JP6411255B2 - Magnetostrictive torque sensor and electric power steering apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、シャフトの外周面に配設された磁歪膜の磁気特性の変化を検出する複数の検出コイルを備えた磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor and an electric power steering apparatus including a plurality of detection coils that detect changes in magnetic characteristics of a magnetostrictive film disposed on an outer peripheral surface of a shaft.
従来、ステアリングホイールの操舵トルクを磁歪式トルクセンサで検出し、検出された操舵トルクに基づいてモータを駆動制御して操舵補助力を発生させる電動パワーステアリング装置が広汎に利用されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an electric power steering apparatus that detects a steering torque of a steering wheel with a magnetostrictive torque sensor and drives and controls a motor based on the detected steering torque to generate a steering assist force has been widely used.
磁歪式トルクセンサに関し、例えば、特許文献1には、温度補正回路を用いて磁歪式トルクセンサの周囲の雰囲気温度の変動に起因する出力電圧の変動を抑える技術的思想が開示されている。具体的には、磁歪式トルクセンサの負の温度特性を有する出力電圧と温度補正回路の正の温度特性を有する出力電圧とを加算して負の温度特性を相殺させることにより補正された出力電圧を得るとしている。
With respect to the magnetostrictive torque sensor, for example,
一般的に、磁歪膜は、高温になるほど透磁率が増加するという温度特性を有している。そのため、磁歪式トルクセンサの使用温度が変化すれば、磁歪式トルクセンサの中点電圧(舵角の中点位置における電圧)についても変化する。 In general, the magnetostrictive film has a temperature characteristic that the magnetic permeability increases as the temperature increases. Therefore, if the operating temperature of the magnetostrictive torque sensor changes, the midpoint voltage of the magnetostrictive torque sensor (the voltage at the midpoint position of the steering angle) also changes.
上述した特許文献1に係る磁歪式トルクセンサは、温度補正回路を用いているので、磁歪膜の温度が均一に変化した場合には、検出コイルの中点電圧の変化を補正することが可能である。
Since the magnetostrictive torque sensor according to
しかしながら、実際には、磁歪膜には温度差が発生してしまう。具体的には、電動パワーステアリング装置は、常温の車室内からトーボードを貫通して高温のエンジンルーム内まで延在しており、例えば、車室内に位置するステアリングシャフトとエンジンルーム内に位置するピニオンとの間に磁歪式トルクセンサを設けることがある。 However, in practice, a temperature difference occurs in the magnetostrictive film. Specifically, the electric power steering device extends from the passenger compartment at normal temperature to the hot engine room through the toe board, for example, a steering shaft located in the passenger compartment and a pinion located in the engine compartment. May be provided with a magnetostrictive torque sensor.
このような場合、磁歪式トルクセンサの磁歪膜には、その軸線方向に温度差が発生し易い。磁歪膜に温度差が発生すると、特許文献1のような温度補正回路では補正することはできない。そのため、磁歪膜の温度差が大きい場合には、中点電圧のずれ量が大きくなり、操舵トルクの検出精度が低下するおそれがある。
In such a case, a temperature difference tends to occur in the axial direction of the magnetostrictive film of the magnetostrictive torque sensor. If a temperature difference occurs in the magnetostrictive film, it cannot be corrected by the temperature correction circuit as in
このような問題は、ステアリングコラム(ステアリングシャフトの中間)に磁歪式トルクセンサを設ける場合にも同様に起こり得る。すなわち、例えば、寒冷地や冬場等では、運転席の下部(運転者の足元)に導かれるエアコンの温風によってステアリングシャフトの下部が局所的に温められ、ステアリングシャフトには軸線方向に温度差が発生することがある。そうすると、磁歪式トルクセンサの磁歪膜にも軸線方向に温度差が発生してしまう。 Such a problem can also occur when a magnetostrictive torque sensor is provided in the steering column (in the middle of the steering shaft). That is, for example, in cold regions and winter, the lower part of the steering shaft is locally warmed by the warm air of the air conditioner guided to the lower part of the driver's seat (under the driver's feet), and the steering shaft has a temperature difference in the axial direction. May occur. As a result, a temperature difference occurs in the axial direction also in the magnetostrictive film of the magnetostrictive torque sensor.
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、磁歪膜に軸線方向の温度差が発生した場合であっても、シャフトに加えられたトルクの検出精度の低下を抑えることができる磁歪式トルクセンサ及び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 consideration of such a problem, and even if a temperature difference in the axial direction occurs in the magnetostrictive film, it can suppress a decrease in detection accuracy of torque applied to the shaft. An object of the present invention is to provide a magnetostrictive torque sensor and an electric power steering device that can be used.
上記課題を解決するために、本発明に係る磁歪式トルクセンサは、シャフトと、前記シャフトの外周面に配設された磁歪膜と、前記磁歪膜に対向するように設けられて当該磁歪膜の磁気特性の変化を検出する複数の検出コイルと、複数の前記検出コイルの外周側に設けられたヨークと、を備えた磁歪式トルクセンサにおいて、複数の前記検出コイルは、前記シャフトの軸線方向に沿って順次設けられた第1検出コイル、第2検出コイル、第3検出コイル、及び第4検出コイルを含み、前記第1検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第1磁気経路の第1インピーダンスの温度特性変化と前記第2検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第2磁気経路の第2インピーダンスの温度特性変化とが互いに同等であり、前記第3検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第3磁気経路の第3インピーダンスの温度特性変化と前記第4検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第4磁気経路の第4インピーダンスの温度特性変化とが互いに同等であり、前記第1インピーダンスの温度特性変化と前記第3インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なると共に、前記第2インピーダンスの温度特性変化と前記第4インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a magnetostrictive torque sensor according to the present invention is provided with a shaft, a magnetostrictive film disposed on an outer peripheral surface of the shaft, and a magnetostrictive film provided to face the magnetostrictive film. In a magnetostrictive torque sensor including a plurality of detection coils that detect a change in magnetic characteristics and a yoke provided on an outer peripheral side of the plurality of detection coils, the plurality of detection coils are arranged in an axial direction of the shaft. A first magnetic path including a first detection coil, a second detection coil, a third detection coil, and a fourth detection coil sequentially provided along the first detection coil, the magnetostrictive film, and the yoke The change in temperature characteristic of the first impedance of the second impedance and the change in temperature characteristic of the second impedance of the second magnetic path constituted by the second detection coil, the magnetostrictive film, and the yoke are equivalent , A temperature characteristic change of a third impedance of a third magnetic path constituted by the third detection coil, the magnetostrictive film, and the yoke, and a fourth characteristic constituted by the fourth detection coil, the magnetostrictive film, and the yoke. The temperature characteristic change of the fourth impedance of the magnetic path is equivalent to each other, the temperature characteristic change of the first impedance and the temperature characteristic change of the third impedance are different from each other, and the temperature characteristic change of the second impedance is different from the temperature characteristic change of the second impedance. The fourth impedance is different from the temperature characteristic change of the fourth impedance.
このような構成によれば、第1インピーダンスの温度特性変化と第3インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なると共に第2インピーダンスの温度特性変化と第4インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なっているので、磁歪膜に軸線方向の温度差が発生した場合であっても、その温度差による磁歪膜のインピーダンスの変化を相殺させることができる。これにより、中点電圧のずれ量を小さくすることができるため、シャフトに加えられたトルクの検出精度の低下を抑えることができる。 According to such a configuration, the temperature characteristic change of the first impedance and the temperature characteristic change of the third impedance are different from each other, and the temperature characteristic change of the second impedance and the temperature characteristic change of the fourth impedance are different from each other. Even when a temperature difference in the axial direction occurs in the magnetostrictive film, the change in impedance of the magnetostrictive film due to the temperature difference can be offset. Thereby, since the deviation | shift amount of a midpoint voltage can be made small, the fall of the detection accuracy of the torque applied to the shaft can be suppressed.
上記の磁歪式トルクセンサにおいて、前記ヨークは、前記第1検出コイルの外周側に設けられた部位におけるインピーダンスの温度特性変化と前記第3検出コイルの外周側に設けられた部位におけるインピーダンスの温度特性変化とが互いに異なるように構成されていてもよい。 In the magnetostrictive torque sensor, the yoke has a temperature characteristic change of impedance at a portion provided on the outer peripheral side of the first detection coil and a temperature characteristic of impedance at a portion provided on the outer peripheral side of the third detection coil. You may be comprised so that a change may mutually differ.
このような構成によれば、ヨークを用いて第1インピーダンスの温度特性変化と第3インピーダンスの温度特性変化を互いに異ならせることができる。 According to such a configuration, the temperature characteristic change of the first impedance and the temperature characteristic change of the third impedance can be made different from each other using the yoke.
この場合、前記ヨークは、前記第1検出コイルの外周側に設けられた部位と前記第3検出コイルの外周側に設けられた部位とが互いに異なる材料で構成されていてもよい。 In this case, the yoke may be formed of materials different from each other in a portion provided on the outer peripheral side of the first detection coil and a portion provided on the outer peripheral side of the third detection coil.
これにより、簡易な構成で第1インピーダンスの温度特性変化と第3インピーダンスの温度特性変化とを互いに異ならせることができる。 Thereby, the temperature characteristic change of the first impedance and the temperature characteristic change of the third impedance can be made different from each other with a simple configuration.
上記の磁歪式トルクセンサにおいて、前記第1検出コイルのインピーダンスの温度特性変化と前記第3検出コイルのインピーダンスの温度特性変化とが互いに異なっていてもよい。 In the magnetostrictive torque sensor, the temperature characteristic change of the impedance of the first detection coil may be different from the temperature characteristic change of the impedance of the third detection coil.
このような構成によれば、第1検出コイル及び第3検出コイルを用いて第1インピーダンスの温度特性変化と第3インピーダンスの温度特性変化を互いに異ならせることができる。 According to such a configuration, the temperature characteristic change of the first impedance and the temperature characteristic change of the third impedance can be made different from each other using the first detection coil and the third detection coil.
この場合、前記第1検出コイルの巻き数と前記第3検出コイルの巻き数とが互いに異なっていてもよい。また、前記第1検出コイルの軸線方向に沿った寸法と前記第3検出コイルの軸線方向に沿った寸法とが互いに異なっていてもよい。 In this case, the number of turns of the first detection coil and the number of turns of the third detection coil may be different from each other. Moreover, the dimension along the axial direction of the first detection coil and the dimension along the axial direction of the third detection coil may be different from each other.
これにより、簡易な構成で第1インピーダンスの温度特性変化と第3インピーダンスの温度特性変化を互いに異ならせることができる。 Thereby, the temperature characteristic change of the first impedance and the temperature characteristic change of the third impedance can be made different from each other with a simple configuration.
上記の磁歪式トルクセンサにおいて、前記第2検出コイルの軸線方向に沿った寸法と前記第4検出コイルの軸線方向に沿った寸法とが互いに異なっていてもよい。これにより、簡易な構成で第2インピーダンスの温度特性変化と第4インピーダンスの温度特性変化を互いに異ならせることができる。 In the magnetostrictive torque sensor, the dimension of the second detection coil along the axial direction may be different from the dimension of the fourth detection coil along the axial direction. Thereby, the temperature characteristic change of the second impedance and the temperature characteristic change of the fourth impedance can be made different from each other with a simple configuration.
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールと、前記ステアリングホイールの操舵によって発生する操舵トルクを検出する磁歪式トルクセンサと、前記磁歪式トルクセンサの出力信号に基づいて操舵補助力を発生させるモータと、を備える電動パワーステアリング装置において、前記磁歪式トルクセンサは、上述した磁歪式トルクセンサであることを特徴とする。 An electric power steering apparatus according to the present invention generates a steering assist force based on a steering wheel, a magnetostrictive torque sensor that detects a steering torque generated by steering of the steering wheel, and an output signal of the magnetostrictive torque sensor. An electric power steering apparatus comprising a motor, wherein the magnetostrictive torque sensor is the magnetostrictive torque sensor described above.
このような構成によれば、上述した磁歪式トルクセンサと同様の作用効果を奏する電動パワーステアリング装置を得ることができる。 According to such a configuration, it is possible to obtain an electric power steering device that exhibits the same effects as the magnetostrictive torque sensor described above.
本発明によれば、磁歪膜に軸線方向の温度差が発生した場合であっても、温度変化による磁歪膜のインピーダンスの変化を相殺させることにより、中点電圧のずれ量を小さくすることができるため、シャフトに加えられたトルクの検出精度の低下を抑えることができる。 According to the present invention, even if a temperature difference in the axial direction occurs in the magnetostrictive film, the amount of deviation of the midpoint voltage can be reduced by canceling the change in impedance of the magnetostrictive film due to the temperature change. For this reason, it is possible to suppress a decrease in detection accuracy of torque applied to the shaft.
以下、本発明に係る磁歪式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好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a magnetostrictive torque sensor and an electric power steering apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に係る電動パワーステアリング装置12Aは、例えば、四輪自動車等の車両に適用されるものであって、いわゆるラックアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成されている。ただし、電動パワーステアリング装置12Aは、いわゆるコラムアシスト型又はピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成してもよい。
(First embodiment)
The electric
図1及び図2に示すように、電動パワーステアリング装置12Aは、運転者が操作するステアリングホイール14と、ステアリングホイール14に設けられたステアリングシャフト16と、ステアリングシャフト16に設けられた操舵ギヤ機構18と、操舵アシスト機構20と、磁歪式トルクセンサ10と、検出回路21と、ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)22とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the electric power steering device 12 </ b> A includes a
ステアリングシャフト16は、ステアリングシャフト16の上部を構成してステアリングホイール14に連結されたアッパシャフト24と、ステアリングシャフト16の下部を構成して自在継手26を介してアッパシャフト24に連結するロアシャフト28とを有している。なお、ロアシャフト28の下端には自在継手30が設けられている。
The steering
図2に示すように、電動パワーステアリング装置12Aは、車室200内からトーボード202を貫通してエンジンルーム204内にまで延在しており、ロアシャフト28が車室200内に位置し、操舵ギヤ機構18がエンジンルーム204内に位置している。
As shown in FIG. 2, the electric
操舵ギヤ機構18は、ステアリングシャフト16に連動するピニオン32と、ピニオン32のピニオン歯34に噛合するラック歯36を有するラック38と、ピニオン32及びラック38を収容するギヤハウジング40とを含む。
The
ラック38は、車幅方向に往復動可能な状態で配設されている。ラック38の両端のそれぞれには、タイロッド42を介して転舵輪44が設けられている。ギヤハウジング40には、ピニオン32の上部及び下部を軸支する複数(2つ)の軸受48、50が固着されている。なお、ギヤハウジング40は、エンジン206が載置されるサブフレーム208に固定されている(図2参照)。
The
操舵アシスト機構20は、運転者の操舵を補助するためのものであって、操舵アシスト用のモータ52と、モータ52の回転軸に連結されたウォームシャフト54と、ウォームシャフト54の螺旋歯に噛合する歯が外周面に形成されたウォームホイール56と、ウォームホイール56が固定されてラック38に形成された補助ラック歯58に噛合する補助ピニオン歯60が形成された補助ピニオン62と、補助ギヤハウジング64とを有している。
The
補助ギヤハウジング64には、補助ピニオン62の上部及び下部を軸支する複数(2つ)の軸受66、68が固着されている。なお、本実施形態では、補助ギヤハウジング64は、ギヤハウジング40に対して一体的に設けられている。
A plurality of (two)
磁歪式トルクセンサ10は、エンジンルーム204内においてエンジン206の近傍に位置した状態で操舵ギヤ機構18に設けられている。具体的には、図3に示すように、磁歪式トルクセンサ10は、ピニオン32に同軸に連結されたシャフト70と、シャフト70の外周面に配設された磁歪膜72と、磁歪膜72の外周側に配置されたボビン74と、ボビン74に設けられた第1〜第4検出コイル76、78、80、82と、第1〜第4検出コイル76、78、80、82の外周側に配設された第1ヨーク84及び第2ヨーク86と、センサハウジング88と、付勢機構(付勢手段)90とを備える。
The
磁歪膜72は、歪の変化に対して透磁率の変化が大きい材料からなる膜であって、例えば、Ni−Fe系の合金膜、Co−Fe系の合金膜、又はSm−Fe系の合金膜等からなる。このような磁歪膜72は、例えば、めっき等の方法でシャフト70の外周面に形成される。
The
磁歪膜72は、シャフト70の外周面に全周に亘って延在している。磁歪膜72には、磁気異方性を異にする第1磁歪部位92及び第2磁歪部位94がシャフト70の軸線方向に互いに離間して設けられている。なお、本実施形態では、単一の磁歪膜72に第1磁歪部位92と第2磁歪部位94とを設けているが、第1磁歪部位92が設けられた磁歪膜と第2磁歪部位94が設けられた磁歪膜とをシャフト70の軸線方向に別々に並設することも可能である。
The
ボビン74は、絶縁性を有する樹脂材料で円筒状に一体成形されている。ボビン74の内孔にはシャフト70が挿通しており、磁歪膜72とボビン74とが互いに隙間を介して対向している。
The
ボビン74には、第1検出コイル76、第2検出コイル78、第3検出コイル80、及び第4検出コイル82がシャフト70の軸線方向に沿って一方の側(上方)から順次設けられている。
The
第1検出コイル76及び第2検出コイル78は、ボビン74を介して第1磁歪部位92に対向し、第3検出コイル80及び第4検出コイル82は、ボビン74を介して第2磁歪部位94に対向している。なお、ボビン74の軸線方向中央には中間壁96が形成されており、この中間壁96を軸線方向から挟むようにして第2検出コイル78及び第3検出コイル80が位置している。
The
第1検出コイル76及び第2検出コイル78は第1磁歪部位92の磁気特性の変化を検出し、第3検出コイル80及び第4検出コイル82は第2磁歪部位94の磁気特性の変化を検出する。また、第1〜第4検出コイル76、78、80、82は、磁歪膜72を励磁する励磁コイルとしても機能する。
The
このような第1〜第4検出コイル76、78、80、82は、基本的に、特許第4581002号公報に記載された構成を有している。そのため、第1〜第4検出コイル76、78、80、82の基本的な構成についての説明を省略する。 Such first to fourth detection coils 76, 78, 80, 82 basically have a configuration described in Japanese Patent No. 4581002. Therefore, the description of the basic configuration of the first to fourth detection coils 76, 78, 80, 82 is omitted.
本実施形態では、第1検出コイル76及び第2検出コイル78が同一に構成されると共に、第3検出コイル80及び第4検出コイル82が同一に構成されている。具体的には、第1検出コイル76の巻き数と第2検出コイル78の巻き数とが同一に設定され、第3検出コイル80の巻き数と第4検出コイル82の巻き数とが同一に設定されている。
In the present embodiment, the
また、第1検出コイル76の巻き数は第3検出コイル80の巻き数よりも少なく、第2検出コイル78の巻き数は第4検出コイル82の巻き数よりも少なく設定されている。なお、第1〜第4検出コイル76、78、80、82は、軸線方向に沿った寸法が同一に設定されている。第1〜第4検出コイル76、78、80、82の出力信号は、検出回路21を介してECU22に入力される。
The number of turns of the
第1ヨーク84は、第1検出コイル76及び第2検出コイル78を外周側から覆うように形成され、第2ヨーク86は、第3検出コイル80及び第4検出コイル82を外周側から覆うように形成されている。
The
第1ヨーク84及び第2ヨーク86は、互いに異なる材料で構成されている。本実施形態では、第1ヨーク84はS35Cで構成されると共に第2ヨーク86はS10Cで構成されている。これにより、第1ヨーク84のインピーダンスを第2ヨーク86のインピーダンスよりも大きくすることができる。ただし、第1ヨーク84及び第2ヨーク86は、第1ヨーク84のインピーダンスが第2ヨーク86のインピーダンスよりも大きくなるような材料であれば、任意の材料で構成することができる。
The
センサハウジング88は、樹脂材料により一体成形されており、磁歪膜72、ボビン74、第1〜第4検出コイル76、78、80、82、第1ヨーク84、及び第2ヨーク86を収容する。センサハウジング88は、筒状に形成されたハウジング本体106と、ハウジング本体106から径方向内方に向けて延出してボビン74の一端面及び第1ヨーク84の一端面が当接する環状壁部108とを含む。
The
センサハウジング88の一端面(上端面)には、円環状のシール部材110が係合する係合突起112が設けられている。シール部材110は、ゴム等で構成されており、スプリング114によってシャフト70に押し付けられている。これにより、ハウジング本体106の内孔に潤滑油や異物等が入り込むことをシール部材110によって防止することができる。
On one end surface (upper end surface) of the
付勢機構90は、ボビン74及び第1ヨーク84をセンサハウジング88の環状壁部108に当接させた状態でボビン74及び第2ヨーク86を環状壁部108に向けて付勢することにより、ボビン74、第1ヨーク84、及び第2ヨーク86をセンサハウジング88に対して固定する。
The urging
付勢機構90は、ハウジング本体106に固定された止め部材116と、止め部材116に設けられた弾性部材118とを有している。止め部材116としては、例えば、サークリップ又はCリング等を用いることができる。弾性部材118としては、例えば、ウェーブワッシャ等のばね部材を用いることができる。ただし、弾性部材118は、ゴム等であっても構わない。
The urging
このように構成された磁歪式トルクセンサ10では、第1検出コイル76、第1ヨーク84、及び第1磁歪部位92から第1磁気経路が形成され、第2検出コイル78、第1ヨーク84、及び第1磁歪部位92から第2磁気経路が形成される。また、磁歪式トルクセンサ10では、第3検出コイル80、第2ヨーク86、及び第2磁歪部位94から第3磁気経路が形成され、第4検出コイル82、第2ヨーク86、及び第2磁歪部位94から第4磁気経路が形成される。
In the
また、第1検出コイル76及び第2検出コイル78を同一に構成しているので、第1磁気経路の第1インピーダンス(第1磁気インピーダンス)の温度特性変化と第2磁気経路の第2インピーダンス(第2磁気インピーダンス)の温度特性変化とが互いに同等となる。第3検出コイル80及び第4検出コイル82を同一に構成しているので、第3磁気経路の第3インピーダンス(第3磁気インピーダンス)の温度特性変化と第4磁気経路の第4インピーダンス(第4磁気インピーダンス)の温度特性変化とが互いに同等となる。
In addition, since the
さらに、第1ヨーク84及び第2ヨーク86を互いに異なる材料で構成し、第1検出コイル76の巻き数と第3検出コイル80の巻き数とが互いに異なると共に第2検出コイル78の巻き数と第4検出コイル82の巻き数とが互いに異なっている。そのため、第1インピーダンスの温度特性変化と第3インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なり、第2インピーダンスの温度特性変化と第4インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なる。
Furthermore, the
検出回路21は、第1検出コイル76の出力信号及び第3検出コイル80の出力信号から以下の式(1)に基づいて第1出力電圧VT1を算出してECU22に出力する。ここで、Z1は第1インピーダンスであり、Z3は第3インピーダンスである。V0は電源電圧であって、例えば、V0=5[V]に設定される。
VT1={Z3/(Z1+Z3)}×V0…(1)
The
VT1 = {Z3 / (Z1 + Z3)} × V0 (1)
また、検出回路21は、第2検出コイル78の出力信号及び第4検出コイル82の出力信号から以下の式(2)に基づいて第2出力電圧VT2を算出してECU22に出力する。ここで、Z2は第2インピーダンスであり、Z4は第4インピーダンスである。
VT2={Z2/(Z2+Z4)}×V0…(2)
Further, the
VT2 = {Z2 / (Z2 + Z4)} × V0 (2)
そして、ECU22は、検出回路21から入力された第1出力電圧VT1及び第2出力電圧VT2から以下の式(3)に基づいて第3出力電圧VT3を算出する。ここで、αは、定数であり、例えば、α=1に設定される。
VT3=α(VT2−VT1)+V0/2…(3)
Then, the
VT3 = α (VT2-VT1) + V0 / 2 (3)
また、ECU22は、第3出力電圧VT3に基づいてシャフト70に加えられたトルク(操舵トルク)を算出し、算出された操舵トルクに基づいて操舵アシスト機構20を構成するモータ52を駆動制御する。
Further, the
本実施形態に係る磁歪式トルクセンサ10を備えた電動パワーステアリング装置12Aは、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
The electric
先ず、運転者がステアリングホイール14を回転させると、磁歪式トルクセンサ10のシャフト70に操舵トルクが作用するため、例えば、第1磁歪部位92に引張力が作用する一方で第2磁歪部位94に圧縮力が作用する。その結果、第1磁歪部位92の透磁率が減少するため第1検出コイル76及び第2検出コイル78のインダクタンスが減少し、第2磁歪部位94の透磁率が増加するため第3検出コイル80及び第4検出コイル82のインダクタンスが増加する。
First, when the driver rotates the
第1検出コイル76の出力信号及び第3検出コイル80の出力信号は検出回路21にて第1出力電圧VT1に変換されてECU22に供給され、第2検出コイル78の出力信号及び第4検出コイル82の出力信号は検出回路21にて第2出力電圧VT2に変換されてECU22に供給される。
The output signal of the
そして、ECU22では、第1出力電圧VT1と第2出力電圧VT2との差から第3出力電圧VT3を算出すると共に操舵トルクを算出して操舵アシスト用のモータ52を駆動制御する。これにより、モータ52の駆動力は、ウォームシャフト54、ウォームホイール56、及び補助ピニオン62を介してラック38に操舵補助力として伝達されるため、運転者の操舵力が適度にアシストされることとなる。
The
ところで、本実施形態の電動パワーステアリング装置12Aのように、高温のエンジンルーム204内にピニオン32が位置すると共に常温の車室200内にステアリングシャフト16の下部(ロアシャフト28)が位置している場合、エンジン206の駆動時に、磁歪式トルクセンサ10の温度は、図4A及び図4Bに示すように変化する。
By the way, like the electric
ここで、図4Aは、エンジン206の駆動時における磁歪膜72の温度変化を示すグラフである。図4Aにおいて、破線は、第1磁歪部位92の温度変化を示し、実線は、第2磁歪部位94の温度変化を示している。図4Bは、エンジン206の駆動時における第1〜第4検出コイル76、78、80、82、第1ヨーク84、及び第2ヨーク86の温度変化を示すグラフである。図4Bにおいて、破線は、第1検出コイル76、第2検出コイル78、及び第1ヨーク84の温度変化を示し、実線は、第3検出コイル80、第4検出コイル82、及び第2ヨーク86の温度変化を示している。
Here, FIG. 4A is a graph showing the temperature change of the
図4Aから諒解されるように、エンジン206が駆動されると、第2磁歪部位94が熱せられ、次いで、第1磁歪部位92が熱せされられる。そして、第1磁歪部位92及び第2磁歪部位94の温度が安定した時点tbにおいて、第1磁歪部位92の温度は第2磁歪部位94の温度よりも低くなっている。すなわち、第2磁歪部位94の熱は、シャフト70及び自在継手30を介して車室200内に位置するロアシャフト28に伝達されるため、第1磁歪部位92と第2磁歪部位94との間には所定の温度差(温度勾配)が発生する。
As understood from FIG. 4A, when the
一方、図4Bから諒解されるように、第1〜第4検出コイル76、78、80、82、第1ヨーク84、及び第2ヨーク86の温度が安定した時点tbにおいて、これら部材の間には温度差(温度勾配)は発生しない(これら部材の温度は略同一である)。
On the other hand, as can be understood from FIG. 4B, at the time tb when the temperatures of the first to fourth detection coils 76, 78, 80, 82, the
このように、第1磁歪部位92及び第2磁歪部位94の間に所定の温度差が発生する状態において、例えば、第1〜第4インピーダンスの温度特性変化が同一であった場合には、舵角の中点位置における第3出力電圧(中点電圧)は、図5Aに示すグラフ(図5Bに示すグラフと図5Cに示すグラフを足し合わせたグラフ)のように変化する。
Thus, in a state where a predetermined temperature difference is generated between the first
ここで、図5Aは、第1〜第4インピーダンスの温度特性変化が同一である場合における中点電圧の変化を示すグラフであり、図5Bは、図5Aの磁歪膜72の寄与分を示すグラフであり、図5Cは、図5Aの第1〜第4検出コイル76、78、80、82、第1ヨーク84、及び第2ヨーク86の寄与分を示すグラフである。つまり、図5A〜図5Cに示すように、時点tbにおける中点電圧は、エンジン206の停止時である時点taにおける中点電圧に対してずれる(上昇する)ため、磁歪式トルクセンサの検出精度が低下するおそれがある。
Here, FIG. 5A is a graph showing the change of the midpoint voltage when the temperature characteristic changes of the first to fourth impedances are the same, and FIG. 5B is a graph showing the contribution of the
しかしながら、本実施形態では、第1インピーダンス及び第3インピーダンスを互いに異ならせると共に第2インピーダンス及び第4インピーダンスを互いに異ならせている。また、第1インピーダンスの温度特性変化と第2インピーダンスの温度特性変化とは同等であると共に、第3インピーダンスの温度特性変化と第4インピーダンスの温度特性変化とは同等である。 However, in the present embodiment, the first impedance and the third impedance are made different from each other, and the second impedance and the fourth impedance are made different from each other. In addition, the temperature characteristic change of the first impedance and the temperature characteristic change of the second impedance are equivalent, and the temperature characteristic change of the third impedance and the temperature characteristic change of the fourth impedance are equivalent.
そのため、中点電圧の変化に対する第1〜第4検出コイル76、78、80、82、第1ヨーク84、及び第2ヨーク86のインピーダンスの寄与分を図6Bに示すグラフのように補正することができる。
Therefore, the contribution of the impedances of the first to fourth detection coils 76, 78, 80, 82, the
すなわち、磁歪膜72の温度差に起因する中点電圧の上昇分を第1〜第4検出コイル76、78、80、82、第1ヨーク84、及び第2ヨーク86のインピーダンスの温度特性変化によって相殺させることができる。これにより、図6Aに示すように、時点tbにおける中点電圧と時点taにおける中点電圧とのずれ量を小さくすることができる。そのため、磁歪膜72に軸線方向の温度差が発生した場合であっても、シャフト70に加えられたトルクの検出精度の低下を抑えることができる。
That is, the increase in the midpoint voltage due to the temperature difference of the
次に、図7A〜図8Bを参照しながら、本実施形態に係る磁歪式トルクセンサ10の作用効果をより詳細に説明する。
Next, the effect of the
先ず、例えば、第1ヨーク84及び第2ヨーク86を互いに異なる材料で構成すると共に第1〜第4検出コイル76、78、80、82を同一に構成した場合には、磁歪式トルクセンサ10の使用温度の変化により、第1〜第4インピーダンスは、図7A及び図7Bのように変化する。
First, for example, when the
ここで、図7Aは、エンジン206の停止時における第1〜第4インピーダンスを示すグラフである。図7Bは、エンジン206の駆動時における第1〜第4インピーダンスを示すグラフである。なお、図7A及び図7Bにおいて、シャフト70に操舵トルクは作用していない。
Here, FIG. 7A is a graph showing the first to fourth impedances when the
図7Aから諒解されるように、エンジン206の停止中では、磁歪膜72に温度差は生じないため、第1〜第4磁気経路における磁歪膜72のインピーダンスに差は生じない。しかしながら、第1ヨーク84のインピーダンスと第2ヨーク86のインピーダンスとが互いに異なるため、第1インピーダンス及び第3インピーダンスの間と第2インピーダンス及び第4インピーダンスの間にΔZ0の差が生じる。
As can be understood from FIG. 7A, when the
一方、図7Bから諒解されるように、エンジン206の駆動中では、磁歪膜72に軸線方向の温度差が発生するため、第1〜第4磁気経路における磁歪膜72のインピーダンスに差が出る。すなわち、高温側(第4磁気経路側)ほど磁歪膜72のインピーダンスが大きくなる。
On the other hand, as can be seen from FIG. 7B, during the driving of the
しかしながら、第1ヨーク84のインピーダンスの温度特性変化と第2ヨーク86のインピーダンスの温度特性変化とを互いに異ならせているため、磁歪膜72の温度変化によるインピーダンスの変化を第1ヨーク84及び第2ヨーク86のインピーダンスの変化によって相殺させることができる。
However, since the temperature characteristic change of the impedance of the
すなわち、第1インピーダンス及び第3インピーダンスの関係と第2インピーダンス及び第4インピーダンスの関係とが磁歪膜72の温度差の有無に関わらず一定であるため(ΔZa=ΔZ0、ΔZb=ΔZ0)、中点電圧のずれが小さくなる。よって、操舵トルクの検出精度の低下が抑えられる。 That is, since the relationship between the first impedance and the third impedance and the relationship between the second impedance and the fourth impedance are constant regardless of the temperature difference of the magnetostrictive film 72 (ΔZa = ΔZ0, ΔZb = ΔZ0), the midpoint The voltage deviation becomes smaller. Therefore, a decrease in steering torque detection accuracy can be suppressed.
図7A及び図7Bの例では、第1インピーダンス及び第3インピーダンスにΔZ1(ΔZ0)の差が発生すると共に、第2インピーダンス及び第4インピーダンスにΔZ2(ΔZ0)の差が発生する。そのため、中点電圧は、電源電圧の中点からずれてしまう。 In the example of FIGS. 7A and 7B, a difference of ΔZ1 (ΔZ0) is generated in the first impedance and the third impedance, and a difference of ΔZ2 (ΔZ0) is generated in the second impedance and the fourth impedance. Therefore, the midpoint voltage deviates from the midpoint of the power supply voltage.
そこで、本実施形態では、第1検出コイル76の巻き数を第3検出コイル80の巻き数よりも少なくすると共に第2検出コイル78の巻き数を第4検出コイル82の巻き数よりも少なくしている。これにより、図8A及び図8Bに示すように、磁歪膜72の温度差の有無に関わらず、第1インピーダンス及び第3インピーダンスを同等にすると共に第2インピーダンス及び第4インピーダンスを同等にすることができる。よって、中点電圧は、電源電圧の中点に位置することとなる。
Therefore, in the present embodiment, the number of turns of the
本実施形態によれば、第1インピーダンスの温度特性変化と第3インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なると共に第2インピーダンスの温度特性変化と第4インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なっているので、磁歪膜72に軸線方向の温度差が発生した場合であっても、その温度差による磁歪膜72のインピーダンスの変化を相殺させることができる。これにより、中点電圧のずれ量を小さくすることができるため、シャフト70に加えられたトルク(操舵トルク)の検出精度の低下を抑えることができる。
According to this embodiment, the temperature characteristic change of the first impedance and the temperature characteristic change of the third impedance are different from each other, and the temperature characteristic change of the second impedance and the temperature characteristic change of the fourth impedance are different from each other. Even when a temperature difference in the axial direction occurs in the
続いて、変形例に係る磁歪式トルクセンサ10aについて図9を参照しながら説明する。なお、変形例に係る磁歪式トルクセンサ10aにおいて、上述した磁歪式トルクセンサ10と同一の機能及び効果を奏する要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
Next, a
図9に示すように、磁歪式トルクセンサ10aは、上述した磁歪式トルクセンサ10の第3検出コイル80及び第4検出コイル82に代えて第3検出コイル130及び第4検出コイル132を有し、ボビン74に代えてボビン134を有している。
As shown in FIG. 9, the
第3検出コイル130は、その軸線方向に沿った寸法が第1検出コイル76の軸線方向に沿った寸法よりも小さく形成され、第4検出コイル132は、その軸線方向に沿った寸法が第2検出コイル78の軸線方向に沿った寸法よりも小さく形成されている。なお、第3検出コイル130の軸線方向に沿った寸法と第4検出コイル132の軸線方向に沿った寸法とは同等である。
The
このような磁歪式トルクセンサ10aによれば、簡易な構成で、第1インピーダンスの温度特性変化と第3インピーダンスの温度特性変化とを互いに異ならせると共に、第2インピーダンスの温度特性変化と第4インピーダンスの温度特性変化とを互いに異ならせることができる。よって、上述した磁歪式トルクセンサ10と同様の作用効果を奏することができる。
According to such a
本実施形態は上述した構成に限定されない。例えば、磁歪式トルクセンサ10は、第1〜第4検出コイル76、78、80、82の巻き数を同一に設定してもよい。この場合でも、上述したように、中点電圧のずれ量を小さくすることができるので、磁歪式トルクセンサ10の検出精度の低下を抑えることができる。
The present embodiment is not limited to the configuration described above. For example, the
(第2実施形態)
次に、本発明に係る第2実施形態に係る電動パワーステアリング装置12Bについて図10及び図11を参照しながら説明する。なお、第1実施形態に係る電動パワーステアリング装置12Aと同一又は同様の機能及び効果を奏する要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, an electric
図10及び図11に示すように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置12Bは、いわゆるコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成され、ステアリングコラム150に上述した磁歪式トルクセンサ10、10aが設けられている。ただし、電動パワーステアリング装置12Bは、いわゆるラックアシスト型又はピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成してもよい。
As shown in FIGS. 10 and 11, the electric
電動パワーステアリング装置12Bでは、ステアリングシャフト148のアッパシャフト24がステアリングコラム150を構成するコラムカバー152に収容されており、ロアシャフト28の車体後方(運転席側)にダッシュボード154が設けられている。ダッシュボード154には、運転席の下部(運転者の足元)にエアコンの温風を導く送風口156が形成されている。すなわち、エアコンの温風は、送風口156に導かれる途中でロアシャフト28に当たる。
In the electric
操舵ギヤ機構158は、上述した補助ラック歯58(図1参照)が形成されていないラック160と、ラック160を収容するギヤハウジング161とを備える。操舵ギヤ機構158の残余の構成は、上述した操舵ギヤ機構18と同様である。
The
操舵アシスト機構162は、ステアリングコラム150に設けられている。操舵アシスト機構162を構成するウォームホイール56が、磁歪式トルクセンサ10、10aのシャフト70の下部に連結されたアシストシャフト164に嵌合されている。アシストシャフト164は、補助ギヤハウジング166に固着された複数(2つ)の軸受168、170によって軸支されている。
The
本実施形態では、寒冷地や冬場等において、運転席の下部にエアコンの温風を供給する場合、ダッシュボード154に形成された送風口156に導かれる温風によってロアシャフト28が局所的に温められる。そうすると、低温のアッパシャフト24と高温のロアシャフト28との間に位置する磁歪式トルクセンサ10、10aの磁歪膜72には、軸線方向に温度差が発生することがある。
In the present embodiment, when supplying warm air from the air conditioner to the lower part of the driver's seat in a cold region or winter, the
しかしながら、本実施形態によれば、電動パワーステアリング装置12Bが磁歪式トルクセンサ10、10aを備えているので、第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
However, according to the present embodiment, since the electric
上述した第1実施形態及び第2実施形態に係る磁歪式トルクセンサ10、10aは、第1〜第4検出コイル76、78、80、82、130、132を備えた例について説明したが、本発明に係る磁歪式トルクセンサは、2つの検出コイル(第1検出コイル及び第2検出コイル)を備えていてもよい。
Although the
この場合、第1検出コイルは、第1磁歪部位に対向するようにボビンに配設され、第2検出コイルは、第2磁歪部位に対向するようにボビンに配設される。そして、第1検出コイル及び第2検出コイルの外周側にはヨークが設けられる。そして、第1検出コイルの出力信号が検出回路にて第1出力電圧に変換され、第2検出コイルの出力信号が検出回路にて第2出力電圧に変換されることとなる。 In this case, the first detection coil is disposed on the bobbin so as to face the first magnetostrictive region, and the second detection coil is disposed on the bobbin so as to face the second magnetostrictive region. And the yoke is provided in the outer peripheral side of the 1st detection coil and the 2nd detection coil. Then, the output signal of the first detection coil is converted to the first output voltage by the detection circuit, and the output signal of the second detection coil is converted to the second output voltage by the detection circuit.
また、第1磁歪部位、第1検出コイル、及びヨークからなる第1磁気経路の第1インピーダンスの温度特性変化と第2磁歪部位、第2検出コイル、及びヨークからなる第2磁気経路の第2インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なる。このような構成によれば、磁歪膜に軸線方向に沿った温度差が発生した場合であっても、中点電圧のずれ量を小さくすることができるため、シャフトに加えられたトルクの検出精度の低下を抑えることができる。 In addition, the temperature characteristic change of the first impedance of the first magnetic path composed of the first magnetostrictive region, the first detection coil, and the yoke, and the second of the second magnetic path composed of the second magnetostrictive region, the second detection coil, and the yoke. The temperature characteristic change of impedance is different from each other. According to such a configuration, even if a temperature difference along the axial direction occurs in the magnetostrictive film, the deviation amount of the midpoint voltage can be reduced, so that the accuracy of detection of the torque applied to the shaft can be reduced. Can be suppressed.
また、磁歪式トルクセンサは、電動パワーステアリング装置に適用される例に限定されず、種々の装置に適用可能である。本発明に係る磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 Further, the magnetostrictive torque sensor is not limited to the example applied to the electric power steering device, and can be applied to various devices. Of course, the magnetostrictive torque sensor and the electric power steering apparatus according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
10、10a…磁歪式トルクセンサ 12A、12B…電動パワーステアリング装置
14…ステアリングホイール 16、148…ステアリングシャフト
21…検出回路 22…ECU
52…モータ 70…シャフト
72…磁歪膜 74、134…ボビン
76…第1検出コイル 78…第2検出コイル
80、130…第3検出コイル 82、132…第4検出コイル
84…第1ヨーク 86…第2ヨーク
88…センサハウジング 90…付勢機構(付勢手段)
92…第1磁歪部位 94…第2磁歪部位
DESCRIPTION OF
52 ...
92 ... first
Claims (8)
前記シャフトの外周面に配設された磁歪膜と、
前記磁歪膜に対向するように設けられて当該磁歪膜の磁気特性の変化を検出する複数の検出コイルと、
複数の前記検出コイルの外周側に設けられたヨークと、を備えた磁歪式トルクセンサにおいて、
複数の前記検出コイルは、前記シャフトの軸線方向に沿って順次設けられた第1検出コイル、第2検出コイル、第3検出コイル、及び第4検出コイルを含み、
前記第1検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第1磁気経路の第1インピーダンスの温度特性変化と前記第2検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第2磁気経路の第2インピーダンスの温度特性変化とが互いに同等であり、
前記第3検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第3磁気経路の第3インピーダンスの温度特性変化と前記第4検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第4磁気経路の第4インピーダンスの温度特性変化とが互いに同等であり、
前記第1インピーダンスの温度特性変化と前記第3インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なると共に、前記第2インピーダンスの温度特性変化と前記第4インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 A shaft,
A magnetostrictive film disposed on the outer peripheral surface of the shaft;
A plurality of detection coils provided so as to face the magnetostrictive film and detecting a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive film;
In a magnetostrictive torque sensor comprising a yoke provided on the outer peripheral side of the plurality of detection coils,
The plurality of detection coils include a first detection coil, a second detection coil, a third detection coil, and a fourth detection coil that are sequentially provided along the axial direction of the shaft,
Temperature characteristic change of the first impedance of the first magnetic path composed of the first detection coil, the magnetostrictive film, and the yoke, and the second magnetism composed of the second detection coil, the magnetostrictive film, and the yoke. The temperature characteristic change of the second impedance of the path is equivalent to each other,
A temperature characteristic change of a third impedance of a third magnetic path constituted by the third detection coil, the magnetostrictive film, and the yoke, and a fourth magnetism constituted by the fourth detection coil, the magnetostrictive film, and the yoke. The temperature characteristic change of the fourth impedance of the path is equivalent to each other,
The magnetostriction characterized in that the temperature characteristic change of the first impedance and the temperature characteristic change of the third impedance are different from each other, and the temperature characteristic change of the second impedance and the temperature characteristic change of the fourth impedance are different from each other. Type torque sensor.
前記ヨークは、前記第1検出コイルの外周側に設けられた部位におけるインピーダンスの温度特性変化と前記第3検出コイルの外周側に設けられた部位におけるインピーダンスの温度特性変化とが互いに異なるように構成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 The magnetostrictive torque sensor according to claim 1,
The yoke is configured such that a change in impedance temperature characteristic at a portion provided on the outer peripheral side of the first detection coil is different from a change in impedance temperature characteristic at a portion provided on the outer peripheral side of the third detection coil. A magnetostrictive torque sensor.
前記ヨークは、前記第1検出コイルの外周側に設けられた部位と前記第3検出コイルの外周側に設けられた部位とが互いに異なる材料で構成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 The magnetostrictive torque sensor according to claim 2,
The yoke has a magnetostrictive torque sensor in which a portion provided on the outer peripheral side of the first detection coil and a portion provided on the outer peripheral side of the third detection coil are made of different materials. .
前記第1検出コイルのインピーダンスの温度特性変化と前記第3検出コイルのインピーダンスの温度特性変化とが互いに異なることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 The magnetostrictive torque sensor according to any one of claims 1 to 3,
A magnetostrictive torque sensor characterized in that a change in temperature characteristic of impedance of the first detection coil and a change in temperature characteristic of impedance of the third detection coil are different from each other.
前記第1検出コイルの巻き数と前記第3検出コイルの巻き数とが互いに異なることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 The magnetostrictive torque sensor according to claim 4, wherein
A magnetostrictive torque sensor, wherein the number of turns of the first detection coil and the number of turns of the third detection coil are different from each other.
前記第1検出コイルの軸線方向に沿った寸法と前記第3検出コイルの軸線方向に沿った寸法とが互いに異なることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 In the magnetostrictive torque sensor according to claim 4 or 5,
A magnetostrictive torque sensor characterized in that a dimension along the axial direction of the first detection coil and a dimension along the axial direction of the third detection coil are different from each other.
前記第2検出コイルの軸線方向に沿った寸法と前記第4検出コイルの軸線方向に沿った寸法とが互いに異なることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 The magnetostrictive torque sensor according to any one of claims 4 to 6,
A magnetostrictive torque sensor characterized in that a dimension along the axial direction of the second detection coil is different from a dimension along the axial direction of the fourth detection coil.
前記ステアリングホイールの操舵によって発生する操舵トルクを検出する磁歪式トルクセンサと、
前記磁歪式トルクセンサの出力信号に基づいて操舵補助力を発生させるモータと、を備える電動パワーステアリング装置において、
前記磁歪式トルクセンサは、請求項1〜7のいずれか1項に記載の磁歪式トルクセンサであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 A steering wheel,
A magnetostrictive torque sensor for detecting a steering torque generated by steering of the steering wheel;
An electric power steering apparatus comprising: a motor that generates a steering assist force based on an output signal of the magnetostrictive torque sensor;
The magnetostrictive torque sensor, the electric power steering device, characterized in that the magnetostrictive torque sensor according to any one of claims 1-7.
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