JP4852056B2 - Torque detection device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the variation of output caused by the displacement error in an axial direction. <P>SOLUTION: A torque detection device comprises a rotary shaft (input shaft 1), a magnetostriction film provided on the rotary shaft, and a cylindrical multi-wound coil 11 for detecting the variation of permeability to the rotary torque inputted to the rotary shaft, and bisects the magnetostriction film in an axial direction and at the same time the bisected magnetostriction films are respectively structured by different compositions. A pair of the multi wound coils 11 are arranged facing each magnetostriction film respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、回転トルクを検出するトルク検出装置に関し、さらに詳しくは、回転軸に生じる磁歪効果を検出コイルにて電気的に検出するトルク検出装置に関する。   The present invention relates to a torque detection device that detects rotational torque, and more particularly, to a torque detection device that electrically detects a magnetostriction effect generated in a rotation shaft with a detection coil.

磁歪式トルクセンサは、回転軸にトルクが作用した時に、このトルクに応じて、回転軸に生じる磁歪効果を検出コイルにて電気的に検出するセンサである。
このような磁歪式トルクセンサとしては、例えば特開平6−221940号公報に開示されているトルクセンサが知られている。
この磁歪式トルクセンサ100は、図9(a)に示すように、2つの励磁コイル102,103から構成され、一方のコイルを、交流電源104を使って軸を交流磁化するための励磁コイル102とし、他方のコイルをトルクが引き起こす軸表面部位での±45度の方向の透磁率差に対応した磁束を誘起電圧として検出するための検出コイル103としている。
また、この磁歪式トルクセンサ100は、磁歪特性を有するトルク伝達軸(回転軸)101の周面に対向して、概ね8の字状の励磁コイル102に概ね8の字状の検出コイル103を90度位相を変えた状態で同心状に重ね合わせて設けられる。
トルク伝達軸(回転軸)101に、図9(a)に示すような方向のトルクTが作用した時に、このトルクに応じてトルク伝達軸(回転軸)101に生じる磁歪効果を検出コイル103で電気的に(例えば電圧値Vとして)検出するものである。
特開平6−221940号公報
A magnetostrictive torque sensor is a sensor that electrically detects a magnetostrictive effect generated in a rotating shaft according to the torque when the torque acts on the rotating shaft by a detection coil.
As such a magnetostrictive torque sensor, for example, a torque sensor disclosed in JP-A-6-221940 is known.
As shown in FIG. 9A, the magnetostrictive torque sensor 100 is composed of two excitation coils 102 and 103, and one of the excitation coils 102 is used for AC magnetizing an axis using an AC power source 104. The other coil is the detection coil 103 for detecting the magnetic flux corresponding to the magnetic permeability difference in the direction of ± 45 degrees at the shaft surface portion caused by the torque as an induced voltage.
In addition, the magnetostrictive torque sensor 100 has a substantially 8-shaped detection coil 103 provided on an approximately 8-shaped excitation coil 102 so as to face the peripheral surface of a torque transmission shaft (rotating shaft) 101 having magnetostrictive characteristics. It is provided by concentrically overlapping with the phase changed by 90 degrees.
When the torque T in the direction as shown in FIG. 9A acts on the torque transmission shaft (rotation shaft) 101, the magnetostriction effect generated in the torque transmission shaft (rotation shaft) 101 according to this torque is detected by the detection coil 103. It is detected electrically (for example, as a voltage value V).
JP-A-6-221940

しかしながら、従来の磁歪式トルクセンサ100は、操舵トルクがゼロであるときに、励磁コイル102と検出コイル103との検出する値の差がゼロとなるので、故障診断が困難となる。   However, in the conventional magnetostrictive torque sensor 100, when the steering torque is zero, the difference between the values detected by the excitation coil 102 and the detection coil 103 becomes zero, so that failure diagnosis becomes difficult.

本発明は、前記問題を解決するためになされたものであって、操舵トルクを加えることなく出力差を得ることができるトルク検出装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object thereof is to provide a torque detection device that can obtain an output difference without applying a steering torque.

前記課題を解決するためになされた請求項1に係るトルク検出装置は、回転軸と、この回転軸に設けられる磁歪膜と、前記回転軸に入力される回転トルクに対する透磁率の変化を検出する円筒状の多重巻きコイルと、を備えたトルク検出装置において、前記磁歪膜を軸方向に2区分すると共に、この2区分された磁歪膜をそれぞれ異なる組成で構成し、かつ前記磁歪膜に1方向のみ所定の残留応力、又は塑性歪を付与し、前記多重巻きコイルは、各磁歪膜のそれぞれに対峙させて一対取り付けられていることを特徴とするものである。これによれば、操舵トルクを加えることなく検出出力の差を得ることができる。 Torque detecting apparatus according to Motomeko 1 was made in order to solve the above problems, detects a rotation shaft, and a magnetostrictive film provided on the rotary shaft, the change of permeability with respect to the rotation torque input to the rotating shaft The magnetostrictive film is divided into two in the axial direction, each of the two divided magnetostrictive films has a different composition, and the magnetostrictive film has 1 in the magnetostrictive film. A predetermined residual stress or plastic strain is applied only in the direction , and the multi-winding coil is attached to each of the magnetostrictive films so as to face each other. According to this, a difference in detection output can be obtained without applying steering torque.

また、所定の残留応力、又は塑性歪を付与した回転軸と、この回転軸を包囲し、この回転軸に入力される回転トルクに対する透磁率の変化を検出する円筒状の多重巻きコイルとを備え、前記多重巻きコイルの検出値に基づいて前記回転軸に入力される前記回転トルクを検出するようにすることができる。   A rotating shaft to which a predetermined residual stress or plastic strain is applied; and a cylindrical multiple winding coil that surrounds the rotating shaft and detects a change in magnetic permeability with respect to the rotating torque input to the rotating shaft. The rotational torque input to the rotating shaft can be detected based on the detection value of the multiple winding coil.

所定の残留応力、又は塑性歪を付与した回転軸と、この回転軸を包囲し、この回転軸に入力される回転トルクに対する透磁率の変化を検出する円筒状の多重巻きコイルとを備え、前記多重巻きコイルの検出値に基づいて前記回転軸に入力される前記回転トルクを検出するようにしたことにより、
(1)回転軸を包囲するように設けたので、軸材の加工時の歪み、熱処理や外形寸法のバラツキなどの影響による回転角度毎の透磁率の変化を平均化できる。
(2)また、軸方向の変位誤差に対しても回転角毎の透磁率の変化を平均化することにより、透磁率の局部的な大きな変化を減少できる。その結果、検出値が回転軸の回転と共に変動したり、軸方向の変位誤差に対して変動するのを減少させることができる。
(3)概ね8の字状の励磁コイルをハウジングに配置することがないので、ハウジングの強度を低下させることもないので、トルク負荷時の検出精度を高くすることができる。
A rotating shaft to which a predetermined residual stress or plastic strain is applied, and a cylindrical multi-winding coil that surrounds the rotating shaft and detects a change in magnetic permeability with respect to the rotating torque input to the rotating shaft, By detecting the rotational torque input to the rotary shaft based on the detection value of the multiple winding coil,
(1) Since the rotating shaft is provided so as to surround the shaft, the change in the magnetic permeability for each rotation angle due to the influence of the distortion during the processing of the shaft material, the heat treatment, the variation in the external dimensions, and the like can be averaged.
(2) Further, by averaging the change in permeability for each rotation angle with respect to an axial displacement error, a large local change in permeability can be reduced. As a result, it is possible to reduce the detection value from fluctuating with the rotation of the rotating shaft and from fluctuating with respect to the axial displacement error.
(3) Since an approximately 8-shaped exciting coil is not disposed in the housing, the strength of the housing is not reduced, and the detection accuracy during torque load can be increased.

また、このようなトルク検出装置は、電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出装置に使用することができる。これによれば、
(1)回転角に対するトルク検出値の変動を減少させることができるので、電動機のアシスト量の変動も減少させることができる。その結果、ハンドル操作時に、ハンドルセンターのずれが無く、回転変動の少ない、戻り特性の良好な滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。
(2)回転変動に伴う騒音を小さくすることができる。又、回転軸に特別の機械加工を施す必要がないので、強度低下をさせることも、加工費高になることもない。これによりステアリング軸を直接検出することが可能となる。
(3)更に、概ね8の字状の励磁コイルをハウジングに配置することがないので、ハウジングの強度が低下することがなくステアリング剛性を高くでき、電動機のトルク制御の安定化を図ることができる。
Moreover, such a torque detection device can be used for a steering torque detection device of an electric power steering device. According to this,
(1) Since fluctuations in the detected torque value with respect to the rotation angle can be reduced, fluctuations in the assist amount of the motor can also be reduced. As a result, it is possible to obtain a smooth steering feeling with good return characteristics, with no shift of the steering wheel center, little fluctuation in rotation, and good return characteristics.
(2) Noise associated with rotational fluctuation can be reduced. Further, since there is no need to perform special machining on the rotating shaft, neither the strength is reduced nor the processing cost is increased. This makes it possible to directly detect the steering shaft.
(3) Furthermore, since an approximately 8-shaped exciting coil is not disposed in the housing, the strength of the housing is not reduced, the steering rigidity can be increased, and the torque control of the electric motor can be stabilized. .

また、このようなトルク検出装置は、前記回転軸の周囲に、この回転軸に入力される回転トルクに応じて透磁率が変化する磁歪膜を所定幅で設け、この磁歪膜に所定の残留応力、又は塑性歪を付与することができる。   In addition, such a torque detector is provided with a magnetostrictive film having a predetermined width around the rotating shaft, the magnetic permeability of which varies according to the rotational torque input to the rotating shaft, and the magnetostrictive film has a predetermined residual stress. Or plastic strain can be imparted.

前記回転軸の周囲に、この回転軸に入力される回転トルクに応じて透磁率が変化する磁歪膜を所定幅で設け、この磁歪膜に所定の残留応力、又は塑性歪を付与したことにより、(1)回転軸に嵌装される多重巻きコイルのインダクタンスの変化を大きくし、軸材の影響を受けずに検出感度を向上させることができる。これにより電動パワーステアリング装置に利用した場合にはシステムのゲインを小さくでき、トルク制御の安定化やノイズの影響を受けない高い操舵フィーリングを得ることができる。
(2)磁歪膜に所定の残留応力、又は塑性歪を付与したことにより、更に回転軸に嵌装される多重巻きコイルのインダクタンスの変化を安定して付与すると共に、検出感度を更に向上させることができる。
By providing a magnetostrictive film with a predetermined width around the rotating shaft, the permeability of which changes according to the rotational torque input to the rotating shaft, and applying a predetermined residual stress or plastic strain to the magnetostrictive film, (1) It is possible to increase the change in inductance of the multiple winding coil fitted to the rotating shaft and improve the detection sensitivity without being affected by the shaft material. As a result, when used in an electric power steering apparatus, the gain of the system can be reduced, and torque control can be stabilized and a high steering feeling that is not affected by noise can be obtained.
(2) By applying a predetermined residual stress or plastic strain to the magnetostrictive film, it is possible to stably provide a change in inductance of the multi-turn coil fitted to the rotating shaft and further improve the detection sensitivity. Can do.

また、このようなトルク検出装置は、前記磁歪膜を軸方向に2分割し、一方に第1の所定の残留応力、又は塑性歪を付与すると共に、他方に前記第1の所定の残留応力又は塑性歪と異なる第2の残留応力又は塑性歪を付与し、前記回転トルクに対する透磁率の変化を検出する円筒状の多重巻きコイルを各磁歪膜に対峙させて一対取り付けることができる。   In addition, such a torque detection device divides the magnetostrictive film into two in the axial direction, applies a first predetermined residual stress or plastic strain to one, and the first predetermined residual stress or A pair of cylindrical multi-winding coils that apply a second residual stress or plastic strain different from the plastic strain and detect a change in magnetic permeability with respect to the rotational torque can be attached to each magnetostrictive film.

前記磁歪膜を軸方向に2分割し、一方に第1の所定の残留応力、又は塑性歪を付与すると共に、他方に前記第1の所定の残留応力又は塑性歪と異なる第2の残留応力又は塑性歪を付与し、前記回転トルクに対する透磁率の変化を検出する円筒状の多重巻きコイルを各磁歪膜に対峙させて一対取り付けたことにより、温度特性を向上させ高い操舵フィーリングが達成できると共に、故障した時の検出確率を高めることができ安全なシステムを提供できる。   The magnetostrictive film is divided into two in the axial direction, and a first predetermined residual stress or plastic strain is applied to one, and a second residual stress different from the first predetermined residual stress or plastic strain is applied to the other By attaching a pair of cylindrical multi-turn coils that impart plastic strain and detect the change in permeability with respect to the rotational torque, facing each magnetostrictive film, temperature characteristics can be improved and high steering feeling can be achieved. The detection probability at the time of failure can be increased, and a safe system can be provided.

また、このようなトルク検出装置は、前記磁歪膜を軸方向に2分割し、一方に、正の符号の前記所定の残留応力、又は塑性歪を付与すると共に、他方に、負の符号の前記所定の残留応力、又は塑性歪を付与し、前記多重巻きコイルを各磁歪膜に対峙させて一対取り付けることができる。   In addition, such a torque detection device divides the magnetostrictive film into two in the axial direction, and applies the predetermined residual stress or plastic strain with a positive sign to one side and the negative sign to the other side. A predetermined residual stress or plastic strain is applied, and a pair of the multi-winding coils can be attached to each magnetostrictive film.

前記磁歪膜を軸方向に2分割し、一方に、正の符号の前記所定の残留応力、又は塑性歪を付与すると共に、他方に、負の符号の前記所定の残留応力、又は塑性歪を付与し、前記多重巻きコイルを各磁歪膜に対峙させて一対取り付けたことにより、温度特性を向上させ高い操舵フィーリングが達成できると共に、故障した時の検出確率を高めることができ安全なシステムを提供できる。   The magnetostrictive film is divided into two in the axial direction, and the predetermined residual stress or plastic strain having a positive sign is applied to one, and the predetermined residual stress or plastic strain having a negative sign is applied to the other. In addition, by attaching a pair of the multi-turn coils to each magnetostrictive film, the temperature characteristics can be improved and a high steering feeling can be achieved, and the detection probability at the time of failure can be increased, thereby providing a safe system. it can.

また、このようなトルク検出装置は、前記磁歪膜を軸方向に2つに区分し、一方の磁歪膜の透磁率変化と他方の磁歪膜の透磁率変化とを異ならせて、前記回転トルクに対する透磁率の変化を検出する円筒状の多重巻きコイルを各磁歪膜に対峙させて一対取り付けることができる。   In addition, such a torque detector divides the magnetostrictive film into two in the axial direction, and makes the change in permeability of one magnetostrictive film different from the change in permeability of the other magnetostrictive film to A pair of cylindrical multiple winding coils for detecting a change in magnetic permeability can be attached to each magnetostrictive film.

前記磁歪膜を軸方向に2つに区分し、一方の磁歪膜の透磁率変化と他方の磁歪膜の透磁率変化とを異ならせて、前記回転トルクに対する透磁率の変化を検出する円筒状の多重巻きコイルを各磁歪膜に対峙させて一対取り付けることができる。   The magnetostrictive film is divided into two in the axial direction, and a change in permeability of one magnetostrictive film and a change in permeability of the other magnetostrictive film are made different to detect a change in permeability with respect to the rotational torque. A pair of multiple winding coils can be attached to each magnetostrictive film.

また、所定の応力又は歪を付与した回転軸を形成する工程と、この所定の応力又は歪を付与された状態で前記回転軸に磁性材料のメッキを施して磁歪膜を形成する工程と、前記回転軸の所定の応力又は歪を解放することにより前記磁歪膜に所定の残留応力又は塑性歪を付与する工程と、前記磁歪膜を形成された前記回転軸の回転トルクに対する透磁率の変化を検出する円筒状の多重巻きコイルを、前記磁歪膜に対峙するように配置する工程とを含むことをトルク検出装置の製造方法とすることができる。   A step of forming a rotary shaft to which a predetermined stress or strain is applied; a step of forming a magnetostrictive film by plating the rotary shaft with a magnetic material in a state where the predetermined stress or strain is applied; Applying a predetermined residual stress or plastic strain to the magnetostrictive film by releasing a predetermined stress or strain on the rotating shaft, and detecting a change in permeability with respect to the rotating torque of the rotating shaft formed with the magnetostrictive film Including a step of disposing a cylindrical multi-turn coil to be opposed to the magnetostrictive film.

所定の応力又は歪を付与した回転軸を形成する工程と、この所定の応力又は歪を付与された状態で前記回転軸に磁性材料のメッキを施して磁歪膜を形成する工程と、前記回転軸の所定の応力又は歪を解放することにより前記磁歪膜に所定の残留応力又は塑性歪を付与する工程と、前記磁歪膜を形成された前記回転軸の回転トルクに対する透磁率の変化を検出する円筒状の多重巻きコイルを、前記磁歪膜に対峙するように配置する工程とを含むことにより、
(1)検出値が回転軸の回転と共に変動したり、軸方向の変位誤差に対しても変動することが少ないトルク検出装置が製造できる。
(2)概ね8の字状の励磁コイルをハウジングに配置することがないので、ハウジングの強度を低下させることがなく、トルク負荷時の検出精度の高いトルク検出装置が製造できる。
(3)高い捩じり強度を有する回転軸を使用することができる。
A step of forming a rotating shaft to which a predetermined stress or strain is applied, a step of forming a magnetostrictive film by plating the rotating shaft with a magnetic material in a state where the predetermined stress or strain is applied, and the rotating shaft. A step of applying a predetermined residual stress or plastic strain to the magnetostrictive film by releasing the predetermined stress or strain, and a cylinder for detecting a change in permeability with respect to a rotational torque of the rotating shaft on which the magnetostrictive film is formed Including a step of arranging a multi-turn coil in a shape so as to face the magnetostrictive film,
(1) It is possible to manufacture a torque detection device in which the detected value does not fluctuate with the rotation of the rotating shaft or fluctuates with respect to an axial displacement error.
(2) Since an approximately 8-shaped exciting coil is not disposed in the housing, a torque detecting device with high detection accuracy at torque load can be manufactured without reducing the strength of the housing.
(3) A rotating shaft having high torsional strength can be used.

本発明によれば、操舵トルクを加えることなく出力差を得ることができる。   According to the present invention, an output difference can be obtained without applying steering torque.

本発明に係るトルク検出装置の第一実施形態について図1を参照して説明する。
第1実施形態のトルク検出装置は、図1に示すように、トルク(捩じり応力)が伝達される回転軸である入力軸1と、この入力軸1を軸受け3,4,5を介して回転自在に支持するケーシング2と、
前記入力軸1の中央部下方(ケース部2b内上部)に一体的に設けられ、ケース部2bの上部外周側に固定される電動機8の駆動軸に連結されるウオームギア9と噛合するウオームホイール7と、
前記入力軸1の下方に設けられ、ラック軸6のラック歯6aに噛合するヘリカルのピニオンギア1aと、
前記入力軸1の略中央部を包囲するように設けて、この入力軸1に入力される回転トルクに対する透磁率の変化を検出するトルクセンサ10と、
前記トルクセンサ10により検出された検出値に基づいて電動機8を制御する制御装置18と、
から主要部が構成される。
A first embodiment of a torque detection device according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the torque detection device according to the first embodiment includes an input shaft 1 that is a rotating shaft to which torque (torsional stress) is transmitted, and the input shaft 1 via bearings 3, 4, and 5. A casing 2 that is rotatably supported.
A worm wheel 7 integrally provided below the central portion of the input shaft 1 (inside the upper portion in the case portion 2b) and meshing with a worm gear 9 connected to a drive shaft of an electric motor 8 fixed to the upper outer peripheral side of the case portion 2b When,
A helical pinion gear 1a provided below the input shaft 1 and meshing with the rack teeth 6a of the rack shaft 6;
A torque sensor 10 provided so as to surround a substantially central portion of the input shaft 1 and detecting a change in magnetic permeability with respect to a rotational torque input to the input shaft 1;
A control device 18 for controlling the electric motor 8 based on a detection value detected by the torque sensor 10;
The main part consists of

回転軸である入力軸1は、形状が略円柱の磁性材料で構成される。磁性材料としては鉄材である強磁性体を使用している。他の磁性材料としては例えばNi材やSCM材(クロム−モリブデン鋼)等が使用できる。磁性材料としては希土類元素を含む材料を使用してもよい。
尚、入力軸1には予め残留応力、又は塑性歪が付与されている。この理由は後述する。
入力軸1は、ケーシング2の内部で3つの軸受け3,4,5により回転自在に支持されている。
前記軸受け4は、4点接触式のボール軸受けであり、軸方向の変位を規制する軸受けである。尚、他の軸受け3及び軸受け5は、2点接触式のボール軸受けである。
入力軸1の上部は、ケーシング2の上端面から外部に突出している。
入力軸1の中央部の下方(ケース部2b内上部)には、ウオームホイール7が入力軸1と一体的に設けられている。このウオームホイール7は、電動機8からの補助動力を前記電動機8の駆動軸に設けられたウオーム歯車9を介して入力軸1に伝達する。
入力軸1の下部には、ヘリカルのピニオンギア1aが設けられており、ラック軸6のラック歯6aに噛み合わされている。
The input shaft 1 which is a rotating shaft is made of a magnetic material having a substantially cylindrical shape. A ferromagnetic material, which is an iron material, is used as the magnetic material. As other magnetic materials, for example, Ni material, SCM material (chromium-molybdenum steel) or the like can be used. As the magnetic material, a material containing a rare earth element may be used.
The input shaft 1 is preliminarily applied with residual stress or plastic strain. The reason for this will be described later.
The input shaft 1 is rotatably supported by three bearings 3, 4, and 5 inside the casing 2.
The bearing 4 is a four-point contact type ball bearing, and is a bearing that regulates axial displacement. The other bearings 3 and 5 are two-point contact ball bearings.
The upper part of the input shaft 1 protrudes from the upper end surface of the casing 2 to the outside.
A worm wheel 7 is provided integrally with the input shaft 1 below the central portion of the input shaft 1 (upper part in the case portion 2b). The worm wheel 7 transmits auxiliary power from the electric motor 8 to the input shaft 1 via a worm gear 9 provided on the drive shaft of the electric motor 8.
A helical pinion gear 1 a is provided at the lower part of the input shaft 1, and meshes with the rack teeth 6 a of the rack shaft 6.

ケーシング2は、ハウジング2a(上部)とケース部2b(下部)とから形成され、前記入力軸1を、その軸方向に軸受け3,4,5を介して回転自在に支持するカバーである。   The casing 2 is formed of a housing 2a (upper part) and a case part 2b (lower part), and is a cover that supports the input shaft 1 rotatably in the axial direction via bearings 3, 4, and 5.

ハウジング2aは、ケース部2bの上に設けられ、ケース部2bの上端面とハウジング2aの下面のフランジFLとが固定されている。ハウジング2a内には、トルクセンサ10と、そのトルクセンサ10から得られた出力を整流、平滑、増幅したのちに制御装置18に入力する出力回路とから形成される検出回路17が収容されている。尚、出力回路が収容されている部屋は、多重巻きコイル11が固定される部屋の外側に別途区画した部屋である。   The housing 2a is provided on the case portion 2b, and the upper end surface of the case portion 2b and the flange FL on the lower surface of the housing 2a are fixed. The housing 2a accommodates a detection circuit 17 formed of a torque sensor 10 and an output circuit that rectifies, smoothes, and amplifies the output obtained from the torque sensor 10 and then inputs the output circuit to the control device 18. . The room in which the output circuit is accommodated is a room that is separately partitioned outside the room in which the multiple winding coil 11 is fixed.

ケース部2bは、その内部に電動機8の駆動軸と連結したウオーム歯車9と、前記ウオーム歯車9と噛合するウオームホイール7及び前記入力軸1の下方に設けられたヘリカルのピニオンギア1aと噛合するラック軸6のラック歯6aとが収容されている。又、ケース部2b上部の外周側には電動機8が固定されている。   The case portion 2b meshes with a worm gear 9 connected to the drive shaft of the electric motor 8, a worm wheel 7 meshed with the worm gear 9, and a helical pinion gear 1a provided below the input shaft 1. The rack teeth 6a of the rack shaft 6 are accommodated. An electric motor 8 is fixed on the outer peripheral side of the upper portion of the case portion 2b.

トルクセンサ10は、入力軸1の略中央部で軸を包囲するように設けられる。
トルクセンサ10は、図3(a)に示すようなトルクセンサ10と出力回路とからなる検出回路17の一部を構成しており、交流電源13と、入力軸1にトルクを付与したときの透磁率の変化に応じてインダクタンスが変化する円筒状の多重巻きコイル11と、前記多重巻きコイル11と直列に結合される抵抗12と、これらを連結する接続配線とから主要部が形成されている。
多重巻きコイル11は、図1に示すように、断面が溝型のボビン11a及びバックヨーク11bとを組み合わせて区画された空間である磁気回路内に嵌装される。
一方、トルクセンサ10の多重巻きコイル11で得られた出力は、図3に示すように多重巻きコイル11と抵抗12との間の配線から取り出され、整流回路(ダイオード)14と、抵抗とコンデンサとからなる平滑回路15と、増幅回路16とからなる出力回路を経由してトルクに比例した直流電圧出力V0として出力され、制御装置18に入力される。
The torque sensor 10 is provided so as to surround the shaft at a substantially central portion of the input shaft 1.
The torque sensor 10 constitutes a part of a detection circuit 17 including the torque sensor 10 and an output circuit as shown in FIG. 3A, and when the torque is applied to the AC power supply 13 and the input shaft 1. A main part is formed from a cylindrical multiple winding coil 11 whose inductance changes in accordance with a change in magnetic permeability, a resistor 12 coupled in series with the multiple winding coil 11, and a connection wiring connecting them. .
As shown in FIG. 1, the multi-turn coil 11 is fitted in a magnetic circuit which is a space defined by combining a groove-type bobbin 11a and a back yoke 11b.
On the other hand, the output obtained by the multiple winding coil 11 of the torque sensor 10 is taken out from the wiring between the multiple winding coil 11 and the resistor 12 as shown in FIG. Is output as a DC voltage output V 0 proportional to the torque via an output circuit consisting of a smoothing circuit 15 and an amplifier circuit 16.

制御装置18は、例えばコンピュータからなり、前記トルクセンサ10の多重巻きコイル11により検出された直流電圧出力V0が検出回路17から入力されると、入力軸1に予め付与された残留応力又は塑性歪に対応する透磁率(基準値)と前記多重巻きコイル11によって検出された出力値(検出値)に基づいて実際の回転軸に作用するトルクを求め、このトルクに対応する駆動信号を前記電動機8の駆動回路に出力し回転軸のトルクを軽減する。   The control device 18 is composed of, for example, a computer. When the DC voltage output V0 detected by the multiple winding coil 11 of the torque sensor 10 is input from the detection circuit 17, the residual stress or plastic strain previously applied to the input shaft 1 is provided. The torque acting on the actual rotating shaft is obtained based on the magnetic permeability corresponding to (reference value) and the output value (detected value) detected by the multi-turn coil 11, and the drive signal corresponding to this torque is sent to the electric motor 8. To reduce the torque of the rotating shaft.

ウオームホイール7は、前記軸受け3と軸受け4の間に前記入力軸1に一体的に設けられ、ケース部2bの上部外周に固定される電動機8の駆動軸に連結されるウオームギア9と噛合する歯車である。このように構成することにより電動機8の回転トルクを減速比に応じて倍力して入力軸1に伝達することができる。   The worm wheel 7 is a gear that is provided integrally with the input shaft 1 between the bearing 3 and the bearing 4 and meshes with a worm gear 9 that is connected to a drive shaft of an electric motor 8 that is fixed to the upper outer periphery of the case portion 2b. It is. With this configuration, the rotational torque of the electric motor 8 can be boosted according to the reduction ratio and transmitted to the input shaft 1.

ヘリカルのピニオンギア1aは、前記入力軸1の下方に設けられ、ラック軸6のラック歯6aと噛合する。   The helical pinion gear 1 a is provided below the input shaft 1 and meshes with the rack teeth 6 a of the rack shaft 6.

次に、このように構成される第1実施形態のトルク検出装置の作用について図1及び図3を参照して説明する。
例えば、図3(a)に示すような抵抗12を多重巻きコイル11と直列に結合した回路に、交流電源13から一定の交流電圧を印加して多重巻きコイル11を励磁し、外部から磁性材料である入力軸1に磁界をかけると、入力軸1にトルクが入力されたときに入力軸1の透磁力が変化するために多重巻きコイル11の自己インダクタンスが変化する。その結果、交流電流のサイン波の振幅が変わった出力電流が得られる。前記出力電流は、整流回路(ダイオード)14、平滑回路15、増幅回路16を経由して直流電圧出力V0として出力される。直流電圧出力V0は、さらに制御装置18に入力され、制御装置18は、対応する駆動信号を電動機8の駆動回路に出力する。電動機8の駆動回路に入力されたデータから最適なアシストトルクを決定したのち、電動機8の駆動軸に取り付けられているウオーム歯車9と噛合し、入力軸1と一体的に設けられているウオームホイール7を回転して、入力軸1を回転させるのに必要なトルクを軽減する。
Next, the operation of the torque detection device of the first embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. 1 and 3.
For example, a constant alternating voltage is applied from an AC power source 13 to a circuit in which a resistor 12 as shown in FIG. When a magnetic field is applied to the input shaft 1, the magnetic permeability of the input shaft 1 changes when torque is input to the input shaft 1, so that the self-inductance of the multiple winding coil 11 changes. As a result, an output current in which the amplitude of the sine wave of the alternating current is changed can be obtained. The output current is output as a DC voltage output V 0 via a rectifier circuit (diode) 14, a smoothing circuit 15, and an amplifier circuit 16. The DC voltage output V 0 is further input to the control device 18, and the control device 18 outputs a corresponding drive signal to the drive circuit of the electric motor 8. After determining the optimum assist torque from the data input to the drive circuit of the electric motor 8, the worm wheel meshes with the worm gear 9 attached to the drive shaft of the electric motor 8 and is integrally provided with the input shaft 1. 7 is rotated to reduce the torque required to rotate the input shaft 1.

このように、本発明に係るトルク検出装置を用いると、回転軸である入力軸に鉄材である強磁性体を用い、その磁気歪の逆効果による磁歪特性(透磁率)に着目して発明がなされているので、強磁性体である入力軸が捩じれ変形するように主応力方向の引張り応力、あるいは圧縮応力を加えると磁化が変化するが、所定の残留応力又は塑性歪を予め付与しておくことにより、多重巻きコイル11に直交する磁界方向の変化として取り出すことができる。その結果、軸材の初期に残っている加工時の歪、熱処理や外形寸法のバラツキなどの検出値に対する影響の割合が小さくなる。
又、回転軸の回転角度によって透磁率が変化しても、回転角毎の透磁率の変化を平均化できること、軸方向の変位誤差に対しても回転角毎の透磁率の変化を平均化することにより、透磁率の局部的な大きな変化を減少できる。
従って、回転軸の回転とともに検出値が変動したり、軸方向の変位誤差に対して検出値が変動したりするのを減少させることができる。
更に、概ね8の字状の励磁コイルをハウジングに配置することがないので、ハウジングの強度を低下させることがない。従って、トルク負荷時の検出精度を高くすることができる。
又、入力軸に特別の機械加工を施す必要がないので、軸材の強度を低下させることも、加工費高になることもない。
更に、概ね8の字状の励磁コイルをハウジングに配置することがないので、ハウジングの強度を低下させることもない。
As described above, when the torque detection device according to the present invention is used, the invention uses the ferromagnetic material that is an iron material for the input shaft that is the rotating shaft and pays attention to the magnetostriction characteristics (permeability) due to the inverse effect of the magnetostriction. Therefore, when tensile stress or compressive stress in the main stress direction is applied so that the input shaft, which is a ferromagnetic material, is torsionally deformed, the magnetization changes, but a predetermined residual stress or plastic strain is applied in advance. Thus, it can be taken out as a change in the magnetic field direction orthogonal to the multiple winding coil 11. As a result, the ratio of the influence on the detected values such as the distortion at the initial stage of the shaft material, the heat treatment, and the variation in the external dimensions is reduced.
In addition, even if the magnetic permeability changes depending on the rotation angle of the rotary shaft, the change in the magnetic permeability for each rotation angle can be averaged, and the change in the magnetic permeability for each rotation angle can also be averaged against an axial displacement error. This can reduce a large local change in the magnetic permeability.
Therefore, it is possible to reduce the fluctuation of the detection value with the rotation of the rotary shaft and the fluctuation of the detection value with respect to the axial displacement error.
Furthermore, since an approximately 8-shaped exciting coil is not disposed in the housing, the strength of the housing is not reduced. Therefore, the detection accuracy at the time of torque load can be increased.
Further, since it is not necessary to perform special machining on the input shaft, the strength of the shaft material is not lowered and the processing cost is not increased.
Further, since an approximately 8-shaped exciting coil is not disposed in the housing, the strength of the housing is not reduced.

次に、第1実施形態のトルク検出装置を、車両の電動パワーステアリング装置の操舵トルクのトルク検出装置に適用した場合の具体例について説明する。
尚、この場合の構成は、第1実施形態の構成とは以下の点のみが異なる。
1.入力軸1が図示されないハンドルに連結される。
2.入力軸1の下部に設けられるヘリカルのピニオンギア1aに噛合するラック軸6の両端には図示しないタイロッドがそれぞれ設けられ、それぞれのタイロッドの端部には図示しないタイヤが連結される。
このようにすることにより、車両のハンドルを回転すると入力軸1のヘリカルのピニオンギア1aに噛み合うラック歯6aを介して、車両に対するタイヤの向きを変え、舵取り作業を行うことができる。
電動パワーステアリング装置の操舵トルクを第1実施形態のトルク検出装置により検出し、このトルク検出装置により検出された電気出力信号に基づいて電動パワーステアリング装置の操向装置の動力を補助(アシスト)する電動機を駆動制御するように構成し、さらに、前記多重巻きコイルを、前記回転軸を回転自在に支持するケーシングのハウジングに固定したことにより、ハンドル操作時に、回転変動の少ない、戻り特性の良好な滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。又、回転変動に伴う騒音を小さくすることができる。しかも入力軸に特別の機械加工を施す必要がないので、強度低下をさせることも加工費高になることもない。その上、概ね8の字状の励磁コイルをハウジングに配置することがないので、ハウジングの強度が低下することがなくステアリング剛性を高くでき、電動機のトルク制御の安定化を図ることができる。
Next, a specific example in which the torque detection device of the first embodiment is applied to a torque detection device for steering torque of an electric power steering device for a vehicle will be described.
The configuration in this case is different from the configuration of the first embodiment only in the following points.
1. The input shaft 1 is connected to a handle (not shown).
2. Tie rods (not shown) are provided at both ends of the rack shaft 6 that meshes with a helical pinion gear 1a provided at the lower part of the input shaft 1, and tires (not shown) are connected to the ends of the tie rods.
By doing so, the steering operation can be performed by changing the direction of the tire relative to the vehicle via the rack teeth 6a meshing with the helical pinion gear 1a of the input shaft 1 when the steering wheel of the vehicle is rotated.
The steering torque of the electric power steering device is detected by the torque detection device of the first embodiment, and the power of the steering device of the electric power steering device is assisted based on the electric output signal detected by the torque detection device. The motor is configured to drive and control, and the multiple winding coil is fixed to the housing of the casing that rotatably supports the rotating shaft, so that there is little fluctuation in rotation and good return characteristics when operating the handle. A smooth steering feeling can be obtained. In addition, noise accompanying rotational fluctuation can be reduced. In addition, since it is not necessary to perform special machining on the input shaft, the strength is not reduced and the machining cost is not increased. In addition, since an approximately 8-shaped exciting coil is not disposed in the housing, the strength of the housing is not reduced, the steering rigidity can be increased, and the torque control of the electric motor can be stabilized.

ここで、本発明に係るトルク検出装置の出力の解析方法を図2及び図3を参照して説明する。
〔解析用マップの作成方法〕
通常、磁性材料の透磁率とトルクの関係は、図2(a)に示すように、軸対称となるため、透磁率の絶対値からはトルクが右トルクなのか左トルクなのか判別することができない。
そこで、本発明者は、鋭意検討した結果、磁性材料に残留応力又は塑性歪を与えると、透磁率とトルクの関係は軸対称とはならずに、図2(b)に示すような原点が平行移動した特性を示すことを見出した。
図2(b)に示す透磁率とトルクの関係の曲線を、図2(c)に示すように、部分的に拡大近似して使用すれば、透磁率の絶対値の大きさからトルクの方向と大きさが分かる。すなわち、図2(c)では透磁率が大きい値が左トルク、小さい値が右トルクとなる。
Here, a method for analyzing the output of the torque detection device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[How to create an analysis map]
Usually, the relationship between the magnetic permeability and torque of the magnetic material is axially symmetric as shown in FIG. 2A, and therefore it is possible to determine whether the torque is right torque or left torque from the absolute value of the magnetic permeability. Can not.
Therefore, as a result of intensive studies, the present inventor has found that when the residual stress or plastic strain is applied to the magnetic material, the relationship between the magnetic permeability and the torque is not axially symmetric, and the origin as shown in FIG. It has been found that it exhibits the characteristics of translation.
If the curve of the relationship between the magnetic permeability and the torque shown in FIG. 2 (b) is partially enlarged and used as shown in FIG. 2 (c), the direction of the torque is determined from the absolute value of the magnetic permeability. And understand the size. That is, in FIG. 2C, a value with a large magnetic permeability is a left torque, and a value with a small permeability is a right torque.

〔トルクの検出方法〕
入力軸1のトルクを電気信号として出力する検出回路について図3(a)及び図3(b)を参照して説明する。
A.自己インダクタンスの変化を利用した検出回路
図3(a)の検出回路17は、トルクセンサ10(図1参照)と出力回路とから構成される。多重巻きコイル11と抵抗(一定)12とを直列に結合した回路に、交流電源13から一定の交流電圧を印加すると、磁性材料である入力軸1に入力されるトルクにより入力軸1の透磁率が変化し、このとき発生する多重巻きコイル11における自己インダクタンスの変化(電流の振幅の変化)を整流回路(ダイオード)14で半波整流又は全波整流し、さらに抵抗とコンデンサから形成される平滑回路15で直流にしたのち、増幅回路で増幅して直流電圧出力V0として出力するものである。
このように検出回路を構成することにより、電圧出力値からトルクの方向とトルクの値とを検知することができる。
B.相互インダクタンスの変化を利用した検出回路
図3(b)の検出回路17′は、入力軸1を挟んで励磁コイルL1と検出コイルL2とを設けて、励磁コイルL1と検出コイルL2の相互インダクタンスの変化(電流の振幅の変化)を検出コイルL2で検出し、図3(a)と同様に、それぞれ整流回路14′、平滑回路15′、増幅回路16′を経てトルクの値を直流電圧値V0′として出力する。尚、図3(b)の検出回路17′は、図3(a)の検出回路17と比較して、検出コイルL2の巻き数を増やすだけで容易に出力を大きくすることができる。
尚、検出回路は必要に応じてどちらを使用しても良いが、以後の明細書中の説明では自己インダクタンスの変化を利用した検出回路についてのみ説明する。
[Torque detection method]
A detection circuit that outputs the torque of the input shaft 1 as an electrical signal will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).
A. Detection Circuit Utilizing Change of Self-Inductance The detection circuit 17 shown in FIG. 3A includes a torque sensor 10 (see FIG. 1) and an output circuit. When a constant AC voltage is applied from an AC power source 13 to a circuit in which a multi-turn coil 11 and a resistor (constant) 12 are coupled in series, the permeability of the input shaft 1 is generated by the torque input to the input shaft 1 that is a magnetic material. The change in self-inductance (change in current amplitude) in the multi-turn coil 11 that occurs at this time is half-wave rectified or full-wave rectified by a rectifier circuit (diode) 14, and is further smoothed by a resistor and a capacitor. After the circuit 15 makes a direct current, it is amplified by an amplifier circuit and output as a direct current voltage output V0.
By configuring the detection circuit in this manner, the direction of torque and the value of torque can be detected from the voltage output value.
B. Detection Circuit Utilizing Mutual Inductance Detection Circuit 17 'in FIG. 3 (b) is provided with excitation coil L1 and detection coil L2 across input shaft 1 to determine the mutual inductance of excitation coil L1 and detection coil L2. The change (change in current amplitude) is detected by the detection coil L2, and the torque value is converted to the DC voltage value V0 through the rectifier circuit 14 ', smoothing circuit 15', and amplifier circuit 16 ', respectively, as in FIG. Output as ′. Note that the detection circuit 17 ′ in FIG. 3B can easily increase the output simply by increasing the number of turns of the detection coil L 2 as compared with the detection circuit 17 in FIG.
Either of the detection circuits may be used as required, but only the detection circuit using the change of the self-inductance will be described in the following description.

次に、第2実施形態のトルク検出装置について図4を参照して説明する。
第2実施形態のトルク検出装置の構成は、第1実施形態のトルク検出装置の構成とは回転軸である入力軸1の表面に磁歪膜19を設けた点だけ異なるので磁歪膜19についてのみ説明する。
磁歪膜19は、多重巻きコイル11に対峙する回転軸である入力軸1の一部に全周に渡って、例えば、Ni-Fe合金膜を気相メッキ法にてメッキしたものである。この磁歪膜19は、入力軸1に所定のトルクを負荷した状態でメッキされる。
従って、磁歪膜19には、安定した回転軸からのトルクが付与され、残留応力と塑性歪が付与されることから、入力軸1に嵌装される多重巻きコイル11のインダクタンスの変化を大きくし、軸材の影響を受けずに検出感度を安定して向上させることができる。
車両の電動パワーステアリング装置の操舵トルクのトルク検出装置に第2実施形態のトルク検出装置を適用した場合は、前記した理由から電動パワーステアリング装置のゲインを小さくでき、トルク制御の安定化やノイズの影響を小さくし高い操舵フィーリングを得ることができる。又、軸材に加工時における強度の低下がない(少ない)高い強度のものが使え、しかもステアリングの軸部を直接検出することができるので、小型軽量化を図ることができる。
Next, a torque detection device according to a second embodiment will be described with reference to FIG.
The configuration of the torque detection device of the second embodiment is different from the configuration of the torque detection device of the first embodiment only in that the magnetostrictive film 19 is provided on the surface of the input shaft 1 that is the rotating shaft. To do.
The magnetostrictive film 19 is formed by, for example, plating a Ni—Fe alloy film on a part of the input shaft 1 that is a rotating shaft facing the multi-turn coil 11 over the entire circumference by a vapor phase plating method. The magnetostrictive film 19 is plated with a predetermined torque applied to the input shaft 1.
Accordingly, the magnetostrictive film 19 is given a torque from a stable rotating shaft and is given a residual stress and a plastic strain, so that a change in inductance of the multi-turn coil 11 fitted to the input shaft 1 is increased. The detection sensitivity can be stably improved without being affected by the shaft material.
When the torque detection device of the second embodiment is applied to the torque detection device of the steering torque of the electric power steering device of the vehicle, the gain of the electric power steering device can be reduced for the reasons described above, and torque control can be stabilized and noise can be reduced. The influence can be reduced and a high steering feeling can be obtained. In addition, since the shaft member can be used with a high strength that does not decrease (small) strength during processing, and the shaft portion of the steering can be directly detected, the size and weight can be reduced.

次に、第3実施形態のトルク検出装置について図5及び図6を参照して説明する。
第3実施形態のトルク検出装置の構成は、第2実施形態のトルク検出装置の構成とは、磁歪膜を2分割して各磁歪膜20a,20bに異なる所定の残留応力、又は塑性歪を付与した点のみ異なるので磁歪膜20についてのみ説明する。
磁歪膜20はそれぞれの多重巻きコイル21,22に対峙する回転軸である入力軸1の1部に全周に渡って磁歪膜、例えば、Ni-Fe合金膜を気相メッキ法にてメッキしたものである。この磁歪膜20は、入力軸1にA点を支持点として所定のトルクを負荷した状態でメッキされている第1の部分20aと、A点を支持点として逆方向に所定のトルクを負荷した状態でメッキされている第2の部分20b(又はトルクを負荷していないでメッキされている部分)とから構成される。このように配置することにより、第1のコイル21のインピーダンスを(1)(所定のトルクを負荷)、第2のコイル22のインピーダンスを(2)′(逆方向に所定のトルクを負荷)としたときには図6(a)に示すような特性が得られる。一方、第1のコイル21のインピーダンスを(1)(所定のトルクを負荷)、第2のコイル22のインピーダンスを(2)(トルクを負荷しない)とした
ときには図6(b)に示すような特性を得ることができる。外部環境の温度変化に対応して、それぞれの特性(1)と(2)又は(2)′は皆同じ様に変化する(例えば温度上昇の場合は、破線のように変化する)ので、差動増幅回路により出力を取り出すと、その差の値は、ほとんど変化しない。又、出力も(1)と(2)′のインピーダンス特性を示す時に約2倍の出力が得られる。大きい出力が得られるので制御性が向上する。
更に2つの特性を比較することにより故障診断を実施することができる。例えば、図6(a)において((1)+(2)′)/2の値は一定であるから、この値と異なる値が得られたときは、トルクセンサが故障していると判断できる。
車両の電動パワーステアリング装置の操舵トルクのトルク検出装置に第3実施形態のトルク検出装置を適用した場合、トルク検出装置はエンジンルームに搭載されているので温度変化が大きい環境に曝されるが、前記理由により操舵トルクの変動の少ない滑らかで安定した操舵フィーリングを得ることができる。そして、万が一、故障しても故障診断ができるので確実にシステムを停止することができる。
Next, a torque detection device according to a third embodiment will be described with reference to FIGS.
The configuration of the torque detection device of the third embodiment is different from the configuration of the torque detection device of the second embodiment in that the magnetostrictive film is divided into two and different predetermined residual stresses or plastic strains are applied to the magnetostrictive films 20a and 20b. Only the magnetostrictive film 20 will be described.
The magnetostrictive film 20 is formed by plating a magnetostrictive film, for example, a Ni-Fe alloy film, over the entire circumference on a part of the input shaft 1 which is a rotating shaft facing each of the multiple winding coils 21 and 22 by vapor phase plating. Is. The magnetostrictive film 20 has a first portion 20a plated with a predetermined torque applied to the input shaft 1 with a point A as a support point, and a predetermined torque applied in the opposite direction with the point A as a support point. And a second portion 20b plated in a state (or a portion plated without applying torque). By arranging in this way, the impedance of the first coil 21 is (1) (predetermined torque is loaded), and the impedance of the second coil 22 is (2) ′ (predetermined torque is loaded in the reverse direction). In such a case, characteristics as shown in FIG. On the other hand, when the impedance of the first coil 21 is (1) (a predetermined torque is loaded) and the impedance of the second coil 22 is (2) (no torque is loaded), as shown in FIG. Characteristics can be obtained. Each characteristic (1) and (2) or (2) ′ changes in the same way corresponding to the temperature change of the external environment (for example, when the temperature rises, it changes like a broken line). When the output is taken out by the dynamic amplification circuit, the difference value hardly changes. Further, when the output shows the impedance characteristics of (1) and (2) ′, an output of about twice is obtained. Since a large output can be obtained, controllability is improved.
Furthermore, failure diagnosis can be performed by comparing the two characteristics. For example, in FIG. 6A, the value of ((1) + (2) ′) / 2 is constant. Therefore, when a value different from this value is obtained, it can be determined that the torque sensor has failed. .
When the torque detection device of the third embodiment is applied to the torque detection device of the steering torque of the electric power steering device of the vehicle, the torque detection device is mounted in the engine room, and thus is exposed to an environment where the temperature change is large. For the above reasons, it is possible to obtain a smooth and stable steering feeling with little fluctuation in steering torque. In the unlikely event that a failure occurs, failure diagnosis can be performed, so that the system can be stopped reliably.

次に、図7及び図8を使って第4実施形態のトルク検出装置について説明する。
第4実施形態のトルク検出装置の構成は、第3実施形態のトルク検出装置の構成とは磁歪膜を2区分し、透磁率変化の異なる(組成の異なる)2つの磁歪膜23a,23bを入力軸1に所定のトルクを負荷した状態でそれぞれにメッキした点のみ異なるので磁歪膜23a,23bについてのみ説明する。
磁歪膜23は、入力軸1に所定のトルクを負荷した状態でそれぞれの多重コイル21,22に対峙する入力軸1の一部に全周に渡って磁歪膜、例えばNi-Fe合金膜を気相メッキ法にてメッキしたものである。この時、この磁歪膜23は、例えば50%ニッケルのメッキされている第1の部分23aと60%のニッケルのメッキされている第2の部分23bとからなる。このように配置することにより、図8に示すような、第1のコイル21のインピーダンスを(1)、第2のコイル22のインピーダンスを(2)としたときの特性を得ることができる。差動増幅回路により出力を取り出すと、外部環境の温度変化に対応して、それぞれの特性(1)と(2)も同様に変化(例えば温度が上昇した場合は破線のように変化)するので、その差の値は、ほとんど変化しない。又、2つの特性を比較することにより故障診断を実施することができる。
車両の電動パワーステアリング装置の操舵トルクのトルク検出装置に第4実施形態のトルク検出装置を適用した場合、トルク検出装置はエンジンルームに搭載されているので温度変化が大きい環境に曝されるが、前記した理由により操舵トルクの変動の少ない滑らかで安定した操舵フィーリングを得ることができる。そして、万が一、故障しても故障診断ができるので確実にシステムを停止することができる。
Next, a torque detection device according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
The configuration of the torque detection device of the fourth embodiment divides the magnetostrictive film into two sections from the configuration of the torque detection device of the third embodiment, and inputs two magnetostrictive films 23a, 23b having different permeability changes (different compositions). Only the magnetostrictive films 23a and 23b will be described because only the points plated on the shaft 1 with a predetermined torque applied thereto are different.
The magnetostrictive film 23 covers a part of the input shaft 1 facing each of the multiple coils 21 and 22 with a predetermined torque applied to the input shaft 1 over the entire circumference. It is plated by the phase plating method. At this time, the magnetostrictive film 23 includes, for example, a first portion 23a plated with 50% nickel and a second portion 23b plated with 60% nickel. By arranging in this way, it is possible to obtain characteristics when the impedance of the first coil 21 is (1) and the impedance of the second coil 22 is (2) as shown in FIG. When the output is taken out by the differential amplifier circuit, the respective characteristics (1) and (2) change similarly (for example, change as indicated by a broken line when the temperature rises) corresponding to the temperature change of the external environment. The difference value hardly changes. Also, failure diagnosis can be performed by comparing the two characteristics.
When the torque detection device of the fourth embodiment is applied to the torque detection device of the steering torque of the electric power steering device of the vehicle, the torque detection device is mounted in the engine room, so that it is exposed to an environment where the temperature change is large. For the reasons described above, it is possible to obtain a smooth and stable steering feeling with little fluctuation in steering torque. In the unlikely event that a failure occurs, failure diagnosis can be performed, so that the system can be stopped reliably.

最後に、本発明に係るトルク検出装置及びその製造方法について説明する。
本発明の第2〜第4の実施形態に係るトルク検出装置の製造方法は、以下の工程を含む製造方法である。
1.第1工程は、回転軸である入力軸(磁性材料)に所定のトルクを負荷して所定の応力又は歪を付与する。尚、負荷される所定のトルクは入力軸に対して弾性変形内の値である。
2.第2工程は、この所定の応力又は歪の付与された状態で入力軸に磁性材料のメッキを施して磁歪膜を形成する。
3.第3工程は、前記回転軸の所定の応力又は歪を解放することにより前記磁歪膜に所定の残留応力又は塑性歪を付与する。
4.第4工程は、前記磁歪膜を形成された入力軸の回転トルクに対する透磁率の変化を検出する円筒状の多重巻きコイルを、前記磁歪膜に対峙するように配置する。
このような工程を含むことにより、検出値が入力軸の回転と共に変動したり、軸方向の変位誤差に対して変動することが少ないトルク検出装置が製造できる。
また、概ね8の字状の励磁コイルをハウジングに配置することがないので、ハウジングの強度を低下させることがなく、トルク負荷時の検出精度の高いトルク検出装置が製造できる。しかも、高い捩じり強度を有する回転軸を使用することができる。
尚、本発明の第1実施形態に係るトルク検出装置の製造方法は、上記第1工程と第4工程からなる。但し、第1工程における所定のトルクは入力軸に塑性歪を与えるトルクである。すなわち、磁歪膜を形成しないで前記塑性歪を付与された入力軸の回転トルクに対する透磁率の変化を多重巻きコイルで検出する。
Finally, a torque detection device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described.
The manufacturing method of the torque detector according to the second to fourth embodiments of the present invention is a manufacturing method including the following steps.
1. In the first step, a predetermined torque is applied to an input shaft (magnetic material) that is a rotating shaft to apply a predetermined stress or strain. The predetermined torque to be loaded is a value within elastic deformation with respect to the input shaft.
2. In the second step, the magnetostrictive film is formed by plating the input shaft with a magnetic material in a state where the predetermined stress or strain is applied.
3. In the third step, a predetermined residual stress or plastic strain is applied to the magnetostrictive film by releasing a predetermined stress or strain of the rotating shaft.
4). In the fourth step, a cylindrical multiple winding coil that detects a change in magnetic permeability with respect to the rotational torque of the input shaft on which the magnetostrictive film is formed is disposed so as to face the magnetostrictive film.
By including such a process, it is possible to manufacture a torque detection device in which the detected value does not fluctuate with the rotation of the input shaft or fluctuates with respect to an axial displacement error.
In addition, since an approximately 8-shaped exciting coil is not disposed in the housing, the strength of the housing is not reduced, and a torque detection device with high detection accuracy at torque load can be manufactured. In addition, a rotating shaft having a high torsional strength can be used.
The torque detection device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention includes the first step and the fourth step. However, the predetermined torque in the first step is a torque that gives plastic strain to the input shaft. That is, the change in the magnetic permeability with respect to the rotational torque of the input shaft to which the plastic strain is applied without detecting the magnetostrictive film is detected by the multiple winding coil.

本発明に係るトルク検出装置の第1実施形態を示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a torque detection device according to the present invention. 本発明に係るトルク検出装置で使用される解析用マップの作成方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the creation method of the map for analysis used with the torque detection apparatus which concerns on this invention. (a)本発明に係るトルク検出装置の検出回路の構成を示す図である。 (b)本発明に係るトルク検出装置の他の検出回路の構成を示す図である。(A) It is a figure which shows the structure of the detection circuit of the torque detection apparatus based on this invention. (B) It is a figure which shows the structure of the other detection circuit of the torque detection apparatus based on this invention. 本発明に係るトルク検出装置の第2実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows 2nd Embodiment of the torque detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るトルク検出装置の第3実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows 3rd Embodiment of the torque detection apparatus which concerns on this invention. (a)本発明に係るトルク検出装置の第3実施形態で得られるインピーダンス特性を示す図である。(b)本発明に係るトルク検出装置の第3実施形態の他の実施形態で得られるインピーダンス特性を示す図である。(A) It is a figure which shows the impedance characteristic obtained by 3rd Embodiment of the torque detection apparatus based on this invention. (B) It is a figure which shows the impedance characteristic obtained by other embodiment of 3rd Embodiment of the torque detection apparatus based on this invention. 本発明に係るトルク検出装置の第4実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows 4th Embodiment of the torque detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るトルク検出装置の第4実施形態で得られるインピーダンス特性を示す図である。It is a figure which shows the impedance characteristic obtained by 4th Embodiment of the torque detection apparatus which concerns on this invention. (a)従来のトルク検出装置をトルク伝達軸に取り付けた状態を示す図である。(b)従来のトルク検出装置で使用された励磁コイルを示す図である。(A) It is a figure which shows the state which attached the conventional torque detection apparatus to the torque transmission shaft. (B) It is a figure which shows the exciting coil used with the conventional torque detection apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 入力軸(回転軸)
2 ケーシング
2a ハウジング
2b ケース部
3,4,5 軸受け
6 ラック軸
6a ラック歯
7 ウオームホイール
8 電動機
9 ウオーム歯車
10 トルクセンサ
11,21,22 多重巻きコイル
11a ボビン
11b バックヨーク
12 抵抗
13 交流電源
14 整流回路
15 平滑回路
16 増幅回路
17 検出回路
19,20,23 磁歪膜
1 Input shaft (rotary shaft)
2 Casing 2a Housing 2b Case part 3, 4, 5 Bearing 6 Rack shaft 6a Rack tooth 7 Worm wheel 8 Electric motor 9 Worm gear 10 Torque sensor 11, 21, 22 Multiple winding coil 11a Bobbin 11b Back yoke 12 Resistance 13 AC power supply 14 Rectification Circuit 15 Smoothing circuit 16 Amplifying circuit 17 Detection circuit 19, 20, 23 Magnetostrictive film

Claims (1)

回転軸と、この回転軸に設けられる磁歪膜と、
前記回転軸に入力される回転トルクに対する透磁率の変化を検出する円筒状の多重巻きコイルと、を備えたトルク検出装置において、
前記磁歪膜を軸方向に2区分すると共に、この2区分された磁歪膜をそれぞれ異なる組成で構成し、かつ前記磁歪膜に1方向のみ所定の残留応力、又は塑性歪を付与し
前記多重巻きコイルは、各磁歪膜のそれぞれに対峙させて一対取り付けられていることを特徴とするトルク検出装置。
A rotating shaft and a magnetostrictive film provided on the rotating shaft;
In a torque detection device comprising a cylindrical multiple winding coil that detects a change in magnetic permeability with respect to rotational torque input to the rotation shaft,
The magnetostrictive film is divided into two in the axial direction, each of the two divided magnetostrictive films is composed of different compositions, and a predetermined residual stress or plastic strain is applied to the magnetostrictive film in only one direction ,
A torque detection device according to claim 1, wherein a pair of the multiple winding coils are attached to face each of the magnetostrictive films.
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