CN103348229B - 扭矩检测装置 - Google Patents

扭矩检测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN103348229B
CN103348229B CN201280008167.1A CN201280008167A CN103348229B CN 103348229 B CN103348229 B CN 103348229B CN 201280008167 A CN201280008167 A CN 201280008167A CN 103348229 B CN103348229 B CN 103348229B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnet
axle
magnetic sensor
anglec
rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201280008167.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103348229A (zh
Inventor
富泽康延
东头秀起
植松诚司
上田武史
冷水由信
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JTEKT Corp
Original Assignee
JTEKT Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2011025273A external-priority patent/JP5652656B2/ja
Priority claimed from JP2011025272A external-priority patent/JP5652655B2/ja
Priority claimed from JP2011025271A external-priority patent/JP5720935B2/ja
Application filed by JTEKT Corp filed Critical JTEKT Corp
Publication of CN103348229A publication Critical patent/CN103348229A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103348229B publication Critical patent/CN103348229B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/104—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving permanent magnets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

一种扭矩检测装置，其基于由将第一轴与第二轴彼此联接的联接轴的扭转导致的第一轴与第二轴的相对旋转位移的量而检测施加于第一轴的扭矩。该扭矩检测装置包括：第一磁体和第二磁体，第一磁体和第二磁体联接至第一轴和第二轴，使得第一磁体和第二磁体能够与轴一体地旋转；以及多个磁传感器，所述多个磁传感器设置在第一磁体与第二磁体之间并且检测第一轴的旋转角度和第二轴的旋转角度。

Description

扭矩检测装置
技术领域
本发明涉及一种扭矩检测装置。
背景技术
用于电动助力转向***(EPS)中的扭矩检测装置设计成通过检测将输入轴连接至输出轴的扭杆的扭转角来计算施加于输入轴的扭矩。
此类型的扭矩检测装置已在下文中的专利文献1和专利文献2中提出。专利文献1描述了输入轴(第一轴)和输出轴(第二轴)通过扭杆(连接轴)同轴地连接在一起的扭矩检测装置。具有多个磁极的圆柱形永磁体固定至输入轴。围绕永磁体的两个环形磁轭固定至输出轴。两个磁通量集中环围绕每个磁轭的圆周布置，每个磁通量集中环都具有磁通量集中部，用于从磁轭上引发磁通量并且集中所引发的磁通量。另外，设置有两个磁通量检测器用于独立地检测集中到每个磁通量集中部的磁通量。然后，基于来自每个磁通量检测器的输出信号计算施加于输入轴的扭矩。
相关技术文献
专利文献
专利文献1：JP-A-2005-265593
专利文献2：JP-A-2005-77305
发明内容
本发明所要解决的问题
在上述扭矩检测装置中，围绕永磁体的两个环形磁轭需要围绕固定至输入轴的圆柱形永磁体的圆周布置。另外，磁通量集中环需要围绕每个磁轭的圆周布置。因此，扩大了扭矩检测装置在垂直于输入轴的轴向方向的方向上的尺寸。
本发明的目的是提供能够减小扭矩检测装置在垂直于第一轴的轴向方向的方向上的尺寸的扭矩检测装置。
解决问题的方式
本发明的一个方面提供了一种扭矩检测装置，其用于基于由将第一轴与第二轴联接的联接轴中的扭转导致的第一轴与第二轴之间的相对旋转位移而检测施加于第一轴的扭矩，该扭矩检测装置包括：第一磁体，第一磁体联接至第一轴，从而与第一轴一起旋转；第二磁体，第二磁体联接至第二轴，从而与第二轴一起旋转；以及多个磁传感器，所述多个磁传感器设置在第一磁体与第二磁体之间并且检测第一轴的旋转角度和第二轴的旋转角度。
利用此构型，能够基于所述多个磁传感器的输出信号检测第一轴的旋转角度(电气角)和第二轴的旋转角度(电气角)。然后，能够基于所述多个磁传感器的输出信号计算联接轴的扭转角。因此，能够计算施加于第一轴的扭矩。
另外，利用此构型，由于所述多个磁传感器布置在第一磁体与第二磁体之间，因此能够减小扭矩检测装置中的第一轴在垂直于第一轴的轴向方向的方向上的尺寸。
附图说明
图1为示出电动助力转向***的示意性构型的示例图，电动助力转向***包括根据本发明的第一实施方式至第三实施方式的扭矩检测装置。
图2为示出根据第一实施方式的扭矩传感器的一部分的局部剖切的平面图。
图3为沿图2中的线III-III截取的截面图。
图4为示出根据第一实施方式的扭矩传感器的分解立体图。
图5为示出在方向盘处于中间位置并且没有转向扭矩施加于包括根据第一实施方式的扭矩传感器的电动助力转向***中的输入轴的状态下，当从传感器安装基板侧观察第一磁体时，第一磁传感器和第二磁传感器与第一磁体之间的位置关系的示例图。
图6为示出在方向盘处于中间位置并且没有转向扭矩施加于包括根据第一实施方式的扭矩传感器的电动助力转向***中的输入轴的状态下，当从传感器安装基板侧观察第二磁体时，第三磁传感器和第四磁传感器与第二磁体之间的位置关系的示例图。
图7为示出根据本发明的第二实施方式的扭矩传感器的一部分的局部剖切的平面图。
图8为沿图7中的线VIII-VIII截取的截面图。
图9为示出根据第二实施方式的扭矩传感器的分解立体图。
图10为示出在方向盘处于中间位置并且没有转向扭矩施加于包括根据第二实施方式的扭矩传感器的电动助力转向***中的输入轴的状态下，当从第二磁体侧观察第一磁体时，第一磁传感器至第四磁传感器与第一磁体之间的位置关系的示例图。
图11为示出在方向盘处于中间位置并且没有转向扭矩施加于包括根据第二实施方式的扭矩传感器的电动助力转向***中的输入轴的状态下，当从第一磁体侧观察第二磁体时，第一磁传感器至第四磁传感器与第二磁体之间的位置关系的示例图。
图12为示出根据本发明的第三实施方式的扭矩传感器的一部分的局部剖切的平面图。
图13为沿图12中的线XIII-XIII截取的截面图。
图14为示出根据第三实施方式的扭矩传感器的分解立体图。
图15为示出在方向盘处于中间位置并且没有转向扭矩施加于包括根据第三实施方式的扭矩传感器的电动助力转向***中的输入轴的状态下，当从传感器安装基板侧观察第一磁体时，第一磁传感器和第二磁传感器与第一磁体之间的位置关系的示例图。
图16为示出在方向盘处于中间位置并且没有转向扭矩施加于包括根据第三实施方式的扭矩传感器的电动助力转向***中的输入轴的状态下，当从传感器安装基板侧观察第二磁体时，第三磁传感器和第四磁传感器与第二磁体之间的位置关系的示例图。
具体实施方式
(第一实施方式)
在下文中，将参照附图对本发明应用于电动助力转向***的实施方式进行具体描述。
图1为示出电动助力转向***的示意性构型的示例图，电动助力转向***包括根据本发明的第一实施方式至第三实施方式的扭矩检测装置。
此实施方式的电动助力转向***1包括车轮转动机构4和转向助力机构5，车轮转动机构4在与方向盘2的旋转互锁的同时操作以转动转动轮3，转向助力机构5帮助驾驶员转向或者转动方向盘2。方向盘2和车轮转动机构4通过转向轴6和中间轴7机械地联接在一起。
转向轴6包括轴8、输入轴(第一轴)9、以及输出轴(第二轴)10，轴8联接至方向盘2，输入轴(第一轴)9联接至轴8从而与轴8一起旋转，输出轴(第二轴)10联接至中间轴7。输入轴9和输出轴10通过扭杆(联接轴)11同轴地联接在一起从而相对地旋转。
扭矩传感器20设置在转向轴6的圆周上。扭矩传感器20基于由扭杆11的扭矩造成的输入轴9与输出轴10之间的相对旋转位移检测施加于方向盘2(输入轴9)的扭矩(在下文中称为“转向扭矩”)。如下文将要描述的，扭矩传感器20包括四个磁传感器43A、43B、44A、44B(参照图4)。各个磁传感器的输出信号被输入到包括微型计算机的ECU(电子控制单元)12中。ECU12基于磁传感器的输出信号计算转向扭矩。因此，扭矩检测装置包括扭矩传感器20和ECU12。另外，由车速传感器23检测的车速被输入到ECU12中。
车轮转动机构4包括齿条齿轮机构，齿条齿轮机构包括齿轮轴13和齿条轴14。转动轮3通过拉杆15和转向节臂(其图示已省略)联接至齿条轴14的各个端部。齿轮轴13联接至中间轴7。齿轮16联接至齿轮轴13的末端(图1中的下端)。
齿条轴14沿机动车辆的横向方向呈直线地延伸。与齿轮16啮合的齿条17形成在齿条轴14的轴向中间部处。齿轮轴13的旋转通过齿轮16和齿条17转换成齿条轴14的轴向运动。在轴向方向上移动齿条轴14可以转动转动轮3。
当方向盘2转动(旋转)时，方向盘2的旋转通过转向轴6和中间轴7传输至齿轮轴13。然后，齿轮轴13的旋转通过齿轮16和齿条17转换成齿条轴14的轴向运动，由此转动轮3转动。
转向助力机构5包括转向助力电动机18和减速机构19，减速机构19将电动机18的输出扭矩传输至车轮转动机构4。在此实施方式中，电动机18包括三相无刷电机。减速机构19包括蜗轮机构，蜗轮机构包括蜗杆轴21和与蜗杆轴21啮合的蜗轮22。蜗杆轴21由电动机18驱动旋转。另外，蜗轮22联接成在与转向轴6的旋转方向相同的方向上旋转。
当蜗杆轴21由电动机18驱动旋转时，蜗轮22被驱动旋转，并且转向轴6旋转。然后，转向轴6的旋转通过中间轴7传输至齿轮轴13。齿轮轴13的旋转转换成齿条轴14的轴向运动，由此转动轮3转动。即，转动轮3转动是由电动机18驱动蜗杆轴21旋转的结果。
电动机18由ECU12控制。ECU12根据基于扭矩传感器20的输出信号计算的转向扭矩和由车速传感器23检测的车速控制电动机18。特别地，在ECU12中，目标助力量通过使用储存针对车速设定的转向扭矩与目标助力量之间的关系的映射来确定，并且，由电动机18产生的助力被控制为接近目标助力量。
图2为示出扭矩传感器20的一部分的局部剖切的平面图。图3为沿图2中的线III-III截取的截面图。图4为示出扭矩传感器20的分解立体图。在下文的描述中，涉及向上方向的表述表示图3的上侧，并且涉及向下方向的表述表示图3的下侧。
参照图2和图3，输入轴9和输出轴10通过扭杆11联接在一起。输入轴9和输出轴10支撑在壳体30上，壳体30附接至车身(其图示已省略)。壳体30包括传感器壳体31和齿轮壳体32。减速机构19容纳在齿轮壳体32中。扭矩传感器20容纳在传感器壳体31中。
减速机构19包括蜗轮22和蜗杆轴21(蜗杆轴21的图示在图3中已省略)，蜗轮22联接至输出轴10的轴向中间部从而与输出轴10一起旋转，蜗杆轴21与蜗轮22啮合。蜗轮22包括芯金属22a和合成树脂构件22b，芯金属22a联接至输出轴10从而与输出轴10一起旋转，合成树脂构件22b围绕芯金属22a形成并且形成在形成有齿的外周表面部上。
输出轴10通过设置在蜗轮22的两端的一对滚动轴承33、34可旋转地支撑在传感器壳体31和齿轮壳体32中。输出轴9通过滚动轴承35可旋转地支撑在传感器壳体31中。
扭杆11穿过输入轴9和输出轴10。扭杆11的一端11a联接至输入轴9从而与输入轴9一起旋转。扭杆11的另一端11b联接至输出轴10从而与输出轴10一起旋转。与方向盘2联接的轴8联接至输入轴9从而与输入轴9一起旋转。中间轴7(其图示在图3中已省略)联接至输出轴10从而与输出轴10一起旋转。
参照图2至4，扭矩传感器20包括第一环形磁体41、第二环形磁体42、第一磁传感器43A和第二磁传感器43B、以及第三磁传感器44A和第四磁传感器44B，第一环形磁体41联接至输入轴9从而与输入轴9一起旋转，第二环形磁体42联接至输出轴10从而与输出轴10一起旋转，并且第二环形磁体42面对第一磁体41，第一磁传感器43A和第二磁传感器43B布置在磁体41、42两者之间并且检测输入轴9的旋转角度(电气角)，第三磁传感器44A和第四磁传感器44B布置在磁体41、42两者之间并且检测输出轴10的旋转角度(电气角)。在此实施方式中，霍尔元件用作磁传感器43A、43B、44A、44B。
短圆柱形的第一磁体夹具45固定至输入轴9的外圆周表面并且配合在输入轴9的外圆周表面中。短圆柱形的第二磁体夹具46固定至输出轴10并且配合在输出轴10中。第一磁体夹具45和第二磁体夹具46布置成在输入轴9的轴向方向上以相对较短的间隔彼此面对。
环形切口部45a形成在第一磁体夹具45的面对第二磁体夹具46的环形端面的外圆周边缘部处。环形切口部46a形成在第二磁体夹具46的面对第一磁体夹具45的环形端面的外圆周边缘部处。
第一磁体41和第二磁体42的形状相同(环形)并且尺寸相同，并且第一磁体41和第二磁体42各自具有被磁化的10个磁极(五对磁极)。第一磁体41在第一磁体41配合在第一磁体夹具45的环形切口部45a上的状态下固定至第一磁体夹具45。第二磁体42在第二磁体42配合在第二磁体夹具46的环形切口部46a上的状态下固定至第二磁体夹具46。
传感器安装基板47布置在第一磁体41与第二磁体42之间。另外，第一磁阻挡构件48布置在传感器安装基板47与第二磁体42之间，并且第二磁阻挡构件49布置在传感器基板47与第一磁体41之间。
传感器安装基板47具有如从输入轴9的轴向方向上观察到的大致矩形，并且在传感器安装基板47的下部中形成有大致半圆形切口部47a以允许输入轴9穿过切口部47a。第一磁传感器43A和第二磁传感器43B安装在传感器安装基板47的面对第一磁体41的第一表面上。第三磁传感器44A和第四磁传感器44B安装在传感器安装基板47的面对第二磁体42的第二表面上。即，第一磁传感器至第四磁传感器43A、43B、44A、44B布置在第一磁体41与第二磁体42之间(位于由第一磁体41和第二磁体42夹设的空间内)。
当从第一磁体41侧观察第二磁体42时，第一磁传感器43A和第二磁传感器43B布置在传感器安装基板47的宽度方向上的中心的右侧，并且第三磁传感器44A和第四磁传感器44B布置在传感器安装基板47的宽度方向上的中心的左侧。特别地，当从第一磁体41侧观察第二磁体42时，第一磁传感器43A和第三磁传感器44A相对于在穿过传感器安装基板47的宽度方向上的中心的同时竖直地延伸的假想线横向对称地布置，并且第二磁传感器43B和第四磁传感器44B相对于该假想线横向对称地布置。
当从传感器安装基板47侧观察第一磁体41时，如图5中所示，第一磁传感器43A和第二磁传感器43B在面对第一磁体41的左上部的位置处在电气角方面以90°的角度间隔彼此隔开地布置。另一方面，当从传感器安装基板47侧观察第二磁体42时，如图6中所示，第三磁传感器44A和第四磁传感器44B在面对第二磁体42的左上部的位置处在电气角方面以90°的角度间隔彼此隔开地布置。
第一磁阻挡构件48阻挡从第二磁体42指向第一磁传感器43A和第二磁传感器43B的磁通量。当从第一磁体41侧观察第二磁体42时，第一磁阻挡构件48具有通过从传感器安装基板47的右半部切除左上部而形成的形状。
第二磁阻挡构件49阻挡从第一磁体41指向第三磁传感器44A和第四磁传感器44B的磁通量。当从第一磁体41侧观察第二磁体时，第二磁阻挡构件49具有通过从传感器安装基板47的左半部上切除右上部而形成的形状。
第一磁阻挡构件48用螺栓51、52以及螺母53安装在传感器安装基板47上。另外，第二磁阻挡构件49用螺栓54、55以及螺母56安装在传感器安装基板47上。传感器安装基板47、第一磁阻挡构件48以及第二磁阻挡构件49安装在基板夹具50上，基板夹具50用螺栓51、54支撑在传感器壳体31上。
将对用于通过扭矩传感器20和ECU12检测转向扭矩的检测方法进行描述。
图5为示出在方向盘2处于中间位置并且没有转向扭矩施加于方向盘2的状态下，当从传感器安装基板47侧观察第一磁体41时，第一磁传感器43A和第二磁传感器43B与第一磁体41之间的位置关系的示例图。图6为示出在方向盘2处于中间位置并且没有转向扭矩施加于方向盘2的状态下，当从传感器安装基板47侧观察第二磁体42时，第三磁传感器44A和第四磁传感器44B与第二磁体42之间的位置关系的示例图。
在此实施方式中，第一磁体41和第二磁体42分别固定至输入轴9和输出轴10，使得在方向盘2处于中间位置并且没有转向扭矩施加于方向盘2的状态下，第一磁体41的北磁极和第二磁体42的北磁极彼此面对。因此，在没有扭矩在扭杆11中产生的状态下，第一磁体41的北磁极和第二磁体42的北磁极彼此面对。
当从方向盘2侧观察时输入轴9沿顺时针旋转时，第一磁体41和第二磁体42也与输入轴9的顺时针旋转相关联地顺时针旋转。在此情形中，当从第一磁传感器43A和第二磁传感器43B侧观察第一磁体41时，第一磁体41在图5中的箭头A表示的方向上(逆时针)旋转。另一方面，当从第三磁传感器44A和第四磁传感器44B侧观察第二磁体42时，第二磁体42在图6中的箭头A表示的方向上(顺时针)旋转。然后，假设图5和图6中的箭头A指示的方向表示正方向，应当理解，当磁体41、42在正方向上旋转时，各个磁体41、42的旋转角度增大，而当磁体41、42在反方向上旋转时，各个磁体41、42的旋转角度减小。
由于第一磁阻挡构件48防止了第一磁传感器43A和第二磁传感器43B受来自第二磁体42的磁通量影响，所以第一磁传感器43A和第二磁传感器43B仅受来自第一磁体41的磁通量影响。当第一磁体41旋转时，彼此相位相差90°的正弦波信号由从第一磁体41的磁极产生的磁通量从第一磁传感器43A和第二磁传感器43B输出。这里，假设第一磁体41的旋转角度(电气角)是θ1，应当理解，由V1＝sinθ1表示的第一输出信号V1从第一磁传感器43A输出，并且由V2＝cosθ1表示的第二输出信号V2从第二磁传感器43B输出。第一磁体41的旋转角度(电气角)θ1由下面的表达式(1)表示。
θ1＝tan-1(V1/V2) ...(1)
在方向盘2处于中间位置并且没有转向扭矩施加于方向盘2的状态下，从第一输出信号V1和第二输出信号V2计算出的第一磁体41的旋转角度(电气角)确定为第一参考电气角θ1o。第一参考电气角θ1o储存在ECU12的非易失性存储器中。
由于第二磁阻挡构件49防止第三磁传感器44A和第四磁传感器44B受来自第一磁体41的磁通量影响，所以第三磁传感器44A和第四磁传感器44B仅由来自第二磁体42的磁通量影响。当第二磁体42旋转时，彼此相位相差90度的正弦波信号由从第二磁体42的磁极产生的磁通量从第三磁传感器44A和第四磁传感器44B输出。这里，假设第二磁体42的旋转角度(电气角)是θ2，由V3＝sinθ2表示的第三输出信号V3从第三磁传感器44A输出，并且由V4＝cosθ2表示的第四输出信号V4从第四磁传感器44B输出。
第二磁体42的旋转角度(电气角)θ2由下面的表达式(2)表示。
θ2＝tan-1(V3/V4) ...(2)
在方向盘2处于中间位置并且没有转向扭矩施加于方向盘2的状态下，从第三输出信号V3和第四输出信号V4计算出的第二磁体42的旋转角度(电气角)确定为第二基准电气角θ2o。第二基准电气角θ2o储存在ECU12的非易失性存储器中。
ECU12从第一输出信号V1和第二输出信号V2计算第一磁体41的旋转角度(电气角)θ1并且通过从获得的旋转角度(电气角)θ1减去第一基准电气角θ1o来计算第一电气角偏差Δθ1(＝θ1-θ1o)。当假设处于中间位置的输入轴9的旋转角度(电气角)是基准(0°)时，第一电气角偏差Δθ1构成输入轴9的旋转角度(电气角)。
另外，ECU12从第三输出信号V3和第四输出信号V4计算第二磁体42的旋转角度(电气角)θ2并且通过从获得的旋转角度(电气角)θ2减去第二基准电气角θ2o来计算第二电气角偏差Δθ2(＝θ2-θ2o)。当假设处于中间位置的输出轴10的旋转角度(电气角)是基准(0°)时，第二电气角差Δθ2构成输出轴10的旋转角度(电气角)。
由于当没有转向扭矩施加于输入轴9时，没有扭矩在扭杆11中产生，所以输入轴9从中间位置的旋转角度和输出轴10从中间位置的旋转角度相等。因此，在此情形中，第一电气角偏差Δθ1和第二电气角偏差Δθ2变为相等。
另一方面，由于当转向扭矩施加于输入轴9时，在扭杆11中产生扭矩，所以在输入轴9从中间位置的旋转角度与输出轴10从中间位置的旋转角度之间产生根据扭杆11的扭转角γ的角度差。扭杆11的扭转角γ[度]的最大值的绝对值小于对应于360°的电气角的72[度]的机械角。因此，在此情形中，在第一电气角偏差Δθ1与第二电气角偏差Δθ2之间产生根据扭杆11的扭转角γ的角度差。
然后，ECU12从第一电气角偏差Δθ1减去第二电气角偏差Δθ2并且根据相减的结果计算扭杆11的扭转角γ。特别地，ECU12基于下面的表达式(3)计算扭杆11的扭转角(机械角)γ。
γ＝(Δθ1-Δθ2)/5 ...(3)
上述表达式(3)中的“5”表示设置在磁体41、42中的每一个中的磁极对的数量。
最后，ECU12通过将扭杆11的弹簧常数K乘以扭转角θ来计算转向扭矩T。即，ECU12基于下面的表达式(4)计算转向扭矩T。
T＝γ×K＝{(Δθ1-Δθ2)/5)×K ...(4)
ECU12在每个预定计算循环中执行类似于以上所描述的计算，以在每个计算循环中计算转向扭矩T。
在此实施方式中，第一磁传感器至第四磁传感器43A、43B、44A、44B布置在第一磁体41与第二磁体42之间，第一磁体41联接至输入轴9从而与输入轴9一起旋转，第二磁体42联接至输出轴10从而与输出轴10一起旋转。因此，可以减小扭矩传感器11中的输入轴9在垂直于输入轴9的轴向方向的方向上的尺寸。
另外，由于第一磁传感器43A和第二磁传感器43B基于来自第一磁体41的磁通量检测输入轴9的旋转角度，优选地，第一磁传感器43A和第二磁传感器43B不受来自第二磁体42的磁通量影响。类似地，由于第三磁传感器44A和第四磁传感器44B基于来自第二磁体42的磁通量检测输出轴10的旋转角度，优选地，第三磁传感器44A和第四磁传感器44B不受来自第一磁体41的磁通量影响。然后，认为第一磁传感器43A和第二磁传感器43B与第二磁体42之间的间隔以及第三磁传感器44A和第四磁传感器44B与第一磁体41之间的间隔增大。但是，当这些间隔增大时，扭矩传感器11中的输入轴9的轴向尺寸增大。
在此实施方式中，阻挡从第二磁体42指向第一磁传感器43A和第二磁传感器43B的磁通量的第一磁阻挡构件48布置在第一磁传感器43A和第二磁传感器43B与第二磁体42之间。通过以此方式布置第一磁阻挡构件48，能够减小第一磁传感器43A和第二磁传感器43B与第二磁体42之间的间隔。另外，阻挡从第一磁体41指向第三磁传感器44A和第四磁传感器44B的第二磁阻挡构件49布置在第三磁传感器44A和第四磁传感器44B与第一磁体41之间。通过以此方式布置第二磁阻挡构件49，能够减小第三磁传感器44A和第四磁传感器44B与第一磁体41之间的间隔。因此，能够减小扭矩传感器11中的输入轴9的轴向尺寸。
另外，在上述实施方式中，检测输入轴9的旋转角度的第一磁传感器43A和第二磁传感器43B安装在一个表面(第一表面)上，并且检测输出轴10的旋转角度的第三磁传感器44A和第四磁传感器44B安装在传感器安装基板47的另一表面(第一表面)上。通过采用此构型，仅设有单个基板来安装磁传感器，由此可以实现产品成本的降低。
磁体41、42和磁传感器43A、43B、44A、44B可以组装在一起以使得当没有扭矩在扭杆11中产生时，由第一磁传感器43A和第二磁传感器43B计算的第一磁体41的电气角θ1和由第三磁传感器44A和第四磁传感器44B计算的第二磁体42的电气角θ2变为相等。当此发生时，能够基于γ＝(θ1-θ2)/5计算扭杆11的扭转角γ。即，当此发生时，第一基准电气角θ1o和第二基准电气角θ2o是不必要的。
(第二实施方式)
接下来，将参照图1和图7至11对根据本发明的第二实施方式的扭矩检测装置进行描述。
如图1中所示，包括此实施方式的扭矩检测装置的电动助力转向***101包括ECU112和扭矩传感器120。在图1中，由于除ECU112和扭矩传感器120以外的其它构型类似于根据第一实施方式的电动助力转向***1的除ECU12和扭矩传感器20以外的其它构型，所以，相似的附图标记将被给定于相似的元件，并且将省略其说明。
扭矩传感器120设置在转向轴6的圆周上。扭矩传感器120基于由扭杆11的扭转导致的输入轴9与输出轴10之间的相对旋转位移而检测施加于转向轮2(输入轴9)的转向扭矩。如下文中将要描述的，扭矩传感器120包括四个磁传感器143A、143B、144A、144B(参照图9)。各个磁传感器的输出信号被输入到包括微型计算机的ECU(电子控制单元)112中。ECU112基于磁传感器的输出信号计算转向扭矩。因此，扭矩检测装置包括扭矩传感器120和ECU112。另外，由车速传感器23检测的车速被输入到ECU112中。
电动机18由ECU112控制。ECU112根据基于扭矩传感器120的输出信号计算的转向扭矩和由车速传感器23检测的车速控制电动机18。特别地，在ECU112中，目标助力量通过使用储存针对车速设定的转向扭矩与目标助力量之间的关系的映射来确定，并且由电动机18产生的助力被控制为接近目标助力量。
图7为示出扭矩传感器120的一部分的局部剖切的平面图。图8为沿图7中的线VIII-VIII截取的截面图。图9为示出扭矩传感器120的分解立体图。在下面的描述中，涉及向上方向的表述表示图8的上侧，并且涉及向下方向的表述表示图8的下侧。
参照图7和图8，如第一实施方式中那样，扭矩传感器120容纳在传感器壳体31中。此实施方式的扭矩传感器120不同于第一实施方式的扭矩传感器20之处主要在于，第一实施方式中的第二磁阻挡构件49不设置在扭矩传感器120中。在下文中，将对此实施方式的扭矩传感器120进行具体描述。
参照图7至图9，扭矩传感器120包括第一环形磁体141、第二环形磁体142、第一磁传感器143A和第二磁传感器143B、以及第三磁传感器144A和第四磁传感器144B，第一环形磁体141联接至输入轴9从而与输入轴9一起旋转，第二环形磁体142联接至输出轴10从而与输出轴10一起旋转，并且第二环形磁体142面对第一磁体141，第一磁传感器143A和第二磁传感器143B布置在磁体141、142两者之间，用于检测输入轴旋转角度，第三磁传感器144A和第四磁传感器144B布置在磁体141、142两者之间，用于检测输出轴旋转角度。在此实施方式中，霍尔元件用作磁传感器143A、143B、144A、144B。
第一磁体141和第二磁体142具有与第一实施方式中的第一磁体41和第二磁体42的构型相同的构型。但是，如图10和11中所示，第一磁体141和第二磁体142分别固定至第一磁体夹具45和第二磁体夹具46，使得在方向盘2处于中间位置并且没有转向扭矩施加于方向盘2的状态下，第一磁体141和第二磁体142的各个磁极的相对位置不同于第一实施方式的各个磁极的相对位置。
传感器安装基板147布置在第一磁体141与第二磁体142之间。另外，磁阻挡构件148布置在传感器安装基板147与第二磁体142之间。传感器安装基板147具有与第一实施方式中的传感器安装基板47的形状相同的形状。但是，如上文已经描述，此实施方式的扭矩传感器120不具有第一实施方式的第二磁阻挡构件49。因此，传感器安装基板147可以设置成没有在第一实施方式的传感器安装基板47中设置的被螺栓***穿过以安装第二磁阻挡构件49的孔。
传感器安装基板147具有从输入轴9的轴向方向上观察到的大致矩形形状，并且在传感器安装基板147的下部中形成有大致半圆形切口部147a以允许输入轴9穿过切口部147a。第一磁传感器143A和第二磁传感器143B安装在传感器安装基板147的面对第一磁体141的第一表面上。第三磁传感器144A和第四磁传感器144B安装在传感器安装基板147的面对第二磁体142的第二表面上。即，第一磁传感器至第四磁传感器143A、143B、144A、144B布置在第一磁体141与第二磁体142之间(位于由第一磁体141和第二磁体142夹设的空间内)。
磁传感器143A、143B、144A、144B绕传感器安装基板147中的切口部147a的圆周布置。特别地，如图9和图10中所示，当从第二磁体142侧观察第一磁体141时，第一磁传感器143A在传感器安装基板147中的切口部147a的圆周上布置在传感器安装基板147的宽度方向上的中心处。第二磁传感器143B沿逆时针方向以18°的机械角(90°的电气角)的角度间隔与从第一磁传感器143A隔开地设置。
第三磁传感器144A沿顺时针方向以120°的机械角(600°的电气角)的角度间隔与第一磁传感器143A隔开地设置。第四磁传感器144B沿顺时针方向以120°的机械角(600°的电气角)的角度间隔与第二磁传感器143B隔开地设置。因此，第四磁传感器144B沿逆时针方向以18°的机械角(90°的电气角)的角度间隔与第三磁传感器144A隔开地设置。
第一磁体141与第一磁传感器143A和第二磁传感器143B之间的间隔等于第二磁体142与第三磁传感器144A和第四磁传感器144B之间的间隔。
磁阻挡构件148具有与第一实施方式的第一磁阻挡构件48的构型相同的构型并且磁阻挡构件148构造成阻挡从第二磁体142指向第一磁传感器143A和第二磁传感器143B的磁通量。当从第二磁体142侧观察第一磁体141时，磁阻挡构件148具有通过从传感器安装基板147的左半部上减去右上部而形成的形状。
磁阻挡构件148螺栓51、52和螺母53安装在传感器安装基板147上。传感器安装基板147和磁阻挡构件148安装在基板夹具150上，基板夹具150用螺栓51和54支撑在传感器壳体31上。
将对通过扭矩传感器120和ECU112检测转向扭矩的检测方法进行描述。
图10为示出在方向盘2处于中间位置并且没有转向扭矩施加于方向盘2的状态下，当从第二磁体142侧观察第一磁体141时，第一磁传感器至第四磁传感器143A、143B、144A、144B与第一磁体141之间的位置关系的示例图。图11为示出在方向盘2处于中间位置并且没有转向扭矩施加于方向盘2的状态下，当从第一磁体141侧观察第二磁体142时，第一磁传感器至第四磁传感器143A、143B、144A、144B与第二磁体142之间的位置关系的示例图。
在此实施方式中，在方向盘2处于中间位置并且没有转向扭矩施加于方向盘2的状态下，第一磁体141和第二磁体142的磁极的相对位置在方向盘2处于中间位置并且没有转向扭矩施加于方向盘2的状态下不同。特别地，当从处于上述状态下的方向盘2侧观察第一磁体141和第二磁体142时，第二磁体142的磁极相对于第一磁体141的磁极在逆时针方向(图11中的箭头A表示的方向)上相差12°(60°的电气角)。当假设通过第一磁体141的磁极相对于第二磁体142的磁极的偏离，第一磁传感器143A和第二磁传感器143B仅受到第一磁体141的磁力影响并且第三磁传感器144A和第四磁传感器144B仅受到来自第二磁体142的磁力影响时，在上述状态下的由第一磁传感器143A和第二磁传感器143B检测的第一磁体141的旋转角度(对应于将在下文中描述的第一电气角θ1)与由第三磁传感器144A和第四磁传感器144B检测的第二磁体142的旋转角度(对应于将在下文中描述的第二电气角θ2)一致。
当从中间轴7侧观察输入轴9沿顺时针方向旋转时，第一磁体141和第二磁体142也与输入轴9的顺时针旋转相关联地顺时针旋转。在此情形中，当从第一磁传感器至第四磁传感器143A、143B、144A、144B侧观察第一磁体141时，第一磁体141在图10中的箭头A表示的方向上(顺时针)旋转。另一方面，当从第一磁传感器至第四磁传感器143A、143B、144A、144B侧观察第二磁体143时，第二磁体142在图11中的箭头A表示的方向上(逆时针)旋转。然后，假设图10和图11中的箭头A指示的方向表示正方向，应当理解，当磁体141、142在正方向上旋转时，各个磁体141、142的旋转角度增加，而当磁体141、142在反方向上旋转时，各个磁体141、142的旋转角度减小。
由于磁阻挡构件148防止第一磁传感器143A和第二磁传感器143B受来自第二磁体142的磁通量影响，所以第一磁传感器143A和第二磁传感器143B仅受来自第一磁体141的磁通量影响。因此，当第一磁体141旋转时，彼此相位相差90°的正弦波信号由从第一磁体141的磁极产生的磁通量从第一磁传感器143A和第二磁传感器143B输出。这里，假设第一磁体141的旋转角度(电气角)是θ1，可以理解，由V11＝sinθ1表示的第一输出信号V11从第一磁传感器143A输出，并且由V12＝sinθ2表示的第二输出信号V12从第二磁传感器143B输出。但是，这些信号V11、V12的幅值是一。第一磁体141的旋转角度(电气角)θ1由下面的表达式(101)表示。
θ1＝tan-1(V11/V12) ...(101)
第三磁传感器144A和第四磁传感器144B不仅受来自第二磁体142的磁通量影响，而且还受来自第一磁体141的磁通量影响。因此，对应于来自第二磁体142的磁通量和第一磁体141的磁通量的总和的第三输出信号V13和第四输出信号V14分别从第三磁传感器144A和第四磁传感器144B输出。
假设第二磁体142的旋转角度(电气角)是θ2，那么包含在第三输出信号V13中的、仅仅基于来自第二磁体142的磁通量的信号分量V132由下面的表达式(102)表示，包含在第四输出信号V14中的、仅仅基于来自第二磁体142的磁通量的信号分量V142由下面的表达式(103)表示。但是信号分量的幅值是一。
V132＝sinθ2 ...(102)
V142＝cosθ2 ...(103)
第三磁传感器144A和第四磁传感器144B与第一磁体141之间的距离比第三磁传感器144A和第四磁传感器144B与第二磁体142之间的距离大了对应于传感器安装基板147的厚度的量。因此，由第三磁传感器144A和第四磁传感器144B检测的第一磁体141的磁通量的量小于由第三磁传感器144A和第四磁传感器144B检测的第二磁体142的磁通量的量。
由第三磁传感器144A和第四磁传感器144B检测的第一磁体141的磁通量的量与由第三磁传感器144A和第四磁传感器144B检测的第二磁体142的磁通量的量的比限定为衰减系数k1。衰减系数k1可以例如从先前测量值或者模拟的结果来计算。
当衰减系数k1如上所述限定时，包含在第三输出信号V13中的、仅仅基于来自第一磁体141的磁通量的信号分量V131由下面的表达式(104)表示，并且包含在第四输出信号V14中的、仅仅基于来自第一磁体141的磁通量的信号分量V141由下面的表达式(105)表示。
V131＝k1·sin(θ1-600°)
＝k1·sin(θ1+120°) ...(104)
V141＝k1·cos(θ1-600°)
＝k1·cos(θ1+120°) ...(105)
因此，第三输出信号V13和第四输出信号V14分别由下面的表达式(106)、(107)表示。
V13＝V131+V132
＝k1·sin(θ1+120°)+sinθ2 ...(106)
V14＝V134+V142
＝k1·cos(θ1+120°)+cosθ2 ...(107)
来自第三输出信号V13的消除了来自第一磁体141的磁通量的影响的信号分量V132和来自第四输出信号V14的消除了来自第一磁体141的磁通量的影响的信号分量V142分别由下面的表达式(108)、(109)表示。
V132＝sinθ2
＝V13-k·sin(θ1+120°) ...(108)
V142＝cosθ2
＝V14-k·cos(θ1+120°) ...(109)
应当注意，表达式(108)、(109)中的θ1是基于表达式(101)计算的第一磁体141的旋转角度(电气角)θ1。另外，能够例如基于储存用于θ1的sin(θ1+120°)的映射获得sin(θ1+120°)。类似地，能够例如基于储存用于θ1的cos(θ1+120°)的映射获得cos(θ1+120°)。
第二磁体142的旋转角度(电气角)θ2由下面的表达式(110)表示。
θ2＝tan-1(V132/V142) ...(110)
ECU112通过使用表达式(101)从第一输出信号V11和第二输出信号V12计算第一磁体141的旋转角度(电气角)θ1。
另外，ECU112通过使用表达式(110)从第三输出信号V13和第四输出信号V14、衰减系数k1以及第一磁体141的旋转角度θ1计算第二磁体142的旋转角度(电气角)θ2。特别地，ECU112基于表达式(108)从第三输出信号V13、衰减系数k1以及第一磁体141的旋转角度θ1计算V132(＝sinθ2)。另外，ECU112基于表达式(109)从第四输出信号V14、衰减系数k1以及第一磁体141的旋转角度θ1计算V142(＝cosθ2)。接下来，ECU112基于表达式(110)计算第二磁体142的旋转角度(电气角)θ2。
由于当没有转向扭矩施加于输入轴9时没有扭转在扭杆11中产生，所以输入轴9从中间位置的旋转角度和输出轴10从中间位置的旋转角度相等。因此，在此情形中，第一电气角θ1和第二电气角θ2变为相等。
另一方面，由于当转向扭矩施加于输入轴9时，扭矩在扭杆11中产生，所以在输入轴9从中间位置的旋转角度与输出轴10从中间位置的旋转角度之间产生根据扭杆11的扭转角γ的角度差。扭杆11的扭转角γ[度]的最大值的绝对值小于对应于360°的电气角的72[度]的机械角。因此，在此情形中，在第一电气角θ1与第二电气角θ2之间产生根据扭杆11的扭转角γ的角度差。
然后，ECU112从第一电气角θ1减去第二电气角θ2并且根据相减的结果计算扭杆11的扭转角γ。特别地，ECU112基于下面的表达式(111)计算扭杆11的扭转角(机械角)γ。
γ＝(θ1-θ2)/5 ...(111)
上面表达式(111)中的“5”表示设置在磁体141、142中的每一个中的磁极对的数量。
最后，ECU112通过用扭杆11的弹簧常数K乘以扭转角γ来计算转向扭矩T。即，ECU112基于下面的表达式(112)计算转向扭矩T。
T＝γ×K＝{(θ1-θ2)/5)×K ...(112)
ECU12在每个预定计算循环中执行类似于以上所描述的计算，以在每个计算循环中计算转向扭矩T。
在此方式中，在本实施方式中，第一磁传感器至第四磁传感器143A、143B、144A、144B布置在第一磁体141与第二磁体142之间，第一磁体141联接至输入轴9从而与输入轴9一起旋转，第二磁体142联接至输出轴10从而与输出轴10一起旋转。因此，可以减小扭矩传感器11中的输入轴9在垂直于轴向方向的方向上的尺寸。
顺便提及，认为：例如，两个第一轴旋转角度检测磁传感器设置成使得能够仅仅检测来自第一磁体141的磁通量，从而检测第一磁体141的旋转角度(输入轴9的旋转角度)，并且，例如，两个第二轴旋转角度检测磁传感器设置成使得能够仅仅检测来自第二磁体142的磁通量，从而检测第二磁体142的旋转角度(输出轴10的旋转角度)。特别地，基于能够仅仅检测来自第一磁体141的磁通量的两个第一轴旋转角度检测磁传感器的输出信号计算输入轴9的旋转角度(电气角)。另一方面，基于能够仅仅检测来自第二磁体142的磁通量的两个第二轴旋转角度检测磁传感器的输出信号计算输出轴10的旋转角度(电气角)。然后，基于输入轴9的旋转角度与输出轴10的旋转角度之间的差值计算扭杆11的扭转角。
在此情形中，必要的是，防止第一轴旋转角度检测磁传感器受来自第二磁体142的磁通量影响并且防止第二轴旋转角度检测磁传感器受来自第一磁体141的磁通量影响。
然后，认为：第一轴旋转角度检测磁传感器与第二磁体142之间的间隔增加并且第二轴旋转角度检测磁传感器与第一磁体141之间的间隔增加。但是，在采用此构型的情况下，扭矩检测装置中的输入轴9的轴向尺寸增加。
与上述构型相比，根据此实施方式，能够减小扭矩传感器中的输入轴的轴向尺寸。另外，与第一实施方式的构型相比，仅设置有单个磁阻挡构件。因此，可以简化构型，并且能够进一步减小扭矩传感器中的输入轴的轴向尺寸。
另外，在此实施方式中，检测输入轴9的旋转角度的第一磁传感器143A和第二磁传感器143B安装在一个表面(第一表面)上，并且检测输出轴10的旋转角度的第三磁传感器144A和第四磁传感器144B安装在传感器安装基板147的另一表面(第一表面)上。通过采用此构型，仅设有单个基板1来安装磁传感器，由此可以减小生产成本。
应当注意，第一磁传感器143A和第二磁传感器143B与第三磁传感器144A和第四磁传感器144B可以安装在传感器安装基板147的一个表面上。
另外，在此实施方式中，虽然第一磁传感器143A与第二磁传感器143B之间的角度间隔以及第三磁传感器144A与第四磁传感器144B之间的角度间隔设定为在电气角方面为90°，但这些角度间隔可以设定为除90°以外的其它角度。另外，在此实施方式中，虽然第一磁传感器143A与第三磁传感器144A之间的角度间隔以及第二磁传感器143B与第四磁传感器144B之间的角度间隔设定为在电气角方面为600°，但这些角度间隔可以设定为除600°以外的其它角度。
另外，在此实施方式中，虽然设置有阻挡从第二磁体142指向第一磁传感器143A和第二磁传感器143B的磁通量的磁阻挡构件148，但是也可以设置阻挡从第一磁体141指向第三磁传感器144A和第四磁传感器144B的磁通量的磁阻挡构件来代替磁阻挡构件148。当这发生时，第三磁传感器144A和第四磁传感器144B仅检测来自第二磁体142的磁通量，并且第一磁传感器143A和第二磁传感器143B仅检测对应于来自第一磁体141的磁通量和来自第二磁体142的磁通量的总和的磁通量。
因此，当此发生时，基于第三磁传感器144A和第四磁传感器144B的输出信号计算输出轴10的旋转角度(电气角)θ2。另外，基于第一磁传感器143A和第二磁传感器143B的输出信号和输出轴10的旋转角度θ2从第一磁传感器143A和第二磁传感器143B的输出信号计算消除了来自第二磁体142的磁通量的影响的信号分量sinθ1、cosθ1。然后，基于获得的信号分量sinθ1、cosθ1计算输入轴9的旋转角度(电气角)θ1。
在此实施方式中，在方向盘2处于中间位置并且没有转向扭矩施加于方向盘2的状态下，第一磁体141和第二磁体142的磁极的相对位置设定为使得从表达式(101)计算出的第一电气角θ1与从表达式(110)计算出的第二电气角θ2在上述状态下彼此一致。
但是，在上述状态下，两个磁体141、142的磁极的相对位置可以设定为使得从表达式(101)计算出的第一电气角θ1与从表达式(110)计算出的第二电气角θ2在上述状态下彼此不一致。或许，在此状态下，两个磁体141、142的磁极的相对位置可以彼此一致(例如参照第一实施方式的图5、图6)。在此情形中，预先获得从表达式(101)计算出的第一电气角θ1与从表达式(110)计算出的第二电气角θ2之间的差值，并且应当在基于获得的差值修正在计算扭矩时计算出的第一电气角θ1或第二电气角θ2之后，计算扭杆11的扭转角γ。
(第三实施方式)
接下来，将参照图1和图12至16对根据本发明的第三实施方式的扭矩检测装置进行描述。
如图1中所示，包括此实施方式的扭矩检测装置的电动助力转向***201包括ECU212和扭矩传感器220。在图1中，由于除ECU212和扭矩传感器220以外的其它构型类似于根据第一实施方式的电动助力转向***1的除ECU12和扭矩传感器20以外的其它构型，所以相似的附图标记将被给定于相似的元件，并且将省略其描述。
扭矩传感器220设置在转向轴6的圆周上。扭矩传感器220基于由扭杆11的扭转导致的输入轴9与输出轴10之间的相对旋转位移而检测施加于方向盘2(输入轴9)的转向扭矩。如下文中将要描述的，扭矩传感器220包括四个磁传感器243A、243B、244A、244B(参照图14)。各个磁传感器的输出信号被输入到包括微型计算机的ECU(电子控制单元)212中。ECU212基于磁传感器的输出信号计算转向扭矩。因此，扭矩检测装置包括扭矩传感器220和ECU212。另外，由车速传感器23检测的车速被输入到ECU212中。
电动机18由ECU212控制。ECU212根据基于扭矩传感器220的输出信号计算的转向扭矩和由车速传感器23检测的车速控制电动机18。特别地，在ECU212中，目标助力量通过使用储存针对车速设定的转向扭矩与目标助力量之间的关系的映射来确定，并且由电动机18产生的助力被控制为接近目标助力量。
图12为示出扭矩传感器22的一部分的局部剖切的平面图。图13为沿图12中的线XIII-XIII截取的截面图。图14为示出扭矩传感器220的分解立体图。在下面的描述中，涉及向上方向的表述表示图13的上侧，并且涉及向下方向的表述表示图13的下侧。
参照图12和13，如第一实施方式中那样，扭矩传感器220容纳在传感器壳体31中。此实施方式的扭矩传感器220不同于第一实施方式的扭矩传感器20之处主要在于，在扭矩传感器220中没有设置第一实施方式中的磁阻挡构件48、49。在下文中，将对此实施方式的扭矩传感器220进行具体描述。
参照图12至14，扭矩传感器220包括第一环形磁体41、第二环形磁体42、第一磁传感器243A和第二磁传感器243B、以及第三磁传感器244A和第四磁传感器244B，第一磁传感器243A和第二磁传感器243B布置在磁体41与磁体42之间并且面对第一磁体41，第三磁传感器244A和第四磁传感器244B布置在磁体41与磁体42之间并且面对第二磁体42。在此实施方式中，霍尔元件用作磁传感器243A、243B、244A、244B。
传感器安装基板247布置在第一磁体41与第二磁体42之间。传感器安装基板247具有与第一实施方式中的传感器安装基板47的形状相同的形状。但是，如上文已经描述，此实施方式的扭矩传感器220不包括第一实施方式的磁阻挡构件48、49。因此，传感器安装基板247可以设置成没有在第一实施方式的传感器安装基板47中设置的被螺栓***穿过以安装磁阻挡构件48、49的孔。第一磁传感器243A和第二磁传感器243B安装在传感器安装基板247的面对第一磁体41的第一表面上。第三磁传感器244A和第四磁传感器244B安装在传感器安装基板247的面对第二磁体42的第二表面上。即，第一磁传感器至第四磁传感器243A、243B、244A、244B布置在第一磁体41与第二磁体42之间(位于由第一磁体41和第二磁体42夹设的空间内)。
当从第一磁体41侧观察第二磁体42时，第一磁传感器243A布置在传感器安装基板247的右部的下端附近，并且第二磁传感器243B沿逆时针方向以90°的电气角的角度间隔与第一磁传感器243A隔开地设置。当从第一磁体41侧观察第二磁体42，第三磁传感器244A隔着传感器安装基板247布置在第一磁传感器243A的正后方。另外，当从第一磁体41侧观察第二磁体42时，第四磁传感器244B隔着传感器安装基板247布置在第二磁传感器243B的正后方。
即，第三磁传感器244A布置在连接第一磁体41上第一磁传感器243A所面对的位置与第一磁传感器243A的线的延长线上，并且第四磁传感器244B布置在连接第一磁体41上第二磁传感器243B所面对的位置与第二磁传感器243B的线的延长线上。
另外，第一磁体41与第一磁传感器243A和第二磁传感器243B之间的间隔等于第二磁体42与第三磁传感器244A和第四磁传感器244B之间的间隔。
传感器安装基板247安装在基板夹具250上，基板夹具250用螺栓251、252支撑在传感器壳体31上。
将对用于通过扭矩传感器220和ECU212检测转向扭矩的检测方法进行描述。
图15为示出在方向盘2处于中间位置并且没有转向扭矩施加于方向盘2的状态下，当从传感器安装基板247侧观察第一磁体41时，第一磁传感器243A和第二磁传感器243B与第一磁体41之间的位置关系的示例图。图16为示出在方向盘2处于中间位置并且没有转向扭矩施加于方向盘2的状态下，当从传感器安装基板247侧观察第二磁体42时，第三磁传感器244A和第四磁传感器244B与第二磁体42之间的位置关系。
第一磁体41和第二磁体42分别固定至输入轴9和输出轴10，使得在方向盘2处于中间位置并且没有转向扭矩施加于方向盘2的状态下，第一磁体41的北磁极与第二磁体的北磁极彼此面对。因此，在没有扭矩在扭杆11中产生的状态下，第一磁体41的北磁极与第二磁体42的北磁极彼此面对。
当从方向盘2侧观察时输入轴9沿顺时针旋转时，第一磁体41和第二磁体42也与输入轴9的顺时针旋转相关联地顺时针旋转。在此情形中，当从第一磁传感器243A和第二磁传感器243B侧观察第一磁体41时，第一磁体41在图15中的箭头A表示的方向上(逆时针)旋转。另一方面，当从第三磁传感器244A和第四磁传感器244B侧观察第二磁体42时，第二磁体42在图16中的箭头A表示的方向上(顺时针)旋转。然后，假设图15和16中的箭头A指示的方向表示正方向，可以理解，当磁体41、42在正方向上旋转时，各个磁体41、42的旋转角度增加，而当磁体41、42在反方向上旋转时，各个磁体41、42的旋转角度减小。
第一磁传感器243A和第二磁传感器243B分别输出第一输出信号V21和第二输出信号V22，第一输出信号V21和第二输出信号V22对应于来自第一磁体41的磁通量和来自第二磁体42的磁通量的总和。假设第一磁体41的旋转角度(电气角)是θ1，那么包含在第一输出信号V21中的、仅基于来自第一磁体41的磁通量的信号分量是sinθ1，并且包含在第二输出信号V22中的、仅基于来自第一磁体41的磁通量的信号分量是cosθ1。但是，信号分量的幅值是一。
第三磁传感器244A和第四磁传感器244B分别输出第三输出信号V23和第四输出信号V24，第三输出信号V23和第四输出信号V24对应于来自第二磁体42的磁通量和来自第一磁体41的磁通量的总和。假设第二磁体42的旋转角度(电气角)是θ2，那么包含在第三输出信号V23中的、仅基于来自第二磁体42的磁通量信号分量是sinθ2，并且第四输出信号V24的仅基于来自第二磁体42的磁通量的信号分量是cosθ2。但是，信号分量的幅值是一。
第一磁传感器243A和第二磁传感器243B与第二磁体42之间的距离比第三磁传感器244A和第四磁传感器244B与第二磁体42之间的距离大了对应于传感器安装基板247的厚度的量。因此，由第一磁传感器243A和第二磁传感器243B检测的第二磁体42的磁通量的量小于由第三磁传感器244A和第四磁传感器244B检测的第二磁体42的磁通量的量。由第一磁传感器243A和第二磁传感器243B检测的来自第二磁体42的磁通量的量与由第三磁传感器244A和第四磁传感器244B检测的来自第二磁体42的磁通量的量的比限定为第一衰减系数k21。第一衰减系数k21能够通过例如测量距第一磁体41的距离与基于磁体41的磁通量密度之间的关系并且将对应于第一磁体41与第三磁传感器244A之间的距离的磁通量密度除以对应于第一磁体41与第一磁传感器243A之间的距离的磁通量密度来计算。
类似地，由第三磁传感器244A和第四磁传感器244B检测的来自第一磁体41的磁通量的量与由第一磁传感器243A和第二磁传感器243B检测的来自第一磁体41的磁通量的量的比限定为第二衰减系数k22。第二衰减系数k22能够通过例如测量距第二磁体42的距离与基于磁体42的磁通量密度之间的关系并且将对应于第二磁体42与第一磁传感器243A之间的距离的磁通量密度除以对应于第二磁体42与第三磁传感器244A之间的距离的磁通量密度来计算。
因此，当衰减系数k21、k22如上文已经描述地限定时，包含在第一输出信号V21中的、仅基于来自第二磁体42的磁通量的信号分量是k21·sinθ2。包含在第二输出信号V22中的、仅基于来自第二磁体42的磁通量的信号分量是k21·cosθ2。包含在第三输出信号V23中的、仅基于来自第一磁体41的磁通量的信号分量是k22·sinθ1。包含在第四输出信号V24中的、仅基于来自第一磁体41的磁通量信号分量是k22·cosθ1。
因此，第一输出信号至第四输出信号V21至V24分别由下面的表达式(201)至(204)表示。
V21＝sinθ1+k21·sinθ2 ...(201)
V22＝cosθ1+k21·cosθ2 ...(202)
V23＝sinθ2+k22·sinθ1 ...(203)
V24＝cosθ2+k22·cosθ1 ...(204)
sinθ1能够从表达式(201)和表达式(203)进行计算。特别地，下面的表达式(205)能够通过计算(1/k21)×V21-V23而获得。
(1/k21)×V21-V23
＝(1/k21)·sinθ1+sinθ2-sinθ2-k22·sinθ1
＝{(1/k21)-k22}·sinθ1 ...(205)
能够通过重新整理用于sinθ1的上述表达式获得下面的表达式(206)。
sinθ1＝{(1/k21)×V21-V23}/{(1/k21)-k22}...(206)
另外，sinθ2能够从表达式(201)和表达式(203)进行计算。特别地，能够通过计算(1/k22)×V23-V21获得下面的表达式(207)。
(1/k22)×V23-V21
＝(1/k22)·sinθ2+sinθ1-sinθ1-k21·sinθ2
＝{(1/k22)-k21}·sinθ2 ...(207)
能够通过重新整理用于sinθ2的上述表达式获得下面的表达式(208)。
sinθ2＝{(1/k22)×V23-V21}/{(1/k22)-k21}...(208)
cosθ1能够从表达式(202)和表达式(204)进行计算。特别地，下面的表达式(209)能够通过计算(1/k21)×V22-V24而获得。
(1/k21)×V22-V24
＝(1/k21)cosθ1+cosθ2-cosθ2-k22·cosθ1
＝{(1/k21)-k22}·cosθ1 ...(209)
能够通过重新整理用于cosθ1的上述表达式获得下面的表达式(210)。
cosθ1＝{(1/k21)×V22-V24}/{(1/k21)-k22}...(210)
cosθ2能够从表达式(202)和表达式(204)进行计算。特别地，能够通过计算(1/k22)×V24-V22获得下面的表达式(211)。
(1/k21)×V24-V22
＝(1/k22)·cosθ2+cosθ1-cosθ1-k21·cosθ2
＝{(1/k22)-k21}·cosθ2 ...(211)
能够通过重新整理用于cosθ2的上述表达式获得下面的表达式(212)。
cosθ2＝{(1/k22)×V24-V22}/{(1/k22)-k21}...(212)
输入轴9的旋转角度(电气角)θ1由下面的表达式(213)来表示。
θ1＝tan-1{sinθ1/cosθ1}
＝{(1/k21)×V21-V23}/{(1/k21)-k22}
÷{(1/k21)×V22-V24}/{(1/k21)-k22} ...(213)
输出轴10的旋转角度(电气角)θ2由下面的表达式(214)来表示。
θ2＝tan-1{sinθ2/cosθ2}
＝{(1/k22)×V23-V21}/{(1/k22)-k21}
÷{(1/k22)×V24-V22}/{(1/k22)-k21} ...(214)
由于扭转角γ[度]的最大值的绝对值小于对应于360°的电气角的72[度]的机械角，所以扭杆11的扭转角(机械角)γ由下面的表达式(215)来表示。
γ＝(θ2-θ1)/5 ...(215)
表达式(215)中的“5”表示设置在磁体41、42中的每一个中的磁极对的数量。
假设扭杆11的弹簧常数是K[Nm]，那么转向扭矩T由下面的表达式(216)来表示。
T＝γ×K ...(216)
衰减系数k21、k22和扭杆11的弹簧常数K预先储存在ECU12内的非易失性存储器中。
ECU12在每个预定计算循环中获取磁传感器243A、243B、244A、244B的输出信号V21、V22、V23、V24，从而计算转向扭矩T。特别地，ECU212基于获取的输出信号V21、V22、V23、V24、衰减系数k21、k22、扭杆11的弹簧常数K以及表达式(213)至(216)计算转向扭矩T。
在由于第一磁体41和第二磁体42的组装误差而没有扭矩在扭杆11中产生的状态下，存在此情况：在基于表达式(213)计算出的输入轴9的旋转角度(电气角)θ1与基于表达式(214)计算出的输出轴10的旋转角度(电气角)θ2之间存在预定角度差Δθ。当此发生时，转向扭矩T如下进行计算。
假设在没有扭矩在扭杆11中产生的状态下对应于预定角度差Δθ的机械角是β，那么此角度差β在生产时期获得并且继而储存在ECU212中的非易失性存储器中。
假设对应于由表达式(213)计算出的第一磁体41的旋转角度(电气角)θ1与由表达式(214)计算出的第二磁体42的旋转角度(电气角)θ2之间的差值的机械角是α(＝(θ2-θ1)/5，那么得到α＝β+γ。
然后，ECU212基于下面的表达式(217)计算转向扭矩t。
T＝γ×K
＝(α-β)×K
＝[{(θ2-θ1)/5}-β]×K ...(217)
即，在此情形中，ECU212在每个计算循环中基于获取的输出信号V21、V22、V23、V24、衰减系数k21、k22、扭杆11的弹簧常数K、角度差β以及表达式(213)、(214)、(217)计算转向扭矩T。
在此方式，在第三实施方式中，第一磁传感器至第四磁传感器243A、243B、244A、244B布置在第一磁体41与第二磁体42之间，第一磁体41联接至输入轴9从而与输入轴9一起旋转，第二磁体42联接至输出轴10从而与输出轴10一起旋转。因此，能够减小扭矩传感器11中的输入轴9在垂直于输入轴9的轴向方向的方向上的尺寸。
因此，当将此实施方式与第一实施方式和第二实施方式相比较时，由于磁阻挡构件48、49或者磁传感器148是不必要的，因此，不仅能够简化扭矩传感器的构型，而且能够减小扭矩传感器中的输入轴的轴向尺寸。
另外，在第三实施方式中，第一磁传感器243A和第二磁传感器243B安装在一个表面(第一表面)上，并且第三磁传感器244A和第四磁传感器244B安装在传感器安装基板247的另一表面(第二表面)上。通过采用此构型，仅设有单个基板来安装磁传感器，由此可以实现产品成本的降低。
虽然霍尔元件在第一实施方式至第四实施方式中用作磁传感器43A、43B、44A、44B，磁传感器143A、143B、144A、144B，以及磁传感器243A、243B、244A、244B，但除霍尔元件以外的其它元件例如磁阻元件(MR元件)也可以被使用，只要这些元件具有如下性能：其电气属性通过磁场的作用而变化。
本发明还能够应用于除电动助力转向***以外的其它***。
另外，可以在不脱离权利要求所描述的主题的情况下进行多种设计变化。
根据本发明的实施方式，能够提供例下文中(1)至(9)中所描述的扭矩检测装置。应当注意，虽然带括号的数字表示实施方式中的相应组成元件，但是本发明的范围不局限于这些实施方式。
(1)根据此方面，提供了用于基于由将第一轴(9)与第二轴(10)联接的联接轴(11)中的扭转导致的第一轴与所述第二轴之间的相对旋转位移而检测施加于第一轴的扭矩的扭矩检测装置，该扭矩检测装置包括：第一磁体(41、141)，第一磁体(41、141)联接至第一轴从而与第一轴一起旋转；第二磁体(42、142)，第二磁体(42、142)联接至第二轴从而与第二轴一起旋转；以及多个磁传感器(43A、43B、44A、44B、143A、143B、144A、144B、243A、243B、244A、244B)，所述多个磁传感器布置在第一磁体与第二磁体之间并且基于来自第一磁体的磁通量检测第一轴的旋转角度和第二轴的旋转角度。
根据此构型，能够基于所述多个磁传感器的输出信号计算联接轴的扭转角。由此，能够计算施加于第一轴的扭矩。
另外，在此构型中，由于所述多个磁传感器布置在第一磁体与第二磁体之间，所以能够减小扭矩检测装置中的第一轴在垂直于其轴向方向的方向上的尺寸。
(2)根据此方面，提供了根据方面(1)的扭矩检测装置，其中，所述多个磁传感器包括：基于来自第一磁体的磁通量检测第一轴的旋转角度的多个第一轴旋转角度检测磁传感器(43A、43B、143A、143B)；和基于来自第二磁体的磁通量检测第二轴的旋转角度的多个第二轴旋转角度检测磁传感器(44A、44B、144A、144B)。
根据此构型，能够基于所述多个第一轴旋转角度检测磁传感器的输出信号检测第一轴的旋转角度(电气角)。另一方面，能够基于所述多个第二轴旋转角度检测磁传感器的输出信号检测第二轴的旋转角度(电气角)。然后，能够基于第一轴的旋转角度和第二轴的旋转角度计算联接轴的扭转角。由此，能够计算施加于第一轴的扭矩。
另外，在此构型中，由于第一轴旋转角度检测磁传感器布置在第一磁体与第二磁体之间并且第二轴旋转角度检测磁传感器布置在第一磁体与第二磁体之间，所以能够减小扭矩检测装置中的第一轴在垂直于其轴向方向的方向上的尺寸。
(3)根据此方面，提供了根据方面(2)的扭矩检测装置，其还包括：传感器安装基板(47、147)，传感器安装基板(47、147)包括面对第一磁体的第一表面和面对第二磁体的第二表面，并且传感器安装基板(47、147)布置在第一磁体与第二磁体之间，其中，第一轴旋转角度检测磁传感器安装在第一表面和第二表面中的一个表面上，并且第二轴旋转角度检测磁传感器安装在第一表面和第二表面中的另一表面上。
在此构型中，由于第一轴旋转角度检测磁传感器安装在一个表面上而第二轴旋转角度检测磁传感器安装在传感器安装基板的另一表面上，所以仅设有单个基板来安装磁传感器。这能够降低产品成本。
(4)根据此方面，提供了根据方面(3)的扭矩检测装置，其中，第一轴旋转角度检测磁传感器安装在第一表面上，并且其中，第二轴旋转角度检测磁传感器安装在传感器安装基板的第二表面上。
在此构型中，由于第一轴旋转角度检测磁传感器安装在传感器安装基板的面对第一磁体的第一表面上，所以来自第一磁体的磁通量容易由第一轴旋转角度检测磁传感器检测。通过此构型，能够提高检测第一轴的旋转角度的精度。另一方面，由于第二轴旋转角度检测磁传感器安装在传感器安装基板的面对第二磁体的第二表面上，所以来自第二磁体的磁通量容易由第二轴旋转角度检测磁传感器检测。通过此构型，能够提高检测第二轴的旋转角度的精度。
(5)根据此方面，提供了根据方面(1)至(4)中任一项的扭矩检测装置，其中，阻挡从第二磁体指向第一轴旋转角度检测磁传感器的磁通量的第一磁阻挡构件(48)布置在第一轴旋转角度检测磁传感器与第二轴之间，并且阻挡从第一磁体指向第二轴旋转角度检测磁传感器的磁通量的第二磁阻挡构件(49)布置在第二轴旋转角度检测磁传感器与第一磁体之间。
由于第一轴旋转角度检测磁传感器基于来自第一磁体的磁通量检测第一轴的旋转角度，优选地，防止第一轴旋转角度检测磁传感器受来自第二磁体的磁通量影响。相似地，由于第二轴旋转角度检测磁传感器基于来自第一磁体的磁通量检测第二轴的旋转角度，优选地，防止第二轴旋转角度检测磁传感器受来自第一磁体的磁通量影响。然后，认为：第一轴旋转角度检测磁传感器与第二磁体之间的间隔增加，并且第二轴旋转角度检测磁传感器与第一磁体之间的间隔增加。但是，在采用此构型的情况下，扭矩检测装置中的输入轴的轴向尺寸增加。
在上述构型中，由于阻挡从第二磁体指向第一轴旋转角度检测磁传感器的第一磁阻挡构件布置在第一轴旋转角度检测磁传感器与第二磁体之间，所以能够减小第一轴旋转角度检测磁传感器与第二磁体之间的间隔。另外，阻挡从第一磁体指向第二轴旋转角度检测磁传感器的磁通量的第二磁阻挡构件布置在第二轴旋转角度检测磁传感器与第一磁体之间，所以能够减小第二轴旋转角度检测磁传感器与第一磁体之间的间隔。通过采用此构型，能够减小扭矩检测装置中的输入轴的轴向尺寸。
(6)根据此方面，提供了根据方面(1)或(4)的扭矩检测装置，其中，所述多个磁传感器包括：多个第一轴旋转角度检测磁传感器(143A、143B)，所述多个第一轴旋转角度检测磁传感器(143A、143B)中的每一个检测来自第一磁体的磁通量；和多个第二轴旋转角度检测磁传感器(144A、144B)，所述多个第二轴旋转角度检测磁传感器(144A、144B)中的每一个检测对应于来自第一磁体的磁通量和来自第二磁体的磁通量的总和的磁通量，并且其中，扭矩检测装置还包括：磁阻挡构件(148)，该磁阻挡构件阻挡从第二磁体指向第一轴旋转角度检测磁传感器的磁通量；提取单元(112)，该提取单元基于第一轴旋转角度检测磁传感器的输出信号和第二轴旋转角度检测磁传感器的输出信号从各个第二轴旋转角度检测磁传感器的输出信号提取消除了来自第一磁体的磁通量的影响的信号分量；第一计算单元(112)，该第一计算单元基于第一轴旋转角度检测磁传感器的输出信号计算第一轴的旋转角度；第二计算单元(112)，该第二计算单元基于提取单元提取的信号分量计算第二轴的旋转角度；以及扭矩计算单元(112)，该扭矩计算单元基于由第一计算单元计算出的第一轴的旋转角度和由第二计算单元计算出的第二轴的旋转角度计算施加于第一轴或第二轴的扭矩。
基于第一轴旋转角度检测磁传感器从各个第二轴旋转角度检测磁传感器提取消除了来自第一磁体的磁通量的影响的信号分量。另外，基于如此提取的信号分量计算第二轴的旋转角度(电气角)。另一方面，基于第一轴旋转角度检测磁传感器的输出信号检测第一轴的旋转角度(电气角)。然后，基于第一轴的旋转角度和第二轴的旋转角度计算施加于第一轴或第二轴的扭矩。
在此构型中，由于第一轴旋转角度检测磁传感器布置在第一磁体与第二磁体之间，并且第二轴旋转角度检测磁传感器布置在第一磁体与第二磁体之间，所以能够减小扭矩检测装置中的第一轴在垂直于其轴向方向的方向上的尺寸。
顺便提及，认为：多个第一轴旋转角度检测磁传感器设置成使得能够仅仅检测来自第一磁体的磁通量，从而检测第一磁体的旋转角度(第一轴的旋转角度)，并且多个第二轴旋转角度检测磁传感器设置成使得能够仅仅检测来自第二磁体的磁通量，从而检测第二磁体的旋转角度(第二轴的旋转角度)。在此情形中，必要地，防止第一轴旋转角度检测磁传感器受来自第二磁体的磁通量影响并且防止第二轴旋转角度检测磁传感器受来自第一磁体的磁通量影响。
然后，认为：第一轴旋转角度检测磁传感器与第二轴之间的间隔增加，并且第二轴旋转角度检测磁传感器与第一磁体之间的间隔增加。但是，在采取此构型的情况下，扭矩检测装置中的输入轴的轴向尺寸增加。
在根据此方面的扭矩检测装置中，与上述构型相比，能够减小扭矩检测装置中的第一轴的轴向尺寸。另外，仅设置了单个磁阻挡构件。因此，能够简化构型，并且能够进一步减小扭矩检测装置中的输入轴的轴向尺寸。这能够实现产品成本的降低。
(7)根据此方面，提供了根据方面(1)的扭矩检测装置，其中，所述多个传感器包括：第一磁传感器(243A)和第二磁传感器(243B)，第一磁传感器和第二磁传感器设置成面对第一磁体并且分别输出第一输出信号和第二输出信号，第一输出信号和第二输出信号对应于来自第一磁体的磁通量和来自第二磁体的磁通量的总和；以及第三磁传感器和第四磁传感器(244A，244B)，第三磁传感器和第四磁传感器设置在第一磁体与第二磁体之间以面对第二磁体，并且第三磁传感器和第四磁传感器分别输出第三输出信号(V23)和第四输出信号(V24)，第三输出信号和第四输出信号对应于来自第二磁体的磁通量和来自第一磁体的磁通量的总和，其中，第三磁传感器设置在连接第一磁体上第一磁传感器所面对的位置与第一磁传感器的线的延长线上，并且其中，第四磁传感器设置在连接第一磁体上第二磁传感器所面对的位置与第二磁传感器的线的延长线上，并且其中扭矩检测装置还包括：第一信号分量计算单元(212)，基于第一输出信号和第三输出信号，第一信号分量计算单元从第一输出信号计算第一信号分量(sinθ1)并且从第三输出信号计算第三信号分量(sinθ2)，在第一信号分量中，消除了来自第二磁体的磁通量的影响，在第三信号分量中，消除了来自第一磁体的磁通量的影响；第二信号分量计算单元(212)，基于所述第二输出信号和所述第四输出信号，第二信号分量计算单元从第二输出信号计算第二信号分量(cosθ1)并且从第四输出信号计算第四信号分量(cosθ2)，在第二信号分量中，消除了来自第二磁体的磁通量的影响，在第四信号分量中，消除了来自第一磁体的磁通量的影响；以及扭矩计算单元(212)，扭矩计算单元通过使用第一信号分量至第四信号分量计算施加于第一轴的扭矩。
在此构型中，基于第一输出信号和第三输出信号，从第一输出信号计算第一信号分量(sinθ1)并且从第三输出信号计算第三信号分量(sinθ2)，在第一信号分量中，消除了来自第二磁体的磁通量的影响，在第三信号分量中，消除了来自第一磁体的磁通量的影响。另外，基于第二输出信号和第四输出信号，从第二输出信号计算第二信号分量(cosθ1)并且从第四输出信号计算第四信号分量(cosθ2)，在第二信号分量中，消除了来自第二磁体的磁通量的影响，在第四信号分量中，消除了来自第一磁体的磁通量的影响。然后，通过使用第一信号分量至第四信号分量计算施加于第一轴的扭矩。
根据此构型，由于第一磁传感器和第二磁传感器布置在第一磁体与第二磁体之间从而面对第一磁体并且第三磁传感器和第四磁传感器布置成面对第二磁体，所以能够减小扭矩检测装置中的第一轴在垂直于轴向方向的方向上的尺寸。
根据此扭矩检测装置，由于磁阻挡构件是不必要的，所以能够简化构型，而且能够减小扭矩检测装置中的第一轴的轴向尺寸。
(8)根据此方面，提供了根据方面(7)的扭矩检测装置，其中，传感器安装基板(247)布置在第一磁体与第二磁体之间，传感器安装基板包括面对第一磁体的第一表面和面对第二磁体的第二表面，并且其中，第一磁传感器和第二磁传感器安装在传感器安装基板的第一表面上，并且第三磁传感器和第四磁传感器安装在传感器安装基板的第二表面上。
在此构型中，由于第一轴旋转角度检测磁传感器安装在一个表面上并且第二轴旋转角度检测磁传感器安装在传感器安装基板的另一表面上，所以仅设置了单个基板来安装磁传感器，由此能够降低产品成本。
(9)根据此方面，提供了根据方面(7)或(8)的扭矩检测装置，其中，扭矩计算单元通过使用从第一信号分量和第二信号分量计算出的第一轴的旋转角度(θ1)、从第三信号分量和第四信号分量计算出的第二轴的旋转角度(θ2)、以及联接轴的弹簧常数(K)计算施加于第一轴的扭矩(T)。
在此构型中，能够基于从第一信号分量和第二信号分量计算的第一轴的旋转角度(θ1)和从第三信号分量和第四信号分量计算的第二轴的旋转角度(θ2)计算联接轴的扭转角(γ)。然后，能够通过用联接轴的弹簧常数(K)乘以联接轴的扭转角(γ)计算施加于第一轴的扭矩(T)。
(10)根据此方面，提供了根据方面(7)或(8)的扭矩检测装置，其中，扭矩计算单元通过使用从第一信号分量和第二信号分量计算出的第一轴的旋转角度(θ1)、从第三信号分量和第四信号分量计算出的第二轴的旋转角度(θ2)、在联接轴中没有扭转产生的状态下预先设定的第一轴的旋转角度与第二轴的旋转角度之间的角度差(β)、以及预先设定的联接轴的弹簧常数(K)计算施加于第一轴的扭矩(T)。
即使在由于第一磁体和第二磁体的组装误差而没有扭矩在联接轴中产生的状态下，也会担心，在从第一信号分量和第二信号分量计算的第一轴的旋转角度(θ1)与从第三信号分量和第四信号分量计算的第二轴的旋转角度(θ2)之间产生角度差(β)。
在此构型中，能够基于从第一信号分量和第二信号分量计算出的第一轴的旋转角度(θ1)、从第三信号分量和第四信号分量计算出的第二轴的旋转角度(θ2)、以及在联接轴中没有扭转产生的状态下在第一轴的旋转角度与第二轴的旋转角度之间产生的角度差(β)计算联接轴的扭转角(γ)。然后，能够通过将联接轴的弹簧常数(K)乘以联接轴的扭转角(γ)计算施加于第一轴的扭矩(T)。
根据此构型，同样，在没有扭转在联接轴中产生的状态下，当第一轴的旋转角度与第二轴的旋转角度之间存在角度差(β)时，能够精确地计算联接轴的扭转角(γ)，由此可以增加计算扭矩(T)的精度。
附图标记的说明
9：输入轴(第一轴)
10：输出轴(第二轴)
11：扭杆
41：第一磁体
42：第二磁体
43a、43b、44a、44b：磁传感器
47：传感器安装基板
48、49：磁阻挡构件
12：ECU
141：第一磁体
142：第二磁体
143a、143b、144a、144b：磁传感器
147：传感器安装基板
148：磁阻挡构件
112：ECU
243a、243b、244a、244b：磁传感器
247：传感器安装基板
212：ECU

Claims (6)

1.一种扭矩检测装置，所述扭矩检测装置用于基于由将第一轴与第二轴联接的联接轴中的扭转导致的所述第一轴与所述第二轴之间的相对旋转位移而检测施加于所述第一轴的扭矩，所述扭矩检测装置包括：
第一磁体，所述第一磁体联接至所述第一轴，从而与所述第一轴一起旋转；
第二磁体，所述第二磁体联接至所述第二轴，从而与所述第二轴一起旋转；以及
多个磁传感器，所述多个磁传感器设置在所述第一磁体与所述第二磁体之间并且检测所述第一轴的旋转角度和所述第二轴的旋转角度，
其中，所述多个磁传感器包括：
多个第一轴旋转角度检测磁传感器，所述多个第一轴旋转角度检测磁传感器基于来自所述第一磁体的磁通量检测所述第一轴的旋转角度；和
多个第二轴旋转角度检测磁传感器，所述多个第二轴旋转角度检测磁传感器基于来自所述第二磁体的磁通量检测所述第二轴的旋转角度，
其中，在所述第一轴旋转角度检测磁传感器与所述第二轴之间设置有第一磁阻挡构件，所述第一磁阻挡构件阻挡从所述第二磁体指向所述第一轴旋转角度检测磁传感器的磁通量，以及
其中，在所述第二轴旋转角度检测磁传感器与所述第一磁体之间设置有第二磁阻挡构件，所述第二磁阻挡构件阻挡从所述第一磁体指向所述第二轴旋转角度检测磁传感器的磁通量。
2.一种扭矩检测装置，所述扭矩检测装置用于基于由将第一轴与第二轴联接的联接轴中的扭转导致的所述第一轴与所述第二轴之间的相对旋转位移而检测施加于所述第一轴的扭矩，所述扭矩检测装置包括：
第一磁体，所述第一磁体联接至所述第一轴，从而与所述第一轴一起旋转；
第二磁体，所述第二磁体联接至所述第二轴，从而与所述第二轴一起旋转；以及
多个磁传感器，所述多个磁传感器设置在所述第一磁体与所述第二磁体之间并且检测所述第一轴的旋转角度和所述第二轴的旋转角度，
其中，所述多个磁传感器包括：
多个第一轴旋转角度检测磁传感器，所述多个第一轴旋转角度检测磁传感器中的每一个检测来自所述第一磁体的磁通量；和
多个第二轴旋转角度检测磁传感器，所述多个第二轴旋转角度检测磁传感器中的每一个检测根据来自所述第一磁体的磁通量和来自所述第二磁体的磁通量的总和形成的磁通量，以及
其中，所述扭矩检测装置还包括：
磁阻挡构件，所述磁阻挡构件阻挡从所述第二磁体指向所述第一轴旋转角度检测磁传感器的磁通量；
提取单元，所述提取单元基于所述第一轴旋转角度检测磁传感器的输出信号和所述第二轴旋转角度检测磁传感器的输出信号从各个所述第二轴旋转角度检测磁传感器的输出信号提取消除了来自所述第一磁体的磁通量的影响的信号分量；
第一计算单元，所述第一计算单元基于所述第一轴旋转角度检测磁传感器的输出信号计算所述第一轴的旋转角度；
第二计算单元，所述第二计算单元基于所述提取单元提取的所述信号分量计算所述第二轴的旋转角度；以及
扭矩计算单元，所述扭矩计算单元基于由所述第一计算单元计算出的所述第一轴的旋转角度和由所述第二计算单元计算出的所述第二轴的旋转角度计算施加于所述第一轴或所述第二轴的扭矩。
3.一种扭矩检测装置，所述扭矩检测装置用于基于由将第一轴与第二轴联接的联接轴中的扭转导致的所述第一轴与所述第二轴之间的相对旋转位移而检测施加于所述第一轴的扭矩，所述扭矩检测装置包括：
第一磁体，所述第一磁体联接至所述第一轴，从而与所述第一轴一起旋转；
第二磁体，所述第二磁体联接至所述第二轴，从而与所述第二轴一起旋转；以及
多个磁传感器，所述多个磁传感器设置在所述第一磁体与所述第二磁体之间并且检测所述第一轴的旋转角度和所述第二轴的旋转角度，
其中，所述多个磁传感器包括：
第一磁传感器和第二磁传感器，所述第一磁传感器和所述第二磁传感器设置成面对所述第一磁体并且分别输出第一输出信号和第二输出信号，所述第一输出信号和所述第二输出信号对应于来自所述第一磁体的磁通量和来自所述第二磁体的磁通量的总和；以及
第三磁传感器和第四磁传感器，所述第三磁传感器和所述第四磁传感器设置在所述第一磁体与所述第二磁体之间以面对所述第二磁体，并且所述第三磁传感器和所述第四磁传感器分别输出第三输出信号和第四输出信号，所述第三输出信号和所述第四输出信号对应于来自所述第二磁体的磁通量和来自所述第一磁体的磁通量的总和，
其中，所述第三磁传感器设置在连接所述第一磁体上所述第一磁传感器所面对的位置与所述第一磁传感器的线的延长线上，
其中，所述第四磁传感器设置在连接所述第一磁体上所述第二磁传感器所面对的位置与所述第二磁传感器的线的延长线上，以及
其中，所述扭矩检测装置还包括：
第一信号分量计算单元，基于所述第一输出信号和所述第三输出信号，所述第一信号分量计算单元从所述第一输出信号计算第一信号分量并且从所述第三输出信号计算第三信号分量，在所述第一信号分量中，消除了来自所述第二磁体的磁通量的影响，在所述第三信号分量中，消除了来自所述第一磁体的磁通量的影响；
第二信号分量计算单元，基于所述第二输出信号和所述第四输出信号，所述第二信号分量计算单元从所述第二输出信号计算第二信号分量并且从所述第四输出信号计算第四信号分量，在所述第二信号分量中，消除了来自所述第二磁体的磁通量的影响，在所述第四信号分量中，消除了来自所述第一磁体的磁通量的影响；以及
扭矩计算单元，所述扭矩计算单元通过使用所述第一信号分量至所述第四信号分量计算施加于所述第一轴的扭矩。
4.根据权利要求3所述的扭矩检测装置，
其中，在所述第一磁体与所述第二磁体之间设置有传感器安装基板，所述传感器安装基板包括面对所述第一磁体的第一表面和面对所述第二磁体的第二表面，以及
其中，所述第一磁传感器和所述第二磁传感器安装在所述传感器安装基板的所述第一表面上，并且所述第三磁传感器和所述第四磁传感器安装在所述传感器安装基板的所述第二表面上。
5.根据权利要求3或4所述的扭矩检测装置，
其中，所述扭矩计算单元通过使用从所述第一信号分量和所述第二信号分量计算出的所述第一轴的旋转角度、从所述第三信号分量和所述第四信号分量计算出的所述第二轴的旋转角度、以及所述联接轴的弹簧常数计算施加于所述第一轴的扭矩。
6.根据权利要求3或4所述的扭矩检测装置，
其中，所述扭矩计算单元通过使用从所述第一信号分量和所述第二信号分量计算出的所述第一轴的旋转角度、从所述第三信号分量和所述第四信号分量计算出的所述第二轴的旋转角度、在所述联接轴中没有扭转产生的状态下预先设定的所述第一轴的旋转角度与所述第二轴的旋转角度之间的角度差、以及预先设定的所述联接轴的弹簧常数计算施加于所述第一轴的扭矩。
CN201280008167.1A 2011-02-08 2012-02-08 扭矩检测装置 Expired - Fee Related CN103348229B (zh)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-025272 2011-02-08
JP2011025273A JP5652656B2 (ja) 2011-02-08 2011-02-08 トルク検出装置
JP2011025272A JP5652655B2 (ja) 2011-02-08 2011-02-08 トルク検出装置
JP2011025271A JP5720935B2 (ja) 2011-02-08 2011-02-08 トルク検出装置
JP2011-025271 2011-02-08
JP2011-025273 2011-02-08
PCT/JP2012/052897 WO2012108477A1 (ja) 2011-02-08 2012-02-08 トルク検出装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103348229A CN103348229A (zh) 2013-10-09
CN103348229B true CN103348229B (zh) 2015-05-20

Family

ID=46638690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280008167.1A Expired - Fee Related CN103348229B (zh) 2011-02-08 2012-02-08 扭矩检测装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9057652B2 (zh)
EP (1) EP2674739A4 (zh)
CN (1) CN103348229B (zh)
WO (1) WO2012108477A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201409005A (zh) * 2012-08-23 2014-03-01 Giant Electric Vehicle Kunshan Co Ltd 非接觸式扭力及旋轉角度感測裝置
KR20170103979A (ko) * 2015-01-23 2017-09-13 인피니언 테크놀로지스 아게 축외 자기 각도 감지 시스템
JP6414692B2 (ja) * 2015-03-20 2018-10-31 株式会社ジェイテクト トルク検出装置
EP3516759B1 (en) 2016-09-23 2022-11-16 Suzhou Littelfuse OVS Co., Ltd. Rotary position sensor with dual magnet arrangement
DE102019120654A1 (de) * 2019-07-31 2021-02-04 HELLA GmbH & Co. KGaA Vorrichtung zur Bestimmung eines Lenkmoments in einem Kraftfahrzeug
CN114867996A (zh) * 2019-12-12 2022-08-05 波恩斯公司 用于产生测量信号的装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1276749A (zh) * 1997-10-17 2000-12-13 毕晓普创新有限公司 制造光学扭矩传感器的方法
EP1202035A1 (fr) * 2000-10-31 2002-05-02 Snr Roulements Dispositif de mesure d'un couple de torsion et module le comprenant
CN1495412A (zh) * 2002-03-04 2004-05-12 �����ι�˾ 传感器
CN1568527A (zh) * 2001-08-24 2005-01-19 澳大利亚儿童玩具控股有限公司 可变换的磁性装置
WO2005024368A1 (ja) * 2003-09-02 2005-03-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 回転角度とトルクの検出装置
CN101060261A (zh) * 2006-04-20 2007-10-24 株式会社丰田自动织机 永磁体埋设型旋转电机、汽车空调电动机及电动压缩机

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2821931B1 (fr) 2001-03-09 2003-05-09 Roulements Soc Nouvelle Dispositif de mesure analogique d'un couple de torsion, colonne de direction et module le comprenant
JP2003341539A (ja) * 2002-05-23 2003-12-03 Koyo Seiko Co Ltd 電動パワーステアリング装置
US6926115B2 (en) * 2002-07-31 2005-08-09 Hitachi Cable, Ltd. Angle sensor, angle-torque sensor and electric power steering unit using same
JP4120425B2 (ja) * 2003-02-28 2008-07-16 株式会社ジェイテクト 回転角度検出装置及びトルク検出装置
JP2005055392A (ja) 2003-08-07 2005-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 回転角およびトルク検出装置
JP2005121501A (ja) 2003-10-17 2005-05-12 Minebea Co Ltd タンデム型回転検出装置
JP2005265593A (ja) 2004-03-18 2005-09-29 Favess Co Ltd トルク検出装置
EP1621447B1 (en) * 2004-07-29 2013-09-25 Jtekt Corporation Torque detecting apparatus and electric power steering apparatus
JP2009069106A (ja) 2007-09-18 2009-04-02 Nsk Ltd トルク検出装置、及び電動パワーステアリング装置
JP5071407B2 (ja) 2009-02-17 2012-11-14 日本精工株式会社 トルクセンサ及びこれを用いる電動パワーステアリング装置
JP2010190674A (ja) * 2009-02-17 2010-09-02 Nsk Ltd トルク検出装置及び電動パワーステアリング装置
JP5220792B2 (ja) 2010-03-30 2013-06-26 株式会社ホンダロック トルクセンサ

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1276749A (zh) * 1997-10-17 2000-12-13 毕晓普创新有限公司 制造光学扭矩传感器的方法
EP1202035A1 (fr) * 2000-10-31 2002-05-02 Snr Roulements Dispositif de mesure d'un couple de torsion et module le comprenant
CN1568527A (zh) * 2001-08-24 2005-01-19 澳大利亚儿童玩具控股有限公司 可变换的磁性装置
CN1495412A (zh) * 2002-03-04 2004-05-12 �����ι�˾ 传感器
WO2005024368A1 (ja) * 2003-09-02 2005-03-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 回転角度とトルクの検出装置
CN101060261A (zh) * 2006-04-20 2007-10-24 株式会社丰田自动织机 永磁体埋设型旋转电机、汽车空调电动机及电动压缩机

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
汽车中轴综合扭矩测试***;周强等;《计算机测量与控制》;20011220;第09卷(第06期);09-12 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012108477A1 (ja) 2012-08-16
US9057652B2 (en) 2015-06-16
EP2674739A4 (en) 2016-08-10
CN103348229A (zh) 2013-10-09
EP2674739A1 (en) 2013-12-18
US20130312540A1 (en) 2013-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103348229B (zh) 扭矩检测装置
US8278916B2 (en) Rotational angle sensor, motor, rotational angle detector, and electric power steering system
KR101497740B1 (ko) 관통축을 포함하는 비접촉 멀티-회전 절대 위치 자기 센서
US8810237B2 (en) Relative angle detection device, rotation angle detection device, relative angle detection method, and rotation angle detection method
US20130335070A1 (en) Rotation angle sensor
US11698421B2 (en) Off-axis magnetic angular sensor using a magnetic sensing probe and multi-pole magnet array
US9438152B2 (en) Electronically commutated electric motor comprising rotor position detection with interference field compensation
JP5001309B2 (ja) 検出装置及びパワーステアリング装置
US10948368B2 (en) Operation processing apparatus, angle sensor and power steering apparatus
EP3680636B1 (en) Integrated torque sensor and rotational position sensor
JP2002340619A (ja) 回転角度検出装置
JP5170457B2 (ja) 角度検出装置
JP2010280332A (ja) 電動パワーステアリング装置
JP2011080783A (ja) 相対角度検出装置、回転角度検出装置及びパワーステアリング装置
JP5720935B2 (ja) トルク検出装置
JP2008232804A (ja) トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置
JP5948656B2 (ja) 回転角検出装置
JP5652656B2 (ja) トルク検出装置
JP5652655B2 (ja) トルク検出装置
JP6897313B2 (ja) 回転角度センサの組付け構造体、相対角度検出装置、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両
JP5016625B2 (ja) 検出装置及びパワーステアリング装置
JP5071742B2 (ja) トルク検出装置
JP2004294265A (ja) トルクセンサ及び電動ステアリング装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150520

Termination date: 20180208