JP6551538B2 - Torque sensor - Google Patents
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Description
本発明は、トルクセンサに関する。 The present invention relates to a torque sensor.
従来、車両の電動パワーステアリング装置には、操舵トルクを検出可能なトルクセンサが設けられている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a torque sensor capable of detecting a steering torque is provided in an electric power steering apparatus of a vehicle (see, for example, Patent Document 1).
トルクセンサは、ステアリングシャフトの入力軸と出力軸とを連結するトーションバーの捩れ角度を検出することで、操舵トルクを検出するように構成されている。例えば、入力軸に周方向に沿って極性の異なる複数の磁極が形成された環状のリング磁石を設けると共に、出力軸にトーションバーの捩じれ応じてリング磁石との相対的な角度が変化し、当該相対的な角度の変化に伴って磁極との位置関係が変化し伝達する磁束が変化するように構成された磁路形成部材を設け、磁路形成部材により導かれた磁束を一対の集磁リングで集め、集磁リング間の磁束の変化を磁気検出素子で検出するように構成することで、トーションバーの捩れ角度、すなわち操舵トルクを検出することができる。 The torque sensor is configured to detect a steering torque by detecting a twist angle of a torsion bar connecting the input shaft and the output shaft of the steering shaft. For example, while providing an annular ring magnet in which a plurality of magnetic poles of different polarities are formed along the circumferential direction on the input shaft, the relative angle with the ring magnet changes according to the torsion of the torsion bar on the output shaft, Provided with a magnetic path forming member configured such that the positional relationship with the magnetic pole changes and the transmitted magnetic flux changes according to the change in relative angle, and the magnetic flux guided by the magnetic path forming member is used as a pair of magnetic flux collecting rings The torsion angle of the torsion bar, i.e., the steering torque, can be detected by collecting and collecting the magnetic flux between the magnetic flux collecting rings.
しかしながら、上述のような従来のトルクセンサでは、リング磁石で発生する磁束の一部や、外部機器で発生した磁束等(以下、外部磁界ノイズと呼称する)が、磁路形成部材や集磁リングを介さずに磁気検出素子に到達してしまい、トルク測定時の誤差の要因となってしまうという課題がある。 However, in the conventional torque sensor as described above, a part of the magnetic flux generated by the ring magnet, the magnetic flux generated by an external device (hereinafter referred to as external magnetic field noise) or the like is generated by the magnetic path forming member or the magnetic flux collecting ring. There is a problem that the magnetism detection element is reached without passing through, which causes an error at the time of torque measurement.
そこで、本発明は、外部磁界ノイズの影響を抑制し、精度よくトルクを測定することが可能なトルクセンサを提供することを目的とする。 Then, an object of the present invention is to provide a torque sensor capable of accurately measuring torque by suppressing the influence of external magnetic field noise.
本発明は、上記課題を解決することを目的として、トーションバーによって連結された第1回転部材と第2回転部材の連結部に配置されたトルクセンサであって、前記第1回転部材及び前記第2回転部材の回転軸線を中心とした周方向に沿って極性の異なる複数の磁極が形成され、前記第1回転部材と共に回転する環状のリング磁石と、前記トーションバーの捩じれに応じて前記磁極との位置関係が変化し伝達する磁束が変化するように構成された複数の磁路形成部材と、前記複数の磁路形成部材の磁束を集める一対の集磁リングと、前記一対の集磁リングの間の磁界の強度を検出可能なトルク検出用磁気検出素子と、を備え、前記一対の集磁リングは、前記リング磁石と同軸上に配置された環状部と、前記環状部の周方向における同じ位置から径方向外方に突出し、軸方向に対向するように設けられた対向部と、をそれぞれ有し、前記トルク検出用磁気検出素子は、前記両対向部の間に配置されており、強磁性体から構成されると共に、前記環状部の径方向に開口を有する筒状に形成され、前記トルク検出用磁気検出素子と前記両対向部とを覆うように前記集磁リングと離間して配置されるシールド部材を備え、前記シールド部材は、前記トルク検出用磁気検出素子よりも径方向外方に突出しないように設けられている、トルクセンサを提供する。 The present invention is a torque sensor disposed at a connecting portion of a first rotating member and a second rotating member connected by a torsion bar, for the purpose of solving the above-mentioned problems, which is characterized in that the first rotating member and the first A plurality of magnetic poles having different polarities are formed along a circumferential direction around the rotation axis of the two-rotating member, an annular ring magnet that rotates together with the first rotating member, and the magnetic pole according to the twist of the torsion bar A plurality of magnetic path forming members configured to change the positional relationship of the magnetic flux and transmitting magnetic flux, a pair of magnetic flux collecting rings for collecting the magnetic flux of the plurality of magnetic path forming members, and the pair of magnetic flux collecting rings And a magnetic detection element for detecting torque capable of detecting the strength of the magnetic field between the two, and the pair of magnetic flux collecting rings are the same in an annular portion coaxially disposed with the ring magnet and in a circumferential direction of the annular portion position And an opposite portion provided radially outward and axially opposed to each other, and the torque detection magnetic detection element is disposed between the two opposite portions, and ferromagnetic It is formed in the shape of a cylinder having a body and an opening in the radial direction of the annular portion, and is disposed apart from the magnetic flux collecting ring so as to cover the torque detection magnetic detection element and the two opposing portions. A torque sensor is provided, the shield member being provided so as not to project radially outward beyond the torque detection magnetic detection element.
本発明によれば、外部磁界ノイズの影響を抑制し、精度よくトルクを測定することが可能なトルクセンサを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a torque sensor capable of accurately measuring the torque while suppressing the influence of external magnetic field noise.
[実施の形態]
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。Embodiment
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
(電動ステアリング装置の構成)
図1は、本実施の形態に係るトルク操舵角センサ2が適用された電動パワーステアリング装置1を示す模式図である。なお、トルク操舵角センサ2は、本発明のトルクセンサの一態様である。(Configuration of electric steering device)
FIG. 1 is a schematic view showing an electric power steering apparatus 1 to which a torque
電動パワーステアリング装置1は、ステアリングホイール10に連結されたステアリングシャフト11と、ステアリングシャフト11に自在継手12を介して連結されたインタミディエイトシャフト13と、インタミディエイトシャフト13に自在継手14を介して連結されたピニオンシャフト15と、ピニオンシャフト15のピニオン歯150と噛み合うラック歯160が形成されたラック軸16と、ステアリングホイール10の操舵操作に際してステアリングシャフト11に付与される操舵トルクに応じて操舵補助力を発生させる操舵補助機構17と、ステアリングホイール10の操舵角及び操舵トルクを検出するトルク操舵角センサ2と、を有している。
The electric power steering apparatus 1 includes a steering shaft 11 connected to a
ラック軸16は、図略のラックハウジングに支持され、ステアリングホイール10の操舵操作に応じて車幅方向に移動する。転舵輪である左右前輪19L,19Rとラック軸16とは、左右のタイロッド18L,18Rによって連結されている。ラック軸16及びピニオンシャフト15は、ラックアンドピニオン式の操舵機構を構成する。
The
本実施の形態では、操舵補助機構17がラック軸16に操舵補助力を付与するラックアシスト式の操舵補助機構であり、電動モータ170の回転力が例えばボールねじ機構によって直線方向の移動力に変換され、操舵補助力としてラック軸16に付与される。ただし、操舵補助機構17としては、ステアリングシャフト11を支持するステアリングコラムに設けられ、電動モータ170の回転力を例えばウォームギヤ機構によって減速し、操舵補助力としてステアリングシャフト11に付与するコラムアシスト式のものであってもよい。
In the present embodiment, the steering assist mechanism 17 is a rack assist type steering assist mechanism that applies a steering assist force to the
操舵補助機構17は、制御装置20からモータ電流の供給を受け、このモータ電流に応じた操舵補助力を発生させる。制御装置20は、後述する操舵トルク演算部21aと操舵角演算部21bとからなりトルク操舵角センサ2の出力信号に基づいて操舵トルク及び操舵角を演算するトルク・操舵角演算部21と、トルク・操舵角演算部21の演算結果に基づいて付与すべき操舵補助力を演算する操舵補助力演算部22と、操舵補助力演算部22で演算された操舵補助力に応じたモータ電流を出力し、操舵補助機構17の電動モータ170を駆動するモータ駆動回路23とを有している。
The steering assist mechanism 17 receives supply of a motor current from the
操舵補助力演算部22は、操舵トルクが大きいほど、また操舵角の時間的な変化に基づいて演算される操舵速度が高いほど、操舵補助機構17によって操舵機構に付与される操舵補助力が大きくなるように演算を行う。また、トルク・操舵角演算部21で演算された操舵角は、例えば車両の横滑り防止装置(ESC : Electronic Stability Control)等における制御にも用いられる。
The steering assist
ステアリングシャフト11は、ステアリングホイール10側の第1回転部材111と、インタミディエイトシャフト13側の第2回転部材112とを有し、第1回転部材111と第2回転部材112とが、図示しないトーションバーによって連結されている。トルク操舵角センサ2は、第1回転部材111と第2回転部材112との連結部に配置されている。なお、本実施の形態では、トルク操舵角センサ2がステアリングシャフト11に配置されているが、これに限らず、例えばピニオンシャフト15にトルク操舵角センサ2を配置してもよい。
The steering shaft 11 has a first rotating
(トルク操舵角センサの構成)
次に、トルク操舵角センサ2の構成について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、ステアリングシャフト11の軸方向におけるステアリングホイール10側を「上」とし、その反対側(インタミディエイトシャフト13側)を「下」として説明するが、この「上」又は「下」は、電動パワーステアリング装置1の使用状態における鉛直方向の上下を限定するものではない。(Configuration of torque steering angle sensor)
Next, the configuration of the torque
図2Aはトルク操舵角センサ2を示す側面図、図2Bはその下面図である。
2A is a side view showing the torque
ステアリングシャフト11の第1回転部材111及び第2回転部材112は、回転軸線Oを共有し、ステアリングホイール10と共に回転する。第1回転部材111と第2回転部材112とは、ステアリングホイール10の操舵トルクに応じて捩れ角度を生じるトーションバー(不図示)によって連結されている。トーションバーは、その軸方向における一方の端部が第1回転部材111に相対回転不能に連結され、他方の端部が第2回転部材112に相対回転不能に連結されている。トルク操舵角センサ2は、第1回転部材111と第2回転部材112の連結部に配置されている。
The
トルク操舵角センサ2は、操舵トルクを検出するためのトルク検出部2a、及び操舵角を検出するための操舵角検出部2bを有し、ステアリングシャフト11をチルト調整可能に保持するコラムハウジング(不図示)に収容されている。コラムハウジングは、第1回転部材111の回転によって回転しない本発明の「非回転部材」の一態様である。
The torque
(トルク検出部2aの構成)
図3Aは、トルク検出部2aの構成を示す斜視図、図3Bはその第1磁気ヨークを示す斜視図、図3Bは、その第2磁気ヨークを示す斜視図である。(Configuration of
3A is a perspective view showing the configuration of the
図2A,Bおよび図3A〜Cに示すように、トルク検出部2aは、第1回転部材111と共に回転する環状のリング磁石31と、リング磁石31による磁束の磁路を形成する複数の磁路形成部材(リラクタ)としての第1磁気ヨーク(第1リラクタ)41及び第2磁気ヨーク(第2リラクタ)42と、第1磁気ヨーク41及び第2磁気ヨーク42の磁束を集める1対の集磁リング51,52と、一対の集磁リング51,52の間の磁界の強度を検出可能な第1磁気検出素子61と、を有し、第1磁気検出素子61が検出した磁界の強度を基にステアリングホイール10の操舵トルクを演算するように構成されている。第1磁気検出素子61は、本発明のトルク検出用磁気検出素子の一態様である。
As shown in FIGS. 2A and 2B and FIGS. 3A to 3C, the
リング磁石31には、回転軸線Oを中心とした周方向に沿って磁性の異なる複数の磁極が形成されている。本実施の形態では、4つのN極311及び4つのS極312からなる8つの磁極がリング磁石31に形成されている。
The
集磁リング51,52は、リング磁石31から軸方向(回転軸線方向)にずれた位置(ここでは下方)に配置されている。集磁リング51,52は、第1集磁リング51と、第1集磁リング51よりも上方に配置された第2集磁リング52と、を有し、両集磁リング51,52よりもさらに上方に、リング磁石31が配置されている。両集磁リング51,52は、両回転部材111,112の回転に伴って回転しないように、両回転部材111,112と離間して設けられており、コラムハウジング等の非回転部材に固定されている。
The magnet collection rings 51 and 52 are disposed at positions (here, downward) offset from the
集磁リング51,52は、軸方向の幅が径方向の厚みよりも大きい円筒状に形成され、リング磁石31と同軸上に配置された環状部511,521と、環状部511,521の周方向における同じ位置から径方向外方に突出し、軸方向に対向するように設けられた対向部513,523と、を有している。
The magnet collection rings 51 and 52 are formed in a cylindrical shape having a width in the axial direction larger than a thickness in the radial direction, and an
ここでは、第1集磁リング51の環状部511の上端部から上方に延在するように連結部512が一体に設けられ、連結部512から径方向外方に突出するように対向部513が一体に設けられている。また、第2集磁リング52では、環状部521の下端部から下方に延在するように連結部522が一体に設けられ、連結部522から径方向外方に突出するように対向部523が一体に設けられている。両対向部513,523は、所定の間隔で軸方向に対向するように設けられており、両対向部513,523間に、トルク検出用磁気検出素子としての第1磁気検出素子61が配置されている。
Here, the connecting
第1磁気検出素子61は、例えばホール効果を利用して磁界の強度を検出するホールICである。第1磁気検出素子61の出力信号は、制御装置20のトルク・操舵角演算部21に出力される。
The first
磁路形成部材としての第1磁気ヨーク41及び第2磁気ヨーク42は、樹脂等からなる保持部材(不図示)により保持され第2回転部材112に固定されており、第2回転部材112と共に回転するように設けられている。
The first
第1磁気ヨーク41は、リング磁石31と第1集磁リング51とを磁気的に結合させるように構成され、第2磁気ヨーク42は、リング磁石31と第2集磁リング52とを磁気的に結合させるように構成されている。
The first
第1磁気ヨーク41は、リング磁石31の軸方向端面に平行に対向する対向片411と、第1集磁リング51の環状部511との間で磁束を受け渡しする受け渡し部413と、対向片411と受け渡し部413との間で磁束を伝達する伝達部412とを有している。伝達部412は、回転軸線Oと平行な軸方向伝達部412aと、軸方向伝達部412aの下端部から第1集磁リング51の環状部511に向かって径方向に延びる径方向伝達部412bとからなる。受け渡し部413は、第1集磁リング51の環状部511の内周面511aと径方向に対向する板状に形成されている。
The first
第2磁気ヨーク42は、リング磁石31の軸方向端面に平行に対向する対向片421と、第2集磁リング52の環状部521との間で磁束を受け渡しする受け渡し部423と、対向片421と受け渡し部423との間で磁束を伝達する伝達部422とを有している。伝達部422と受け渡し部423とは、一枚の平板からなり、このうち第2集磁リング52の環状部521の内周面521aと対向する部分が受け渡し部423であり、受け渡し部423よりもリング磁石31側の部分が伝達部422である。つまり、受け渡し部423は、第2集磁リング52の環状部521の内周面521aと径方向に対向する板状に形成されている。
The second
両磁気ヨーク41,42は、ステアリングシャフト11に操舵トルクが付与されていないときに、対向片411,421の中央部が、リング磁石31のN極311とS極312との境界部に向かい合うように設けられている。この状態では、第1磁気検出素子61で検出される磁界の強度は実質的にゼロとなる。
When the steering torque is not applied to the steering shaft 11, both the
ここで、ステアリングシャフト11に操舵トルクが付与されてトーションバーが捩じれると、この捩じれによって、リング磁石31と第1及び第2磁気ヨーク41,42とが相対回転し、リング磁石31の磁極(N極311及びS極312)に対する第1及び第2磁気ヨーク41,42の対向片411,421の対向位置がリング磁石31の周方向にずれる。
Here, when a steering torque is applied to the steering shaft 11 and the torsion bar is twisted, the
例えばリング磁石31が第1及び第2磁気ヨーク41,42に対して図3(a)の矢印A方向に所定角度(例えば5°)回転すると、第1磁気ヨーク41の対向片411と軸方向に対向するリング磁石31の磁極のうち、N極311が占める割合がS極312よりも高くなる。また、第2磁気ヨーク42の対向片421と軸方向に対向するリング磁石31の磁極のうち、S極312が占める割合がN極311よりも高くなる。これにより、N極311から放出される磁束の一部が第1磁気ヨーク41及び第1集磁リング51を経て第1磁気検出素子61を通過し、第2集磁リング52及び第2磁気ヨーク42を経てS極312に戻る。
For example, when the
一方、リング磁石31が第1及び第2磁気ヨーク41,42に対して矢印A方向とは逆方向に回転した場合には、第1磁気ヨーク41の対向片411と軸方向に対向するリング磁石31の磁極のうち、S極312が占める割合がN極311よりも高くなり、第2磁気ヨーク42の対向片421と軸方向に対向するリング磁石31の磁極のうち、N極311が占める割合がS極312よりも高くなる。これにより、第1磁気検出素子61を上記とは逆方向に磁束が通過する。
On the other hand, when the
第1磁気検出素子61で検出される磁界の強度(絶対値)は、トーションバーの捩じれ量、すなわちリング磁石31と磁気ヨーク41,42の相対的な角度(以下、リラクタ角度という)が大きくなるほど強くなる。このように、トーションバーの捩じれに応じてリラクタ角度が変化し、当該リラクタ角度の変化に伴って、磁気ヨーク41,42の磁極311,312との位置関係が変化し、集磁リング51,52に伝達する磁束が変化する。その結果、第1磁気検出素子61で検出される磁界の強度が変化し、その磁界の方向がトーションバーの捩じれ方向に応じて切り替わることになる。
The strength (absolute value) of the magnetic field detected by the first
トルク・操舵角演算部21は、第1磁気検出素子61が検出した磁界の強度を基に、リング磁石31と磁路形成部材(磁気ヨーク41,42)との相対的な角度であるリアクタ角度を求め、求めたリアクタ角度を基に、ステアリングホイール10の操舵トルクを演算するように構成される。
The torque and steering angle calculation unit 21 calculates a reactor angle which is a relative angle between the
また、本実施の形態では、第1磁気検出素子61と両対向部513,523とを覆うように、シールド部材63が設けられている。シールド部材63の詳細については後述する。
Further, in the present embodiment, the
(操舵角検出部2bの構成)
図2に示すように、操舵角検出部2bは、リング磁石31と、リング磁石31からの磁界を受ける位置に、基板82に固定して配置された第2磁気検出素子62と、第2の磁気検出素子62にリング磁石31とは異なる方向の磁界を生じさせるスライド磁石32と、第1回転部材111の回転に伴ってスライド磁石32を第2の磁気検出素子62に対して接近及び離間する方向に移動させるスライド機構7と、第2磁気検出素子62が検出した磁界の強度を基に、ステアリングホイール10の操舵角を演算する操舵角演算部21bと、を備えている。なお、リング磁石31は、トルク検出部2aの構成要素であると共に、操舵角検出部2bの構成要素でもある。(Configuration of steering
As shown in FIG. 2, the steering
第2磁気検出素子62は、第1回転部材111の回転によって回転しない非回転部材にリング磁石31の外周面に対向して配置されている。第2磁気検出素子62としては、リング磁石31の径方向(X方向)、回転軸線Oと平行な軸方向(Y方向)、および径方向と軸方向に垂直な接線方向(Z方向)の3方向における磁界の強度を検出可能な3軸の磁気検出素子が用いられる。第2磁気検出素子62とリング磁石31との距離(径方向に沿った距離)は、例えば15mmである。
The second
第2磁気検出素子62は、X方向及びZ方向の磁界を検出可能であることにより、リング磁石31から受ける磁界を検出可能である。また、第2磁気検出素子62は、回転軸線Oと平行なY方向の磁界を検出可能であることにより、スライド磁石32から受ける磁界の強度を検出可能である。
The second
第2磁気検出素子62は、例えばホール効果を利用して磁界の強度を検出するホールICである。第2磁気検出素子62の出力信号は、制御装置20のトルク・操舵角演算部21に出力される。
The second
スライド磁石32は、第2磁気検出素子62と軸方向(Y方向)に対向して配置されている。スライド磁石32は、その磁化方向が回転軸線Oと平行であり、軸方向(Y方向)に沿って極性の異なる磁極(N極321およびS極322)が形成されている。これにより、スライド磁石32は、第2磁気検出素子62に対し、X方向及びZ方向に発生する磁界を抑制するように構成されている。本実施の形態では、スライド磁石32は、N極321が第2磁気検出素子62に対向するように配置されている。
The
また、スライド磁石32と第2磁気検出素子62は、第1磁気検出素子61との間に回転軸線Oを挟むように配置されている。これにより、スライド磁石32の磁界が第1磁気検出素子61による磁界強度の検出結果に影響を与えてしまうことが抑制されている。
The
スライド機構7は、第1回転部材111の回転に伴ってスライド磁石32を軸方向(Y方向)に沿って移動させるものである。スライド機構7は、スライド磁石32を支持する支持部材としてのスライダ71と、第1回転部材111と共に回転し、外周面にスライダ71と噛み合う噛み合い部700が螺旋状に形成された環状部材としてのスライド駆動部材70と、を有している。図示していないが、スライド機構7は、コラムハウジング等の非回転部材に固定され、スライダ71を回転軸線Oと平行に案内するガイド部材を有してもよい。スライド駆動部材70およびスライダ71は、例えばアルミニウムやオーステナイト系ステンレス等の非磁性金属もしくは硬質樹脂等の非磁性体からなる。
The
スライド駆動部材70は、その内部に第1回転部材111が挿入される円筒状に形成され、第1回転部材111に固定されている。スライド駆動部材70の下端部には、リング磁石31が例えば接着によって固定されている。スライド駆動部材70は、その下端部の外径が噛み合い部700の外径よりも小さく形成され、この下端部における外周面にリング磁石31が嵌着されている。
The
噛み合い部700は、スライド駆動部材70その外周面に一条の螺旋状の溝を設けることで形成されている。噛み合い部700は、ステアリングホイール10が左右の最大舵角まで操舵された場合にも、スライダ71との噛み合いによりスライド磁石32を第2の磁気検出素子62に対して接近及び離間させる方向に移動させることが可能な範囲に形成されている。
The meshing
スライダ71は、スライド駆動部材70の噛み合い部700と噛み合うスライダ側噛み合い部(不図示)が内周面に形成された円環状のリング部711と、リング部711の周方向の一部から径方向外方に突出するように設けられ、スライド磁石32を支持する支持部712と、を有している。スライド駆動部材70が第1回転部材111と共に回転すると、噛み合い部700とスライダ側噛み合い部の噛み合いにより、スライダ71が上下に移動する。
The
操舵角検出部2bでは、スライダ71に支持されたスライド磁石32がスライダ71と共に下方に移動すると、スライド磁石32と第2磁気検出素子62との距離が短くなり、第2磁気検出素子62で検出されるY方向の磁界の強度が強くなる。一方、スライド磁石32がスライダ71と共に上方に移動すると、スライド磁石32と第2磁気検出素子62との距離が長くなり、第2磁気検出素子62で検出されるY方向の磁界の強度が弱くなる。
In the steering
他方、第2磁気検出素子62は、リング磁石31の外周面に対向して配置されているため、リング磁石31が回転すると、リング磁石31のN極311及びS極312が交互に第2の磁気検出素子62に向かい合う。これにより、X方向とZ方向の磁界の強度が周期的に変化する。ここでは、リング磁石31においてN極311とS極312が4対設けられているため、X方向とZ方向の磁界の強度の変化周期は90°(±45°)となる。
On the other hand, since the second
そこで、トルク・操舵角演算部21は、第2磁気検出素子62が検出した3方向の磁界の強度を基に、X方向とZ方向の磁界の強度から、任意の周期内でのリング磁石31の相対的な回転角度(以下、リング角度と呼称する)を求め、かつ、Y方向の磁界の強度から、基準位置から何周期目の周期的変化であるか(以下、回転周期と呼称する)を求め、求めたリング角度と回転周期とから、基準位置からの操舵角を絶対角度として求めるように構成されている。
Therefore, based on the strengths of the magnetic fields in the X and Z directions based on the strengths of the magnetic fields in the three directions detected by the second
(シールド部材63の説明)
さて、本実施の形態に係るトルク操舵角センサ2では、リング磁石31で発生する磁束の一部や、外部機器で発生した磁束等の外部磁界ノイズが、第1磁気検出素子61による磁界強度の検出結果に影響を与えてしまうことを抑制するためのシールド部材63が備えられている。(Description of shield member 63)
Now, in the torque
シールド部材63は、集磁リング51,52の環状部511,521の径方向に開口を有する筒状に形成され、第1磁気検出素子61と両対向部513,523とを覆うように、集磁リング51,52と離間して配置されている。
The
シールド部材63としては、強磁性体からなるものを用いることができ、例えば、鉄やパーマロイ等の軟磁性体からなるものを用いることができる。本実施の形態では、鉄からなるシールド部材63を用いた。
As the
ここでは、シールド部材63を角筒状に形成したが、シールド部材63の形状はこれに限定されず、例えば円筒状に形成されていてもよい。シールド部材63は、例えばアルミニウムやオーステナイト系ステンレス等の非磁性金属もしくは硬質樹脂等の非磁性体からなる硬質樹脂等の非磁性体からなる支持部材(不図示)により、集磁リング51,52に支持され固定されている。
Here, the
本実施の形態では、シールド部材63は、第1磁気検出素子61よりも径方向外方に突出しないように設けられている。これは、本発明者らが検討したところ、シールド部材63を第1磁気検出素子61よりも径方向外方に突出するように設けると、シールド部材63による外部磁界ノイズの抑制効果が小さくなってしまうことを見出したためである。
In the present embodiment, the
一例として、軸方向における外径を7mm、内径を5mmとし、軸方向と垂直方向(接線方向)における外径を8mm、内径を6mmとした鉄製の角筒状のシールド部材63を用い、シールド部材63の環状部511,521側の端面である基端面と回転軸線Oとの距離(以下、端面距離という)Dを19.4mmとした場合において、シールド部材63の径方向に沿った長さ(以下、単にシールド部材63の長さという)Lsを変化させたときの外部磁界ノイズの影響のシミュレーション結果を図4に示す。図4における縦軸は、外部磁界ノイズの影響(ここでは主にリング磁石31による影響)により第1磁気検出素子61で検出される磁束密度を表し、横軸はリング磁石31の回転角度(リング角度)を表している。
As an example, a
なお、端面距離Dを19.4mmとした場合におけるシールド部材63の基端面と環状部511,521の径方向に沿った距離dは1.5mmである。また、対向部513,523および第1磁気検出素子61の環状部511,521からの突出長(径方向に沿った長さ)は2mmであり、シールド部材63の長さLsが2.5mmより大きいと、シールド部材63が第1磁気検出素子61よりも径方向外方に突出していることを表している。
When the end face distance D is 19.4 mm, the distance d along the radial direction of the base end face of the
また、外部磁界の影響により第1磁気検出素子61で検出される磁束密度をリラクタ角度に換算した角度誤差と、シールド部材63の長さLsとの関係を図5に示す。なお、図4および図5では、シールド部材63を設けない場合(シールド無し)のシミュレーション結果も併せて示している。
Further, FIG. 5 shows a relationship between an angle error obtained by converting the magnetic flux density detected by the first
図4および図5に示すように、シールド部材63の長さLsを長くするほど、外部磁界ノイズの影響(ここではリング磁石31による影響)が大きくなり、角度誤差も大きくなっていることが分かる。また、図4および図5より、シールド部材63の長さLsを2.5mm以下とし、シールド部材63が第1磁気検出素子61よりも径方向外方に突出しないようにすることで、外部磁界ノイズの影響が大きく抑制され、角度誤差も小さくなっていることが分かる。なお、シールド部材63を設けない場合については、シールド部材63を設けた場合と比較して外部磁界ノイズの影響が大きく、角度誤差も大きくなっている
As shown in FIGS. 4 and 5, it can be seen that as the length Ls of the
シールド部材63の長さLsを8mmおよび0.5mmとしたそれぞれの場合において、磁束解析によって得た磁束の向きを模式的に図6および図7に示す。
In each case in which the length Ls of the
図6に示すように、シールド部材63の長さLsを8mmとして、シールド部材63を第1磁気検出素子61よりも径方向外方に突出させた場合、リング磁石31からの磁束はシールド部材63の外側に集まり、シールド部材63の内側(中空部)へと放出されている。このうち、第1磁気検出素子61よりも径方向外方に突出した部分のシールド部材63からシールド部材63の内側へと放出された磁束が、第1磁気検出素子61へと向かっており、これにより第1磁気検出素子61で検出される磁束密度、すなわち外部磁界ノイズの影響により検出される磁束密度が大きくなっていると考えられる。
As shown in FIG. 6, when the
これに対して、図7に示すように、シールド部材63の長さLsを0.5mmと短くして、シールド部材63を第1磁気検出素子61よりも径方向外方に突出させないようにした場合、シールド部材63からシールド部材63の内側へと放出され第1磁気検出素子61へと向かう磁束が低減され、外部磁界ノイズの影響が抑制されている。
On the other hand, as shown in FIG. 7, the length Ls of the
このように、シールド部材63を第1磁気検出素子61よりも径方向外方に突出しないように設けることで、外部磁界ノイズの影響が抑制し、精度よくトルク測定を行うことが可能である。
Thus, by providing the
さらに、シールド部材63の長さLsを短くし、径方向において、第1磁気検出素子61と両対向部513,523の一部のみを覆うようにシールド部材63を設けることで、外部磁界ノイズの影響をより抑制することが可能である。換言すれば、シールド部材63の長さLsを、第1磁気検出素子61と両対向部513,523の径方向の長さよりも短くし、第1磁気検出素子61と両対向部513,523の一部がシールド部材63から露出(突出)した構成とすることで、第1磁気検出素子61と両対向部513,523の全体をシールド部材63で覆った場合と比較して、外部磁界ノイズの影響をより抑制することが可能になる。
Furthermore, by shortening the length Ls of the
また、第1磁気検出素子61と両対向部513,523とが、シールド部材63よりも径方向外方に突出するように構成することで、シールド部材63からシールド部材63の内側へと放出され第1磁気検出素子61へと向かう磁束を低減でき、外部磁界ノイズの影響をより抑制することが可能である。
In addition, the first
次に、端面距離Dを18.4mm(d=0.5mm)、18.9mm(d=1.0mm)、19.4mm(d=1.5mm)、19.9mm(d=1.5mm)としたそれぞれの場合について、シールド部材63の長さLsを変化させたときの外部磁界ノイズの影響により第1磁気検出素子61で検出される磁束密度の振幅をシミュレーションにより求めた。シミュレーション結果を図8にまとめて示す。
Next, the end face distance D is 18.4 mm (d = 0.5 mm), 18.9 mm (d = 1.0 mm), 19.4 mm (d = 1.5 mm), 19.9 mm (d = 1.5 mm) For each case, the amplitude of the magnetic flux density detected by the first
図8に示すように、端面距離Dを18.4mmとした場合には、シールド部材63の長さLsを0.9mmとしたときに外部磁界ノイズの影響が最少となる。同様に、端面距離Dを18.9mmとした場合にはLs=0.6mm、端面距離Dを19.4mmとした場合にはLs=0.4mm、端面距離Dを19.9mmとした場合にはLs=0.3mmとすることで、外部磁界ノイズの影響を最少とすることができる。
As shown in FIG. 8, when the end face distance D is 18.4 mm, the influence of external magnetic field noise is minimized when the length Ls of the
図8のシミュレーション結果より、端面距離Dを大きくするほど(シールド部材63を環状部511,521から離して配置するほど)シールド部材63の長さLsを短くすることで、外部磁界ノイズの影響をより抑制可能となることが分かる。すなわち、端面距離D(あるいはシールド部材63の基端と環状部511,521との径方向に沿った距離d)に応じて、シールド部材63の長さLsを適宜選択することで、外部磁界ノイズの影響を最少とすることが可能になる。
According to the simulation result of FIG. 8, the influence of external magnetic field noise can be obtained by shortening the length Ls of the
シールド部材63の長さLsが短すぎると、シールド部材63を精度良く製造することが困難となるため、シールド部材63の長さLsは0.5mm以上とすることが望ましい。そのため、端面距離Dについては、シールド部材63の長さLsが0.5mm以上で外部磁界ノイズの影響を最少となる18.9mm以下(d≦1mm)とすることがより望ましいといえる。
If the length Ls of the
(実施の形態の作用及び効果)
以上説明したように、本実施の形態に係るトルク操舵角センサ2では、強磁性体から構成されると共に、環状部511,521の径方向に開口を有する筒状に形成され、第1磁気検出素子61と両対向部513,523とを覆うように集磁リング51,52と離間して配置されるシールド部材63を備え、シールド部材63は、第1磁気検出素子61よりも径方向外方に突出しないように設けられている。(Operation and effect of the embodiment)
As described above, the torque
シールド部材63を備えることで、リング磁石31や外部機器等の磁束発生源から発生する磁束が第1磁気検出素子61に影響を及ぼしてしまうことを抑制できる。また、シールド部材63を第1磁気検出素子61よりも径方向外方に突出しないように設けることで、シールド部材63から放出された磁束が第1磁気検出素子61を通過してしまうことを抑制できる。その結果、外部磁界ノイズの影響を抑制し、精度よくトルクを測定することが可能になる。
By providing the
また、本実施の形態では、トルク検出部2aに加えて操舵角検出部2bを備えたトルク操舵角センサ2を構成しているため、シールド部材63を備えることで、操舵角検出部2bを構成するスライド磁石32等の部材がトルク測定に悪影響を及ぼすことも抑制可能である。
Further, in the present embodiment, since the torque
本実施の形態によれば、シールド部材63の長さLsとシールド部材63を搭載する位置(端面距離D)を調整するのみで、外部磁界ノイズの影響を抑制可能であり、簡単な構造で高精度なトルク測定を実現できる。
According to the present embodiment, the influence of the external magnetic field noise can be suppressed only by adjusting the length Ls of the
(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。(Summary of the embodiment)
Next, technical ideas to be understood from the embodiments described above will be described by using the reference numerals and the like in the embodiments. However, each reference numeral or the like in the following description does not limit the constituent elements in the claims to the members or the like specifically shown in the embodiments.
[1]トーションバーによって連結された第1回転部材(111)と第2回転部材(112)の連結部に配置されたトルクセンサ(2)であって、前記第1回転部材(111)及び前記第2回転部材(112)の回転軸線を中心とした周方向に沿って極性の異なる複数の磁極(311,312)が形成され、前記第1回転部材(111)と共に回転する環状のリング磁石(31)と、前記トーションバーの捩じれに応じて前記磁極(311,312)との位置関係が変化し伝達する磁束が変化するように構成された複数の磁路形成部材(41,42)と、前記複数の磁路形成部材(41,42)の磁束を集める一対の集磁リング(51,52)と、前記一対の集磁リング(51,52)の間の磁界の強度を検出可能なトルク検出用磁気検出素子(61)と、を備え、前記一対の集磁リング(51,52)は、前記リング磁石(31)と同軸上に配置された環状部(511.521)と、前記環状部(511,521)の周方向における同じ位置から径方向外方に突出し、軸方向に対向するように設けられた対向部(513,523)と、をそれぞれ有し、前記トルク検出用磁気検出素子(61)は、前記両対向部(513,523)の間に配置されており、強磁性体から構成されると共に、前記環状部(511,521)の径方向に開口を有する筒状に形成され、前記トルク検出用磁気検出素子(61)と前記両対向部(513,523)とを覆うように前記集磁リング(51,52)と離間して配置されるシールド部材(63)を備え、前記シールド部材(63)は、前記トルク検出用磁気検出素子(61)よりも径方向外方に突出しないように設けられている、トルクセンサ(2)。 [1] A torque sensor (2) disposed in a connecting portion between a first rotating member (111) and a second rotating member (112) connected by a torsion bar, the first rotating member (111) and the A plurality of magnetic poles (311 and 312) having different polarities are formed along a circumferential direction around the rotation axis of the second rotating member (112), and an annular ring magnet that rotates together with the first rotating member (111) ( 31) and a plurality of magnetic path forming members (41, 42) configured such that the positional relationship between the magnetic poles (311, 312) changes and the transmitted magnetic flux changes according to the torsion of the torsion bar; Torque capable of detecting strength of magnetic field between a pair of magnetic flux collecting rings (51, 52) for collecting magnetic flux of the plurality of magnetic path forming members (41, 42) and the pair of magnetic flux collecting rings (51, 52) Magnetic sensing element for detection (61), and the pair of magnetic flux collecting rings (51, 52) are formed into an annular portion (511.521) coaxially disposed with the ring magnet (31), and the annular portion (511, 521). And the opposing portions (513, 523) provided radially outward from the same position in the circumferential direction and facing in the axial direction, and the torque detection magnetic detection element (61) The torque is disposed between the two opposing portions (513, 523), is formed of a ferromagnetic material, and is formed in a tubular shape having an opening in the radial direction of the annular portion (511, 521), and the torque A shield member (63) disposed apart from the magnetism collecting ring (51, 52) so as to cover the detection magnetic detection element (61) and the opposing portions (513, 523); (63) is the torque Than that of the magnetic detecting element for output (61) is provided so as not to protrude radially outward, the torque sensor (2).
[2]前記シールド部材(63)は、前記径方向において、前記トルク検出用磁気検出素子(61)と前記両対向部(513,523)の一部のみを覆うように構成されている、[1]に記載のトルクセンサ(2)。 [2] The shield member (63) is configured to cover only a part of the torque detection magnetic detection element (61) and the both facing portions (513, 523) in the radial direction. The torque sensor (2) as described in 1].
[3]前記トルク検出用磁気検出素子(61)と前記両対向部(513,523)とが、前記シールド部材(63)よりも径方向外方に突出するように構成されている、[2]に記載のトルクセンサ(2)。 [3] The torque detection magnetic detection element (61) and the both facing portions (513, 523) are configured to project radially outward from the shield member (63), [2 ] The torque sensor (2) described in the above.
[4]前記第1回転部材(111)の回転によって回転しない非回転部材に前記リング磁石(31)の外周面に対向して配置され、前記リング磁石(31)の径方向、前記回転軸線と平行な軸方向、および前記径方向と前記軸方向に垂直な接線方向の3方向における磁界の強度を検出可能な第2磁気検出素子(62)と、前記第2磁気検出素子(62)と前記軸方向に対向して配置されるスライド磁石(32)と、前記第1回転部材(111)の回転に伴って前記スライド磁石(32)を前記軸方向に移動させるスライド機構(7)と、をさらに備えた、[1]乃至[3]の何れか1項に記載のトルクセンサ(2)。 [4] The non-rotation member which is not rotated by the rotation of the first rotation member (111) is disposed to face the outer peripheral surface of the ring magnet (31), and the radial direction of the ring magnet (31) and the rotation axis A second magnetic detection element (62) capable of detecting the strength of a magnetic field in parallel axial directions and three directions of tangential directions perpendicular to the radial direction and the axial direction, the second magnetic detection element (62), and A slide magnet (32) arranged to face in the axial direction, and a slide mechanism (7) for moving the slide magnet (32) in the axial direction with the rotation of the first rotating member (111) The torque sensor (2) according to any one of [1] to [3], further comprising:
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。 While the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments described above do not limit the invention according to the claims. In addition, it should be noted that not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means for solving the problems of the invention.
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。 The present invention can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施の形態では、トルク検出部2aと操舵角検出部2bとを備えたトルク操舵角センサ2について説明したが、操舵角検出部2bを省略しトルク測定のみが可能に構成されていてもよい。
For example, although the torque
111…第1回転部材
112…第2回転部材
2…トルク操舵角センサ(トルクセンサ)
31…リング磁石
311…N極(磁極)
312…S極(磁極)
41…第1磁気ヨーク(磁路形成部材)
42…第2磁気ヨーク(磁路形成部材)
51…第1集磁リング(集磁リング)
52…第2集磁リング(集磁リング)
511,521…環状部
513,523…対向部
61…第1磁気検出素子(トルク検出用磁気検出素子)
63…シールド部材111 ... first rotating
31 ...
312 ... S pole (magnetic pole)
41 First magnetic yoke (magnetic path forming member)
42 Second magnetic yoke (magnetic path forming member)
51 ... 1st magnetic flux collecting ring (magnetic flux collecting ring)
52: Second magnetic flux collecting ring (magnetic flux collecting ring)
511, 521 ...
63 ... Shield member
Claims (3)
前記第1回転部材及び前記第2回転部材の回転軸線を中心とした周方向に沿って極性の異なる複数の磁極が形成され、前記第1回転部材と共に回転する環状のリング磁石と、
前記トーションバーの捩じれに応じて前記磁極との位置関係が変化し伝達する磁束が変化するように構成された複数の磁路形成部材と、
前記複数の磁路形成部材の磁束を集める一対の集磁リングと、
前記一対の集磁リングの間の磁界の強度を検出可能なトルク検出用磁気検出素子と、
前記第1回転部材の回転によって回転しない非回転部材に前記リング磁石の外周面に対向して配置され、前記リング磁石の径方向、前記回転軸線と平行な軸方向、および前記径方向と前記軸方向に垂直な接線方向の3方向における磁界の強度を検出可能な第2磁気検出素子と、
前記第2磁気検出素子と前記軸方向に対向して配置されるスライド磁石と、
前記第1回転部材の回転に伴って前記スライド磁石を前記軸方向に移動させるスライド機構と、
を備え、
前記一対の集磁リングは、前記リング磁石と同軸上に配置された環状部と、前記環状部の周方向における同じ位置から径方向外方に突出し、軸方向に対向するように設けられた対向部と、をそれぞれ有し、
前記トルク検出用磁気検出素子は、前記両対向部の間に配置されており、
強磁性体から構成されると共に、前記環状部の径方向に開口を有する筒状に形成され、前記トルク検出用磁気検出素子と前記両対向部とを覆うように前記集磁リングと離間して配置されるシールド部材を備え、
前記シールド部材は、前記トルク検出用磁気検出素子よりも径方向外方に突出しないように設けられている、
トルクセンサ。 A torque sensor disposed at a connecting portion of a first rotating member and a second rotating member connected by a torsion bar, the torque sensor comprising:
A plurality of magnetic poles having different polarities along a circumferential direction around a rotation axis of the first rotating member and the second rotating member, and an annular ring magnet that rotates together with the first rotating member;
A plurality of magnetic path forming members configured such that the positional relationship with the magnetic pole changes and the transmitted magnetic flux changes according to the torsion of the torsion bar;
A pair of magnetic flux collecting rings for collecting magnetic fluxes of the plurality of magnetic path forming members;
A magnetic detection element for detecting torque capable of detecting the strength of a magnetic field between the pair of magnet collection rings;
A non-rotating member that is not rotated by the rotation of the first rotating member is disposed to face the outer peripheral surface of the ring magnet, and the radial direction of the ring magnet, the axial direction parallel to the rotational axis, and the radial direction and the shaft A second magnetic detection element capable of detecting the strength of the magnetic field in three tangential directions perpendicular to the first direction;
A slide magnet disposed opposite to the second magnetic detection element in the axial direction;
A slide mechanism for moving the slide magnet in the axial direction according to the rotation of the first rotation member;
Equipped with
The pair of magnetism collecting rings includes an annular portion arranged coaxially with the ring magnet, and an opposing portion provided so as to protrude radially outward from the same position in the circumferential direction of the annular portion and to face the axial direction. Have a department, and
The torque detection magnetic detection element is disposed between the two facing parts,
It is made of a ferromagnetic material, is formed in a cylindrical shape having an opening in the radial direction of the annular portion, and is separated from the magnetism collecting ring so as to cover the torque detection magnetic detection element and the opposing portions. With a shield member placed,
The shield member is provided so as not to project radially outward more than the torque detection magnetic detection element.
Torque sensor.
請求項1に記載のトルクセンサ。 The shield member is configured to cover only a part of the torque detection magnetic detection element and the two opposing portions in the radial direction.
The torque sensor according to claim 1.
請求項2に記載のトルクセンサ。 The torque detection magnetic detection element and the both facing portions are configured to protrude radially outward from the shield member.
The torque sensor according to claim 2.
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