JP5372583B2 - Magnetostrictive torque sensor and electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサと、該磁歪式トルクセンサを具備した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 that detects torque based on a change in magnetic characteristics caused by magnetostriction, and an electric power steering apparatus that includes the magnetostrictive torque sensor.
非接触式トルクセンサとして、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサが知られている。磁歪式トルクセンサは、車両用ステアリング装置の操舵トルク検出用等に用いられている(特許文献1参照)。 As a non-contact type torque sensor, a magnetostrictive torque sensor that detects torque based on a change in magnetic characteristics caused by magnetostriction is known. A magnetostrictive torque sensor is used for detecting a steering torque of a vehicle steering device (see Patent Document 1).
この種の磁歪式トルクセンサは、磁気異方性を異にする2つの磁歪膜(第1磁歪膜及び第2磁歪膜)をシャフトに設けると共に、第1磁歪膜及び第2磁歪膜に対向してそれぞれ第1コイル及び第2コイルを配置して構成されている。そして、シャフトにトルク(よじれ)が加えられると、第1磁歪膜及び第2磁歪膜の透磁率が変化し、これに応じて第1コイル及び第2コイルの各インダクタンスが変化するため、第1コイル及び第2コイルのインピーダンスあるいは誘導電圧の変化としてトルクを検出することができる。 This type of magnetostrictive torque sensor is provided with two magnetostrictive films (first magnetostrictive film and second magnetostrictive film) having different magnetic anisotropies on a shaft and opposed to the first magnetostrictive film and the second magnetostrictive film. The first coil and the second coil are respectively arranged. When torque (twisting) is applied to the shaft, the magnetic permeability of the first magnetostrictive film and the second magnetostrictive film changes, and each inductance of the first coil and the second coil changes accordingly. Torque can be detected as a change in impedance or induced voltage of the coil and the second coil.
ところで、特許文献1に示す従来の磁歪式トルクセンサ200は、図7に示すように、端部にラック・ピニオンギヤ202のピニオンギヤ204を有する操舵軸206が一体的に設けられる。この操舵軸206は、第1軸受け208a〜第3軸受け208cによりハウジング210(第1ハウジング部210a、第2ハウジング部210b及び蓋部210c)に回転自在に支持される。第1ハウジング部210aは樹脂で構成され、第2ハウジング部210b及び蓋部210cはそれぞれアルミ合金で構成されている。第1ハウジング部210aの上部開口部には、シール部材212が設けられ、ハウジング210内の気密が保たれている。操舵軸206の軸方向中央部の外周面には、上述したように、第1磁歪膜214a及び第2磁歪膜214bが、めっき法(溶射法、スパッタ法や蒸着法、接着法等の製法でも良い)により設けられている。また、操舵軸206には、減速装置216のウォームホイール218が設けられ、モータ220の回転トルクがウォーム222及びウォームホイール218を介して操舵軸206に伝達されることで、例えば操舵軸206に連結されたステアリングホイールを回転するのに必要なトルクが軽減され、運転者の操舵トルク負担を軽減できるようになっている。
Incidentally, as shown in FIG. 7, the conventional
また、第1コイル224aと第2コイル224bがそれぞれ樹脂製のボビン226に収まって第1ハウジング部210a内に設けられ、これら第1コイル224a及び第2コイル224bの巻線の端末は、第1ハウジング部210aと一体化されたカプラ用コネクタ227のピン228に接続され、このコネクタ227を介して交流通電される。この交流通電により、操舵トルクに応じた第1磁歪膜214a及び第2磁歪膜214bの透磁率の変化がインピーダンス変化として検出され、インターフェイス部230の検出回路においてそれぞれ第1検出電圧VT1及び第2検出電圧VT2に変換され、さらに、インターフェイス部230のA/D変換器においてデジタルの第1検出データDT1、第2検出データDT2に変換されて出力される。
In addition, the
これらの透磁率の変化、すなわち、第1検出データDT1、第2検出データDT2は、インターフェイス部230を介して演算部232に取り込まれ、例えば下式に基づいて、図8の出力特性を有するデジタルデータ(トルク検出データDT3)を得ることができる。
DT3=k・(DT1−DT2)+Da
(kは比例定数)
These changes in magnetic permeability, that is, the first detection data DT1 and the second detection data DT2 are taken into the
DT3 = k. (DT1-DT2) + Da
(K is a proportional constant)
得られたトルク検出データDT3に基づいて、モータ220の制御が実施される。
Control of the
しかしながら、従来の磁歪式トルクセンサ200は、図9に示すように、第1コイル224aの回りを取り巻く交番磁束(第1コイル224aの磁束Φ1)と、第2コイル224bの回りを取り巻く交番磁束(第2コイル224bの磁束Φ2)のそれぞれの経路の長さが異なり(対称ではない)、第1コイル224aと第2コイル224bに検出される出力が異なる。これにより、第1検出データDT1の大きさが設計値と異なることとなり、例えば図10に示すように、トルクの中央値(第1検出データDT1と第2検出データDT2とが一致するトルク値)が基準値(トルク値=ゼロ)からTaだけずれてしまい、それに伴い、演算して求められるトルク検出データDT3も、その傾きやトルクの中央値が設計値と大きくずれてしまう。その結果、右捩り(+)と左捩り(−)とで検出トルクの大きさが異なるという問題が生じるおそれがある。具体的には、操舵トルクを+cだけ入力すると、出力は、基準値Daから+deの値であるが、−cだけ入力すると基準値Daから−dfを出力し、対称性が損なわれている。このことにより、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを低下させるという問題がある。
However, in the conventional
さらに、実際には故障していなくても、DT1+DT2によって求められる診断判定値DT4が安全範囲haを逸脱しやすくなり、その結果、故障と誤判定され、モータ220によるアシスト制御を停止してしまうおそれがある。
Furthermore, even if there is no actual failure, the diagnostic determination value DT4 obtained by DT1 + DT2 is likely to deviate from the safe range ha, and as a result, it may be erroneously determined as a failure and stop assist control by the
第1コイル224aの磁束Φ1は、第1軸受け208aや操舵軸206とステアリングホイールとの間に取り付けられる第1自在継手(操舵軸206に連結される自在継手)や、第2自在継手(ステアリングホイールのステアリング軸に連結される自由継手)や、中間軸(第1自在継手と第2自在継手を連結する軸)や、ステアリング軸等の鉄合金の磁気的な影響を受ける。
The magnetic flux Φ1 of the
従って、ステアリングギヤボックス単体を工場で組み立て調整した後で、自動車に組み付けてから、第1自在継手や、中間軸や、第2自在継手や、ステアリング軸を組み付けると、第1コイル224aの磁束Φ1は、ステアリング軸まで通ることになり、第2コイル224bの磁束Φ2の経路の長さとは大きく異なる経路を通ることになり、ステアリングギヤボックス単体を工場で組み立てて調整しても自動車として組み立てると検出トルクの値がずれてしまう。
Therefore, when the first universal joint, intermediate shaft, second universal joint, and steering shaft are assembled after the steering gear box is assembled and adjusted at the factory and then assembled to the automobile, the magnetic flux Φ1 of the
さらに、磁束Φ1や磁束Φ2が、その他の例えば舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに悪影響を与えるおそれもある。 In addition, the magnetic flux Φ1 and the magnetic flux Φ2 may adversely affect other steering shafts such as a steering angle sensor and the sensors provided in the vicinity thereof.
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、簡単な構成で、検出値が安定し、トルクを正確に検出す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 problems, and provides a magnetostrictive torque sensor and an electric power steering device that can detect a torque accurately with a simple configuration, with a stable detection value. With the goal.
[1]第1の本発明に係る磁歪式トルクセンサは、軸部材に設けられた少なくとも1つの磁歪材と、該磁歪材の磁気特性の変化を検出するコイルとを有する磁歪式トルクセンサであって、前記コイルの近傍に軟磁性の金属部材が設けられていることを特徴とする。 [1] A magnetostrictive torque sensor according to a first aspect of the present invention is a magnetostrictive torque sensor having at least one magnetostrictive material provided on a shaft member and a coil for detecting a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive material. A soft magnetic metal member is provided in the vicinity of the coil.
これにより、コイルの磁束が、他の金属部材等に影響されずに、軟磁性の金属部材を通過することになるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。しかも、その他のセンサ等に悪影響を与えることがない。 As a result, the magnetic flux of the coil passes through the soft magnetic metal member without being influenced by other metal members and the like, so that the detection value is stabilized and the torque can be accurately detected. In addition, other sensors and the like are not adversely affected.
[2]第1の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、中空の円筒状を有するようにしてもよい。これにより、軟磁性の金属部材を軸部材に直接設けたり、コイルが巻回されたボビン等に設ければよいので、取り付け場所の自由度が高く、しかも、調整も不要であるため、磁歪式トルクセンサの作製が容易になると共に、小型化することができる。 [2] In the first aspect of the present invention, the soft magnetic metal member may have a hollow cylindrical shape. As a result, a soft magnetic metal member can be provided directly on the shaft member, or provided on a bobbin or the like around which a coil is wound, so that the degree of freedom of attachment is high, and adjustment is not required. The torque sensor can be easily manufactured and can be downsized.
[3]第1の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、前記軸部材とは別に作られた部材であってもよい。軸部材に一体に形成された場合と異なり、1つあるいは複数の金属部材を、検出値が安定する位置に、自由に組み付けることができ、磁歪式トルクセンサを容易に作製することができる。 [3] In the first aspect of the present invention, the soft magnetic metal member may be a member made separately from the shaft member. Unlike the case where the shaft member is integrally formed, one or a plurality of metal members can be freely assembled at a position where the detected value is stable, and a magnetostrictive torque sensor can be easily manufactured.
[4]第1の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、前記コイルの軸方向両端に設けられていてもよい。これにより、コイルの磁束は、他の金属部材等に影響されずに、コイルの軸方向両端に設けられた軟磁性の金属部材を通ることになるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。しかも、その他のセンサ等に悪影響を与えることがない。 [4] In the first aspect of the present invention, the soft magnetic metal member may be provided at both axial ends of the coil. As a result, the magnetic flux of the coil passes through the soft magnetic metal members provided at both ends in the axial direction of the coil without being influenced by other metal members, etc., so that the detected value is stabilized and the torque is accurately measured. Can be detected. In addition, other sensors and the like are not adversely affected.
[5]第1の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、その一部にスリットが形成されていてもよい。軟磁性の金属部材に渦電流が発生しないため、コイルの磁束を打ち消す方向に磁束は発生せず、感度を低下させることなく、トルクを検出することができる。 [5] In the first aspect of the present invention, the soft magnetic metal member may have a slit formed in a part thereof. Since no eddy current is generated in the soft magnetic metal member, no magnetic flux is generated in the direction of canceling the magnetic flux of the coil, and torque can be detected without lowering the sensitivity.
[6]第1の本発明において、さらに、少なくとも前記軸部材、前記磁歪材及びコイルを収容するハウジングを有し、前記ハウジングは、前記軸部材の軸方向に開口部を備え、前記開口部に前記軟磁性の金属部材が設けられていてもよい。これにより、ハウジングの外側に出ようとするコイルの磁束が軟磁性の金属部材を通ることとなるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。しかも、その他のセンサ等に悪影響を与えることがない。 [6] In the first aspect of the present invention, the housing further includes at least the shaft member, the magnetostrictive material, and the coil, and the housing includes an opening in the axial direction of the shaft member. The soft magnetic metal member may be provided. Thereby, since the magnetic flux of the coil which is going to go out of the housing passes through the soft magnetic metal member, the detected value is stabilized and the torque can be detected accurately. In addition, other sensors and the like are not adversely affected.
[7]第2の本発明に係る電動パワーステアリング装置は、運転者が車両のステアリングホイールを操舵することによって発生する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサを有し、モータの動力を操舵系に直接作用させて、運転者の前記操舵トルクを軽減する電動パワーステアリング装置において、前記操舵トルクセンサは、前記コイルの近傍に軟磁性の金属部材が設けられていることを特徴とする。 [7] The electric power steering apparatus according to the second aspect of the present invention includes a steering torque sensor that detects a steering torque generated when the driver steers the steering wheel of the vehicle, and directly transmits the motor power to the steering system. In the electric power steering apparatus that acts to reduce the steering torque of the driver, the steering torque sensor is characterized in that a soft magnetic metal member is provided in the vicinity of the coil.
これにより、コイルの磁束が、他の金属部材等に影響されずに、軟磁性の金属部材を通過することになるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。また、電動パワーステアリング装置を、工場で組み立て調整した後で、例えば自動車に組み付けてから、自在継手や、ステアリング軸を組み付けても、コイルの磁束は、自在継手や、ステアリング軸等に影響されずに、軟磁性の金属部材を通過することになるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。しかも、その他の例えば舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに悪影響を与えることがない。 As a result, the magnetic flux of the coil passes through the soft magnetic metal member without being influenced by other metal members and the like, so that the detection value is stabilized and the torque can be accurately detected. Even if the electric power steering device is assembled and adjusted at the factory and then assembled into a car, for example, and then the universal joint and steering shaft are assembled, the magnetic flux of the coil is not affected by the universal joint or steering shaft. In addition, since it passes through the soft magnetic metal member, the detection value is stable, and the torque can be detected accurately. In addition, other steering shafts such as a steering angle sensor or the like and sensors provided in the vicinity thereof are not adversely affected.
以上説明したように、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よれば、コイルの磁束が、他の金属部材等に影響されずに、軟磁性の金属部材を通過することになるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。しかも、その他のセンサ等に悪影響を与えることがない。 As described above, according to the magnetostrictive torque sensor and the electric power steering apparatus according to the present invention, the magnetic flux of the coil passes through the soft magnetic metal member without being influenced by other metal members. Therefore, the detected value is stable and the torque can be detected accurately. In addition, other sensors and the like are not adversely affected.
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の実施の形態例を図1〜図6を参照しながら説明する。 Embodiments of a magnetostrictive torque sensor and an electric power steering apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
先ず、本実施の形態に係る磁歪式トルクセンサが適用される電動パワーステアリング装置10について図1を参照しながら説明する。
First, an electric
この電動パワーステアリング装置10は、図1に示すように、運転者がステアリングホイール12を操作することによって生じた操舵トルクと操舵角が、ステアリング軸14、第1自在継手16a、中間軸18、第2自在継手16b、連結部17(例えばセレーション)を経由してステアリングギヤボックス20の操舵軸22に入力されるようになっている。
As shown in FIG. 1, the electric
ステアリングギヤボックス20は、上述した操舵軸22と、運転者の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサである第1の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサ(以下、第1トルクセンサ50Aと記す)と、運転者の操舵に対して動力補助するモータ52(例えばブラシレスモータ)と、このモータ52の回転トルクを倍力する減速装置54(ウォーム56及びウォームホイール58:図2参照)と、ラック・ピニオンギヤ60と、該ラック・ピニオンギヤ60のラックギア62が形成されたラック軸64とを有する。
The
操舵軸22は、一方の端部に、ステアリングホイール12が、ステアリング軸14、第1自在継手16a、中間軸18及び第2自在継手16bを介して連結され、他方の端部がラック・ピニオンギヤ60のピニオンギヤ66を構成している。
The steering
そして、減速装置54にて倍力された回転トルクは、ラック・ピニオンギヤ60のピニオンギヤ66を介してラック軸64の軸方向の推力に変換され、タイロッド68a及び68bを介して左右のタイヤ70a及び70bに伝達される。これにより、ステアリングホイール12の操舵角に応じてタイヤ70a及び70bが鉛直方向を中心に回転し、車両の向きが変わることになる。
The rotational torque boosted by the
このとき、制御装置72(ECU)は、少なくとも第1トルクセンサ50Aからの信号を基本にして、例えば車速センサ74等の信号に基づいてモータ52を駆動制御する。なお、図1では、各種配線、例えば制御装置72と第1トルクセンサ50A間の配線、制御装置72とモータ52間の配線等を省略して示してある。
At this time, the control device 72 (ECU) drives and controls the
例えば運転者が操作したときの操舵トルクを第1トルクセンサ50Aより検出し、制御装置72を介して第1トルクセンサ50Aの出力信号を基に車速センサ74等からの信号に応じてモータ52を駆動制御する。このときのモータ発生トルクは、ラック・ピニオンギヤ60のピニオンギヤ66に作用され、その結果、ステアリングホイール12を回転するのに必要なトルクが軽減され、運転者の操舵トルク負担を軽減している。
For example, the steering torque when operated by the driver is detected by the
例えば、操舵トルクをTs、アシスト量AHの係数を、例えば一定のkAとすると、
AH=kA×Ts
であるから、負荷をピニオントルクTp±で考えると、
Tp=Ts+AH
=Ts+kA×Ts
であり、その結果、操舵トルクTsは、
Ts=Tp/(1+kA)
となる。
For example, if the steering torque is Ts and the coefficient of the assist amount A H is, for example, a constant k A ,
A H = k A × Ts
Therefore, when considering the load with the pinion torque Tp ±,
Tp = Ts + A H
= Ts + k A × Ts
As a result, the steering torque Ts is
Ts = Tp / (1 + k A )
It becomes.
従って、操舵トルクTsは、非アシスト時のピニオントルクTpの1/(1+kA)に軽減される。この場合、kA>0又はkA=0である。 Therefore, the steering torque Ts is reduced to 1 / (1 + k A ) of the pinion torque Tp at the time of non-assist. In this case, k A > 0 or k A = 0.
なお、車速が高速走行になるに従って、路面からタイヤへの反力が減少することから、ステアリングホイール12を操作する際の手応え感が減少することになるが、定数kAを車速の関数として、車速の増大に伴って小さくすることによって、車両が高速走行になるに従って手応え感が減少するのを抑制することができる。その際にも操舵トルクTsを大きくして手応え感を付与することができる。
As the vehicle speed increases, the reaction force from the road surface to the tire decreases. Therefore, the feeling of response when operating the
そして、第1トルクセンサ50Aは、図2に示すように、他方の端部にピニオンギヤ66が設けられた操舵軸22の外周面に設けられた1つの磁歪膜80と、操舵軸22に作用される捩りトルクに応じて変化する磁歪膜80の透磁率の変化を検出する第1コイル82a及び第2コイル82bと、これら第1コイル82aと第2コイル82bを収容する1つのボビン84と、このボビン84の両端部(磁歪膜80の軸方向中央に対して上下対称の位置)にそれぞれ設置され、スリット85(図4参照)が形成された軟磁性の良導体(例えば低炭素鉄合金)からなる第1円板86a及び第2円板86bと、少なくとも操舵軸22、磁歪膜80、第1コイル82a及び第2コイル82b、ボビン84、第1円板86a及び第2円板86bを収容するハウジング88により構成される。操舵軸22は、一方の端部寄りに設置された第1軸受け90a、中央部分に設置された第2軸受け90b及び他方の端部に設置された第3軸受け90cによりハウジング88に回転自在に支持されている。
As shown in FIG. 2, the first torque sensor 50 </ b> A acts on the steering
ハウジング88は、操舵軸22の一方の端部(ステアリングホイール12側の端部)寄りの位置であって、且つ、少なくとも磁歪膜80、第1コイル82a及び第2コイル82b、ボビン84、第1円板86a及び第2円板86bを収容する位置に配された第1ハウジング部88aと、操舵軸22の他方の端部寄りの位置に配され、且つ、少なくとも減速装置54を収容する位置に配された金属製の第2ハウジング部88bとを有する。
The
第1ハウジング部88aは、樹脂部92と、軟磁性の金属で構成された円筒部94と、軟磁性の金属で構成されたフランジ部96とを有し、且つ、樹脂部92と円筒部94とフランジ部96とが一体成型されて構成されている。
The
具体的には、円筒部94は、第1ハウジング部88aのうち、少なくとも第1コイル82a及び第2コイル82bを収容する部位に位置され、フランジ部96は、第1ハウジング部88aと第2ハウジング部88bとの接続部分に位置され、樹脂部92は、第1コイル82aと円筒部94との間から操舵軸22の一方の端部寄りにかけて位置されている。図2の例では、円筒部94とフランジ部96とは同じ軟磁性の金属で一体に形成されている。従って、以下の説明では、円筒部94とフランジ部96とが一体に形成された部材を金属部材98と記す。
Specifically, the
さらに、円筒部94は、操舵軸22の一方の端部寄りの開口の大きさが、操舵軸22の他方の端部寄りの開口の大きさよりも小さく設定されている。従って、円筒部94は、縦断面でみたとき、操舵軸22の軸方向に対して傾斜した状態となっている。
Further, the
また、第1ハウジング部88aは、外部機器と電気的に接続するコネクタ100を有する。このコネクタ100は、第1コイル82a及び第2コイル82bの各種端部(巻き始め端、巻き終わり端)が接続された複数のピン102(第1コイル82aの巻き始め端が接続されたピン、第1コイル82bの巻き終わり端が接続されたピン、第2コイル82bの巻き始め端が接続されたピン及び第2コイル82bの巻き終わり端が接続されたピン)を収容する。また、このコネクタ100は、樹脂部92と一体的に樹脂モールドにて形成され、樹脂部92の一部として構成されている。
The
ボビン84の中央部と円筒部94との間には、第1Oリング104が介在され、円筒部94と一体とされたフランジ部96の下面と第2ハウジング部88bとの間には、第2Oリング106が介在され、樹脂部92の上部と操舵軸22との間にシール部材108が入れられ、さらに、フランジ部96と第2ハウジング部88bとが例えば3本のボルト110により一体的に固定される。この場合、第1Oリング104と第2Oリング106及びシール部材108により、第1トルクセンサ50Aの内部とステアリングギヤボックス20内の気密は保たれている。
A first O-
上述したように、操舵軸22の一方の端部寄りの外周面には、厚さ5〜100μmのFe−Ni系(Fe−Co合金やSmFe合金等でも良い)の磁歪材からなる1つの磁歪膜80が、めっき法(溶射法、スパッタ法や蒸着法、接着法等の製法でもよい)により設けられる。これにより、操舵軸22の外周面にほぼ均一な膜厚で密着よく成膜することができる。なお、操舵軸22のうち、磁歪膜80が形成される外周部分は、機械加工後にアルカリ洗浄や水洗いや酸洗浄等が適宜施され、磁歪膜80との密着性が向上されている。
As described above, one magnetostriction made of a magnetostrictive material of 5—100 μm thick Fe—Ni (Fe—Co alloy, SmFe alloy, etc.) is provided on the outer peripheral surface near one end of the steering
この磁歪膜80にそれぞれ相異なる、すなわち、それぞれ逆の第1異方性部112aと第2異方性部112bが付与され、図3の出力特性に示す検出データDT1とDT2のような逆の勾配を持った特性が得られるようになっている。
The
磁歪膜80への異方性の付与は、例えば5〜200Nm程度(要求によってはこれ以上でもこれ以下でもよい)のそれぞれ逆方向のトルクを印加しながら、例えば高周波誘導加熱のような熱処理法で、例えば300〜500℃程度になるように数秒から数100秒、加熱する。これにより、操舵軸22を介して磁歪膜80に印加されていたそれぞれ逆方向のトルクによる歪が抜けるため、その後、概ね応力が作用しない状態にする。この状態で常温まで冷却する。なお、加熱によってトルクによる歪が抜かれる原因は、加熱によって磁歪膜80にクリープが発生したことによるものと考えられる。そして、印加していたトルクを開放すると、磁歪膜80にそれぞれ逆の第1異方性部112aと第2異方性部112bが付与される。
Anisotropy is imparted to the
第1コイル82a及び第2コイル82bの各種端部が、コネクタ100の複数のピン102のうち、それぞれ対応するピンに接続され、このコネクタ100を介して制御装置72によって第1コイル82a及び第2コイル82bが交流通電される。この交流通電により、操舵トルクに応じて生じる磁歪膜80の第1異方性部112aと第2異方性部112bの透磁率の変化が、それぞれインピーダンス変化として検出され、図2に示すように、インターフェイス部114の検出回路においてそれぞれ第1検出電圧VT1及び第2検出電圧VT2に変換され、さらに、インターフェイス部114のA/D変換器においてデジタルの第1検出データDT1、第2検出データDT2に変換されて出力される。なお、このインターフェイス部114は、制御装置72内に設けても、ハウジング88内に設けてもよい。
Various end portions of the
これらの透磁率の変化、すなわち、第1検出データVT1、第2検出データVT2は、インターフェイス部114を介して制御装置72内の演算部116に取り込まれ、例えば下式に基づいて、図3の出力特性を有するデジタルデータ(トルク検出データDT3)を得ることができる。
DT3=k・(DT1−DT2)+Da
(kは比例定数)
These changes in magnetic permeability, that is, the first detection data VT1 and the second detection data VT2 are taken into the
DT3 = k. (DT1-DT2) + Da
(K is a proportional constant)
得られたトルク検出データDT3に基づいて、上述したように、モータ52の制御が実施される。
Based on the obtained torque detection data DT3, the
次に、スリット85(図4参照)が形成された第1円板86a及び第2円板86bの作用と効果について、図5A〜図6を用いて説明する。
Next, operations and effects of the
第1円板86aと第2円板86bは、軟磁性体である低炭素鉄合金で構成されているため、図5Aに示すように、制御装置72によって交流通電され、例えば交番磁束Φ1を通すが、それ自身は磁化されない性質を有する。従って、図6に示すように、第1コイル82aの回りを取り巻く交番磁束(第1コイル82aの交番磁束Φ1)の経路は、第1円板86aを通る経路となり、また、第2コイル82bの回りを取り巻く交番磁束(第2コイル82bの交番磁束Φ2)の経路は、第2円板86bを通る経路となり、それぞれ対称な磁路を形成する。
Since the
次に、図4に示すスリット85の作用について説明する。先ず、図5Bに示すように、スリット85を設けない円板86の場合、例えば交番磁束Φ1が円板86を通過したとき、渦電流iaが発生し、これにより、交番磁束Φ1を打ち消す方向に磁束が発生し、交番磁束Φ1よりも小さい交番磁束Φ3(Φ3<Φ1)が第1コイル82aの回りを取り巻くことになる。つまり、スリット85を設けない場合、大きな磁束を流すことができず、感度と安定性が低下する。
Next, the operation of the
一方、本実施の形態では、図5Aに示すように、第1円板86aと第2円板86bにそれぞれスリット85を設けるようにしている。この場合、渦電流が発生しないため、大きな磁束を流すことができ、感度と安定性が向上する。また、図6に示すように、交番磁束Φ1の磁路と交番磁束Φ2の磁路に対称性があることから、第1軸受け90aが存在しても、図1に示すように、第1自在継手16aや中間軸18や第2自在継手16bやステアリング軸14が存在しても、操舵トルクの中央値(操舵トルクがゼロのときの検出値)が第1異方性部112a及び第2異方性部112bでずれるということがなくなり、安定した第1検出電圧VT1及び第2検出電圧VT2が得られる。その結果、演算値であるトルク検出データDT3が安定する。しかも、互いに対称とされた第1検出電圧VT1及び第2検出電圧VT2の傾きを大きくすることができ、演算値であるトルク検出データDT3の感度を上げることができる。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 5A, slits 85 are respectively provided in the
さらに、図3に示すように、第1検出データDT1と第2検出データDT2の加算によって求められる診断判定値DT4も、安全範囲haを逸脱することがないので、故障と誤判定されることがない。 Further, as shown in FIG. 3, the diagnostic determination value DT4 obtained by adding the first detection data DT1 and the second detection data DT2 also does not deviate from the safe range ha, and may be erroneously determined as a failure. Absent.
従って、ステアリングギヤボックス20を工場で組み立て調整した後で、自動車に組み付けてから、第1自在継手16aや、中間軸18や、第2自在継手16bや、ステアリング軸14を組み付けても、第1コイル82aの交番磁束Φ1と、第2コイル82bの交番磁束Φ2は、それぞれ対称の経路をたどることになるため、安定した出力が得られる。
Therefore, even if the first universal joint 16a, the
しかも、交番磁束Φ1の磁路は、第1コイル82aの回りであって、且つ、第1円板86aを通る狭い範囲の磁路であり、交番磁束Φ2の磁路は、第2コイル82bの回りであって、且つ、第2円板86bを通る狭い範囲の磁路であることから、交番磁束Φ1や交番磁束Φ2が、その他の例えば舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに悪影響を与えることがない。
Moreover, the magnetic path of the alternating magnetic flux Φ1 is a narrow magnetic path around the
もちろん、感度と安定度の低下が、さほど要求されない場合は、第1円板86aと第2円板86bにスリット85を設けなくてもよい。
Of course, when the reduction in sensitivity and stability is not so required, the
上述の例では、ボビン84の両端にそれぞれ第1円板86a及び第2円板86bを設けるようにしたが、その他、操舵軸22のうち、磁歪膜80の軸方向中央に対して上下対称の位置に、第1円板86a及び第2円板86bを設置してもよい。例えば操舵軸22のうち、ボビン84の上端面に接する部分に第1円板86aを設置し、ボビン84の下端面に接する部分に第2円板86bを設置する等である。また、第1ハウジング部88aのうち、磁歪膜80の軸方向中央に対して上下対称の位置に、第1円板86a及び第2円板86bを設置してもよい。例えば第1ハウジング部88aのうち、上部の開口部近傍に第1円板86aを設置し、下部の開口部近傍に第2円板86bを設置する等である。この場合、第1ハウジング部88aの外側に出ようとする第1コイル82aの交番磁束Φ1が第1円板86aを通り、第1ハウジング部88aの外側に出ようとする第2コイル82bの交番磁束Φ2が第2円板86bを通ることとなるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。しかも、その他のセンサ等に悪影響を与えることがない。
In the above-described example, the
また、第1円板86a及び第2円板86bは、中空を有する円筒状としたので、上述したように、第1円板86a及び第2円板86bを操舵軸22に直接設けたり、第1コイル82a及び第2コイル82bが巻回されたボビン84等に設ければよいので、取り付け場所の自由度が高く、しかも、調整も不要であるため、トルクセンサ50の作製が容易になると共に、小型化することができる。
In addition, since the
また、第1円板86a及び第2円板86bは、操舵軸22とは別に作られた部材で構成したので、操舵軸22に一体に形成された場合と異なり、第1円板86a及び第2円板86bを、検出値が安定する位置に、自由に組み付けることができ、トルクセンサ50を容易に作製することができる。
In addition, since the
なお、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、上述の実施の形態に限らず、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。 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…電動パワーステアリング装置 12…ステアリングホイール
14…ステアリング軸 22…操舵軸
50A…第1トルクセンサ 54…減速装置
80…磁歪膜 82a…第1コイル
82b…第2コイル 84…ボビン
85…スリット 86a…第1円板
86b…第2円板 112a…第1異方性部
112b…第2異方性部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記コイルの近傍に軟磁性の金属部材が設けられ、
前記軟磁性の金属部材は、中空の円筒状を有し、
前記軟磁性の金属部材は、前記軸部材とは別に作られた部材であり、
前記軟磁性の金属部材は、前記コイルを軸方向に挟むように前記コイルの軸方向両端に設けられ、
前記軟磁性の金属部材は、その一部にスリットが形成され、
少なくとも前記軸部材、前記磁歪材及び前記コイルを収容するハウジングを有し、
前記ハウジングは、前記軸部材の軸方向に開口部を備え、前記開口部に前記軟磁性の金属部材が設けられていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 A magnetostrictive torque sensor having at least one magnetostrictive material provided on a shaft member and a coil for detecting a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive material,
A soft magnetic metal member is provided in the vicinity of the coil ,
The soft magnetic metal member has a hollow cylindrical shape,
The soft magnetic metal member is a member made separately from the shaft member,
The soft magnetic metal member is provided at both axial ends of the coil so as to sandwich the coil in the axial direction,
The soft magnetic metal member has a slit formed in a part thereof,
A housing for housing at least the shaft member, the magnetostrictive material, and the coil;
The magnetostrictive torque sensor , wherein the housing includes an opening in an axial direction of the shaft member, and the soft magnetic metal member is provided in the opening .
前記軸部材のうち、前記磁歪材の軸方向中央に対して上下対称の位置に、前記軟磁性の金属部材が設けら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 characterized in that the soft magnetic metal member is provided at a position that is vertically symmetrical with respect to the axial center of the magnetostrictive member of the shaft member.
前記コイルは、前記ハウジングに弾性部材を介して支持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, wherein the coil is supported on the housing via an elastic member.
前記ハウジングの一方の前記開口部の開口の大きさが、他方の前記開口部の開口の大きさよりも小さく設定されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。A magnetostrictive torque sensor, wherein an opening size of one opening of the housing is set smaller than an opening size of the other opening.
前記コイルと前記ハウジングとの間に空隙を有することを特徴とする磁歪式トルクセンサ。A magnetostrictive torque sensor having a gap between the coil and the housing.
前記操舵トルクセンサは、請求項1〜5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。 Electric power steering that has a steering torque sensor that detects a steering torque generated when the driver steers the steering wheel of the vehicle, reduces the steering torque of the driver by directly applying the power of the motor to the steering system In the device
The steering torque sensor, the electric power steering apparatus according to claim magnetostrictive torque sensor der Rukoto according to any one of claims 1 to 5.
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