JP2013003037A - Torque sensor and electric power steering device - Google Patents

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Kazuhiro Yoshida
一弘 吉田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a torque sensor with high torque detection accuracy and an electric power steering device.SOLUTION: When an input shaft 2a and an output shaft 2b are coupled by a torsion bar 2c, for example, recessed portions 13 and projecting portions 14 continuing in an axial direction are alternately formed on an outer peripheral surface of the input shaft 2a so as to be adjacent to each other in a circumferential direction. A high magnetic permeability portion 15 is provided on the outer side in a diametrical direction of the projecting portions 14, and a cylindrical member 16 made of a conductive and non-magnetic material is arranged so as to cover the recessed portions 13 and the projecting portions 14, and fixed to the output shaft 2b. A window 17 of which the exposure amount of the high permeability portion 15 changes according to relative rotations of the input shaft 2a and the output shaft 2b is formed on the cylindrical member 16. A coil 18 is arranged on an outer periphery of the cylindrical member 16 so as to cover the window 17. Steering torque T generated on the input shaft 2a and the output shaft 2b is calculated from the induced electromotive force of the coil 18.

Description

本発明は、トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置に関するものであり、例えば車両の電動パワーステアリング装置のインプットシャフトとアウトプットシャフトに生じるトルクを検出するのに好適なものである。   The present invention relates to a torque sensor and an electric power steering apparatus, and is suitable, for example, for detecting torque generated in an input shaft and an output shaft of an electric power steering apparatus for a vehicle.

このようなトルクセンサとしては、例えば本出願人が先に提案した下記特許文献1に記載されるものがある。この特許文献1では、第1回転軸と第2回転軸がトーションバーで連結される場合、導電性且つ非磁性材料で覆われた第1部と磁性材料で覆われた第2部とを例えば第1回転軸の外周面に周方向に交互に形成すると共に、第1回転軸の第1部及び第2部を覆うように配設された導電性且つ非磁性材料からなる円筒部材を例えば第2回転軸に固定し、第1回転軸と第2回転軸の相対回転に応じて第1部及び第2部の露出量が変化する窓を円筒部材に形成し、その窓を覆うように円筒部材の外周にコイルを配置する。このコイルに交流電流を供給し、コイルに生じる誘導起電力を検出し、その誘導起電力からトルクを算出するようにしている。第1回転軸と第2回転軸に相対回転が生じると、窓に露出する第1部及び第2部の露出量が変化する。第1部は導電性且つ非磁性材料で覆われているので、コイルに面する第1部の露出量が大きくなるとコイルのインダクタンスが減少し、誘導起電力も減少する。一方、第2部は磁性材料で覆われているので、コイルに面する第2部の露出量が大きくなるとコイルのインダクタンスが増大し、誘導起電力も増大する。この誘導起電力の変化から第1回転軸及び第2回転軸に生じるトルクを算出することができる。第1部と第2部を例えば第1回転軸の外周に周方向に交互に形成しておけば、第1部の露出量が増大するときには第2部の露出量は減少し、第1部の露出量が減少するときには第2部の露出量が増大するので、第1回転軸と第2回転軸の相対回転に対する誘導起電力の変化が急峻になる。   As such a torque sensor, there exists a thing described in the following patent document 1 which this applicant proposed previously, for example. In Patent Document 1, when the first rotating shaft and the second rotating shaft are connected by a torsion bar, the first portion covered with the conductive and nonmagnetic material and the second portion covered with the magnetic material are, for example, For example, a cylindrical member made of a conductive and non-magnetic material is formed on the outer peripheral surface of the first rotating shaft alternately in the circumferential direction and is disposed so as to cover the first and second portions of the first rotating shaft. A window is formed on the cylindrical member that is fixed to the two rotation shafts, and the exposure amount of the first and second portions changes according to the relative rotation of the first rotation shaft and the second rotation shaft, and the cylinder is covered to cover the window. A coil is arranged on the outer periphery of the member. An alternating current is supplied to the coil, an induced electromotive force generated in the coil is detected, and a torque is calculated from the induced electromotive force. When relative rotation occurs between the first rotating shaft and the second rotating shaft, the exposure amounts of the first part and the second part exposed to the window change. Since the first part is covered with a conductive and non-magnetic material, when the exposure amount of the first part facing the coil increases, the inductance of the coil decreases and the induced electromotive force also decreases. On the other hand, since the second part is covered with a magnetic material, when the exposure amount of the second part facing the coil increases, the inductance of the coil increases and the induced electromotive force also increases. From the change in the induced electromotive force, the torque generated in the first rotating shaft and the second rotating shaft can be calculated. For example, if the first part and the second part are alternately formed in the circumferential direction on the outer periphery of the first rotating shaft, the exposure amount of the second part decreases when the exposure amount of the first part increases, and the first part When the exposure amount decreases, the exposure amount of the second part increases, so that the change in the induced electromotive force with respect to the relative rotation of the first rotating shaft and the second rotating shaft becomes steep.

特開平8−240492号公報JP-A-8-240492

しかしながら、例えば電動パワーステアリング装置では、更に高精度なトルクセンサが要求されている。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、トルク検出精度の高いトルクセンサ及び電動パワーステアリング装置を提供することを目的とするものである。
However, for example, in an electric power steering apparatus, a more accurate torque sensor is required.
The present invention has been made paying attention to the above-described problems, and an object thereof is to provide a torque sensor and an electric power steering apparatus with high torque detection accuracy.

上記課題を解決するために、本発明のトルクセンサは、第1回転軸と、前記第1回転軸と同軸に配設された第2回転軸と、前記第1回転軸と第2回転軸とを連結するトーションバーと、前記第1回転軸の軸線方向に沿って連続し且つ当該第1回転軸の周方向に隣り合わせに形成された凹部及び凸部と、前記凸部の第1回転軸径方向外側に設けられた高透磁率部と、導電性且つ非磁性材料からなり且つ前記第1回転軸の凹部及び凸部を覆うように配設され且つ前記第2回転軸に固定された円筒部材と、前記第1回転軸と第2回転軸との相対回転に応じて前記高透磁率部の露出量が変化するように前記円筒部材に形成された窓と、前記窓を覆うように前記円筒部材の外周に配設されたコイルと、前記コイルの誘導起電力を検出する起電力検出部と、前記起電力検出部で検出されたコイルの誘導起電力から前記第1回転軸及び第2回転軸に生じるトルクを算出するトルク算出部とを備えたことを特徴とするものである。   In order to solve the above problems, a torque sensor according to the present invention includes a first rotating shaft, a second rotating shaft disposed coaxially with the first rotating shaft, the first rotating shaft and the second rotating shaft. A torsion bar, a recess and a projection that are formed along the axial direction of the first rotating shaft and are adjacent to each other in the circumferential direction of the first rotating shaft, and a first rotating shaft diameter of the protruding portion A high magnetic permeability portion provided on the outer side in the direction, and a cylindrical member made of a conductive and nonmagnetic material, disposed so as to cover the concave portion and the convex portion of the first rotating shaft, and fixed to the second rotating shaft A window formed in the cylindrical member so that an exposure amount of the high magnetic permeability portion changes according to relative rotation between the first rotating shaft and the second rotating shaft, and the cylinder so as to cover the window A coil disposed on the outer periphery of the member; and an electromotive force detection unit that detects an induced electromotive force of the coil; Is characterized in that a torque calculation unit for calculating a torque generated in the first rotary shaft and second rotary shaft from the induced electromotive force of the coil which is detected by the electromotive force detecting portion.

また、本発明の電動パワーステアリング装置は、前記トルクセンサをトーションバーで連結されたインプットシャフト及びアウトプットシャフトに取付けて当該インプットシャフト及びアウトプットシャフトに生じるトルクを検出することを特徴とするものである。   The electric power steering apparatus according to the present invention is characterized in that the torque sensor is attached to an input shaft and an output shaft connected by a torsion bar, and torque generated in the input shaft and the output shaft is detected.

而して、本発明のトルクセンサによれば、第1回転軸と第2回転軸との相対回転に応じてコイルに面する凸部の高透磁率部の露出面積が変化するので、コイルのインダクタンス及び誘導起電力が変化し、この誘導起電力から第1回転軸及び第2回転軸に生じるトルクを算出することで、トルクを高精度に検出することができる。
また、本発明の電動パワーステアリング装置によれば、トルクセンサで高精度に検出されたトルクを用いてより高精度なアシストトルク制御が可能となる。
Thus, according to the torque sensor of the present invention, the exposed area of the high permeability portion of the convex portion facing the coil changes according to the relative rotation between the first rotating shaft and the second rotating shaft. The inductance and the induced electromotive force change, and the torque can be detected with high accuracy by calculating the torque generated in the first rotating shaft and the second rotating shaft from the induced electromotive force.
In addition, according to the electric power steering apparatus of the present invention, more accurate assist torque control can be performed using torque detected with high accuracy by a torque sensor.

本発明のトルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing one embodiment of an electric power steering device using a torque sensor of the present invention. 図1の電動パワーステアリング装置のトルクセンサの構成図である。It is a block diagram of the torque sensor of the electric power steering apparatus of FIG. 図2のトルクセンサのトルク検出部の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the torque detection part of the torque sensor of FIG.

次に、本発明のトルクセンサ及び電動パワーステアリング装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態の電動パワーステアリング装置の構成図である。図中の符号1は、ステアリングシャフト2の車両後方端部に取付けられたステアリングホイールである。ステアリングシャフト2は、ステアリングホイール1が取付けられるインプットシャフト(第1回転軸)2aと、トーションバー2c(図2参照)を介してインプットシャフト2aに連結されたアウトプットシャフト(第2回転軸)2bを備えて構成される。
Next, an embodiment of a torque sensor and an electric power steering device of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of the electric power steering apparatus of the present embodiment. Reference numeral 1 in the drawing denotes a steering wheel attached to the rear end portion of the steering shaft 2 in the vehicle. The steering shaft 2 includes an input shaft (first rotating shaft) 2a to which the steering wheel 1 is attached, and an output shaft (second rotating shaft) 2b connected to the input shaft 2a via a torsion bar 2c (see FIG. 2). It is prepared for.

ステアリングシャフト2のアウトプットシャフト2bの下端部にはユニバーサルジョイント4を介してロアシャフト5が連結され、ロアシャフト5の車両前方端部にはユニバーサルジョイント6を介してピニオンシャフト7が連結される。ピニオンシャフト7にはピニオン8aが連結され、ピニオン8aはラック8bと噛合し、ラック8bにはタイロッド9が連結されている。このピニオン8aとラック8bでラックアンドピニオン形式のステアリングギヤ機構8が構成され、ステアリングホイール1からステアリングシャフト2、ロアシャフト5、ピニオンシャフト7に伝達された操舵に伴う回転運動をタイロッド9の直進運動に変換する。   A lower shaft 5 is connected to the lower end portion of the output shaft 2 b of the steering shaft 2 via the universal joint 4, and a pinion shaft 7 is connected to the vehicle front end portion of the lower shaft 5 via the universal joint 6. A pinion 8a is connected to the pinion shaft 7, the pinion 8a meshes with a rack 8b, and a tie rod 9 is connected to the rack 8b. The pinion 8a and the rack 8b constitute a rack-and-pinion type steering gear mechanism 8, and the rotational movement associated with the steering transmitted from the steering wheel 1 to the steering shaft 2, the lower shaft 5, and the pinion shaft 7 is the linear movement of the tie rod 9. Convert to

ステアリングシャフト2のアウトプットシャフト2bには、アシストトルク(操舵補助力)を付与するアシストトルク機構10が設けられている。このアシストトルク機構10は、アウトプットシャフト2bに連結した減速ギヤ機構11と、この減速ギヤ機構11に連結されてアシストトルクを発生する電動モータ12を備えて構成される。電動モータ12には、例えばブラシレス電動モータなどが採用される。   The output shaft 2b of the steering shaft 2 is provided with an assist torque mechanism 10 that applies assist torque (steering assist force). The assist torque mechanism 10 includes a reduction gear mechanism 11 connected to the output shaft 2b, and an electric motor 12 connected to the reduction gear mechanism 11 and generating assist torque. For example, a brushless electric motor or the like is employed as the electric motor 12.

ステアリングシャフト2には、後段に詳述するトルクセンサ31が設けられ、このトルクセンサ31で検出した操舵トルクTと走行速度センサ32で検出した走行速度Vに基づいてコントローラ33内のモータ駆動部34でアシストトルク電流指令値を算出し、算出したアシストトルク電流指令値とモータ駆動電流の差分値を例えば比例−微分制御して電圧指令値を算出し、算出した電圧指令値に基づいてモータ駆動電圧を制御することにより、モータ電流を電動モータ12に供給してアシストトルクを発生する。このアシストトルクは減速ギヤ機構11を介してステアリングシャフト2のアウトプットシャフト2bに伝達され、これによりステアリングホイール1を軽く操舵することができる。   The steering shaft 2 is provided with a torque sensor 31 that will be described in detail later. A motor drive unit 34 in the controller 33 is based on the steering torque T detected by the torque sensor 31 and the traveling speed V detected by the traveling speed sensor 32. The assist torque current command value is calculated by calculating the voltage command value by, for example, proportional-derivative control of the difference value between the calculated assist torque current command value and the motor drive current, and the motor drive voltage is calculated based on the calculated voltage command value. As a result, the motor current is supplied to the electric motor 12 to generate assist torque. The assist torque is transmitted to the output shaft 2b of the steering shaft 2 via the reduction gear mechanism 11, and the steering wheel 1 can be lightly steered.

図2は、トルクセンサ31及びコントローラ33内に設けられたトルク検出部の構成図である。トーションバー2cは、図の右方端部でインプットシャフト2aに連結され、図の左方端部でアウトプットシャフト2bに連結されており、トーションバー2cの多くの部分がインプットシャフト2aに内装されている。このトーションバー2cを内装するインプットシャフト2aのアウトプットシャフト2b側端部外周には、図3の縦断面図に示すようなスプライン状或いはセレーション状の凹部13と凸部14が周方向に隣り合わせに交互に等配に設けられている。この凹部13と凸部14はスプライン状或いはセレーション状であるから、インプットシャフト2aの軸線方向に連続している。更に、凸部14のインプットシャフト2a径方向外側には、例えばパーマロイなどの高透磁率部材で構成される高透磁率部15が設けられている。なお、本実施例ではインプットシャフト2aの外周面に凹部13及び凸部14を一体に形成しているが、凹部13も凸部14も、例えばインプットシャフト2aと別体であってもよい。但し、インプットシャフト2aと同期して回転する必要がある。また、凹部13及び凸部14をアウトプットシャフト2bに設けてもよい。但し、その場合、後述する円筒部材をインプットシャフト2aに固定する必要がある。   FIG. 2 is a configuration diagram of a torque detection unit provided in the torque sensor 31 and the controller 33. The torsion bar 2c is connected to the input shaft 2a at the right end of the figure, and is connected to the output shaft 2b at the left end of the figure, and many parts of the torsion bar 2c are built in the input shaft 2a. Yes. On the outer periphery of the end of the output shaft 2b side of the input shaft 2a that houses this torsion bar 2c, spline-like or serrated recesses 13 and projections 14 are alternately arranged adjacent to each other in the circumferential direction as shown in the longitudinal sectional view of FIG. Are evenly distributed. Since the concave portion 13 and the convex portion 14 are splined or serrated, they are continuous in the axial direction of the input shaft 2a. Furthermore, a high magnetic permeability portion 15 made of a high magnetic permeability member such as permalloy is provided on the outer side of the convex portion 14 in the radial direction of the input shaft 2a. In this embodiment, the concave portion 13 and the convex portion 14 are integrally formed on the outer peripheral surface of the input shaft 2a. However, the concave portion 13 and the convex portion 14 may be separate from the input shaft 2a, for example. However, it is necessary to rotate in synchronization with the input shaft 2a. Moreover, you may provide the recessed part 13 and the convex part 14 in the output shaft 2b. However, in that case, it is necessary to fix a cylindrical member to be described later to the input shaft 2a.

また、アウトプットシャフト2bのインプットシャフト2a側端部には、前記インプットシャフト2aの凹部13及び凸部14を覆うように当該インプットシャフト2aの外周に配設される円筒部材16が固定されている。円筒部材16は、導電性で且つ非磁性材料で構成されている。また、円筒部材16の外周には、軸線方向に離した2つのコイル18が設けられている。円筒部材16のコイル18に面する部分には、複数の窓17が形成されている。図3aは、例えば図2の図示左方のコイル18の部分の縦断面、図3bは、例えば図2の図示右方のコイル18の部分の縦断面であるとすると、複数の窓17は、凹部13又は凸部14のピッチと同じピッチで形成されているが、夫々のコイル18の部分で位相をずらして形成されている。   A cylindrical member 16 disposed on the outer periphery of the input shaft 2a is fixed to an end of the output shaft 2b on the input shaft 2a side so as to cover the concave portion 13 and the convex portion 14 of the input shaft 2a. The cylindrical member 16 is made of a conductive and nonmagnetic material. Further, two coils 18 separated in the axial direction are provided on the outer periphery of the cylindrical member 16. A plurality of windows 17 are formed in a portion of the cylindrical member 16 facing the coil 18. 3a is, for example, a longitudinal section of a portion of the left coil 18 shown in FIG. 2, and FIG. 3b is, for example, a longitudinal section of a portion of the right coil 18 shown in FIG. The pitch is the same as the pitch of the concave portion 13 or the convex portion 14, but the phase of each coil 18 is shifted.

図3aに示す図2の図示左方のコイル18の部分でも、図3bに示す図2の図示右方のコイル18の部分でも、図では凸部14の径方向外側に設けられた個々の高透磁率部15が全外周表面の半分だけ窓17に露出している。この状態で円筒部材16、即ちアウトプットシャフト2bを固定し、凹部13及び凸部14、即ちインプットシャフト2aを時計回り方向に回転すると、図3aに示す円筒部材16の窓17では凸部14、即ち高透磁率部15の露出面積(露出量)が小さくなり、図3bに示す円筒部材16の窓17では凸部14、即ち高透磁率部15の露出面積(露出量)が大きくなる。一方、アウトプットシャフト2bを固定し、インプットシャフト2aを反時計回り方向に回転すると、図3aに示す円筒部材16の窓17では凸部14、即ち高透磁率部15の露出面積(露出量)が大きくなり、図3bに示す円筒部材16の窓17では凸部14、即ち高透磁率部15の露出面積(露出量)が小さくなる。   2a shown in FIG. 2 shown in FIG. 3a and the right coil 18 shown in FIG. 3b shown in FIG. 3b, the individual heights provided on the radially outer side of the projection 14 in the drawing. The magnetic permeability portion 15 is exposed to the window 17 by half of the entire outer peripheral surface. In this state, when the cylindrical member 16, that is, the output shaft 2b is fixed and the concave portion 13 and the convex portion 14, that is, the input shaft 2a is rotated in the clockwise direction, the convex portion 14 in the window 17 of the cylindrical member 16 shown in FIG. The exposed area (exposure amount) of the high magnetic permeability portion 15 is reduced, and the exposed area (exposure amount) of the convex portion 14, that is, the high magnetic permeability portion 15 is increased in the window 17 of the cylindrical member 16 shown in FIG. On the other hand, when the output shaft 2b is fixed and the input shaft 2a is rotated in the counterclockwise direction, the exposed area (exposure amount) of the convex portion 14, that is, the high magnetic permeability portion 15 in the window 17 of the cylindrical member 16 shown in FIG. In the window 17 of the cylindrical member 16 shown in FIG. 3B, the exposed area (exposure amount) of the convex portion 14, that is, the high magnetic permeability portion 15, is reduced.

窓17に露出する高透磁率部15はコイル18に面しているので、前記特許文献1にも記載されるように、コイル18に面する高透磁率部15の露出量が大きくなるとコイル18の自己インダクタンスが大きくなり、交流電流を供給したときの自己誘導起電力も大きくなる。逆に、コイル18に面する高透磁率部15の露出量が小さくなるとコイル18の自己インダクタンスが小さくなり、交流電流を供給したときの自己誘導起電力もちいさくなる。アウトプットシャフト2bとインプットシャフト2aの相対回転は2つのコイル18の部分でほぼ同等に発生するので、アウトプットシャフト2bに対してインプットシャフト2aを時計回り方向に回転するほど、つまり当該方向へのトルクが大きいほど、図3aに示すコイル18は自己誘導起電力が小さくなり、図3bに示すコイル18は自己誘導起電力が大きくなる。また、アウトプットシャフト2bに対してインプットシャフト2aを反時計回り方向に回転するほど、つまり当該方向へのトルクが大きいほど、図3aに示すコイル18は自己誘導起電力が大きくなり、図3bに示すコイル18は自己誘導起電力が小さくなる。   Since the high magnetic permeability portion 15 exposed to the window 17 faces the coil 18, as described in Patent Document 1, when the exposure amount of the high magnetic permeability portion 15 facing the coil 18 increases, the coil 18. And the self-induced electromotive force when an alternating current is supplied also increases. Conversely, when the exposure amount of the high magnetic permeability portion 15 facing the coil 18 is reduced, the self-inductance of the coil 18 is reduced, and the self-induced electromotive force when an alternating current is supplied is reduced. Since the relative rotation of the output shaft 2b and the input shaft 2a is generated almost equally in the two coils 18, the more the input shaft 2a is rotated in the clockwise direction with respect to the output shaft 2b, that is, the torque in that direction is increased. The larger the coil 18 shown in FIG. 3a, the smaller the self-induced electromotive force, and the coil 18 shown in FIG. 3b has a larger self-induced electromotive force. Further, as the input shaft 2a is rotated in the counterclockwise direction with respect to the output shaft 2b, that is, as the torque in the direction increases, the self-induced electromotive force of the coil 18 shown in FIG. The coil 18 has a small self-induced electromotive force.

各コイル18の自己誘導起電力からトルクを検出するトルク検出部は、2つのコイル18に所定周波数の交流電流を同時に供給する発振部19、個々のコイル18の自己誘導起電力を整流及び平滑して出力する整流・平滑回路20、2つの整流・平滑回路20の出力の差分値を増幅して出力する2つの差動アンプ21、個々の差動アンプ21の出力から高周波ノイズ成分を除去するノイズ除去フィルタ22、2つのノイズ除去フィルタ22の出力の例えば平均値に基づいてインプットシャフト2a及びアウトプットシャフト2bに発生しているトルク、即ち操舵トルクTを算出するトルク算出部23を備え、前記モータ駆動部34はトルク算出部23で算出された操舵トルクTに基づいたアシストトルクが発生するように電動モータ12を駆動する。操舵トルクTの算出方法としては、2つのノイズ除去フィルタ22の出力の例えば平均値に基づいて、例えば凹部13及び凸部、即ちインプットシャフト2a及び円筒部材16、即ちアウトプットシャフト2bの相対回転変位の方向及び大きさを算出し、その結果に、例えば所定の比例定数を乗じて求めることができる。   A torque detection unit that detects torque from the self-induced electromotive force of each coil 18 rectifies and smoothes the self-induced electromotive force of each of the oscillation units 19 that simultaneously supply alternating currents having a predetermined frequency to the two coils 18. Rectifying / smoothing circuit 20 that outputs the difference, two differential amplifiers 21 that amplify and output the differential value of the outputs of the two rectifying / smoothing circuits 20, and noise that removes high-frequency noise components from the outputs of the individual differential amplifiers 21 A torque calculating unit 23 for calculating torque generated in the input shaft 2a and the output shaft 2b based on, for example, an average value of the outputs of the removal filter 22 and the two noise removal filters 22, that is, a steering torque T; The unit 34 drives the electric motor 12 so that an assist torque based on the steering torque T calculated by the torque calculation unit 23 is generated. To. As a method of calculating the steering torque T, for example, based on the average value of the outputs of the two noise removal filters 22, for example, the concave portion 13 and the convex portion, that is, the input shaft 2a and the cylindrical member 16, that is, the output shaft 2b The direction and size can be calculated, and the result can be obtained by multiplying the result by, for example, a predetermined proportional constant.

このトルク検出部では、前述のように、インプットシャフト2aとアウトプットシャフト2bの相対回転、即ち操舵トルクの方向によって互いに逆方向に変化する2つのコイル18の自己誘導起電力の差分値を差動アンプ21で求めているため、差動アンプ21の出力は操舵トルクの方向及び大きさに応じてリニアに変化する。また、差動アンプ21で整流・平滑回路21の差分値を求めているため、温度などによる自己インダクタンスの変化はキャンセルされる。   In this torque detector, as described above, the differential rotation of the difference between the self-induced electromotive forces of the two coils 18 that change in the opposite directions depending on the relative rotation of the input shaft 2a and the output shaft 2b, that is, the direction of the steering torque. Therefore, the output of the differential amplifier 21 changes linearly according to the direction and magnitude of the steering torque. Further, since the differential amplifier 21 obtains the difference value of the rectifying / smoothing circuit 21, the change in self-inductance due to temperature or the like is cancelled.

前記特許文献1に記載されるトルクセンサでは、センサとしての感度が性能として満たない場合には、後段の信号処理回路部で条件に応じて最適値まで増幅させる必要がある。その弊害として、センサ感度のみならず、トルク検出部への外乱(磁気、電波、環境など)による電気信号への影響までも増幅してしまい、検出精度の低下が懸念されるため、できる限り信号増幅に頼らず、センサ感度そのものを向上させなくてはならないといった課題があった。   In the torque sensor described in Patent Document 1, when the sensitivity as a sensor is not sufficient as performance, it is necessary to amplify to the optimum value according to the conditions in the signal processing circuit section at the subsequent stage. As a negative effect, not only the sensor sensitivity but also the influence on the electrical signal due to disturbances (magnetism, radio waves, environment, etc.) to the torque detection unit is amplified, and there is a concern about the decrease in detection accuracy. There is a problem that the sensor sensitivity itself must be improved without relying on amplification.

本実施形態では、一方の回転軸の凸部14に高透磁率部15を配置することで、回転軸の自発磁化が強化され、トルク検出感度が向上する。また、コイル18に発生した磁束によって発生した円筒部材16、即ち導電性且つ非磁性部材に流れる渦電流量を増やすことなく、一方の回転軸の自発磁化量を増加させることができ、効率よくコイル18の自己インダクタンス変化に反映させることが可能となるため、トルクセンサ感度の向上、トルクセンサ精度の向上、耐ノイズ性の向上、耐環境性の向上が図れる。   In the present embodiment, by disposing the high magnetic permeability portion 15 on the convex portion 14 of one rotating shaft, the spontaneous magnetization of the rotating shaft is enhanced and the torque detection sensitivity is improved. Further, the amount of spontaneous magnetization of one rotating shaft can be increased without increasing the amount of eddy current flowing through the cylindrical member 16 generated by the magnetic flux generated in the coil 18, that is, a conductive and nonmagnetic member, and the coil can be efficiently produced. Therefore, the torque sensor sensitivity can be improved, the torque sensor accuracy can be improved, the noise resistance can be improved, and the environment resistance can be improved.

また、凸部14のみを磁性体とすればよいため、設計上の制約が減り、荷重がかかる部分などは構造体として、仕様、コストの面で最適な材質を選択することができる。
このように本実施形態では、インプットシャフト(第1回転軸)2aとアウトプットシャフト(第2回転軸)2cとの相対回転に応じてコイル18に面する凸部14の高透磁率部15の露出面積が変化するので、コイル18のインダクタンス及び誘導起電力が変化し、この誘導起電力からインプットシャフト(第1回転軸)2a及びアウトプットシャフト(第2回転軸)2cに生じる操舵トルクTを算出することで、操舵トルクTを高精度に検出することができる。
Moreover, since only the convex part 14 should just be made into a magnetic body, the restrictions on a design reduce and the optimal material can be selected from the surface of a specification and cost as a structure, such as a part to which a load is applied.
As described above, in this embodiment, the high permeability portion 15 of the convex portion 14 facing the coil 18 is exposed in accordance with the relative rotation between the input shaft (first rotation shaft) 2a and the output shaft (second rotation shaft) 2c. Since the area changes, the inductance of the coil 18 and the induced electromotive force change, and the steering torque T generated in the input shaft (first rotating shaft) 2a and the output shaft (second rotating shaft) 2c is calculated from the induced electromotive force. Thus, the steering torque T can be detected with high accuracy.

また、このようにトルクセンサで高精度に検出された操舵トルクTを用いてより高精度なアシストトルク制御が可能となる。
なお、前述のように、円筒部材16をインプットシャフト2aに設け、凹部13及び凸部14及び高透磁率部15をアウトプットシャフト2bに設けてもよい。つまり、インプットシャフト2a、アウトプットシャフト2bの何れが本発明の第1回転軸、第2回転軸であってもよい。
In addition, more accurate assist torque control can be performed using the steering torque T detected with high accuracy by the torque sensor.
As described above, the cylindrical member 16 may be provided on the input shaft 2a, and the concave portion 13, the convex portion 14, and the high magnetic permeability portion 15 may be provided on the output shaft 2b. That is, any of the input shaft 2a and the output shaft 2b may be the first rotating shaft and the second rotating shaft of the present invention.

また、前述のように、コイル18が1つでも、第1回転軸及び第2回転軸の相対回転によって自己誘導起電力は変化するので、コイル18は1つでもトルクを算出することができる。
また、前述のように、凸部13や凹部14は第1回転軸又は第2回転軸と別体であってもよい。但し、設けられる回転軸と同期回転する必要がある。
Further, as described above, even if there is only one coil 18, the self-induced electromotive force is changed by the relative rotation of the first rotating shaft and the second rotating shaft, so that the torque can be calculated even if only one coil 18 is used.
Further, as described above, the convex portion 13 and the concave portion 14 may be separate from the first rotating shaft or the second rotating shaft. However, it is necessary to rotate synchronously with the provided rotation shaft.

1はステアリングホイール
2はステアリングシャフト
2aはインプットシャフト(第1回転軸)
2bはアウトプットシャフト(第2回転軸)
2cはトーションバー
4、6はユニバーサルジョイント
5はロアシャフト
7はピニオンシャフト
8はステアリングギヤ機構
9はタイロッド
10はアシストトルク機構
11は減速ギヤ機構
12は電動モータ
13は凹部
14は凸部
15は高透磁率部
16は円筒部材
17は窓
18はコイル
19は発進部
20は整流・平滑回路
21は差動アンプ
22はノイズ除去フィルタ
23はトルク算出部
31はトルクセンサ
32は走行速度センサ
33はコントローラ
34はモータ駆動部
1 is a steering wheel 2 is a steering shaft 2a is an input shaft (first rotating shaft)
2b is an output shaft (second rotating shaft)
2c is a torsion bar 4 and 6 is a universal joint 5 is a lower shaft 7 is a pinion shaft 8 is a steering gear mechanism 9 is a tie rod 10 is an assist torque mechanism 11 is a reduction gear mechanism 12 is an electric motor 13 is a recess 14 is a protrusion 15 is high Permeability unit 16 is a cylindrical member 17 is a window 18 is a coil 19 is a starting unit 20 is a rectifying / smoothing circuit 21 is a differential amplifier 22 is a noise elimination filter 23 is a torque calculation unit 31 is a torque sensor 32 is a running speed sensor 33 is a controller 34 is a motor drive unit

Claims (2)

第1回転軸と、前記第1回転軸と同軸に配設された第2回転軸と、前記第1回転軸と第2回転軸とを連結するトーションバーと、前記第1回転軸の軸線方向に沿って連続し且つ当該第1回転軸の周方向に隣り合わせに形成された凹部及び凸部と、前記凸部の第1回転軸径方向外側に設けられた高透磁率部と、導電性且つ非磁性材料からなり且つ前記第1回転軸の凹部及び凸部を覆うように配設され且つ前記第2回転軸に固定された円筒部材と、前記第1回転軸と第2回転軸との相対回転に応じて前記高透磁率部の露出量が変化するように前記円筒部材に形成された窓と、前記窓を覆うように前記円筒部材の外周に配設されたコイルと、前記コイルの誘導起電力を検出する起電力検出部と、前記起電力検出部で検出されたコイルの誘導起電力から前記第1回転軸及び第2回転軸に生じるトルクを算出するトルク算出部とを備えたことを特徴とするトルクセンサ。   A first rotating shaft, a second rotating shaft disposed coaxially with the first rotating shaft, a torsion bar connecting the first rotating shaft and the second rotating shaft, and an axial direction of the first rotating shaft A concave portion and a convex portion that are continuous along the circumferential direction of the first rotating shaft, a high permeability portion that is provided on the outer side in the radial direction of the first rotating shaft of the convex portion, and conductive and A cylindrical member made of a non-magnetic material and disposed so as to cover the concave and convex portions of the first rotating shaft and fixed to the second rotating shaft, and a relative relationship between the first rotating shaft and the second rotating shaft A window formed in the cylindrical member so that an exposure amount of the high magnetic permeability portion changes according to rotation; a coil disposed on an outer periphery of the cylindrical member so as to cover the window; and induction of the coil An electromotive force detection unit for detecting an electromotive force, and an induced electromotive force of the coil detected by the electromotive force detection unit. Torque sensor is characterized in that a torque calculation unit for calculating a torque generated in the first rotary shaft and second rotary shaft. 前記請求項1に記載のトルクセンサをトーションバーで連結されたインプットシャフト及びアウトプットシャフトに取付けて当該インプットシャフト及びアウトプットシャフトに生じるトルクを検出することを特徴とする電動パワーステアリング装置。   An electric power steering apparatus, wherein the torque sensor according to claim 1 is attached to an input shaft and an output shaft connected by a torsion bar, and torque generated in the input shaft and the output shaft is detected.
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