JP5597607B2 - Magnetostrictive torque sensor - Google Patents
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Description
本発明は、磁歪式トルクセンサに関する。 The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor.
自動車等の車両は、電動パワーステアリング装置を備えることができ、電動パワーステアリング装置は、ステアリングハンドル(ステアリングホイール)への運転者による操作によって生じる回転軸での操舵トルクを補助する補助トルクを発生させる。補助トルクの発生により、電動パワーステアリング装置は、運転者の負担を軽減することができる。電動パワーステアリング装置は、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサを有し、操舵トルク等の回転軸に働くトルクを検出するトルクセンサは、磁歪効果を利用してトルクを検出するトルクセンサ(磁歪式トルクセンサ)、トーションバーを利用してトルクを検出するトルクセンサ等に分類することができる。 A vehicle such as an automobile can be provided with an electric power steering device, and the electric power steering device generates an auxiliary torque that assists a steering torque on a rotating shaft generated by an operation by a driver on a steering handle (steering wheel). . Due to the generation of the auxiliary torque, the electric power steering apparatus can reduce the burden on the driver. The electric power steering apparatus has a steering torque sensor that detects a steering torque, and the torque sensor that detects torque acting on a rotating shaft such as steering torque is a torque sensor (magnetostrictive torque) that detects torque using a magnetostrictive effect. Sensor), a torque sensor that detects torque using a torsion bar, and the like.
例えば特許文献1は、電動パワーステアリング装置に利用可能な磁歪式トルクセンサを開示し、この磁歪式トルクセンサにおいて、特許文献1の図3で示されるような磁気シールド20aがリッド(保持部材)43の近くに設けられている。また、特許文献1の図5(b)において、リッド(保持部材)43自体が磁気シールドを兼ねている。
For example,
本発明者らは、このような磁気シールドを備える磁歪式トルクセンサであっても、外部からの外部磁界ノイズ(外部磁場ノイズ)の影響を受けることを認識した。即ち、特許文献1の図3で示されるようなステアリング軸12bは、外部に露出している。従って、本発明者らは、ステアリング軸12bの上部からの外部磁界ノイズが回転軸12に進入して、磁歪式トルクセンサの検出精度を低下することを認識した。
The present inventors have recognized that even a magnetostrictive torque sensor having such a magnetic shield is affected by external magnetic field noise (external magnetic field noise). That is, the steering shaft 12b as shown in FIG. 3 of
本発明の1つの目的は、検出精度の低下を抑制可能な磁歪式トルクセンサを提供することである。本発明の他の目的は、以下に例示する態様及び好ましい実施形態、並びに添付の図面を参照することによって、当業者に明らかになるであろう。 One object of the present invention is to provide a magnetostrictive torque sensor capable of suppressing a decrease in detection accuracy. Other objects of the present invention will become apparent to those skilled in the art by referring to the aspects and preferred embodiments exemplified below and the accompanying drawings.
以下に、本発明の概要を容易に理解するために、本発明に従う態様を例示する。 In the following, in order to easily understand the outline of the present invention, embodiments according to the present invention will be exemplified.
本発明に従う第1の態様は、磁歪部を有する回転軸と、
前記磁歪部の磁気特性の変化を検出するコイルと
を備える磁歪式トルクセンサであって、
前記回転軸は、前記回転軸の軸端部分側に、前記磁歪部から離れた拡張部をさらに有し、
前記回転軸の中心軸に垂直な平面において、前記拡張部を有する前記回転軸の部分の断面積は、前記拡張部と前記磁歪部との間の前記回転軸の部分の断面積よりも大きく、
前記回転軸それ自体及び前記拡張部は磁性材料で構成されることを特徴とする磁歪式トルクセンサに関係する。
A first aspect according to the present invention includes a rotating shaft having a magnetostrictive portion,
A magnetostrictive torque sensor comprising: a coil that detects a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive portion;
The rotating shaft further has an extended portion separated from the magnetostrictive portion on the shaft end portion side of the rotating shaft,
In a plane perpendicular to the central axis of the rotating shaft, the cross-sectional area of the portion of the rotating shaft having the extended portion is larger than the cross-sectional area of the portion of the rotating shaft between the extended portion and the magnetostrictive portion,
The rotary shaft itself and the extended portion are related to a magnetostrictive torque sensor, which is made of a magnetic material.
回転軸に拡張部を設けることにより、拡張部を有しない回転軸の部分の断面積に比べて、拡張部を有する回転軸の部分では断面積が増加する。従って、回転軸の上部等の軸端部分から回転軸の内部に進入した外部磁界ノイズは、拡張部を有する回転軸の部分で拡がる。即ち回転軸の断面を通り抜ける磁束は、拡張部(回転軸の径方向外側)で拡がる。このように拡張部で拡がった磁束の一部は、拡張部(回転軸)の外側に放出される。その結果、拡張部の断面を通過した回転軸内の磁束(コイルに向かう外部磁界ノイズ)は、減少する。これにより、磁歪式トルクセンサの検出精度の低下を抑制することができる。 By providing the extension portion on the rotation shaft, the cross-sectional area increases at the portion of the rotation shaft having the extension portion as compared with the cross-sectional area of the portion of the rotation shaft not having the extension portion. Therefore, the external magnetic field noise that has entered the inside of the rotating shaft from the shaft end portion such as the upper portion of the rotating shaft spreads at the portion of the rotating shaft having the extended portion. In other words, the magnetic flux passing through the cross section of the rotating shaft spreads at the expanding portion (the radially outer side of the rotating shaft). A part of the magnetic flux that spreads in this way is released to the outside of the extended part (rotating shaft). As a result, the magnetic flux (external magnetic field noise toward the coil) in the rotating shaft that has passed through the cross section of the extended portion is reduced. Thereby, the fall of the detection accuracy of a magnetostrictive torque sensor can be suppressed.
第1の態様において、磁歪式トルクセンサは、
前記拡張部に対向する磁気シールドを
さらに備えてもよい。
磁気シールドが拡張部に対向するので、拡張部(回転軸の径方向外側)で拡がった磁束は、拡張部側から磁気シールド側に乗り移ることができる。その結果、拡張部の断面を通過した回転軸内の磁束(コイルに向かう外部磁界ノイズ)は、より減少する。これにより、磁歪式トルクセンサの検出精度の低下をより抑制することができる。
In the first aspect, the magnetostrictive torque sensor comprises:
You may further provide the magnetic shield facing the said extension part.
Since the magnetic shield faces the expansion portion, the magnetic flux expanded at the expansion portion (outside in the radial direction of the rotating shaft) can be transferred from the expansion portion side to the magnetic shield side. As a result, the magnetic flux (external magnetic field noise toward the coil) in the rotating shaft that has passed through the cross section of the extension portion is further reduced. Thereby, the fall of the detection accuracy of a magnetostrictive torque sensor can be suppressed more.
第1の態様において、前記磁気シールドは、前記拡張部の端部又は突起部に対向してもよい。
拡張部に端部又は突起部を設けることにより、その端部又は突起部での磁束密度が高くなる。従って、拡張部の端部又は突起部の側から磁気シールド側に乗り移る磁束がさらに増加する。
In the first aspect, the magnetic shield may oppose an end portion or a protruding portion of the extension portion.
By providing an end or a protrusion on the extended portion, the magnetic flux density at the end or the protrusion is increased. Therefore, the magnetic flux which transfers to the magnetic shield side from the end part or the protrusion part side of the extension part further increases.
第1の態様において、前記磁気シールドは、前記コイルの周りを囲んでもよく、
前記コイルに対向する前記磁気シールドの部分と前記中心軸との間の距離は、前記拡張部に対向する前記磁気シールドの部分と前記中心軸との間の距離よりも長くてもよい。
In the first aspect, the magnetic shield may surround the coil,
The distance between the portion of the magnetic shield facing the coil and the central axis may be longer than the distance between the portion of the magnetic shield facing the extension and the central axis.
回転軸側(拡張部側)から磁気シールド側(対向面側)に乗り移った磁束が磁気シールド内(コイルに対向する磁気シールドの部分)を通り抜ける際、その磁束をコイルに対向する磁気シールドの部分で、コイルから遠ざけることができる。これにより、磁気シールド内を通り抜ける外部磁界ノイズの影響を少なくすることができる。 The part of the magnetic shield that faces the coil when the magnetic flux transferred from the rotating shaft side (extended part side) to the magnetic shield side (opposite surface side) passes through the magnetic shield (the part of the magnetic shield that faces the coil). And away from the coil. Thereby, the influence of the external magnetic field noise that passes through the magnetic shield can be reduced.
第1の態様において、前記回転軸の前記軸端部分は、ステアリングハンドルに連結される連結部を形成してもよく、
前記拡張部は、前記磁歪部と前記連結部との間に配置されてもよい。
In the first aspect, the shaft end portion of the rotating shaft may form a connecting portion connected to a steering handle,
The extension portion may be disposed between the magnetostrictive portion and the connecting portion.
拡張部をステアリングハンドル又は連結部の側に設けることで、上部から回転軸に進入した外部磁界ノイズを効果的に抑制することができる。 By providing the extended portion on the steering handle or the connecting portion side, external magnetic field noise that has entered the rotating shaft from above can be effectively suppressed.
当業者は、例示した本発明に従う態様が、本発明の精神を逸脱することなく、さらに変更され得ることを容易に理解できるであろう。 Those skilled in the art will readily understand that the illustrated embodiments according to the present invention can be further modified without departing from the spirit of the present invention.
以下に説明する好ましい実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。 The preferred embodiments described below are used to facilitate an understanding of the present invention. Accordingly, those skilled in the art should note that the present invention is not unduly limited by the embodiments described below.
図1は、磁歪式トルクセンサである操舵トルクセンサ41が組み込まれた電動パワーステアリング装置10を模式的に示している。電動パワーステアリング装置10は、車両のステアリングハンドル21から車両の操舵車輪(前輪)29,29に至るステアリング系20と、このステアリング系20に補助トルク、つまり付加トルクを加える補助トルク機構40とからなる。
FIG. 1 schematically shows an electric
ステアリング系20は、ステアリングハンドル21にステアリングシャフト22及び自在軸継手23,23を介して回転軸24(ピニオン軸、入力軸とも言う。)を連結し、回転軸24にラックアンドピニオン機構25を介してラック軸26を連結し、ラック軸26の両端に左右のタイロッド27,27及びナックル28,28を介して左右の操舵車輪29,29を連結したものである。ラックアンドピニオン機構25は、回転軸24に有したピニオン31と、ラック軸26に有したラック32とからなる。
The
ステアリング系20によれば、運転者がステアリングハンドル21を操舵することで、その操舵トルクによりラックアンドピニオン機構25を介して、操舵車輪29,29を操舵することができる。
According to the
補助トルク機構40は、ステアリングハンドル21に加えたステアリング系20の操舵トルクを操舵トルクセンサ41で検出し、この検出信号に基づき制御部42で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルク(付加トルク)を電動モータ43で発生し、補助トルクを減速機構44を介して回転軸24に伝達し、さらに、補助トルクを回転軸24からステアリング系20のラックアンドピニオン機構25に伝達するようにした機構である。
The
電動モータ43は、例えばブラシレスモータからなり、レゾルバ等の回転センサを内蔵している。この回転センサは、電動モータ43におけるロータの回転角を検出するものである。
The
制御部42の概要を説明すると、次の通りである。
制御部42は、電源回路、モータ電流を検出する電流センサ、入力インターフェース回路、マイクロプロセッサ、出力インターフェース回路、FETブリッジ回路などによって構成される。入力インターフェース回路は、外部からトルク信号や車速信号やモータ回転信号などを取り込むものである。マイクロプロセッサは、入力インターフェース回路によって取り込んだトルク信号や車速信号などに基づいて、電動モータ43をベクトル制御するものである。出力インターフェース回路は、マイクロプロセッサの出力信号をFETブリッジ回路への駆動信号に変換するものである。FETブリッジ回路は、電動モータ43(ブラシレスモータ)に3相交流電流を通電するスイッチング素子である。
The outline of the
The
このような制御部42は、回転センサによって検出された電動モータ43のロータの回転信号と、モータ電流センサ(制御部42に内蔵)によって検出された電流信号とに基づいて、ベクトル制御する。このベクトル制御はd−q制御であり、電動モータ43のトルクを制御するq軸電流と、界磁を制御するd軸電流とを、直流制御する。
Such a
つまり、制御部42は、操舵トルクセンサ41によって検出された操舵トルク信号と、図示せぬ車速センサによって検出された車速信号と、回転センサによって検出されたロータの回転信号などに基づいて、目標q軸電流及び目標d軸電流を設定する。
そして、制御部42は、回転センサによって検出された回転信号と、モータ電流センサによって検出された電流信号とに基づいて、d−q変換された、実q軸電流及び実d軸電流を、前記目標q軸電流及び目標d軸電流に一致させるように、PI制御をする。
That is, the
Then, the
電動パワーステアリング装置10によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ43の補助トルク(付加トルク)を加えた複合トルクにより、ラック軸26で操舵車輪29,29を操舵することができる。
減速機構44は、例えばウォームギヤ機構によって構成される。以下、減速機構44のことを、適宜「ウォームギヤ機構44」と言い換えることにする。
According to the electric
The
図2は、図1に示された電動パワーステアリング装置10の全体構成を示し、左端部及び右端部を破断して表したものである。図2に示すように、ラック軸26は、車幅方向(図2の左右方向)に延びるハウジング51に、軸方向にスライド可能に収容されている。ラック軸26には、ハウジング51から突出した長手方向両端に、ボールジョイント52,52を介してタイロッド27,27が連結されている。ラック軸26の両端部は、ダストシール用ブーツ53,53によって覆われている。
FIG. 2 shows the overall configuration of the electric
図2及び図3に示すように、ハウジング51は回転軸24の下半分、ラックアンドピニオン機構25及びウォームギヤ機構44を収納するとともに、上端に形成されている上部開口51aに、磁気シールド54b(センサハウジング55)を取付けたものである。このようなハウジング51は、上部開口51aに対して反対側、つまり底部が塞がれている。
2 and 3, the
さらに詳しく述べると、図3に示すように、回転軸24はハウジング51の内部で起立するように位置しており、一端24a(下端面)から他端24b(上端面)へ向かって、第1の軸受61、ピニオン31、第2の軸受62、磁歪式トルクセンサ41における2つの磁歪部81,82が、この順に設けられている。
More specifically, as shown in FIG. 3, the rotating
回転軸24は、ハウジング51の内部に取り付けられた状態において、上半分が上部開口51aからセンサハウジング55を貫通して上方へ延びる。2つの磁歪部81,82はセンサハウジング55内に位置している。
When the
図3に示すように、ハウジング51は内周面に、回転軸24を第1の軸受61及び第2の軸受62を介して回転可能に支持している。つまり、回転軸24の下端部分は、第1の軸受61を介して、ハウジング51で回転可能に支持されている。回転軸24の中間部分において、ピニオン31とウォームホイール47との間の位置は、第2の軸受62を介して、ハウジング51で回転可能に支持されている。図3において、CLは回転軸24の中心線(軸心)である。
As shown in FIG. 3, the
センサハウジング55は、操舵トルクセンサ41(検出部83)を収納するものであり、センサハウジング55は、磁気シールド54a,54bで囲われている。センサハウジング55は、樹脂等の非磁性材料で構成されている。回転軸24は、センサハウジング55の上下を貫通し、センサハウジング55の上部には、回転軸24のシールをするためのオイルシール56が設けられている。図3の例において、磁気シールド54a(第1の磁気シールド)は、例えば筒状に形成され、例えばコイル85,85及び磁歪部82の周りを例えばセンサハウジング55及びオイルシール56を介して囲み、磁歪部82と拡張部24eとの間の回転軸24(磁歪部82のない回転軸24の部分)の周りも囲んでいる。図3の例において、磁気シールド54b(第2の磁気シールド)は、例えば筒状に形成され、フランジを形成する。磁気シールド54bは、例えばコイル85,85,85,85及び磁歪部81,82の周りを囲み、磁歪部82と磁歪部81との間の回転軸24(磁歪部81,82のない回転軸24の部分)の周りも囲んでいる。
The
図3の例において、磁気シールドは、磁気シールド54a及び磁気シールド54bの2つの部材で構成されているが、例えば1つの部材で構成されてもよく、代替的に、例えば図9のように省略してもよい。磁気シールド54a及び磁気シールド54bについては、後述する。
磁気シールド54b(フランジ)は、ボルト57により取り付けられている。ハウジング51に対して、センサハウジング55は、磁気シールド54bを介して径方向への移動が規制されている。
In the example of FIG. 3, the magnetic shield is composed of two members, ie, the
The
図3において、電動モータ43は、図示せぬモータ軸が、紙面の向こう側から手前側のハウジング51内に水平に延びたものである。モータ軸は、ウォームギヤ機構44のウォーム軸45を連結した出力軸である。ウォーム軸45は、一体に形成したウォーム46を備える。ウォーム軸45の両端部は、軸受を介してハウジング51によって回転可能に支持されている。
In FIG. 3, the
ウォームギヤ機構44は、駆動側のウォーム46に従動側のウォームホイール47を噛合わせることで、ウォーム46からウォームホイール47を介して、負荷側にトルクを伝達するようにした構成である。
The
ハウジング51はラックガイド70を備える。このラックガイド70は、ラック32の反対側からラック軸26に当てるガイド部71と、ガイド部71を圧縮ばね72を介して押す調整ボルト73と、ラック軸26の背面を滑らせる当て部材74と、調整ボルト73の位置決めをするロックナット75とからなる。
The
操舵トルクセンサ41は、回転軸24と、この回転軸24の表面に設けられてトルクに応じて磁歪特性(磁気特性)が変化する上下一対の磁歪部81,82と、この磁歪部81,82の近傍に配置されて磁歪部81,82に生じた磁歪効果を検出するコイル85,85,85,85とからなる、磁歪式トルクセンサである。
言い換えると、操舵トルクセンサ41は、回転軸24に設けた一対の磁歪部81,82と、磁歪部81,82の周囲に設けた検出部83とからなる。
The
In other words, the
磁歪部81,82は、例えば回転軸24の軸長手方向に互いに逆方向の残留歪みが付与された磁歪膜からなる。以下、磁歪部81,82のことを、適宜「磁歪膜81,82」と言い換えることにする。
The
磁歪膜81,82は、歪みの変化に対して磁束密度の変化の大きい材料からなる膜であり、例えば、回転軸24の外周面に気相メッキ法で形成したNi−Fe系の合金膜である。この合金膜の厚みは望ましくは30〜50μm程度である。なお、合金膜の厚みは、これ以下又はこれ以上であってもよい。第1磁歪膜81の磁歪方向に対して、第2磁歪膜82の磁歪方向は異なっている(磁歪異方性を有する)。このように、2つの磁歪膜81,82は、回転軸24の外周面に全周にわたって形成された、概ね一定の幅で且つ一定の厚さの膜である。なお、2つの磁歪膜81,82は、軸長手方向に所定の間隔を有して配列したものである。
The
Ni−Fe系の合金膜は、Niを概ね50重量%含んだ場合に、磁歪定数が大きくなるので磁歪効果が高まる傾向にあり、このようなNi含有率の材料を使用することが好ましい。例えば、Ni−Fe系の合金膜として、Niを50〜70重量%含み、残りがFeである材料を使用する。 The Ni—Fe-based alloy film tends to increase the magnetostriction effect when the Ni content is approximately 50% by weight, so that the magnetostriction effect tends to increase. It is preferable to use a material having such a Ni content. For example, as the Ni—Fe-based alloy film, a material containing 50 to 70 wt% Ni and the rest being Fe is used.
なお、磁歪膜81,82は強磁性体の膜であればよく、Ni−Fe系の合金膜に限定されるものではない。例えば、磁歪膜81,82は、Co−Fe系の合金膜やSm−Fe系の合金膜であってもよい。
The
検出部83は、磁歪膜81,82に生じた磁歪効果を電気的に検出し、その検出信号をトルク検出信号として出力するものであり、センサハウジング55内に収納されている。この検出部83は、回転軸24が貫通した筒状のコイルボビン84と、コイルボビン84に多重巻きされたコイル85,85,85,85とからなる。4つのコイル85,85,85,85の各々を検出コイルとして用いることにより、検出信号は、トルク検出信号だけでなく、故障検出信号も含むことができる。なお、4つの検出コイル85,85,85,85からの磁束は、磁歪膜81,82を励磁し、4つの検出コイル85,85,85,85は、4つの励磁コイルとしても働く。
The
磁歪膜81,82とコイルボビン84との隙間は、0.5〜1mm程度の範囲で設定される。コイル85,85,85,85は、1〜100kHzの範囲で適当な、例えば10kHz程度の周波数で励磁され、回転軸24に操舵トルクが働くと、異方性の付与された磁歪部81,82の透磁率が変化し、従ってコイル85,85,85,85のインダクタンスも変化する。
The gap between the
図3の例において、第1磁歪膜81に対向して2つの検出コイル85,85が配置され、第2磁歪膜82に対向して2つの検出コイル85,85が配置されているが、これらの検出コイル85,85,85,85と図1に示した制御部42との間の配線及び電子回路は、図示されていない。コネクタ92は、検出コイル85,85,85,85側の配線と制御部42側の配線とを接続するために用いることができる。図3で省略されているこれらの配線及び電子回路は、例えば特開2009−264812号公報の図2に示されるような構成を採用してもよい。
In the example of FIG. 3, two
図3の例を変形して、第1磁歪膜81及び第2磁歪膜82に対向して1つの独立した専用の励磁コイルが配置されてもよく、例えば特許文献1の図6に示すような構成を採用してもよい。
3 may be modified so that one independent dedicated exciting coil may be disposed opposite to the first
連結部24iは、図1に示す自在軸継手23,23及びステアリングシャフト22を介してステアリングハンドル21に連結される軸端部分(他端24b)である。(他端24b)は、連結部24iを形成し、連結部24iは、例えば、自在軸継手23を連結するためのセレーションからなる。連結部24iは、回転軸24に一体に形成されている。
The connecting
図4は、図3の検出部83付近に配置された拡張部24e及び磁気シールド54a,54bを示し、図4(a)は拡張部24e及び磁気シールド54a,54bの拡大図を示し、図4(b)は図4(a)中の一点鎖線で表される円bの拡大図を示す。
4 shows the
図4(b)の例において、拡張部24eは、回転軸24の直径d1が拡張された直径d2を有し、拡張部24eを有する回転軸24の部分及び拡張部24eを有しない回転軸24の部分は、同じ材料で単一に形成されている。直径d2は直径d1よりも大きいので、回転軸24の中心軸CLに垂直な平面(図示せず)において、拡張部24eを有する回転軸24の部分の断面積は、拡張部24eと磁歪膜82との間の回転軸24の部分の断面積よりも大きい。回転軸24の上部(連結部24i)から回転軸24の内部に進入した外部磁界ノイズ(回転軸24内の磁束)は、拡張部24eを有する回転軸24の部分で拡がる。このように拡張部24eに拡がった磁束は、拡張部24e(回転軸24)の外側に放出される。さらに、拡張部24eに拡がった磁束は、拡張部24eに対応する磁気シールド54aの対向面で拡張部24e側から磁気シールド54a1側に乗り移ることができる。その結果、拡張部24eの断面を通過した回転軸24内の磁束(コイル85に向かう外部磁界ノイズ)は、減少する。これにより、磁歪式トルクセンサ41の検出精度の低下を抑制することができる。
In the example of FIG. 4B, the
ところで、回転軸24は、一般に、機械的な捩じりと曲げ強度を必要とするので、鉄合金を母材とし、さらに熱処理が必要である。この熱処理によって、母材中に炭素が残留してしまう。このような炭素等の不純物を含む回転軸24は、不純物を含まない回転軸と比べて、外部磁界ノイズの影響を受けやすい。言い換えれば、回転軸24それ自体及び拡張部24eは磁性材料で構成されている。なお、拡張部24eは、回転軸24と単一に形成されていなくてもよく、別の部材で構成される拡張部24eが回転軸24と一体に形成されてもよい。拡張部24eが回転軸24と単一に形成されない場合、その拡張部24eの磁性材料は、回転軸24の磁性材料と同じでもよく、異なってもよく、拡張部24eの透磁率が回転軸24の透磁率よりも高い場合、磁束は、外部又は磁気シールド54aに移動し易くなる。回転軸24が拡張部24eを備えていない場合、エンジン、発電機、モータ等の交番磁界による交番磁束が回転軸24の上部から進入し、操舵トルクセンサ41からの検出信号にノイズが生じ、検出精度が低下してしまう。このようなノイズをローパスフィルタの代わりに拡張部24eで磁気シールド54a側に移動させることができる。磁気シールド54aの透磁率が拡張部24eの透磁率よりも高い場合、磁束は、拡張部24e側から磁気シールド54a側にさらに移動し易くなる。
By the way, the rotating
拡張部24eは、磁歪膜82と連結部24iとの間に配置され、ステアリングハンドル21側から回転軸24に進入する外部磁界ノイズを抑制することができる。他の方向からコイル85,85,85,85又は検出部83に進入する外部磁界ノイズは、磁気シールド54a,54bによって抑制することができる。このように、磁気シールド54aは、ステアリングハンドル21側から回転軸24に進入する外部磁界ノイズを拡張部24eから磁気シールド54bに中継するだけでなく、他の方向からの外部磁界ノイズを抑制又は遮断することもできる。図4の例において、磁気シールド54a,54bは、一体又は単一に形成されていないが、一体又は単一に形成してもよい。磁気シールド54a,54bは、磁性材料(アモルファス磁性材料を含む)で構成され、透磁率が大きく且つ保磁力が小さい程好ましく、例えば、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ、フェライト等である。磁気シールド54a,54bの厚みは、例えば1mm〜10mmである。
The
図4(a)において、磁気シールド54aは、拡張部24eに対向する対向面を有する第1の部分54a1を備える。磁気シールド54a(対向面)と拡張部24eとの隙間は、例えば、0.5〜1mmであるが、この範囲に限定されない。第1の部分54a1は、回転軸24の中心軸CLに平行に配置され、対向面も中心軸CLに平行に配置されている。図4(b)において、拡張部24eに対向する第1の部分54a1(磁気シールド54a)の対向面の対向領域fが示されている。また、磁気シールド54a(対向面)は、拡張部24eの磁歪膜82側の端部で対向している。拡張部24eに例えば角のような端部を設けることにより、その端部での磁束密度が高くなる。従って、磁気シールド54a(第1の部分54a1の対向面)側に乗り移る磁束がさらに増加する。図4(a)の磁気シールド54aの構成によれば、第1の部分54a1側に乗り移った磁束は、中心軸CLに垂直な第2の部分54a2、中心軸CLに平行な第3の部分54a3に、この順に進行する。コイル85,85に対向する第3の部分54a3と中心軸CLとの間の距離は、対向面(第1の部分54a1)と中心軸CLとの間の距離よりも長いので、回転軸24側から乗り移った磁束が磁気シールド54a内を通り抜ける際、その磁束をコイル85,85から遠ざけることができる。これにより、磁気シールド54a内を通り抜ける外部磁界ノイズの影響を少なくすることができる。
In FIG. 4A, the
図4(a)において、磁気シールド54bは、第3の部分54a3に対向し、回転軸24の中心軸CLに平行な第4の部分54b1を備える。磁束は、第3の部分54a3側から第4の部分54b1側にさらに乗り移る。磁気シールド54a(第3の部分54a3)と磁気シールド54b(第4の部分54b1)との隙間は、例えば、0.5〜1mmであるが、この範囲に限定されない。第4の部分54b1側に乗り移った磁束は、中心軸CLに垂直な第5の部分54b2に進行する。このように、磁気シールド54a(54a1,54a2,54a3)は、ステアリングハンドル21側から回転軸24に進入する外部磁界ノイズを拡張部24eから磁気シールド54b(54b1,54b2)に中継する。また、磁束が磁気シールド54b内を通り抜ける際、磁気シールド54bは、その磁束をコイル85,85,85,85からさらに遠ざけることができる。
In FIG. 4A, the
図5(a)は図3の拡張部24e及び磁気シールド54a,54bの第1の変形例を示す拡大図を示し、図5(b)は図5(a)中の一点鎖線で表される円bの拡大図を示す。第1の変形例において、第1の部分54a1(磁気シールド54a)の対向面は、拡張部24eの連結部24i側の端部で対向している。拡張部24eに端部を設けることにより、その端部での磁束密度が高くなり、磁束が磁気シールド54a(第1の部分54a1の対向面)側に乗り移り易くなる。
FIG. 5A is an enlarged view showing a first modification of the
図6(a)は図3の拡張部24e及び磁気シールド54a,54bの第2の変形例を示す拡大図を示し、図6(b)は図6(a)中の一点鎖線で表される円bの拡大図を示す。第2の変形例において、拡張部24eは、例えば角のような突起部24tを有する。第1の部分54a1(磁気シールド54a)の対向面は、拡張部24eの突起部24tと拡張部24eの磁歪膜82側の端部との双方(2つの角)で対向している。拡張部24eの複数の箇所に磁束密度が高くなる領域を設けることにより、磁束が対向面(第1の部分54a1)側にさらに乗り移り易くなる。拡張部24eの突起部24tと第1の部分54a1(磁気シールド54a)の対向面との隙間は、拡張部24eの磁歪膜82側の端部と第1の部分54a1の対向面との隙間よりも狭くなっている。なお、突起部24tの先端は、角を形成しなくても、ドーナツ状又は円状の曲部を形成してもよい。言い換えれば、拡張部24eは、突起部24tのように、直径d2が拡張された直径d3を有し、回転軸24の直径が直径d3(最大の直径)から例えば直径d2に減少していれば十分である。
FIG. 6A is an enlarged view showing a second modification of the
図7(a)は図3の拡張部24e及び磁気シールド54a,54bの第3の変形例を示す拡大図を示し、図7(b)は図7(a)中の一点鎖線で表される円bの拡大図を示す。第3の変形例において、拡張部24eは、拡張部24kを有する。拡張部24kは、拡張部24eの突起部とも呼べる。拡張部24kは、回転軸24の直径d2が拡張された直径d3(最大の直径)を有し、拡張部24e,24kは、同じ材料で単一に形成されている。拡張部24kは、拡張部24eと単一に形成されなくてもよいが、拡張部24kは、磁性材料で構成される。磁気シールド54aは、図6(a)等の第1の部分54a1を有しないで、拡張部24eの拡張部24kに対向する対向面を有し、中心軸CLに垂直な第2の部分54a2を備える。図7(b)において、拡張部24eの拡張部24kに対向する第2の部分54a2(磁気シールド54a)の対向面の対向領域fが示されている。磁気シールド54a(第2の部分54a2の対向面)は、拡張部24kの下に配置されている。
FIG. 7A is an enlarged view showing a third modification of the
図8(a)は図3の拡張部24e及び磁気シールド54a,54bの第4の変形例を示す拡大図を示し、図8(b)は図8(a)中の一点鎖線で表される円bの拡大図を示す。第4の変形例において、磁気シールド54aは、図6(a)等の第1の部分54a1及び第2の部分54a2を有しないで、拡張部24eの拡張部24kに対向する対向面を有し、中心軸CLに平行な第3の部分54a3を備える。図8(b)において、拡張部24eの拡張部24kに対向する第3の部分54a3(磁気シールド54a)の対向面の対向領域fが示されている。拡張部24kは、回転軸24の直径d2が拡張された直径d3(最大の直径)を有し、磁気シールド54a(第3の部分54a3の対向面)は、拡張部24kの下に配置されている。
FIG. 8A is an enlarged view showing a fourth modification of the
図9は図3の拡張部24e及び磁気シールド54a,54bの第5の変形例を示す拡大図を示す。第5の変形例において、磁気シールド54aが省略され、磁気シールド54b(55b1,55b2)は、樹脂等の非磁性材料で構成されるセンサハウジング55'(55'−1,55'−2)に置き換えられている。第5の変形例において、図3の拡張部24eは、図8(a)の拡張部24kを有している。
図3の拡張部24e及び磁気シールド54a,54bをさらに変更してもよく、図示しない変形例として、例えば、図5(a)、図6(a)、図7(a)、図8(a)、図9における磁気シールド54aだけを省略してもよく、磁気シールド54aの高さを例えばセンサハウジング55まで低くしてもよい。
FIG. 9 is an enlarged view showing a fifth modification of the
The
電動パワーステアリング装置10(操舵トルクセンサ41)が磁気シールドを有しない場合、及び拡張部24eに対向しない磁気シールドを有する場合でも、回転軸21に例えば図4(a)の拡張部24eを設けることにより、拡張部24eを有しない回転軸24の部分(直径d1)の断面積に比べて、拡張部24eを有する回転軸24の部分(直径d2)では断面積が増加する。従って、回転軸24の連結部24i等の軸端部分から回転軸24の内部に進入した外部磁界ノイズは、拡張部24eを有する回転軸24の部分で拡がる。即ち回転軸24の断面を通り抜ける磁束は、拡張部24e(回転軸の径方向外側)で拡がる。このように拡張部24eで拡がった磁束の一部は、磁気シールドを有しない場合であっても、拡張部24e(回転軸24)の外側に放出される。その結果、拡張部24eの断面を通過した回転軸24内の磁束(コイル85,85,85,85に向かう外部磁界ノイズ)は、減少する。これにより、操舵トルクセンサ41の検出精度の低下を抑制することができる。
Even when the electric power steering apparatus 10 (steering torque sensor 41) does not have a magnetic shield and has a magnetic shield that does not face the
本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。 The present invention is not limited to the above-described exemplary embodiments, and those skilled in the art will be able to easily modify the above-described exemplary embodiments to the extent included in the claims. .
10・・・電動パワーステアリング装置、20・・・ステアリング系、21・・・ステアリングハンドル、22・・・ステアリングシャフト、23・・・自在軸継手、24・・・回転軸、24a・・・一端、24b・・・他端、24e・・・拡張部、24i・・・連結部、24k・・・拡張部、24t・・・突起部、25・・・ラックアンドピニオン機構、26・・・ラック軸、27・・・タイロッド、28・・・ナックル、29・・・操舵車輪、31・・・ピニオン、32・・・ラック、40・・・補助トルク機構、41・・・操舵トルクセンサ、42・・・制御部、43・・・電動モータ、44・・・減速機構、45・・・ウォーム軸、46・・・ウォーム、47・・・ウォームホイール、51・・・ハウジング、51a・・・上部開口、52・・・ボールジョイント、53・・・ダストシール用ブーツ、54a・・・磁気シールド、54b・・・磁気シールド、55,55'・・・センサハウジング、56・・・オイルシール、58・・・ボルト、61・・・第1の軸受、62・・・第2の軸受、70・・・ラックガイド、71・・・ガイド部、72・・・圧縮ばね、73・・・調整ボルト、74・・・当て部材、75・・・ロックナット、・・・、81・・・磁歪部、82・・・磁歪部、83・・・検出部、84・・・コイルボビン、85・・・コイル、92・・・コネクタ。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記磁歪部の磁気特性の変化を検出するコイルと、
前記コイルを収納するセンサハウジングと、
磁気シールドと、
を備える磁歪式トルクセンサであって、
前記回転軸は、前記回転軸の軸端部分側に、前記磁歪部から離れた拡張部をさらに有し、
前記回転軸の中心軸に垂直な平面において、前記拡張部を有する前記回転軸の部分の断面積は、前記拡張部と前記磁歪部との間の前記回転軸の部分の断面積よりも大きく、
前記回転軸それ自体及び前記拡張部は磁性材料で構成され、
前記センサハウジングは非磁性材料で構成され、
前記磁気シールドは、前記拡張部の端部又は突起部に対向し、且つ前記コイルの周りを前記センサハウジングを介して囲み、
前記コイルに対向する前記磁気シールドの部分と前記中心軸との間の距離は、前記拡張部に対向する前記磁気シールドの部分と前記中心軸との間の距離よりも長く、且つ前記コイルに対向する前記センサハウジングの部分と前記中心軸との間の距離よりも長いことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 A rotating shaft having a magnetostrictive portion;
A coil for detecting a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive portion ;
A sensor housing that houses the coil;
A magnetic shield,
A magnetostrictive torque sensor comprising:
The rotating shaft further has an extended portion separated from the magnetostrictive portion on the shaft end portion side of the rotating shaft,
In a plane perpendicular to the central axis of the rotating shaft, the cross-sectional area of the portion of the rotating shaft having the extended portion is larger than the cross-sectional area of the portion of the rotating shaft between the extended portion and the magnetostrictive portion,
The rotating shaft itself and the extension are made of a magnetic material ,
The sensor housing is made of a non-magnetic material;
The magnetic shield is opposed to the end or protrusion of the extension, and surrounds the coil via the sensor housing,
The distance between the portion of the magnetic shield facing the coil and the central axis is longer than the distance between the portion of the magnetic shield facing the extension and the central axis, and faces the coil. A magnetostrictive torque sensor characterized in that it is longer than the distance between the sensor housing portion and the central axis .
前記拡張部は、前記磁歪部と前記連結部との間に配置されることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の磁歪式トルクセンサ。 The shaft end portion of the rotating shaft forms a connecting portion connected to a steering handle,
The extensions, magnetostrictive torque sensor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that disposed between the connecting portion and the magnetostrictive portion.
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