JP5514603B2 - Torque index sensor - Google Patents
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Description
本発明は、トルクセンサとインデックスセンサの機能を併せ持つトルクインデックスセンサに関する。 The present invention relates to a torque index sensor having both functions of a torque sensor and an index sensor.
車両の電動パワーステアリング装置は、運転者が操舵操作を行うステアリングホイールと、ステアリングホイールにより回転される入力軸と、入力軸の回転によりトルク(操舵トルク)が加えられる連結軸(トーションバー)と、連結軸に加えられたトルクにより回転される出力軸と、連結軸に加えられたトルクに応じて駆動される操作補助用モータとを備え、出力軸に連結された舵取機構に操作補助用モータの駆動力を伝えることにより、運転者の操舵操作を補助するようになっている。 An electric power steering device for a vehicle includes a steering wheel for a driver to perform a steering operation, an input shaft rotated by the steering wheel, a connecting shaft (torsion torque) to which torque (steering torque) is applied by rotation of the input shaft, An output assisting motor rotated by torque applied to the connecting shaft and an operation assisting motor driven in accordance with the torque applied to the connecting shaft, the steering assisting mechanism connected to the output shaft being operated by the assisting motor. By transmitting this driving force, the driver's steering operation is assisted.
電動パワーステアリング装置において、操作補助用モータの駆動を制御するためには、連結軸に加えられるトルクを検出する必要がある。 In the electric power steering apparatus, in order to control the driving of the operation assisting motor, it is necessary to detect the torque applied to the connecting shaft.
従来、トルクセンサに関しては、特許文献1に記載のように、入力軸に設けられ硬質磁性体からなる略円筒状の円筒磁気部と、出力軸に設けられ円筒磁気部の磁界内に配置されて磁気回路を形成する軟質磁性体からなるリング形状の一対のリング磁気部(磁気ヨーク)と、リング磁気部と磁気結合しリング磁気部からの磁束を誘導することにより磁束を集めるリング形状の一対の集磁リングと、集磁リングが誘導した磁束を検出する磁気検出素子と、演算部を備え、該演算部において、磁気検出素子の出力と連結軸の捩れ弾性(トルク対捩れ角特性)とに基づいて、連結軸に加えられるトルクを演算するものが知られている。
Conventionally, with respect to a torque sensor, as described in
また、電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクと共に操舵操作に伴って変化する操舵用の車輪の向き(操舵角)も検出する必要がある。 Further, in the electric power steering apparatus, it is necessary to detect the steering wheel direction (steering angle) that changes along with the steering operation together with the steering torque.
従来、操舵角センサに関しては、特許文献2に記載のように、出力軸と平行に位置する2つの軸の周りに出力軸の回転に連動して回転する互いに歯数の異なる1対の歯車と、それぞれの歯車の回転角度を検出する複数の磁気検出素子とを備え、各磁気検出素子によって検出されたそれぞれの回転角度の組み合わせに基づいて、操舵角の検出を行う操舵角センサが知られている。この特許文献2のような操舵角センサを機械式操舵角センサという。
Conventionally, with respect to the steering angle sensor, as described in
特許文献2のような機械式操舵角センサのほかに、今、新しい方式として、出力軸の回転位置に基準位置を定め、出力軸が回転基準位置にあることを検出(インデックス)することで出力軸の回転数を検出して操舵角の検出に利用するインデックス式操舵角センサがある。例えば、電動パワーステアリング装置には、操作補助用モータが備えられており、操作補助用モータの回転角に基づいて出力軸の相対角度を得ることができるが、インデックス式操舵角センサは、この操作補助用モータから得られる出力軸の相対角度と、出力軸が回転基準位置にあることを検出することで検出される出力軸の回転数とに基づいて出力軸の絶対角を得ることによって、操舵角の検出を行うことができる。
In addition to the mechanical steering angle sensor as in
本発明者らは、インデックス式操舵角センサの技術に着目し、電動パワーステアリング装置に、トルクセンサとインデックス式操舵角センサ用のインデックスセンサとを併設しようと考えた。 The present inventors paid attention to the technology of the index-type steering angle sensor, and considered to add a torque sensor and an index sensor for the index-type steering angle sensor to the electric power steering apparatus.
しかし、単に、トルクセンサとインデックスセンサとを併設したのでは、二つのセンサを併設しただけに過ぎず、部品点数が多くなるだけでなく、コンパクト化がなされないという課題がある。 However, if the torque sensor and the index sensor are simply provided, only two sensors are provided, and there is a problem that not only the number of parts is increased, but also the size is not reduced.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、トルクセンサとインデックスセンサの機能を併せ持ち、部品点数の削減、及びコンパクト化に寄与することが可能なトルクインデックスセンサを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a torque index sensor that solves the above-described problems and has both functions of a torque sensor and an index sensor, and can contribute to a reduction in the number of parts and a reduction in size.
上記目的を達成するために本発明は、入力軸と出力軸とが捩れ変形する連結軸を介して連結され、これら入力軸と出力軸の一方に第一の磁石が他方に互いに対向する一対のヨークが取り付けられ、前記一対のヨークに挟まれた領域に、2つの磁気検出素子が互いに検出面の位置と検出方向を異ならせて設けられ、前記出力軸の周方向の所定位置に、前記磁界に重畳する別の磁界を与える第二の磁石が設けられ、前記2つの磁気検出素子が検出した2つの磁界強度の差から前記連結軸が受けるトルクが検出され、前記2つの磁気検出素子が検出した2つの磁界強度の和から前記出力軸が回転基準位置にあることが検出されるものである。 In order to achieve the above object, according to the present invention, an input shaft and an output shaft are connected via a connecting shaft that is torsionally deformed, and a first magnet is connected to one of the input shaft and the output shaft. A yoke is attached, and two magnetic detection elements are provided in a region sandwiched between the pair of yokes so that the detection surface and the detection direction are different from each other, and the magnetic field is placed at a predetermined position in the circumferential direction of the output shaft. A second magnet that provides another magnetic field that is superimposed on the two magnetic detection elements is detected, and the torque received by the connecting shaft is detected from the difference between the two magnetic field strengths detected by the two magnetic detection elements, and the two magnetic detection elements detect It is detected from the sum of the two magnetic field intensities that the output shaft is at the rotation reference position.
前記第一の磁石は、複数のN極とS極が周方向に所定ピッチで交互に配置された円筒状磁石からなり、前記入力軸又は前記出力軸に対して同軸に取り付けられ、前記ヨークは、前記第一の磁石を非接触で囲む円環に前記第一の磁石における同一磁極の配置ピッチと同じピッチで複数の爪が形成されてなり、各ヨークが前記第一の磁石の軸方向に異なる位置に配置され、各ヨークが互いに爪を周方向に半ピッチずつずらせて前記出力軸又は前記入力軸に対して同軸に取り付けられてもよい。 The first magnet is a cylindrical magnet in which a plurality of N poles and S poles are alternately arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction, and is attached coaxially to the input shaft or the output shaft. A plurality of claws are formed in a ring surrounding the first magnet in a non-contact manner at the same pitch as the arrangement pitch of the same magnetic pole in the first magnet, and each yoke is in the axial direction of the first magnet. The yokes may be arranged at different positions, and may be attached coaxially to the output shaft or the input shaft by shifting the claws from each other by a half pitch in the circumferential direction.
前記各ヨークから間隔を隔てて前記各ヨークの周囲をそれぞれ囲む2つの外側ヨークが設けられてもよい。 Two outer yokes may be provided to surround each of the yokes at a distance from the yokes.
前記2つの外側ヨークの周方向所定位置に前記2つの外側ヨーク間の間隙を狭めるための近接用ヨークがそれぞれ取り付けられ、前記2つの近接用ヨーク間に前記2つの磁気検出素子が配置されてもよい。 Proximity yokes for narrowing the gap between the two outer yokes are respectively attached to predetermined positions in the circumferential direction of the two outer yokes, and the two magnetic detection elements are disposed between the two proximity yokes. Good.
前記第二の磁石は、前記2つの磁気検出素子の検出面の中間に相当する軸方向位置に配置されてもよい。 The second magnet may be disposed at an axial position corresponding to the middle of the detection surfaces of the two magnetic detection elements.
前記第二の磁石は、前記2つの磁気検出素子の検出面間の外側に相当する軸方向位置に配置されてもよい。 The second magnet may be arranged at an axial position corresponding to the outside between the detection surfaces of the two magnetic detection elements.
前記第二の磁石からの磁束を前記2つの磁気検出素子に導く補助ヨークが設けられてもよい。 An auxiliary yoke for guiding the magnetic flux from the second magnet to the two magnetic detection elements may be provided.
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。 The present invention exhibits the following excellent effects.
(1)共通の部材を使用してトルクセンサとインデックスセンサの機能を併せ持つので、部品点数の削減及びコンパクト化に寄与することが可能なトルクインデックスセンサの提供が可能である。 (1) Since the functions of the torque sensor and the index sensor are combined using a common member, it is possible to provide a torque index sensor that can contribute to reduction in the number of parts and downsizing.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示されるように、本発明のトルクインデックスセンサ1は、入力軸2と出力軸3とが捩れ変形する連結軸4を介して連結され、これら入力軸2と出力軸3の一方に第一の磁石5が他方に互いに対向する一対のヨーク6,7が取り付けられ、一対のヨーク6,7に挟まれた領域に、2つの磁気検出素子8a,8bが互いに検出面の位置と検出方向を異ならせて設けられ、出力軸3の周方向の所定位置に、前記磁界に重畳する別の磁界を与える第二の磁石9が設けられる。
As shown in FIG. 1, the
本発明のトルクインデックスセンサ1は、連結軸4が受けるトルクを磁気検出素子8a,8bが検出する磁界の強さに基づいて検出するトルク検出部を有する。すなわち、図2に示されるように、トルク検出部は、主に、第一の磁石5、一対のヨーク6,7、磁気検出素子8a,8bから構成される。
The
本発明のトルクインデックスセンサ1は、このトルク検出部に別の磁界を与え、磁気検出素子8a,8bが検出するそれぞれ別の磁界の強さに基づいて出力軸3が回転基準位置にあることを検出する回転基準位置検出部を構成する。ただし、2つの磁気検出素子8a,8bに、重畳した2つの磁界がかかることになるので、詳細は後述するが、本発明のトルクインデックスセンサ1では、2つの磁気検出素子8a,8bが検出した2つの磁界強度の差から連結軸4が受けるトルクを検出し、2つの磁気検出素子8a,8bが検出した2つの磁界強度の和から出力軸3が回転基準位置にあることを検出するようになっている。トルクは、磁界強度の差とトルクの関係を記憶している記憶部(図示せず)の値と、検出された磁界強度の差とを比較することにより得られる。
The
図1に示されるように、入力軸2は、連結軸4が挿入される同軸空洞部2aを有し、同軸空洞部2a内の基端(図示されないステアリングホイールに近い端;図示上端)に連結軸4の基端が連結ピン10により連結される。出力軸3は、入力軸2の同軸空洞部2aの外壁2bに取り付けられるどの部材の外径よりも内径が大きい外側同軸空洞部3aを有する。これにより、外側同軸空洞部3aの外壁3bは、断面視で略コの字状に形成される。さらに、出力軸3は、外側同軸空洞部3a内の先端(ステアリングホイールから遠い端;図示下端)に、連結軸4が挿入される内側同軸空洞部3cを有し、内側同軸空洞部3cの先端に連結軸4の先端が連結ピン11により連結される。この構成により、連結軸4の全長の捩れ変形が入力軸2の同軸空洞部2aの外壁2bと出力軸3の外側同軸空洞部3aの外壁3bとの回転位置ずれに反映することになる。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態では、第一の磁石5が入力軸2に取り付けられ、一対のヨーク6,7が出力軸3に取り付けられる。すなわち、第一の磁石5は、同軸空洞部2aの外壁2bに取り付けられ、ヨーク6,7は、外側同軸空洞部3aの外壁3bに取り付けられる。
In the present embodiment, the
第一の磁石5は、複数のN極とS極が周方向に所定ピッチで交互に配置された円筒状磁石である。第一の磁石5は、硬質磁性体が磁化された永久磁石で構成される。第一の磁石5は、入力軸2と同軸であり、入力軸2と一体的に回転することになる。
The
図2に示されるように、ヨーク6は、第一の磁石5から適宜な狭い間隙を隔てて第一の磁石5の周囲を非接触で囲む円環(平坦な穴あき円盤)6aに、第一の磁石5における同一磁極の配置ピッチ(例えば、N極の配置ピッチ)と同じピッチで複数の爪6bが形成されてなる。爪6bは、円環6aの内周部分より、第一の磁石5に沿うように立ち上げられて軸方向(図2における上下方向)に伸びる。ヨーク7は、ヨーク6と同様に、円環7aの内周に複数の爪7bが形成される。
As shown in FIG. 2, the
各ヨーク6,7は、軸方向に異なる位置に配置される。ここでは、ヨーク7が第一の磁石5の先端側の端部と同じ軸方向位置に配置され、ヨーク6が第一の磁石5の基端側の端部と同じ軸方向位置に配置される。より具体的には、出力軸3の外側同軸空洞部3aを囲む外壁3bにヨーク7が重ねられ、このヨーク7の円環7aに円筒状のスペーサ3dが重ねられ、スペーサ3dにヨーク6が重ねられる。各ヨーク6,7は、それぞれの爪6b,7bが互い違いに向き合うように組み合わされる。なお、ヨーク6,7と外側同軸空洞部3aの外壁3bとを一括して樹脂でモールドし、その樹脂モールドによりスペーサ3dを形成してもよい。ヨーク6,7は、出力軸3と同軸であり、出力軸3と一体的に回転することになる。
The
図3(a)に詳しく示されるように、ヨーク6,7は、側面から見ると爪6b,7bが二等辺三角形状であり、この爪6b,7bを互いに周方向に半ピッチずつずらせて互い違いに向き合うように出力軸3に対して同軸に取り付けられる。ヨーク6,7は、第一の磁石5からの磁束を連結軸4の捩れ変形に応じて異なる分布で導くためのものである。ヨーク6,7は、軟質磁性体からなる。
As shown in detail in FIG. 3 (a), the
図1に示されるように、各ヨーク6,7から適宜な狭い間隙を隔てて各ヨーク6,7の円環6a,7aの周囲を非接触で囲む2つの外側ヨーク12,13が設けられる。外側ヨーク12,13は、入力軸2、出力軸3と同軸になるようにして、図示されない固定系に取り付けられる。2つの外側ヨーク12,13の周方向所定位置には、これら2つの外側ヨーク12,13間の間隙を狭めるために外側ヨーク12,13から突き出された近接用ヨーク14,15がそれぞれ取り付けられる。外側ヨーク12,13は、ヨーク6,7から磁束を導いて近接用ヨーク14,15に集めるためのものであり、近接用ヨーク14,15は、近接用ヨーク14,15間に磁束を集めるためのものである。外側ヨーク12,13及び近接用ヨーク14,15は、軟質磁性体からなる。
As shown in FIG. 1, two
近接用ヨーク14,15は、直方体あるいは外側ヨーク12,13の外周に沿って湾曲した形状とする。2つの近接用ヨーク14,15は、互いに対向する面を有し、この対向する2つの面間に、外側ヨーク12,13間よりも狭い間隙が形成され、この狭い間隙に2つの磁気検出素子8a,8bが配置される。2つの磁気検出素子8a,8bは、ヨーク6,7に挟まれた領域に位置することになる。磁気検出素子8a,8bは、外側ヨーク12,13と同様に固定系に取り付けられる。
The proximity yokes 14 and 15 have a rectangular parallelepiped shape or a curved shape along the outer periphery of the
図2の円内拡大図に示されるように、一方の磁気検出素子8aは、検出面Fが基端方向(図示上)に臨ませて配置され、もう一方の磁気検出素子8bは、検出面Fが先端方向(図示下)に臨ませて配置される。2つの磁気検出素子8a,8bは、軸方向の同じ位置に周方向に並べて配置されているが、検出面Fの軸方向位置が異なる。後述する図10のように、2つの磁気検出素子8a,8bは、軸方向に並べて配置してもよい。
As shown in the enlarged view in a circle of FIG. 2, one of the magnetic detection elements 8a is arranged with the detection surface F facing the base end direction (on the drawing), and the other
また、一方の磁気検出素子8aの検出方向は、基端に向けられ、もう一方の磁気検出素子8bの検出方向は、先端に向けられている。このように、2つの磁気検出素子8a,8bは、検出方向を異ならせて設けられる。
The detection direction of one magnetic detection element 8a is directed to the base end, and the detection direction of the other
各磁気検出素子8a,8bのリード線16は、図2では、便宜上、それぞれ1本で描かれているが、複数本であってもよい。このリード線16は、図示されない演算部に接続され、磁気検出素子8a,8bからの出力を演算部に伝える。
In FIG. 2, the
図1に示されるように、第二の磁石9は、出力軸3のスペーサ3dに取り付けられる。スペーサ3dは、出力軸3の一部であり、第二の磁石9は、出力軸3の周方向の所定位置に設けられ、出力軸3と一体的に回転することになる。第二の磁石9は、2つの磁気検出素子8a,8bとほぼ同じ軸方向位置に配置される。詳しくは、第二の磁石9の磁極9aが2つの磁気検出素子8a,8bの検出面Fの中間に臨むように、2つの磁気検出素子8a,8bの中間の軸方向位置に第二の磁石9の中心が位置するよう配置される。第二の磁石9は、出力軸3の径方向外方にN極、S極いずれかの磁極9aを向けられ、出力軸3が回転基準位置にあるときに、この磁極9aが2つの磁気検出素子8a,8bに最も近接するように、周方向の位置が定められる。第二の磁石9は、硬質磁性体が磁化された永久磁石で構成される。なお、回転基準位置は、出力軸3の周囲のどの角度に設定してもよい。例えば、操舵角=0°、つまり操舵用の車輪が真正面を向いているときに回転基準位置が検出されるようにしておく。一方、出力軸3の回転角を0〜360°の範囲で検出できる図示しない回転センサにより出力軸3の回転角を検出する。回転基準位置が検出された回数を回転方向に応じて増減し、この回数に360°を乗じたものに回転センサの出力回転角を加えることで、操舵角が求まる。
As shown in FIG. 1, the
次に、連結軸4が受けるトルクを検出する動作について説明する。 Next, an operation for detecting the torque received by the connecting shaft 4 will be described.
図3(a)に示されるように、ステアリングホイールが操舵操作されておらず連結軸4がトルクを受けていない中立状態では、ヨーク6,7は、それぞれの爪6b,7bの先端が第一の磁石5のN極とS極の境界を指す。これにより、ヨーク6においてもヨーク7においても爪6b,7bが第一の磁石5のN極に対向する面積とS極に対向する面積とが等しくなり、ヨーク6,7共に、爪6b,7bを介してN極から入る磁束とS極へ出る磁束とが等しくなるので、ヨーク6,7間には、磁束は生じない。
As shown in FIG. 3A, in the neutral state in which the steering wheel is not steered and the connecting shaft 4 is not receiving torque, the
図3(b)に示されるように、ステアリングホイールが操舵操作されて連結軸4がトルクを受けているトルク付加状態では、連結軸4に捩れ変形が生じることにより、入力軸2に取り付けられている第一の磁石5と出力軸3に取り付けられているヨーク6,7との周方向の相対位置が変化する。ヨーク6では、爪6bがN極に対向する面積がS極に対向する面積よりも大きくなる。よって、爪6bを介してN極から入る磁束が爪6bを介してS極に出る磁束よりも大きくなる。ヨーク7では、逆に爪7bがN極に対向する面積がS極に対向する面積よりも小さくなる。よって、爪7bを介してN極から入る磁束が爪7bを介してS極に出る磁束よりも小さくなる。その結果、ヨーク6,7に磁気の極性の差異が発生し、ヨーク6,7間に磁束が生じる。この磁束が外側ヨーク12,13(図1、図2)によって導かれ、近接用ヨーク14,15に集められる。
As shown in FIG. 3B, when the steering wheel is steered and the connecting shaft 4 receives torque, the connecting shaft 4 is attached to the
その結果、図4に示されるように、2つの近接用ヨーク14,15間に磁束が発生する。図2の円内拡大図で説明したように、2つの磁気検出素子8a,8bは、軸方向の同じ位置に周方向に並べて配置されているが、検出面Fの軸方向位置が異なる。よって、図4のように、磁気検出素子8aの検出面Fは基端側の近接用ヨーク14に近接し、磁気検出素子8bの検出面Fは先端側の近接用ヨーク15に近接している。磁束は、2つの磁気検出素子8a,8bでそれぞれ検出される。このとき、図3(a)の状態から図3(b)の状態に変化する間の2つの近接用ヨーク14,15間の磁界の大きさは、第一の磁石5とヨーク6,7との周方向の位置ずれ、すなわち連結軸4の捩れ変形の大きさに比例する。すなわち、磁気検出素子8a,8bの出力は、連結軸4が受けるトルクに比例する。
As a result, as shown in FIG. 4, a magnetic flux is generated between the two
図5に、連結軸4が受けるトルクに対するそれぞれの磁気検出素子8a,8bの出力Vtの変化を示す。ただし、第二の磁石9が磁気検出素子8a,8bから十分に離れており、第二の磁石9による磁界の影響はないものとする。磁気検出素子8a,8bは検出した磁界の強さを電圧として出力するため、トルクに比例した出力Vtが得られる。連結軸4がトルクを受けていない中立状態のときの出力Vtの値をVoffとする。2つの磁気検出素子8a,8bは、検出方向が互いに逆方向であるため、検出される出力の増減方向が逆方向となる。すなわち、検出方向が基端方向である磁気検出素子8aの出力のグラフが右上がりであるとすると、検出方向が先端方向である磁気検出素子8bの出力のグラフが右下がりとなる。
5, each of the magnetic sensor 8a for the torque connection shaft 4 is subjected, it shows a change in the output V t of 8b. However, it is assumed that the
次に、出力軸が回転基準位置にあることを検出する動作について説明する。 Next, an operation for detecting that the output shaft is at the rotation reference position will be described.
図1において、回転基準位置検出部は、出力軸3の周方向の所定位置に設けられる第二の磁石9と、トルク検出部の磁気検出素子8a,8bとにより構成される。出力軸3の回転に伴い第二の磁石9が回転すると、第二の磁石9は固定系に取り付けられている磁気検出素子8a,8bに対する周方向の位置が変化する。その結果、磁気検出素子8a,8bでは第二の磁石9による磁束の変化が検出される。
In FIG. 1, the rotation reference position detection unit includes a
すなわち、図6に示されるように、側断面視における第二の磁石9の中心は、磁気検出素子8a,8bの中心と軸方向に略同一の位置にあり、磁極9aが径方向外方(図の左向き)に向けられている。磁気検出素子8a,8bは近接用ヨーク14,15間に挟まれている。このとき、第二の磁石9が磁気検出素子8a,8bに近接すると、第二の磁石9の磁極9aからの磁束はほぼ径方向に向かい、近接用ヨーク14,15間では近接用ヨーク14,15により磁束が誘導され、磁気検出素子8a,8bにそれぞれ振り分けられるように曲がる。磁気検出素子8aを通る磁束と磁気検出素子8bを通る磁束は逆向きになるが、磁気検出素子8a,8bの検出方向が互いに逆向きであるため、磁気検出素子8a,8bの出力は互いに等しい。
That is, as shown in FIG. 6, the center of the
図7に、出力軸3の回転角度と磁気検出素子8a,8bの各出力Viを回転角度全周における最大出力VMaxで規格化した値の関係を示す。ただし、トルクインデックスセンサ1は、連結軸4がトルクを受けていない中立状態であり、第一の磁石5による磁界の影響はないものとする。出力軸3が回転基準位置から遠い状態、すなわち第二の磁石9が磁気検出素子8a,8bから十分に離れている状態のときの出力Viの値をVoffとする。第二の磁石9が磁気検出素子8a,8bに最も近接しているときを出力軸3が回転基準位置にあるときとし、このときの回転角度を0度と表す。
FIG. 7 shows the relationship between the rotation angle of the
図7に示されるように、出力Viは、出力軸3の回転角度が0度のとき最大であり、回転角度が正負のどちらに振れても急速に減少し、回転角度が約±10度を超えるとVoffとなる。これより、出力Viが極大値になったとき、あるいは所定の閾値を超えたときに、出力軸3が回転基準位置にあると判定できる。
As shown in FIG. 7, the output V i is maximum when the rotation angle of the
次に、トルク検出と回転基準位置検出を同時に行う動作を説明する。 Next, an operation for simultaneously performing torque detection and rotation reference position detection will be described.
図4で説明した第一の磁石5による磁界と図6で説明した第二の磁石9による磁界とを重畳したとき、2つの磁気検出素子8a,8bでは、図5に示したトルク対磁気検出出力特性と図7に示した回転角度対磁気検出出力特性とが重なることになる。図示しない演算部において、2つの磁気検出素子8a,8bの出力を用いて式(1)及び式(2)の演算を行うことにより、トルクに係る出力Vtと回転基準位置に係る出力Viを得ることができる。
When the magnetic field generated by the
ただし、V1、V2は、磁気検出素子8a,8bの出力である。連結軸4がトルクを受けていない中立状態であって、かつ、出力軸3が回転基準位置から遠い状態のときの出力V1、V2の値をオフセット値Voffとする。
However, V 1 and V 2 are outputs of the
このように、第一の磁石5による磁界は、2つの磁気検出素子8a,8bの検出面Fの検出方向に対して逆方向に加わり、第二の磁石9による磁界は、2つの磁気検出素子8a,8bの検出面Fの検出方向に対して同一方向に加わるので、2つの磁気検出素子8a,8bの出力V1、V2の差を取って、その1/2からオフセット値Voffを差し引くことにより、トルクに係る出力Vtが得られる。一方、2つの磁気検出素子8a,8bの出力V1、V2の和の1/2からオフセット値Voffを差し引くことにより、回転基準位置に係る出力Viが得られる。
Thus, the magnetic field by the
回転基準位置に係る出力Viは、第二の磁石9の回転に伴う磁界変化に対応しているため、適切な値を閾値にすることにより、出力軸3が回転基準位置にあることを判定することができる。なお、オフセット値Voffは、必要に応じて値を変更してもトルク及び回転基準位置の情報を損なうことはない。
Output V i of the rotation reference position, because it corresponds to the magnetic field change caused by the rotation of the
次に、式(2)から式(3)が導かれる。 Next, equation (3) is derived from equation (2).
このVdは、理論的には必ず0となる。このことから、出力Viとオフセット値Voffが適宜な既知の値であるとき、実際に検出された磁気検出素子8a,8bの出力V1、V2を式(3)に代入してVdを演算すると、Vdが0±閾値内になるか否かにより、磁気検出素子8a,8bにおける磁束の検出の正常/異常の判断を行うことができる。
Theoretically V d is always 0. Therefore, when the output V i and the offset value V off are appropriate known values, the actually detected outputs V 1 and V 2 of the
以上説明したように、本発明のトルクインデックスセンサ1によれば、第一の磁石5の磁界と第二の磁石9の磁界とが重畳して磁気検出素子8a,8bに加わるようにすると共に、磁気検出素子8a,8bの検出方向を互いに異ならせたので、磁気検出素子8a,8bの出力V1、V2からトルクに係る出力Vtと回転基準位置に係る出力Viを導き、トルクと回転基準位置を検出することができる。言い換えると、1つのトルクインデックスセンサ1の中に、共通の磁気検出素子8a,8bを使用するトルク検出部と回転基準位置検出部とを有するので、部品点数の削減及びコンパクト化に寄与することが可能なトルクインデックスセンサ1が得られる。
As described above, according to the
本発明のトルクインデックスセンサ1によれば、連結軸4の捩れ変形によって第一の磁石5と一対のヨーク6,7との回転位置ずれが生じて磁界が変化するようにしたので、機械的に接触し合うギア等の機械要素がなく、信頼性が高い。
According to the
本発明のトルクインデックスセンサ1によれば、磁気検出素子8a,8bを連結軸4、入力軸2、出力軸3のような回転系ではなく、固定系に取り付けることができるので、磁気検出素子8a,8bのための電源供給や信号取り出しの配線が簡素であると共に信頼性が高く、メンテナンスも容易である。
According to the
本発明のトルクインデックスセンサ1によれば、第一の磁石5を複数のN極とS極が周方向に所定ピッチで交互に配置された円筒状磁石で構成し、一対のヨーク6,7に第一の磁石5の磁極配置ピッチに合わせたピッチで複数の爪6b,7bを設けたので、連結軸4がトルクを受けていない中立状態で爪6b,7bの先端が第一の磁石5のN極とS極の境界を指すようにしておくことで、温度変化などにより第一の磁石5の磁界強度が変化しても、それとは無関係に中立状態でヨーク6,7間に磁束が発生しないようにできる。
According to the
本発明のトルクインデックスセンサ1によれば、磁束を集める近接用ヨーク14,15を設けたので、磁気回路中の磁気抵抗が小さくなり、この近接用ヨーク14,15間の間隙に磁気検出素子8a,8bを配置することで、第一の磁石5による磁束を効率よく磁気検出素子8a,8bに集磁することが可能となる。
According to the
次に、本発明の他の実施形態を説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described.
図8に示されるように、トルクインデックスセンサ80は、第二の磁石9が2つの磁気検出素子8a,8bの検出面F間の外側に相当する軸方向位置に配置されている。第二の磁石9は、N極が径方向内側を向くように配置される。また、第二の磁石9と磁気検出素子8bとの間に、第二の磁石9からの磁束を磁気検出素子8bに導く補助ヨーク17が設けられる。他の構成は、図1と同じであるので、説明は省略する。
As shown in FIG. 8, in the
図9に示されるように、トルクインデックスセンサ80において、第二の磁石9のN極から出た磁束は、出力軸3を介してヨーク7及びヨーク6に分かれて入る。ヨーク7に入った磁束は、外側ヨーク13、近接用ヨーク15を介して磁気検出素子8bの検出面Fに図示下方から入る。ヨーク6に入った磁束は、外側ヨーク12、近接用ヨーク14を介して磁気検出素子8aの検出面Fに図示上方から入る。また、第二の磁石9から出た磁束の一部は、補助ヨーク17、近接用ヨーク15を介して磁気検出素子8bの検出面Fに図示下方から入る。
As shown in FIG. 9, in the
磁気検出素子8aの出力は、出力軸3の回転角度に対し図7と類似の特性となり、磁気検出素子8bの出力もまた、出力軸3の回転角度に対し図7と類似の特性となる(ただし、図9の構成では、図6の構成とは磁束の方向が逆になるので、特性の符号が逆になる)。また、磁気検出素子8a,8bの出力のピークの位置を同じになるようにする必要があるが、本実施形態では、補助ヨーク17を適宜な位置に配置することで、両者のピークの位置を同じにしている。よって、磁気検出素子8aの出力と磁気検出素子8bの出力の和をとり、その1/2からオフセット値を差し引くことにより、回転基準位置に係る出力が得られる。
The output of the magnetic detection element 8a has characteristics similar to FIG. 7 with respect to the rotation angle of the
図10に示されるように、2つの磁気検出素子8a,8bは、軸方向に並べて配置してもよい。この場合も、一方の磁気検出素子8aは、検出面Fが基端方向(図示上)に臨ませて配置され、もう一方の磁気検出素子8bは、検出面Fが先端方向(図示下)に臨ませて配置される。
As shown in FIG. 10, the two
図11に示されるトルクインデックスセンサ100は、2つの磁気検出素子8a,8bの中間の軸方向位置に第二の磁石9の中心が位置するよう第二の磁石9を配置し、その第二の磁石9の中心と2つの磁気検出素子8a,8bの中間を通る直線上(例えば、径方向外方)に、第二の磁石9からの磁束を2つの磁気検出素子8a,8bに導く補助ヨーク17を配置したものである。これにより、第二の磁石9からの磁束がより2つの磁気検出素子8a,8bに導かれやすくなる。これにより、回転基準位置での出力と、その他の位置での出力の差が大きくなる。そのため、より正確に回転基準位置を検出することが可能となる。
The
これまで説明した実施形態においては、近接用ヨーク14,15の形状を直方体または湾曲した形状としたが、これに限らず近接用ヨーク14,15は、側断面がL字状となる形状など、様々な形状とすることができる。 In the embodiment described so far, the shape of the proximity yokes 14 and 15 is a rectangular parallelepiped or a curved shape. However, the proximity yokes 14 and 15 are not limited to this, and the shape of the side cross-section is L-shaped, etc. Various shapes can be used.
これまで説明した実施形態においては、第一の磁石5が入力軸2に取り付けられ、ヨーク6が出力軸3に取り付けられるものとしたが、第一の磁石5が出力軸3に取り付けられ、ヨーク6が入力軸2に取り付けられてもよい。
In the embodiment described so far, the
これまで説明した実施形態においては、第一の磁石5が円筒状磁石であるとしたが、第一の磁石5は厳密な円筒形である必要はなく、多角柱のようにほぼ円筒状であればよい。
In the embodiments described so far, the
これまで説明した実施形態においては、第二の磁石9を出力軸3に取り付け、出力軸3が回転基準位置にあることを検出したが、第二の磁石9を入力軸2に取り付ければ、入力軸2が回転基準位置(ステアリングホイールの操作角度の基準)にあることを検出することができる。
In the embodiment described so far, the
1 トルクインデックスセンサ
2 入力軸
3 出力軸
4 連結軸
5 第一の磁石
6、7 ヨーク
6b、7b 爪
8a、8b 磁気検出素子
9 第二の磁石
10、11 連結ピン
12、13 外側ヨーク
14、15 近接用ヨーク
16 リード線
17 補助ヨーク
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記一対のヨークに挟まれた領域に、2つの磁気検出素子が互いに検出面の位置と検出方向を異ならせて設けられ、
前記出力軸の周方向の所定位置に、前記磁界に重畳する別の磁界を与える第二の磁石が設けられ、
前記2つの磁気検出素子が検出した2つの磁界強度の差から前記連結軸が受けるトルクが検出され、
前記2つの磁気検出素子が検出した2つの磁界強度の和から前記出力軸が回転基準位置にあることが検出されることを特徴とするトルクインデックスセンサ。 The input shaft and the output shaft are connected via a connecting shaft that is torsionally deformed, a first magnet is attached to one of the input shaft and the output shaft, and a pair of yokes facing each other is attached to the other,
In the region sandwiched between the pair of yokes, two magnetic detection elements are provided with different detection surface positions and detection directions,
A second magnet that provides another magnetic field superimposed on the magnetic field is provided at a predetermined position in a circumferential direction of the output shaft;
The torque received by the connecting shaft is detected from the difference between the two magnetic field strengths detected by the two magnetic detection elements,
A torque index sensor, wherein the output shaft is detected at a rotation reference position from the sum of two magnetic field intensities detected by the two magnetic detection elements .
前記ヨークは、前記第一の磁石を非接触で囲む円環に前記第一の磁石における同一磁極の配置ピッチと同じピッチで複数の爪が形成されてなり、各ヨークが前記第一の磁石の軸方向に異なる位置に配置され、各ヨークが互いに爪を周方向に半ピッチずつずらせて前記出力軸又は前記入力軸に対して同軸に取り付けられることを特徴とする請求項1記載のトルクインデックスセンサ。 The first magnet is a cylindrical magnet in which a plurality of N poles and S poles are alternately arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction, and is attached coaxially to the input shaft or the output shaft.
The yoke has a plurality of claws formed in a ring surrounding the first magnet in a non-contact manner at the same pitch as the arrangement pitch of the same magnetic pole in the first magnet. 2. The torque index sensor according to claim 1, wherein the yoke is arranged at different positions in the axial direction, and the yokes are mounted coaxially with respect to the output shaft or the input shaft with their claws shifted from each other by a half pitch in the circumferential direction. .
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