that the rotation period T0 of the rotor is A sine curve (operation signal) appears every two cycles. As before, when the frequency related to the operation signal increases, the rate of change of the magnetic flux in each coil increases, so the amplitude value of the operation signal increases, and thus the torque signal St output from the
本実施例では、図11(b)に示すように、磁極のレイアウトを変更させ、S極とN極とを隣接させるようにレイアウトさせても良い。かかる場合、図11(c)に示す如く、歪んだ状態の波形が発生する。しかし、このような動作信号であっても、当該波形のピーク値が大きくなるので、信号処理回路400では、十分な大きさのトルク信号を生成させることが可能となる。
In this embodiment, as shown in FIG. 11B, the layout of the magnetic poles may be changed so that the S pole and the N pole are adjacent to each other. In such a case, a distorted waveform is generated as shown in FIG. However, even with such an operation signal, the peak value of the waveform increases, and the
尚、図13に示すようなトルクセンサTS5とする場合、信号生成回路313から出力される動作信号Sg1及び動作信号Sg2の出力タイミングが一致してしまうので(図14a及び図14b参照)、信号処理回路400では、ハンドルの操作方向に係る信号を生成することが困難とされる。しかし、このようにコイルと磁極の個数が対応する場合、図13(b)に示すように、磁極の配列ピッチを不均等にすることにより、右方向へハンドル操作する際の動作信号の波形パターン(図14c参照)と、左方向へハンドル操作する際の動作信号の波形パターン(図14d参照)とに差異が現われる。そして、信号処理回路400では、この波形パターンの差異を認識する回路を用いれば、回転方向に係る情報を動作信号から生成させることが可能となる。
In the case of the torque sensor TS5 as shown in FIG. 13, the output timings of the operation signal Sg1 and the operation signal Sg2 output from the
図15(a)には、本実施例に係るトルクセンサTS7が示されている。当該トルクセンサTS7は、第2の実施形態に係る信号生成回路が用いられ、同期式の発電機が採用される。 FIG. 15A shows a torque sensor TS7 according to the present embodiment. The torque sensor TS7 uses the signal generation circuit according to the second embodiment, and employs a synchronous generator.
本実施例に係る回転子312は、永久磁石が六箇所に配置され、S極又はN極の極性が周方向へ交互に配列される。また、図15(a)にあっては、隣接する極性の位相差が60°とされている。
In the
かかるトルクセンサTS1は、コイルLa1〜La3によってa相に係る複合コイルを構成し、コイルLb1〜Lb3によってb相に係る複合コイルを構成し、コイルLc1〜Lc3によってc相に係る複合コイルを構成する。 In the torque sensor TS1, the coils La1 to La3 constitute a composite coil relating to the a phase, the coils Lb1 to Lb3 constitute a composite coil relating to the b phase, and the coils Lc1 to Lc3 constitute a composite coil relating to the c phase. .
本実施例では、a相に係る複合コイルを構成するコイルLa1〜La3の全ては、S極又はN極の共通の極性が略同タイミングで接近することとなる。また、b相に係る複合コイルについても、当該複合コイルの各々Lb1〜Lb3は、S極又はN極の共通の極性が略同タイミングで接近することとなる。更に、c相に係る複合コイルについても、当該複合コイルの各々Lc1〜Lc3は、S極又はN極の共通の極性が略同タイミングで接近することとなる。即ち、所定の複合コイルを構成するコイルの各々は、共通の極性が接近するタイミングが略一致する。 In the present embodiment, all of the coils La1 to La3 constituting the composite coil related to the a phase have the common polarity of the S pole or the N pole approaching at substantially the same timing. In addition, for the composite coil related to the b phase, the common polarity of the S pole or the N pole approaches each of Lb1 to Lb3 of the composite coil at approximately the same timing. Further, for the composite coil related to the c phase, the common polarity of the S pole or the N pole approaches each of Lc1 to Lc3 of the composite coil at substantially the same timing. That is, the timing at which the common polarity approaches each of the coils constituting the predetermined composite coil substantially coincides.
このようにすると、所定の接続区間で誘起電圧が合成さるとき、互いの位相差に基づく合成値の低減が免れるので、トルクセンサTS7からは、動作信号の電圧値を良好な状態で出力させることが可能となる。 In this way, when the induced voltage is synthesized in a predetermined connection section, reduction of the synthesized value based on the mutual phase difference is avoided, so that the torque sensor TS7 outputs the voltage value of the operation signal in a good state. Is possible.
また、本実施例では、複合コイルLAを構成するコイルコイルLa1〜La3の全てで共通の極性が接近するとき、他の複合コイル(LB及びLC)では、共通する極性が接近することはない。複合コイルLB及び複合コイルにあっても、これと同様の動作が行なわれる。 In the present embodiment, when the common polarities of all the coil coils La1 to La3 constituting the composite coil LA approach, the common polarities of the other composite coils (LB and LC) do not approach. Even in the composite coil LB and the composite coil, the same operation is performed.
このようにすると、複合コイルLAで生成された動作信号のタイミングと他の複合コイル(LB又はLC)で生成された動作信号のタイミングとの区別が容易となり、信号処理回路400では、信頼性の高い方向信号Srを出力することが可能となる。 In this way, it becomes easy to distinguish between the timing of the operation signal generated by the composite coil LA and the timing of the operation signal generated by another composite coil (LB or LC). A high direction signal Sr can be output.
尚、本実施例では、図15(b)のように回転子を置き換えて、誘導式の発電機によってトルクセンサTS8を構成させても良い。かかる場合、特許請求の範囲に記される磁束発生部は、各々の柱部BMの間に形成される面M1〜M6とされ、その各々の極性は、先と同様、交互に配列されることとなる。 In this embodiment, the torque sensor TS8 may be constituted by an induction generator by replacing the rotor as shown in FIG. In such a case, the magnetic flux generators described in the claims are the surfaces M1 to M6 formed between the pillars BM, and the polarities thereof are alternately arranged as before. It becomes.
図16には、新たな実施例に係るドライブシャフト周辺の機構(角速度増幅機構)が示されている。図示の如く、ドライブシャフト211には、二つのメインギヤ701及び702が軸着されている。当該メインギヤ701及び702は、ボス部のノックピンによってドライブシャフトに固定され、ハンドル操作に応じて回転する。
FIG. 16 shows a mechanism around the drive shaft (angular velocity amplification mechanism) according to a new embodiment. As shown in the drawing, two
ドライブシャフト211の脇には変速ボックスCBが設けられている。当該変速ボックスCBは、信号生成回路及び固定子及び回転子から成るトルクセンサTS12と、固定子を軸着させたサブシャフト530と、ケース500,511,512と、カバー521及び522と、ベアリング541及び542と、当該ベアリングを固定する周辺部品と、サブギヤ601,602とから構成される。
A shift box CB is provided on the side of the
サブシャフト530は、ギヤボックスCBのケースへ回動自在に固定されており、ハンドル操作に応じて回転子312と共に回動する。当該サブシャフト530は、メインギヤ及びサブギヤを介してハンドルの操作トルクが伝達され、本実施例では、メインギヤとサブギヤとのギヤ比が「3:1」とされる。また、固定子311は、ケース500に固定され、当該固定子311の内部で回転子312を回転させるように配置される。
The
図17(a)は、ドライブシャフトに直接トルクセンサTS9が固定されており、図17(b)は、変速ボックスのサブシャフトにトルクセンサTS10が固定された状態が示されている。尚、双方共に、固定子及び回転子は同一のものが用いられている。 17A shows a state in which the torque sensor TS9 is directly fixed to the drive shaft, and FIG. 17B shows a state in which the torque sensor TS10 is fixed to the sub shaft of the transmission box. In both cases, the same stator and rotor are used.
トルクセンサTS9では、ハンドル操作に応じてドライブシャフト211に角速度ω0が加えられ、そのときの磁極の移動速度はV0とされる。この場合、コイルの磁束の変動が磁極の移動速度V0に応じて生じ、図18(a)に示すように、ドライブシャフト211が一回転する際(T0に相当)、動作信号は、3周期分のサインカーブが現われる。
In the torque sensor TS9, an angular velocity ω0 is applied to the
これに対し、本実施例に係るトルクセンサTS10では(図17b参照)、ドライブシャフトに図17(a)と同様の角速度が与えられると、サブシャフト530に3倍の角速度ω1が与えられることとなり、この場合の回転子は、トルクセンサTS9における回転子と比べて3倍の速さで回転することとなる。このため、トルクセンサTS10の回転子に配列された磁極は、トルクセンサTS9の磁極と比較して3倍の速度V1で移動することとなる。
On the other hand, in the torque sensor TS10 according to this embodiment (see FIG. 17b), when the angular velocity similar to that in FIG. 17A is given to the drive shaft, the angular velocity ω1 that is three times as great is given to the
図18(b)は、トルクセンサTS10から出力される動作信号の波形が示されている。かかる動作信号は、ドライブシャフト211が1回転する間(T0に相当)にサブシャフト530が3回転するので、9周期分のサインカーブが形成される。この場合、コイル端部では、磁極が速度V0(図17参照)の3倍の速さで横切ることとなり、磁束の変化量もこれに応じて3倍に上昇する。このため、動作信号の出力値(電圧値)は、磁束変化量の増加によって大きくなる。
FIG. 18B shows the waveform of the operation signal output from the torque sensor TS10. Such an operation signal forms a sine curve for nine cycles because the
上述の如く、本実施例に係るトルクセンサによると、回転子の回転速度を増幅させることで磁束変化量を増加させ、動作信号の振幅値を大きくさせることが可能となる。また、これにより、信号処理回路400で出力されるトルク信号Stの値を大きくすることが可能となる。
As described above, according to the torque sensor of the present embodiment, it is possible to increase the amount of change in magnetic flux and increase the amplitude value of the operation signal by amplifying the rotational speed of the rotor. This also makes it possible to increase the value of the torque signal St output from the
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記された技術的思想の範囲内において、種々の変更が可能である。具体的に説明すると、第2の実施形態に係る信号生成回路では複合コイルが並列回路とされているが、これに限らず、直列回路としても良い。この場合、複合コイルの各々のコイルが同時に励起されることで、動作信号の電圧値を上昇させることが可能となる。尚、この複合コイルは、並列接続及び直列接続を適宜に組合せたものであっても良い。 Although the embodiment according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims. It is. Specifically, in the signal generation circuit according to the second embodiment, the composite coil is a parallel circuit, but the present invention is not limited to this, and a series circuit may be used. In this case, the voltage value of the operation signal can be increased by exciting each of the composite coils simultaneously. The composite coil may be a combination of parallel connection and series connection as appropriate.
また、信号生成回路のコイルの個数及び回転子の磁極の極数は、実施例で紹介されたものに限定されることなく、特許請求の範囲に記される技術的思想の範囲内において、適宜、加除変更され得るものである。 Further, the number of coils of the signal generation circuit and the number of poles of the rotor magnetic pole are not limited to those introduced in the embodiments, and are appropriately within the scope of the technical idea described in the claims. It can be added and changed.
100 電動式パワーステアリング装置
TS パワーステアリング用トルクセンサ
310 発電機
311 回転子
312 固定子
313 信号生成回路
400 信号処理回路
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記複合コイルは、前記信号生成回路のうち所定の相電圧を発生させる接続区間に配線され、前記接続区間の各コイルで生じる誘導起電力を合成させて動作信号を生成することを特徴とするパワーステアリング用トルクセンサ。 A rotor that rotates in response to a handle operation, a signal generation circuit including a composite coil composed of at least two or more coils, and magnetic flux generation in which a relative positional variation with respect to the coil occurs in response to the handle operation And a stator that constitutes a generator by being combined with the rotor, the signal generation circuit, and the magnetic flux generation unit,
The composite coil is wired in a connection section that generates a predetermined phase voltage in the signal generation circuit, and generates an operation signal by synthesizing induced electromotive forces generated in the coils in the connection section. Torque sensor for steering.
前記信号生成回路に形成されるコイルのうち前記接続区間が同一である少なくとも2個以上のコイルには、共通の極性が略同タイミングで接近することを特徴とする請求項1乃至請求項8に記載のパワーステアリング用トルクセンサ。 The magnetic flux generator is configured to form at least four poles alternately arranged in the circumferential direction of the rotor or the stator,
9. The at least two or more coils having the same connection section among the coils formed in the signal generation circuit have a common polarity approaching at substantially the same timing. The torque sensor for power steering as described.
前記信号生成回路に形成されるコイルのうち前記接続区間が同一である全てのコイルには、共通の極性が略同タイミングで接近することを特徴とする請求項1乃至請求項8に記載のパワーステアリング用トルクセンサ。 The magnetic flux generator is configured to form at least four poles alternately arranged in the circumferential direction of the rotor or the stator,
The power according to any one of claims 1 to 8, wherein a common polarity approaches at substantially the same timing to all coils formed in the signal generation circuit and having the same connection section. Torque sensor for steering.
前記磁束発生部は、前記回転子または前記固定子の周方向について、交互に配列される極性を少なくとも4極以上形成させていることを特徴とするパワーステアリング用トルクセンサ。 A rotor that rotates in response to a handle operation, a signal generation circuit that forms a coil and generates an operation signal based on an induced electromotive force generated in the coil, and a relative positional variation with respect to the coil corresponds to the handle operation. A magnetic flux generating section generated by the above, and a stator that constitutes a generator by being combined with the rotor, the signal generating circuit, and the magnetic flux generating section,
The power steering torque sensor, wherein the magnetic flux generator has at least four poles arranged alternately in the circumferential direction of the rotor or the stator.
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