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, Patent Document 1 discloses a torque sensor for obtaining a steering torque applied to a steering shaft that couples a steering wheel and a steering mechanism based on the twist of the steering shaft detected by a torsion detection means, and a rotation integrally with the steering shaft. In a steering device comprising: a rotation angle sensor that detects a rotation angle of an external gear meshing with an internal gear that is detected by a rotation angle detection means and obtains a rotation angle of a steering shaft based on a detection result of the rotation angle detection means; It is described that the torsion detection means of the torque sensor is fitted and held in the holding portion of the casing of the angle sensor.

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.

特開2007−269281号公報JP 2007-269281 A 米国特許第7174795号明細書US Pat. No. 7,174,795 米国特許出願公開第2007/157740号明細書US Patent Application Publication No. 2007/157740

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 Patent Documents 1 to 3, the sensor can be made small by providing the torque sensor and the rotation angle sensor integrally. However, in the devices described in Patent Documents 1 to 3, the torque sensor and the rotation angle sensor are merely arranged in the vicinity. For this reason, there is a limit to downsizing and a reduction in manufacturing cost because a member (printed circuit board, etc.), a connection member, a housing, and the like for fixing the detection element can be shared.

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.

図1は、本発明の電動パワーステアリング装置を有する車両の概略構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a vehicle having an electric power steering device of the present invention. 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る。FIG. 2 is a cross-sectional view around the torque sensor of the electric power steering apparatus shown in FIG. 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。FIG. 3 is an exploded perspective view for explaining main components of the torque sensor shown in FIG. 図4は、永久磁石の概略構成を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of the permanent magnet. 図5は、トルクセンサによるトルク検出原理を説明するための説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the principle of torque detection by the torque sensor. 図6は、第2磁気検出器からの出力電圧と、回転角度との関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the output voltage from the second magnetic detector and the rotation angle. 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る。FIG. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of a permanent magnet used in the torque sensor of the second embodiment. 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る。FIG. 8 is an explanatory diagram showing magnetic flux generated from the outer peripheral surface of the permanent magnet shown in FIG. 図9は、第2磁気検出器からの出力電圧と、回転角度との関係を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the output voltage from the second magnetic detector and the rotation angle. 図10は、第2磁気検出器からの出力電圧と、回転角度との関係を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the output voltage from the second magnetic detector and the rotation angle. 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る。FIG. 11 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the torque sensor according to the third embodiment. 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る。FIG. 12 is an exploded perspective view for explaining the main components of the torque sensor shown in FIG. 図13は、図12に示す第2磁気検出器の一部の構成を示す概略斜視図である。FIG. 13 is a schematic perspective view showing a partial configuration of the second magnetic detector shown in FIG. 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と、回転角度との関係を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the relationship between the output voltage from the second magnetic detector and the third magnetic detector and the rotation angle. 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。FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of another example of the rotation angle detection mechanism. 図16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と、回転角度との関係の他の一例を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing another example of the relationship between the output voltage from the second magnetic detector and the third magnetic detector and the rotation angle. 図17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と、回転角度との関係の他の一例を示すグラフである。FIG. 17 is a graph showing another example of the relationship between the output voltage from the second magnetic detector and the third magnetic detector and the rotation angle.

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 vehicle 1 includes an electric power steering device 2, a steering mechanism 3, a control unit 4, an ignition switch 5, a battery 6, and a vehicle speed sensor 7. In addition to the components shown in FIG. 1, the vehicle 1 has various components that are normally passed as a vehicle, such as an engine and wheels.

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 steering wheel 11 operated by an operator, a steering shaft 12 that transmits rotation input from the steering wheel 11, a torque input to the steering shaft 12, and a rotation angle of the steering shaft. And an auxiliary steering mechanism 14 that assists the rotation of the steering shaft 12 based on the torque detected by the torque sensor 13. The electric power steering device 2 detects the steering torque generated in the steering shaft 12 by the torque sensor 13 when the steering wheel 11 is operated. Furthermore, the electric power steering device 2 assists the steering force of the steering wheel 11 by generating the auxiliary steering torque by controlling the drive of the electric motor 16 by the control unit 4 based on the detected signal.

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 steering shaft 12 connected to the steering wheel 11 has an input shaft 12a and an output shaft 12b on which a driver's steering force acts, and a torque sensor 13 and a reduction gear box are interposed between the input shaft 12a and the output shaft 12b. 15 is interposed. The steering force transmitted to the output shaft 12 b of the steering shaft 12 is transmitted to the steering mechanism 3.

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 torque sensor 13 detects the steering force transmitted to the input shaft 12a via the steering wheel 11 as a steering torque. The torque sensor 13 will be described in detail later.

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 auxiliary steering mechanism 14 is connected to the output shaft 12b of the steering shaft 12, and transmits auxiliary steering torque to the output shaft 12b. The auxiliary steering mechanism 14 includes a reduction gear box 15 connected to the output shaft 12b, and an electric motor 16 connected to the reduction gear box 15 and generating auxiliary steering torque. The steering shaft 12, the torque sensor 13, and the reduction gear box 15 constitute a column, and the electric motor 16 applies auxiliary steering torque to the output shaft 12b of the column. That is, the electric power steering apparatus in this embodiment is a column assist type.

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 universal joint 20, a lower shaft 21, a universal joint 22, a pinion shaft 23, a steering gear 24, and a tie rod 25. The steering force transmitted from the electric power steering device 2 to the steering mechanism 3 is transmitted to the lower shaft 21 via the universal joint 20, further transmitted to the pinion shaft 23 via the universal joint 22, and then transmitted to the pinion shaft 23. The steering force thus transmitted is transmitted to the tie rod 25 via the steering gear 24 to steer a steered wheel (not shown). The steering gear 24 is configured as a rack-and-pinion type having a pinion 24a connected to the pinion shaft 23 and a rack 24b meshing with the pinion 24a. It has been converted.

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 vehicle 1 such as the electric motor 16 and the engine. The control unit 4 is supplied with electric power from the battery 6 when the ignition switch 5 is on. The control unit 4 calculates an assist steering command value of the assist command based on the steering torque T detected by the torque sensor 13 and the traveling speed V detected by the vehicle speed sensor 7, and based on the calculated assist steering command value. Thus, the supply current value to the electric motor 16 is controlled.

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 torque sensor 13 will be described in detail. Here, FIG. 2 is a sectional view around the torque sensor of the electric power steering apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an exploded perspective view for explaining main components of the torque sensor shown in FIG.

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 shaft 12 has a connecting shaft 12c in addition to the input shaft 12a and the output shaft 12b described above. A steering wheel 11 (FIG. 1) is attached to the other axial end of the input shaft 12a. The output shaft 12b is rotatably supported by the reduction gear box 15 by a bearing 30. A steered wheel (not shown) is attached to the other axial end of the output shaft 12b via a universal joint 20 or the like. The connecting shaft (torsion bar) 12c is a connecting shaft that connects one axial end of the input shaft 12a (second shaft) and one axial end of the output shaft (first shaft) 12b. As shown in FIG. 2, the hollow shaft 12d covers the input shaft 12a. The gear cover 12 e is connected to the hollow shaft 12 d and attached to the reduction gear box 15. The gear cover 12e covers the outer periphery of the reduction gear box 15, and protects the structure (the reduction gear and the torque sensor 13) in the reduction gear box 15.

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 torque sensor 13 includes a permanent magnet assembly 31 including a permanent magnet 31a, a sensor yoke assembly 32 and a magnetic collecting yoke assembly 33 that form a magnetic circuit, and a sensor yoke 32a and a magnetic collecting yoke 33a. A first magnetic detector 34a that detects a magnetic flux by induction of the first magnetic detector 34 and a detector 34 that includes a second magnetic detector 34b that detects the magnetic force of the permanent magnet 31a. When torque acts on the input shaft 12a, the first magnetic detector 34a Torque is detected based on the detection output of the magnetic detector 34a, and the rotation angle of the steering shaft is detected based on the detection output of the second magnetic detector 34b. The constituent elements of the torque sensor include the input shaft 12a, the output shaft 12b, and the connecting shaft 12c of the steering shaft 12 described above.

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 permanent magnet assembly 31 includes a permanent magnet 31a formed as a plate-shaped annular body surrounding the output shaft 12b (and the connecting shaft 12c), and a metal back yoke fixed to the permanent magnet 31a. 31b.

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 permanent magnet 31a. As shown in FIG. 4, the permanent magnet 31 a has a ring shape, and a surface (hereinafter referred to as “upper surface”) 31 c on the steering wheel 11 side has different magnetic poles (N pole and S pole) in the circumferential direction. The outer peripheral surface 31d is alternately magnetized with different magnetic poles (N pole and S pole) in the circumferential direction. In the present embodiment, the upper surface 31c and the outer peripheral surface 31d of the permanent magnet 31a are each magnetized to 16 poles. Further, the upper surface 31c and the outer peripheral surface 31d are magnetized with the S pole and the N pole in the same phase. That is, in the permanent magnet 31a, the outer peripheral surface 31d at a position corresponding to the portion where the upper surface 31c is magnetized to the N pole is magnetized to the N pole, and the upper surface 31c corresponds to the portion magnetized to the S pole. The outer peripheral surface 31d at the position is magnetized to the S pole. Here, as a magnet material constituting the permanent magnet 31a, a ferrite magnet, a rare earth magnet (Nd—Fe—B magnet, Sm—Co magnet, etc.), a metal magnet, a sintered magnet, or the like can be employed. Moreover, you may employ | adopt as a permanent magnet the bond magnet (rubber magnet or plastic magnet) integrally molded with the back yoke 31b.

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 back yoke 31b is press-fitted and fixed to the output shaft 12b, and the permanent magnet 31a is fixed by adhesion. The back yoke 31b has a ring shape with an L-shaped cross section, and supports the permanent magnet 31a with the inner surface and the lower surface of the permanent magnet 31a being in contact with the other surfaces exposed. In the present embodiment, the example in which the permanent magnet 31a is attached to the back yoke 31b in order to effectively use the magnetic flux is shown, but the permanent magnet 31a can also be attached directly to the output shaft 12b.

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 sensor yoke assembly 32 covers and fixes the sensor yoke 32a, a metal sleeve 32b inserted in the center of the sensor yoke 32a, the sensor yoke 32a, and the sleeve 32b. And a resin molded body 32c. The sensor yoke 32a is an annular magnetic body formed by arranging two short cylindrical sensor yoke components (first sensor yoke component 32aA and second sensor yoke component 32aB) in the axial direction, and is a permanent magnet. The magnetic circuit of the permanent magnet 31a is formed in the magnetic field of the 31a. As shown in FIG. 3, the first sensor yoke constituting portion 32aA has a plurality of flat plate trapezoidal claw portion constituting portions 32dA constituting the claw portions 32d and a side wall portion 32eA constituting the outer peripheral portion 32e. ing. The second sensor yoke constituting part 32aB has a plurality of flat plate-like claw constituting parts 32dB constituting the claw parts 32d and a side wall part 32eB constituting the outer peripheral part 32e.

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 sensor yoke 32a has a plurality of plate-like claw portions 32d that face each other on one side in the axial direction of the permanent magnet 31a and are arranged on a substantially flat surface so as to surround the input shaft 12a. ing. These claw portions 32d are formed by combining the claw portion constituting portion 32dA of the first sensor yoke constituting portion 32aA and the claw portion constituting portion 32dB of the second sensor yoke constituting portion 32aB in the circumferential direction. They are arranged at equal intervals. The sensor yoke 32a has an outer peripheral portion 32e that is arranged in a non-contact state on the radially inner side of the magnetism collecting yoke 33a described later and extends in the axial direction. This outer peripheral part 32e is comprised from the side wall part 32eA of 1st sensor yoke structure part 32aA, and the side wall part 32eB of 2nd sensor yoke structure part 32aB.

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 sleeve 32b is fixed to the input shaft 12a by caulking after being fitted to the input shaft 12a. The sensor yoke 32a and the sleeve 32b are covered with a resin molded body 32c, and the sleeve 32b is fixed to the sensor yoke 32a. By fixing the sleeve 32b to the input shaft 12a in this way, the phase adjustment between the sensor yoke 32a and the permanent magnet 31a can be performed with the sensor yoke assembly 32 inserted into the input shaft 12a. Can be improved. The sleeve 32b is preferably made of a non-magnetic material because leakage flux from the claw portion 32d of the sensor yoke 32a to the input shaft 12a can be reduced. Further, if the sleeve 32b is made of a softer material than the input shaft 12a, the input shaft 12a is not deformed during caulking, so that positioning can be performed with high accuracy.

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 sleeve 32b is fixed to the input shaft 12a by caulking. However, the sleeve 32b may be fixed to the input shaft 12a by means such as screwing from the side, welding, or bonding. it can. Further, in the present embodiment, an example in which the planar shape is the trapezoidal claw portion 32d (the claw portion constituting portions 32dA and 32dB) is shown, but the planar shape is a triangular shape or a rectangular shape. Also good.

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 yoke assembly 33 includes a magnetic flux collecting yoke 33a disposed in a non-contact state in the vicinity of the outer peripheral portion 32e of the sensor yoke 32a, and a magnetic flux collecting yoke holder 33b. Yes. The magnetism collecting yoke holder 33b accommodates and fixes the magnetism collecting yoke 33a therein, is made of a non-magnetic material, and is fixed to the reduction gear box 15 as shown in FIG. The magnetism collecting yoke 33a includes two magnetism collecting yoke constituent parts (first sensor yoke constituent parts (first sensor yoke constituent part 32aA and second sensor yoke constituent part 32aB)) that constitute the sensor yoke 32a. 1 is an annular auxiliary magnetic body configured by arranging one magnetic flux collecting yoke component 33aA and second magnetic flux collecting yoke component 33aB) in the axial direction, and is arranged in the magnetic field of the permanent magnet 31a to be a magnetic circuit of the permanent magnet 31a. Form.

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 peripheral portion 32e of the first sensor yoke component 32aA and the second sensor yoke component 32aB, respectively. It arrange | positions so that it may oppose the surface of the radial direction outer side. The first (second) magnetism collecting yoke component 33aA (33aB) is formed on the surface of the second (first) magnetism collecting yoke component 33aB (33aA) so as to protrude radially outward. A convex portion 33c is provided. The convex part 33c functions as a magnetic flux concentration part. Here, the interval in the axial direction between the convex portions 33c is narrower than the interval in the axial direction between the first magnetic flux collecting yoke component 33aA and the second magnetic flux collecting yoke component 33aB. Thereby, the magnetic flux generated from the permanent magnet 31a can be concentrated. The magnetic detector 34a of the detector 34 is disposed on the convex portion 33c as the magnetic flux concentration portion.

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 detector 34 includes a first magnetic detector 34 a inserted into a gap in the axial direction of the convex portion 33 c as a magnetic flux concentrating portion provided in the magnetism collecting yoke 33 a, and a permanent magnet. And a second magnetic detector 34b provided at a position facing the second surface of 31a. The first magnetic detector 34a is fixed in a gap in the axial direction of the magnetic flux concentrating portion (the convex portion 33c) and detects the density of the magnetic flux passing therethrough. The first magnetic detector 34a may be any element that can measure the magnetic flux density, such as a Hall element, MR element, MI element, or the like. The first magnetic detector 34 a sends the detected amount of magnetic flux to the control unit 4.

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 magnetic detector 34b is disposed to face the outer peripheral surface 31d of the permanent magnet 31a, and detects a magnetic field formed by the outer peripheral surface 31d of the permanent magnet 31a. Here, in the present embodiment, a Hall switch that detects magnetic flux is used for the second magnetic detector 34b. The second magnetic detector 34b detects the density of the magnetic flux of the radial component generated from the outer peripheral surface 31d of the permanent magnet 31a at the opposite position, and within the two of the high voltage and the low voltage according to the detected value One of the voltages is output as a signal. The second magnetic detector 34 b sends an output voltage (output signal) to the control unit 4.

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 torque sensor 13 according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the permanent magnet 31 a and the sensor yoke 32 a that constitute the torque sensor 13. In FIG. 5, in order to clarify the positional relationship between the claw portion 32d of the sensor yoke 32a and the permanent magnet 31a, the second sensor yoke constituting portion 32aB constituting the sensor yoke 32a is not shown. However, in actuality, the claw portion constituting portion 32dB of the second sensor yoke constituting portion 32aB is arranged on both sides of the claw portion constituting portion 32dA of the first sensor yoke constituting portion 32aA, and a plurality of claw portions 32d are formed.

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 claw portions 32d of the sensor yoke 32a is located on the boundary between the magnetic poles (N pole and S pole) constituting the permanent magnet 31a, and the permanent magnet 31a viewed from each claw portion 32d. Since the permeance (reciprocal of the magnetic resistance) with respect to the N pole and the S pole is equal, the magnetic flux flows as shown in FIG. Specifically, the magnetic flux generated from the N pole of the permanent magnet 31a enters the claw portion 32d of the sensor yoke 32a and enters the S pole of the permanent magnet 31a as it is. Therefore, the magnetic flux does not flow through the first magnetic detector 34a.

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 input shaft 12a by the driver rotating the steering wheel 11 in a certain direction, for example, rightward, the input side of the connecting shaft 12c rotates in the same manner as the steering wheel 11 and the connecting shaft 12c itself. Twist occurs according to the input torque. This twist causes a relative angular displacement between the input side and the output side of the connecting shaft 12c. The relative angular displacement generated between the input side and the output side of the connecting shaft 12c appears as a relative angular displacement between the permanent magnet 31a of the torque sensor 13 and the sensor yoke 32a.

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 permanent magnet 31a and the sensor yoke 32a, the balance of permeance as shown in FIG. 5 is lost, and the magnetic circuit including the first magnetic detector 34a (that is, generated from the N pole of the permanent magnet 31a). The magnetic flux that has flowed flows into the claw portion constituting portion 32dA of the first sensor yoke constituting portion 32aA and passes through the first magnetism collecting yoke constituting portion 33aA and the convex portion 33c from the first sensor yoke constituting portion 32a. A magnetic flux passes through the detector 34a and flows through the second magnetism collecting yoke component 33aB to the south pole of the permanent magnet 31a via the claw component component 32dB. By detecting the magnetic flux generated in the magnetic circuit including the first magnetic detector 34a with the first magnetic detector 34a, the relative angular displacement can be measured, and the torque applied to the connecting shaft 12c can be detected. When the driver rotates the steering wheel 11 in the reverse direction (in this case, the left direction), the magnetic flux flows through the magnetic circuit including the first magnetic detector 34a in the direction opposite to the above-described direction. Thereby, it is possible to detect the direction in which the torque is acting depending on the direction of the magnetic flux as well as the magnitude of the torque.

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 torque sensor 13 will be described. Here, FIG. 6 is a graph showing the relationship between the output voltage (output signal) from the second magnetic detector 34b and the rotation angle. In the second magnetic detector 34b, the magnetic flux to be detected changes depending on the state of the outer peripheral surface 31d of the permanent magnet 31a at the facing position. Specifically, when the steering wheel 11 and the steering shaft 12 are rotated by an operator's operation with an arbitrary position of the output shaft 12b (for example, the center position of the steering shaft 12) as a reference, the output shaft 12b and the output shaft 12b are permanent. The magnet 31a also rotates. When the permanent magnet 31a rotates in this way, the S pole portion and the N pole portion of the outer peripheral surface 31d of the permanent magnet 31a alternately pass through the positions facing the second magnetic detector 34b. Every time the position facing the second magnetic detector 34b is switched between the S pole and the N pole, the magnetic flux detected by the second magnetic detector 34b also changes. That is, as shown in FIG. 6, when the rotation angle of the output shaft 12b changes in one direction, that is, when the rotation angle is simply increased or decreased, the voltage output from the second magnetic detector 34b is a high voltage, Alternates to low voltage. The voltage output from the second magnetic detector 34b is sent to the control unit 4 as an output signal.

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 shaft 12 and the steering wheel 11 based on the number of changes in the voltage output from the second magnetic detector 34b, information on the reference position, and information on the rotational direction calculated based on torque and the like. Can be calculated as an absolute angle. Further, an estimated value of the absolute angle of the rotational angle of the steering shaft 12 and the steering wheel 11 is calculated from the difference between the rotational speeds of the left and right steered wheels, and the estimated value and a change in the voltage output from the second magnetic detector 34b are calculated. The rotation angle of the steering shaft 12 and the steering wheel 11 may be calculated as an absolute angle based on the number of times.

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 torque sensor 13 according to the above embodiment can detect both the torque applied to the steering shaft 12 and the rotation angle of the steering shaft 12. Moreover, the permanent magnet used for detecting the torque and the permanent magnet used for calculating the rotation angle are a common permanent magnet, that is, one permanent magnet, thereby simplifying the device configuration of the torque sensor 13. be able to. Moreover, since both a torque and a rotation angle can be detected using one permanent magnet, the axial dimension of the torque sensor 13 can be shortened, and the torque sensor 13 can be reduced in size.

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 torque sensor 13 that can be downsized (reduced axial dimension), the axial dimension of the entire apparatus can be shortened. Moreover, installation of the electric power steering apparatus with a limited mounting space can be facilitated.

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 magnetic detector 34b. However, it is preferable to use a linear Hall IC as the detection element. In this case, it is preferable that the outer peripheral surface 31d of the permanent magnet 31a is sine-wave magnetized. In this way, the second magnetic detector 34b is a linear Hall IC, and the outer peripheral surface 31d is sinusoidally magnetized, so that not only the N pole faces the S pole but the S pole faces the N pole. It is possible to detect which part of the surface magnetized in the surface is facing, and which part of the surface magnetized in the S pole is facing, and the resolution of the detected rotation angle. Can be made higher.

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) magnetism collecting yoke 33a is employed. However, a planar shape of the magnetism collecting yoke 33d (or semicircular shape) is employed. You can also. When the magnetic collecting yoke 33d having a sector shape or a semicircular shape is employed as described above, the magnetic collecting yoke 33d can be assembled from the lateral direction (radial direction) of the sensor yoke 32a, and the magnetic collecting yoke 33d is connected to the input shaft 12a. As a result, it is not necessary to penetrate through, so that the assembling work can be greatly facilitated.

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 magnetism collecting yoke 33a is disposed so as to face the radially outer surface of the outer peripheral portion 32e (side wall portions 32eA, 32eB) of the sensor yoke 32a. 33a can also be arranged so as to face the axial surface of the outer peripheral portion 32e of the sensor yoke 32a. Further, the magnetism collecting yoke 33a may be arranged so as to face both the radially outer surface and the axial surface of the outer peripheral portion 32e of the sensor yoke 32a. When the magnetism collecting yoke 33a is disposed so as to face the axial surface of the outer peripheral portion 32e of the sensor yoke 32a, the magnetism collecting yoke 33a is disposed even when the input shaft 12a is displaced relative to the magnetism collecting yoke 33a. There is little fluctuation in the amount of magnetic flux passing through.

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 sensor yoke 32a and the magnetism collecting yoke 33a, the magnetic characteristics (output hysteresis) can be improved, and good performance as the torque sensor 13 can be obtained. Become. If hysteresis is not a problem, the sensor yoke 32a and the magnetism collecting yoke 33a are configured using other magnetic metal (for example, a silicon steel plate or a rolled steel plate such as SPCC generally used as a material for a motor or the like). can do. Further, either one of the sensor yoke 32a and the magnetism collecting yoke 33a may be configured using an alloy containing nickel.

<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 permanent magnet assembly 31 and the detector 34 of the torque sensor 13 according to the first embodiment, and the other configurations are substantially the same. For this reason, it demonstrates focusing on a different structure, about the overlapping structure, the code | symbol same as 1st Embodiment is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. Here, FIG. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of a permanent magnet used in the torque sensor of the second embodiment, and FIG. 8 is an explanatory diagram showing a magnetic flux generated from the outer peripheral surface of the permanent magnet shown in FIG. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the output voltage (output signal) from the second magnetic detector and the rotation angle.

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 permanent magnet 101a formed as a flat annular body surrounding the output shaft 12b (and the connecting shaft 12c), and a metal back yoke (not shown) fixed to the permanent magnet 101a. And have. The permanent magnet 101a has a ring shape, and the surface (upper surface) 101c on the steering wheel 11 side is alternately magnetized with different magnetic poles (N pole and S pole) in the circumferential direction, and the outer peripheral surface 101d has two poles. Parallel magnetized. That is, half of the outer peripheral surface 101d is magnetized to the N pole, and half is magnetized to the S pole. By parallel magnetizing the outer peripheral surface 101d of the permanent magnet 101a, the magnetic flux generated from the outer peripheral surface 101d of the permanent magnet 101a differs in the direction and magnitude of the magnetic field depending on the position, as shown in FIG.

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 detector 34 of the present embodiment uses a Hall ASIC (Application Specific Integrated Circuit) that is a detector that detects the direction of the magnetic field for the second magnetic detector 34b. The detector 34 has the same configuration as that of the detector 34 described above except for the second magnetic detector 34b, and a description thereof will be omitted. By detecting the direction of the magnetic field by the second magnetic detector 34b, it is possible to detect which direction the permanent magnet 101a has a different magnetic field direction depending on the position as shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 9, the output voltage can be linearly changed with respect to the rotation angle. Thereby, the control unit 4 can detect a rotation angle from the voltage sent from the 2nd magnetic detector 34b. Thus, according to this embodiment, the absolute angle in one rotation can be detected only from the detection result from the second magnetic detector. As a result, the rotation angle can be calculated more easily.

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 peripheral surface 101d of the permanent magnet 101a is magnetized in two poles in parallel and the direction of the magnetic field is detected by the second magnetic detector 34b. However, the present invention is not limited to this, and the first embodiment is not limited thereto. As described above, the outer peripheral surface of the permanent magnet may be magnetized in multiple poles, and the direction of the magnetic field may be detected by the second magnetic detector as in the second embodiment. Here, FIG. 10 is a graph showing the relationship between the output voltage (output signal) from the second magnetic detector and the rotation angle. The graph shown in FIG. 10 shows the relationship between the output voltage and the rotation angle when the outer peripheral surface is magnetized to 16 poles and the direction of the magnetic field is detected by the second magnetic detector. As shown in FIG. 10, by magnetizing the outer peripheral surface to 16 poles, an output signal having 8 cycles is output while the permanent magnet rotates once, that is, while the steering shaft rotates once. Thus, by detecting the direction of the magnetic field, it is possible to more accurately detect the angle of the permanent magnet during one period, for example, between 0 degrees and 45 degrees. Note that the cycle number of the permanent magnet in the repetition cycle is calculated from the number of repetitions from the reference position, the direction of torque, and the like, as in the first embodiment.

<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 detector 34 of the torque sensor 13 according to the first embodiment, and the other configurations are substantially the same. For this reason, it demonstrates focusing on a different structure, about the overlapping structure, the code | symbol same as 1st Embodiment is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. Here, FIG. 11 is a perspective view showing a schematic configuration of the torque sensor of the third embodiment, and FIG. 12 is an exploded perspective view for explaining main components of the torque sensor shown in FIG. 13 is a schematic perspective view showing a configuration of a part of the third magnetic detector shown in FIG. 12, and FIG. 14 shows output voltages (output signals) from the second magnetic detector and the third magnetic detector; It is a graph which shows an example of the relationship with a rotation angle.

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 torque sensor 202 includes a permanent magnet assembly 31 including a permanent magnet 31a, a sensor yoke assembly 32 and a magnetic flux collecting yoke assembly 33 that form a magnetic circuit, and a sensor yoke 32a and a magnetic flux collecting yoke. A rotation angle detection mechanism 210 including a first magnetic detector 34a for detecting a magnetic flux induced by 33a, a second magnetic detector 208 for detecting the magnetic force of the permanent magnet 31a, and a third magnetic detector 218, and an input shaft 12a. Torque is detected based on the detection output of the first magnetic detector 34a, and the rotation angle of the steering shaft is determined based on the detection outputs of the second magnetic detector 208 and the third magnetic detector 218. To detect.

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 magnetic detector 34a is the same as the first magnetic detector 34a of the detector 34 described above. The second magnetic detector 208 is a sensor that detects the direction of the magnetic field of the outer peripheral surface 31d of the permanent magnet 31a at the opposing position. Here, since the permanent magnet 31a of the present embodiment magnetizes the outer peripheral surface 31d to 16 poles, the output (voltage value) of the output signal of the second magnetic detector 208 at each rotation angle is the above-described figure. The output is the same as the graph shown in FIG.

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 angle detection mechanism 210 includes a first gear 212 fixed to the lower surface (the surface opposite to the upper surface 31c) of the permanent magnet 31a, a second gear 214 meshed with the first gear 212, and a second gear 214. And a third magnetic detector 218 disposed opposite to the magnetized surface of the dipole magnet 216.

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 first gear 212 is a gear fixed to the lower surface of the permanent magnet 31a (the surface opposite to the upper surface 31c), and rotates together with the permanent magnet 31a. The method for fixing the first gear 212 to the permanent magnet 31a is not particularly limited, and the first gear 212 may be bonded by an adhesive, mechanically joined or fixed, or may be integrally formed.

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 second gear 214 is a gear meshed with the first gear 212. The second gear 214 is formed with a gear having a number of teeth different from that of the first gear 212. As described above, since the second gear 214 is meshed with the first gear 212, when the first gear 212 is rotated together with the rotation of the output shaft 12b, the meshed second gear 214 is also rotated. At this time, the second gear 214 rotates at a rotation angle (rotational speed) different from that of the first gear 212. In the present embodiment, the number of teeth of the first gear 212 is set to 36, and the number of teeth of the second gear 214 is set to 11. Thus, since the second gear 214 has fewer gear teeth than the first gear 212, the second gear 214 rotates a plurality of times while the first gear 212 rotates once.

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-pole magnet 216 is a permanent magnet whose upper surface is magnetized to two poles, and the lower surface is fixed to the second gear 214. The dipole magnet 216 rotates with the second gear 214. The method of fixing the dipole magnet 216 to the second gear 214 is not particularly limited, and may be formed by bonding with an adhesive, mechanically joining and fixing, or integrally.

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 magnetic detector 218 is provided at a position facing the magnetized surface (upper surface in the present embodiment) of the dipole magnet 216 and spaced from the upper surface by a predetermined distance. It has been. Similar to the second magnetic detector 208, the third magnetic detector 218 uses a detector that detects the direction of the magnetic field, and detects the direction of the magnetic field of the upper surface portion of the dipole magnet 216 at the opposite position. Here, since the two-pole magnet 216 is magnetized to two poles, the signal output from the third magnetic detector 218 is detected so that the original output value is obtained when the two-pole magnet 216 makes one rotation. The That is, the signal output from the third magnetic detector 218 detects one rotation of the dipole magnet 216 as one cycle.

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 magnetic detector 208 and the signal output from the third magnetic detector 218 and the rotation angle of the output shaft 12b is as shown in FIG. It becomes a relationship. Here, FIG. 14 shows the rotation angle when the output shaft 12b is rotated until it rotates twice in both directions (−720 degrees to +720 degrees) with the reference position (0 degree) as a reference, and the second magnetic detector 208. 4 is a graph showing a relationship with an output voltage (output signal) output from the third magnetic detector 218. As shown in FIG. 14, while the output shaft 12b makes one rotation, the output signal from the second magnetic detector 208 changes by 8 cycles, and the output signal from the third magnetic detector 218 becomes 3 strong cycles. Change. In this way, the output signal cycle is set to a different cycle, and the combination of the output signal from the second magnetic detector 208 and the output signal from the third magnetic detector 218 is performed between the rotation angle of −720 degrees and +720 degrees. However, the absolute angle of the rotation angle of the output shaft can be calculated from the two output signals by making sure that there are no angles that have the same combination.

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 first gear 212 is set to 36, the number of teeth of the second gear 214 is set to 11, and the gear ratio of the two gears is set to about 3.27. However, the gear ratio is limited to this. Not. If the output signal from the second magnetic detector 208 and the output signal from the third magnetic detector 218 within the range of the rotation angle of the output shaft 12b do not have the same value, various gear ratios can be used. It can be. Here, the gear ratio is preferably a non-integer. By setting the gear ratio to a non-integer (non-integer value), the two output signals can be made different output signals even if the output shaft 12b is rotated a plurality of times, that is, 360 degrees or more.

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 second gear 214 is smaller than the first gear 212, but the ratio of the sizes is not limited. Hereinafter, another example of the rotation angle detection mechanism will be described with reference to FIG. Here, FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of another example of the rotation angle detection mechanism. The rotation angle detection mechanism 230 shown in FIG. 15 is the same as the rotation angle detection mechanism 230 except for the size of the second gear. Therefore, the following description focuses on the points peculiar to the rotation angle detection mechanism 230. The rotation angle detection mechanism 230 includes a first gear 212, a second gear 234, a dipole magnet 216, and a third magnetic detector 218. The second gear 234 is a gear meshed with the first gear 212. The second gear 234 is a gear having approximately the same size as the first gear 212. In the present embodiment, the first gear 212 has 36 gear teeth, and the second gear 234 has 37 gear teeth. Thus, since the second gear 234 has fewer gear teeth than the first gear 212, the second gear 234 also rotates approximately one time while the first gear 212 rotates once.

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 angle detection mechanism 230 as described above, the relationship between the signal output from the second magnetic detector 208 and the signal output from the third magnetic detector 218 and the rotation angle of the output shaft 12b. Is as shown in FIG. Here, FIG. 16 is a graph showing the relationship between the rotation angle and the output signals from the second magnetic detector and the third magnetic detector when the rotation angle detection mechanism 230 is used. In the present embodiment, as shown in FIG. 16, the output signal from the second magnetic detector 208 changes by eight periods while the output shaft 12b rotates once, and the output signal from the third magnetic detector 218 is It changes by a little less than one cycle. As described above, even when the gear ratio between the first gear 212 and the second gear 234 is substantially the same, by setting the number of teeth of the gear to a different number of teeth, the rotation angle is between −720 degrees and +720 degrees. The combination of the output signal from the second magnetic detector 208 and the output signal from the third magnetic detector 218 can be such that there is no angle at which the combination is the same. Thereby, the absolute angle of the rotation angle of the output shaft can be calculated from the two output signals, and the amount of calculation by the control unit can be reduced.

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 magnetic detector 208 and the signal output from the third magnetic detector 218, and the rotation angle of the output shaft 12b. The relationship is as shown in FIG. Here, FIG. 17 shows the output voltage (output signal) from the second magnetic detector and the third magnetic detector when the gear ratio of the first gear to the second gear is 1: 4, and the rotation angle. It is a graph which shows a relationship. As shown in FIG. 17, in this embodiment, the output signal from the second magnetic detector 208 changes by 32 periods while the output shaft 12 b rotates four times, and the output signal from the third magnetic detector 218. Changes for one period. Therefore, also in the present embodiment, the combination of the output signal from the second magnetic detector 208 and the output signal from the third magnetic detector 218 becomes the same combination between the rotation angles of −720 degrees and +720 degrees. There can be no angle. In this embodiment, the approximate value of the absolute angle of the rotation angle is calculated using the output signal from the third magnetic detector, and the final absolute angle of the rotation angle is calculated using the output signal from the second magnetic detector. You may make it calculate by a value, ie, a finer value. This can reduce the resources required for the arithmetic processing.

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 SYMBOLS 1 Vehicle 2 Electric power steering apparatus 3 Steering mechanism 4 Control unit 5 Ignition switch 6 Battery 7 Vehicle speed sensor 11 Steering wheel 12 Steering shaft 12a Input shaft 12b Output shaft 12c Connecting shaft (torsion bar)
12d hollow shaft 12e gear cover 13 torque sensor 14 auxiliary steering mechanism 15 reduction gear box 16 electric motor 20 universal joint 21 lower shaft 22 universal joint 23 pinion shaft 24 steering gear 24a pinion 24b rack 25 tie rod 30 bearing 31a permanent magnet 31b back yoke (annular) Element)
32a Sensor yoke (magnetic material)
32b Sleeve (cylindrical member)
32c Resin molded body 32d Claw portion 32e Outer peripheral portion 33 Magnetic flux collecting yoke assembly 33a Magnetic flux collecting yoke (auxiliary magnetic material)
33aA Concentration yoke component 33aB Concentration yoke component 33b Concentration yoke holder 33c Convex portion (magnetic flux concentration portion)
34 detector 34a first magnetic detector 34b second magnetic detector

Claims (7)

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請求項1に記載のトルクセンサ。 The permanent magnet, a torque sensor according to claim 1, wherein the second surface is parallel magnetized. 前記永久磁石は、前記第2の面が多極着磁されていることを特徴とする請求項1に記載のトルクセンサ。 The permanent magnet, a torque sensor according to claim 1, wherein the second surface is multi-pole magnetized. 第1の軸体と第2の軸体とを連結する連結軸と、  A connecting shaft that connects the first shaft body and the second shaft body;
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を特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載のトルクセンサ。 The second magnetic detector, a torque sensor according to claims 2 to any one of 4, characterized in that to detect the magnetic orientation generated from the second surface. 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:
請求項1から6のいずれか1項に記載され、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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