JP2005098821A - Torque detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の電動パワーステアリング装置等に好適に使用され、連結軸により同軸に連結された第1軸及び第2軸と、第1軸に固設された永久磁石と、第2軸に固定され、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、軟磁性体に発生した磁束を検出する検出器とを備え、第1軸又は第2軸にトルクが加えられたときに、検出器の出力に基づき、トルクを検出するトルク検出装置に関するものである。 The present invention is suitably used for an electric power steering device of a vehicle, and the like. The first shaft and the second shaft are coaxially connected by a connecting shaft, the permanent magnet fixed to the first shaft, and the second shaft. A plurality of soft magnetic bodies that are fixed and arranged in a magnetic field of a permanent magnet to form a magnetic circuit, and a detector that detects a magnetic flux generated in the soft magnetic body, and torque is applied to the first axis or the second axis. The present invention relates to a torque detection device that detects torque based on the output of a detector when added.
車両の舵取装置に、電動モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減するものがある。これは、操舵部材(ステアリングホイール、ハンドル)に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルク検出装置が入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵補助用の電動モータを駆動制御するものである。 Some vehicle steering devices reduce the burden on the driver by driving an electric motor to assist steering. This includes an input shaft connected to a steering member (steering wheel, steering wheel), an output shaft connected to a steering wheel by a pinion, a rack, and the like, and a connecting shaft that connects the input shaft and the output shaft. The torque detection device detects the steering torque applied to the input shaft based on the angle, and drives and controls the steering assist electric motor linked to the output shaft based on the detected steering torque value.
このような舵取装置のトルク検出装置には、従来、コイルを用いて回転位置を検出する磁気検知式レゾルバ、又は光の透過を検知する光学式エンコーダの検出装置等が使用されている。また、特許文献1には、トーションバーにより同軸に連結された入力軸及び出力軸と、入力軸に固設されたリング状の永久磁石と、出力軸に固定され、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体からなる磁気ヨークと、磁気ヨークに発生した磁束を検出する磁気センサとを備え、入力軸にトルクが加えられたときに、磁気センサの出力に基づき、トルクを検出するトルクセンサが提案されている。 Conventionally, for such a torque detection device of a steering device, a magnetic detection type resolver that detects a rotational position using a coil, an optical encoder detection device that detects transmission of light, or the like is used. In Patent Document 1, an input shaft and an output shaft that are coaxially connected by a torsion bar, a ring-shaped permanent magnet fixed to the input shaft, and fixed to the output shaft are arranged in a magnetic field of the permanent magnet. A magnetic yoke made of a plurality of soft magnetic bodies forming a magnetic circuit and a magnetic sensor for detecting a magnetic flux generated in the magnetic yoke, based on the output of the magnetic sensor when torque is applied to the input shaft. A torque sensor for detecting torque has been proposed.
特許文献1には、また、トーションバーにより同軸に連結された入力軸及び出力軸と、入力軸に固設されたリング状の永久磁石と、出力軸に固定され、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体からなる磁気ヨークと、磁気ヨークに磁気結合され、磁気ヨークからの磁束を誘導する複数の集磁リングと、集磁リングが誘導した磁束を検出する磁気センサとを備え、入力軸にトルクが加えられたときに、磁気センサの出力に基づき、トルクを検出するトルクセンサが提案されている。
上述したようなトルクセンサでは、製造時に、磁気ヨークと磁気センサとの高精度の位置決め、又は集磁リングと磁気センサとの高精度の位置決めが必要であるので、組み付けには細心の注意を払わなければならず、手間がかかり、生産性が低下するという問題がある。本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、製造時に組み付けが容易で生産性が向上するトルク検出装置を提供することを目的とする。 The torque sensor as described above requires high-precision positioning between the magnetic yoke and the magnetic sensor or high-precision positioning between the magnetism collecting ring and the magnetic sensor at the time of manufacture. There is a problem that it takes time and labor and productivity is lowered. The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a torque detection device that can be easily assembled at the time of manufacture and can improve productivity.
第1発明に係るトルク検出装置は、連結軸により同軸に連結された第1軸及び第2軸と、該第1軸に固設された永久磁石と、前記第2軸に固定され、前記永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、該軟磁性体に発生した磁束を検出する検出器とを備え、前記第1軸又は第2軸にトルクが加えられたときに、前記検出器の出力に基づき、前記トルクを検出すべくなしてあるトルク検出装置において、前記複数の軟磁性体及び検出器は、合成樹脂によりモールドされて一体化されていることを特徴とする。 A torque detection device according to a first aspect of the present invention includes a first shaft and a second shaft that are coaxially connected by a connection shaft, a permanent magnet fixed to the first shaft, a fixed to the second shaft, and the permanent shaft A plurality of soft magnetic bodies arranged in a magnetic field of the magnet to form a magnetic circuit, and a detector for detecting a magnetic flux generated in the soft magnetic body, wherein torque is applied to the first axis or the second axis. In the torque detection device for detecting the torque based on the output of the detector, the plurality of soft magnetic bodies and the detector are molded and integrated with synthetic resin. Features.
このトルク検出装置では、第1軸及び第2軸が連結軸により同軸に連結され、永久磁石が第1軸に固設されている。複数の軟磁性体が、第2軸に固定され、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成し、検出器が軟磁性体に発生した磁束を検出し、第1軸又は第2軸にトルクが加えられたときに、検出器の出力に基づき、トルクを検出する。複数の軟磁性体及び検出器は、合成樹脂によりモールドされて一体化されている。 In this torque detector, the first shaft and the second shaft are connected coaxially by a connecting shaft, and the permanent magnet is fixed to the first shaft. A plurality of soft magnetic bodies are fixed to the second axis and arranged in the magnetic field of the permanent magnet to form a magnetic circuit, and the detector detects the magnetic flux generated in the soft magnetic body, and the first axis or the second axis The torque is detected based on the output of the detector. The plurality of soft magnetic bodies and the detector are molded and integrated with a synthetic resin.
第2発明に係るトルク検出装置は、連結軸により同軸に連結された第1軸及び第2軸と、該第1軸に固設された永久磁石と、前記第2軸に固定され、前記永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、該軟磁性体に磁気結合され、該軟磁性体からの磁束を誘導する複数の補助軟磁性体と、該補助軟磁性体が誘導した磁束を検出する検出器とを備え、前記第1軸又は第2軸にトルクが加えられたときに、前記検出器の出力に基づき、前記トルクを検出すべくなしてあるトルク検出装置において、前記複数の軟磁性体は、合成樹脂によりモールドされて一体化されており、前記複数の補助軟磁性体及び検出器は、合成樹脂によりモールドされて一体化されていることを特徴とする。 A torque detection device according to a second aspect of the present invention includes a first shaft and a second shaft that are coaxially coupled by a coupling shaft, a permanent magnet fixed to the first shaft, a fixed to the second shaft, and the permanent shaft A plurality of soft magnetic bodies arranged in a magnetic field of the magnet to form a magnetic circuit; a plurality of auxiliary soft magnetic bodies magnetically coupled to the soft magnetic body for inducing magnetic flux from the soft magnetic bodies; and A detector for detecting the magnetic flux induced by the magnetic body, and when the torque is applied to the first shaft or the second shaft, the torque to be detected based on the output of the detector In the detection device, the plurality of soft magnetic bodies are molded and integrated with a synthetic resin, and the plurality of auxiliary soft magnetic bodies and the detector are molded and integrated with a synthetic resin. And
このトルク検出装置では、第1軸及び第2軸が連結軸により同軸に連結され、永久磁石が第1軸に固設され、複数の軟磁性体が、第2軸に固定され、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する。複数の補助軟磁性体が、軟磁性体に磁気結合され、軟磁性体からの磁束を誘導し、検出器が、補助軟磁性体が誘導した磁束を検出し、第1軸又は第2軸にトルクが加えられたときに、検出器の出力に基づき、トルクを検出する。複数の軟磁性体は、合成樹脂によりモールドされて一体化されており、複数の補助軟磁性体及び検出器は、合成樹脂によりモールドされて一体化されている。 In this torque detector, the first shaft and the second shaft are connected coaxially by the connecting shaft, the permanent magnet is fixed to the first shaft, the plurality of soft magnetic bodies are fixed to the second shaft, Arranged in a magnetic field to form a magnetic circuit. A plurality of auxiliary soft magnetic bodies are magnetically coupled to the soft magnetic body and induce a magnetic flux from the soft magnetic body, and a detector detects the magnetic flux induced by the auxiliary soft magnetic body, and the first axis or the second axis When torque is applied, the torque is detected based on the output of the detector. The plurality of soft magnetic bodies are molded and integrated with a synthetic resin, and the plurality of auxiliary soft magnetic bodies and the detector are molded and integrated with a synthetic resin.
第1発明に係るトルク検出装置によれば、磁気ヨークと磁気センサとの位置決め作業が不要となるので、製造時に組み付けが容易で生産性が向上するトルク検出装置を実現することが出来る。 According to the torque detection device according to the first aspect of the present invention, the positioning operation between the magnetic yoke and the magnetic sensor is not required, so that it is possible to realize a torque detection device that can be easily assembled and improved in productivity.
第2発明に係るトルク検出装置によれば、集磁リングと磁気センサとの位置決め作業が不要となるので、製造時に組み付けが容易で生産性が向上するトルク検出装置を実現することが出来る。 According to the torque detection device according to the second aspect of the present invention, the positioning operation between the magnetism collecting ring and the magnetic sensor is not required, and therefore, it is possible to realize a torque detection device that can be easily assembled at the time of manufacture and can improve productivity.
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明に係るトルク検出装置の実施の形態1の構成を示す説明図であり、(a)は分解斜視図、(b)は縦断面図、(c)は横断面図である。このトルク検出装置は、入力軸1(第1軸)と出力軸2(第2軸)とを、細径のトーションバー3(連結軸)を介して同軸状に連結している。入力軸1及び出力軸2は、それぞれピン9によりトーションバー3に連結されている。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an explanatory view showing a configuration of a torque detection device according to a first embodiment of the present invention, where (a) is an exploded perspective view, (b) is a longitudinal sectional view, and (c) is a transverse sectional view. . In this torque detector, an input shaft 1 (first shaft) and an output shaft 2 (second shaft) are coaxially connected via a small-diameter torsion bar 3 (connecting shaft). The input shaft 1 and the output shaft 2 are connected to the torsion bar 3 by
入力軸1には、24極(N,S極各12極)が周方向に等間隔で着磁された円筒形状の(24極)永久磁石5が、同軸に固設されている。出力軸2には、半径方向に適当な隙間を設けて永久磁石5を囲む円筒形状のヨーク4が、同軸に固設されている。ヨーク4は、図2に示すように、板状のリングに、その板面に垂直な一方向に延びる12個の二等辺三角形状の爪10が等間隔に周設された2つの磁気ヨーク4a,4b(軟磁性体)を備えている。2つの磁気ヨーク4a,4bは、それぞれの爪10が周方向に適当な間隔でずれるように対向する状態で、合成樹脂により円筒形状にモールドされている。
A cylindrical (24 pole)
磁気ヨーク4a,4bは、永久磁石5が形成する磁界内に配置されており、それらの間のギャップに生じる磁束を検出する1又は複数のホールIC6(ホール素子、検出器)が、ギャップに挿入された状態で、磁気ヨーク4a,4bと共に合成樹脂によりモールドされ一体化されている。ホールIC6は、図示しないハウジングに固定され、ホールIC6のリード線7は、図示しない基板に半田付けされ、ホールIC6が作動する為の電源を供給し、ホールIC6が検出した出力を得ている。磁気ヨーク4a,4bは、トルクが加えられない中立状態で、それぞれの爪10の先端が、永久磁石5のN極及びS極の境界を指すように配置される。
The
以下に、このような構成のトルク検出装置の動作を説明する。入力軸1又は出力軸2にトルクが加えられないとき、磁気ヨーク4a,4bの各爪10は、図3(b)に示すように、永久磁石5のN極及びS極に対向する面積が等しくなり、N極から入る磁束とS極へ出る磁束とが等しくなるので、磁気ヨーク4a及び磁気ヨーク4b間には磁束は生じない。
Below, operation | movement of the torque detection apparatus of such a structure is demonstrated. When no torque is applied to the input shaft 1 or the output shaft 2, the
入力軸1又は出力軸2に一方向のトルクが加えられたとき、トーションバー3に捩れが生じて、磁気ヨーク4a,4bの各爪10及び永久磁石5の相対位置が変化する。このとき、例えば、図3(a)に示すように、磁気ヨーク4aの各爪10に対向する面積が、永久磁石5のN極の方がS極より大きくなり、N極から入る磁束の方がS極へ出る磁束より大きくなる。また、磁気ヨーク4bの各爪10に対向する面積が、永久磁石5のN極の方がS極より小さくなり、N極から入る磁束の方がS極へ出る磁束より小さくなる。その結果、磁気ヨーク4aから磁気ヨーク4bへの磁束が生じ、この磁束密度は、各爪10に対向するN極及びS極の面積の差が大きい程、大きくなる。
When a one-way torque is applied to the input shaft 1 or the output shaft 2, the torsion bar 3 is twisted, and the relative positions of the
一方、入力軸1又は出力軸2に他方向のトルクが加えられたとき、上記とは逆方向に、トーションバー3に捩れが生じて、磁気ヨーク4a,4bの各爪10及び永久磁石5の相対位置が変化する。このとき、例えば、図3(c)に示すように、磁気ヨーク4aの各爪10に対向する面積が、永久磁石5のN極の方がS極より小さくなり、N極から入る磁束の方がS極へ出る磁束より小さくなる。また、磁気ヨーク4bの各爪10に対向する面積が、永久磁石5のN極の方がS極より大きくなり、N極から入る磁束の方がS極へ出る磁束より大きくなる。その結果、磁気ヨーク4bから磁気ヨーク4aへの磁束が生じ、この磁束密度は、各爪10に対向するN極及びS極の面積の差が大きい程、大きくなる。
On the other hand, when a torque in the other direction is applied to the input shaft 1 or the output shaft 2, the torsion bar 3 is twisted in the opposite direction to the above, and the
上述した磁気ヨーク4a及び磁気ヨーク4b間のギャップに生じる磁束密度の変化を、トーションバー3の捩れ角である電気角−180〜180deg.(機械角−15〜15deg.)に対応させて図示すると、図3(d)に示すような正弦波状となる。実際に使用される範囲は、トーションバー3の剛性から、−90〜90deg.を超えることはなく、加えられたトルクに応じた磁束密度を検出することが出来る。つまり、検出した磁束密度に基づき、加えられたトルクを知ることが出来る。
The change in the magnetic flux density generated in the gap between the magnetic yoke 4a and the
(実施の形態2)
図4は、本発明に係るトルク検出装置の実施の形態2の構成を示す説明図であり、(a)は分解斜視図、(b)は縦断面図、(c)は横断面図である。このトルク検出装置は、磁気ヨーク4a,4bにそれぞれ磁気結合され、磁気ヨーク4a,4bからの磁束をそれぞれ誘導する2つの集磁リング8,8(補助軟磁性体)を備えている。集磁リング8,8は、図5に示すように、平行に配置され、互いに他部分より近接する平板状の部分を有し、その近接する部分の隙間に、1又は複数のホールIC6が挿入されている。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is an explanatory view showing the configuration of the torque detection device according to the second embodiment of the present invention, where (a) is an exploded perspective view, (b) is a longitudinal sectional view, and (c) is a transverse sectional view. . The torque detector includes two magnetic flux collecting rings 8 and 8 (auxiliary soft magnetic bodies) that are magnetically coupled to the
集磁リング8,8及びホールIC6は、上述した状態で、合成樹脂によりモールドされ一体化されている。これとは別に、磁気ヨーク4a,4bも、実施の形態1と同様の形態で、合成樹脂によりモールドされ一体化されて、ヨーク41を形成している。その他の構成は、実施の形態1で説明したトルク検出装置の構成と同様であるので、説明を省略する。
In the state described above, the magnetism collecting rings 8 and 8 and the
このような構成のトルク検出装置では、磁気ヨーク4a,4bに生じた磁束は、集磁リング8,8によりそれぞれ誘導され、誘導された磁束は、集磁リング8,8の互いに近接する部分に優先的に集まり、ホールIC6により検出される。集磁リング8,8により、ホールIC6は、磁気ヨーク4a,4bの全周で発生する磁束密度の平均を検出することが出来る。その他の動作は、実施の形態1で説明したトルク検出装置の動作と同様であるので、説明を省略する。
In the torque detector having such a configuration, the magnetic fluxes generated in the
1 入力軸(第1軸)
2 出力軸(第2軸)
3 トーションバー(連結軸)
4 ヨーク
4a,4b 磁気ヨーク(軟磁性体)
5 (24極)永久磁石
6 ホールIC(ホール素子、検出器)
7 リード線
8 集磁リング(補助軟磁性体)
10 爪
1 Input shaft (first axis)
2 Output shaft (second shaft)
3 Torsion bar (connection shaft)
4
5 (24 poles)
7 Lead
10 nails
Claims (2)
前記複数の軟磁性体及び検出器は、合成樹脂によりモールドされて一体化されていることを特徴とするトルク検出装置。 A first shaft and a second shaft connected coaxially by a connecting shaft; a permanent magnet fixed to the first shaft; and a magnetic circuit fixed to the second shaft and disposed in a magnetic field of the permanent magnet. And a detector for detecting a magnetic flux generated in the soft magnetic body, and when torque is applied to the first axis or the second axis, the output of the detector On the basis of the torque detection device adapted to detect the torque,
The torque detecting apparatus, wherein the plurality of soft magnetic bodies and the detector are molded and integrated with a synthetic resin.
前記複数の軟磁性体は、合成樹脂によりモールドされて一体化されており、前記複数の補助軟磁性体及び検出器は、合成樹脂によりモールドされて一体化されていることを特徴とするトルク検出装置。 A first shaft and a second shaft connected coaxially by a connecting shaft; a permanent magnet fixed to the first shaft; and a magnetic circuit fixed to the second shaft and disposed in a magnetic field of the permanent magnet. , A plurality of auxiliary soft magnetic bodies that are magnetically coupled to the soft magnetic body and induce magnetic flux from the soft magnetic body, and a detection that detects the magnetic flux induced by the auxiliary soft magnetic body A torque detector that detects the torque based on the output of the detector when torque is applied to the first shaft or the second shaft.
The plurality of soft magnetic bodies are molded and integrated with a synthetic resin, and the plurality of auxiliary soft magnetic bodies and the detector are molded with a synthetic resin and integrated. apparatus.
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