JP4003526B2 - Rotation angle sensor and torque sensor - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の回転角を測定するための回転角センサと、トーションバーの両端に生じる回転角の差からトーションバーに作用しているトルクを測定するセンサに関する。本発明のセンサは、車両の電動パワーステアリング装置のために、操舵角や操舵トルクを測定するのに適している。
【0002】
【従来の技術】
従来、電動パワーステアリング装置は下記の構成のトルクセンサを備えている。従来のトルクセンサは、トルクが作用するとねじれるトーションバーと、トーションバーの上端に固定された第1回転角センサと、トーションバーの下端に固定された第2回転角センサを備えている。各回転角センサは、レゾルバ式の回転角センサであり、トーションバーとともに回転するロータコイルと、固定された筒に固定されたステータコイルを備えている。
トーションバーの上端側のステータコイルの出力値からトーションバーの上端側の回転角が測定され、トーションバーの下端側のステータコイルの出力値からトーションバーの下端側の回転角が測定され、両者の回転角の差からトーションバーにねじれを発生させているトルクの大きさが測定される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
レゾルバ式の回転角センサは、多数のロータコイルとステータコイルを必要とし、構造が複雑であり、製造コストが嵩み、小型化が困難である。さらに、この種のコイルは断線したりショートしたりするおそれがあるため、信頼性の面でも問題もあった。
そこで本発明では、構造が簡単であり、安価に製造することができ、小型化しやすく、しかも信頼性が高い回転角センサとトルクセンサを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段及び作用と効果】
本発明の回転角センサは、内側磁性体と、内側磁性体の外側に隙間を隔てて配置された外側磁性体と、内側磁性体と外側磁性体と隙間を経由して循環する磁束を発生させる磁石と、磁路の途中に配置されたMIセンサとを備えている。内側磁性体と外側磁性体は相対回転可能であり、内側磁性体と外側磁性体と隙間を経由して循環する磁束の大きさが内側磁性体と外側磁性体の相対回転角に依存して変化する。MIセンサは、内側磁性体と外側磁性体の相対回転角に依存して変化する循環磁束の大きさを検出する。そのMIセンサの出力から前記相対回転角を測定することができる。
【0005】
ここでいう「MIセンサ」とは、いわゆる磁気インピーダンス効果(MI効果)を利用した、超高感度な磁気センサのことを指す。MI効果とは次のようなものをいう。即ち、細長い高透磁率金属に高周波電流またはパルス電流を通電すると、金属に表皮効果が生じる。このときの電流経路の深さδに二乗は、電気抵抗率ρに比例する反面、高周波電流の角周波数ωと電流によって生じる磁界方向の透磁率μに反比例する。磁界方向の透磁率μは外部磁界Hexによって変化する。従って電流経路の深さδは、外部磁界Hexに依存して変化する。そのために電気抵抗とインダクタンスの変化が同レベルになり、インピーダンスの大きさが外部磁界Hexによって変化することになる。インピーダンスZの大きさの変化率は、例えばアモルファスワイヤを用いると、1エルステッドあたり100%程度にすることが容易にできる。このような電磁気現象をMI効果と称しているのである。
応用磁気の分野においては、GMR(巨大磁気抵抗)効果と呼ばれる電磁気現象が知られており、最近ではこの効果を利用した磁気センサも一部では提案されているが、MI効果を利用した磁気センサのほうが高い感度を実現することができる。なおMI効果を利用した磁気センサは、消費電力が極めて小さいことに加え、高周波電流が磁気変調のキャリアとなるため応答性も非常に速い。
【0006】
請求項1に記載の発明では、内側磁性体と外側磁性体が相対回転した場合、内側磁性体と外側磁性体と隙間で構成される磁路の磁気抵抗が変化し、内側磁性体と外側磁性体と隙間を循環する磁束の大きさが変化する。その変化する磁束の大きさをMIセンサが検知する。MIセンサの出力は磁束の大きさに依存し、磁束の大きさは磁気抵抗に依存し、磁気抵抗は内側磁性体と外側磁性体の相対回転角に依存するために、MIセンサの出力から内側磁性体と外側磁性体の相対回転角を測定することができる。
このセンサでは、磁束の大きさを検出するために、コイルに代えて超高感度なMIセンサを用いるので、高感度な回転角センサを提供することができる。この回転角センサは、構造が簡単であり、安価に製造することができ、小型化しやすく、しかも信頼性が高い。
【0007】
本発明の回転角センサは、内側磁性体と外側磁性体の最短距離が、内側磁性体と外側磁性体の相対回転角に依存して変化する。
内側磁性体と外側磁性体は磁束が流れにくい隙間(エアギャップ)によって隔てられているが、その最短距離が長くなると磁路の磁気抵抗が増大して磁束の大きさは減少する。最短距離が短くなると磁路の磁気抵抗が減少して磁束の大きさは増大する。
【0008】
本発明の回転角センサは、内側磁性体の外形が略正多角形状に形成されており、外側磁性体の内形が内側に突出する突部を有する円形に形成されている。内側磁性体と外側磁性体の最短距離が内側磁性体と外側磁性体の相対回転角に依存して変化し、内側磁性体と外側磁性体と隙間を経由して循環する磁束の大きさが内側磁性体と外側磁性体の相対回転角に依存して変化する。
この場合、内側磁性体と外側磁性体が相対回転すると、MIセンサの電圧は、正弦波またはそれに近似した波形のきれいな信号となり、信号波形を演算処理して回転角に変換する数学が簡単化され、結果として比較的容易に高精度化を達成することができる。
【0009】
MIセンサが、外側磁性体に固定されていることが好ましい(請求項)。
回転体側にMIセンサを設けると配線の取り出しが面倒となるのに対し、MIセンサが外側磁性体に固定されていると、配線引き出しが簡単化される。
【0010】
磁石が外側磁性体に固定されていることが好ましい(請求項)。この場合、内側磁性体は極めて単純化される。
【0011】
MIセンサと磁石が、内側磁性体の回転中心を挟む対称位置において外側磁性体に固定されていることが好ましい(請求項)。この場合、MIセンサの出力電圧にノイズが乗りにくく、相対回転に依存して大きく変化する出力電圧が得られる。
【0012】
本発明の回転角センサでは、内側磁性体の外形が略正n角形状に形成されており、外側磁性体の内周側の360°/2nの奇数倍だけ隔てた位置に第1MIセンサと第2MIセンサを固定することが好ましい(請求項5,6)。
この位置関係に2つのMIセンサを配置した場合、一方のMIセンサが略正n角形の外形形状を有する内側磁性体の角部に対向した状態にあるときは、他方のMIセンサは内側磁性体の角部と角部の間を伸びる辺の中点に対向した状態となる。従って前者のMIセンサがあるセンサ設置部と内側磁性体の距離は最小になる反面、後者のMIセンサがあるセンサ設置部と内側磁性体の距離は最大になる。2つのMIセンサによって得られるセンサの出力の位相差は180°となり、このような2種のセンサ出力に基づいて所定の演算を行えば、温度変数分をなくすことができる。即ち、温度補償を行うことが可能になる結果、温度変化に強くて極めて高精度な回転角センサを提供することができる。
【0015】
上記した回転角センサを一対用いることで、トーションバーに作用しているトルクを測定するセンサを実現することができる。すなわち、回転軸に沿って伸びるトーションバーの一端に請求項1から6のいずれか1項の回転角センサを連結し、トーションバーの他端に請求項1から6のいずれか1項の回転角センサを連結することによってトルクセンサを実現することができる(請求項)。
この場合一対の回転角センサによって、トーションバーの一端側の回転角と、トーションバーの他端側の回転角を検出することができ、両者の差、すなわち、トーションバーのねじれ角を検出することができ、そのねじれを発生させているトルクの大きさを測定することができる。
【0017】
あるいは、回転軸に沿って伸びるトーションバーと、トーションバーの一端に連結されているとともに第1突起をもつ第1磁性体と、トーションバーの他端に連結されているとともに第1突起に対向する第2突起をもつ第2磁性体と、第1磁性体と第2磁性体の外側に配置された第3磁性体と、「第1磁性体と第3磁性体を循環する第1磁束」と「第1磁性体と第2磁性体と第3磁性体を循環する第2磁束」とを発生させる磁石と、第1磁束が流れる第1磁路の途中に配置された第1MIセンサ、第2磁束が流れる第2磁路の途中に配置された第2MIセンサとを備えたトルクセンサを構成することもできる。このトルクセンサは、トーションバーがねじれると第1突起と第2突起の対向面積が変化し、それに追随して第1MIセンサの出力値と第2MIセンサの出力値がともに変化する(請求項)。
両出力値を処理することによって温度の影響を除外することができる。また、第1MIセンサの出力が増大すると第2MIセンサの出力が減少し、第1MIセンサの出力が減少すると第2MIセンサの出力が増大するために、両者の差をとることで大きな出力変化を得ることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
後記する本発明の実施例の主要な特徴を記載する。
(形態1)内側磁性体であるロータと、外側磁性体であるステータとを備えるとともに、ロータの外形が略正方形状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の回転角センサ。
(形態2)ステータの内周側の異なる位置に第1センサ設置部及び第2センサ設置部を突設するとともに、第1センサ設置部に第1MIセンサを設置し、第2センサ設置部に第2MIセンサを設置する。ロータの外形は略正方形であり、回転体の回転中心に対して第1MIセンサと第2MIセンサのなす角度が、45°の奇数倍となるように設定したことを特徴とする回転角センサ。
【0019】
【実施例】
(第1実施例) 図1は第1実施例の回転角センサ2の要部概略図を示し、図2はロータ4が図1の状態から45°回転したときの要部概略図を示し、図3はこの回転角センサ2のセンサ出力のグラフを示している。
【0020】
本実施例の回転角センサ2は、図1で概略的に示されるように、鉄鋼などの磁性材からなる内側磁性体であるロータ4と、同様の磁性材からなる外側磁性体であるステータ6とを備えている。ロータ4の中心部には断面円形状の固定孔8が設けられており、その固定孔8には回転角を測定する対象であるモータシャフト10が固定されている。モータシャフト10が回転するとロータ4も一体的に回転する。
【0021】
ロータ4の外周側には、円環状のステータ6がモータシャフト10とロータ4と同軸となるように配置されている。ステータ6とロータ4との間は、所定の隙間(エアギャップ)によって隔てられている。
ステータ6の内周側の所定箇所には、モータシャフト10の回転中心Oに向けて伸びる突片12が突設されている。その突片12の先端には、永久磁石14が設置されている。永久磁石14は、N極を内周側に向け、S極を外周側に向けた状態で配設されている。
【0022】
ステータ6の内周側において、モータシャフト10を挟んで突片12と向かい合う箇所(対称位置)には、モータシャフト10の回転中心Oに向けて伸びるもう1つ突片16が突設されている。突片16の先端には、MIセンサ18が設置されている。
【0023】
永久磁石14は、磁石14→隙間(エアギャップ)→ロータ4→隙間(エアギャップ)→MIセンサ18→突片16→ステータ6→突片12の順に循環する磁束を発生する。MIセンサ18は上記磁束が循環する磁路の途中にあって、循環する磁束の大きさを検出する。
【0024】
この「MIセンサ」は、先に述べたとおり、MI効果を利用した超高感度な磁気センサを指す。使用されるべきMIセンサ18に関して特に限定はされないが、本実施例ではアモルファスワイヤ(組成:4%Fe68%Co13%Si15%B)の周囲にピックアップ手段を設けたMI素子を用いている。これに加え、外部磁場を見かけ上打ち消す磁場状況を作るための打ち消し手段が設けられていてもよい。アモルファスワイヤは、MI素子とは別に設けられたパルス信号発生回路に電気的に接続されている。パルス信号発生回路は直流電源回路とチョッパ回路によって構成され、アモルファスワイヤに所定のパルス電流を出力する。また、ピックアップ手段は、MI素子とは別に設けられた信号処理回路に電気的に接続されている。ピックアップ手段によりピックアップされた電流は、信号処理回路にて処理された後にセンサ出力信号として出力されるようになっている。なお、このようなタイプのMIセンサ18はパルス信号で駆動されるので、消費電力が極めて小さく、せいぜい数十mW程度である。
【0025】
図1に示されるように、本実施例の回転角センサ2では、ロータ4の外形形状が回転対称となるように形成されており、より具体的には略正方形状となるように形成されている。ロータ4における4つの角部には、センサ出力波形が回転角に対して正弦波となるように、いくぶん丸みが設けられている。
【0026】
突片12の先端に設置された永久磁石14の内端面部位と、突片16の先端に設置されたMIセンサ18の内端面部位は、ステータ6の他の部位に比べてロータ4側に近接している。永久磁石14から出た磁束の大部分は、永久磁石14の内側にできるエアギャップと、MIセンサ18の内側にできるエアギャップを優先的に流れるような構成となっている。即ち、永久磁石14の内端面とロータ4の外周部との距離L1がロータとステータ間の最短距離となり、MIセンサ18の内端面とロータ4の外周部との距離L2がロータとステータ間の最短距離となる。ステータ6の残部の内形は、外側に位置しており、ロータとステータ6の残部の距離は大きい。図1と図2を対比すると明らかに、ロータとステータ間の最短距離L1,L2は、ロータとステータが相対回転するのに依存して変化する。図1に示す回転位置にロータ4があるときには、MIセンサ18はロータ4の1つの角部に対向した状態となり、永久磁石14はロータ4の別の角部に対向した状態となる。このとき上記L1,L2の値がともに最小値となる。言い換えると2つのエアギャップがともに最小になる。その結果、前記磁路R1を流れる磁束の大きさが増加し、このときに最も大きい電圧信号がMIセンサ18から出力される。図2に示す回転位置にロータ4があるときには、MIセンサ18はロータ4の一辺の中点に対向した状態となり、永久磁石14はロータ4の別の一辺の中点に対向した状態となる。このとき上記L1,L2の値がともに最大値となる。言い換えると2つのエアギャップがともに最大値となる。その結果、前記磁路R1を流れる磁束の大きさが減少し、このときに最も小さい電圧信号がMIセンサ18から出力される。
上記最短距離L1,L2と、磁路R1を流れる磁束の大きさは、ロータ4の回転に伴って90°周期で増減する。その結果、MIセンサ18の出力電圧は、図3に示すグラフのように、相対回転角に対して90°周期で変化する正弦波波形となる。
【0027】
MIセンサ18の出力電圧は図示しない演算手段に入力され、所定の演算が行われる。即ち、信号電圧の最大値・最小値の出現回数と電圧値とが特定され、それらに基づいてロータ4とモータシャフト10の回転角θ(°)が求められる。
【0028】
さて、上記のように構成された本実施例の回転角センサ2によると、以下の作用効果を奏する。
本実施例では、磁路R1を流れる磁束の大きさを磁路R1の途上に設けたMIセンサ18によって検知する。MIセンサ18の出力は磁束の大きさに応じて変化することから、このセンサ出力から回転角が検出されるようになっている。本実施例では、磁束検知手段として、従来よく用いていたコイルの代わりにMIセンサ18を用いているので、高感度な回転角センサ2を提供することができる。しかも、本実施例によるとコイルの巻線が不要になる結果、比較的簡単に製造可能な回転角センサ2を提供することができる。さらに本実施例の回転角センサ2では、大型化や故障発生の原因となる検出用コイルを必須構成要素としていないため、全体の小型化が容易でありかつ信頼性に優れたものとなる。
また、本実施例の回転角センサ2では、ロータ4の回転に伴ってロータ4−ステータ6間の最短距離L1,L2を周期的に変化させるべく、ロータ4の外形が略正方形状に形成されている。略正方形は、図形の重心(ここでは回動中心Oと同じ)から4つの角部までの距離がみな等しく、重心から4つの辺までの距離もみな等しく、重心を中心として角部同士がなす角度も90°と等しい等の性質を有する。従って、外形が略正方形状に形成されたロータ4が回転すると、それに伴ってロータ4とステータ6との最短距離L1,L2が90°周期で変化する。このとき、MIセンサ18は最大出力値と最小出力値とを交互に規則的に出力することとなり、きれいな正弦波の信号波形を得ることができる。信号波形に基づいた演算処理により回転角を検出するような場合に好都合となり、結果として比較的容易に高精度化を達成することができる。
上記の回転角センサ2では、MIセンサ18が、固定側部材であるステータ6の内周側に突設されたセンサ設置部16に設けられている。そのため、回転側であるロータ4にMIセンサ18を設ける場合とは異なり、複雑な配線引き出し構造を採る必要がなくなる。従って、センサ構造の簡略化、製造コストの低減、信頼性の向上等を達成することができる。
【0029】
(第2実施例)
次に、第2実施例の回転角センサ22について説明する。ここでは、上記第1実施例と共通の構成については同じ部材番号を付すのみとし、その詳細な説明は割愛する。図4は、第2実施例の回転角センサ22の要部概略図を示している。この実施例では、ステータ6側の永久磁石14が省略されている反面、第1実施例とは構成の異なるロータ24が用いられている。磁性材からなるこのロータ24は、外形形状が円形状であるとともに、自身の周方向に沿って45°ごとに磁極が変化するように着磁されている。また、突片12は、突片16から45°の位置に設けられている。この場合、ステータ6の残りの315°の範囲は省略することができる。
この構成の場合、ロータ24が回転したとしてもロータとステータ間の最短距離L1,L2の値は変化しない。しかし、MIセンサ18に対向する位置の磁石の極性がN極,S極,N極,S極…というように交互に変化する。それに同期して突片12に対向する位置の磁石の極性がS極,N極,S極,N極…というように交互に変化する。MIセンサ18に対向する位置の極性と、突片12に対向する位置の極性は反対である。
【0030】
この構成によっても、突片12→隙間(エアギャップL1)→ロータ24→隙間(エアギャップL2)→MIセンサ18→突片16→ステータ6→突片12の順に循環する磁束の大きさを、ロータ24の回転に伴って90°周期で大きく変化させることができる。第1実施例のときよりも振幅の大きな正弦波からなるセンサ出力信号を得ることが可能となり、角度分解能を細かくすることができ、ひいてはさらなる高感度化を達成することができる。
また、着磁されたロータ24は磁束を発生させる手段をも兼ねているので、第1実施例のように永久磁石14をわざわざ設けなくてもよいという利点がある。
【0031】
(第3実施例)
次に、第3実施例の回転角センサ32について説明する。ここでは、上記第1実施例と共通の構成については同じ部材番号を付すのみとし、その詳細な説明は割愛する。図5は第3実施例の回転角センサ32の要部概略図を示し、図6はセンサ出力の回転角に対する変化を表したグラフを示している。
この回転角センサ32の場合、ステータ6の内周側における異なる位置に、第1センサ設置部である突片16と、第2センサ設置部である突片16aとが突設されている。モータシャフト10の回転中心Oを基準とした両突片16,16a同士のなす角度は、45°に設定されている。そして、突片16の先端には第1MIセンサ18が設置され、突片18aには第2MIセンサ18aが設置されている。同様に、ステータ6の内周側における異なる位置に、突片12と、第2の突片12aとが突設されている。モータシャフト10の回転中心Oを基準とした両突片12,12a同士のなす角度は、45°に設定されている。突片12の先端には第1磁石14が設置され、突片12aには第2磁石14aが設置されている。この場合、第1実施例の磁石−MIセンサの組みが、45°の関係で2組配置されている。
【0032】
ステータ6側に設置された第2MIセンサ18aの内端面部位は、ステータ6の他の部位(円環部)に比べて、ロータ4側に近接した状態にある。そのため、本実施例の回転角センサ32では、永久磁石14、14aから出た磁束は、第1MIセンサ18の内側にできるエアギャップと第2MIセンサ18aの内側にできるエアギャップに分岐して流れる構成となっている。即ち、ロータ4→隙間(エアギャップL2)→第1MIセンサ18→突片16→ステータ6の磁路R1の順に循環する磁束と、ロータ4→隙間(エアギャップL3)→第2MIセンサ18a→突片16a→ステータ6の磁路R2の順に循環する磁束が形成される。
永久磁石14の内端面とロータ4の外周部との距離をL1と、第1MIセンサ18の内端面とロータ4の外周部との距離をL2とし、第2MIセンサ18aの内端面とロータ4の外周部との距離をL3とし、永久磁石14aの内端面とロータ4の外周部との距離をL4としている。
【0033】
図5に示す回転位置にロータ4があるときには、第1MIセンサ18はロータ4の1つの角部に対向した状態となり、第2MIセンサ18aはロータ4の1つの辺の中点に対向した状態となる。このときL2が最小値となり、L3が最大値となる。その結果、磁路R1を流れる磁束の大きさが増加し、このときに最も大きい電圧信号が第1MIセンサ18から出力される。その反面、磁路R2を流れる磁束が減少し、このときに最も小さい電圧信号が第2MIセンサ18aから外部に出力される。
図5に示す回転位置からロータ4が45°回転した場合には、第1MIセンサ18はロータ4の1つの辺の中点に対向した状態となり、第2MIセンサ18aはロータ4の1つの角部に対向した状態となる。このときL2は最大値となり、L3は最小値となる。その結果、前記磁路R1を流れる磁束の大きさが減少し、このときに最も小さい電圧信号が第1MIセンサ18から出力される。その反面前記磁路R2を流れる磁束の大きさが増加し、このときに最も大きい電圧信号が第2MIセンサ18aから出力される。
いずれの回転角にあっても、永久磁石14と永久磁石14aの組みと、ロータ4間に形成される磁気抵抗は同じである。
2つのMIセンサ18,18aによって得られるセンサ出力の位相差は、図6に示されるように180°となる。この図において実線の正弦波曲線は第1MIセンサ18の出力信号を示し、破線の正弦波曲線は第2MIセンサ18aの信号出力を示している。2種のセンサ出力信号は図示しない演算手段に入力されるとともに、そこではこれらのセンサ出力信号に基づいて下記のような演算が行われる。
【0034】
第1MIセンサ18の出力をVA(ボルト)とし、第2MIセンサ18aの出力をVB(ボルト)とすると、VA,VBはそれぞれ次式1,2で表すことができる。なお、aは永久磁石14、14aの起磁力によって決まる値であり、温度変化によってaの値も変化する、いわゆる温度変数である。
VA=a+sinθ ・・・式1
VB=a+sin(θ+180°) ・・・式2
ここでVAとVBとの差をとると次式3のようになる。
VA−VB=sinθ−sin(θ+180°)
=2sinθ ・・・式3
結局は温度変数の項が消えてしまうので、VA−VBの値は温度変化による影響を受けないことがわかる。従って、2つのセンサ出力から求めたVA−VBの値と、VA−VB値の最大値の出現回数が特定されれば、ロータ4及びモータシャフト10の回転角θ(°)を求めることができる。
【0035】
本実施例では、2つのセンサ出力を利用することによって、温度変数分をなくすことができる。即ち、温度補償を行うことが可能になる結果、温度変化に強くて極めて高精度な回転角センサ32を提供することができる。しかも、このような演算を行った場合、第1実施例のときの2倍の振幅のセンサ出力信号が得られるので、分解能が細かくなり、さらなる高感度化を達成することができる。
【0036】
(第4実施例)
次に本発明を車両の電動パワーステアリング用のトルクセンサ42に具体化した第4実施例について説明する。なお、図7はトルクセンサ42の概略断面図を示し、図8は図7のA−A線における要部概略断面図を示し、図9はトルクセンサ42の要部における部分断面図を示している。
【0037】
図7に示されるように、このトルクセンサ42を構成するトーションバー44の上端には、トーションバー44と同軸をなす中空の入力シャフト46が連結されている。この入力シャフト46の上部には、図示しない車両のステアリングが連結されている。一方、トーションバー44の下端には、トーションバー44と同軸をなす中空の出力シャフト48が連結されている。入力シャフト46と出力シャフト48は、トーションバー44のねじれに伴って相対回転する。
入力シャフト46の外周には、磁性材からなる第1センサリング56(第1磁性体56)が固定されている。出力シャフト48の外周には、磁性材からなる第2センサリング58(第2磁性体58)が固定されている。
図7,図9に示されるように、第1センサリング56は、トーションバー44を囲む円周方向に延在する環状をなしており、第1センサリング56の下端側には櫛歯状をなす第1突起として多数の矩形状の歯部56aが形成されている。また、第2センサリング58も、トーションバー44を囲む円周方向に延在する環状をなしており、第2センサリング58の上端側には櫛歯状をなす第2突起として多数の矩形状の歯部58aが形成されている。
各歯部56aは軸方向に間隙を有しつつ位相のずれを有して、各歯部58aと対向している。
トーションバー44にねじれがない場合、各歯部56aの端部面積の略半分が各歯部58aの端面と対向している。トーションバー44が右向きにねじれると、各歯部56aと各歯部58aの対向面積は増大し、トーションバー44が左向きにねじれると、各歯部56aと各歯部58aの対向面積は減少する。
【0038】
入力シャフト46及び出力シャフト48の外周には、ベアリング50を介してアッパーハウジング52及び図示しないアンダーハウジングが設けられている。アッパーハウジング52内においては、磁性材からなる第3磁性体としての第3センサリング60が固定されている。第3センサリング60は、第1センサリング56から隙間を隔てて包囲するように配設されている。さらに、第3センサリング60は、第2センサリング58からも隙間を隔てて包囲するように配設されている。
【0039】
第3センサリング60における第1センサリング56側の領域、具体的にいうと第3センサリング60の内周面上端部には、磁束を発生させるための手段である永久磁石62が配設されている。なお、永久磁石62の内端面と第1センサリング56の外周面との間には僅かに隙間が設けられている。
第3センサリング60の中間高さの内周面には突片70が設けられ、その突片70の先端には第1MIセンサ66が設置されている。第1MIセンサ66は、第1センサリング56の外周面に近接した位置に配設されている。第3センサリング60の内周面下端部には突片68が設けられ、その突片68の先端には第2MIセンサ64が設置されている。第2MIセンサ64は、第2センサリング58の外周面に近接した位置に配設されている。
【0040】
このように構成されたトルクセンサ42では、図9に示されるように、2つの磁路R1,R2が形成される。第1磁路R1は、永久磁石62→第3センサリング60→突片70→第1MIセンサ66→第1MIセンサ66の内側にできるエアギャップ→第1センサリング56→永久磁石62の内側にできるエアギャップ→永久磁石62の経路となる。第2磁路R2は、永久磁石62→第3センサリング60→突片68→第2MIセンサ64→第2MIセンサ64の内側にできるエアギャップ→第2センサリング58→第2センサリング58の歯部58a→第2センサリング58の歯部58aと第1センサリング56の歯部56a間のエアギャップ→第1センサリング56の歯部56a→第1センサリング56→永久磁石62の内側にできるエアギャップ→永久磁石62の経路となる。
【0041】
ステアリングの操作によって入力シャフト46にトルクが伝わると、トーションバー44にねじれが生じることにより、入力シャフト46と出力シャフト48との間で相対回転を生じる。これにより、第1センサリング56及び第2センサリング58の歯部56a,58a同士の対向面積が変化する。なお本実施例ではトルク無印加の初期状態のときに2つのMIセンサ64,66を通る磁束数が同程度となるように、歯部56a,58a同士の対向面積やエアギャップ量等があらかじめ調整されている。
【0042】
歯部56a,58a同士の対向面積が増加する方向にトルクが加わると、第2MIセンサ64を通る磁束数が増加し、第1MIセンサ66を通る磁束数が減少する。この場合には、第2MIセンサ64の出力のほうが第1MIセンサ66の出力よりも大きくなる。逆に、対向面積が減少する方向にトルクが加わると、第2MIセンサ64を通る磁束数が減少し、第1MIセンサ66を通る磁束数が増加するようになる。よってこの場合には、第2MIセンサ64の出力のほうが第1MIセンサ66の出力よりも小さくなる。
【0043】
2つのセンサ出力は演算手段に入力され、そこで所定の演算が行われる。ここでは、第1MIセンサ64のセンサ出力VAと第2MIセンサ66のセンサ出力VBとの差を計算し、この値(VA−VB)に基づいて入力シャフト46と出力シャフト48との回転角を求め、さらにその結果に基づいてそのときのトルクを計算する。
【0044】
本実施例においても、磁界強度を検知する手段として、従来用いていたコイルの代わりにMIセンサ64,66を用いているので、高感度なトルクセンサ42を提供することができる。しかも、コイルの巻線が不要になる結果、比較的簡単に製造可能なものとすることができる。さらに、大型化や故障発生の原因となる検出用コイルを必須構成要素としていないため、全体の小型化が容易でありかつ信頼性に優れたトルクセンサ42とすることができる。
また、本実施例では2つのMIセンサ64,66の出力差の値(VA−VB)に基づいてトルクを検出する構成となっているため、よりいっそう高感度化なトルクセンサ42を提供することができる。また、温度の影響を排除することもできる。
【0045】
(第5実施例)
図7のトルクセンサから、突片70と第1MIセンサ66を除去することができる。この場合、永久磁石62→第3センサリング60→突片68→MIセンサ64→MIセンサ64の内側にできるエアギャップ→第2センサリング58→第2センサリング58の歯部58a→第2センサリング58の歯部58aと第1センサリング56の歯部56a間のエアギャップ→第1センサリング56の歯部56a→第1センサリング56→永久磁石62の内側にできるエアギャップ→永久磁石62の磁路を循環する磁束の大きさがMIセンサ64で計測される。計測される磁束の大きさは、第2センサリング58の歯部58aと第1センサリング56の歯部56a間のエアギャップの磁気抵抗に依存し、その磁気抵抗はトーションバー44のねじれ角に依存することから、MIセンサ64によってトーションバー44をねじるトルクを測定することができる。
【0046】
(第6実施例)
図1又は図4の回転角センサをトーションバーの上端と下端に設けることによってトルクセンサを構成することもできる。各回転角センサの出力から回転角を計測し、その差からトーションバーのねじれ角を計測し、そのねじれ角からトルクを計測することができる。
【0047】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
・例えば、図10に示す別の実施例の回転角センサ72のような構成であってもよい。この回転角センサ72では、ステータ6の内周側における異なる位置に、第1センサ設置部である突片16と、第2センサ設置部である突片16aとが突設されている。モータシャフト10の回転中心Oを基準とした両突片16,16a同士のなす角度は、45°ではなく30°に設定されている。そして、突片16の先端には第1MIセンサ18が設置され、突片16aには第2MIセンサ18aが設置されている。一方、これに対応してロータ74の外形形状が略正六角形状に形成されている。このような構成であっても、上記第3実施例のものと同様の作用効果を奏することができる。
なお、ロータ外形形状としては略正方形や略正六角形状のみに限定されることはなく、それ以外の略正n角形状(例えば略正八角形状)を採用してもよいほか、略正n多角形でない異形形状を採用することも可能である。
【0048】
・第1実施例等においては永久磁石14の設置位置を突片12の先端に設定したが、これに限定されることはなく、例えばステータ6における円環部などに設定することもできる。また、MIセンサ18についても同様に、突片18ではなくステータ6の円環部などに設置してもよい。
・ステータ6側にMIセンサ18や永久磁石14を設けた構成に代え、ロータ4側にMIセンサ18や永久磁石14を設けた構成にすることも可能である。
【0049】
本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した第1実施例の回転角センサの要部概略図を示す。
【図2】第1実施例のロータが図1の状態から45°回転したときの要部概略図を示す。
【図3】第1実施例の回転角センサにおけるセンサ出力のグラフを示す。
【図4】第2実施例の回転角センサの要部概略図を示す。
【図5】第3実施例の回転角センサの要部概略図を示す。
【図6】第3実施例の回転角センサにおけるセンサ出力のグラフを示す。
【図7】第4実施例のトルクセンサの概略断面図を示す。
【図8】図7のA−A線におけるトルクセンサの要部概略断面図を示す。
【図9】第4実施例のトルクセンサの要部における部分断面図を示す。
【図10】別の実施例の回転角センサの要部概略図を示す。
【符号の説明】
2,22,32,72,82:回転角センサ。
4,24,74:内側磁性体であるロータ
6:外側磁性体であるステータ
10:回転体であるモータシャフト
14,62:永久磁石
16:第1センサ設置部である突片
16a:第2センサ設置部である突片
18,66:第1MIセンサ
18a,64:第2MIセンサ
42:トルクセンサ
44:トーションバー
56:第1磁性体である第1センサリング
56a:第1突起である歯部
58:第2磁性体である第2センサリング
58a:第2突起である歯部
60:第3磁性体である第3センサリング
R1,R2:磁路
L1,L2,L3:距離
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotation angle sensor for measuring a rotation angle of a rotating body and a sensor for measuring a torque acting on a torsion bar from a difference between rotation angles generated at both ends of the torsion bar. The sensor of the present invention is suitable for measuring a steering angle and a steering torque for an electric power steering device of a vehicle.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an electric power steering apparatus includes a torque sensor having the following configuration. A conventional torque sensor includes a torsion bar that twists when a torque acts, a first rotation angle sensor fixed to the upper end of the torsion bar, and a second rotation angle sensor fixed to the lower end of the torsion bar. Each rotation angle sensor is a resolver type rotation angle sensor, and includes a rotor coil that rotates together with the torsion bar, and a stator coil that is fixed to a fixed cylinder.
The rotation angle of the upper end side of the torsion bar is measured from the output value of the stator coil on the upper end side of the torsion bar, and the rotation angle of the lower end side of the torsion bar is measured from the output value of the stator coil on the lower end side of the torsion bar. The magnitude of the torque causing twisting of the torsion bar is measured from the difference in rotation angle.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The resolver-type rotation angle sensor requires a large number of rotor coils and stator coils, has a complicated structure, increases manufacturing costs, and is difficult to reduce in size. Furthermore, since this type of coil may be disconnected or short-circuited, there is a problem in terms of reliability.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotation angle sensor and a torque sensor that have a simple structure, can be manufactured at low cost, are easily miniaturized, and have high reliability.
[0004]
[Means for solving the problem, operation and effect]
The rotation angle sensor according to the present invention generates an inner magnetic body, an outer magnetic body arranged on the outer side of the inner magnetic body with a gap, and a magnetic flux circulating through the inner magnetic body and the outer magnetic body through the gap. A magnet and an MI sensor arranged in the middle of the magnetic path are provided. The inner magnetic body and the outer magnetic body can be rotated relative to each other, and the magnitude of the magnetic flux circulating through the gap between the inner magnetic body and the outer magnetic body varies depending on the relative rotation angle between the inner magnetic body and the outer magnetic body. To do. The MI sensor detects the magnitude of the circulating magnetic flux that changes depending on the relative rotation angle between the inner magnetic body and the outer magnetic body. The relative rotation angle can be measured from the output of the MI sensor.
[0005]
Here, the “MI sensor” refers to an ultra-sensitive magnetic sensor using a so-called magnetic impedance effect (MI effect). The MI effect is as follows. That is, when a high-frequency current or a pulse current is passed through an elongated high magnetic permeability metal, a skin effect is produced in the metal. The square of the current path depth δ at this time is proportional to the electrical resistivity ρ, but inversely proportional to the angular frequency ω of the high-frequency current and the magnetic permeability μ in the magnetic field direction caused by the current. The magnetic permeability μ in the magnetic field direction varies with the external magnetic field Hex. Accordingly, the depth δ of the current path varies depending on the external magnetic field Hex. Therefore, the electric resistance and the inductance change at the same level, and the magnitude of the impedance changes with the external magnetic field Hex. For example, when an amorphous wire is used, the rate of change of the magnitude of the impedance Z can be easily set to about 100% per Oersted. Such an electromagnetic phenomenon is called the MI effect.
In the field of applied magnetism, an electromagnetic phenomenon called GMR (giant magnetoresistance) effect is known. Recently, a magnetic sensor using this effect has been proposed in part, but a magnetic sensor using the MI effect is proposed. The higher sensitivity can be realized. Note that a magnetic sensor using the MI effect has very low power consumption and also has a very fast response because a high-frequency current becomes a carrier for magnetic modulation.
[0006]
In the first aspect of the invention, when the inner magnetic body and the outer magnetic body rotate relative to each other, the magnetic resistance of the magnetic path formed by the gap between the inner magnetic body and the outer magnetic body changes, and the inner magnetic body and the outer magnetic body change. The magnitude of the magnetic flux that circulates between the body and the gap changes. The MI sensor detects the magnitude of the changing magnetic flux. The output of the MI sensor depends on the magnitude of the magnetic flux, the magnitude of the magnetic flux depends on the magnetic resistance, and the magnetic resistance depends on the relative rotation angle between the inner magnetic body and the outer magnetic body. The relative rotation angle between the magnetic body and the outer magnetic body can be measured.
In this sensor, an ultrasensitive MI sensor is used in place of the coil in order to detect the magnitude of the magnetic flux, so that a highly sensitive rotation angle sensor can be provided. This rotation angle sensor has a simple structure, can be manufactured at low cost, is easy to miniaturize, and has high reliability.
[0007]
  The rotation angle sensor of the present inventionSaThe shortest distance between the inner and outer magnetic bodies varies depending on the relative rotation angle between the inner and outer magnetic bodies.The
  The inner magnetic body and the outer magnetic body are separated by a gap (air gap) in which magnetic flux does not easily flow. However, as the shortest distance increases, the magnetic resistance of the magnetic path increases and the magnitude of the magnetic flux decreases. As the shortest distance becomes shorter, the magnetic resistance of the magnetic path decreases and the magnitude of the magnetic flux increases.
[0008]
  The rotation angle sensor of the present invention isThe outer shape of the inner magnetic body is formed in a substantially regular polygonal shape, and the inner shape of the outer magnetic body is formed in a circular shape having a protrusion protruding inward.TheThe shortest distance between the inner magnetic body and the outer magnetic body changes depending on the relative rotation angle between the inner magnetic body and the outer magnetic body, and the magnitude of the magnetic flux circulating through the gap between the inner magnetic body and the outer magnetic body is on the inner side. It varies depending on the relative rotation angle between the magnetic body and the outer magnetic body.
  In this case, when the inner magnetic body and the outer magnetic body rotate relative to each other, the MI sensor voltage becomes a clean signal having a sine wave or a waveform similar to the sine wave, and the mathematics for calculating and converting the signal waveform into a rotation angle is simplified. As a result, high accuracy can be achieved relatively easily.
[0009]
  The MI sensor is preferably fixed to the outer magnetic body.2).
  When the MI sensor is provided on the rotating body side, it is troublesome to take out the wiring. On the other hand, if the MI sensor is fixed to the outer magnetic body, the wiring drawing is simplified.
[0010]
  Preferably, the magnet is fixed to the outer magnetic body.3). In this case, the inner magnetic body is greatly simplified.
[0011]
  It is preferable that the MI sensor and the magnet are fixed to the outer magnetic body at symmetrical positions sandwiching the rotation center of the inner magnetic body.4). In this case, it is difficult for noise to be applied to the output voltage of the MI sensor, and an output voltage that varies greatly depending on the relative rotation is obtained.
[0012]
  In the rotation angle sensor of the present invention,The outer shape of the inner magnetic body is formed in a substantially regular n-square shape.AndPreferably, the first MI sensor and the second MI sensor are fixed at positions separated by an odd multiple of 360 ° / 2n on the inner circumference side of the outer magnetic body.5, 6).
  When two MI sensors are arranged in this positional relationship, one MI sensorIs approximately positive nWhen the inner magnetic body having a rectangular outer shape is opposed to the corner of the inner magnetic body, the other MI sensor is opposed to the midpoint of the side extending between the corners of the inner magnetic body. Therefore, the distance between the sensor installation part with the former MI sensor and the inner magnetic body is minimized, while the distance between the sensor installation part with the latter MI sensor and the inner magnetic body is maximized. The phase difference between the sensor outputs obtained by the two MI sensors is 180 °, and if a predetermined calculation is performed based on these two types of sensor outputs, the temperature variable can be eliminated. In other words, as a result of the temperature compensation being possible, it is possible to provide a highly accurate rotation angle sensor that is resistant to temperature changes.
[0015]
  By using a pair of the rotation angle sensors described above, a sensor that measures the torque acting on the torsion bar can be realized. That is, it is claimed at one end of a torsion bar extending along the rotation axis.Any one of 1 to 6A rotation angle sensor is connected to the other end of the torsion bar.Any one of 1 to 6A torque sensor can be realized by connecting a rotation angle sensor.7).
  In this case, the pair of rotation angle sensors can detect the rotation angle at one end of the torsion bar and the rotation angle at the other end of the torsion bar, and detect the difference between them, that is, the twist angle of the torsion bar. And the magnitude of the torque causing the twist can be measured.
[0017]
  OrA torsion bar extending along the rotation axis; a first magnetic body connected to one end of the torsion bar and having a first protrusion; and a second magnetic body connected to the other end of the torsion bar and facing the first protrusion. A second magnetic body having a protrusion, a first magnetic body, a third magnetic body disposed outside the second magnetic body, a “first magnetic flux circulating through the first magnetic body and the third magnetic body”, and a “first magnetic body” 1 magnetic body, 2nd magnetic body, and 2nd magnetic flux circulating through 3rd magnetic body "AndA magnet to be generated, a first MI sensor arranged in the middle of the first magnetic path through which the first magnetic flux flows, and a second MI sensor arranged in the middle of the second magnetic path through which the second magnetic flux flows.Can also be configured. This torque sensorIsWhen the torsion bar is twisted, the opposing area of the first protrusion and the second protrusion changes, and the output value of the first MI sensor and the output value of the second MI sensor change accordingly.8).
  The effect of temperature can be eliminated by processing both output values. Further, when the output of the first MI sensor increases, the output of the second MI sensor decreases. When the output of the first MI sensor decreases, the output of the second MI sensor increases. Therefore, a large output change is obtained by taking the difference between the two. be able to.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The main features of the embodiments of the present invention to be described later will be described.
(Form 1) The rotation angle sensor according to claim 1, comprising a rotor that is an inner magnetic body and a stator that is an outer magnetic body, and the outer shape of the rotor is formed in a substantially square shape.
(Mode 2) The first sensor installation portion and the second sensor installation portion are protruded at different positions on the inner peripheral side of the stator, the first MI sensor is installed in the first sensor installation portion, and the second sensor installation portion is Install 2MI sensor. A rotation angle sensor, wherein the outer shape of the rotor is substantially square, and the angle formed by the first MI sensor and the second MI sensor with respect to the rotation center of the rotating body is set to an odd multiple of 45 °.
[0019]
【Example】
First Embodiment FIG. 1 shows a schematic diagram of the main part of a rotation angle sensor 2 of the first example, FIG. 2 shows a schematic diagram of the main part when the rotor 4 rotates 45 ° from the state of FIG. FIG. 3 shows a graph of the sensor output of the rotation angle sensor 2.
[0020]
As schematically shown in FIG. 1, the rotation angle sensor 2 of the present embodiment includes a rotor 4 that is an inner magnetic body made of a magnetic material such as steel and a stator 6 that is an outer magnetic body made of a similar magnetic material. And. A fixed hole 8 having a circular cross section is provided at the center of the rotor 4, and a motor shaft 10 that is a target for measuring a rotation angle is fixed to the fixed hole 8. When the motor shaft 10 rotates, the rotor 4 also rotates integrally.
[0021]
An annular stator 6 is disposed on the outer peripheral side of the rotor 4 so as to be coaxial with the motor shaft 10 and the rotor 4. The stator 6 and the rotor 4 are separated by a predetermined gap (air gap).
A projecting piece 12 extending toward the rotation center O of the motor shaft 10 is projected from a predetermined location on the inner peripheral side of the stator 6. A permanent magnet 14 is installed at the tip of the protruding piece 12. The permanent magnet 14 is arranged with the N pole facing the inner periphery and the S pole facing the outer periphery.
[0022]
On the inner peripheral side of the stator 6, another protruding piece 16 extending toward the rotation center O of the motor shaft 10 protrudes from a position (symmetrical position) facing the protruding piece 12 across the motor shaft 10. . An MI sensor 18 is installed at the tip of the projecting piece 16.
[0023]
The permanent magnet 14 generates a magnetic flux that circulates in the order of the magnet 14 → the gap (air gap) → the rotor 4 → the gap (air gap) → the MI sensor 18 → the projecting piece 16 → the stator 6 → the projecting piece 12. The MI sensor 18 is in the middle of the magnetic path through which the magnetic flux circulates, and detects the magnitude of the circulating magnetic flux.
[0024]
As described above, the “MI sensor” refers to an ultrasensitive magnetic sensor using the MI effect. The MI sensor 18 to be used is not particularly limited, but in this embodiment, an MI element in which pickup means is provided around an amorphous wire (composition: 4% Fe68% Co13% Si15% B) is used. In addition, canceling means for creating a magnetic field state that apparently cancels the external magnetic field may be provided. The amorphous wire is electrically connected to a pulse signal generation circuit provided separately from the MI element. The pulse signal generation circuit includes a DC power supply circuit and a chopper circuit, and outputs a predetermined pulse current to the amorphous wire. The pickup means is electrically connected to a signal processing circuit provided separately from the MI element. The current picked up by the pick-up means is processed by a signal processing circuit and then output as a sensor output signal. Since this type of MI sensor 18 is driven by a pulse signal, the power consumption is extremely small and is about several tens of mW at most.
[0025]
As shown in FIG. 1, in the rotation angle sensor 2 of the present embodiment, the outer shape of the rotor 4 is formed to be rotationally symmetric, more specifically, formed to have a substantially square shape. Yes. The four corners of the rotor 4 are somewhat rounded so that the sensor output waveform is a sine wave with respect to the rotation angle.
[0026]
The inner end surface part of the permanent magnet 14 installed at the tip of the projecting piece 12 and the inner end surface part of the MI sensor 18 installed at the tip of the projecting piece 16 are closer to the rotor 4 side than the other parts of the stator 6. is doing. Most of the magnetic flux emitted from the permanent magnet 14 is configured to flow preferentially through an air gap formed inside the permanent magnet 14 and an air gap formed inside the MI sensor 18. That is, the distance L1 between the inner end surface of the permanent magnet 14 and the outer periphery of the rotor 4 is the shortest distance between the rotor and the stator, and the distance L2 between the inner end surface of the MI sensor 18 and the outer periphery of the rotor 4 is between the rotor and the stator. The shortest distance. The inner shape of the remaining portion of the stator 6 is located outside, and the distance between the rotor and the remaining portion of the stator 6 is large. Clearly comparing FIG. 1 and FIG. 2, the shortest distances L1, L2 between the rotor and the stator vary depending on the relative rotation of the rotor and the stator. When the rotor 4 is at the rotational position shown in FIG. 1, the MI sensor 18 is in a state facing one corner of the rotor 4, and the permanent magnet 14 is in a state facing another corner of the rotor 4. At this time, the values of L1 and L2 are both minimum values. In other words, the two air gaps are both minimized. As a result, the magnitude of the magnetic flux flowing through the magnetic path R1 increases, and the largest voltage signal is output from the MI sensor 18 at this time. When the rotor 4 is at the rotational position shown in FIG. 2, the MI sensor 18 is in a state facing the midpoint of one side of the rotor 4, and the permanent magnet 14 is in a state facing the midpoint of another side of the rotor 4. At this time, the values of L1 and L2 are both maximum values. In other words, the two air gaps are both maximum values. As a result, the magnitude of the magnetic flux flowing through the magnetic path R1 decreases, and the smallest voltage signal is output from the MI sensor 18 at this time.
The shortest distances L1 and L2 and the magnitude of the magnetic flux flowing through the magnetic path R1 increase and decrease with a 90 ° period as the rotor 4 rotates. As a result, the output voltage of the MI sensor 18 has a sinusoidal waveform that changes at a cycle of 90 ° with respect to the relative rotation angle, as shown in the graph of FIG.
[0027]
The output voltage of the MI sensor 18 is input to a calculation means (not shown), and a predetermined calculation is performed. That is, the number of occurrences and the voltage value of the maximum value / minimum value of the signal voltage are specified, and the rotation angle θ (°) between the rotor 4 and the motor shaft 10 is obtained based on them.
[0028]
Now, according to the rotation angle sensor 2 of the present embodiment configured as described above, the following operational effects can be obtained.
In this embodiment, the magnitude of the magnetic flux flowing through the magnetic path R1 is detected by the MI sensor 18 provided in the middle of the magnetic path R1. Since the output of the MI sensor 18 changes according to the magnitude of the magnetic flux, the rotation angle is detected from this sensor output. In the present embodiment, since the MI sensor 18 is used as the magnetic flux detection means instead of the conventionally used coil, a highly sensitive rotation angle sensor 2 can be provided. Moreover, according to the present embodiment, the rotation angle sensor 2 that can be manufactured relatively easily can be provided because the winding of the coil is not necessary. Furthermore, in the rotation angle sensor 2 of the present embodiment, since the detection coil that causes an increase in size and the occurrence of a failure is not an essential component, the entire size can be easily reduced and the reliability can be improved.
Further, in the rotation angle sensor 2 of the present embodiment, the outer shape of the rotor 4 is formed in a substantially square shape so that the shortest distances L1 and L2 between the rotor 4 and the stator 6 are periodically changed as the rotor 4 rotates. ing. The approximate squares have the same distance from the center of gravity of the figure (here, the same as the rotation center O) to the four corners, the distances from the center of gravity to the four sides are also equal, and the corners are centered on the center of gravity. The angle also has properties such as being equal to 90 °. Therefore, when the rotor 4 whose outer shape is formed in a substantially square shape rotates, the shortest distances L1 and L2 between the rotor 4 and the stator 6 change with a 90 ° period. At this time, the MI sensor 18 outputs the maximum output value and the minimum output value alternately and regularly, and a clean sine wave signal waveform can be obtained. This is convenient when the rotation angle is detected by arithmetic processing based on the signal waveform, and as a result, high accuracy can be achieved relatively easily.
In the rotation angle sensor 2 described above, the MI sensor 18 is provided in the sensor installation portion 16 that protrudes from the inner peripheral side of the stator 6 that is a stationary member. Therefore, unlike the case where the MI sensor 18 is provided in the rotor 4 on the rotating side, it is not necessary to adopt a complicated wiring drawing structure. Therefore, simplification of the sensor structure, reduction in manufacturing cost, improvement in reliability, etc. can be achieved.
[0029]
(Second embodiment)
Next, the rotation angle sensor 22 of the second embodiment will be described. Here, the same components as those in the first embodiment are designated by the same member numbers, and detailed description thereof is omitted. FIG. 4 shows a schematic diagram of a main part of the rotation angle sensor 22 of the second embodiment. In this embodiment, the permanent magnet 14 on the stator 6 side is omitted, but a rotor 24 having a configuration different from that of the first embodiment is used. The rotor 24 made of a magnetic material has a circular outer shape and is magnetized so that the magnetic poles change every 45 ° along its circumferential direction. Further, the projecting piece 12 is provided at a position of 45 ° from the projecting piece 16. In this case, the remaining 315 ° range of the stator 6 can be omitted.
In the case of this configuration, even if the rotor 24 rotates, the values of the shortest distances L1 and L2 between the rotor and the stator do not change. However, the polarity of the magnet at the position facing the MI sensor 18 changes alternately such as N pole, S pole, N pole, S pole,. In synchronism with this, the polarities of the magnets facing the protruding pieces 12 are alternately changed to S pole, N pole, S pole, N pole, and so on. The polarity at the position facing the MI sensor 18 is opposite to the polarity at the position facing the protrusion 12.
[0030]
Even with this configuration, the magnitude of the magnetic flux circulating in the order of the projecting piece 12 → the gap (air gap L1) → the rotor 24 → the gap (air gap L2) → the MI sensor 18 → the projecting piece 16 → the stator 6 → the projecting piece 12 is Along with the rotation of the rotor 24, it can be greatly changed at a period of 90 °. A sensor output signal composed of a sine wave having a larger amplitude than in the first embodiment can be obtained, and the angular resolution can be made finer. As a result, higher sensitivity can be achieved.
Further, since the magnetized rotor 24 also serves as a means for generating a magnetic flux, there is an advantage that it is not necessary to provide the permanent magnet 14 as in the first embodiment.
[0031]
(Third embodiment)
Next, the rotation angle sensor 32 of the third embodiment will be described. Here, the same components as those in the first embodiment are designated by the same member numbers, and detailed description thereof is omitted. FIG. 5 shows a schematic diagram of the main part of the rotation angle sensor 32 of the third embodiment, and FIG. 6 shows a graph showing the change of the sensor output with respect to the rotation angle.
In the case of the rotation angle sensor 32, a projecting piece 16 that is a first sensor installing portion and a projecting piece 16 a that is a second sensor installing portion are projectingly provided at different positions on the inner peripheral side of the stator 6. The angle formed between the projecting pieces 16 and 16a with respect to the rotation center O of the motor shaft 10 is set to 45 °. A first MI sensor 18 is installed at the tip of the projecting piece 16, and a second MI sensor 18a is installed on the projecting piece 18a. Similarly, a projecting piece 12 and a second projecting piece 12a project from different positions on the inner peripheral side of the stator 6. The angle formed between the projecting pieces 12 and 12a with respect to the rotation center O of the motor shaft 10 is set to 45 °. A first magnet 14 is installed at the tip of the projecting piece 12, and a second magnet 14a is installed on the projecting piece 12a. In this case, two sets of magnet-MI sensor pairs of the first embodiment are arranged in a 45 ° relationship.
[0032]
The inner end surface part of the second MI sensor 18a installed on the stator 6 side is in a state closer to the rotor 4 side than the other part (annular part) of the stator 6. For this reason, in the rotation angle sensor 32 of the present embodiment, the magnetic flux emitted from the permanent magnets 14 and 14a branches and flows into an air gap formed inside the first MI sensor 18 and an air gap formed inside the second MI sensor 18a. It has become. That is, the magnetic flux circulating in the order of the rotor 4 → the clearance (air gap L2) → the first MI sensor 18 → the projecting piece 16 → the magnetic path R1 of the stator 6 and the rotor 4 → the clearance (air gap L3) → the second MI sensor 18a → the projection. A magnetic flux that circulates in the order of the piece 16a → the magnetic path R2 of the stator 6 is formed.
The distance between the inner end surface of the permanent magnet 14 and the outer peripheral portion of the rotor 4 is L1, and the distance between the inner end surface of the first MI sensor 18 and the outer peripheral portion of the rotor 4 is L2, and the inner end surface of the second MI sensor 18a and the rotor 4 are The distance from the outer peripheral portion is L3, and the distance between the inner end face of the permanent magnet 14a and the outer peripheral portion of the rotor 4 is L4.
[0033]
When the rotor 4 is in the rotational position shown in FIG. 5, the first MI sensor 18 is in a state facing one corner of the rotor 4, and the second MI sensor 18 a is in a state facing the midpoint of one side of the rotor 4. Become. At this time, L2 becomes the minimum value and L3 becomes the maximum value. As a result, the magnitude of the magnetic flux flowing through the magnetic path R1 increases, and the largest voltage signal is output from the first MI sensor 18 at this time. On the other hand, the magnetic flux flowing through the magnetic path R2 decreases, and at this time, the smallest voltage signal is output from the second MI sensor 18a.
When the rotor 4 is rotated 45 ° from the rotational position shown in FIG. 5, the first MI sensor 18 is in a state of facing the midpoint of one side of the rotor 4, and the second MI sensor 18 a is one corner of the rotor 4. It will be in the state of facing. At this time, L2 becomes the maximum value and L3 becomes the minimum value. As a result, the magnitude of the magnetic flux flowing through the magnetic path R1 decreases, and the smallest voltage signal is output from the first MI sensor 18 at this time. On the other hand, the magnitude of the magnetic flux flowing through the magnetic path R2 increases, and at this time, the largest voltage signal is output from the second MI sensor 18a.
Regardless of the rotation angle, the combination of the permanent magnet 14 and the permanent magnet 14a and the magnetic resistance formed between the rotors 4 are the same.
The phase difference between the sensor outputs obtained by the two MI sensors 18 and 18a is 180 ° as shown in FIG. In this figure, a solid sine wave curve indicates the output signal of the first MI sensor 18, and a broken sine wave curve indicates the signal output of the second MI sensor 18a. The two types of sensor output signals are input to a calculation means (not shown), and the following calculation is performed based on these sensor output signals.
[0034]
When the output of the first MI sensor 18 is VA (volts) and the output of the second MI sensor 18a is VB (volts), VA and VB can be expressed by the following equations 1 and 2, respectively. Note that a is a value determined by the magnetomotive force of the permanent magnets 14 and 14a, and is a so-called temperature variable in which the value of a also changes with temperature changes.
VA = a + sin θ Equation 1
VB = a + sin (θ + 180 °) Equation 2
Here, when the difference between VA and VB is taken, the following equation 3 is obtained.
VA−VB = sin θ−sin (θ + 180 °)
= 2sinθ Equation 3
Eventually, the term of the temperature variable disappears, so it can be seen that the value of VA-VB is not affected by the temperature change. Therefore, if the VA-VB value obtained from the two sensor outputs and the number of appearances of the maximum value of the VA-VB value are specified, the rotation angle θ (°) of the rotor 4 and the motor shaft 10 can be obtained. .
[0035]
In the present embodiment, the temperature variable can be eliminated by using two sensor outputs. That is, as a result of the temperature compensation being possible, it is possible to provide the rotation angle sensor 32 that is resistant to temperature changes and is extremely accurate. In addition, when such a calculation is performed, a sensor output signal having twice the amplitude as in the first embodiment can be obtained, so that the resolution becomes finer and higher sensitivity can be achieved.
[0036]
(Fourth embodiment)
Next, a description will be given of a fourth embodiment in which the present invention is embodied in a torque sensor 42 for electric power steering of a vehicle. 7 is a schematic cross-sectional view of the torque sensor 42, FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a main part taken along line AA in FIG. 7, and FIG. 9 is a partial cross-sectional view of the main part of the torque sensor 42. Yes.
[0037]
As shown in FIG. 7, a hollow input shaft 46 that is coaxial with the torsion bar 44 is connected to the upper end of the torsion bar 44 that constitutes the torque sensor 42. A vehicle steering (not shown) is connected to the upper portion of the input shaft 46. On the other hand, a hollow output shaft 48 that is coaxial with the torsion bar 44 is connected to the lower end of the torsion bar 44. The input shaft 46 and the output shaft 48 rotate relative to each other as the torsion bar 44 is twisted.
A first sensor ring 56 (first magnetic body 56) made of a magnetic material is fixed to the outer periphery of the input shaft 46. A second sensor ring 58 (second magnetic body 58) made of a magnetic material is fixed to the outer periphery of the output shaft 48.
As shown in FIGS. 7 and 9, the first sensor ring 56 has an annular shape extending in the circumferential direction surrounding the torsion bar 44, and a comb tooth shape is formed on the lower end side of the first sensor ring 56. A large number of rectangular teeth 56a are formed as the first protrusions to be formed. Further, the second sensor ring 58 also has an annular shape extending in the circumferential direction surrounding the torsion bar 44, and a plurality of rectangular shapes are formed as comb-shaped second protrusions on the upper end side of the second sensor ring 58. The tooth part 58a is formed.
Each tooth portion 56a is opposed to each tooth portion 58a with a gap in the phase while having a gap in the axial direction.
When the torsion bar 44 is not twisted, approximately half of the end area of each tooth portion 56a faces the end surface of each tooth portion 58a. When the torsion bar 44 is twisted to the right, the opposing area of each tooth 56a and each tooth 58a increases, and when the torsion bar 44 is twisted to the left, the opposing area of each tooth 56a and each tooth 58a decreases.
[0038]
On the outer periphery of the input shaft 46 and the output shaft 48, an upper housing 52 and an unillustrated under housing are provided via a bearing 50. In the upper housing 52, a third sensor ring 60 as a third magnetic body made of a magnetic material is fixed. The third sensor ring 60 is disposed so as to surround the first sensor ring 56 with a gap. Further, the third sensor ring 60 is disposed so as to surround the second sensor ring 58 with a gap.
[0039]
A permanent magnet 62, which is a means for generating magnetic flux, is disposed in a region on the first sensor ring 56 side of the third sensor ring 60, specifically, at the upper end portion of the inner peripheral surface of the third sensor ring 60. ing. A slight gap is provided between the inner end surface of the permanent magnet 62 and the outer peripheral surface of the first sensor ring 56.
A projecting piece 70 is provided on the inner peripheral surface of the third sensor ring 60 at an intermediate height, and a first MI sensor 66 is installed at the tip of the projecting piece 70. The first MI sensor 66 is disposed at a position close to the outer peripheral surface of the first sensor ring 56. A projecting piece 68 is provided at the lower end portion of the inner peripheral surface of the third sensor ring 60, and a second MI sensor 64 is installed at the tip of the projecting piece 68. The second MI sensor 64 is disposed at a position close to the outer peripheral surface of the second sensor ring 58.
[0040]
In the torque sensor 42 configured as described above, two magnetic paths R1 and R2 are formed as shown in FIG. The first magnetic path R1 can be formed inside the permanent magnet 62 → the third sensor ring 60 → the projecting piece 70 → the first MI sensor 66 → the inside of the first MI sensor 66 → the first sensor ring 56 → the inside of the permanent magnet 62. It becomes a path of air gap → permanent magnet 62. The second magnetic path R2 includes the permanent magnet 62 → the third sensor ring 60 → the protrusion 68 → the second MI sensor 64 → the air gap formed inside the second MI sensor 64 → the second sensor ring 58 → the teeth of the second sensor ring 58. Air gap between tooth part 58a of second sensor ring 58 and tooth part 56a of first sensor ring 56 → tooth part 56a of first sensor ring 56 → first sensor ring 56 → inside of permanent magnet 62 It becomes a path of air gap → permanent magnet 62.
[0041]
When torque is transmitted to the input shaft 46 by the steering operation, the torsion bar 44 is twisted to cause relative rotation between the input shaft 46 and the output shaft 48. Thereby, the opposing areas of the tooth portions 56a and 58a of the first sensor ring 56 and the second sensor ring 58 change. In this embodiment, the facing area between the tooth portions 56a and 58a, the amount of air gap, etc. are adjusted in advance so that the number of magnetic fluxes passing through the two MI sensors 64 and 66 is approximately the same in the initial state where no torque is applied. Has been.
[0042]
When torque is applied in the direction in which the opposing areas of the tooth portions 56a and 58a increase, the number of magnetic fluxes passing through the second MI sensor 64 increases and the number of magnetic fluxes passing through the first MI sensor 66 decreases. In this case, the output of the second MI sensor 64 is larger than the output of the first MI sensor 66. Conversely, when torque is applied in the direction in which the facing area decreases, the number of magnetic fluxes passing through the second MI sensor 64 decreases and the number of magnetic fluxes passing through the first MI sensor 66 increases. Therefore, in this case, the output of the second MI sensor 64 is smaller than the output of the first MI sensor 66.
[0043]
The two sensor outputs are input to the calculation means, where a predetermined calculation is performed. Here, the difference between the sensor output VA of the first MI sensor 64 and the sensor output VB of the second MI sensor 66 is calculated, and the rotation angle between the input shaft 46 and the output shaft 48 is obtained based on this value (VA−VB). Further, the torque at that time is calculated based on the result.
[0044]
Also in this embodiment, since the MI sensors 64 and 66 are used in place of the conventionally used coils as means for detecting the magnetic field strength, the highly sensitive torque sensor 42 can be provided. In addition, as a result of the fact that the winding of the coil becomes unnecessary, it can be manufactured relatively easily. Furthermore, since the detection coil that causes an increase in size and the occurrence of a failure is not an essential component, the torque sensor 42 can be easily reduced in size and excellent in reliability.
Further, in the present embodiment, since the torque is detected based on the output difference value (VA−VB) between the two MI sensors 64 and 66, the torque sensor 42 with higher sensitivity can be provided. Can do. In addition, the influence of temperature can be eliminated.
[0045]
(5th Example)
The projecting piece 70 and the first MI sensor 66 can be removed from the torque sensor of FIG. In this case, permanent magnet 62 → third sensor ring 60 → projection piece 68 → MI sensor 64 → air gap formed inside MI sensor 64 → second sensor ring 58 → tooth portion 58a of second sensor ring 58 → second sensor Air gap between the tooth portion 58a of the ring 58 and the tooth portion 56a of the first sensor ring 56 → the tooth portion 56a of the first sensor ring 56 → the first sensor ring 56 → the air gap formed inside the permanent magnet 62 → the permanent magnet 62 The magnitude of the magnetic flux circulating through the magnetic path is measured by the MI sensor 64. The magnitude of the measured magnetic flux depends on the magnetic resistance of the air gap between the tooth portion 58a of the second sensor ring 58 and the tooth portion 56a of the first sensor ring 56, and the magnetic resistance depends on the twist angle of the torsion bar 44. Therefore, the torque for twisting the torsion bar 44 by the MI sensor 64 can be measured.
[0046]
(Sixth embodiment)
The torque sensor can also be configured by providing the rotation angle sensors of FIG. 1 or FIG. 4 at the upper and lower ends of the torsion bar. The rotation angle can be measured from the output of each rotation angle sensor, the torsion angle of the torsion bar can be measured from the difference, and the torque can be measured from the torsion angle.
[0047]
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, a configuration like the rotation angle sensor 72 of another embodiment shown in FIG. 10 may be used. In the rotation angle sensor 72, a protruding piece 16 that is a first sensor installation portion and a protruding piece 16a that is a second sensor installation portion protrude from different positions on the inner peripheral side of the stator 6. The angle formed between the projecting pieces 16 and 16a with respect to the rotation center O of the motor shaft 10 is set to 30 ° instead of 45 °. The first MI sensor 18 is installed at the tip of the projecting piece 16, and the second MI sensor 18a is installed on the projecting piece 16a. On the other hand, the outer shape of the rotor 74 is formed in a substantially regular hexagonal shape. Even with such a configuration, the same effects as those of the third embodiment can be achieved.
Note that the outer shape of the rotor is not limited to a substantially square shape or a substantially regular hexagonal shape, and other substantially regular n-corner shapes (for example, a substantially regular octagonal shape) may be employed, or a substantially regular n-number. It is also possible to adopt an irregular shape that is not square.
[0048]
In the first embodiment or the like, the installation position of the permanent magnet 14 is set at the tip of the projecting piece 12, but the present invention is not limited to this. For example, the permanent magnet 14 can be set at the annular portion of the stator 6. Similarly, the MI sensor 18 may be installed not on the projecting piece 18 but on the annular portion of the stator 6.
Instead of the configuration in which the MI sensor 18 and the permanent magnet 14 are provided on the stator 6 side, the MI sensor 18 and the permanent magnet 14 may be provided on the rotor 4 side.
[0049]
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and has technical utility by achieving one of the purposes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a main part of a rotation angle sensor according to a first embodiment embodying the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of the main part when the rotor of the first embodiment is rotated 45 ° from the state of FIG. 1;
FIG. 3 shows a graph of sensor output in the rotation angle sensor of the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic diagram of a main part of a rotation angle sensor according to a second embodiment.
FIG. 5 is a schematic view of a main part of a rotation angle sensor according to a third embodiment.
FIG. 6 is a graph of sensor output in the rotation angle sensor of the third embodiment.
FIG. 7 is a schematic sectional view of a torque sensor according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a main part of the torque sensor taken along line AA in FIG. 7;
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of a main part of a torque sensor according to a fourth embodiment.
FIG. 10 is a schematic view of a main part of a rotation angle sensor according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
2, 22, 32, 72, 82: rotation angle sensors.
4, 24, 74: Rotor which is an inner magnetic body
6: Stator as outer magnetic body
10: Motor shaft as a rotating body
14, 62: Permanent magnet
16: Projection piece as first sensor installation part
16a: Projection piece as second sensor installation part
18, 66: first MI sensor
18a, 64: second MI sensor
42: Torque sensor
44: Torsion bar
56: The first sensor ring which is the first magnetic body
56a: tooth part which is the first protrusion
58: Second sensor ring as second magnetic body
58a: tooth part which is the second protrusion
60: Third sensor ring as third magnetic body
R1, R2: Magnetic path
L1, L2, L3: Distance

Claims (8)

内側磁性体と、内側磁性体の外側に隙間を隔てて配置された外側磁性体と、内側磁性体と外側磁性体と隙間を経由して循環する磁束を発生させる磁石と、磁路の途中に配置されたMIセンサとを備え、
内側磁性体と外側磁性体は相対回転可能であり、内側磁性体と外側磁性体の最短距離が内側磁性体と外側磁性体の相対回転角に依存して変化し、内側磁性体と外側磁性体の相対回転角に依存して変化する前記循環磁束の大きさを前記MIセンサで検出し、そのMIセンサの出力から前記相対回転角を測定する回転角センサであり、
内側磁性体の外形が略正多角形状に形成されているとともに外側磁性体の内形が内側に突出する突部を有する円形に形成されていることを特徴とする回転角センサ。
An inner magnetic body, an outer magnetic body arranged outside the inner magnetic body with a gap, a magnet that generates a magnetic flux circulating through the inner magnetic body and the outer magnetic body, and a magnetic path An MI sensor arranged,
The inner magnetic body and the outer magnetic body are rotatable relative to each other, and the shortest distance between the inner magnetic body and the outer magnetic body changes depending on the relative rotation angle between the inner magnetic body and the outer magnetic body. the magnitude of the circulating magnetic flux changes depending on the relative rotation angle detected by the MI sensor, a rotation angle sensor that measures the relative rotation angle from the output of the MI sensor,
A rotation angle sensor characterized in that the outer shape of the inner magnetic body is formed in a substantially regular polygonal shape, and the inner shape of the outer magnetic body is formed in a circular shape having a protrusion protruding inward.
MIセンサが、外側磁性体に固定されていることを特徴とする請求項1の回転角センサ。 The rotation angle sensor according to claim 1, wherein the MI sensor is fixed to the outer magnetic body. 磁石が、外側磁性体に固定されていることを特徴とする請求項1又は2の回転角センサ。 The rotation angle sensor according to claim 1 or 2, wherein the magnet is fixed to the outer magnetic body. MIセンサと磁石が、内側磁性体の回転中心を挟む対称位置において外側磁性体に固定されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項の回転角センサ。 The rotation angle sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the MI sensor and the magnet are fixed to the outer magnetic body at symmetrical positions sandwiching the rotation center of the inner magnetic body. 内側磁性体の外形が略正n角形状に形成されており、外側磁性体の内周側の360°/2nの奇数倍だけ隔てた位置に第1MIセンサと第2MIセンサを固定したことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項の回転角センサ。The outer shape of the inner magnetic body is formed in a substantially regular n-corner shape, and the first MI sensor and the second MI sensor are fixed at positions separated by an odd multiple of 360 ° / 2n on the inner peripheral side of the outer magnetic body. The rotation angle sensor according to any one of claims 1 to 4 . 内側磁性体と、内側磁性体の外側に隙間を隔てて配置された外側磁性体と、内側磁性体と外側磁性体と隙間を経由して循環する磁束を発生させる磁石と、磁路の途中に配置されたMIセンサとを備え、An inner magnetic body, an outer magnetic body arranged on the outside of the inner magnetic body with a gap, a magnet that generates a magnetic flux circulating through the gap between the inner magnetic body and the outer magnetic body, and in the middle of the magnetic path With the arranged MI sensor,
内側磁性体と外側磁性体は相対回転可能であり、内側磁性体と外側磁性体の相対回転角に依存して変化する前記循環磁束の大きさを前記MIセンサで検出し、そのMIセンサの出力から前記相対回転角を測定する回転角であり、  The inner magnetic body and the outer magnetic body are relatively rotatable, and the MI sensor detects the magnitude of the circulating magnetic flux that changes depending on the relative rotation angle between the inner magnetic body and the outer magnetic body, and the output of the MI sensor. A rotation angle for measuring the relative rotation angle from
内側磁性体の外形が略正n角形状に形成されており、外側磁性体の内周側の360°/2nの奇数倍だけ隔てた位置に第1MIセンサと第2MIセンサを固定したことを特徴とする回転角センサ。  The outer shape of the inner magnetic body is formed in a substantially regular n-corner shape, and the first MI sensor and the second MI sensor are fixed at positions separated by an odd multiple of 360 ° / 2n on the inner peripheral side of the outer magnetic body. A rotation angle sensor.
回転軸に沿って伸びるトーションバーと、トーションバーの一端に連結されている請求項1から6のいずれか1項の回転角センサと、トーションバーの他端に連結されている請求項1から6のいずれか1項の回転角センサとを備えているトルクセンサ。A torsion bar extending along the rotation axis, a rotation angle sensor according to any one of claims 1, which is connected to one end of the torsion bar 6, claim 1, which is connected to the other end of the torsion bar 6 A torque sensor comprising the rotation angle sensor according to any one of the above . 回転軸に沿って伸びるトーションバーと、トーションバーの一端に連結されているとともに第1突起をもつ第1磁性体と、トーションバーの他端に連結されているとともに第1突起に対向する第2突起をもつ第2磁性体と、第1磁性体と第2磁性体の外側に配置された第3磁性体と、「第1磁性体と第3磁性体を循環する第1磁束」と「第1磁性体と第2磁性体と第3磁性体を循環する第2磁束」とを発生させる磁石と、第1磁束が流れる第1磁路の途中に配置された第1MIセンサ、第2磁束が流れる第2磁路の途中に配置された第2MIセンサとを備え、
トーションバーがねじれると前記第1突起と第2突起の対向面積が変化し、それに追随して第1MIセンサの出力値と第2MIセンサの出力値がともに変化し、前記第1MIセンサの出力値と第2MIセンサの出力値の差から前記トーションバーにねじれをもたらしているトルクの大きさを測定することができるトルクセンサ。
A torsion bar extending along the rotation axis; a first magnetic body connected to one end of the torsion bar and having a first protrusion; and a second magnetic body connected to the other end of the torsion bar and facing the first protrusion. A second magnetic body having a protrusion, a first magnetic body, a third magnetic body disposed outside the second magnetic body, a “first magnetic flux circulating through the first magnetic body and the third magnetic body”, and a “first magnetic body” A magnet that generates a first magnetic body, a second magnetic body, and a second magnetic flux that circulates through the third magnetic body, a first MI sensor disposed in the middle of a first magnetic path through which the first magnetic flux flows, and a second magnetic flux A second MI sensor disposed in the middle of the flowing second magnetic path,
When the torsion bar is twisted, the opposing area of the first protrusion and the second protrusion changes, and the output value of the first MI sensor and the output value of the second MI sensor both change accordingly, and the output value of the first MI sensor A torque sensor capable of measuring the magnitude of torque causing twisting of the torsion bar from the difference in output value of the second MI sensor.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160029988A (en) * 2014-09-05 2016-03-16 대성전기공업 주식회사 Torque sensor unit

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5008274B2 (en) * 2005-05-18 2012-08-22 光洋電子工業株式会社 Torque detection device and rotation angle detection device
KR101675531B1 (en) * 2009-11-20 2016-11-14 엘지이노텍 주식회사 Apparatus for detecting steering torque and steering angle of vehicle
KR101650457B1 (en) * 2009-11-20 2016-08-23 엘지이노텍 주식회사 Apparatus for detecting steering torque and steering angle of vehicle
WO2014054507A1 (en) * 2012-10-01 2014-04-10 日立オートモティブシステムズ株式会社 Rotation angle measurement device and rotation machine employing same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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