JP5071407B2 - Torque sensor and electric power steering apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、トルクセンサ及びこれを用いる電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a torque sensor and an electric power steering apparatus using the torque sensor.
自動車等に搭載されている電動パワーステアリング装置には、ステアリングから入力されるトルクを検出するトルクセンサが配置されている。電動パワーステアリング装置では、このトルクセンサで検出したトルクに基づいて、モータ等によりステアリングの回転をアシストすることで、操作者がより小さい力でステアリングを回転できるようにしている。また、電動パワーステアリング装置では、ステアリングを正確に制御するため、ステアリングの回転角を検出する回転角センサも設けられている。近年では、トルクと回転角の両方を検出するトルクセンサが提案されている。 An electric power steering device mounted on an automobile or the like is provided with a torque sensor that detects torque input from the steering. In the electric power steering apparatus, the operator can rotate the steering with a smaller force by assisting the rotation of the steering by a motor or the like based on the torque detected by the torque sensor. The electric power steering apparatus is also provided with a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the steering in order to accurately control the steering. In recent years, torque sensors that detect both torque and rotation angle have been proposed.
例えば、特許文献1には、ステアリングホイールと舵取機構とを連結するステアリング軸に加わる操舵トルクを、捩れ検出手段により検出されるステアリング軸の捩れに基づいて求めるトルクセンサと、ステアリング軸と一体回転する内歯車に噛合する外歯車の回転角度を回転角検出手段により.検出し、該回転角検出手段の検出結果に基づいてステアリング軸の回転角度を求める回転角センサとを備えるステアリング装置において、回転角センサの筐体の保持部にトルクセンサの捩れ検出手段を嵌合保持させることが記載されている。
For example,
また、特許文献2には、入力シャフトと出力シャフトとの間の相対回転運動を測定すると共に両シャフトの角度位置を測定するための統合型センサであって、入力シャフトと、軸線の回りを回転するため入力シャフトと軸方向に整列された出力シャフトと、軸線の回りを回転するため出力シャフトを回転可能に支持するための支持ハウジングと、所定のトルクに応じて両シャフトの間の相対回転運動を可能にするように該両シャフトを相互接続するトーションバーと、出力シャフトと共に回転するため該出力シャフトにより支持された車輪と、入力シャフト及び出力シャフトの間の相対回転運動を測定するため該両シャフトの回りに配置されたトルク検出機構と、車輪の回転に応答して該車輪の増分角度位置を示す増分出力を発生する増分検出機構と、車輪が置かれている角度区分を示す区分出力を提供するための区分検出機構と、ハウジングにより支持されて、検出機構の少なくとも一部分を支持する、センサーケーシングと、を備える、統合型センサが記載されている。また、特許文献3にも、トルクセンサと、回転角センサを有するセンサが記載されている。 Patent Document 2 discloses an integrated sensor for measuring a relative rotational motion between an input shaft and an output shaft and measuring an angular position of both shafts, and rotates around the input shaft and an axis. An output shaft axially aligned with the input shaft, a support housing for rotatably supporting the output shaft for rotation about an axis, and a relative rotational motion between the two shafts in response to a predetermined torque A torsion bar that interconnects the shafts to allow for rotation, a wheel supported by the output shaft for rotation with the output shaft, and the both to measure relative rotational motion between the input shaft and the output shaft. A torque detection mechanism disposed around the shaft and an incremental detection that generates an incremental output indicative of the incremental angular position of the wheel in response to wheel rotation. An integrated sensor comprising: a mechanism; a segment detection mechanism for providing a segment output indicating the angular segment in which the wheel is placed; and a sensor casing supported by the housing and supporting at least a portion of the detection mechanism. Is described. Patent Document 3 also describes a sensor having a torque sensor and a rotation angle sensor.
特許文献1から3に記載されているように、トルクセンサと回転角センサとを一体で設けることで、センサを小さくすることができる。しかしながら、特許文献1から3に記載されている装置では、トルクセンサと回転角センサを近傍に配置しているに過ぎない。そのため、検出素子を固定するための部材(プリント基板等)、接続部材、筐体等を共用するできる程度であるため、小型化に限界があり、また、製造コストの低減にも限界がある。
As described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より小型化が可能であり、かつ、製造コストも低減することができるトルクセンサ及びこれを用いる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a torque sensor that can be further reduced in size and that can reduce the manufacturing cost, and an electric power steering device using the torque sensor. To do.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、トルクセンサであって、第1の軸体と第2の軸体とを連結する連結軸と、前記第1の軸体に固定され、リング形状であり、第1の面と第2の面が着磁された永久磁石と、前記第2の軸体に固定され、前記永久磁石の前記第1の面の磁界内に配置された複数の磁性体と、前記磁性体と近接して配置され前記永久磁石と前記磁性体とで磁気回路を形成する補助磁性体と、前記補助磁性体の誘導による磁束を検出する第1磁気検出器と、前記第1磁気検出器の検出出力に基づいて、前記第1の軸体又は前記第2の軸体に作用するトルクを検出するトルク検出部と、前記第2の面に対向して配置され、前記永久磁石の外周面から発生する磁気を検出する第2磁気検出器と、前記第2磁気検出器が検出する磁気に基づいて、前記第1の軸体の回転角度及び回転速度の少なくとも一方を検出する軸体位置検出部と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a torque sensor, a connecting shaft that connects a first shaft body and a second shaft body, and the first shaft body. A permanent magnet that is fixed and ring-shaped, with the first surface and the second surface magnetized, and is fixed to the second shaft body and disposed within the magnetic field of the first surface of the permanent magnet. A plurality of magnetic bodies, an auxiliary magnetic body that is arranged in proximity to the magnetic body and forms a magnetic circuit with the permanent magnet and the magnetic body, and a first magnet that detects a magnetic flux induced by the auxiliary magnetic body A detector, a torque detector for detecting torque acting on the first shaft body or the second shaft body based on the detection output of the first magnetic detector, and the second surface. And a second magnetic detector for detecting magnetism generated from the outer peripheral surface of the permanent magnet, and the second magnetic detection There based on magnetism detection, and having an a-axis position detecting unit for detecting at least one of rotation angle and rotation speed of the first shaft.
ここで、前記第1の面は、前記永久磁石の回転軸に直交する面であり、前記第2の面は、外周面であることが好ましい。 Here, it is preferable that the first surface is a surface orthogonal to the rotation axis of the permanent magnet, and the second surface is an outer peripheral surface.
また、前記永久磁石は、前記第2の面が多極着磁されているが好ましい。 In addition, it is preferable that the permanent magnet is multipolarly magnetized on the second surface.
また、前記永久磁石は、前記第2の面が平行着磁されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said 2nd surface of the said permanent magnet is magnetized in parallel.
また、前記第2磁気検出器は、前記第2の面から発生する磁気の向きを検出することが好ましい。 The second magnetic detector preferably detects the direction of magnetism generated from the second surface.
また、前記永久磁石に回転不動に配設された駆動ギヤと、前記駆動ギヤの回転を伝達する従動ギヤと、前記従動ギヤに回転不動に配設された2極磁石と、前記2極磁石の磁界内に配設された第3磁気検出器と、を有し、前記軸体位置検出部は、前記第2磁気検出器が検出する磁気及び前記第3磁気検出器が検出する磁気に基づいて、前記第1の軸体の回転角度を絶対角度で検出することが好ましい。 A drive gear disposed on the permanent magnet so as not to rotate; a driven gear configured to transmit rotation of the drive gear; a two-pole magnet disposed on the driven gear so as not to rotate; and A third magnetic detector disposed in the magnetic field, wherein the shaft body position detector is based on magnetism detected by the second magnetic detector and magnetism detected by the third magnetic detector. Preferably, the rotation angle of the first shaft body is detected as an absolute angle.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電動パワーステアリング装置であって、上記いずれかに記載され、操舵トルクを検出するトルクセンサと、ステアリング機構に補助操舵力を付与する電動機と、少なくとも前記操舵トルクに基づき前記電動機を駆動制御する電動機駆動制御手段とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is an electric power steering apparatus described in any of the above, and a torque sensor for detecting a steering torque, and an auxiliary steering force is applied to the steering mechanism. And an electric motor drive control means for driving and controlling the electric motor based on at least the steering torque.
本発明にかかるトルクセンサは、トルクに加え回転角度及び/または回転速度を検出でき、より小型化が可能であり、かつ、製造コストも低減することができるという効果を奏する。また、本発明の電動パワーステアリング装置は、トルクセンサを小型化でき、製造コストも低減できることで、ステアリングシャフトを短くすることができ、製造コストを低減できるという効果を奏する。 The torque sensor according to the present invention can detect the rotation angle and / or the rotation speed in addition to the torque, and it is possible to further reduce the size and to reduce the manufacturing cost. In addition, the electric power steering apparatus of the present invention can reduce the size of the torque sensor and reduce the manufacturing cost, so that the steering shaft can be shortened and the manufacturing cost can be reduced.
以下に、本発明にかかるトルクセンサおよびこれを用いる電動パワーステアリング装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a torque sensor according to the present invention and an electric power steering apparatus using the torque sensor will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態に係るトルクセンサ及び電動パワーステアリング装置について説明する。ここで、図1は、本発明の電動パワーステアリングを有する車両の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図1に示す電動パワーステアリング装置は、本発明のトルクセンサを有する。車両1は、電動パワーステアリング装置2と、操舵機構3と、コントロールユニット4と、イグニッションスイッチ5と、バッテリ6と、車速センサ7とを有する。なお、車両1は、図1に示す構成要素以外にも、エンジン、車輪等、車両として通常通する各種構成要素を有する。
<First Embodiment>
First, a torque sensor and an electric power steering device according to a first embodiment of the present invention will be described. Here, FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a vehicle having the electric power steering of the present invention. The electric power steering apparatus shown in FIG. 1 has the torque sensor of the present invention. The
電動パワーステアリング装置2は、操作者に操作されるステアリングホイール11と、ステアリングホイール11から入力される回転を伝達するステアリングシャフト12と、ステアリングシャフト12に入力されるトルクとステアリングシャフトの回転角を検出するトルクセンサ13と、トルクセンサ13により検出されたトルクに基づいて、ステアリングシャフト12の回転を補助する補助操舵機構14と有する。電動パワーステアリング装置2は、ステアリングホイール11が操作されることでステアリングシャフト12に発生する操舵トルクをトルクセンサ13で検出する。さらに、電動パワーステアリング装置2は、その検出した信号に基づいて、コントロールユニット4により電動モータ16を駆動制御して補助操舵トルクを発生させてステアリングホイール11の操舵力を補助する。
The electric power steering device 2 detects a
ステアリングホイール11に連結されたステアリングシャフト12は、運転者の操舵力が作用する入力軸12aと出力軸12bとを有し、入力軸12aと出力軸12bとの間にトルクセンサ13及び減速ギヤボックス15が介装されている。ステアリングシャフト12の出力軸12bに伝達された操舵力は、操舵機構3に伝達される。
A
トルクセンサ13は、ステアリングホイール11を介して入力軸12aに伝達された操舵力を操舵トルクとして検出するものである。トルクセンサ13については、後ほど詳述する。
The
補助操舵機構14は、ステアリングシャフト12の出力軸12bに連結され、出力軸12bに補助操舵トルクを伝達する。補助操舵機構14は、出力軸12bに連結された減速ギヤボックス15と、減速ギヤボックス15に連結されかつ補助操舵トルクを発生させる電動モータ16と、を有している。なお、ステアリングシャフト12、トルクセンサ13及び減速ギヤボックス15によりコラムが構成されており、電動モータ16は、コラムの出力軸12bに補助操舵トルクを与える。すなわち、本実施形態における電動パワーステアリング装置は、コラムアシスト式となっている。
The
操舵機構3は、ユニバーサルジョイント20と、ロアシャフト21と、ユニバーサルジョイント22と、ピニオンシャフト23と、ステアリングギヤ24と、タイロッド25とを有する。電動パワーステアリング装置2から操舵機構3に伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント20を介してロアシャフト21に伝達され、さらにユニバーサルジョイント22を介してピニオンシャフト23に伝達され、ピニオンシャフト23に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ24を介してタイロッド25に伝達され、図示していない転舵輪を転舵させる。ステアリングギヤ24は、ピニオンシャフト23に連結されたピニオン24aと、ピニオン24aに噛合するラック24bと、を有するラックアンドピニオン形式として構成され、ピニオン24aに伝達された回転運動をラック24bで直進運動に変換している。
The steering mechanism 3 includes a
コントロールユニット(ECU、Electronic Control Unit)4は、電動モータ16、エンジン等、車両1の種々の部分の駆動を制御する。コントロールユニット4には、イグニッションスイッチ5がオンの状態のときに、バッテリ6から電力が供給される。コントロールユニット4は、トルクセンサ13で検出された操舵トルクT及び車速センサ7で検出された走行速度Vに基づいてアシスト指令の補助操舵指令値を算出し、その算出された補助操舵指令値に基づいて電動モータ16への供給電流値を制御する。
A control unit (ECU, Electronic Control Unit) 4 controls driving of various parts of the
次に、トルクセンサ13について詳細に説明する。ここで、図2は、図1に示す電動パワーステアリング装置のトルクセンサ周辺の断面図であり、図3は、図2に示すトルクセンサの主要構成部品を説明するための分解斜視図である。
Next, the
まず、ステアリングシャフト12は、上述した入力軸12a及び出力軸12b以外に、連結軸12cを有する。入力軸12aの軸方向他端側にはステアリングホイール11(図1)が取り付けられる。また、出力軸12bは、軸受30によって減速ギヤボックス15に回転自在に支持されており、その軸方向他端側には、ユニバーサルジョイント20等を介して図示されていない転舵輪が取り付けられる。連結軸(トーションバー)12cは、入力軸12a(第2の軸体)の軸方向一端側と出力軸(第1の軸体)12bの軸方向一端側とを連結する連結軸である。ホローシャフト12dは、図2に示すように、入力軸12aを被覆している。ギヤカバー12eは、ホローシャフト12dと連接され、減速ギヤボックス15に取り付けられる。ギヤカバー12eは、減速ギヤボックス15の外周を覆っており、減速ギヤボックス15内の構造(減速ギヤやトルクセンサ13)を保護する。
First, the steering
トルクセンサ13は、図2及び3に示すように、永久磁石31aを含む永久磁石アセンブリ31と、磁気回路を形成するセンサヨークアセンブリ32及び集磁ヨークアセンブリ33と、センサヨーク32a及び集磁ヨーク33aの誘導による磁束を検出する第1磁気検出器34a、永久磁石31aの磁力を検出する第2磁気検出器34bを含む検出器34とを備え、入力軸12aにトルクが作用したときに、第1磁気検出器34aの検出出力に基づいてトルクを検出し、第2磁気検出器34bの検出出力に基づいてステアリングシャフトの回転角度を検出する。なお、トルクセンサの構成要素には、上述したステアリングシャフト12の入力軸12aと出力軸12bと連結軸12cも含まれる。
2 and 3, the
永久磁石アセンブリ31は、図2に示すように、出力軸12b(及び連結軸12c)を囲む平板状の環状体として形成された永久磁石31aと、この永久磁石31aに固着した金属製のバックヨーク31bと、を有している。
As shown in FIG. 2, the
ここで、図4は、永久磁石31aの概略構成を示す斜視図である。永久磁石31aは、図4に示すように、リング形状であり、ステアリングホイール11側の面(以下「上面」とする。)31cが、その周方向に相異なる磁極(N極とS極)が交互に着磁され、外周面31dもその周方向に相異なる磁極(N極とS極)が交互に着磁されている。また、本実施形態では、永久磁石31aの上面31cと外周面31dは、それぞれ16極に着磁されている。また、上面31cと外周面31dは、S極とN極とが同位相で着磁されている。つまり、永久磁石31aは、上面31cがN極に着磁されている部分に対応する位置の外周面31dはN極に着磁され、上面31cがS極に着磁されている部分に対応する位置の外周面31dはS極に着磁されている。ここで、永久磁石31aを構成する磁石材料としては、フェライト磁石や希土類磁石(Nd−Fe−B系磁石やSm−Co系磁石等)、金属磁石、焼結磁石等を採用することができる。また、バックヨーク31bと一体成形されるボンド磁石(ゴム磁石やプラスチック磁石)を永久磁石として採用してもよい。
Here, FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of the
バックヨーク31bは、出力軸12bに圧入固定されており、永久磁石31aを接着により固定している。なお、バックヨーク31bは、断面がL字となるリング形状であり、永久磁石31aの内周面及び下面と接触し、その他の面は露出させた状態で、永久磁石31aを支持している。なお、本実施形態においては、磁束を有効に利用するために永久磁石31aをバックヨーク31bに取り付けた例を示したが、永久磁石31aを出力軸12bに直接取り付けることもできる。
The
センサヨークアセンブリ32は、図2及び図3に示すように、センサヨーク32aと、センサヨーク32aの中央に挿入される金属製のスリーブ32bと、センサヨーク32aと、スリーブ32bとを被覆し固定する樹脂成型体32cとを有している。センサヨーク32aは、短い円筒状の2つのセンサヨーク構成部(第1のセンサヨーク構成部32aA及び第2のセンサヨーク構成部32aB)を軸方向に並べて構成した環状の磁性体であり、永久磁石31aの磁界内に配置されて永久磁石31aの磁気回路を形成する。第1のセンサヨーク構成部32aAは、図3に示すように、爪部32dを構成する複数の平板台形状の爪部構成部32dAと、外周部32eを構成する側壁部32eAと、を有している。第2のセンサヨーク構成部32aBは、爪部32dを構成する複数の平板台形状の爪部構成部32dBと、外周部32eを構成する側壁部32eBと、を有している。
2 and 3, the
センサヨーク32aは、図3に示すように、永久磁石31aの軸方向片側に面対向し、入力軸12aを囲むように略一平面上に配置された複数の平板状の爪部32dを有している。これら爪部32dは、第1のセンサヨーク構成部32aAの爪部構成部32dAと、第2のセンサヨーク構成部32aBの爪部構成部32dBと、を組み合わせて形成したものであり、周方向に等間隔で配置されている。また、センサヨーク32aは、後述する集磁ヨーク33aの径方向内側に非接触状態で配置され軸方向に延在する外周部32eを有している。この外周部32eは、第1のセンサヨーク構成部32aAの側壁部32eAと、第2のセンサヨーク構成部32aBの側壁部32eBと、から構成される。
As shown in FIG. 3, the
スリーブ32bは、入力軸12aに嵌合された後、カシメにより入力軸12aに固定される。また、センサヨーク32aとスリーブ32bとは、樹脂成形体32cにより被覆され、スリーブ32bがセンサヨーク32aに対して固定される。このようにスリーブ32bを入力軸12aにカシメ固定することにより、センサヨークアセンブリ32を入力軸12aに挿入した状態でセンサヨーク32aと永久磁石31aとの位相調整を行うことができるので、センサ精度を向上させることができる。なお、スリーブ32bを非磁性材料で構成すると、センサヨーク32aの爪部32dから入力軸12aへの漏れ磁束を低減することができるため、好ましい。また、スリーブ32bを入力軸12aよりも軟質の材料で構成すると、カシメ加工の際に入力軸12aに変形をもたらすことがないため、精度良く位置決めを行うことが可能となる。
The
なお、本実施形態においては、カシメによりスリーブ32bを入力軸12aに固定した例を示したが、横方向からのネジ止め、溶接、接着等の手段によりスリーブ32bを入力軸12aに固定することもできる。また、本実施形態においては、平面形状が台形状の爪部32d(爪部構成部32dA、32dB)を採用した例を示したが、平面形状が三角形状や矩形状の爪部を採用してもよい。
In the present embodiment, the
集磁ヨークアセンブリ33は、図2及び図3に示すように、センサヨーク32aの外周部32eの近傍に非接触状態で配置された集磁ヨーク33aと、集磁ヨークホルダ33bと、を有している。集磁ヨークホルダ33bは、その内部に集磁ヨーク33aを収納して固定させるものであり、非磁性体で構成され、図2に示すように、減速ギヤボックス15に固定される。集磁ヨーク33aは、センサヨーク32aを構成する2つのセンサヨーク構成部(第1のセンサヨーク構成部32aA及び第2のセンサヨーク構成部32aB)に各々対応する2つの集磁ヨーク構成部(第1の集磁ヨーク構成部33aA及び第2の集磁ヨーク構成部33aB)を軸方向に並べて構成した環状の補助磁性体であり、永久磁石31aの磁界内に配置されて永久磁石31aの磁気回路を形成する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the magnetic flux collecting
第1の集磁ヨーク構成部33aA及び第2の集磁ヨーク構成部33aBは、図2に示すように、各々第1のセンサヨーク構成部32aA及び第2のセンサヨーク構成部32aBの外周部32eの径方向外側の面に対向するように配置されている。第1(第2)の集磁ヨーク構成部33aA(33aB)には、第2(第1)の集磁ヨーク構成部33aB(33aA)の面に、径方向外側に突出するように形成された凸部33cが設けられている。凸部33cは、磁束集中部として機能するようになっている。ここで、凸部33c同士の軸方向における間隔は、第1の集磁ヨーク構成部33aAと第2の集磁ヨーク構成部33aBとの軸方向における間隔よりも狭くなっている。これにより、永久磁石31aから発生する磁束を集中的に集めることができるようになっている。磁束集中部としての凸部33cには、検出器34の磁気検出器34aが配置される。
As shown in FIG. 2, the first magnetic flux collecting yoke component 33aA and the second magnetic flux collecting yoke component 33aB are arranged on the outer
検出器34は、図2及び図3に示すように、集磁ヨーク33aに設けられた磁束集中部としての凸部33cの軸方向における隙間に挿入される第1磁気検出器34aと、永久磁石31aの第2の面に対向する位置に設けられた第2磁気検出器34bとを有する。第1磁気検出器34aは、磁束集中部(凸部33c)の軸方向における隙間に固定され、通過する磁束の密度を検出する。第1磁気検出器34aは、ホール素子、MR素子、MI素子等、磁束の密度を測定できるものであれば良い。第1磁気検出器34aは、検出した磁束の量をコントロールユニット4に送る。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
第2磁気検出器34bは、永久磁石31aの外周面31dに対向して配置されており、永久磁石31aの外周面31dにより形成される磁界を検出する。ここで、本実施形態では、第2磁気検出器34bに磁束を検出するホールスイッチを用いている。第2磁気検出器34bは、対向する位置にある永久磁石31aの外周面31dから発生する径方向成分の磁束の密度を検出し、検出した値に応じて、高電圧と低電圧の2つ内のいずれかの電圧を信号として出力する。第2磁気検出器34bは、出力電圧(出力信号)をコントロールユニット4に送る。
The second
次に、図5を用いて、本実施形態に係るトルクセンサ13のトルク検出原理を説明する。図5は、トルクセンサ13を構成する永久磁石31a及びセンサヨーク32aを示すものである。なお、図5においては、センサヨーク32aの爪部32dと永久磁石31aとの位置関係を明らかにするために、センサヨーク32aを構成する第2のセンサヨーク構成部32aBの図示を省略しているが、実際は、第1のセンサヨーク構成部32aAの爪部構成部32dAの両脇に第2のセンサヨーク構成部32aBの爪部構成部32dBが配置され、複数の爪部32dが形成される。
Next, the principle of torque detection of the
トルクの入力が無い状態では、センサヨーク32aの爪部32dの各々が永久磁石31aを構成する磁極(N極とS極)の境界上に位置し、各爪部32dから見た永久磁石31aのN極、S極に対するパーミアンス(磁気抵抗の逆数)が等しいので、図5のような磁束の流れとなる。具体的には、永久磁石31aのN極から発生した磁束は、センサヨーク32aの爪部32dに入り、そのまま永久磁石31aのS極へ入る。よって、磁束は第1磁気検出器34aを流れない。
When there is no torque input, each of the
運転者がステアリングホイール11をある方向、例えば右方向に回転させることによって入力軸12aにトルクが入力されると、連結軸12cの入力側は、ステアリングホイール11と同様に回転するとともに連結軸12c自体に入力トルクに応じた捩れが発生する。この捩れによって、連結軸12cの入力側と出力側に相対角度変位が発生する。この連結軸12cの入力側と出力側の間に発生した相対角度変位は、トルクセンサ13の永久磁石31aとセンサヨーク32aとの間の相対角度変位として現れる。
When torque is input to the
永久磁石31aとセンサヨーク32aとの間に相対角度変位が発生すると、図5のようなパーミアンスのバランスが崩れ、第1磁気検出器34aを含む磁気回路(すなわち、永久磁石31aのN極から発生した磁束が、第1のセンサヨーク構成部32aAの爪部構成部32dAに流れ、第1のセンサヨーク構成部32aから第1の集磁ヨーク構成部33aA及び凸部33cを経由して第1磁気検出器34aを通過し、第2の集磁ヨーク構成部33aBから爪部構成部32dBを経由して永久磁石31aのS極へと戻る磁気回路)に磁束が流れる。この第1磁気検出器34aを含む磁気回路に発生した磁束を第1磁気検出器34aで検出することにより、相対角度変位が測定でき、連結軸12cにかかるトルクを検出することができる。なお、運転者がステアリングホイール11を逆方向(この場合は左方向)へ回転させた場合は、第1磁気検出器34aを含む磁気回路に上述した方向とは逆向きに磁束が流れる。これにより、トルクの大きさとともに、磁束が流れる向きによりトルクが作用している方向も検出することができる。
When a relative angular displacement occurs between the
次に、トルクセンサ13による回転角度の検出原理を説明する。ここで、図6は、第2磁気検出器34bからの出力電圧(出力信号)と、回転角度との関係を示すグラフである。第2磁気検出器34bは、対向する位置にある永久磁石31aの外周面31dの状態により検出する磁束が変化する。具体的には、出力軸12bの任意の位置(例えば、ステアリングシャフト12の中心位置)を基準として、操作者の操作により、ステアリングホイール11及びステアリングシャフト12が回転されると、出力軸12bとともに永久磁石31aも回転する。このように永久磁石31aが回転すると、永久磁石31aの外周面31dのS極部分とN極部分とが交互に第2磁気検出器34bに対向する位置を通過する。第2磁気検出器34bに対向する位置がS極とN極で切り替わる毎に、第2磁気検出器34bで検出される磁束も変化する。つまり、図6に示すように、出力軸12bの回転角度が一方向に変化する、つまり回転角度が単純増加または単純減少すると、第2磁気検出器34bから出力される電圧は、高電圧と、低電圧に交互に切り替わる。第2磁気検出器34bから出力される電圧は、出力信号としてコントロールユニット4に送られる。
Next, the principle of detection of the rotation angle by the
コントロールユニット4は、第2磁気検出器34bから出力される電圧の変化の回数と、基準位置の情報、またトルク等に基づいて算出する回転方向の情報に基づいて、ステアリングシャフト12及びステアリングホイール11の回転角度を絶対角度で算出することができる。また、左右の被操舵輪の回転速度の差からステアリングシャフト12及びステアリングホイール11の回転角度を絶対角度の推定値を算出し、その推定値と第2磁気検出器34bから出力される電圧の変化の回数とに基づいて、ステアリングシャフト12及びステアリングホイール11の回転角度を絶対角度で算出するようにしてもよい。
The control unit 4 controls the steering
以上の実施形態に係るトルクセンサ13は、ステアリングシャフト12に加えられるトルクと、ステアリングシャフト12の回転角度の両方を検出することができる。また、トルクを検出するために使用する永久磁石と、回転角度の算出に使用する永久磁石とを共通の永久磁石つまり、1つの永久磁石とすることで、トルクセンサ13の装置構成を簡単にすることができる。また、1つの永久磁石を用いて、トルクと回転角度の両方が検出できることで、トルクセンサ13の軸方向寸法を短くすることができ、トルクセンサ13を小型化できる。
The
また、以上の実施形態に係る電動パワーステアリング装置においては、小型化(軸方向寸法の短縮)が可能なトルクセンサ13を備えているため、装置全体として軸方向寸法を短くすることができる。また、搭載スペースに限りがある電動パワーステアリング装置の設置を容易にすることができる。
Moreover, since the electric power steering apparatus according to the above embodiment includes the
なお、本実施形態では、第2磁気検出器34bとして、検出結果を2値で出力する検出素子を用いたが、検出素子としては、リニアタイプのホールICを用いることが好ましい。また、この場合は、永久磁石31aの外周面31dを正弦波着磁させることが好ましい。このように第2磁気検出器34bをリニアタイプのホールICとし、外周面31dを正弦波着磁させることで、N極が対面しているか、S極が対面しているかだけではなく、N極に着磁されている面の中でどの部分が対面しているか、S極に着磁されている面の中でどの部分が対面しているかまで検出することができ、検出する回転角度の分解能をより高くすることができる。
In the present embodiment, a detection element that outputs a detection result in binary is used as the second
なお、本実施形態においては、環状(平面形状が円形状)の集磁ヨーク33aを採用した例を示したが、平面形状が扇形状(ないし半円形状)の集磁ヨーク33dを採用することもできる。このように平面形状が扇形状や半円形状の集磁ヨーク33dを採用すると、集磁ヨーク33dをセンサヨーク32aの横方向(径方向)から組み付けることができ、集磁ヨーク33dを入力軸12aに貫通させる必要がなくなるので、組付け作業を格段に容易にすることができる。
In the present embodiment, an example is shown in which an annular (planar shape is circular)
また、本実施形態においては、集磁ヨーク33aを、センサヨーク32aの外周部32e(側壁部32eA、32eB)の径方向外側の面に対向するように配置した例を示したが、集磁ヨーク33aを、センサヨーク32aの外周部32eの軸方向の面に対向するように配置することもできる。また、集磁ヨーク33aを、センサヨーク32aの外周部32eの径方向外側の面と軸方向の面との双方に対向するように配置してもよい。集磁ヨーク33aをセンサヨーク32aの外周部32eの軸方向の面に対向するように配置すると、集磁ヨーク33aに対して入力軸12aの軸ぶれが発生した場合においても、集磁ヨーク33aを通過する磁束量が変動することが少ない。
In the present embodiment, the
なお、センサヨーク32a及び集磁ヨーク33aの材料として、ニッケルを含有した合金を採用すると、磁気特性(出力のヒステリシス)を改善することができ、トルクセンサ13として良好な性能を得ることが可能となる。また、ヒステリシスが問題とならない場合には、その他の磁性体金属(例えば、一般にモータ等の材料として採用される珪素鋼板やSPCC等の圧延鋼板)を用いてセンサヨーク32a及び集磁ヨーク33aを構成することができる。また、センサヨーク32a及び集磁ヨーク33aの何れか一方を、ニッケルを含有した合金を用いて構成してもよい。
If an alloy containing nickel is used as the material for the
<第2実施形態>
続いて、図7〜図9を用いて、本発明の第2実施形態に係るトルクセンサについて説明する。本実施形態に係るトルクセンサは、第1の実施形態に係るトルクセンサ13の永久磁石アセンブリ31及び検出器34の構成を変更したものであり、その他の構成については実質的に同一である。このため、異なる構成を中心に説明することとし、重複する構成については第1実施形態と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。ここで、図7は、第2実施形態のトルクセンサに用いる永久磁石の概略構成を示す斜視図であり、図8は、図7に示す永久磁石の外周面から発生する磁束を示す説明図であり、図9は、第2磁気検出器からの出力電圧(出力信号)と、回転角度との関係を示すグラフである。
Second Embodiment
Then, the torque sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention is demonstrated using FIGS. 7-9. The torque sensor according to the present embodiment is obtained by changing the configurations of the
本実施形態における永久磁石アセンブリは、出力軸12b(及び連結軸12c)を囲む平板状の環状体として形成された永久磁石101aと、この永久磁石101aに固着した金属製のバックヨーク(図示省略)と、を有している。永久磁石101aは、リング形状であり、ステアリングホイール11側の面(上面)101cがその周方向に相異なる磁極(N極とS極)が交互に着磁され、外周面101dは、2極にパラレル着磁されている。つまり、外周面101dのうち半周分がN極に着磁され、半周分がS極に着磁されている。永久磁石101aの外周面101dをパラレル着磁することにより、図8に示すように、永久磁石101aの外周面101dから発生する磁束は、位置に応じて磁界の向きと大きさが異なる。
The permanent magnet assembly in this embodiment includes a
ここで、本実施形態の検出器34は、第2磁気検出器34bに、磁界の向きを検出する検出器であるホールASIC(Application Specific Integrated Circuit、特定用途向け集積回路)を用いる。なお、検出器34は、第2磁気検出器34b以外は、上述した検出器34と同様の構成であるので説明を省略する。第2磁気検出器34bで磁界の向きを検出することで、図8に示すように位置に応じて磁界の向きが異なる永久磁石101aがどの向きにあるかを検出することができる。具体的には、図9に示すように、回転角度に対して出力電圧を線形に変化させることが可能となる。これにより、コントロールユニット4は、第2磁気検出器34bから送られる電圧から回転角度を検出することができる。このように本実施形態によれば、第2磁気検出器からの検出結果のみから1回転の中の絶対角度を検出することができる。これにより、より簡単に回転角度を算出することができる。
Here, the
また、実施形態2では、永久磁石101aの外周面101dを2極にパラレル着磁させ、第2磁気検出器34bで磁界の向きを検出したが、本発明はこれに限定されず、実施形態1のように、永久磁石の外周面を多極に着磁させ、実施形態2のように、第2磁気検出器で磁界の向きを検出するようにしてもよい。ここで、図10は、第2磁気検出器からの出力電圧(出力信号)と回転角度との関係を示すグラフである。図10に示すグラフは、外周面を16極に着磁させ、第2磁気検出器で磁界の向きを検出した場合の出力電圧と回転角度との関係示している。図10に示すように、外周面を16極に着磁することで、永久磁石が1回転する間、つまりステアリングシャフトが1回転される間に、8周期する出力信号が出力される。このように、磁界の向きを検出することで、1周期の間、例えば、0度から45度の間で、永久磁石がどの角度にいるかをより正確に検出することができる。なお、永久磁石が繰り返し周期の中の何周期目にいるかは、上述した実施形態1のように、基準位置からの繰り返し回数、トルクの向き等のから算出する。
In the second embodiment, the outer
<第3実施形態>
続いて、図11〜図14を用いて、本発明の第3実施形態に係るトルクセンサについて説明する。本実施形態に係るトルクセンサは、第1の実施形態に係るトルクセンサ13の検出器34の構成を変更したものであり、その他の構成については実質的に同一である。このため、異なる構成を中心に説明することとし、重複する構成については第1実施形態と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。ここで、図11は、第3実施形態のトルクセンサの概略構成を示す斜視図であり、図12は、図11に示すトルクセンサの主要構成部品を説明するための分解斜視図であり、図13は、図12に示す第3磁気検出器の一部の構成を示す概略斜視図であり、図14は、第2磁気検出器および第3磁気検出器からの出力電圧(出力信号)と、回転角度との関係の一例を示すグラフである。
<Third Embodiment>
Then, the torque sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention is demonstrated using FIGS. The torque sensor according to this embodiment is obtained by changing the configuration of the
トルクセンサ202は、図11及び図12に示すように、永久磁石31aを含む永久磁石アセンブリ31と、磁気回路を形成するセンサヨークアセンブリ32及び集磁ヨークアセンブリ33と、センサヨーク32a及び集磁ヨーク33aの誘導による磁束を検出する第1磁気検出器34a、永久磁石31aの磁力を検出する第2磁気検出器208、第3磁気検出器218を含む回転角検出機構210とを備え、入力軸12aにトルクが作用したときに、第1磁気検出器34aの検出出力に基づいてトルクを検出し、第2磁気検出器208及び第3磁気検出器218の検出出力に基づいてステアリングシャフトの回転角度を検出する。
11 and 12, the
第1磁気検出器34aは、上述した検出器34の第1磁気検出器34aと同様である。また、第2磁気検出器208は、対向する位置にある永久磁石31aの外周面31dの磁界の向きを検出するセンサである。ここで、本実施形態の永久磁石31aは、外周面31dを16極に着磁しているので、各回転角度における第2磁気検出器208の出力信号の出力(電圧値)は、上述した図10に示すグラフと同様の出力となる。
The first
回転角検出機構210は、永久磁石31aの下面(上面31cとは反対側の面)に固定された第1ギヤ212と、第1ギヤ212と噛み合わされた第2ギヤ214と、第2ギヤ214に固定された2極磁石216と、2極磁石216の着磁面に対向して配置された第3磁気検出器218とを有する。
The rotation
第1ギヤ212は、永久磁石31aの下面(上面31cとは反対側の面)に固定されたギヤであり、永久磁石31aとともに回転する。なお、第1ギヤ212を永久磁石31aに固定する方法は特に限定されず、接着剤により接着しても、機械的に接合、固定しても、一体で形成するようにしてもよい。
The
第2ギヤ214は、第1ギヤ212と噛み合わされたギヤである。なお、第2ギヤ214は、第1ギヤ212とは異なる歯数のギヤが形成されている。このように、第2ギヤ214は、第1ギヤ212と噛み合わされていることにより、出力軸12bの回転と共に第1ギヤ212が回転されると、噛み合わされた第2ギヤ214も回転される。このとき第2ギヤ214は、第1ギヤ212とは異なる回転角度(回転速度)で回転する。また、本実施形態では、第1ギヤ212の歯数を36とし、第2ギヤ214の歯数を11とした。このように、第1ギヤ212よりも第2ギヤ214の方が、ギヤの歯数が少ないため、第1ギヤ212が1回転する間に第2ギヤ214は複数回回転する。
The
2極磁石216は、上面が2極に着磁された永久磁石であり、下面が第2ギヤ214に固定されている。2極磁石216は、第2ギヤ214とともに回転する。なお、2極磁石216を第2ギヤ214に固定する方法も特に限定されず、接着剤により接着しても、機械的に接合、固定しても、一体で形成するようにしてもよい。
The two-
第3磁気検出器218は、図13に示すように、2極磁石216の着磁されている面(本実施形態では、上面)に対向し、かつ、上面とは所定間隔離れた位置に設けられている。第3磁気検出器218は、第2磁気検出器208同様に、磁界の向きを検出する検出器を用い、対向する位置にある2極磁石216の上面の部分の磁界の向きを検出する。ここで、2極磁石216は、2極に着磁されているため、第3磁気検出器218から出力される信号は、2極磁石216が1回転すると元の出力値となるように検出される。つまり、第3磁気検出器218から出力される信号は、2極磁石216の1回転を1周期として検出する。
As shown in FIG. 13, the third
以上のような構成とすることで、第2磁気検出器208から出力される信号及び第3磁気検出器218から出力される信号と、出力軸12bの回転角度との関係が図14に示すような関係となる。ここで、図14は、基準位置(0度)を基準として、両方向に2回転する(−720度から+720度)まで出力軸12bを回転させた場合の回転角度と、第2磁気検出器208及び第3磁気検出器218から出力される出力電圧(出力信号)との関係を示すグラフである。図14に示すように出力軸12bが1回転する間に、第2磁気検出器208からの出力信号は、8周期分変化し、第3磁気検出器218からの出力信号は、3周期強分変化する。このように、出力信号の周期を異なる周期とし、回転角度−720度から+720度までの間では、第2磁気検出器208からの出力信号と第3磁気検出器218からの出力信号との組み合わせが、同じ組み合わせになる角度がないようにすることで、2つ出力信号から出力軸の回転角度の絶対角度を算出することができる。
With the above configuration, the relationship between the signal output from the second
なお、本実施形態では、第1ギヤ212の歯数を36とし、第2ギヤ214の歯数を11とし、2つのギヤのギヤ比を約3.27としたが、このギヤ比には限定されない。出力軸12bの回転角度の範囲内での第2磁気検出器208からの出力信号と、第3磁気検出器218からの出力信号とが、同一の値にならないギヤ比であれば種々のギヤ比とすることができる。ここで、ギヤ比は、非整数とすることが好ましい。ギヤ比を非整数(整数でない値)とすることで、出力軸12bを複数回回転、つまり360度以上回転させても2つの出力信号を異なる出力信号とすることができる。
In the present embodiment, the number of teeth of the
また、上記実施形態では、第1ギヤ212よりも第2ギヤ214の方を小さくしたが、大きさの比は限定されない。以下、図15を用いて、回転角検出機構の他の一例を説明する。ここで、図15は、回転角検出機構の他の一例の概略構成を示す模式図である。なお、図15に示す回転角検出機構230は、第2ギヤの大きさを変えたのみで他の構成は、回転角検出機構230と同様である。したがって、以下では、回転角検出機構230に特有の点を重点的に説明する。回転角検出機構230は、第1ギヤ212と、第2ギヤ234と、2極磁石216と、第3磁気検出器218とを有する。第2ギヤ234は、第1ギヤ212と噛み合わされたギヤである。第2ギヤ234は、第1ギヤ212と略同一の大きさのギヤである。本実施形態では、第1ギヤ212は、ギヤの歯数が36であり、第2ギヤ234は、ギヤの歯数が37である。このように、第1ギヤ212よりも第2ギヤ234の方が、ギヤの歯数が少ないため、第1ギヤ212が1回転する間に第2ギヤ234も約1回転する。
In the above embodiment, the
回転角検出機構230を以上のような構成とすることで、第2磁気検出器208から出力される信号及び第3磁気検出器218から出力される信号と、出力軸12bの回転角度との関係が図16に示すような関係となる。ここで、図16は、回転角検出機構230を用いた場合の第2磁気検出器および第3磁気検出器からの出力信号と、回転角度との関係を示すグラフである。本実施例では、図16に示すように出力軸12bが1回転する間に、第2磁気検出器208からの出力信号は、8周期分変化し、第3磁気検出器218からの出力信号は、1周期弱分変化する。このように、第1ギヤ212と第2ギヤ234とのギヤ比を略同一とした場合も、ギヤの歯数を異なる歯数とすることで、回転角度−720度から+720度までの間では、第2磁気検出器208からの出力信号と第3磁気検出器218からの出力信号との組み合わせが、同じ組み合わせになる角度がないようにすることができる。これにより、2つ出力信号から出力軸の回転角度の絶対角度を算出することができ、コントロールユニットによる計算量を少なくすることができる。
By configuring the rotation
また、第1ギヤの歯数よりも第2ギヤの歯数を多くしてもよい。例えば、第1ギヤの歯数を8とし、第2ギヤの歯数を32としてもよい。本実施例では、出力軸の回転する角度範囲を−720度から+720度までとすると、第2ギヤは、出力軸が−720度から+720度まで回転することで、1回転する構成となる。第1ギヤと第2ギヤのギヤ比を以上のようにすると、第2磁気検出器208から出力される信号及び第3磁気検出器218から出力される信号と、出力軸12bの回転角度との関係は、図17に示すような関係となる。ここで、図17は、第1ギヤと第2ギヤのギヤ比を1:4とした場合の第2磁気検出器および第3磁気検出器からの出力電圧(出力信号)と、回転角度との関係を示すグラフである。図17に示すように、本実施例では、出力軸12bが4回転する間に、第2磁気検出器208からの出力信号は、32周期分変化し、第3磁気検出器218からの出力信号は、1周期分変化する。従って、本実施例でも、回転角度−720度から+720度までの間では、第2磁気検出器208からの出力信号と第3磁気検出器218からの出力信号との組み合わせが、同じ組み合わせになる角度がないようにすることができる。なお、本実施例では、第3磁気検出器からの出力信号を用いて回転角度の絶対角度の概算値を算出し、第2磁気検出器からの出力信号を用いて回転角度の絶対角度の最終値、つまりより細かい値で算出するようにしてもよい。これにより演算処理に必要なリソースを少なくすることができる。
Further, the number of teeth of the second gear may be larger than the number of teeth of the first gear. For example, the number of teeth of the first gear may be 8, and the number of teeth of the second gear may be 32. In this embodiment, if the angle range of rotation of the output shaft is −720 degrees to +720 degrees, the second gear is configured to rotate once by rotating the output shaft from −720 degrees to +720 degrees. When the gear ratio between the first gear and the second gear is as described above, the signal output from the second
また、本実施形態では、第2ギヤ上に固定する永久磁石を2極磁石としたが、本発明はこれに限定されず、外周面を多極に着磁し、かつ、第3磁気検出器を2極磁石の外周面に対向する位置に配置してもよい。 In the present embodiment, the permanent magnet fixed on the second gear is a two-pole magnet. However, the present invention is not limited to this, the outer peripheral surface is magnetized in multiple poles, and the third magnetic detector is used. May be arranged at a position facing the outer peripheral surface of the dipole magnet.
また、2極磁石が発生する磁界が第3磁気検出器以外の磁気検出器、つまり、第1磁気検出器や第2磁気検出器に及ぼす影響を抑制するために、2極磁石と第1磁気検出器や第2磁気検出器との間に磁気シールドを設けることが好ましい。磁気シールドを設けることで、回転角度及びトルクをより正確に算出することができる。 In order to suppress the influence of the magnetic field generated by the dipole magnet on the magnetic detector other than the third magnetic detector, that is, the first magnetic detector and the second magnetic detector, the dipole magnet and the first magnetic It is preferable to provide a magnetic shield between the detector and the second magnetic detector. By providing a magnetic shield, the rotation angle and torque can be calculated more accurately.
なお、上記実施形態では、永久磁石を16極に着磁した場合と、2極に着磁した場合で説明をしたが、着磁する極数は特に限定されない。例えば、8極に着磁しても10極に着磁しても32極に着磁してもよい。また、磁気検出器は、対向する位置の永久磁石の磁気の状態を検出できればよく、磁束、磁界の大きさを検出しても、磁束、磁界の向きを検出してもよい。また、上記実施形態では、第2磁気検出器さらには第3磁気検出器の検出結果に基づいて出力軸の回転角度を算出したが、回転角度に代えて、または加えて、回転速度を算出してもよい。また、上記実施形態では、永久磁石を固定する第1の軸体を出力軸とし、センサヨークを固定する第2の軸体を入力軸(ステアリングホイールが接続している軸)としたが、入力軸と出力軸は逆にしてもよい。つまり、入力軸を第1の軸体として、入力軸に永久磁石を固定し、出力軸を第2の軸体として、出力軸にセンサヨークを固定してもよい。 In the above embodiment, the case where the permanent magnet is magnetized to 16 poles and the case where the permanent magnet is magnetized to 2 poles have been described, but the number of magnetized poles is not particularly limited. For example, it may be magnetized to 8 poles, 10 poles, or 32 poles. Further, the magnetic detector only needs to be able to detect the magnetic state of the permanent magnet at the opposing position, and may detect the magnitude of the magnetic flux and magnetic field, or the direction of the magnetic flux and magnetic field. In the above embodiment, the rotation angle of the output shaft is calculated based on the detection results of the second magnetic detector and further the third magnetic detector. However, instead of or in addition to the rotation angle, the rotation speed is calculated. May be. In the above embodiment, the first shaft body that fixes the permanent magnet is used as the output shaft, and the second shaft body that fixes the sensor yoke is used as the input shaft (the shaft to which the steering wheel is connected). The shaft and the output shaft may be reversed. That is, the input shaft may be the first shaft body, the permanent magnet may be fixed to the input shaft, the output shaft may be the second shaft body, and the sensor yoke may be fixed to the output shaft.
以上の各実施形態においては、本発明を自動車の電動パワーステアリング装置のトルクセンサに適用した例を示したが、他の種々の装置のトルクセンサに広く適用することができる。 In each of the above embodiments, an example in which the present invention is applied to a torque sensor of an electric power steering apparatus for an automobile has been described. However, the present invention can be widely applied to torque sensors of various other apparatuses.
以上のように、本発明にかかるトルクセンサおよびこれを用いる電動パワーステアリングは、回転軸に負荷されるトルクを検出するのに有用であり、特に、車両の走行方向を制御するステアリングに負荷されるトルクの検出に用いるのに適している。 As described above, the torque sensor according to the present invention and the electric power steering using the torque sensor are useful for detecting the torque applied to the rotating shaft, and are particularly applied to the steering for controlling the traveling direction of the vehicle. Suitable for use in torque detection.
1 車両
2 電動パワーステアリング装置
3 操舵機構
4 コントロールユニット
5 イグニッションスイッチ
6 バッテリ
7 車速センサ
11 ステアリングホイール
12 ステアリングシャフト
12a 入力軸
12b 出力軸
12c 連結軸(トーションバー)
12d ホローシャフト
12e ギヤカバー
13 トルクセンサ
14 補助操舵機構
15 減速ギヤボックス
16 電動モータ
20 ユニバーサルジョイント
21 ロアシャフト
22 ユニバーサルジョイント
23 ピニオンシャフト
24 ステアリングギヤ
24a ピニオン
24b ラック
25 タイロッド
30 軸受
31a 永久磁石
31bバックヨーク(環状部材)
32a センサヨーク(磁性体)
32b スリーブ(円筒状部材)
32c 樹脂成形体
32d 爪部
32e 外周部
33 集磁ヨークアセンブリ
33a 集磁ヨーク(補助磁性体)
33aA 集磁ヨーク構成部
33aB 集磁ヨーク構成部
33b 集磁ヨークホルダ
33c 凸部(磁束集中部)
34 検出器
34a 第1磁気検出器
34b 第2磁気検出器
DESCRIPTION OF
12d
32a Sensor yoke (magnetic material)
32b Sleeve (cylindrical member)
32c Resin molded
33aA Concentration yoke component 33aB
34
Claims (7)
前記第1の軸体に固定され、リング形状であり、第1の面と第2の面が着磁された永久磁石と、
前記第2の軸体に固定され、前記永久磁石の前記第1の面の磁界内に配置された複数の磁性体と、
前記磁性体と近接して配置され前記永久磁石と前記磁性体とで磁気回路を形成する補助磁性体と、
前記補助磁性体の誘導による磁束を検出する第1磁気検出器と、
前記第1磁気検出器の検出出力に基づいて、前記第1の軸体又は前記第2の軸体に作用するトルクを検出するトルク検出部と、
前記第2の面に対向して配置され、前記永久磁石の外周面から発生する磁気を検出する第2磁気検出器と、
前記第2磁気検出器が検出する磁気に基づいて、前記第1の軸体の回転角度及び回転速度の少なくとも一方を検出する軸体位置検出部と、を有し、
前記第1の面は、前記永久磁石の回転軸に直交する面であり、
前記第2の面は、外周面であることを特徴とするトルクセンサ。 A connecting shaft that connects the first shaft body and the second shaft body;
A permanent magnet fixed to the first shaft body, having a ring shape, and magnetized on the first surface and the second surface;
A plurality of magnetic bodies fixed to the second shaft body and disposed in the magnetic field of the first surface of the permanent magnet;
An auxiliary magnetic body that is disposed in proximity to the magnetic body and forms a magnetic circuit with the permanent magnet and the magnetic body;
A first magnetic detector for detecting a magnetic flux induced by the auxiliary magnetic body;
A torque detector that detects torque acting on the first shaft body or the second shaft body based on a detection output of the first magnetic detector;
A second magnetic detector disposed opposite to the second surface for detecting magnetism generated from the outer peripheral surface of the permanent magnet;
Based on magnetism said second magnetic detector detects, have a, a shaft position detecting unit for detecting at least one of rotation angle and rotation speed of the first shaft,
The first surface is a surface orthogonal to the rotation axis of the permanent magnet,
The torque sensor , wherein the second surface is an outer peripheral surface .
前記第1の軸体に固定され、リング形状であり、第1の面と第2の面が着磁された永久磁石と、 A permanent magnet fixed to the first shaft body, having a ring shape, and magnetized on the first surface and the second surface;
前記第2の軸体に固定され、前記永久磁石の前記第1の面の磁界内に配置された複数の磁性体と、 A plurality of magnetic bodies fixed to the second shaft body and disposed in the magnetic field of the first surface of the permanent magnet;
前記磁性体と近接して配置され前記永久磁石と前記磁性体とで磁気回路を形成する補助磁性体と、 An auxiliary magnetic body that is disposed in proximity to the magnetic body and forms a magnetic circuit with the permanent magnet and the magnetic body;
前記補助磁性体の誘導による磁束を検出する第1磁気検出器と、 A first magnetic detector for detecting a magnetic flux induced by the auxiliary magnetic body;
前記第1磁気検出器の検出出力に基づいて、前記第1の軸体又は前記第2の軸体に作用するトルクを検出するトルク検出部と、 A torque detector that detects torque acting on the first shaft body or the second shaft body based on a detection output of the first magnetic detector;
前記第2の面に対向して配置され、前記永久磁石の外周面から発生する磁気を検出する第2磁気検出器と、 A second magnetic detector disposed opposite to the second surface for detecting magnetism generated from the outer peripheral surface of the permanent magnet;
前記第2磁気検出器が検出する磁気に基づいて、前記第1の軸体の回転角度及び回転速度の少なくとも一方を検出する軸体位置検出部と、を有し、 A shaft body position detector that detects at least one of a rotation angle and a rotation speed of the first shaft body based on magnetism detected by the second magnetic detector;
前記永久磁石は、前記第2の面が平行着磁されていることを特徴とするトルクセンサ。 The permanent magnet is a torque sensor characterized in that the second surface is magnetized in parallel.
前記駆動ギヤの回転を伝達する従動ギヤと、
前記従動ギヤに回転不動に配設された2極磁石と、
前記2極磁石の磁界内に配設された第3磁気検出器と、を有し、
前記軸体位置検出部は、前記第2磁気検出器が検出する磁気及び前記第3磁気検出器が検出する磁気に基づいて、前記第1の軸体の回転角度を絶対角度で検出することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のトルクセンサ。 A drive gear disposed on the permanent magnet so as not to rotate;
A driven gear for transmitting rotation of the drive gear;
A dipole magnet disposed on the driven gear so as not to rotate;
A third magnetic detector disposed in the magnetic field of the dipole magnet,
The shaft body position detecting unit detects the rotation angle of the first shaft body as an absolute angle based on magnetism detected by the second magnetic detector and magnetism detected by the third magnetic detector. The torque sensor according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
ステアリング機構に補助操舵力を付与する電動機と、
少なくとも前記操舵トルクに基づき前記電動機を駆動制御する電動機駆動制御手段と、を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 A torque sensor according to any one of claims 1 to 6, which detects a steering torque,
An electric motor for applying an auxiliary steering force to the steering mechanism;
An electric power steering device comprising: electric motor drive control means for driving and controlling the electric motor based on at least the steering torque.
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