JP6762537B2 - Redundant distortion sensor - Google Patents
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Description
本発明は、冗長系歪みセンサに関し、特に、軸に互いに離間して設けられた一対のステータコアを各々二重冗長系とし、各ステータに形成した複数の磁極の各両側に磁束バイパス用ティースを設け、励磁された磁束をスロット内で完結させるための新規な改良に関する。 The present invention relates to a redundant system distortion sensor, in particular, a pair of stator cores provided apart from each other on a shaft are each a double redundant system, and magnetic flux bypass teeth are provided on both sides of a plurality of magnetic poles formed in each stator. On new improvements to complete the excited magnetic flux in the slot.
従来、用いられていたこの種の冗長型歪みセンサ(例えば、電子制御型パワーステアリングに使用)としては、例えば、特許文献1の構成を図5に挙げることができる。
すなわち、図5は、一般の自動車に用いられている特許文献1の図1に示されている電動パワーステアリング装置の概要を示す斜視図であり、一対の前輪10を有するラック軸8の一方側に形成されたラック部8aには、ホイールギヤ13のピニオン7が噛合されている。また、前記ホイールギヤ13は、モータ11のウォームギヤ12によって駆動され、前記ホイールギヤ13を介して前記各前輪10の操舵を行うことができるように構成されている。
As a redundant distortion sensor of this type (for example, used for electronically controlled power steering) that has been conventionally used, for example, the configuration of Patent Document 1 can be listed in FIG.
That is, FIG. 5 is a perspective view showing an outline of the electric power steering device shown in FIG. 1 of Patent Document 1 used in a general automobile, and is one side of a rack shaft 8 having a pair of front wheels 10. The pinion 7 of the wheel gear 13 is meshed with the rack portion 8a formed in the above. Further, the wheel gear 13 is driven by a worm gear 12 of the
前記ホイールギヤ13の上流側には、第1磁歪膜31、第2磁歪膜32、第1、第2検出コイル33,34、第3、第4検出コイル35,36とからなる磁歪式トルクセンサ30及びステアリングシャフト1を介してハンドル2が接続されている。
また、前記電動パワーステアリング100の種々の制御を行うための制御部(一般にECUと云う)は、前記磁歪式トルクセンサ30に信号線40を介して接続されている。
On the upstream side of the wheel gear 13, a magnetostrictive torque sensor including a first magnetostrictive film 31, a second
Further, a control unit (generally referred to as an ECU) for performing various controls of the electric power steering 100 is connected to the magnetostrictive torque sensor 30 via a signal line 40.
前述の図5の構成でハンドル2を回転させると、前記磁歪式トルクセンサ30、モータ11、ホイールギヤ13、ピニオン7及びラック軸8を介して各前輪10が操舵を行うことができる。
また、前記制御部50では、前記磁歪式トルクセンサ30及びモータ11との情報の相互通信によって、ハンドルの回転数、角度、磁歪式トルクセンサの歪の状態、故障の有無、ハンドル2の左右回転の限界状態の検出等を行うことができるように構成されている。
When the handle 2 is rotated with the configuration of FIG. 5 described above, each front wheel 10 can be steered via the magnetostrictive torque sensor 30, the
Further, in the
また、図6は図5に示された従来構成とは別の従来構成の磁歪式トルクセンサについて述べる。
図6において符号60,61で示されるものは、冗長系歪みセンサ500を構成するための第1、第2ステータコアであり、前記各ステータコア60,61は図示しない軸に対して互いに離間した状態で設けられている。
すなわち、前記第1、第2ステータコア60,61には、その内面60a,61aから軸中心Pに向けて突出する4個の磁極63,64,65,66が形成されている。
前記各磁極63〜65には、励磁コイル70と検出コイル71の組で構成され、前記第1、第2磁極63,64によって第1系統検出部80が構成され、前記第3、第4磁極64によって第2系統検出部81が構成され。前記各系統検出部80,81によって二重冗長系が構成されている。
Further, FIG. 6 describes a magnetostrictive torque sensor having a conventional configuration different from the conventional configuration shown in FIG.
That is, the first and
Each of the
従来の電動パワーステアリングに設けられている冗長系歪みセンサは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、一般には、上下の異方性部位に各1個用いて最小2個となるが、検出感度及び精度の問題から上下各2個の計4個が必要となる。
Since the redundant distortion sensor provided in the conventional electric power steering is configured as described above, the following problems exist.
That is, in general, one is used for each of the upper and lower anisotropic parts to be a minimum of two, but due to problems of detection sensitivity and accuracy, a total of four are required, two for each of the upper and lower parts.
さらに、故障等の保障のため、二重冗長性を持たせる必要があるが、そのためには、倍の8個の検出コイルを同軸上に配置することになるが、8個の各検出コイルが発生させる磁束方向と軸方向が同方向になるため、軸(いわゆるトーションバー)を貫通する方向の磁気ノイズにより歪み検出精度が悪化することになっていた。 Furthermore, in order to guarantee failures, etc., it is necessary to have double redundancy. For that purpose, eight detection coils, which are doubled, are arranged coaxially, but each of the eight detection coils Since the magnetic flux direction to be generated and the axial direction are the same, the distortion detection accuracy is deteriorated due to the magnetic noise in the direction penetrating the shaft (so-called torsion bar).
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、軸に互いに離間して設けられた一対のステータコアを各々二重冗長系とし、各ステータに形成した複数の磁極の各両側に磁束バイパス用ティースを設け、励磁された磁束をスロット内で完結されるようにした冗長系歪みセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems. In particular, a pair of stator cores provided apart from each other on the shaft are made into a double redundant system, and a plurality of magnetic fluxes formed on each stator It is an object of the present invention to provide a redundant strain sensor in which magnetic flux bypass teeth are provided on both sides so that the excited magnetic flux is completed in a slot.
本発明による冗長系歪みセンサは、軸の外周に形成された異方性付与部と、前記異方性付与部の外周に軸方向に沿って互いに離間して設けられた第1ステータコア及び第2ステータコアと、前記第1、第2ステータコアの内側に突出して形成され、各々、励磁コイルと検出コイルを有する第1、第2、第3、第4磁極と、前記第1、第2磁極からなる第1系統検出部と前記第3、第4磁極からなる第2系統検出部とにより、前記第1、第2ステータコアに各々形成された二重冗長系と、からなる冗長系歪みセンサにおいて、前記各磁極の平面でみて両側に曲折して内方へ突出し前記第1ステータコア又は第2ステータコアと一体に形成された磁束バイパス用ティースを有する構成であり、また、一対の前記磁束バイパス用ティースと何れかの前記磁極の1個とは、前記第1又は第2ステータコアと一体に形成され、かつ、前記第1又は第2ステータコアの一部を含め平面でみて数字の3の字型に形成されている構成である。 The redundant strain sensor according to the present invention includes an anisotropy imparting portion formed on the outer periphery of the shaft, and a first stator core and a second stator core provided on the outer periphery of the anisotropy imparting portion so as to be separated from each other along the axial direction. It consists of a stator core, first, second, third, and fourth magnetic poles that are formed so as to project inside the first and second stator cores and have an exciting coil and a detection coil, respectively, and the first and second magnetic poles. In the redundant system distortion sensor composed of the double redundant system formed on the first and second stator cores by the first system detection unit and the second system detection unit composed of the third and fourth magnetic poles, respectively. It has a configuration having magnetic flux bypass teeth formed integrally with the first stator core or the second stator core by bending both sides in the plane of each magnetic pole and projecting inward, and any of the pair of magnetic flux bypass teeth. One of the magnetic poles is formed integrally with the first or second stator core, and is formed in the shape of a number 3 when viewed in a plane including a part of the first or second stator core. It is a configuration that has.
本発明による冗長系歪みセンサは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、軸の外周に形成された異方性付与部と、前記異方性付与部の外周に軸方向に沿って互いに離間して設けられた第1ステータコア及び第2ステータコアと、前記第1、第2ステータコアの内側に突出して形成され、各々、励磁コイルと検出コイルを有する第1、第2、第3、第4磁極と、前記第1、第2磁極からなる第1系統検出部と前記第3、第4磁極からなる第2系統検出部とにより、前記第1、第2ステータコアに各々形成された二重冗長系と、からなる冗長系歪みセンサにおいて、前記各磁極の平面でみて両側に曲折して内方へ突出し前記第1ステータコア又は第2ステータコアと一体に形成された磁束バイパス用ティースを有する構成としたことにより、それぞれ励磁コイル、検出コイルとし、軸の逆磁歪特性により変化する励磁コイルからの磁束により誘起された出力コイルからの電圧よりトルクを算出する。
この際、巻線を施したティースの両側に磁束バイパス用のティースを配置することにより、励磁された磁束をスロット内で完結させることができ、隣合うスロットからの影響を排除することができる。このことにより励磁干渉の影響を勘案せずに冗長用の2系統の構成を1つのコア内に配することができる。
また、一対の前記磁束バイパス用ティースと何れかの前記磁極の1個とは、前記第1又は第2ステータコアと一体に形成され、かつ、前記第1又は第2ステータコアの一部を含め平面でみて数字の3の字型に形成されている構成としたことにより、一対の磁束バイパス用ティースによって各磁極が覆われたような状態となり、励磁時の励磁干渉の影響を防止することができる。
Since the redundant strain sensor according to the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
That is, the anisotropy imparting portion formed on the outer periphery of the shaft, the first stator core and the second stator core provided on the outer periphery of the anisotropy imparting portion apart from each other along the axial direction, and the first, The first, second, third, and fourth magnetic poles formed so as to project inside the second stator core and having an exciting coil and a detection coil, respectively, and a first system detection unit composed of the first and second magnetic poles and the said In a redundant system distortion sensor composed of a double redundant system formed on each of the first and second stator cores by a second system detection unit composed of the third and fourth magnetic poles, both sides of the magnetic flux are viewed on both sides. By having a configuration having a magnetic flux bypass tooth formed integrally with the first stator core or the second stator core, which is bent inward and protrudes inward, it is used as an exciting coil and a detection coil, respectively, and changes depending on the inverse magnetostrictive characteristics of the shaft. The torque is calculated from the voltage from the output coil induced by the magnetic flux from the exciting coil.
At this time, by arranging the magnetic flux bypass teeth on both sides of the wound teeth, the excited magnetic flux can be completed in the slot, and the influence from the adjacent slots can be eliminated. As a result, it is possible to arrange the configuration of two systems for redundancy in one core without considering the influence of excitation interference.
Further, the pair of the magnetic flux bypass teeth and one of the magnetic poles are formed integrally with the first or second stator core, and are flat including a part of the first or second stator core. By adopting the configuration formed in the shape of the number 3 as seen, each magnetic pole is covered with a pair of magnetic flux bypass teeth, and the influence of excitation interference at the time of excitation can be prevented.
本発明による冗長系歪みセンサは、軸に設けた一対のステータコアに形成された各磁極の両側に磁束バイパス用ティースを設け、各磁束バイパス用ティースにより、励磁されて発生した磁束を各スロット内で完結させることができるため、互いに隣り合うスロットからの磁束の影響を排除することができることである。 In the redundant strain sensor according to the present invention, magnetic flux bypass teeth are provided on both sides of each magnetic pole formed on a pair of stator cores provided on the shaft, and the magnetic flux generated by being excited by each magnetic flux bypass tooth is generated in each slot. Since it can be completed, the influence of magnetic fluxes from adjacent slots can be eliminated.
以下、図面と共に本発明による冗長系歪みセンサの好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を用いて説明する。
図1において、符号200で示されるものは、通称、トーションバーと呼称される軸であり、前述の電動のパワーステアリング装置の磁歪式トルクセンサに多く用いられている。
この種の磁歪式トルクセンサの前記軸200の外周には、磁気異方性を異にする例えば、メッキ、溝加工等からなる一対の第1、第2磁歪膜201,202が異方性付与部203として形成されていると共に、前記軸200は、点線が付与してあるが、第1、第2検出軸部204,205として一体に形成されている。
すなわち、前記軸200を用いる時は、点線部分を境としてCW及びCCWの逆方向となるようにねじりが入力する。
Hereinafter, preferred embodiments of the redundant strain sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The same or equivalent parts as those of the conventional example will be described using the same reference numerals.
In FIG. 1, what is indicated by reference numeral 200 is a shaft commonly called a torsion bar, which is often used in the magnetostrictive torque sensor of the above-mentioned electric power steering device.
A pair of first and second magnetostrictive films 201 and 202 having different magnetic anisotropy, for example, plating, grooving, etc., impart anisotropy to the outer periphery of the shaft 200 of this type of magnetostrictive torque sensor. The shaft 200 is formed as a portion 203, and the shaft 200 is integrally formed as the first and second detection shaft portions 204 and 205, although the dotted line is provided.
That is, when the shaft 200 is used, the twist is input so that the CW and CCW are in opposite directions with the dotted line portion as a boundary.
前記第1磁歪膜201の外周には、図2で示される第1ステータコア60が設けられ、前記軸200の軸方向の中央部の上側200aには、前記第1ステータコア60の第2、第4磁極64,66が断面でみて位置している。
前記軸200の軸方向の中央部の下側200bには、前記第2磁歪膜202が形成され、前記第2磁歪膜202の外周には、図2で示される第2ステータコア61が設けられている。
The
The second magnetostrictive film 202 is formed on the lower side 200b of the central portion of the shaft 200 in the axial direction, and the
前記第1、第2ステータコア60,61は全く同一形状を示し、前記第1、第2ステータコア60,61を重ねた状態で平面図として示した場合には、図2の平面図状態となり、前記各ステータコア60,61の外周部60a,61aは、ハウジング300の内壁の凹部60b,61bに各々嵌合して固定されている。
The first and
前記各ステータコア60,61の4個の第1、第2、第3及び第4磁極63,64,65及び66は、図1のように、前記軸200の第1、第2磁歪膜201,202に各々当接して設けられている。
前記第1ステータコア60の第1磁極63には、第1系統励磁コイル70が設けられていると共に、前記第1系統励磁コイル70には第1系統検出コイル71が隣接して設けられている。
前記第1ステータコア60の第2磁極64には、第1系統励磁コイル70が設けられていると共に、前記第1系統励磁コイル70の内側には第1系統検出コイル71が設けられている。
As shown in FIG. 1, the four first, second, third and fourth
The first
A first system
前記第1、第2磁極63,64によって第1系統検出部80が構成されており、前記第1、第2磁極63,64の両側には、前記第1ステータコア60と一体で内側に突出する曲線又は弧状の磁束バイパス用ティース90が形成されている。このことにより、励磁されて発生した磁束は、当該スロット91a〜91b内で完結し、隣接された磁極63〜66に影響を及ぼすことのない(いわゆるクロストークの防止)ように各々構成されている。
The first system detection unit 80 is composed of the first and second
前記第1ステータコア60の第3磁極65には、第2系統励磁コイル70aが設けられていると共に、前記第2系統励磁コイル70aの内側には第2系統検出コイル71aが隣接して設けられている。
前記第1ステータコア60の第4磁極66には、第2系統励磁コイル70aが設けられていると共に、前記第2系統励磁コイル70aには第2系統検出コイル71aが隣接して内側に設けられている。
A second system exciting coil 70a is provided on the third
A second system exciting coil 70a is provided on the fourth
前記第3、第4磁極65,66によって第2系統検出部81が構成されており、前記第3、第4磁極65,66の両側には、前記第2ステータコア61と一体で内側に突出する曲線又は弧状の磁束バイパス用ティース90が形成されていることにより、励磁されて発生した磁束は各スロット91a〜91d内で完結し、隣接されたスロット91a〜91dの影響を排することができるように構成されている。
また、前記各磁束バイパス用ティース90は、前記各磁極63,64,65,66と前記第1、第2ステータコア60又は61の一部1Aを用いて平面としてみると、数字の3の字型に形成され、励磁された磁束をスロット91a〜91d及び92a〜92d内で完結させることができ、隣りスロット91a〜91d及び92a〜92dにおける影響を防止することができるように構成されている。
The second system detection unit 81 is composed of the third and fourth
Further, each magnetic
また、前述の第1ステータコア60に対して図3の第2ステータコア61は、前記第1ステータコア60の形状及び構成と全く同一に構成されているため、図2と同一部分には同一符号を付し、図2と同一部分でも符号を変更した方が説明が分かりやすい部分には符号のみ図2とは変更して説明している。
すなわち、第3、第4系統励磁コイル70A,70aA、第3、第4系統検出コイル71A,71aA、第1〜第4スロット91a〜94aを図2と同一部分でありながら、符号のみ変更している。
尚、図3の各構成は、図2の構成と同一で符号のみ変更されているため、その説明は、図2の説明を援用する。すなわち、本発明の特徴とする構成は、磁束バイパス用ティース90を設けて隣り合うスロットからの影響を防止することである。
Further, since the
That is, the third and fourth system exciting coils 70A and 70aA, the third and fourth system detection coils 71A and 71aA, and the first to fourth slots 91a to 94a are the same parts as those in FIG. 2, but only the reference numerals are changed. There is.
Since each configuration of FIG. 3 is the same as the configuration of FIG. 2 and only the reference numerals are changed, the description of FIG. 2 is incorporated. That is, the feature of the present invention is to provide the magnetic
また、本発明による冗長系歪みセンサについてさらに説明する。
前記第1ステータコア60は、軸200の上側200aに設けられ、前記第2ステータコア61は、軸200の下側200bに設けられ、第1ステータコア60には、各々独立した第1系統検出部80及び第2系統検出部81が構成されて二重冗長系が構成されている。
また、前記第2ステータコア61は、軸200の下側200bに設けられ、第2ステータコア61には各々独立した第1系統検出部80、及び第2系統検出部81が構成されている。
従って、図1の構成の冗長系歪みセンサ500を、図5の電動パワーステアリング装置に装着すると、図4で示されるように、前記上側200aが反時計方向CCWにねじりを受けると、前記下側200bが逆に時計方向CWのねじりを受けることになり、その時の上側200aと下側200bの歪み状態は、図2と図3に示した第1、第2ステータコア60,61の冗長系の歪みセンサにより、上側200a及び200b共に、二重系の冗長系デジタル歪みの測定をインピーダンス、すなわち、電圧の変化に換算して電圧変化として行うことができる。
Further, the redundant strain sensor according to the present invention will be further described.
The
Further, the
Therefore, when the redundant strain sensor 500 having the configuration shown in FIG. 1 is attached to the electric power steering device shown in FIG. 5, when the upper side 200a is twisted in the counterclockwise direction CCW as shown in FIG. 4, the lower side is twisted. On the contrary, the 200b is twisted in the clockwise direction CW, and the distortion state of the upper 200a and the lower 200b at that time is the distortion of the redundant system of the first and
次に、本発明による冗長系歪みセンサの要旨とするところは、次の通りである。
すなわち、軸200の外周に形成された異方性付与部203と、前記異方性付与部203の外周に軸方向に沿って互いに離間して設けられた第1ステータコア60及び第2ステータコア61と、前記第1、第2ステータコア60,61の内側に突出して形成され、各々、励磁コイル70,70a,70A,70aAと検出コイル71,71a,71A,71aAを有する第1、第2、第3、第4磁極63〜66と、前記第1、第2磁極63,64からなる第1系統検出部80と前記第3、第4磁極65,66からなる第2系統検出部81とにより、前記第1、第2ステータコア60,61に各々形成された二重冗長系150と、からなる冗長系歪みセンサにおいて、前記各磁極63〜66の平面でみて両側に曲折して内方へ突出し前記第1ステータコア60又は第2ステータコア61と一体に形成された磁束バイパス用ティース90を有する構成であり、また、一対の前記磁束バイパス用ティース90と何れかの前記磁極63〜66の1個とは、前記第1又は第2ステータコア60,61と一体に形成され、かつ、前記第1又は第2ステータコア60,61の一部(1A)を含め平面でみて数字の3の字型に形成されている構成である。
Next, the gist of the redundant strain sensor according to the present invention is as follows.
That is, the anisotropy imparting portion 203 formed on the outer periphery of the shaft 200, and the
本発明による冗長系歪みセンサは、軸の異方性付与部に2段状に一対のステータコアを設け、各ステータコアの磁極の両側に曲折又は弧状の一対の磁束バイパス用ティースを設けているため、隣りのスロットからの影響を排除することができ、1個のコア内に冗長系の2系統の構成を得ることができる。 In the redundant strain sensor according to the present invention, a pair of stator cores are provided in a two-stage shape at the anisotropy imparting portion of the shaft, and a pair of bent or arc-shaped magnetic flux bypass teeth are provided on both sides of the magnetic poles of each stator core. The influence from the adjacent slot can be eliminated, and the configuration of two redundant systems can be obtained in one core.
1A 一部
60 第1ステータコア
60a 外周部
60b,61b 凹部
61 第2ステータコア
61a 外周部
63 第1磁極
64 第2磁極
65 第3磁極
66 第4磁極
70 第1系統励磁コイル
70a 第2系統励磁コイル
70A 第3系統励磁コイル
70aA 第4系統励磁コイル
71 第2系統検出コイル
71a 第2系統検出コイル
71A 第3系統検出コイル
71aA 第4系統検出コイル
80 第1系統検出部
81 第2系統検出部
90 磁束バイパス用ティース
91a 第1スロット
91b 第2スロット
91c 第3スロット
91d 第4スロット
150 二重冗長系
200 軸
200a 上側
200b 下側
201 第1磁歪膜
202 第2磁歪膜
203 異方性付与部
205 第2検出軸部
204 第1検出軸部
300 ハウジング
500 冗長系歪みセンサ
Claims (2)
前記各磁極(63〜66)の平面でみて両側に曲折して内方へ突出し前記第1ステータコア(60)又は第2ステータコア(61)と一体に形成された磁束バイパス用ティース(90)を有する構成としたことを特徴とする冗長系歪みセンサ。 Anisotropy-imparting portion (203) formed on the outer periphery of the shaft (200) and a first stator core (60) provided on the outer periphery of the anisotropy-imparting portion (203) apart from each other along the axial direction. And the second stator core (61) and the first and second stator cores (60,61) are formed so as to project inside, and the exciting coil (70,70a, 70A, 70aA) and the detection coil (71,71a, respectively) are formed. The first system detection unit (80) and the first system detection unit (80) composed of the first, second, third, and fourth magnetic poles (63 to 66) having 71A, 71aA) and the first and second magnetic poles (63, 64). From the double redundant system (150) formed on the first and second stator cores (60,61) by the second system detection unit (81) composed of the third and fourth magnetic poles (65,66). In the redundant distortion sensor
It has a magnetic flux bypass tooth (90) formed integrally with the first stator core (60) or the second stator core (61) by bending both sides in a plane of each of the magnetic poles (63 to 66) and projecting inward. A redundant distortion sensor characterized by having a configuration.
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