JP5583351B2 - 磁歪式トルク・回転角検出装置 - Google Patents
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Description
図13に示すように、ステアリング軸101には、ステアリング軸101におけるトルクを検出するトルク検出装置102と、ステアリング軸101における回転角度を検出する回転角検出装置103とが備えられている。
図1に示されるように、車両10において、ステアリングハンドル11が回されると、この回転力がステアリング軸12を介して電動パワーステアリング機構13(詳細構造は後述)に伝えられ、この伝えられた回転力に応じたトルクが、この電動パワーステアリング機構13で付加される。増加されたトルクでラック軸14が水平に動かされ、車輪15が操舵される。
なお、磁気異方性の方向をA、Bで示す。
図4に示されるように、第3磁性膜部29は、軸直角方向での膜厚tが180°周期で変化する形態で回転軸16に被覆されている。第3検出コイル33は、集磁性に周期のあるヨーク48を備えている。
また、ヨーク48を半割れ構造にすることで、集磁性に周期を持たせることができる。ヨーク48の集磁効果の大きい領域をRとし、集磁効果の小さい領域をSとする。
なお、膜厚の周期性は180°に限定されず、360°/n周期で軸直角方向での膜厚が変化する形態で回転軸16に被覆されていても差し支えない。ヨーク48は180°周期であるがこれに限定されず、360°周期等でもよく、第3磁性膜部29の360°/n周期で軸直角方向に変化する膜厚に合わせて変更しても差し支えない。集磁効果の大きい領域R、または集磁効果の小さい領域Sの数をNとして、n=1のとき、N≧1であればよいし、n≧2のとき、N=1またはN=nであればよい。ただし、n=1、2、・・・、N=1、2、・・・とし、領域Rおよび領域Sの位置は360°/N間隔とする。例えば、N=2であれば、180°間隔、N=3でれば120°間隔とする。
図5に示されるように、第1、第2磁歪膜部27、28、第3磁性膜部29に対して配置されている励磁コイル47と、第1〜第3検出コイル31、32、33とを電気的関係として概念的に示している。第1、第2磁歪膜部27、28、第3磁性膜部29に共通に配置されている励磁コイル47には、励磁用交流電流を常に供給する交流電源51が接続されている。第1〜第3検出コイル31、32、33は、それぞれ、上段と下段に分けて2個ずつ配置されている。上下段の第1検出コイル31、31の各出力端子からは、トルクに対応する誘導電圧VA、VBが出力される。上下段の第2検出コイル32、32の各出力端子からは、トルクに対応する誘導電圧VC、VDが出力される。上下段の第3検出コイル33、33の各出力端子からは、回転角度に対応する誘導電圧VE、VFが出力される。
なお、これらの4個の検出コイル31、31、32、32のそれぞれから出力される誘導電圧VA、VB、VC、VDを所定の関係に基づいて組み合わせることにより、第1、第2磁歪膜部27、28いずれかで故障した場合に、故障検出を行うこともできる。
なお、トルク演算部52および回転角度演算部53は、マイコン等の演算手段または演算用電気回路で構成されている。
(a)に示すように、θ=0°の場合は、第3磁性膜部29の膜厚が最も厚い部分が領域Rに臨んでいる。
(b)に示すように、矢印(1)の向きに回転軸16を回転させ、θ=45°にした場合は、第3磁性膜部29の膜厚が少し薄くなった部分が領域Rに臨んでいる。
(c)に示すように、矢印(2)の向きに回転軸16を回転させ、θ=90°にした場合は、第3磁性膜部29の膜厚が最も薄い部分が領域Rに臨んでいる。
(d)はステアリング軸の回転角度と検出されるインピーダンス(磁気特性)の関係を示すグラフであり、第3検出コイル33では、COS曲線のような結果となる。なお、第1、第2検出コイル(図5、符号31、32)では、回転軸16の回転による変化がない。
(b)は上段の第3検出コイル33の配置を示す図であり、基準線54上に、第3検出コイル33の領域Rが位置している。
(c)は下段の第3検出コイル33の配置を示す図であり、基準線54から、1/4周期(実施例1では45°)位相をずらして第3検出コイル33の領域Rが位置している。
なお、第3検出コイルの数は2個に限定されず、3個、4個など少なくとも2個配置されていても差し支えない。
図8に示されるように、回転角度θ=0°における上段の第3検出コイル33部分を(a)に示し、下段の第3検出コイル33部分を(b)に示す。
回転軸16を回転させ、回転角度θ=45°にすると、上段の第3検出コイル33部分は(c)のようになり、下段の第3検出コイル33部分は(d)のようになる。
さらに回転軸16を回転させ、回転角度θ=90°にすると、上段の第3検出コイル33部分は(e)のようになり、下段の第3検出コイル33部分は(f)のようになる。
他方、第1、第2磁歪膜部(図3、符号27、28)は磁歪特性を示すので、ねじりトルクに対して磁性の変化を起こす。
すると、(b)に示すように、軸直角方向での膜厚が180°周期で変化する形態で、回転軸16に第3磁性膜部29を形成させることができる。
なお、第1、第2磁歪膜部27、28は、Ni−Fe合金材に限定されず、磁歪特性を示す材料であれば、他の材料でも差し支えない。第3磁性膜部29は、磁歪特性を示さない組成比のNi−Fe合金材に限定されず、磁性を示す材料であれば、他の材料でも差し支えない。それぞれの成膜方法は、溶射、めっきに限定されない。
また、膜厚に周期を持たせるには、上述した製造方法に限定されず、成膜後に研磨する方法等、膜厚に周期を持たせることができれば、他の製造方法であっても差し支えない。
図12(a)に示されるように、ヨーク48、48に溝部55、55を設ける。これにより、フリンジング磁束による磁路長を変化させ、集磁性に周期を持たせることができる。ヨーク48の集磁効果の大きい領域をRとし、集磁効果の小さい領域をSとする。
図12(b)に示されるように、ヨーク48の内側56を楕円形状にする。第3磁性膜部とヨーク48の内側56が近い部分ではエアギャップが小さくなり、集磁効果の大きい領域Rを得る。エアギャップが大きい部分では、集磁効果の小さい領域Sを得る。
Claims (5)
- 回転軸と、この回転軸に被覆され且つ磁気異方性が付与されている第1磁歪膜部と、前記回転軸に被覆され且つ磁気異方性が前記第1磁歪膜部とは逆方向に付与されている第2磁歪膜部と、軸直角方向での膜厚が徐々に変化する形態で前記回転軸に被覆され且つ磁歪を示さない第3磁性膜部と、前記第1磁歪膜部に臨んで配置され第1磁歪膜部での磁気特性の変化を検出する第1検出コイルと、前記第2磁歪膜部に臨んで配置され第2磁歪膜部での磁気特性の変化を検出する第2検出コイルと、この第2検出コイルの検出情報と前記第1検出コイルの検出情報とから前記回転軸に加えられたトルクを演算するトルク演算部と、前記第3磁性膜部に臨んで配置され第3磁性膜部での磁気特性の大きさの変化を検出する第3検出コイルと、この第3検出コイルの検出情報から前記回転軸の回転角度を演算する回転角度演算部と、からなり、
前記回転角度演算部は、前記第3磁性膜部での前記磁気特性の前記大きさそのものに応じて変化する大きさを有する前記回転角度を演算し、
前記第3磁性膜部は、ねじりトルクに対して磁界の変化を起こさない特性を有する膜であり、
前記回転軸におけるトルクと回転角度とを一括して検出することができることを特徴とする磁歪式トルク・回転角検出装置。 - 前記第3磁性膜部は、軸直角方向での膜厚が360°/n周期で変化する形態で前記回転軸に被覆されていることを特徴とする請求項1記載の磁歪式トルク・回転角検出装置。
- 前記nは、2であることを特徴とする請求項2の磁歪式トルク・回転角検出装置。
- 前記第3検出コイルは、集磁性に周期があるヨークを備えていることを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3記載の磁歪式トルク・回転角検出装置。
- 前記第3磁性膜部には、集磁性に周期のあるヨークを備えた検出コイルが、1/4周期位相をずらして少なくとも2個配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の磁歪式トルク・回転角検出装置。
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Family Cites Families (1)
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2009
- 2009-02-03 JP JP2009022945A patent/JP5583351B2/ja not_active Expired - Fee Related
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