JP5001309B2 - Detection device and power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転軸の回転角度および2つの回転軸の相対角度を検出する検出装置及びパワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a detection device and a power steering device that detect a rotation angle of a rotation shaft and a relative angle between two rotation shafts.
例えばステアリング回転補助を行なうためにステアリングに加わる回転トルクを検出するとともに、ステアリングの回転角度を検出する装置が提案されている。
例えば、特許文献1に記載の回転角度・トルク検出装置は、ステアリングに連動して回転する第一の回転軸と、これに連動して回転する第一及び第二の検出体と、これらの検出体の回転を検出信号として検出する第一及び第二の検出手段とを備える。また、第一の回転軸とトーションバーを介して連結された第二の回転軸と、これらの回転軸の回転を検出信号として検出する第三及び第四の検出手段と、を備える。
For example, a device has been proposed that detects rotational torque applied to a steering wheel to assist steering rotation, and detects the rotational angle of the steering wheel.
For example, a rotation angle / torque detection device described in Patent Document 1 includes a first rotation shaft that rotates in conjunction with steering, first and second detection bodies that rotate in conjunction with the rotation shaft, and detection of these. First and second detection means for detecting the rotation of the body as a detection signal. Also, a second rotating shaft connected to the first rotating shaft via a torsion bar, and third and fourth detecting means for detecting the rotation of these rotating shafts as detection signals are provided.
特許文献1に記載の回転角度・トルク検出装置では、第一の回転軸に連動して回転する第一及び第二の検出体を備え、この第一及び第二の検出体の回転を検出信号として検出する第一及び第二の検出手段を用いて回転角度検出装置を構成している。また、第一の回転軸及び第二の回転軸の回転を検出信号として検出する手段を、軸方向に2つ配置することによりトルク検出装置を構成している。そのため、多くの構成部材を、回転軸の半径方向及び軸方向に配置しなければならないので、回転角度及びトルクを検出する装置としてのユニット化が構造的に困難であり、車体などへの組込みが困難となる。また、装置全体としての大きさが大きくなってしまう。 The rotation angle / torque detection device described in Patent Literature 1 includes first and second detection bodies that rotate in conjunction with a first rotation shaft, and detects the rotation of the first and second detection bodies. The rotation angle detection device is configured using the first and second detection means for detecting as follows. Further, the torque detector is configured by arranging two means for detecting the rotation of the first rotating shaft and the second rotating shaft as detection signals in the axial direction. Therefore, since many components must be arranged in the radial direction and axial direction of the rotating shaft, it is structurally difficult to form a unit as a device for detecting the rotation angle and torque, and it is difficult to incorporate it into a vehicle body or the like. It becomes difficult. In addition, the overall size of the apparatus becomes large.
また、トルクを検出するのに2つの検出手段を用いる場合には、双方の検出手段が非常に高精度に検出可能でなければトルク検出を高精度に行うことができないおそれがある。
そこで、本発明は、コンパクトかつ組込み容易な構造であると共に検出精度が高い検出装置を提供することにある。
Further, when two detection means are used to detect torque, there is a possibility that torque detection cannot be performed with high accuracy unless both detection means are capable of detection with very high accuracy.
Therefore, the present invention is to provide a detection device that is compact and easy to incorporate and has high detection accuracy.
かかる目的のもと、本発明は、ハウジングに回転可能に支持される第1の回転軸と当該ハウジングに回転可能に支持される第2の回転軸との相対角度を検出すると共に当該第2の回転軸の回転角度を検出する検出装置であって、前記第1の回転軸に設けられる第1の磁石と、前記ハウジングに固定される第1の歯車と、前記第2の回転軸の回転に伴い、当該第2の回転軸の軸心を回転中心として公転しつつ前記第1の歯車により回転力が付与されて自転する第2の歯車と、前記第2の回転軸の回転に伴い、当該第2の回転軸の軸心を回転中心として公転しつつ前記第1の歯車により回転力が付与されて自転し、前記第2の歯車の歯数とは異なる歯数を有する第3の歯車と、前記第2の回転軸に固定され、前記第1の磁石から発生される磁界に基づいて前記第1の回転軸と前記第2の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出手段と、前記第2の歯車の自転の角度と前記第3の歯車の自転の角度とに基づいて前記第2の回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、を備えることを特徴とする検出装置である。 For this purpose, the present invention detects the relative angle between the first rotation shaft rotatably supported by the housing and the second rotation shaft rotatably supported by the housing, and the second rotation shaft. A detection device for detecting a rotation angle of a rotation shaft, wherein a first magnet provided on the first rotation shaft, a first gear fixed to the housing, and a rotation of the second rotation shaft. Along with the rotation of the second rotation shaft, the second gear rotates while being revolved around the axis of the second rotation shaft and the rotational force is applied by the first gear. A third gear having a number of teeth different from the number of teeth of the second gear, revolving around the axis of the second rotating shaft while being revolved while being rotated by the first gear. The magnetic field generated from the first magnet is fixed to the second rotating shaft. Therefore, based on the relative angle detecting means for detecting the relative angle between the first rotating shaft and the second rotating shaft, the rotation angle of the second gear and the rotation angle of the third gear. And a rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the second rotation shaft.
ここで、前記第1の磁石は、外周面に交互に配置されたN極とS極とを有し、前記相対角度検出手段は、前記第1の磁石の外周面の外側に配置され、前記第1の回転軸の軸心に対して垂直に延びる磁性体を有する第1の磁気抵抗素子を備えることが好適である。
また、前記第2の歯車とともに回転する第2の磁石と、前記第3の歯車とともに回転する第3の磁石と、を有し、前記回転角度検出手段は、前記第2の磁石から発生される磁界に基づいて前記第2の歯車の自転の角度を検出する第2の磁気抵抗素子と、前記第3の磁石から発生される磁界に基づいて前記第3の歯車の自転の角度を検出する第3の磁気抵抗素子と、を有し、当該第2の磁気抵抗素子および当該第3の磁気抵抗素子が検出した値に基づいて前記第2の回転軸の回転角度を検出することが好適である。
Here, the first magnet has N poles and S poles alternately arranged on the outer peripheral surface, and the relative angle detection means is arranged outside the outer peripheral surface of the first magnet, It is preferable to include a first magnetoresistive element having a magnetic body extending perpendicularly to the axis of the first rotating shaft.
And a second magnet that rotates together with the second gear, and a third magnet that rotates together with the third gear, and the rotation angle detecting means is generated from the second magnet. A second magnetoresistive element that detects the rotation angle of the second gear based on the magnetic field, and a second magnetoresistive element that detects the rotation angle of the third gear based on the magnetic field generated from the third magnet. It is preferable that the rotation angle of the second rotating shaft is detected based on the value detected by the second magnetoresistive element and the third magnetoresistive element. .
また、前記第1の磁気抵抗素子と、前記第2の磁気抵抗素子と、前記第3の磁気抵抗素子とは、同一のプリント基板に実装されていることが好適である。
また、前記第2の歯車又は前記第3の歯車の少なくともいずれかを自転可能に支持すると共に前記第2の回転軸に固定される支持部材をさらに有することが好適である。
また、前記第2の歯車又は前記第3の歯車の少なくともいずれかを自転可能に支持すると共に前記第2の回転軸に固定される支持部材をさらに有し、前記プリント基板は、前記支持部材に固定されていることが好適である。
また、前記第2の歯車は、前記第1の歯車と噛み合って自転し、前記第3の歯車は、前記第1の歯車又は第2の歯車と噛み合って自転することが好適である。
In addition, it is preferable that the first magnetoresistive element, the second magnetoresistive element, and the third magnetoresistive element are mounted on the same printed circuit board.
It is preferable that the apparatus further includes a support member that supports at least one of the second gear and the third gear so as to be capable of rotating, and is fixed to the second rotation shaft.
In addition, it further includes a support member that rotatably supports at least one of the second gear and the third gear and is fixed to the second rotating shaft, and the printed circuit board is attached to the support member. It is preferred that it is fixed.
Further, it is preferable that the second gear rotates in mesh with the first gear, and the third gear rotates in mesh with the first gear or the second gear.
他の観点から捉えると、本発明は、ハウジングに回転可能に支持される第1の回転軸と当該ハウジングに回転可能に支持される第2の回転軸との相対角度を検出すると共に当該第2の回転軸の回転角度を検出する検出装置であって、前記ハウジングに固定される第1の歯車と、前記第2の回転軸の回転に伴い、当該第2の回転軸の軸心を回転中心として公転しつつ前記第1の歯車により回転力が付与されて自転する第2の歯車と、前記第2の回転軸の回転に伴い、当該第2の回転軸の軸心を回転中心として公転しつつ前記第1の歯車により回転力が付与されて自転し、前記第2の歯車の歯数とは異なる歯数を有する第3の歯車と、前記第2の回転軸に固定され、前記第1の回転軸に設けられる第1の磁石から発生される磁界に基づいて前記第1の回転軸と前記第2の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出手段と、前記第2の歯車の自転の角度と前記第3の歯車の自転の角度とに基づいて前記第2の回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、を備えることを特徴とする検出装置である。 From another point of view, the present invention detects the relative angle between the first rotation shaft that is rotatably supported by the housing and the second rotation shaft that is rotatably supported by the housing, and the second rotation shaft. A rotation angle of the rotation axis of the second rotation shaft with the rotation of the first gear fixed to the housing and the rotation of the second rotation shaft. As the second gear rotates and revolves with the rotation of the first gear, the second gear rotates with the axis of the second rotation shaft as the center of rotation. The first gear rotates while being rotated by the first gear and is fixed to the second rotating shaft, the third gear having a number of teeth different from the number of teeth of the second gear, and the first gear. Based on a magnetic field generated from a first magnet provided on the rotation shaft of the first magnet. Relative angle detection means for detecting a relative angle between the rotation axis of the second gear and the second rotation axis, and the second rotation axis based on the rotation angle of the second gear and the rotation angle of the third gear. And a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the rotation shaft.
また、他の観点から捉えると、本発明は、ハウジングに回転可能に支持され、ステアリングホイールに連結される第1の回転軸と、前記ハウジングに回転可能に支持され、トーションバーを介して前記第1の回転軸と連結される第2の回転軸と、前記第1の回転軸に設けられる第1の磁石と、前記ハウジングに固定される第1の歯車と、前記第2の回転軸の回転に伴い、当該第2の回転軸の軸心を回転中心として公転しつつ前記第1の歯車により回転力が付与されて自転する第2の歯車と、前記第2の回転軸の回転に伴い、当該第2の回転軸の軸心を回転中心として公転しつつ前記第1の歯車により回転力が付与されて自転し、前記第2の歯車の歯数とは異なる歯数を有する第3の歯車と、前記第2の回転軸に固定され、前記第1の磁石から発生される磁界に基づいて前記第1の回転軸と前記第2の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出手段と、前記第2の歯車の自転の角度と前記第3の歯車の自転の角度とに基づいて前記第2の回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、を備えることを特徴とするパワーステアリング装置である。 From another point of view, the present invention provides a first rotating shaft that is rotatably supported by a housing and coupled to a steering wheel, and is rotatably supported by the housing and is connected to the first via a torsion bar. A second rotating shaft coupled to the first rotating shaft, a first magnet provided on the first rotating shaft, a first gear fixed to the housing, and rotation of the second rotating shaft. Along with the rotation of the second rotation shaft, the second gear rotating around the axis of the second rotation shaft while rotating around the second rotation shaft and rotating by the first gear. A third gear having a number of teeth different from the number of teeth of the second gear, revolving around the axis of the second rotation shaft while being revolved while being rotated by the first gear. And fixed to the second rotating shaft, from the first magnet A relative angle detecting means for detecting a relative angle between the first rotating shaft and the second rotating shaft based on a generated magnetic field; a rotation angle of the second gear; and a rotation of the third gear. And a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the second rotation shaft based on the angle of the power steering device.
本発明によれば、コンパクトかつ組込み容易な構造にすることができる。また、検出精度を高めることができる。 According to the present invention, a compact and easy-to-assemble structure can be achieved. Moreover, detection accuracy can be increased.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態(実施の形態)について詳細に説明する。
図1は、実施の形態に係る検出装置1を適用した電動パワーステアリング装置100の断面図である。図2は、実施の形態に係る検出装置1の斜視図である。
検出装置1は、ハウジング110に回転可能に支持された第1の回転軸120と、同じくハウジング110に回転可能に支持された第2の回転軸130との相対角度を検出すると共に第2の回転軸130の回転角度を検出する装置である。
The best mode (embodiment) for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an electric
The detection device 1 detects the relative angle between the first rotating
ハウジング110は、例えば自動車などの乗り物の本体フレーム(以下、「車体」と称する場合もある。)に固定される部材であり、第1ハウジング111と第2ハウジング112とが、例えばボルトなどにより結合されて構成される。
第1の回転軸120は、例えばステアリングホイールが連結される回転軸であり、軸受113を介して第1ハウジング111に回転可能に支持されている。
The
The first rotating
第2の回転軸130は、トーションバー140を介して第1の回転軸120に同軸的に結合されていると共に軸受114を介して第2ハウジング112に回転可能に支持されている。また、第2の回転軸130に形成されたピニオン131が、車輪に連結されるラック軸(不図示)のラック(不図示)と噛み合っている。そして、第2の回転軸130の回転運動がピニオン131,ラックを介してラック軸の直線運動に変換され、車輪が操舵される。
また、第2の回転軸130には、例えば圧入などによりウォームホイール150が固定されている。このウォームホイール150は、第2ハウジング112に固定された電動モータ160の出力軸に連結されたウォームギヤ161と噛み合っている。
The second rotating
A
以上のように構成された電動パワーステアリング装置100は、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出装置1にて検出し、その検出トルクに基づいて電動モータ160を駆動し、電動モータ160の発生トルクをウォームギヤ161、ウォームホイール150を介して第2の回転軸130に伝達する。これにより、電動モータ160の発生トルクが、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする。
The electric
以下に、検出装置1について詳述する。
検出装置1は、第1の回転軸120に取り付けられる第1の磁石10と、ハウジング110に固定される第1の歯車20と、を有している。また、検出装置1は、第2の回転軸130の回転に伴い、第2の回転軸130の軸心を回転中心として公転しつつ第1の歯車20と噛み合って自転する第2の歯車30を有する。また、検出装置1は、第2の回転軸130の回転に伴い、第2の回転軸130の軸心を回転中心として公転しつつ第1の歯車20と噛み合って自転し、第2の歯車30の歯数とは異なる歯数の第3の歯車40を有する。
Below, the detection apparatus 1 is explained in full detail.
The detection device 1 includes a
第1の磁石10は、ドーナツ状であり、その内側に第1の回転軸120が嵌合されている。そして、少なくとも外周面に、N極およびS極が交互に配置されている。
第1の歯車20は、フラットケーブルカバー50の上部の内周面の全周に設けられた歯車である。フラットケーブルカバー50が、ハウジング110の第2ハウジング112に固定されることで、第1の歯車20は、ハウジング110に固定される。
The
The
フラットケーブルカバー50をハウジング110に固定する態様としては、以下の態様を例示することができる。すなわち、フラットケーブルカバー50の外周面に、周方向に等間隔に複数個(本実施の形態においては90度間隔に4個)の凸部50aを、外側に延出するように形成する。一方、ハウジング110の第2ハウジング112に、凸部50aが嵌合される凹部112aを、凸部50aと同数個形成する。そして、フラットケーブルカバー50の凸部50aを第2ハウジング112に形成した凹部112aに嵌合することで、第2の回転軸130の回転方向の位置決めを行う。そして、第1ハウジング111でフラットケーブルカバー50の上面を押さえることで第2の回転軸130の軸方向の位置決めを行う。
As an aspect for fixing the
検出装置1は、第2の回転軸130に固定されて、第2の回転軸130と共に回転するベース60を有している。そして、第2の歯車30および第3の歯車40が、ベース60に回転可能に支持されている。言い換えれば、第2の歯車30および第3の歯車40は、ハウジング110に固定されるフラットケーブルカバー50に対して、第2の回転軸130の軸心を回転中心として回転可能に設けられている。
第2の歯車30の内側には、半円柱状のN極と半円柱状のS極とを有する円柱状の第2の磁石30aが例えばインサート成形により装着されている。また、第3の歯車40の内側には、同じく半円柱状のN極と半円柱状のS極とを有する円柱状の第3の磁石40aが例えばインサート成形により装着されている。
The detection device 1 has a base 60 that is fixed to the second
A cylindrical
第2の歯車30を、ベース60に回転可能に支持する態様としては、以下の態様を例示することができる。図1に示すように、ベース60に円柱状の凹部60aを設け、凹部60aにベアリング61を装着する。他方、第2の歯車30の下面に円柱状の凸部30bを設ける。そして、第2の歯車30の凸部30bを、ベアリング61の内周面に嵌合する。または、第2の歯車30の回転中心部に、つまり第2の磁石30aの中心部に非磁性体の回転軸を設け、この回転軸をベース60に設けた軸受け(例えば、ベアリング)に嵌合してもよい。第3の歯車40も上述した態様でベース60に回転可能に支持する。
Examples of the aspect in which the
ベース60には、配線パターン(不図示)が形成されたプリント基板70が、第2の歯車30および第3の歯車40との間で所定の間隙を形成するように、例えばネジ止めなどにより装着されている。言い換えれば、プリント基板70は、ハウジング110に固定されるフラットケーブルカバー50に対して、第2の回転軸130の軸心を回転中心として回転可能に設けられている。
プリント基板70には、図1,2に示すように、第1の回転軸120の半径方向には第1の磁石10の外周面の外側であり、第1の回転軸120の軸方向には第1の磁石10が設けられた領域内となるように第1の磁気検出素子71が装着されている。本実施の形態に係る第1の磁気検出素子71は、磁界によって抵抗値が変化することを利用した磁気センサであるMRセンサ(磁気抵抗素子)であることを例示することができる。そして、この第1の磁気検出素子71が、第1の磁石10から発生される磁界に基づいて第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対角度を検出する相対角度検出手段を構成する。第1の磁気検出素子71および相対角度の検出手法については後で詳述する。
A printed
As shown in FIGS. 1 and 2, the printed
また、プリント基板70には、第2の磁石30aの中央部と対向する位置に、第2の磁石30aとの間で所定の間隙を形成するように第2の磁気検出素子72が装着されている。また、プリント基板70には、第3の磁石40aの中央部と対向する位置に、第3の磁石40aとの間で所定の間隙を形成するように第3の磁気検出素子73が装着されている。本実施の形態に係る第2,3の磁気検出素子72,73も、MRセンサ(磁気抵抗素子)であることを例示することができる。そして、この第2,3の磁気検出素子72,73が、第2の歯車30の自転の角度と第3の歯車40の自転の角度とに基づいて第2の回転軸130の回転角度を検出する回転角度検出手段を構成する。検出手法については後で詳述する。
In addition, a second
また、プリント基板70には、配線パターンと電気的に接続されたコネクタ74が取り付けられており、このコネクタ74には、フラットケーブル80の一方の先端部に設けられたコネクタ(不図示)が接続されている。フラットケーブル80は、図2に示すように、ベース60の下方であってフラットケーブルカバー50の内側で渦状に巻かれている。そして、フラットケーブル80の一方の先端部は、ベース60に形成された孔を介してベース60の上方のコネクタ74に接続されている。また、フラットケーブル80の他方の先端部は、フラットケーブルカバー50に形成された孔を介してフラットケーブルカバー50の内部から外部へ出され、フラットケーブルカバー50の外側で、例えば電動パワーステアリング装置100の制御を行う制御装置(不図示)のプリント基板(制御基板)に設けられたコネクタ(不図示)に接続される。
In addition, a
また、検出装置1は、第1の磁気検出素子71の検出値を基に第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対角度を演算する相対角度演算手段(不図示)と、第2,第3の磁気検出素子72,73の検出値を基に第2の回転軸130の回転角度を演算する回転角度演算手段(不図示)と、を備えている。相対角度演算手段は、上述した相対角度検出手段を構成し、回転角度演算手段は上述した回転角度検出手段を構成する。そして、これらの演算手段は、プリント基板70とは別にフラットケーブルカバー50の外側に設けたプリント基板(例えば上述した制御装置に設けられた基板)に装着してもよいし、プリント基板70に装着してもよい。
In addition, the detection device 1 includes a relative angle calculation unit (not shown) that calculates a relative angle between the
演算手段を、プリント基板70とは別のプリント基板に装着する場合には、第1〜第3の磁気検出素子71〜73の検出値は、フラットケーブル80を介して演算手段に出力されるようにする。また、演算手段を、プリント基板70に装着する場合には、演算手段にて第1〜第3の磁気検出素子71〜73の検出値に基づいて相対角度あるいは回転角度を演算した後に、演算した結果を、フラットケーブル80を介して制御装置に出力する。
When the calculation means is mounted on a printed circuit board different from the printed
以下に、本実施の形態に係る第1〜第3の磁気検出素子71〜73について説明する。
本実施の形態に係る第1〜第3の磁気検出素子71〜73は、磁界によって抵抗値が変化することを利用したMRセンサ(磁気抵抗素子)である。
Below, the 1st-3rd magnetic detection elements 71-73 which concern on this Embodiment are demonstrated.
The first to third
先ず、MRセンサの動作原理について説明する。
MRセンサは、Si若しくはガラス基板と、その上に形成されたNi−Feなどの強磁性金属を主成分とする合金の薄膜で構成されており、その薄膜強磁性金属の抵抗値は、特定方向の磁界の強度に応じて抵抗値が変化する。
First, the operation principle of the MR sensor will be described.
The MR sensor is composed of an Si or glass substrate and a thin film of an alloy mainly composed of a ferromagnetic metal such as Ni-Fe formed thereon, and the resistance value of the thin film ferromagnetic metal is in a specific direction. The resistance value changes according to the strength of the magnetic field.
図3は、薄膜強磁性金属に流す電流の方向と印加する磁界の方向とを示す図である。図4は、図3の状態で、磁界強度を変化させた場合の、磁界強度と薄膜強磁性金属の抵抗値との関係を示す図である。
図3に示すように、基板の上に矩形状に形成した薄膜強磁性金属に、矩形の長手方向、つまり図中Y方向に電流を流す。一方、磁界Hを、電流方向(Y方向)に対して垂直方向(図中X方向)に印加し、その状態で、磁界の強さを変更する。このときに、薄膜強磁性金属の抵抗値がどのように変化するかを示したのが図4である。
FIG. 3 is a diagram showing the direction of the current flowing through the thin film ferromagnetic metal and the direction of the applied magnetic field. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the magnetic field strength and the resistance value of the thin film ferromagnetic metal when the magnetic field strength is changed in the state of FIG.
As shown in FIG. 3, a current is passed through the thin film ferromagnetic metal formed in a rectangular shape on the substrate in the longitudinal direction of the rectangle, that is, in the Y direction in the figure. On the other hand, the magnetic field H is applied in a direction perpendicular to the current direction (Y direction) (X direction in the figure), and in this state, the strength of the magnetic field is changed. FIG. 4 shows how the resistance value of the thin film ferromagnetic metal changes at this time.
図4に示すように、磁界の強さを変化させたとしても、無磁界(磁界強度ゼロ)時からの抵抗値変化は最大で約3%となる。
以下では、抵抗値変化量(ΔR)が、近似的に「ΔR∝H2」の式で表すことができる領域外を「飽和感度領域」と称す。そして、飽和感度領域においては、ある磁界強度(以下、「規定磁界強度」と称す。)以上になると3%の抵抗値変化は変わらない。
As shown in FIG. 4, even if the strength of the magnetic field is changed, the resistance value change from the time of no magnetic field (magnetic field strength zero) is about 3% at the maximum.
Hereinafter, a region outside which the resistance value change amount (ΔR) can be approximately expressed by the equation “ΔR∝H 2 ” is referred to as a “saturation sensitivity region”. In the saturation sensitivity region, the resistance value change of 3% does not change when the magnetic field intensity is higher than a certain magnetic field intensity (hereinafter referred to as “specified magnetic field intensity”).
図5は、薄膜強磁性金属に流す電流の方向と印加する磁界の方向とを示す図である。図6は、磁界の向きと薄膜強磁性金属の抵抗値との関係を示す図である。
図5のように、矩形状に形成した薄膜強磁性金属の矩形の長手方向、つまり図中Y方向に電流を流し、磁界の方向として電流方向に対して角度変化θを与える。このとき、磁界の向きに起因する薄膜強磁性金属の抵抗値の変化を知るために、印加する磁界強度は、磁界強度に起因しては抵抗値が変化しない上述した規定磁界強度以上とする。
FIG. 5 is a diagram showing the direction of the current flowing through the thin film ferromagnetic metal and the direction of the applied magnetic field. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the direction of the magnetic field and the resistance value of the thin film ferromagnetic metal.
As shown in FIG. 5, a current is passed in the rectangular longitudinal direction of the thin film ferromagnetic metal formed in a rectangular shape, that is, the Y direction in the figure, and an angle change θ is given to the current direction as the direction of the magnetic field. At this time, in order to know the change in the resistance value of the thin film ferromagnetic metal due to the direction of the magnetic field, the applied magnetic field strength is set to be equal to or higher than the above-mentioned prescribed magnetic field strength at which the resistance value does not change due to the magnetic field strength.
図6(a)に示すように、抵抗変化量は、電流方向と磁界の方向が垂直(θ=90度、270度)の時に最大となり、電流方向と磁界の方向が平行(θ=0度、180度)の時に最小となる。かかる場合の抵抗値の最大の変化量をΔRとすると、薄膜強磁性金属の抵抗値Rは、電流方向と磁界方向の角度成分として変化し、式(1)のように示され、図6(b)に示すようになる。
R=R0−ΔRsin2θ・・・(1)
ここで、R0は、規定磁界強度以上の磁界を電流方向と平行(θ=0度あるいは180度)に印加した場合の抵抗値である。
式(1)により、規定磁界強度以上の磁界の方向は、薄膜強磁性金属の抵抗値を把握することで検出することができる。
As shown in FIG. 6A, the amount of resistance change becomes maximum when the current direction and the magnetic field direction are perpendicular (θ = 90 °, 270 °), and the current direction and the magnetic field direction are parallel (θ = 0 °). , 180 degrees). When the maximum amount of change in the resistance value in this case is ΔR, the resistance value R of the thin film ferromagnetic metal changes as an angular component in the current direction and the magnetic field direction, and is expressed by the equation (1), and is shown in FIG. As shown in b).
R = R0−ΔRsin 2 θ (1)
Here, R0 is a resistance value when a magnetic field having a specified magnetic field strength or more is applied parallel to the current direction (θ = 0 degree or 180 degrees).
From equation (1), the direction of the magnetic field greater than the prescribed magnetic field strength can be detected by grasping the resistance value of the thin film ferromagnetic metal.
次に、MRセンサの検出原理について説明する。
図7は、規定磁界強度以上の磁界強度で磁界の方向を検出する原理を利用するMRセンサの一例を示す図である。
図7に示すMRセンサの薄膜強磁性金属は、縦方向が長くなるように形成された第1のエレメントE1と横方向が長くなるように形成された第2のエレメントE2とが直列に配置されている。
Next, the detection principle of the MR sensor will be described.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an MR sensor that uses the principle of detecting the direction of a magnetic field with a magnetic field strength equal to or greater than a specified magnetic field strength.
In the thin film ferromagnetic metal of the MR sensor shown in FIG. 7, a first element E1 formed so as to be elongated in the vertical direction and a second element E2 formed so as to be elongated in the horizontal direction are arranged in series. ing.
かかる形状の薄膜強磁性金属においては、第1のエレメントE1に対して最も大きな抵抗値変化を促す垂直方向の磁界は、第2のエレメントE2に対し最小の抵抗値変化の磁界方向となる。そして、第1のエレメントE1の抵抗値R1は式(2)、第2のエレメントE2の抵抗値R2は式(3)で与えられる。
R1=R0−ΔRsin2θ・・・(2)
R2=R0−ΔRcos2θ・・・(3)
In the thin-film ferromagnetic metal having such a shape, the vertical magnetic field that causes the largest resistance value change with respect to the first element E1 is the magnetic field direction with the smallest resistance value change with respect to the second element E2. The resistance value R1 of the first element E1 is given by the formula (2), and the resistance value R2 of the second element E2 is given by the formula (3).
R1 = R0−ΔRsin 2 θ (2)
R2 = R0−ΔRcos 2 θ (3)
図8は、図7に示すMRセンサの構成を等価回路で示した図である。
図7に示すようなエレメント構成のMRセンサの等価回路は図8に示すようになる。
図7,8に示すように、第1のエレメントE1の、第2のエレメントE2と接続されていない方の端部をグランド(Gnd)とし、第2のエレメントE2の、第1のエレメントE1と接続されていない方の端部の出力電圧をVccとした場合に、第1のエレメントE1と第2のエレメントE2との接続部の出力電圧Voutは式(4)で与えられる。
Vout=(R1/(R1+R2))×Vcc…(4)
FIG. 8 is a diagram showing an equivalent circuit of the configuration of the MR sensor shown in FIG.
An equivalent circuit of the MR sensor having the element configuration as shown in FIG. 7 is as shown in FIG.
As shown in FIGS. 7 and 8, the end of the first element E1 that is not connected to the second element E2 is the ground (Gnd), and the first element E1 of the second element E2 When the output voltage at the end that is not connected is Vcc, the output voltage Vout at the connection between the first element E1 and the second element E2 is given by equation (4).
Vout = (R1 / (R1 + R2)) × Vcc (4)
式(4)に、式(2)、(3)を代入し整理すると、式(5)の通りとなる。
Vout=Vcc/2+α×cos2θ…(5)
ここで、αは、α=(ΔR/(2(2×R0−ΔR)))×Vccである。
式(5)により、磁界の方向は、Voutを検出することで把握することができる。
When formulas (2) and (3) are substituted into formula (4) and rearranged, formula (5) is obtained.
Vout = Vcc / 2 + α × cos 2θ (5)
Here, α is α = (ΔR / (2 (2 × R0−ΔR))) × Vcc.
From equation (5), the direction of the magnetic field can be grasped by detecting Vout.
磁石が運動するときの磁界方向の変化とMRセンサの出力について説明する。
図9は、磁石が回転運動するときの磁界方向の変化とMRセンサの出力との関係を示す図である。
図9(a)に示すように、図7に示したMRセンサを、半円柱状のN極と半円柱状のS極からなる円柱状の磁石の中心軸方向の一方の面に対向するように配置する。その際、図9(b)に示す磁石とMRセンサとのギャップLは、MRセンサに規定磁界強度以上の磁界強度が印加される距離とする。
The change of the magnetic field direction when the magnet moves and the output of the MR sensor will be described.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the change in the magnetic field direction and the output of the MR sensor when the magnet rotates.
As shown in FIG. 9 (a), the MR sensor shown in FIG. 7 is opposed to one surface in the direction of the central axis of a cylindrical magnet composed of a semi-cylindrical N pole and a semi-cylindrical S pole. To place. At this time, the gap L between the magnet and the MR sensor shown in FIG. 9B is a distance at which a magnetic field strength equal to or higher than the prescribed magnetic field strength is applied to the MR sensor.
そして、図9(c)に示すように、磁石を、中心軸回りに、(i)→(ii)→(iii)→(iv)→(i)と回転させる。かかる場合、磁石にはN極からS極へ磁束線が出ており、この磁束線が磁界の方向となることから、MRセンサには、磁石の向きに応じて図9(c)に示した矢印の向きの磁界が印加されることとなる。つまり、磁石が1回転したとき、センサ面では磁界の方向が1回転する。
かかる場合、第1のエレメントE1と第2のエレメントE2との接続部の出力電圧Voutの波形は、式(5)に示した「Vout=Vcc/2+α×cos2θ」となり、図9(d)に示すように2周期の波形となる。
Then, as shown in FIG. 9C, the magnet is rotated in the order of (i) → (ii) → (iii) → (iv) → (i) around the central axis. In such a case, a magnetic flux line is emitted from the N pole to the S pole in the magnet, and this magnetic flux line is in the direction of the magnetic field. Therefore, the MR sensor is shown in FIG. 9C according to the direction of the magnet. A magnetic field in the direction of the arrow is applied. That is, when the magnet rotates once, the direction of the magnetic field rotates once on the sensor surface.
In this case, the waveform of the output voltage Vout at the connection portion between the first element E1 and the second element E2 is “Vout = Vcc / 2 + α × cos 2θ” shown in the equation (5), which is shown in FIG. As shown, it has a two-cycle waveform.
図10は、磁石が直線運動するときの磁界方向の変化とMRセンサの出力との関係を示す図である。
図10(a)に示すように、N極とS極が交互に配列された磁石に対して、図7に示したMRセンサを、規定磁界強度以上の磁界強度が印加されるギャップ(磁石とMRセンサとの距離)Lで、かつ磁界の方向変化がMRセンサのセンサ面に寄与するように配置する。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the change in the magnetic field direction and the output of the MR sensor when the magnet moves linearly.
As shown in FIG. 10 (a), the MR sensor shown in FIG. 7 is applied to a magnet in which N poles and S poles are alternately arranged. It is arranged so that the change in the direction of the magnetic field contributes to the sensor surface of the MR sensor.
そして、磁石を、図10(a)に示すように左方向に移動させる。そして、図10(c)に示すように、磁石を、N極中心からS極中心までの距離(以下、「着磁ピッチ」と称する場合もある。)λ移動させる。かかる場合、MRセンサには、磁石の位置に応じて図10(c)に示した矢印の向きの磁界が印加されることとなり、磁石が着磁ピッチλを移動したとき、センサ面では磁界の方向が1/2回転する。ゆえに、第1のエレメントE1と第2のエレメントE2との接続部の出力電圧Voutの波形は、式(5)に示した「Vout=Vcc/2+α×cos2θ」より、図10(d)に示すように1周期の波形となる。 Then, the magnet is moved in the left direction as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 10C, the magnet is moved λ from the center of the N pole to the center of the S pole (hereinafter also referred to as “magnetization pitch”) λ. In such a case, a magnetic field in the direction of the arrow shown in FIG. 10C is applied to the MR sensor according to the position of the magnet. When the magnet moves through the magnetization pitch λ, the magnetic field of the sensor surface is reduced. The direction rotates 1/2. Therefore, the waveform of the output voltage Vout at the connection portion between the first element E1 and the second element E2 is shown in FIG. 10D from “Vout = Vcc / 2 + α × cos 2θ” shown in the equation (5). Thus, a waveform of one cycle is obtained.
図11は、MRセンサの他の例を示す図である。
図7に示したエレメント構成の代わりに図11(a)に示すようなエレメント構成にすれば、図11(b)に示すように、一般的に知られているホイートストン・ブリッジ(フルブリッジ)の構成にすることができる。ゆえに、図11(a)に示すエレメント構成のMRセンサを用いることにより検出精度を高めることが可能となる。
FIG. 11 is a diagram illustrating another example of the MR sensor.
If the element configuration shown in FIG. 11A is used instead of the element configuration shown in FIG. 7, as shown in FIG. 11B, a generally known Wheatstone bridge (full bridge) can be used. Can be configured. Therefore, detection accuracy can be increased by using the MR sensor having the element configuration shown in FIG.
磁石の運動の方向を検出する手法について説明する。
図6に示した磁界の向きと薄膜強磁性金属の抵抗値との関係および式(1)「R=R0−ΔRsin2θ」からすると、図5で見た場合に、磁界の向きを電流の方向に対して時計回転方向に回転させても反時計回転方向に回転させても薄膜強磁性金属の抵抗値は同じである。ゆえに、薄膜強磁性金属の抵抗値を把握できても磁石の運動の方向は把握できない。
A method for detecting the direction of movement of the magnet will be described.
From the relationship between the direction of the magnetic field shown in FIG. 6 and the resistance value of the thin film ferromagnetic metal, and from the equation (1) “R = R0−ΔRsin 2 θ”, the direction of the magnetic field can be expressed as the current when viewed in FIG. The resistance value of the thin-film ferromagnetic metal is the same whether it is rotated clockwise or counterclockwise with respect to the direction. Therefore, even if the resistance value of the thin film ferromagnetic metal can be grasped, the direction of movement of the magnet cannot be grasped.
図12は、磁石の運動方向を検知するのに用いる出力の組み合わせの一例を示す図である。図12のように1/4周期の位相差を持った2つの出力を組み合わせることで磁石の運動方向の検知が可能となる。これらの出力を得る為には、図10で示す(i)と(ii)又は(i)と(iv)の位置に、二つのMRセンサを配置すればよい。 FIG. 12 is a diagram illustrating an example of combinations of outputs used to detect the moving direction of the magnet. As shown in FIG. 12, the direction of movement of the magnet can be detected by combining two outputs having a phase difference of ¼ period. In order to obtain these outputs, two MR sensors may be arranged at the positions (i) and (ii) or (i) and (iv) shown in FIG.
図13は、MRセンサの配置の例を示す図である。図13に示すように2つのMRセンサを重ね、一方のセンサを他方のセンサに対して45度に傾けて配置することも好適である。
図14は、MRセンサの他の例を示す図である。図14(a)に示すように、2組のフルブリッジ構成のエレメントを互いに45度傾けて一つの基板上に形成し、図14(b)に示すような等価回路となるエレメント構成にすることも好適である。これにより、一つのMRセンサで、図14(c)に示すように、正確な正弦波、余弦波の出力が可能となる。それゆえ、図14に示すエレメント構成のMRセンサの出力値により、MRセンサに対する磁石の運動方向及び運動量を把握することができる。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the arrangement of MR sensors. As shown in FIG. 13, it is also preferable that two MR sensors are overlapped and one sensor is disposed with an inclination of 45 degrees with respect to the other sensor.
FIG. 14 is a diagram illustrating another example of the MR sensor. As shown in FIG. 14 (a), two sets of full-bridge elements are inclined on each other by 45 degrees and formed on a single substrate to form an element structure that becomes an equivalent circuit as shown in FIG. 14 (b). Is also suitable. Thereby, as shown in FIG.14 (c), the output of an exact sine wave and a cosine wave is attained with one MR sensor. Therefore, the movement direction and the amount of movement of the magnet with respect to the MR sensor can be grasped from the output value of the MR sensor having the element configuration shown in FIG.
上述したMRセンサの特性に鑑み、本実施の形態に係る検出装置1においては、第1〜第3の磁気検出素子71〜73として、以下に述べるMRセンサを用いる。
先ず、第1の磁気検出素子71として、図14に示すエレメント構成のMRセンサを用いる。第1の磁気検出素子71は、上述したように、第1の磁石10の外周面に対して垂直に配置され、第2の回転軸130の軸方向の位置は、第1の磁石10の領域内である。それゆえ、かかる場合には、第1の回転軸120と共に回転する第1の磁石10から発生される磁界により、第1の磁石10の位置に応じて、第1の磁気検出素子71には、図10(c)に示すような磁界方向の変化となる。
In view of the characteristics of the MR sensor described above, in the detection apparatus 1 according to the present embodiment, the MR sensors described below are used as the first to third
First, an MR sensor having an element configuration shown in FIG. 14 is used as the first
その結果、第1の磁石10が着磁ピッチλを移動(回転)したとき、センサ面では磁界の方向が1/2回転すると共に、図14(c)に示すような1/4周期の位相差となる正弦波および余弦波の出力結果となる。
そこで、上記事項を基に、第1の磁気検出素子71での検出値と、第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対角度及び両者の捩れ方向との関係のテーブルを予めトルクテーブルとして作成しておき、例えば、演算手段が有する記憶領域に記憶しておく。そして、演算手段が、第1の磁気検出素子71にて検出した値と、トルクテーブルに基づいて、第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対角度及び両者の捩れ方向を演算できるようにしておく。
As a result, when the
Therefore, based on the above matters, a table of the relationship between the detection value of the first
また、第2の磁気検出素子72および第3の磁気検出素子73として、図11(a)に示すエレメント構成のMRセンサを用いる。そして、第2の磁気検出素子72を、エレメントと円柱状の第2の磁石30aの上面とが対向するように配置する。また、第3の磁気検出素子73を、エレメントと円柱状の第3の磁石40aの上面とが対向するように配置する。
Further, as the second
かかる場合には、図9(c)に示すような第2,第3の磁気検出素子72,73に対する磁界方向となり、VoutAの出力波形と磁界方向との関係は図9(d)に示すような波形となる。それゆえ、第2,第3の磁気検出素子72,73の検出値により第2,第3の歯車30,40の回転角度を把握することができる。
さらに、第1の歯車20の歯数と第2の歯車30の歯数との関係、第1の歯車20の歯数と第3の歯車40の歯数との関係を考慮すると共に、第2の歯車30の歯数と第3の歯車40の歯数とが異なる点を考慮すると、図15に示すような、第2の回転軸130の回転角度と、第2,3の歯車30,40の回転角度との関係を示す図を得ることができる。
In such a case, the magnetic field directions with respect to the second and third
Further, in consideration of the relationship between the number of teeth of the
そこで、上記事項を基に、第2,第3の磁気検出素子72,73での検出値と、第2の回転軸130の回転角度との関係のテーブルを予め回転角度テーブルとして作成しておき、例えば、演算手段が有する記憶領域に記憶しておく。そして、演算手段が、第2,第3の磁気検出素子72,73にて検出した値と、回転角度テーブルに基づいて、第2の回転軸130の回転角度を演算できるようにしておく。
Therefore, based on the above matters, a table of the relationship between the detection values of the second and third
上述のように構成された検出装置1は、以下のように機能する。
すなわち、利用者がステアリングホイールを回転すると、これに伴って第1の回転軸120が回転し、トーションバー140が捩れる。そして、第2の回転軸130が第1の回転軸120より少し遅れて回転する。この遅れは、トーションバー140に連結された第1の回転軸120と第2の回転軸130との回転角度の差となってあらわれる。
この回転角度の差を、演算手段が、第1の磁気検出素子71の出力信号とトルクテーブルとに基づいて演算することにより、検出装置1は、第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対角度及び捩れ方向、つまりはステアリングホイールに加わるトルクの大きさ及び向きを検出することが可能となる。
The detection apparatus 1 configured as described above functions as follows.
That is, when the user rotates the steering wheel, the first
When the calculation means calculates the difference in rotation angle based on the output signal of the first
また、ステアリングホイールを回転するのに伴って第2の回転軸130が回転すると、第1の歯車20に噛み合う第2の歯車30及び第3の歯車40が、第2の回転軸130の軸心を回転中心として公転しつつ自転する。そして、これらの回転に連動して、第2の磁石30aおよび第3の磁石40aも回転する。これら第2,第3の磁石30a,40aの回転を第2,第3の磁気検出素子72,73が検出する。
そして、演算手段が、第2,第3の磁気検出素子72,73の出力信号と回転角度テーブルとに基づいて演算することにより、検出装置1は、第2の回転軸130の回転角度、つまりはステアリングホイールの回転角度(舵角)を検出することが可能となる。
Further, when the second
Then, the calculation means calculates based on the output signals of the second and third
また、上述のように構成された検出装置1を組み付ける際には、フラットケーブルカバー50と、プリント基板70を取り付けたベース60と、フラットケーブルカバー50とベース60との間に収容するフラットケーブル80と、を予めユニット化しておく。そして、そのユニットを、第2の回転軸130が組み付けられた第2ハウジング112に、フラットケーブルカバー50の凸部50aが第2ハウジング112の凹部112aに嵌るように取り付ける。その際、ベース60を、第2の回転軸130に連結する。
このように、検出装置1を予めユニット化が可能な構造とすることで組み付け性を向上させることができる。
Further, when the detection apparatus 1 configured as described above is assembled, the
As described above, the assembling property can be improved by making the detection apparatus 1 a structure that can be unitized in advance.
また、フラットケーブルカバー50の内側に第1の歯車20を設け、フラットケーブルカバー50の内側に、第1の歯車20と噛み合いつつ自転及び公転を行う第2,第3の歯車30,40を設けている。そして、第2,第3の歯車30,40の回転角度を検出することで第2の回転軸130の回転角度を検出する。また、フラットケーブルカバー50の内側に配置された第1の磁気検出素子71の出力値に基づいて第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対角度を検出する。これにより、検出装置1のコンパクト化を実現している。
また、第1の磁気検出素子71のみの出力値に基づいて第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対角度を検出するので、複数のセンサの出力値に基づいて検出するよりは、検出精度が高くなる。
In addition, the
Further, since the relative angle between the first
なお、図15においては、第2の回転軸130の回転角度が1440度(=360度×4)分の第2,3の歯車30,40の回転角度を示している。かかる場合、第2の回転軸130の回転角度が720度であるときをステアリングホイールの0度基準とすることにより、右回りに2回転(720度)、左回りに2回転(720度)の舵角を検出可能となる。
FIG. 15 shows the rotation angles of the second and
また、本実施の形態に係る第2,第3の歯車30,40の歯数は異ならせており、両歯数の関係を、図15に示すように、第2の回転軸130が1440度回転しても、両歯車の回転位置が0度の状態に戻らない歯数としている。これにより、第2の歯車30及び第3の歯車40の回転角度を把握することにより一義的に第2の回転軸130の回転角度を把握することを実現している。
Further, the number of teeth of the second and
そして、第2,第3の歯車30,40の歯数として、第2の回転軸130がN度回転しても両歯車が0度の状態に戻らない歯数を選択することで、ステアリングホイールの(N/360)回転分の舵角を把握することが可能となる。
Then, as the number of teeth of the second and
上述した実施の形態においては、第1の磁気検出素子71として、図14に示した2組のフルブリッジ構成のエレメントを互いに45度傾けて一つの基板上に形成したMRセンサを用い、その出力値に基づいて、第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対角度および角度差が生じた方向、言い換えればトーションバー140の捩れ方向をも検出している。
In the above-described embodiment, the first
しかしながら、第1の回転軸120と第2の回転軸130との捩れ方向を、第2,第3の磁気検出素子72,73の出力値に基づいて検出してもよい。かかる場合には、第1の磁気検出素子71では、第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対角度のみを検出すればよく、第1の磁気検出素子71として、図11に示すエレメント構成のMRセンサを用いてもよい。
However, the twist direction of the first
なお、上述した検出装置1においては、例えばステアリングホイールが連結される第1の回転軸120に第1の磁石10を固定し、ピニオン131が形成された第2の回転軸130にベース60を固定しているが特にかかる態様に限定されない。ピニオン131が形成された第2の回転軸130に第1の磁石10を固定し、ステアリングホイールが連結される第1の回転軸120にベース60を固定してもよい。かかる構成においても、第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対角度を検出することができると共に第1の回転軸120の回転角度を検出することができる。
In the detection device 1 described above, for example, the
なお、第1の磁石10は、外周面に、N極とS極とが交互に周方向に並べられるように着磁されていればよく、第1の回転軸120に固定された磁石支持部材を介して第1の回転軸120に固定されていてもよい。
また、第1の磁石10は、ドーナツ状である必要はなく、また、外周面の周方向に全周にわたる必要はない。第1の磁石10は、少なくともトーションバー140が捩れる範囲において、第1の磁気検出素子71に対して、磁界の変化を検出させることができる範囲にわたって設けられていればよい。
The
Moreover, the
また、上述した実施の形態においては、ともに第1の歯車20に噛み合わせた第2の歯車30及び第3の歯車40の回転角度を検出することにより第2の回転軸130の回転角度を検出しているが、第2,第3の歯車30,40は、第2の回転軸130の回転に伴い、第2の回転軸130の軸心を回転中心として公転しつつ第1の歯車20により回転力が付与されて自転すれば、第1の歯車20に噛み合っていなくてもよい。
In the above-described embodiment, the rotation angle of the
図16は、第1,第2,第3の歯車20,30,40の噛み合わせの他の例を示す図である。
上述した実施の形態においては、第2の歯車30及び第3の歯車40は、第1の歯車20と噛み合うことで第1の歯車20により回転力が付与されているが、例えば、図16(a)に示すように、第3の歯車40は、第1の歯車20と噛み合う第2の歯車30と噛み合うことで、第2の歯車30を介して第1の歯車20により間接的に回転力が付与されてもよい。また、図16(b)に示すように、第2の歯車30及び第3の歯車40がともに、第1の歯車20と噛み合う第4の歯車400と噛み合うことで、第2の歯車30及び第3の歯車40は、第4の歯車400を介して第1の歯車20により間接的に回転力が付与されてもよい。また、図16(c)に示すように、第2の歯車30が、第1の歯車20と噛み合う第4の歯車400と噛み合い、第3の歯車40が第2の歯車30と噛み合うことで、第2の歯車30及び第3の歯車40は、第4の歯車400を介して第1の歯車20により間接的に回転力が付与されてもよい。また、図示はしないが、第2の歯車30が、第1の歯車20と噛み合い、第4の歯車400が第2の歯車30と噛み合い、第3の歯車40が第4の歯車400と噛み合うことで、第2の歯車30は第1の歯車20により直接的に回転力が付与され、第3の歯車40は第4の歯車400を介して第1の歯車20により間接的に回転力が付与されてもよい。
FIG. 16 is a diagram illustrating another example of meshing of the first, second, and
In the above-described embodiment, the
これらの場合においても、第2,第3の歯車30,40のそれぞれと対向する第2,第3の磁気検出素子72,73を用いて第2,第3の歯車30,40の自転の角度を検出することで第2の回転軸130の回転角度を検出することができるとともに、第2,第3の歯車30,40の歯数及びレイアウトの選択の自由度が増やすことができる。
また、図16(b),(c)に示した第4の歯車400の回転角度を検出する第4の磁気検出素子をも備え、第2,第3の歯車30,40に加えて第4の歯車400の回転角度を加味して第2の回転軸130の回転角度を検出することが好適である。数多くの歯車の回転角度に基づいて第2の回転軸130の回転角度を検出することで、複数の歯車の回転角度の組み合わせにより一義的に定まる第2の回転軸130の回転角度がより広範囲に及ぶ。それゆえ、第4の歯車400の回転角度を加味して第2の回転軸130の回転角度を検出することにより、第2の回転軸130の回転角度の角度をより広範囲に検出することが可能となる。
Even in these cases, the rotation angles of the second and
In addition to the second and
なお、上述した実施の形態においては、車両の本体フレームに固定されたハウジング110に対してプリント基板70が回転可能に配置され、フラットケーブル80を介してプリント基板70から第1〜第3の磁気検出素子71〜73の検出値あるいはこれらの検出値に基づいて演算した結果が本体フレームに固定された制御装置へ伝送される。
他方、第1の回転軸120が連結されるステアリングホイールには、クラクション、エアバック、オーディオのコントロールスイッチ等が配置される。これらのステアリングホイールに配置された部品は、ステアリングホイールを回転した場合でも回転しない車体側との電気的接続を保つ必要がある。
In the embodiment described above, the printed
On the other hand, a horn, an airbag, an audio control switch, and the like are disposed on the steering wheel to which the first
そこで、プリント基板70に、コネクタ74に加えて第2のコネクタを設け、第2のコネクタ、フラットケーブルなどを介して上述したステアリングホイールに配置された部品とプリント基板70とを電気的に接続する。加えて、フラットケーブル80を介してステアリングホイールに配置された部品と車体側(制御装置)とを電気的に接続する。このようにすることにより、検出装置1及びステアリングホイールに配置された部品を別々に車体側と電気的に接続するよりも、部品点数を削減できるとともにステアリングホイール周りをコンパクトにすることができる。
Therefore, the printed
なお、本実施の形態に係る検出装置1においては、第2の回転軸130の回転角度を検出可能であり、第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対角度を検出可能であることから、検出した第2の回転軸130の回転角度に、第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対角度を加味することで第1の回転軸120の回転角度をも検出することができる。
In the detection apparatus 1 according to the present embodiment, the rotation angle of the
1…検出装置、10…第1の磁石、20…第1の歯車、30…第2の歯車、40…第3の歯車、50…フラットケーブルカバー、60…ベース、70…プリント基板、71…第1の磁気検出素子、72…第2の磁気検出素子、73…第3の磁気検出素子、80…フラットケーブル、100…電動パワーステアリング装置、110…ハウジング、120…第1の回転軸、130…第2の回転軸、140…トーションバー、150…ウォームホイール、160…電動モータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Detection apparatus, 10 ... 1st magnet, 20 ... 1st gearwheel, 30 ... 2nd gearwheel, 40 ... 3rd gearwheel, 50 ... Flat cable cover, 60 ... Base, 70 ... Printed circuit board, 71 ... 1st magnetic detection element, 72 ... 2nd magnetic detection element, 73 ... 3rd magnetic detection element, 80 ... Flat cable, 100 ... Electric power steering device, 110 ... Housing, 120 ... 1st rotating shaft, 130 ... Second rotating shaft, 140 ... Torsion bar, 150 ... Worm wheel, 160 ... Electric motor
Claims (9)
前記第1の回転軸に設けられる第1の磁石と、
前記ハウジングに固定される第1の歯車と、
前記第2の回転軸の回転に伴い、当該第2の回転軸の軸心を回転中心として公転しつつ前記第1の歯車により回転力が付与されて自転する第2の歯車と、
前記第2の回転軸の回転に伴い、当該第2の回転軸の軸心を回転中心として公転しつつ前記第1の歯車により回転力が付与されて自転し、前記第2の歯車の歯数とは異なる歯数を有する第3の歯車と、
前記第2の回転軸に固定され、前記第1の磁石から発生される磁界に基づいて前記第1の回転軸と前記第2の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出手段と、
前記第2の歯車の自転の角度と前記第3の歯車の自転の角度とに基づいて前記第2の回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
を備えることを特徴とする検出装置。 A detection device that detects a relative angle between a first rotation shaft that is rotatably supported by the housing and a second rotation shaft that is rotatably supported by the housing, and detects a rotation angle of the second rotation shaft. Because
A first magnet provided on the first rotating shaft;
A first gear fixed to the housing;
A second gear that rotates with the rotational force applied by the first gear while revolving around the axis of the second rotation shaft as the rotation center of the second rotation shaft;
Along with the rotation of the second rotation shaft, a rotation force is applied by the first gear while revolving around the axis of the second rotation shaft, and the number of teeth of the second gear is rotated. A third gear having a different number of teeth than
A relative angle detector that is fixed to the second rotating shaft and detects a relative angle between the first rotating shaft and the second rotating shaft based on a magnetic field generated from the first magnet;
A rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the second rotation shaft based on the rotation angle of the second gear and the rotation angle of the third gear;
A detection apparatus comprising:
前記相対角度検出手段は、前記第1の磁石の外周面の外側に配置され、前記第1の回転軸の軸心に対して垂直に延びる磁性体を有する第1の磁気抵抗素子を備えることを特徴とする請求項1に記載の検出装置。 The first magnet has N poles and S poles alternately arranged on the outer peripheral surface,
The relative angle detecting means includes a first magnetoresistive element that is disposed outside the outer peripheral surface of the first magnet and has a magnetic body that extends perpendicularly to the axis of the first rotating shaft. The detection device according to claim 1, wherein
前記回転角度検出手段は、前記第2の磁石から発生される磁界に基づいて前記第2の歯車の自転の角度を検出する第2の磁気抵抗素子と、前記第3の磁石から発生される磁界に基づいて前記第3の歯車の自転の角度を検出する第3の磁気抵抗素子と、を有し、当該第2の磁気抵抗素子および当該第3の磁気抵抗素子が検出した値に基づいて前記第2の回転軸の回転角度を検出することを特徴とする請求項2に記載の検出装置。 A second magnet that rotates with the second gear; and a third magnet that rotates with the third gear;
The rotation angle detecting means is configured to detect a rotation angle of the second gear based on a magnetic field generated from the second magnet, and a magnetic field generated from the third magnet. A third magnetoresistive element that detects the rotation angle of the third gear based on the second magnetoresistive element, and the second magnetoresistive element and the value detected by the third magnetoresistive element The detection device according to claim 2, wherein the rotation angle of the second rotation shaft is detected.
前記プリント基板は、前記支持部材に固定されていることを特徴とする請求項4に記載の検出装置。 A support member that rotatably supports at least one of the second gear and the third gear and that is fixed to the second rotation shaft;
The detection device according to claim 4, wherein the printed circuit board is fixed to the support member.
前記第3の歯車は、前記第1の歯車又は第2の歯車と噛み合って自転することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の検出装置。 The second gear meshes with the first gear and rotates,
The detection device according to claim 1, wherein the third gear meshes with the first gear or the second gear and rotates.
前記ハウジングに固定される第1の歯車と、
前記第2の回転軸の回転に伴い、当該第2の回転軸の軸心を回転中心として公転しつつ前記第1の歯車により回転力が付与されて自転する第2の歯車と、
前記第2の回転軸の回転に伴い、当該第2の回転軸の軸心を回転中心として公転しつつ前記第1の歯車により回転力が付与されて自転し、前記第2の歯車の歯数とは異なる歯数を有する第3の歯車と、
前記第2の回転軸に固定され、前記第1の回転軸に設けられる第1の磁石から発生される磁界に基づいて前記第1の回転軸と前記第2の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出手段と、
前記第2の歯車の自転の角度と前記第3の歯車の自転の角度とに基づいて前記第2の回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
を備えることを特徴とする検出装置。 A detection device that detects a relative angle between a first rotation shaft that is rotatably supported by the housing and a second rotation shaft that is rotatably supported by the housing, and detects a rotation angle of the second rotation shaft. Because
A first gear fixed to the housing;
A second gear that rotates with the rotational force applied by the first gear while revolving around the axis of the second rotation shaft as the rotation center of the second rotation shaft;
Along with the rotation of the second rotation shaft, a rotation force is applied by the first gear while revolving around the axis of the second rotation shaft, and the number of teeth of the second gear is rotated. A third gear having a different number of teeth than
A relative angle between the first rotating shaft and the second rotating shaft is detected based on a magnetic field generated by a first magnet fixed to the second rotating shaft and provided on the first rotating shaft. Relative angle detection means for
A rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the second rotation shaft based on the rotation angle of the second gear and the rotation angle of the third gear;
A detection apparatus comprising:
前記ハウジングに回転可能に支持され、トーションバーを介して前記第1の回転軸と連結される第2の回転軸と、
前記第1の回転軸に設けられる第1の磁石と、
前記ハウジングに固定される第1の歯車と、
前記第2の回転軸の回転に伴い、当該第2の回転軸の軸心を回転中心として公転しつつ前記第1の歯車により回転力が付与されて自転する第2の歯車と、
前記第2の回転軸の回転に伴い、当該第2の回転軸の軸心を回転中心として公転しつつ前記第1の歯車により回転力が付与されて自転し、前記第2の歯車の歯数とは異なる歯数を有する第3の歯車と、
前記第2の回転軸に固定され、前記第1の磁石から発生される磁界に基づいて前記第1の回転軸と前記第2の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出手段と、
前記第2の歯車の自転の角度と前記第3の歯車の自転の角度とに基づいて前記第2の回転軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。 A first rotating shaft rotatably supported by the housing and coupled to the steering wheel;
A second rotating shaft supported rotatably on the housing and connected to the first rotating shaft via a torsion bar;
A first magnet provided on the first rotating shaft;
A first gear fixed to the housing;
A second gear that rotates with the rotational force applied by the first gear while revolving around the axis of the second rotation shaft as the rotation center of the second rotation shaft;
Along with the rotation of the second rotation shaft, a rotation force is applied by the first gear while revolving around the axis of the second rotation shaft, and the number of teeth of the second gear is rotated. A third gear having a different number of teeth than
A relative angle detector that is fixed to the second rotating shaft and detects a relative angle between the first rotating shaft and the second rotating shaft based on a magnetic field generated from the first magnet;
A rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the second rotation shaft based on the rotation angle of the second gear and the rotation angle of the third gear;
A power steering apparatus comprising:
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