JP5192720B2 - Magnetostrictive torque sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetostrictive torque sensor capable of avoiding flow of an excessive current in a detection coil at least, until the passage of a prescribed time from application of power. <P>SOLUTION: This magnetostrictive torque sensor 100 for detecting a torque applied to a shaft 20 is equipped with the shaft 20 coated with magnetostrictive films 30a, 30b, and detection coils 40a, 40b, 40c, 40d for detecting magnetic characteristic change of the magnetostrictive films 30a, 30b. The magnetostrictive torque sensor is also equipped with a current flow shut-off means 70, and the current flow shut-off means 70 will not make excitation voltage applied to the detection coils 40a, 40b, 40c, 40d until the passage of a prescribed time from application of power. In other words, inputting of an excitation signal I and its inverted signal into a bridge circuit is shut off by the current flow shut-off means 70. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、磁歪膜の磁気特性変化を検出する検出コイルを備えた磁歪式トルクセンサに関する。   The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor including a detection coil that detects a change in magnetic characteristics of a magnetostrictive film.

車両に搭載される電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵によってステアリング軸(シャフト)に加えられるトルクをトルクセンサが検出するように構成されている。そして、電動パワーステアリング装置は、このトルクセンサからのトルク信号に応じた操舵補助力が付与されるように構成されている。このようなトルクセンサとして磁歪式トルクセンサが開示され(特許文献1、特許文献2)、この技術はシャフトの表面に磁気異方性を備えた磁歪膜を被着させている。そして、シャフトに外部からトルクが加えられたときには、捩れに応じた磁歪膜の透磁率変化をシャフトを離間して挿入した検出コイルのインピーダンス特性の変化として検出するようになっている。また、特許文献2には、パルス状の励磁電圧を印加して、検出コイルのインピーダンス特性の変化を検出している技術が開示されている。この技術は、パルス幅を制限した励磁電圧を印加することによって、検出コイルに流れる増加電流の最大値が所定範囲に納まるようになっている。
特開2004−239652号公報(図4) 特開2005−331453号公報(図11,図12)
An electric power steering device mounted on a vehicle is configured such that a torque sensor detects torque applied to a steering shaft (shaft) by a driver's steering. The electric power steering apparatus is configured to be provided with a steering assist force according to a torque signal from the torque sensor. As such a torque sensor, a magnetostrictive torque sensor is disclosed (Patent Document 1, Patent Document 2), and this technique has a magnetostrictive film having magnetic anisotropy attached to the surface of a shaft. When a torque is applied to the shaft from the outside, a change in the magnetic permeability of the magnetostrictive film according to the twist is detected as a change in impedance characteristics of a detection coil inserted with the shaft separated. Patent Document 2 discloses a technique in which a change in impedance characteristics of a detection coil is detected by applying a pulsed excitation voltage. In this technique, by applying an excitation voltage with a limited pulse width, the maximum value of the increased current flowing in the detection coil falls within a predetermined range.
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-239652 (FIG. 4) Japanese Patent Laying-Open No. 2005-331453 (FIGS. 11 and 12)

特許文献2に開示されている技術を電動パワーステアリング装置に用いる場合において、車両のイグニッションスイッチをONするとスイッチング回路の起動が安定せず、直流の励磁電圧が検出コイルに印加されることがある。また、矩形波状の励磁電圧を生成するスイッチング回路が矩形波信号、および、その反転信号により生成される場合には、電源投入時にCPUにより作られる矩形波信号が生成されるまでの所定時間は、ハイレベル信号、および、ローレベル信号がスイッチング回路に入力され、この所定時間は直流の励磁電圧が検出コイルに印加されることになる。
直流の励磁電圧印加により、検出コイルの内部抵抗で定まる飽和電流が流れ、磁歪膜、および、シャフトが磁化され、トルク検出開始時の検出信号が不安定になることがある。これにより、イグニッションスイッチをONする毎に操舵トルクの変化が生じ、操舵フィーリングが悪化する問題点がある。
なお、検出コイルへの直流電圧の印加が継続すると、過大電流が流れることによる検出コイルの断線、あるいは、スイッチング素子の破壊が生じることもある。
When the technique disclosed in Patent Document 2 is used in an electric power steering apparatus, when the ignition switch of the vehicle is turned on, the switching circuit is not started stably, and a DC excitation voltage may be applied to the detection coil. Further, when the switching circuit that generates the rectangular wave excitation voltage is generated by the rectangular wave signal and its inverted signal, the predetermined time until the rectangular wave signal generated by the CPU when the power is turned on is A high level signal and a low level signal are input to the switching circuit, and a DC excitation voltage is applied to the detection coil for this predetermined time.
When a DC excitation voltage is applied, a saturation current determined by the internal resistance of the detection coil flows, the magnetostrictive film and the shaft are magnetized, and the detection signal at the start of torque detection may become unstable. As a result, every time the ignition switch is turned on, a change in steering torque occurs, and there is a problem that the steering feeling deteriorates.
If the application of the DC voltage to the detection coil is continued, disconnection of the detection coil or destruction of the switching element may occur due to excessive current flowing.

そこで、本発明は、少なくとも電源投入のときから所定時間経過までの間は、検出コイルに過大電流が流れることを回避することができる磁歪式トルクセンサを提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetostrictive torque sensor capable of avoiding an excessive current flowing through a detection coil at least from when the power is turned on until a predetermined time elapses.

前記課題を解決するため、請求項1に記載の磁歪式トルクセンサは、磁歪膜が被覆されたシャフトと、前記磁歪膜の磁気特性変化を検出する検出コイルとを備え、前記シャフトに加えられたトルクを検出する磁歪式トルクセンサにおいて、前記磁歪式トルクセンサは、さらに、前記検出コイルに励磁電圧を印加させる複数のスイッチング素子と、通電遮断手段と、を備え、前記通電遮断手段は、電源投入のときから所定時間経過までの間は、前記複数のスイッチング素子に入力される励磁信号を遮断することにより、前記検出コイルに励磁電圧を印加させないことを特徴とする。
In order to solve the above problem, the magnetostrictive torque sensor according to claim 1 includes a shaft covered with a magnetostrictive film, and a detection coil that detects a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive film, and is applied to the shaft. In the magnetostrictive torque sensor for detecting torque, the magnetostrictive torque sensor further includes a plurality of switching elements for applying an excitation voltage to the detection coil, and energization cutoff means, and the energization cutoff means is turned on. From this time to the lapse of a predetermined time, the excitation signal inputted to the plurality of switching elements is cut off so that no excitation voltage is applied to the detection coil.

これによれば、シャフトに加えられたトルクによって磁歪膜の磁気特性が変化する。この磁気特性変化を検出コイルのインダクタンス変化として検出することができる。また、少なくとも電源投入のときから所定時間経過までの間は、通電遮断手段が励磁電圧を検出コイルに印加させないので、電源投入時の不安定性が回避される。   According to this, the magnetic characteristics of the magnetostrictive film are changed by the torque applied to the shaft. This change in magnetic characteristics can be detected as a change in inductance of the detection coil. In addition, since the energization cut-off means does not apply the excitation voltage to the detection coil at least from when the power is turned on until a predetermined time elapses, instability when the power is turned on is avoided.

また、前記通電遮断手段には、前記励磁電圧を生成するブリッジ回路の電源を遮断するリレーも含まれる。これによれば、リレーがブリッジ回路の電源を遮断するので、励磁電圧が生成されない。   The energization cut-off means also includes a relay that cuts off the power supply of the bridge circuit that generates the excitation voltage. According to this, since the relay cuts off the power supply of the bridge circuit, no excitation voltage is generated.

また、請求項2に係る発明は、磁歪膜が被覆されたシャフトと、前記磁歪膜の磁気特性変化を検出する検出コイルとを備え、前記シャフトに加えられたトルクを検出する磁歪式トルクセンサにおいて、前記磁歪式トルクセンサは、さらに、CPUの出力信号によって駆動され、前記検出コイルに励磁電圧を印加させるスイッチング素子と、通電遮断手段と、備え、前記通電遮断手段は、電源投入のときから所定時間経過までの間は、前記スイッチング素子に入力される励磁信号を遮断することにより、前記検出コイルに励磁電圧を印加させないことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a magnetostrictive torque sensor that includes a shaft coated with a magnetostrictive film and a detection coil that detects a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive film, and detects torque applied to the shaft. The magnetostrictive torque sensor is further provided with a switching element that is driven by an output signal of the CPU and applies an excitation voltage to the detection coil, and an energization interruption means. The energization interruption means is predetermined when the power is turned on. Until the passage of time, the excitation signal input to the switching element is cut off so that no excitation voltage is applied to the detection coil .

また、請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載の磁歪式トルクセンサにおいて、前記トルクセンサは、車両に搭載され、前記電源投入は、前記車両のイグニッションスイッチのONにより行われることを特徴とする。これによれば、イグニッションスイッチONのときから所定時間経過までの間は、検出コイルに励磁電圧が印加されない。   The invention according to claim 3 is the magnetostrictive torque sensor according to claim 1 or 2, wherein the torque sensor is mounted on a vehicle, and the power is turned on by turning on an ignition switch of the vehicle. It is characterized by being. According to this, an excitation voltage is not applied to the detection coil from when the ignition switch is turned on until a predetermined time has elapsed.

また、請求項4に係る発明は、請求項1乃至3の何れか1項に記載の磁歪式トルクセンサにおいて、前記励磁信号の供給を行う制御手段を更に備え、前記制御手段は、前記励磁信号の送信が可能となったときに、前記通電遮断手段に対して通電許可信号を供給することを特徴とする。これによれば、励磁信号が送信可能になったときに通電許可信号が通電遮断手段に供給され、通電遮断手段による励磁信号の遮断が解除される。   According to a fourth aspect of the present invention, in the magnetostrictive torque sensor according to any one of the first to third aspects of the present invention, the magnetostrictive torque sensor further includes control means for supplying the excitation signal, and the control means includes the excitation signal. When transmission becomes possible, an energization permission signal is supplied to the energization cut-off means. According to this, when the excitation signal can be transmitted, the energization permission signal is supplied to the energization cutoff means, and the cutoff of the excitation signal by the energization cutoff means is released.

また、励磁電圧が、矩形波状の励磁信号、および、この反転信号から生成される矩形波電圧であるとき、電源投入時から励磁信号が発生するまでの所定時間は、少なくとも励磁信号、あるいは、この反転信号の何れか一方が直流電圧となるので、直流電圧が検出コイルに印加される。これにより、検出コイルに飽和電流が流れ、励磁信号の生成時のトルク検出に誤差が発生することがある。しかし、電源投入時から励磁信号が発生するまでの所定時間に、検出コイルに励磁電圧を印加しないことにより、直流電圧が検出コイルに印加されることがない。なお、励磁信号のパルス幅は、検出コイルに流れる増加電流が飽和しない程度に短くする必要がある。   In addition, when the excitation voltage is a rectangular wave excitation signal and a rectangular wave voltage generated from this inverted signal, the predetermined time from when the power is turned on until the excitation signal is generated is at least the excitation signal or this Since one of the inverted signals becomes a DC voltage, the DC voltage is applied to the detection coil. As a result, a saturation current flows through the detection coil, and an error may occur in torque detection when the excitation signal is generated. However, the DC voltage is not applied to the detection coil by not applying the excitation voltage to the detection coil during a predetermined time from when the power is turned on to when the excitation signal is generated. The pulse width of the excitation signal needs to be shortened so that the increased current flowing through the detection coil is not saturated.

本発明によれば、少なくとも電源投入のときから所定時間経過までの間は、検出コイルに過大電流が流れることを回避することができる磁歪式トルクセンサを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a magnetostrictive torque sensor capable of avoiding an excessive current flowing through the detection coil at least from when the power is turned on until a predetermined time elapses.

(第1実施形態)
本発明の一実施形態である磁歪式トルクセンサは、後記するように電動パワーステアリング装置のステアリング軸(シャフト)に加えられるトルクを検出するものである。
図1の構成図に示される磁歪式トルクセンサ100は、シャフト(ステアリング軸)20の近接する軸方向2箇所の全周に被着されている磁歪膜30a,30bと、直列接続されている検出コイル40a,40bと、逆向きに直列接続されている検出コイル40c,40dと、検出コイル40a,40b,40c,40dに矩形波状の励磁電圧を印加するブリッジ回路10と、検出コイル40a,40bの接続点VS1および検出コイル40c,40dの接続点VS2の差分電圧を出力する差動増幅器50と、ブリッジ回路10による励磁電圧の印加を遮断する通電遮断手段70と、これらの素子、手段を制御しシャフト20に印加されるトルク強度とその方向を演算するCPU60とを備えている。
(First embodiment)
A magnetostrictive torque sensor according to an embodiment of the present invention detects torque applied to a steering shaft (shaft) of an electric power steering apparatus as will be described later.
A magnetostrictive torque sensor 100 shown in the configuration diagram of FIG. 1 is detected in series with magnetostrictive films 30a and 30b that are attached to the entire circumference of two adjacent axial directions of a shaft (steering shaft) 20. The coils 40a and 40b, the detection coils 40c and 40d connected in series in the opposite direction, the bridge circuit 10 for applying a rectangular wave-like excitation voltage to the detection coils 40a, 40b, 40c and 40d, and the detection coils 40a and 40b. The differential amplifier 50 that outputs the differential voltage between the connection point VS1 and the connection point VS2 of the detection coils 40c and 40d, the energization cutoff means 70 that cuts off the application of the excitation voltage by the bridge circuit 10, and these elements and means are controlled. A CPU 60 that calculates the torque intensity applied to the shaft 20 and its direction is provided.

ブリッジ回路10は、4個のスイッチング素子10a,10b,10c,10dを備えており、スイッチング素子10a,10cはpチャネルMOSFETであり、スイッチング素子10b,10dはnチャネルMOSFETである。スイッチング素子10aおよびスイッチング素子10cのドレインが検出コイル電源に接続され、スイッチング素子10bおよびスイッチング素子10dのソースが接地されている。また、スイッチング素子10aのソースとスイッチング素子10bのドレインと端子S1とが接続され、スイッチング素子10cのソースとスイッチング素子10dのドレインと端子S2とが接続されている。また、スイッチング素子10aのゲートとスイッチング素子10bとゲート端子G1とが接続され、スイッチング素子10cのゲートとスイッチング素子10dのゲートとゲート端子G2とが接続されている。   The bridge circuit 10 includes four switching elements 10a, 10b, 10c, and 10d. The switching elements 10a and 10c are p-channel MOSFETs, and the switching elements 10b and 10d are n-channel MOSFETs. The drains of the switching element 10a and the switching element 10c are connected to the detection coil power source, and the sources of the switching element 10b and the switching element 10d are grounded. The source of the switching element 10a, the drain of the switching element 10b, and the terminal S1 are connected, and the source of the switching element 10c, the drain of the switching element 10d, and the terminal S2 are connected. The gate of the switching element 10a, the switching element 10b, and the gate terminal G1 are connected, and the gate of the switching element 10c, the gate of the switching element 10d, and the gate terminal G2 are connected.

この構成によれば、ブリッジ回路10は、端子G1を接地電位にすることにより端子S1が電源電位になり、ゲート端子G1を検出コイル電源の電源電位にすることにより端子S1が接地電位になるインバータ回路を構成している。同様に、ブリッジ回路10は、ゲート端子G2を接地電位にすることにより端子S2が電源電位になり、ゲート端子G2を電源電位にすることにより端子S2が接地電位になる。   According to this configuration, the bridge circuit 10 is an inverter in which the terminal S1 becomes the power supply potential by setting the terminal G1 to the ground potential, and the terminal S1 becomes the ground potential by setting the gate terminal G1 to the power supply potential of the detection coil power supply. The circuit is configured. Similarly, in the bridge circuit 10, the terminal S2 becomes the power supply potential by setting the gate terminal G2 to the ground potential, and the terminal S2 becomes the ground potential by setting the gate terminal G2 to the power supply potential.

磁歪膜30a,30bは、例えば、Fe−Ni系やFe−Cr系の磁気異方性を有する膜であり、シャフト20の近接した軸方向2箇所に各々逆方向の異方性となるように被着されている。このため、シャフト20にトルクが一方向に加えられると、磁歪膜30a,30bには、透磁率差が現れ、トルクが逆方向に加えられると透磁率変化が逆方向に現れる。   The magnetostrictive films 30a and 30b are, for example, films having magnetic anisotropy such as Fe—Ni or Fe—Cr, and have anisotropy in opposite directions at two adjacent axial directions of the shaft 20, respectively. It is attached. Therefore, when torque is applied to the shaft 20 in one direction, a magnetic permeability difference appears in the magnetostrictive films 30a and 30b, and when torque is applied in the reverse direction, a change in permeability appears in the reverse direction.

ここで、磁歪膜30a,30bの被着方法および異方性の付与方法について説明する。まず、シャフト20に、ロックウェル硬さがHRC40〜65となる熱処理を施した後、シャフト20の軸方向2箇所の外周面に、上下に離間して磁歪膜30a,30bをメッキや蒸着によって被着する。次に、シャフト20を捩ることにより、磁歪膜30aに対し反時計廻りのトルクT(例えば、10kgf・m(98N・m)程度)を加え、この状態でコイルを用いて磁歪膜30aを高い周波数で振動させることにより、磁歪膜30aを約300℃で数秒加熱して冷却した後に反時計廻りのトルクTを取り除くと、磁歪膜30aには異方性が付与される。次に、逆方向へとシャフト20を捩ることにより、磁歪膜30bに対し時計廻りのトルクT(例えば、10kgf・m(98N・m)程度)を加え、この状態でコイルを用いて磁歪膜30bを磁歪膜30aと同様に高い周波数で振動させることにより、磁歪膜30bを約300℃で加熱する。この結果、磁歪膜30bには磁歪膜30aとは逆方向の異方性が付与される。   Here, a method for applying the magnetostrictive films 30a and 30b and a method for imparting anisotropy will be described. First, the shaft 20 is heat-treated so that the Rockwell hardness is HRC 40 to 65, and then the magnetostrictive films 30a and 30b are coated on the outer peripheral surfaces of the shaft 20 at two locations in the axial direction by plating or vapor deposition. To wear. Next, by twisting the shaft 20, a counterclockwise torque T (for example, about 10 kgf · m (98 N · m)) is applied to the magnetostrictive film 30a, and in this state, the magnetostrictive film 30a is made to have a high frequency using a coil. When the counterclockwise torque T is removed after the magnetostrictive film 30a is heated and cooled at about 300 ° C. for several seconds and then cooled, the anisotropy is imparted to the magnetostrictive film 30a. Next, by twisting the shaft 20 in the opposite direction, a clockwise torque T (for example, about 10 kgf · m (98 N · m)) is applied to the magnetostrictive film 30b. Is vibrated at a high frequency in the same manner as the magnetostrictive film 30a, thereby heating the magnetostrictive film 30b at about 300 ° C. As a result, the magnetostrictive film 30b is given anisotropy in the opposite direction to the magnetostrictive film 30a.

検出コイル40a,40bの直列回路あるいは検出コイル40c,40dの直列回路は、磁歪膜30a,30bの透磁率差をインダクタンス差として検出するものである。直列回路の両端に励磁電圧を印加すると、磁歪膜30a,30bの透磁率差が接続点VS1,VS2の電位変動となって検出される。すなわち、トルク発生前の中間電位と接続点VS1,VS2の電位の差分がトルクに対応する。このとき、検出コイル40c,40dは逆方向に接続されているので、接続点VS1の電位と接続点VS2の電位とは逆方向に変動する。これにより、何れか一方の電位を検出する場合よりも2倍の感度が得られる。また、検出コイルを直列接続し、2つの電位信号の差動出力を得ることにより温度変化による変動が打ち消される。   The series circuit of the detection coils 40a and 40b or the series circuit of the detection coils 40c and 40d detects the magnetic permeability difference between the magnetostrictive films 30a and 30b as an inductance difference. When an excitation voltage is applied to both ends of the series circuit, the magnetic permeability difference between the magnetostrictive films 30a and 30b is detected as potential fluctuations at the connection points VS1 and VS2. That is, the difference between the intermediate potential before torque generation and the potentials of the connection points VS1 and VS2 corresponds to the torque. At this time, since the detection coils 40c and 40d are connected in the reverse direction, the potential at the connection point VS1 and the potential at the connection point VS2 vary in the reverse direction. Thereby, twice the sensitivity can be obtained as compared with the case where either one of the potentials is detected. In addition, the detection coil is connected in series to obtain a differential output of two potential signals, thereby canceling fluctuation due to temperature change.

差動増幅器50は、オペアンプにより構成され、接続点VS1と接続点VS2との電位差を増幅するものである。CPU60は、制御手段として機能し、A/D変換器60aが内蔵されており、差動増幅器50のアナログ出力電圧をデジタル信号に変換して処理する。さらに、CPU60は、シャフト20に加えられたトルクの強度と方向を算出して、トルク信号Tを出力する。また、CPU60は、矩形波信号である励磁信号Iを生成し、この励磁信号Iは後記する通電遮断手段70を介してブリッジ回路10のゲート端子G2に入力され、インバータ55および通電遮断手段70を介してゲート端子G1に入力される。また、この励磁信号IはCPU電源投入のときから所定時間(信号起動時間)、矩形波電圧の発生が禁止され、ローレベルが出力される。そのため、励磁信号Iの反転信号は、この所定時間ハイレベルとなる。なお、CPU60は、CPU電源の立ち上がり後、所定時間経過することにより、励磁信号Iの送信が可能になったことを通知する通電許可信号を生成する。なお、この通電許可信号を伝送する伝送線は、抵抗器Rでプルダウンされている。また、差動増幅器50はOP Amp電源により駆動され、CPU60はCPU電源により駆動され、双方の電源共に5Vである。   The differential amplifier 50 is composed of an operational amplifier, and amplifies the potential difference between the connection point VS1 and the connection point VS2. The CPU 60 functions as a control unit and includes an A / D converter 60a, and converts the analog output voltage of the differential amplifier 50 into a digital signal for processing. Further, the CPU 60 calculates the strength and direction of the torque applied to the shaft 20 and outputs a torque signal T. Further, the CPU 60 generates an excitation signal I which is a rectangular wave signal, and this excitation signal I is input to the gate terminal G2 of the bridge circuit 10 via an energization cutoff means 70 which will be described later, and the inverter 55 and the energization cutoff means 70 are connected. Through the gate terminal G1. Further, the excitation signal I is inhibited from generating a rectangular wave voltage for a predetermined time (signal activation time) from when the CPU power is turned on, and a low level is output. For this reason, the inverted signal of the excitation signal I is at the high level for this predetermined time. The CPU 60 generates an energization permission signal for notifying that the excitation signal I can be transmitted after a predetermined time has elapsed after the CPU power supply is turned on. Note that the transmission line for transmitting the energization permission signal is pulled down by the resistor R. The differential amplifier 50 is driven by an OP Amp power source, and the CPU 60 is driven by a CPU power source. Both power sources are 5V.

本実施形態の特徴構成である通電遮断手段70は、ブリッジ回路10のゲート端子G1,G2への励磁信号Iおよびその反転信号の伝達を所定時間遮断し、通電許可信号を用いてこの遮断を許可する。具体的には、ゲート端子G1およびゲート端子G2を接地電位あるいは電源電位に設定することにより、端子S1および端子S2が同電位となり、検出コイル40a,40b,40c,40dに電流が流れない。この通電遮断手段70により、検出コイル40a,40b,40c,40dへの励磁電圧の印加がCPU電源の立ち上がり後に所定時間遮断される。すなわち、励磁信号Iとその反転信号との双方の信号がブリッジ回路10に入力されることが遮断される。   The energization cut-off means 70 which is a characteristic configuration of the present embodiment cuts off the transmission of the excitation signal I and its inverted signal to the gate terminals G1 and G2 of the bridge circuit 10 for a predetermined time, and permits this cut-off using the energization permission signal. To do. Specifically, by setting the gate terminal G1 and the gate terminal G2 to the ground potential or the power supply potential, the terminals S1 and S2 have the same potential, and no current flows through the detection coils 40a, 40b, 40c, and 40d. By this energization cut-off means 70, application of the excitation voltage to the detection coils 40a, 40b, 40c, 40d is cut off for a predetermined time after the CPU power supply is turned on. That is, both the excitation signal I and its inverted signal are blocked from being input to the bridge circuit 10.

次に、磁歪式トルクセンサ100の動作を説明する。電動パワーステアリング装置に備えられる磁歪式トルクセンサ100は、車両のイグニッションスイッチがONになることにより各部が起動する。
図2(a)はイグニッションスイッチ(IG−SW)の出力電圧の時間変化を示し、図2(b)は検出コイル電源の時間変化を示し、図2(c)はゲートIC電源の時間変化であり、図2(d)はCPU電源の時間変化を示す図である。イグニッションスイッチのONにより各部の電源電圧[V]が立ち上がっている。
図2(e)は、励磁信号Iの波形であり、イグニッションスイッチONから所定の信号起動時間が経過してからパルス幅t1、デューティ1/2の矩形波電圧が発生する。この矩形波電圧が、通電遮断手段70を介してブリッジ回路10のゲート端子G2に印加され、この反転波形の電圧がゲート端子G1に印加される。図2(f)の実線は通電許可信号の波形であり、CPU60によって励磁信号Iの送信が可能になったときにローレベル状態からハイレベル状態に遷移している。この通電許可信号により、通電遮断手段70は励磁信号Iおよびその反転信号のゲート端子G1,G2への入力を許可する。
Next, the operation of the magnetostrictive torque sensor 100 will be described. Each part of the magnetostrictive torque sensor 100 provided in the electric power steering device is activated when an ignition switch of the vehicle is turned on.
2A shows the time change of the output voltage of the ignition switch (IG-SW), FIG. 2B shows the time change of the detection coil power supply, and FIG. 2C shows the time change of the gate IC power supply. FIG. 2 (d) is a diagram showing the time change of the CPU power supply. The power supply voltage [V] of each part rises by turning on the ignition switch.
FIG. 2E shows the waveform of the excitation signal I, and a rectangular wave voltage having a pulse width t1 and a duty of 1/2 is generated after a predetermined signal activation time has elapsed since the ignition switch was turned on. This rectangular wave voltage is applied to the gate terminal G2 of the bridge circuit 10 through the energization cut-off means 70, and the voltage having the inverted waveform is applied to the gate terminal G1. The solid line in FIG. 2 (f) is the waveform of the energization permission signal, and transitions from the low level state to the high level state when the excitation signal I can be transmitted by the CPU 60. By this energization permission signal, the energization cut-off means 70 permits the excitation signal I and its inverted signal to be input to the gate terminals G1, G2.

図2(g)は検出コイル電圧の波形である。励磁信号Iのハイレベル信号がブリッジ回路10のゲート端子G2に印加され、この反転信号であるローレベル信号がゲート端子G1に印加されると、端子S2が接地電位になり、端子S1が電源電位となる。一方、励磁信号Iのローレベル信号がゲート端子G2に印加され、この反転信号であるハイレベル信号がゲート端子G1に印加されると、端子S1が接地電位になり、端子S2が電源電位になる。これにより、検出コイル40a,40bの直列回路、および、検出コイル40c,40dの直列回路には、正および負の電圧に交互に反転する矩形波交流電圧が印加される。   FIG. 2G shows the waveform of the detection coil voltage. When a high level signal of the excitation signal I is applied to the gate terminal G2 of the bridge circuit 10, and when a low level signal that is the inverted signal is applied to the gate terminal G1, the terminal S2 becomes the ground potential and the terminal S1 becomes the power supply potential. It becomes. On the other hand, when a low level signal of the excitation signal I is applied to the gate terminal G2, and when a high level signal that is the inverted signal is applied to the gate terminal G1, the terminal S1 becomes the ground potential and the terminal S2 becomes the power supply potential. . As a result, a rectangular wave AC voltage that alternately reverses positive and negative voltages is applied to the series circuit of the detection coils 40a and 40b and the series circuit of the detection coils 40c and 40d.

図2(h)は、検出コイル電流の波形である、検出コイル40a,40b,40c,40dに正の電圧が印加されると、インダクタンスの逆数を比例係数として時間的に単調増加する電流が流れる。また、検出コイル40a,40b,40c,40dに負の電圧が印加されると時間的に単調減少する電流が流れる。このとき、増加電流あるいは減少電流は、パルス幅t1により制限され、飽和電流は流れない。なお、インダクタンスを規定する透磁率は非線形特性を有するので、電流は直線的には変化しない。   FIG. 2 (h) shows a waveform of the detection coil current. When a positive voltage is applied to the detection coils 40a, 40b, 40c, and 40d, a current that monotonously increases with time using the inverse of the inductance as a proportional coefficient flows. . Further, when a negative voltage is applied to the detection coils 40a, 40b, 40c, and 40d, a current that monotonously decreases flows with time. At this time, the increase current or decrease current is limited by the pulse width t1, and no saturation current flows. Since the magnetic permeability that defines the inductance has nonlinear characteristics, the current does not change linearly.

また、図2(f)の破線のように、励磁信号Iのタイミングと通電許可信号のタイミングをずらした場合には、図2(g)の破線のように時間幅t2の負のパルス電圧が印加され、この時間t2だけ負の減少電流が流れる。そして、パルス幅t1の正のパルス電圧が印加されると、負の電流値から時間的に電流が増加し、負のパルス電圧が印加される時点で、電流の増加が停止し、電流が再び減少する。すなわち、時間幅t2を可変することにより平均電流が低下し、さらには、時間幅t2をパルス幅t1に略等しくすることによって、図2(i)の検出コイル電流に示すように検出コイル40a,40b,40c,40dに交流電流を流すことができる。言い換えれば、励磁信号Iの立ち上がりあるいは立ち下がりタイミングでの検出コイル電流の値を適切に設定することにより交流電流を流すことができる。   In addition, when the timing of the excitation signal I and the timing of the energization permission signal are shifted as shown by the broken line in FIG. 2F, the negative pulse voltage having the time width t2 is generated as shown by the broken line in FIG. Applied, a negative decreasing current flows for this time t2. Then, when a positive pulse voltage with a pulse width t1 is applied, the current increases with time from the negative current value, and when the negative pulse voltage is applied, the increase in current stops, and the current again Decrease. That is, by varying the time width t2, the average current is reduced, and further, by making the time width t2 substantially equal to the pulse width t1, the detection coils 40a, An alternating current can be passed through 40b, 40c, and 40d. In other words, an alternating current can be caused to flow by appropriately setting the value of the detection coil current at the rising or falling timing of the excitation signal I.

図3(a)は、シャフト20に、検出コイル40a,40b,40c,40dが巻回された様子を示した図である。シャフト20に被着された磁歪膜30bの表面に検出コイル40a,40cが軸方向2箇所に遊挿され、磁歪膜30aの表面に検出コイル40b,40dが軸方向2箇所に遊挿されている。なお、巻線の巻回方向は、同一方向であり磁界H1,H2,H3,H4を打ち消していない。また、検出コイル40a,40dと検出コイル40b,40cとの間には矩形波電圧が印加され、検出コイル40aと検出コイル40bとの接続点VS1が引き出され、検出コイル40cと検出コイル40dとの接続点VS2が引き出されている。   FIG. 3A is a diagram showing a state where the detection coils 40 a, 40 b, 40 c, and 40 d are wound around the shaft 20. Detection coils 40a and 40c are loosely inserted in two axial directions on the surface of the magnetostrictive film 30b attached to the shaft 20, and detection coils 40b and 40d are loosely inserted in two axial directions on the surface of the magnetostrictive film 30a. . The winding direction of the winding is the same direction, and the magnetic fields H1, H2, H3, and H4 are not canceled. Further, a rectangular wave voltage is applied between the detection coils 40a and 40d and the detection coils 40b and 40c, a connection point VS1 between the detection coil 40a and the detection coil 40b is drawn, and the detection coil 40c and the detection coil 40d are connected. Connection point VS2 is drawn out.

図3(b)は、矩形波交流電圧を検出コイル40a,40b,40c,40dに印加し、交流電流が流れた場合の磁界H[A/m]と磁束密度(磁化力)B=4πI[T]との関係を示した図である。励磁信号のパルス幅t1を適切に選定することにより、磁束を飽和させないようにすることができる。また、正負対称の交流電流を流すことにより、正または負のパルス電流の場合のみよりも磁束密度の絶対値が約半分となる。また、電流と磁束密度(磁化力)との関係が線形性を保つことができる。   FIG. 3B shows a magnetic field H [A / m] and magnetic flux density (magnetizing force) B = 4πI [when a rectangular wave AC voltage is applied to the detection coils 40a, 40b, 40c, and 40d and an alternating current flows. It is the figure which showed the relationship with T]. By appropriately selecting the pulse width t1 of the excitation signal, the magnetic flux can be prevented from being saturated. In addition, by flowing a positive / negative symmetrical alternating current, the absolute value of the magnetic flux density becomes about half that of only a positive or negative pulse current. In addition, the relationship between the current and the magnetic flux density (magnetizing force) can maintain linearity.

以上説明したように本実施形態によれば、通電遮断手段70によって、励磁信号Iとその反転信号との何れか一方あるいは双方がブリッジ回路10のゲート端子G1,G2に入力されることが回避される。これにより、信号起動時間に生成される直流信号によって検出コイル40a,40b,40c,40dに直流電圧が印加されることが回避され、内部抵抗に依存する飽和電流が検出コイル40a,40b,40c,40dに流れることはない。このため、信号起動時間に磁歪膜30a,30bは飽和することはない。また、信号起動時間の終了時刻と通電遮断手段70の遮断終了時刻との差である時間差t2を変えることにより、平均電流を変えることができるので、検出コイル40a,40b,40c,40dに流れる電流を交流にすることができる。   As described above, according to the present embodiment, the energization cut-off means 70 avoids any one or both of the excitation signal I and its inverted signal being input to the gate terminals G1 and G2 of the bridge circuit 10. The Thereby, it is avoided that a DC voltage is applied to the detection coils 40a, 40b, 40c, and 40d by a DC signal generated at the signal activation time, and a saturation current depending on the internal resistance is detected by the detection coils 40a, 40b, 40c, It does not flow to 40d. For this reason, the magnetostrictive films 30a and 30b do not saturate during the signal activation time. Further, since the average current can be changed by changing the time difference t2 which is the difference between the end time of the signal activation time and the cutoff end time of the energization cutoff means 70, the current flowing through the detection coils 40a, 40b, 40c and 40d Can be exchanged.

(第2実施形態)
第1実施形態は、信号起動時間に発生する直流電圧がゲート端子G1に入力されることを回避するために、通電遮断手段70を用いて励磁信号Iおよびその反転信号を遮断したが、信号起動時間に対応する時間を微分回路を用いて生成し、ゲートICを用いて信号を遮断することができる。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the excitation signal I and its inverted signal are cut off using the energization cut-off means 70 in order to avoid the DC voltage generated during the signal start-up time being input to the gate terminal G1, A time corresponding to the time can be generated using a differentiating circuit, and a signal can be blocked using a gate IC.

図4は、磁歪式トルクセンサ110の構成図である。図4において、ブリッジ回路10、シャフト20、磁歪膜30a,30b、検出コイル40a,40b,40c,40d、差動増幅器50、CPU60については第1実施形態と同様であるので説明を省略し、相違点のみ説明する。
CPU60が生成する励磁信号Iは、右側FET駆動信号として、ゲート端子G2に直接入力される。また、コンデンサCと抵抗器Rとで構成される微分回路80がゲートIC電源の立ち上がり電圧の微分波形を生成する。この微分波形と励磁信号IとのNOR演算がゲートIC85を用いて行われる。この演算結果であるNOR信号が、左側FET駆動信号として、ゲート端子G1に入力される。
FIG. 4 is a configuration diagram of the magnetostrictive torque sensor 110. In FIG. 4, since the bridge circuit 10, the shaft 20, the magnetostrictive films 30a and 30b, the detection coils 40a, 40b, 40c, and 40d, the differential amplifier 50, and the CPU 60 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted. Only the point will be described.
The excitation signal I generated by the CPU 60 is directly input to the gate terminal G2 as a right FET drive signal. A differentiation circuit 80 including a capacitor C and a resistor R generates a differential waveform of the rising voltage of the gate IC power supply. The NOR operation of the differential waveform and the excitation signal I is performed using the gate IC85. The NOR signal as the calculation result is input to the gate terminal G1 as the left FET drive signal.

図5は、各部の信号波形であり、図5(a)〜(e)については、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。図5(f)は、微分回路80の出力波形であり、この波形は、ゲートIC電源(図6(c))の立ち上がりと同時に電源電圧に略等しい電圧が瞬時に発生し、コンデンサCと抵抗器Rとの時定数で減少している。図5(g)は、右側FET駆動信号の波形であり、励磁信号Iの波形(図5(e))そのものである。図6(h)は左側FET駆動信号の波形であり、励磁信号Iの反転信号が出力されるが、微分回路80の出力電圧が一定電圧以上ある場合には出力されない。なお、微分回路80の時定数は、信号起動時間に合わせて適宜選定される。図6(i)は、検出コイル電圧波形であり、図6(j)は検出コイル電流波形であり、これらも基本的には第1実施形態と同様の波形である。但し、微分回路出力とゲートIC85のしきい値電圧との関係により、左側FET駆動信号の立ち上がり時刻が変化し得る。   FIG. 5 is a signal waveform of each part, and FIGS. 5A to 5E are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted. FIG. 5 (f) shows an output waveform of the differentiation circuit 80. This waveform instantly generates a voltage substantially equal to the power supply voltage simultaneously with the rise of the gate IC power supply (FIG. 6 (c)). It decreases with the time constant with the unit R. FIG. 5G shows the waveform of the right-side FET drive signal, which is the waveform of the excitation signal I (FIG. 5E) itself. FIG. 6H shows the waveform of the left FET drive signal, and an inverted signal of the excitation signal I is output. However, it is not output when the output voltage of the differentiation circuit 80 is equal to or higher than a certain voltage. The time constant of the differentiating circuit 80 is appropriately selected according to the signal activation time. FIG. 6 (i) shows a detection coil voltage waveform, and FIG. 6 (j) shows a detection coil current waveform. These are basically the same waveforms as those in the first embodiment. However, the rise time of the left FET drive signal can change depending on the relationship between the output of the differentiation circuit and the threshold voltage of the gate IC 85.

(第3実施形態)
前記各実施形態は、ブリッジ回路10のゲート端子G1,G2に入力される矩形波信号を制御したが、ブリッジ回路10に印加される電源電圧を制御しても検出コイル40a,40b,40c,40dに直流電圧が印加されることを回避することができる。
図6は、磁歪式トルクセンサ120の構成図である。図6において、ブリッジ回路10、シャフト20、磁歪膜30a,30b、検出コイル40a,40b,40c,40d、差動増幅器50、インバータ55、CPU60については第1実施形態と同様であるので説明を省略し、相違点のみ説明する。
(Third embodiment)
In each of the above embodiments, the rectangular wave signals input to the gate terminals G1 and G2 of the bridge circuit 10 are controlled, but the detection coils 40a, 40b, 40c, and 40d are controlled even when the power supply voltage applied to the bridge circuit 10 is controlled. It is possible to avoid the application of a DC voltage to.
FIG. 6 is a configuration diagram of the magnetostrictive torque sensor 120. In FIG. 6, since the bridge circuit 10, the shaft 20, the magnetostrictive films 30a and 30b, the detection coils 40a, 40b, 40c, and 40d, the differential amplifier 50, the inverter 55, and the CPU 60 are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted. Only the differences will be described.

通電遮断手段であるリレー95は、リレーコイル95aおよび接点95bを内蔵しており、リレーコイル95aに通電することにより、検出コイル電源をブリッジ回路10のスイッチング素子10a,10cに供給する。タイマ手段90は、検出コイル電源が立ち上がってから設定時間後にリレーコイル95aに通電する。この設定時間は、前記した信号起動時間である。   The relay 95 which is an energization interruption means includes a relay coil 95a and a contact point 95b, and supplies the detection coil power to the switching elements 10a and 10c of the bridge circuit 10 by energizing the relay coil 95a. The timer means 90 energizes the relay coil 95a after a set time after the detection coil power supply is turned on. This set time is the signal activation time described above.

図7の信号波形を参照して、本実施形態の動作を説明する。
図7(a)〜(e)の各波形は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。図7(f)は、リレー駆動信号であり、タイマ手段90が生成する。この信号は、イグニッションスイッチ(IG−SW)(図7(a))がONしてから励磁信号I(図7(e))の信号起動時間だけ遅延している。図7(g)の右側FET駆動信号は、励磁信号Iと同一波形であり、図7(h)の左側FET駆動信号は励磁信号Iの反転波形である。図7(i)は検出コイル電圧波形であり、信号起動時間経過後に第1実施形態と同様の矩形波交流電圧が印加される。図7(j)は、検出コイル電流であり第1実施形態と同様の電流が流れる。すなわち、本実施形態によれば、信号起動時間に発生する左側FET駆動信号の直流電圧によって、検出コイル40a,40b,40c,40dに直流電圧が印加されることはない。
The operation of this embodiment will be described with reference to the signal waveform of FIG.
Since the waveforms in FIGS. 7A to 7E are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted. FIG. 7F shows a relay drive signal generated by the timer means 90. This signal is delayed by the signal activation time of the excitation signal I (FIG. 7 (e)) after the ignition switch (IG-SW) (FIG. 7 (a)) is turned ON. The right FET drive signal in FIG. 7G has the same waveform as the excitation signal I, and the left FET drive signal in FIG. FIG. 7 (i) shows a detection coil voltage waveform, and a rectangular wave AC voltage similar to that in the first embodiment is applied after the signal activation time has elapsed. FIG. 7J shows the detection coil current, which is the same current as in the first embodiment. That is, according to the present embodiment, a DC voltage is not applied to the detection coils 40a, 40b, 40c, and 40d due to the DC voltage of the left FET drive signal generated during the signal activation time.

(使用例)
次に、前記実施形態の磁歪式トルクセンサ100,110,120が使用される電動パワーステアリング装置について、図8を参照して説明する。
電動パワーステアリング装置200は、操向ハンドル210を回転させると操向ハンドル210に直結するステアリング軸であるシャフト20は、ラックピニオン機構270を構成するピニオン260を回転し、これによってラック軸250を移動させて転舵輪220の方向を変える。このとき、検出コイル40を用い磁歪式トルクセンサ100,110,120が検出したトルク信号Tに応じて、制御装置230が電動機240を駆動制御する。電動機240は、動力伝達機構280を介してピニオン260を回転させ、操向ハンドル210の操舵トルクを軽減するように動作する。なお、運転者の操舵トルクをTHとし、ピニオン260に伝達されるトルクをTPとし、電動機240による補助トルクの大きさに関連した定数をKAとすると、TH=TP/(1+KA)の関係が成立する。また、電動パワーステアリング装置200には、操向ハンドル210と転舵輪220とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ(Steer_By_Wire)が含まれる。
(Example of use)
Next, an electric power steering apparatus in which the magnetostrictive torque sensors 100, 110, 120 of the embodiment are used will be described with reference to FIG.
In the electric power steering apparatus 200, when the steering handle 210 is rotated, the shaft 20 which is a steering shaft directly connected to the steering handle 210 rotates the pinion 260 constituting the rack and pinion mechanism 270, thereby moving the rack shaft 250. To change the direction of the steered wheel 220. At this time, the control device 230 drives and controls the electric motor 240 according to the torque signal T detected by the magnetostrictive torque sensors 100, 110, and 120 using the detection coil 40. The electric motor 240 operates to reduce the steering torque of the steering handle 210 by rotating the pinion 260 via the power transmission mechanism 280. If the driver's steering torque is TH, the torque transmitted to the pinion 260 is TP, and the constant related to the magnitude of the auxiliary torque by the motor 240 is KA, the relationship TH = TP / (1 + KA) is established. To do. Further, the electric power steering apparatus 200 includes a steer_by_wire in which the steering handle 210 and the steered wheel 220 are mechanically separated.

本使用例によれば、イグニッションスイッチがONするときの信号起動時間は、ブリッジ回路10が駆動しないので、トルク検出開始時の検出信号が不安定になることがなく、磁歪膜、および、シャフトが不要に磁化されることが無い。これにより、操舵トルクの変化が生じることがなく、操舵フィーリングが悪化することもない。   According to this use example, the signal activation time when the ignition switch is turned on does not drive the bridge circuit 10, so that the detection signal at the start of torque detection does not become unstable, and the magnetostrictive film and the shaft are It is not magnetized unnecessarily. As a result, the steering torque does not change and the steering feeling does not deteriorate.

(比較例)
次に、通電遮断手段を設けない場合の構成・動作を比較例として説明する。図9において、ブリッジ回路10、シャフト20、磁歪膜30a,30b、検出コイル40a,40b,40c,40d、差動増幅器50、インバータ55、CPU60については前記各実施形態と同様であるので説明を省略する。すなわち、本比較例は、励磁信号Iおよびこの反転信号が直接ブリッジ回路10のゲート端子G1,G2に入力され、検出コイル電源がスイッチング素子10a、10cのドレインに直接印加されている。
(Comparative example)
Next, the configuration and operation in the case where the energization cutoff means is not provided will be described as a comparative example. In FIG. 9, the bridge circuit 10, the shaft 20, the magnetostrictive films 30a and 30b, the detection coils 40a, 40b, 40c, and 40d, the differential amplifier 50, the inverter 55, and the CPU 60 are the same as those in the above-described embodiments, and thus description thereof is omitted. To do. That is, in this comparative example, the excitation signal I and this inverted signal are directly input to the gate terminals G1 and G2 of the bridge circuit 10, and the detection coil power supply is directly applied to the drains of the switching elements 10a and 10c.

次に、本比較例の動作について図10を参照して説明する。
図10(a)〜(d)の各波形は、前記各実施形態と同様であるので説明を省略する。図10(e)の励磁信号Iは、信号起動時間経過後にCPU60によって生成されるデューティ1/2の矩形波信号波形である。この励磁信号とこの反転信号がブリッジ回路10のゲート端子G1,G2に入力され、図10(f)に示される検出コイル電圧の波形が生成される。この波形は、信号起動時間以外の部分は、前記各実施形態と同様に矩形波交流電圧であるが、信号起動時間は、検出コイル40a,40b,40c,40dに直流電圧が印加される。このため、図10(g)に示される検出コイル電流波形は、検出コイル電源の立ち上がりと共に、徐々に増加し、検出コイルの内部抵抗で規定される飽和電流が流れる。そして、検出コイル電圧の極性が負に反転すると、電流の減少が始まる。このとき電流の減少幅は、励磁信号のパルス幅t1で規定され、再び、検出コイル電圧の極性が正に反転すると検出コイルの電流が増加する。このため、検出コイル40a,40b,40c,40dに流れる平均電流はΔIのオフセットが生じ、磁歪膜30a,30bが磁化される。なお、図10(h)は右側FET駆動信号の波形であり、図10(i)は左側FET駆動信号の波形である。
Next, the operation of this comparative example will be described with reference to FIG.
Since the waveforms in FIGS. 10A to 10D are the same as those in each of the embodiments, the description thereof will be omitted. The excitation signal I in FIG. 10E is a rectangular wave signal waveform with a duty of 1/2 generated by the CPU 60 after the signal activation time has elapsed. This excitation signal and the inverted signal are input to the gate terminals G1 and G2 of the bridge circuit 10, and the waveform of the detection coil voltage shown in FIG. 10 (f) is generated. In this waveform, except for the signal activation time, a rectangular wave AC voltage is used in the same manner as in each of the above embodiments, but during the signal activation time, a DC voltage is applied to the detection coils 40a, 40b, 40c, and 40d. For this reason, the detection coil current waveform shown in FIG. 10G gradually increases as the detection coil power supply rises, and a saturation current defined by the internal resistance of the detection coil flows. Then, when the polarity of the detection coil voltage is reversed to negative, the current starts to decrease. At this time, the current decrease width is defined by the pulse width t1 of the excitation signal. When the polarity of the detection coil voltage is reversed again, the current of the detection coil increases. For this reason, the average current flowing through the detection coils 40a, 40b, 40c, and 40d is offset by ΔI, and the magnetostrictive films 30a and 30b are magnetized. FIG. 10 (h) shows the waveform of the right FET drive signal, and FIG. 10 (i) shows the waveform of the left FET drive signal.

次に、図11を参照して本比較例の磁歪膜30a,30bが磁化されることを説明する。図11(a)は、信号起動時間に直流電圧Vが印加され、直流電流Iが流れた状態を図示しており、一方向に磁化されている点が図3(a)と相違する。図11(b)は、飽和した直流電流が流れ、磁化力4πIが飽和した状態を示している。図11(c)は、残留磁束密度[T]とトルクセンサ中点電圧との関係を示した図であり、残留磁束密度の増加と共に中点電圧(接続点VS1,VS2の電圧)が変動する。なお、ブリッジ回路10によって、検出コイル40a,40b,40c,40dには矩形波交流電圧が印加されるが、接続点S1,S2の電位が電源電位あるいは接地電位の何れかになるので、接続点VS1,VS2の電圧は、電源電圧(5V)の中点電位(2.5V)が基準である。   Next, it will be described with reference to FIG. 11 that the magnetostrictive films 30a and 30b of this comparative example are magnetized. FIG. 11A shows a state in which the DC voltage V is applied and the DC current I flows during the signal activation time, and is different from FIG. 3A in that it is magnetized in one direction. FIG. 11B shows a state in which a saturated direct current flows and the magnetization force 4πI is saturated. FIG. 11C is a diagram showing the relationship between the residual magnetic flux density [T] and the torque sensor midpoint voltage, and the midpoint voltage (the voltages at the connection points VS1 and VS2) varies as the residual magnetic flux density increases. . Note that a rectangular wave AC voltage is applied to the detection coils 40a, 40b, 40c, and 40d by the bridge circuit 10, but the potential at the connection points S1 and S2 is either the power supply potential or the ground potential. The voltages of VS1 and VS2 are based on the midpoint potential (2.5V) of the power supply voltage (5V).

(変形例)
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような種々の変形が可能である。
(1)前記各実施形態は、検出コイル40a,40b,40c,40dに矩形波交流電圧の励磁電圧を印加したが、正または負のパルス電圧を印加した場合でも、電源投入後所定時間経過するまでは、励磁電圧の印加を行わないことにより、電源投入後のスイッチング回路の起動が安定するまで信号起動時間の間、検出コイル40a,40b,40c,40dに直流電圧が印加されない。
(2)前記各実施形態では、検出コイル40c,40dを検出コイル40a、40bの逆方向に接続して接続点VS1と接続点VS2との差動出力を得たが、同方向に接続するとトルク印加により同方向に電位変動し、差動出力はゼロ点近傍になる。言い換えれば、異常が発生するとゼロ点でなくなるので、これを検出して異常検出手段とすることができる。
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications such as the following are possible, for example.
(1) In each of the above embodiments, an excitation voltage of a rectangular wave AC voltage is applied to the detection coils 40a, 40b, 40c, and 40d, but a predetermined time elapses after the power is turned on even when a positive or negative pulse voltage is applied. Until the excitation voltage is not applied, the DC voltage is not applied to the detection coils 40a, 40b, 40c, and 40d during the signal activation time until the activation of the switching circuit after power-on is stabilized.
(2) In each of the above embodiments, the detection coils 40c and 40d are connected in the opposite direction of the detection coils 40a and 40b to obtain a differential output between the connection point VS1 and the connection point VS2. When applied, the potential fluctuates in the same direction, and the differential output becomes near the zero point. In other words, when an abnormality occurs, the zero point is lost, and this can be detected and used as an abnormality detection means.

本発明の一実施形態である磁歪式トルクセンサの構成図である。It is a block diagram of the magnetostrictive torque sensor which is one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態である磁歪式トルクセンサの各部の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of each part of the magnetostrictive torque sensor which is one Embodiment of this invention. シャフトに検出コイルが巻回され、矩形波交流電圧が印加された様子を示す図および磁界と磁化力の関係を示した図である。It is the figure which showed a mode that the detection coil was wound around the shaft, and the rectangular wave alternating voltage was applied, and the figure which showed the relationship between a magnetic field and magnetizing force. 本発明の他の実施形態である磁歪式トルクセンサの構成図である。It is a block diagram of the magnetostrictive torque sensor which is other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態である磁歪式トルクセンサの各部の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of each part of the magnetostrictive torque sensor which is other embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施形態である磁歪式トルクセンサの構成図である。It is a block diagram of the magnetostrictive torque sensor which is further another embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施形態である磁歪式トルクセンサの各部の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of each part of the magnetostrictive torque sensor which is further another embodiment of this invention. 電動パワーステアリング装置の構成図である。It is a block diagram of an electric power steering device. 本発明の比較例である磁歪式トルクセンサの構成図である。It is a block diagram of the magnetostrictive torque sensor which is a comparative example of this invention. 本発明の比較例である磁歪式トルクセンサの各部の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of each part of the magnetostrictive torque sensor which is a comparative example of this invention. シャフトに検出コイルが巻回され、直流電圧が印加された様子を示す図、磁界と磁化力の関係を示した図、および、残留磁束密度とトルクセンサ中点電圧との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a state where a detection coil is wound around a shaft and a DC voltage is applied, a diagram showing a relationship between a magnetic field and a magnetizing force, and a diagram showing a relationship between a residual magnetic flux density and a torque sensor midpoint voltage. .

符号の説明Explanation of symbols

10 ブリッジ回路
10a,10b,10c,10d スイッチング素子
20 シャフト(ステアリング軸)
30a,30b 磁歪膜
40,40a,40b,40c,40d 検出コイル
50 差動増幅器
55 インバータ
60 CPU(制御手段)
60a A/D変換器
70 通電遮断手段
80 微分回路
85 ゲートIC
90 タイマ手段
95 リレー(通電遮断手段)
95a リレーコイル
95b 接点
100,110,120 磁歪式トルクセンサ
200 電動パワーステアリング装置
210 操向ハンドル
220 転舵輪
230 制御装置
240 電動機
250 ラック軸
260 ピニオン
270 ラックピニオン機構
280 動力伝達機構
10 Bridge circuit 10a, 10b, 10c, 10d Switching element 20 Shaft (steering shaft)
30a, 30b Magnetostrictive film 40, 40a, 40b, 40c, 40d Detection coil 50 Differential amplifier 55 Inverter 60 CPU (control means)
60a A / D converter 70 Current cut off means 80 Differentiating circuit 85 Gate IC
90 Timer means 95 Relay (energization interruption means)
95a Relay coil 95b Contact 100, 110, 120 Magnetostrictive torque sensor 200 Electric power steering device 210 Steering handle 220 Steering wheel 230 Controller 240 Electric motor 250 Rack shaft 260 Pinion 270 Rack pinion mechanism 280 Power transmission mechanism

Claims (4)

磁歪膜が被覆されたシャフトと、前記磁歪膜の磁気特性変化を検出する検出コイルとを備え、前記シャフトに加えられたトルクを検出する磁歪式トルクセンサにおいて、
前記磁歪式トルクセンサは、さらに、前記検出コイルに励磁電圧を印加させる複数のスイッチング素子と、通電遮断手段と、を備え、
前記通電遮断手段は、電源投入のときから所定時間経過までの間は、前記複数のスイッチング素子に入力される励磁信号を遮断することにより、前記検出コイルに励磁電圧を印加させないことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
In a magnetostrictive torque sensor that includes a shaft coated with a magnetostrictive film, and a detection coil that detects a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive film, and detects torque applied to the shaft.
The magnetostrictive torque sensor further includes a plurality of switching elements that apply an excitation voltage to the detection coil, and an energization cutoff unit.
The energization cut-off means cuts off an excitation signal input to the plurality of switching elements from a time when power is turned on until a predetermined time elapses, thereby preventing an excitation voltage from being applied to the detection coil. Magnetostrictive torque sensor.
磁歪膜が被覆されたシャフトと、前記磁歪膜の磁気特性変化を検出する検出コイルとを備え、前記シャフトに加えられたトルクを検出する磁歪式トルクセンサにおいて、
前記磁歪式トルクセンサは、さらに、CPUの出力信号によって駆動され、前記検出コイルに励磁電圧を印加させるスイッチング素子と、通電遮断手段と、を備え、
前記通電遮断手段は、電源投入のときから所定時間経過までの間は、前記スイッチング素子に入力される励磁信号を遮断することにより、前記検出コイルに励磁電圧を印加させないことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
In a magnetostrictive torque sensor that includes a shaft coated with a magnetostrictive film, and a detection coil that detects a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive film, and detects torque applied to the shaft.
The magnetostrictive torque sensor further includes a switching element that is driven by an output signal of a CPU and applies an excitation voltage to the detection coil, and an energization cutoff unit.
The energization cut-off means cuts off an excitation signal input to the switching element from a time when power is turned on until a predetermined time elapses, thereby preventing an excitation voltage from being applied to the detection coil. Torque sensor.
前記トルクセンサは、車両に搭載され、
前記電源投入は、前記車両のイグニッションスイッチのONにより行われることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁歪式トルクセンサ。
The torque sensor is mounted on a vehicle,
The magnetostrictive torque sensor according to claim 1 or 2, wherein the power is turned on by turning on an ignition switch of the vehicle.
前記励磁信号の供給を行う制御手段を更に備え、
前記制御手段は、前記励磁信号の送信が可能となったときに、前記通電遮断手段に対して通電許可信号を供給することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の磁歪式トルクセンサ。
A control means for supplying the excitation signal;
4. The magnetostriction according to claim 1, wherein the control unit supplies an energization permission signal to the energization cutoff unit when the excitation signal can be transmitted. 5. Type torque sensor.
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