JP5652656B2

JP5652656B2 - Torque detection device

Info

Publication number: JP5652656B2
Application number: JP2011025273A
Authority: JP
Inventors: 上田　武史; 武史上田; 冷水　由信; 由信冷水
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2031-02-08
Also published as: JP2012163494A

Description

この発明は、トルク検出装置に関する。 The present invention relates to a torque detection device.

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering System）などに使用されるトルク検出装置は、入力軸と出力軸とを連結するトーションバーの捩れ角を検出することにより、入力軸に加えられたトルクを演算する構成となっている。
この種のトルク検出装置として、下記特許文献１に開示されたものが既に提案されている。具体的には、入力軸（第１軸）と出力軸（第２軸）とがトーションバー（連結軸）を介して同軸に連結されている。入力軸には、複数の磁極を有する円筒状の永久磁石が固定されている。出力軸には、前記永久磁石を囲む２つの環状の磁気ヨークが固定されている。各磁気ヨークの周囲には、各磁気ヨークからの磁束をそれぞれ誘導するとともに、誘導した磁束を集めるための集磁部を有する２つの集磁リングが配置されている。また、各集磁部に集められた磁束をそれぞれ検出するための２つの磁束検出器が設けられている。そして、各磁束検出器の出力信号に基づいて、入力軸に加えられたトルクが演算される。 Torque detection devices used in electric power steering systems (EPS) and the like detect torque applied to the input shaft by detecting the torsion angle of the torsion bar that connects the input shaft and output shaft. It is configured to calculate.
As this type of torque detection device, the one disclosed in Patent Document 1 below has already been proposed. Specifically, the input shaft (first shaft) and the output shaft (second shaft) are coaxially connected via a torsion bar (connection shaft). A cylindrical permanent magnet having a plurality of magnetic poles is fixed to the input shaft. Two annular magnetic yokes surrounding the permanent magnet are fixed to the output shaft. Around each magnetic yoke, two magnetic flux collecting rings having a magnetic flux collecting portion for guiding the magnetic flux from each magnetic yoke and collecting the induced magnetic flux are arranged. In addition, two magnetic flux detectors are provided for detecting the magnetic flux collected in each magnetic flux collector. Then, the torque applied to the input shaft is calculated based on the output signal of each magnetic flux detector.

特開2005-265593号公報JP 2005-265593 A 特開2005-77305公報JP 2005-77305 JP

前述したような従来のトルク検出装置では、入力軸に固定された筒状の永久磁石の周囲に、永久磁石を囲む２つの環状の磁気ヨークを配置する必要がある。また、各磁気ヨークの周囲に、集磁リングをそれぞれ配置する必要がある。このため、トルク検出装置における入力軸の軸方向と直交する方向の大きさが大きくなるという問題がある。
この発明の目的は、トルク検出装置における第１軸の軸方向と直交する方向の大きさを低減化できるトルク検出装置を提供することである。 In the conventional torque detection device as described above, it is necessary to dispose two annular magnetic yokes surrounding the permanent magnet around the cylindrical permanent magnet fixed to the input shaft. Moreover, it is necessary to arrange a magnetism collecting ring around each magnetic yoke. For this reason, there exists a problem that the magnitude | size of the direction orthogonal to the axial direction of the input shaft in a torque detection apparatus becomes large.
An object of the present invention is to provide a torque detection device capable of reducing the size of the torque detection device in the direction orthogonal to the axial direction of the first axis.

この発明の他の目的は、トルク検出装置における第１軸の軸方向と直交する方向の大きさを低減化できるとともにトルク検出装置における第１軸の軸方向の大きさも低減できるトルク検出装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a torque detection device capable of reducing the size of the torque detection device in the direction orthogonal to the axial direction of the first axis and reducing the size of the torque detection device in the axial direction of the first axis. It is to be.

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、第１軸（９）と第２軸（１０）とを連結する連結軸（１１）を含み、前記連結軸の捩れに起因する前記第１軸と前記第２軸の相対的回転変位量に基づいて、前記第１軸または前記第２軸に加えられたトルクを検出するトルク検出装置であって、前記第１軸に一体回転可能に連結された第１の磁石（４１）と、前記第２軸に一体回転可能に連結された第２の磁石（４２）と、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に配置され、前記第１の磁石からの磁束をそれぞれ検出する複数の第１軸回転角検出用の磁気センサ（４３Ａ，４３Ｂ）と、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に配置され、前記第１の磁石からの磁束と前記第２の磁石からの磁束との和に応じた磁束をそれぞれ検出する複数の第２軸回転角検出用の磁気センサ（４４Ａ，４４Ｂ）と、前記第２の磁石から前記第１軸回転角検出用の磁気センサへ向かう磁束を遮断するための磁気遮断部材（４８）と、前記第１軸回転角検出用の磁気センサの出力信号と前記第２軸回転角検出用の磁気センサの出力信号に基づいて、前記各第２軸回転角検出用の磁気センサの出力信号から前記第１の磁石からの磁束の影響が除去された信号成分を抽出する抽出手段（１２）と、前記第１軸回転角検出用の磁気センサの出力信号に基づいて、前記第１軸の回転角を演算する第１演算手段（１２）と、前記抽出手段によって抽出された信号成分に基づいて、前記第２軸の回転角を演算する第２演算手段（１２）と、前記第１演算手段によって演算される前記第１軸の回転角と、前記第２演算手段によって演算される前記第２軸の回転角とに基づいて、前記第１軸または前記第２軸に加えられたトルクを演算するトルク演算手段（１２）とを含む、トルク検出装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。 The invention according to claim 1 for achieving the above object includes a connecting shaft (11) for connecting the first shaft (9) and the second shaft (10), and the twisting of the connecting shaft is caused by the twisting of the connecting shaft. A torque detection device that detects a torque applied to the first shaft or the second shaft based on a relative rotational displacement amount between the first shaft and the second shaft, and is capable of rotating integrally with the first shaft. The first magnet (41) connected to the second shaft, the second magnet (42) connected to the second shaft so as to rotate integrally therewith, and the first magnet and the second magnet are disposed between the first magnet and the second magnet. And a plurality of first axis rotation angle detection magnetic sensors (43A, 43B) for detecting magnetic flux from the first magnet, respectively, and the first magnet and the second magnet. A magnetic flux corresponding to the sum of the magnetic flux from the first magnet and the magnetic flux from the second magnet. A second axis rotation angle detection magnetic sensor (44A, 44B), and a magnetic shielding member (48) for blocking a magnetic flux from the second magnet toward the first axis rotation angle detection magnetic sensor, Based on the output signal of the magnetic sensor for detecting the first axis rotation angle and the output signal of the magnetic sensor for detecting the second axis rotation angle, based on the output signal of the magnetic sensor for detecting the second axis rotation angle, Extraction means (12) for extracting a signal component from which the influence of magnetic flux from the first magnet has been removed, and rotation of the first axis based on an output signal of the magnetic sensor for detecting the first axis rotation angle. First calculation means (12) for calculating an angle, second calculation means (12) for calculating a rotation angle of the second axis based on the signal component extracted by the extraction means, and the first calculation means The rotation angle of the first axis calculated by A torque detection device comprising: a torque calculation means (12) for calculating a torque applied to the first axis or the second axis based on a rotation angle of the second axis calculated by a calculation means. . In addition, although the alphanumeric character in parentheses represents a corresponding component in an embodiment described later, of course, the scope of the present invention is not limited to the embodiment. The same applies hereinafter.

第１軸回転角検出用の磁気センサの出力信号に基づいて、各第２軸回転角検出用の磁気センサの出力信号から、第１の磁石からの磁束の影響が除去された信号成分が抽出される。そして、抽出された信号成分に基づいて、第２軸の回転角（電気角）が演算される。一方、第１軸回転角検出用の磁気センサの出力信号に基づいて第１軸の回転角（電気角）が検出される。そして、第１軸の回転角と第２軸の回転角とに基づいて、第１軸または第２軸に加えられたトルクが演算される。 Based on the output signal of the magnetic sensor for detecting the first axis rotation angle, a signal component from which the influence of the magnetic flux from the first magnet is removed is extracted from the output signal of the magnetic sensor for detecting the second axis rotation angle. Is done. Based on the extracted signal component, the rotation angle (electrical angle) of the second axis is calculated. On the other hand, the rotation angle (electrical angle) of the first axis is detected based on the output signal of the magnetic sensor for detecting the first axis rotation angle. Based on the rotation angle of the first axis and the rotation angle of the second axis, the torque applied to the first axis or the second axis is calculated.

この構成では、第１の磁石と第２の磁石との間に第１軸回転角検出用の磁気センサが配置されるとともに、第１の磁石と第２の磁石との間に第２軸回転角検出用の磁気センサが配置されているから、トルク検出装置における第１軸の軸方向に直交する方向の大きさを低減できる。
ところで、第１の磁石の回転角（第１軸の回転角）を検出するために第１の磁石からの磁束のみを検出できるように複数の第１軸回転角検出用の磁気センサを設けるとともに、第２の磁石の回転角（第２軸の回転角）を検出するために第２の磁石からの磁束のみを検出できるように複数の第２軸回転角検出用の磁気センサを設けることが考えられる。この場合、第１軸回転角検出用の磁気センサが第２の磁石からの磁束の影響を受けないようにするとともに、第２軸回転角検出用の磁気センサが第１の磁石からの磁束の影響を受けないようにすることが必要となる。 In this configuration, the magnetic sensor for detecting the first axis rotation angle is disposed between the first magnet and the second magnet, and the second axis rotation is performed between the first magnet and the second magnet. Since the magnetic sensor for angle detection is arranged, the size of the torque detection device in the direction orthogonal to the axial direction of the first axis can be reduced.
By the way, in order to detect only the magnetic flux from the first magnet in order to detect the rotation angle of the first magnet (rotation angle of the first axis), a plurality of magnetic sensors for detecting the first axis rotation angle are provided. In order to detect only the magnetic flux from the second magnet in order to detect the rotation angle of the second magnet (rotation angle of the second axis), a plurality of magnetic sensors for detecting the second axis rotation angle may be provided. Conceivable. In this case, the magnetic sensor for detecting the first axis rotation angle is not affected by the magnetic flux from the second magnet, and the magnetic sensor for detecting the second axis rotation angle is not affected by the magnetic flux from the first magnet. It is necessary to avoid being affected.

そこで、第１軸回転角検出用の磁気センサと第２の磁石との間隔を大きくするとともに、第２軸回転角検出用の磁気センサと第１の磁石との間隔を大きくすることが考えられる。しかしながら、このようにすると、トルク検出装置における入力軸の軸方向の大きさが大きくなってしまう。
また、第２の磁石から第１軸回転角検出用の磁気センサに向かう磁束を遮断するための第１の磁気遮断部材を設けるとともに、第１の磁石から第２軸回転角検出用の磁気センサに向かう磁束を遮断するための第２の磁気遮断部材を設けることが考えられる。しかしながら、このようにすると、２つの磁気遮断部材が必要となるため、構成が複雑となる。 Therefore, it is conceivable to increase the interval between the first axis rotation angle detection magnetic sensor and the second magnet and increase the interval between the second axis rotation angle detection magnetic sensor and the first magnet. . However, if it does in this way, the magnitude | size of the axial direction of the input shaft in a torque detection apparatus will become large.
In addition, a first magnetic blocking member for blocking the magnetic flux from the second magnet to the magnetic sensor for detecting the first axis rotation angle is provided, and the magnetic sensor for detecting the second axis rotation angle from the first magnet. It is conceivable to provide a second magnetic blocking member for blocking the magnetic flux directed toward. However, if it does in this way, since two magnetic shielding members will be needed, a structure will become complicated.

この発明では、前者の構成に比べてトルク検出装置における第１軸の軸方向の大きさを小さくすることができる。また、この発明では、後者の構成に比べて、磁気遮断部材が１つで済むため、構成が簡単になる。
請求項２記載の発明は、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に、前記第１の磁石に対向する第１の面と前記第２の磁石に対向する第２の面とを有するセンサ取付用基板が配置されており、前記センサ取付用基板における前記第１の面に、前記第１軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられており、前記センサ取付用基板における前記第２の面に、前記第２軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられている、請求項１に記載のトルク検出装置である。 According to the present invention, the size of the first shaft in the axial direction of the torque detection device can be reduced as compared with the former configuration. Moreover, in this invention, compared with the latter structure, since only one magnetic shielding member is required, the structure is simplified.
According to a second aspect of the present invention, a first surface facing the first magnet and a second surface facing the second magnet are between the first magnet and the second magnet. A sensor mounting board having a first sensor, a magnetic sensor for detecting the first shaft rotation angle is attached to the first surface of the sensor mounting board, and the sensor mounting board includes a first sensor mounting board. 2. The torque detection device according to claim 1, wherein a magnetic sensor for detecting the second shaft rotation angle is attached to the second surface.

この構成では、磁気センサを取り付けるための基板が１枚で済む。これにより、コストを低減化することができる。 In this configuration, only one substrate is required for mounting the magnetic sensor. Thereby, cost can be reduced.

この発明の一実施形態に係るトルク検出装置を備えた電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a schematic structure of an electric power steering device provided with a torque detection device concerning one embodiment of this invention. トルクセンサの一部を示す一部切欠き平面図である。It is a partially notched top view which shows a part of torque sensor. 図２のIII-III線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the III-III line of FIG. トルクセンサを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows a torque sensor. ステアリングホイールが中立位置にあり、入力軸に操舵トルクが加えられていない状態において、第２の磁石側から第１の磁石を見た場合の第１〜第４の磁気センサと第１の磁石との位置関係を示す模式図である。The first to fourth magnetic sensors and the first magnet when the first magnet is viewed from the second magnet side in a state where the steering wheel is in the neutral position and no steering torque is applied to the input shaft, It is a schematic diagram which shows these positional relationships. ステアリングホイールが中立位置にあり、入力軸に操舵トルクが加えられていない状態において、第１の磁石側から第２の磁石を見た場合の第１〜第４の磁気センサと第２の磁石との位置関係を示す模式図である。The first to fourth magnetic sensors and the second magnet when the second magnet is viewed from the first magnet side in a state where the steering wheel is in the neutral position and no steering torque is applied to the input shaft, It is a schematic diagram which shows these positional relationships.

以下では、この発明を、電動パワーステアリング装置に適用した場合の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るトルク検出装置を備えた電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention applied to an electric power steering apparatus will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus including a torque detection device according to an embodiment of the present invention.
The electric power steering apparatus 1 includes a steering wheel 2 as a steering member, a steering mechanism 4 for turning the steered wheels 3 in conjunction with the rotation of the steering wheel 2, and steering assistance for assisting the driver's steering. And a mechanism 5. The steering wheel 2 and the steering mechanism 4 are mechanically coupled via a steering shaft 6 and an intermediate shaft 7.

ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された軸８と、軸８に一体回転可能に連結された入力軸（第１軸）９と、中間軸７に連結された出力軸（第２軸）１０とを含む。入力軸９と出力軸１０とは、トーションバー（連結軸）１１を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。
ステアリングシャフト６の周囲には、トルクセンサ２０が設けられている。トルクセンサ２０は、トーションバー１１の捩れに起因する入力軸９および出力軸１０の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２（入力軸９）に加えられたトルク（以下「操舵トルク」という）を検出する。トルクセンサ２０は、後述するように４つの磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ（図４参照）を含んでいる。各磁気センサの出力信号は、マイクロコンピュータを含むＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）１２に入力される。ＥＣＵ１２は、各磁気センサの出力信号に基づいて、操舵トルクを演算する。したがって、トルクセンサ２０とＥＣＵ１２とによってトルク検出装置が構成されている。また、ＥＣＵ１２には、車速センサ２３によって検出される車速が入力される。 The steering shaft 6 includes a shaft 8 coupled to the steering wheel 2, an input shaft (first shaft) 9 coupled to the shaft 8 so as to be integrally rotatable, and an output shaft (second shaft) coupled to the intermediate shaft 7. 10 and the like. The input shaft 9 and the output shaft 10 are connected via a torsion bar (connecting shaft) 11 so as to be relatively rotatable on the same axis.
A torque sensor 20 is provided around the steering shaft 6. The torque sensor 20 is a torque (hereinafter referred to as “steering torque”) applied to the steering wheel 2 (input shaft 9) based on the relative rotational displacement amount of the input shaft 9 and the output shaft 10 caused by the torsion bar 11 being twisted. Is detected. As will be described later, the torque sensor 20 includes four magnetic sensors 43A, 43B, 44A, and 44B (see FIG. 4). The output signal of each magnetic sensor is input to an ECU (Electronic Control Unit) 12 including a microcomputer. The ECU 12 calculates a steering torque based on the output signal of each magnetic sensor. Therefore, the torque sensor 20 and the ECU 12 constitute a torque detection device. Further, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 23 is input to the ECU 12.

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、ラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が連結されている。
ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状にのびている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。 The steered mechanism 4 includes a rack and pinion mechanism including a pinion shaft 13 and a rack shaft 14. The steered wheel 3 is connected to each end of the rack shaft 14 via a tie rod 15 and a knuckle arm (not shown). The pinion shaft 13 is connected to the intermediate shaft 7. A pinion 16 is connected to the tip of the pinion shaft 13 (the lower end in FIG. 1).
The rack shaft 14 extends linearly along the left-right direction of the automobile. A rack 17 that meshes with the pinion 16 is formed at an intermediate portion in the axial direction of the rack shaft 14. By the pinion 16 and the rack 17, the rotation of the pinion shaft 13 is converted into the axial movement of the rack shaft 14. The steered wheels 3 can be steered by moving the rack shaft 14 in the axial direction.

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための減速機構１９とを含む。電動モータ１８は、この実施形態では、三相ブラシレスモータからなる。減速機構１９は、ウォーム軸２１と、このウォーム軸２１と噛み合うウォームホイール２２とを含むウォームギア機構からなる。ウォーム軸２１は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２２は、ステアリングシャフト６とは同方向に回転可能に連結されている。 When the steering wheel 2 is steered (rotated), this rotation is transmitted to the pinion shaft 13 via the steering shaft 6 and the intermediate shaft 7. The rotation of the pinion shaft 13 is converted into an axial movement of the rack shaft 14 by the pinion 16 and the rack 17. Thereby, the steered wheel 3 is steered.
The steering assist mechanism 5 includes an electric motor 18 for assisting steering and a speed reduction mechanism 19 for transmitting the output torque of the electric motor 18 to the steering mechanism 4. In this embodiment, the electric motor 18 is a three-phase brushless motor. The speed reduction mechanism 19 includes a worm gear mechanism including a worm shaft 21 and a worm wheel 22 that meshes with the worm shaft 21. The worm shaft 21 is rotationally driven by the electric motor 18. The worm wheel 22 is coupled to the steering shaft 6 so as to be rotatable in the same direction.

電動モータ１８によってウォーム軸２１が回転駆動されると、ウォームホイール２２が回転駆動され、ステアリングシャフト６が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２１を回転駆動することによって、転舵輪３が転舵されるようになっている。 When the worm shaft 21 is rotationally driven by the electric motor 18, the worm wheel 22 is rotationally driven and the steering shaft 6 rotates. The rotation of the steering shaft 6 is transmitted to the pinion shaft 13 via the intermediate shaft 7. The rotation of the pinion shaft 13 is converted into the axial movement of the rack shaft 14. Thereby, the steered wheel 3 is steered. That is, the wheel 3 is steered by rotating the worm shaft 21 by the electric motor 18.

電動モータ１８は、ＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ２０の出力信号に基づいて演算される操舵トルク、車速センサ２３によって検出される車速等に基いて、電動モータ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２では、操舵トルクと目標アシスト量との関係を車速ごとに記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、電動モータ１８の発生するアシスト力が目標アシスト量に近づくように制御する。 The electric motor 18 is controlled by the ECU 12. The ECU 12 controls the electric motor 18 based on the steering torque calculated based on the output signal of the torque sensor 20, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 23, and the like. Specifically, the ECU 12 determines a target assist amount using a map in which the relationship between the steering torque and the target assist amount is stored for each vehicle speed so that the assist force generated by the electric motor 18 approaches the target assist amount. Control.

図２は、トルクセンサ２０の一部を示す一部切欠き平面図である。図３は、図２のIII-III線に沿う断面図である。図４は、トルクセンサ２０を示す分解斜視図である。以下の説明において、上とは図３の上側を、下とは図３の下側をそれぞれいうものとする。
図２および図３を参照して、入力軸９と出力軸１０とは、トーションバー１１を介して連結されている。入力軸９および出力軸１０は、車体（図示略）に取り付けられているハウジング３０に支持されている。ハウジング３０は、センサハウジング３１とギヤハウジング３２とによって構成されている。ギヤハウジング３２には、減速機構１９等が収容される。センサハウジング３１には、トルクセンサ２０等が収容される。 FIG. 2 is a partially cutaway plan view showing a part of the torque sensor 20. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. FIG. 4 is an exploded perspective view showing the torque sensor 20. In the following description, “upper” means the upper side of FIG. 3, and “lower” means the lower side of FIG.
Referring to FIGS. 2 and 3, input shaft 9 and output shaft 10 are connected via torsion bar 11. The input shaft 9 and the output shaft 10 are supported by a housing 30 attached to a vehicle body (not shown). The housing 30 is constituted by a sensor housing 31 and a gear housing 32. The gear housing 32 accommodates the speed reduction mechanism 19 and the like. The sensor housing 31 accommodates the torque sensor 20 and the like.

減速機構１９は、出力軸１０の軸方向中間部に、一体回転可能に連結されたウォームホイール２２と、このウォームホイール２２に噛み合うウォーム軸２１（図３では図示略）とを備えている。ウォームホイール２２は、出力軸１０に一体回転可能に連結された芯金２２ａと、芯金２２ａの周囲に形成されかつ外周面部に歯が形成された合成樹脂部材２２ｂとを備えている。 The speed reduction mechanism 19 includes a worm wheel 22 connected to the output shaft 10 in the axial direction thereof so as to be integrally rotatable, and a worm shaft 21 (not shown in FIG. 3) that meshes with the worm wheel 22. The worm wheel 22 includes a cored bar 22a coupled to the output shaft 10 so as to be integrally rotatable, and a synthetic resin member 22b formed around the cored bar 22a and having teeth formed on the outer peripheral surface portion.

出力軸１０は、ウォームホイール２２を挟んで配置される一対の転がり軸受３３，３４を介して、センサハウジング３１およびギヤハウジング３２に回転自在に支持されている。入力軸９は、転がり軸受け３５を介して、センサハウジング３１に回転自在に支持されている。
トーションバー１１は、入力軸９および出力軸１０を貫通している。トーションバー１１の一端１１ａは、入力軸９に一体回転可能に連結されている。トーションバー１１の他端１１ｂは出力軸１０に一体回転可能に連結されている。入力軸９には、ステアリングホイール２が連結されている軸８が、一体回転可能に連結されている。出力軸１０には、中間軸７（図３では図示略）が一体回転可能に連結されている。 The output shaft 10 is rotatably supported by the sensor housing 31 and the gear housing 32 via a pair of rolling bearings 33 and 34 disposed with the worm wheel 22 interposed therebetween. The input shaft 9 is rotatably supported by the sensor housing 31 via a rolling bearing 35.
The torsion bar 11 passes through the input shaft 9 and the output shaft 10. One end 11a of the torsion bar 11 is connected to the input shaft 9 so as to be integrally rotatable. The other end 11b of the torsion bar 11 is connected to the output shaft 10 so as to be integrally rotatable. A shaft 8 to which the steering wheel 2 is connected is connected to the input shaft 9 so as to be integrally rotatable. An intermediate shaft 7 (not shown in FIG. 3) is coupled to the output shaft 10 so as to be integrally rotatable.

図２〜図４を参照して、トルクセンサ２０は、入力軸９に一体回転可能に連結された環状の第１の磁石４１と、出力軸１０に一体回転可能に連結されかつ第１の磁石４１に対向する環状の第２の磁石４２と、両磁石４１，４２の間に配置された入力軸回転角検出用の第１の磁気センサ４３Ａおよび第２の磁気センサ４３Ｂと、両磁石４１，４２の間に配置された出力軸回転角検出用の第３の磁気センサ４４Ａおよび第４の磁気センサ４４Ｂとを含んでいる。この実施形態では、各磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂとしては、ホール素子が用いられている。 2 to 4, the torque sensor 20 includes an annular first magnet 41 coupled to the input shaft 9 so as to be integrally rotatable, and a first magnet coupled to the output shaft 10 so as to be integrally rotatable. 41, an annular second magnet 42, a first magnetic sensor 43A and a second magnetic sensor 43B for detecting an input shaft rotation angle disposed between the two magnets 41, 42, the two magnets 41, The third magnetic sensor 44 A and the fourth magnetic sensor 44 B for detecting an output shaft rotation angle disposed between the two are included. In this embodiment, Hall elements are used as the magnetic sensors 43A, 43B, 44A, and 44B.

入力軸９の外周面には、短筒状の第１の磁石固定金具４５が嵌め合わされた状態で固定されている。出力軸１０には、短筒状の第２の磁石固定金具４６が嵌め合わされた状態で固定されている。第１の磁石固定金具４５と第２の磁石固定金具４６とは、入力軸９の軸方向において、比較的短い間隔をおいて対向して配置されている。
第１の磁石固定金具４５における第２の磁石固定金具４６と対向する環状端面の外周縁部には、環状の切除部４５ａが形成されている。第２の磁石固定金具４６における第１の磁石固定金具４５と対向する環状端面の外周縁部には、環状の切除部４６ａが形成されている。 A short cylindrical first magnet fixing bracket 45 is fixed to the outer peripheral surface of the input shaft 9 in a fitted state. A short cylindrical second magnet fixing fitting 46 is fixed to the output shaft 10 in a fitted state. The first magnet fixing bracket 45 and the second magnet fixing bracket 46 are arranged to face each other with a relatively short interval in the axial direction of the input shaft 9.
An annular cut portion 45 a is formed on the outer peripheral edge portion of the annular end surface of the first magnet fixing bracket 45 facing the second magnet fixing bracket 46. An annular cut portion 46 a is formed on the outer peripheral edge portion of the annular end surface of the second magnet fixing bracket 46 that faces the first magnet fixing bracket 45.

第１の磁石４１および第２の磁石４２は、同形同大の環状であり、その周方向に等間隔で１０個の磁極(５組の磁極対)が着磁されている。第１の磁石４１は、第１の磁石固定金具４５の環状の切除部４５ａに嵌め込まれた状態で、第１の磁石固定金具４５に固定されている。第２の磁石４２は、第２の磁石固定金具４６の環状の切除部４６ａに嵌め込まれた状態で、第２の磁石固定金具４６に固定されている。 The first magnet 41 and the second magnet 42 have an annular shape of the same shape and the same size, and 10 magnetic poles (5 pairs of magnetic pole pairs) are magnetized at equal intervals in the circumferential direction. The first magnet 41 is fixed to the first magnet fixing bracket 45 in a state where the first magnet 41 is fitted in the annular cut portion 45 a of the first magnet fixing bracket 45. The second magnet 42 is fixed to the second magnet fixing bracket 46 in a state where the second magnet 42 is fitted in the annular cut portion 46 a of the second magnet fixing bracket 46.

第１の磁石４１と第２の磁石４２との間には、センサ取付用基板４７が配置されている。また、センサ取付用基板４７と第２の磁石４２との間には、磁気遮断部材４８が配置されている。
センサ取付用基板４７は、入力軸９の軸方向から見て略矩形であり、その下部に入力軸９を通すための略半円形の切欠部４７ａが形成されている。センサ取付用基板４７における第１の磁石４１に対向する第１の面に、第１の磁気センサ４３Ａおよび第２の磁気センサ４３Ｂが取り付けられている。センサ取付用基板４７における第２の磁石４２に対向する第２の面に、第３の磁気センサ４４Ａおよび第４の磁気センサ４４Ｂが取り付けられている。つまり、第１〜第４の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂは、第１の磁石４１と第２の磁石４２との間（第１の磁石４１と第２の磁石４２とによって挟まれた空間内）に配置されている。 A sensor mounting substrate 47 is disposed between the first magnet 41 and the second magnet 42. Further, a magnetic shielding member 48 is disposed between the sensor mounting substrate 47 and the second magnet 42.
The sensor mounting substrate 47 is substantially rectangular when viewed from the axial direction of the input shaft 9, and a substantially semicircular cutout portion 47 a for allowing the input shaft 9 to pass therethrough is formed in the lower portion thereof. The first magnetic sensor 43 A and the second magnetic sensor 43 B are attached to the first surface of the sensor attachment substrate 47 that faces the first magnet 41. The third magnetic sensor 44 A and the fourth magnetic sensor 44 B are attached to the second surface of the sensor attachment substrate 47 that faces the second magnet 42. That is, the first to fourth magnetic sensors 43A, 43B, 44A, 44B are sandwiched between the first magnet 41 and the second magnet 42 (between the first magnet 41 and the second magnet 42). In the space).

各磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂは、センサ取付用基板４７における切欠部４７ａの周囲に配置されている。具体的には、図４および図５に示すように、第２の磁石４２側から第１の磁石４１を見た場合、第１の磁気センサ４３Ａはセンサ取付用基板４７における切欠部４７ａの周囲であって、センサ取付用基板４７の幅中央に配置されている。第２の磁気センサ４３Ｂは、第１の磁気センサ４３Ａに対して反時計方向に機械角で１８°（電気角で９０°）の角度間隔をおいて配置されている。 Each of the magnetic sensors 43 A, 43 B, 44 A, 44 B is disposed around the notch 47 a in the sensor mounting substrate 47. Specifically, as shown in FIGS. 4 and 5, when the first magnet 41 is viewed from the second magnet 42 side, the first magnetic sensor 43 A is around the notch 47 a in the sensor mounting substrate 47. In this case, the sensor mounting board 47 is arranged at the center of the width. The second magnetic sensor 43B is arranged counterclockwise with respect to the first magnetic sensor 43A with a mechanical angle of 18 ° (an electrical angle of 90 °).

第３の磁気センサ４４Ａは、第１の磁気センサ４３Ａに対して時計方向に機械角で１２０°（電気角で６００°）の角度間隔をおいて配置されている。第４の磁気センサ４４Ｂは、第２の磁気センサ４３Ｂに対して時計方向に機械角で１２０°（電気角で６００°）の角度間隔をおいて配置されている。したがって、第４の磁気センサ４４Ｂは、第３の磁気センサ４４Ａに対して反時計方向に機械角で１８°（電気角で９０°）の角度間隔をおいて配置されている。 The third magnetic sensor 44A is arranged at an angular interval of 120 ° mechanical angle (600 ° electrical angle) clockwise with respect to the first magnetic sensor 43A. The fourth magnetic sensor 44B is arranged with an angular interval of 120 ° mechanical angle (600 ° electrical angle) clockwise with respect to the second magnetic sensor 43B. Accordingly, the fourth magnetic sensor 44B is disposed at an angular interval of 18 ° mechanical angle (90 ° electrical angle) counterclockwise with respect to the third magnetic sensor 44A.

なお、第１の磁石４１と第１の磁気センサ４３Ａおよび第２の磁気センサ４３Ｂとの間隔と、第２の磁石４２と第３の磁気センサ４４Ａおよび第４の磁気センサ４４Ｂとの間隔とは等しい。
磁気遮断部材４８は、第２の磁石４２から第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂに向かう磁束を遮断するものである。磁気遮断部材４８は、第２の磁石４２側から第１の磁石４１を見た場合、センサ取付用基板４７の左半分の形状からその右上部分を切除した形状である。 The distance between the first magnet 41 and the first magnetic sensor 43A and the second magnetic sensor 43B and the distance between the second magnet 42 and the third magnetic sensor 44A and the fourth magnetic sensor 44B are as follows. equal.
The magnetic blocking member 48 blocks the magnetic flux from the second magnet 42 toward the first and second magnetic sensors 43A and 43B. When the first magnet 41 is viewed from the second magnet 42 side, the magnetic shielding member 48 has a shape obtained by cutting away the upper right portion from the shape of the left half of the sensor mounting substrate 47.

磁気遮断部材４８は、ボルト５１，５２、ナット５３等によってセンサ取付用基板４７に取り付けられている。センサ取付用基板４７および磁気遮断部材４８は、ボルト５１，５４によって、センサハウジング３１に支持されている基板固定金具５０に取り付けられている。
トルクセンサ２０およびＥＣＵ１２による操舵トルクの検出方法について説明する。 The magnetic shielding member 48 is attached to the sensor attachment substrate 47 by bolts 51 and 52, a nut 53, and the like. The sensor mounting board 47 and the magnetic shielding member 48 are attached to the board fixing bracket 50 supported by the sensor housing 31 by bolts 51 and 54.
A method for detecting the steering torque by the torque sensor 20 and the ECU 12 will be described.

図５は、ステアリングホイール２が中立位置にあり、ステアリングホイール２に操舵トルクが加えられていない状態において、第２の磁石４２側から第１の磁石４１を見た場合の第１〜第４の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂと第１の磁石４１との位置関係を示す模式図である。図６は、ステアリングホイール２が中立位置にあり、ステアリングホイール２に操舵トルクが加えられていない状態において、第１の磁石４１側から第２の磁石４２を見た場合の第１〜第４の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂと第２の磁石４２との位置関係を示す模式図である。 FIG. 5 shows the first to fourth when the first magnet 41 is viewed from the second magnet 42 side in a state where the steering wheel 2 is in the neutral position and no steering torque is applied to the steering wheel 2. 4 is a schematic diagram showing a positional relationship between magnetic sensors 43A, 43B, 44A, and 44B and a first magnet 41. FIG. FIG. 6 shows the first to fourth when the second magnet 42 is viewed from the first magnet 41 side in a state where the steering wheel 2 is in the neutral position and no steering torque is applied to the steering wheel 2. 4 is a schematic diagram showing a positional relationship between magnetic sensors 43A, 43B, 44A, 44B and a second magnet 42. FIG.

この実施形態では、ステアリングホイール２が中立位置にあり、ステアリングホイール２に操舵トルクが加えられていない状態においては、第１の磁石４１と第２の磁石４２との間における各磁極の相対的な位置は、異なっている。具体的には、前記状態においてステアリングホイール２側から第１の磁石４１および第２の磁石４２を見ると、第２の磁石４１の各磁極は、第１の磁石４１の各磁極に対して、反時計方向（図６の矢印Ａで示す方向）に１２°（電気角で６０°）ずれている。これにより、第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂが第１の磁石４１からの磁力の影響のみ受け、第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂが第２の磁石４２からの磁力の影響のみ受けると仮定した場合には、前記状態において第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂによって検出される第１の磁石４１の回転角（後述する第１の電気角θ１に相当する）と、第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂによって検出される第２の磁石４２の回転角（後述する第２の電気角θ２に相当する）とは一致する。 In this embodiment, when the steering wheel 2 is in a neutral position and no steering torque is applied to the steering wheel 2, the relative magnetic poles between the first magnet 41 and the second magnet 42 are relative to each other. The location is different. Specifically, when the first magnet 41 and the second magnet 42 are viewed from the steering wheel 2 side in the above state, the magnetic poles of the second magnet 41 are in relation to the magnetic poles of the first magnet 41, respectively. There is a 12 ° shift (60 ° in electrical angle) in the counterclockwise direction (the direction indicated by arrow A in FIG. 6). Accordingly, the first and second magnetic sensors 43A and 43B are only affected by the magnetic force from the first magnet 41, and the third and fourth magnetic sensors 44A and 44B are affected by the magnetic force from the second magnet 42. The rotation angle of the first magnet 41 detected by the first and second magnetic sensors 43A and 43B in the above state (corresponding to a first electrical angle θ1 described later), The rotation angle of the second magnet 42 detected by the third and fourth magnetic sensors 44A and 44B (corresponding to a second electrical angle θ2 described later) coincides.

中間軸７側から見て入力軸９が時計方向に回転すると、それに伴って第１の磁石４１および第２磁石４２も時計方向に回転する。この場合、第１〜第４の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ側から第１の磁石４１を見ると、図５に矢印Ａで示す方向（時計方向）に第１の磁石４１が回転する。一方、第１〜第４の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ側から第２の磁石４２を見ると、図６に矢印Ａで示す方向（反時計方向）に第２の磁石４２が回転する。そこで、図５および図６に矢印Ａで示す方向を正方向とし、各磁石４１，４２が正方向に回転されると、各磁石４１，４２の回転角が大きくなり、各磁石４１，４２が逆方向に回転されると、各磁石４１，４２の回転角が小さくなるものとする。 When the input shaft 9 rotates in the clockwise direction when viewed from the intermediate shaft 7 side, the first magnet 41 and the second magnet 42 also rotate in the clockwise direction accordingly. In this case, when the first magnet 41 is viewed from the first to fourth magnetic sensors 43A, 43B, 44A, and 44B, the first magnet 41 rotates in the direction indicated by the arrow A (clockwise) in FIG. . On the other hand, when the second magnet 42 is viewed from the first to fourth magnetic sensors 43A, 43B, 44A, 44B, the second magnet 42 rotates in the direction indicated by the arrow A in FIG. 6 (counterclockwise direction). . Therefore, when the direction indicated by the arrow A in FIGS. 5 and 6 is set to the positive direction and the magnets 41 and 42 are rotated in the positive direction, the rotation angles of the magnets 41 and 42 are increased. When rotated in the opposite direction, the rotation angle of each magnet 41, 42 is assumed to be small.

第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂは、磁気遮断部材４８によって第２の磁石４２からの磁束の影響を受けないため、第１の磁石４１からの磁束の影響のみを受ける。したがって、第１の磁石４１が回転されると、第１の磁石４１の各磁極から発生する磁束によって、第１の磁気センサ４３Ａおよび第２の磁気センサ４３Ｂからは、互いに位相が９０度ずれた正弦波信号が出力される。ここでは、第１の磁石４１の回転角（電気角）をθ１とすると、第１の磁気センサ４３ＡからはＶ１＝sinθ１で表される第１の出力信号Ｖ１が出力され、第２の磁気センサ４３ＢからはＶ２＝cosθ１で表される第２の出力信号Ｖ２が出力されるものとする。ただし、これらの信号Ｖ１，Ｖ２の振幅を１としている。第１の磁石４１の回転角（電気角）θ１は、次式(1)で表される。 The first and second magnetic sensors 43 A and 43 B are not affected by the magnetic flux from the second magnet 42 by the magnetic blocking member 48, and therefore are only affected by the magnetic flux from the first magnet 41. Therefore, when the first magnet 41 is rotated, the phases of the first magnetic sensor 43A and the second magnetic sensor 43B are shifted from each other by 90 degrees due to the magnetic flux generated from each magnetic pole of the first magnet 41. A sine wave signal is output. Here, if the rotation angle (electrical angle) of the first magnet 41 is θ1, the first magnetic sensor 43A outputs a first output signal V1 represented by V1 = sin θ1, and the second magnetic sensor It is assumed that the second output signal V2 represented by V2 = cos θ1 is output from 43B. However, the amplitude of these signals V1 and V2 is 1. The rotation angle (electrical angle) θ1 of the first magnet 41 is expressed by the following equation (1).

θ１＝tan^−１（Ｖ１／Ｖ２） …(1)
第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂは、第２の磁石４２からの磁束の影響を受けるとともに、第１の磁石４１からの磁束の影響も受ける。したがって、第３の磁気センサ４４Ａおよび第４の磁気センサ４４Ｂからは、第２の磁石４２からの磁束と第１の磁石４１からの磁束との和に応じた第３および第４の出力信号Ｖ３，Ｖ４がそれぞれ出力される。 θ1 = tan ⁻¹ (V1 / V2) (1)
The third and fourth magnetic sensors 44 A and 44 B are affected by the magnetic flux from the second magnet 42 and are also affected by the magnetic flux from the first magnet 41. Therefore, the third and fourth output signals V3 corresponding to the sum of the magnetic flux from the second magnet 42 and the magnetic flux from the first magnet 41 are output from the third magnetic sensor 44A and the fourth magnetic sensor 44B. , V4 are output.

第２の磁石４２の回転角（電気角）をθ２とすると、第３の出力信号Ｖ３に含まれる第２の磁石４２からの磁束のみに基づく信号成分Ｖ３２は次式(2)で表され、第４の出力信号Ｖ４に含まれる第２の磁石４２からの磁束のみに基づく信号成分Ｖ４２は次式(3)で表される。ただし、当該信号成分の振幅を１としている。
Ｖ３２＝sinθ２ …(2)
Ｖ４２＝cosθ２ …(3)
第３の磁気センサ４４Ａおよび第４の磁気センサ４４Ｂと第１の磁石４１との距離は、第３の磁気センサ４４Ａおよび第４の磁気センサ４４Ｂと第２の磁石４２との距離より、センサ取付用基板４７の厚み分だけ大きい。このため、第３の磁気センサ４４Ａおよび第４の磁気センサ４４Ｂによる第２の磁石４２の磁束の検出量に対して、第３の磁気センサ４４Ａおよび第４の磁気センサ４４Ｂによる第１の磁石４１の磁束の検出量は小さくなる。 When the rotation angle (electrical angle) of the second magnet 42 is θ2, the signal component V32 based only on the magnetic flux from the second magnet 42 included in the third output signal V3 is expressed by the following equation (2): A signal component V42 based on only the magnetic flux from the second magnet 42 included in the fourth output signal V4 is expressed by the following equation (3). However, the amplitude of the signal component is 1.
V32 = sinθ2 (2)
V42 = cosθ2 (3)
The distance between the third magnetic sensor 44A and the fourth magnetic sensor 44B and the first magnet 41 is determined based on the distance between the third magnetic sensor 44A and the fourth magnetic sensor 44B and the second magnet 42. It is larger by the thickness of the substrate 47 for use. For this reason, with respect to the detected amount of magnetic flux of the second magnet 42 by the third magnetic sensor 44A and the fourth magnetic sensor 44B, the first magnet 41 by the third magnetic sensor 44A and the fourth magnetic sensor 44B. The detected amount of magnetic flux becomes small.

第３の磁気センサ４４Ａおよび第４の磁気センサ４４Ｂによる第２の磁石４２からの磁束の検出量に対する、第３の磁気センサ４４Ａおよび第４の磁気センサ４４Ｂによる第１の磁石４１からの磁束の検出量の割合を減衰係数ｋと定義する。減衰係数ｋは、たとえば、事前測定値、シュミレーション結果から算出することができる。
以上のように減衰係数ｋを定義すると、第３の出力信号Ｖ３に含まれる第１の磁石４１からの磁束のみに基づく信号成分Ｖ３１は次式(4)で表され、第４の出力信号Ｖ４に含まれる第１の磁石４１からの磁束のみに基づく信号成分Ｖ４１は次式(5)で表される。 The magnetic flux from the first magnet 41 by the third magnetic sensor 44A and the fourth magnetic sensor 44B with respect to the detected amount of the magnetic flux from the second magnet 42 by the third magnetic sensor 44A and the fourth magnetic sensor 44B. The ratio of the detected amount is defined as the attenuation coefficient k. The attenuation coefficient k can be calculated from, for example, a prior measurement value and a simulation result.
When the attenuation coefficient k is defined as described above, the signal component V31 based only on the magnetic flux from the first magnet 41 included in the third output signal V3 is expressed by the following equation (4), and the fourth output signal V4: The signal component V41 based only on the magnetic flux from the first magnet 41 included in is expressed by the following equation (5).

Ｖ３１＝ｋ・sin（θ１−６００°）
＝ｋ・sin（θ１＋１２０°） …(4)
Ｖ４１＝ｋ・cos（θ１−６００°）
＝ｋ・cos（θ１＋１２０°） …(5)
したがって、第３の出力信号Ｖ３および第４の出力信号Ｖ４は、それぞれ次式(6) ,(7)で表される。 V31 = k · sin (θ1-600 °)
= K · sin (θ1 + 120 °) (4)
V41 = k · cos (θ1-600 °)
= K · cos (θ1 + 120 °) (5)
Therefore, the third output signal V3 and the fourth output signal V4 are expressed by the following equations (6) and (7), respectively.

Ｖ３＝Ｖ３１＋Ｖ３２
＝ｋ・sin（θ１＋１２０°）＋sinθ２ …(6)
Ｖ４＝Ｖ３４＋Ｖ４２
＝ｋ・cos（θ１＋１２０°）＋cosθ２ …(7)
第３の出力信号Ｖ３から第１の磁石４１からの磁束の影響が除去された信号成分Ｖ３２および第４の出力信号Ｖ４から第１の磁石４１からの磁束の影響が除去された信号成分Ｖ４２は、それぞれ次式(8) ,(9)で表される。 V3 = V31 + V32
= K · sin (θ1 + 120 °) + sinθ2 (6)
V4 = V34 + V42
= K · cos (θ1 + 120 °) + cos θ2 (7)
The signal component V32 from which the influence of the magnetic flux from the first magnet 41 is removed from the third output signal V3 and the signal component V42 from which the influence of the magnetic flux from the first magnet 41 is removed from the fourth output signal V4 are: Are represented by the following equations (8) and (9), respectively.

Ｖ３２＝sinθ２
＝Ｖ３−ｋ・sin（θ１＋１２０°） …(8)
Ｖ４２＝cosθ２
＝Ｖ４−ｋ・cos（θ１＋１２０°） …(9)
なお、前記式(8) ,(9)中のθ１は、前記式(1)に基づいて演算される第１の磁石４１の回転角（電気角）θ１である。なお、sin（θ１＋１２０°）は、たとえば、θ１に対するsin（θ１＋１２０°）を記憶したマップに基づいて求めることができる。同様に、cos（θ１＋１２０°）は、たとえば、θ１に対するcos（θ１＋１２０°）を記憶したマップに基づいて求めることができる。 V32 = sinθ2
= V3-k · sin (θ1 + 120 °) (8)
V42 = cosθ2
= V4-k · cos (θ1 + 120 °) (9)
In the equations (8) and (9), θ1 is the rotation angle (electrical angle) θ1 of the first magnet 41 calculated based on the equation (1). Note that sin (θ1 + 120 °) can be obtained, for example, based on a map storing sin (θ1 + 120 °) with respect to θ1. Similarly, cos (θ1 + 120 °) can be obtained based on a map storing cos (θ1 + 120 °) with respect to θ1, for example.

第２の磁石４２の回転角（電気角）θ２は、次式(10) で表される。
θ２＝tan^−１（Ｖ３２／Ｖ４２） …(10)
ＥＣＵ１２は、前記式(1)を用いて、第１および第２の出力信号Ｖ１，Ｖ２から第１の磁石４１の回転角（電気角）θ１を演算する。
また、ＥＣＵ１２は、前記式(10)を用いて、第３および第４の出力信号Ｖ３，Ｖ４、減衰係数ｋおよび第１の磁石４１の回転角θ１から第２の磁石４２の回転角（電気角）θ２を演算する。具体的には、ＥＣＵ１２は、前記(8)に基づいて、第３の出力信号Ｖ３、減衰係数ｋおよび第１の磁石４１の回転角θ１からＶ３２（＝sinθ２）を演算する。また、ＥＣＵ１２は、前記(9)に基づいて、第４の出力信号Ｖ４、減衰係数ｋおよび第１の磁石４１の回転角θ１からＶ４２（＝cosθ２）を演算する。次に、ＥＣＵ１２は、前記式(10)に基づいて、第２の磁石４２の回転角（電気角）θ２を演算する。 The rotation angle (electrical angle) θ2 of the second magnet 42 is expressed by the following equation (10).
θ2 = tan ⁻¹ (V32 / V42) (10)
The ECU 12 calculates the rotation angle (electrical angle) θ1 of the first magnet 41 from the first and second output signals V1, V2 using the equation (1).
Further, the ECU 12 uses the equation (10) to calculate the rotation angle (electricity) of the second magnet 42 from the third and fourth output signals V3 and V4, the attenuation coefficient k, and the rotation angle θ1 of the first magnet 41. Angle) θ2 is calculated. Specifically, the ECU 12 calculates V32 (= sin θ2) from the third output signal V3, the attenuation coefficient k, and the rotation angle θ1 of the first magnet 41 based on (8). Further, the ECU 12 calculates V42 (= cos θ2) from the fourth output signal V4, the attenuation coefficient k, and the rotation angle θ1 of the first magnet 41 based on (9). Next, the ECU 12 calculates the rotation angle (electrical angle) θ2 of the second magnet 42 based on the equation (10).

入力軸９に操舵トルクが与えられていないときには、トーションバー１１に捩れが発生しないため、入力軸９の中立位置からの回転角と、出力軸１０の中立位置からの回転角とは等しい。したがって、この場合には、第１の電気角θ１と第２の電気角θ２とは等しくなる。
一方、入力軸９に操舵トルクが与えられたときには、トーションバー１１に捩れが発生するため、入力軸９の中立位置からの回転角と出力軸１０の中立位置からの回転角との間に、トーションバー１１に捩れ角γに応じた角度差が生じる。トーションバー１１の捩れ角γ［deg］の最大値の絶対値は、前記電気角の３６０°に相当する機械角７２［deg］より小さい。したがって、この場合には、第１の電気角θ１と第２の電気角θ２との間に、トーションバー１１に捩れ角γに応じた角度差が生じる。 When the steering torque is not applied to the input shaft 9, the torsion bar 11 is not twisted. Therefore, the rotation angle from the neutral position of the input shaft 9 is equal to the rotation angle from the neutral position of the output shaft 10. Therefore, in this case, the first electrical angle θ1 and the second electrical angle θ2 are equal.
On the other hand, when a steering torque is applied to the input shaft 9, the torsion bar 11 is twisted, and therefore, between the rotation angle from the neutral position of the input shaft 9 and the rotation angle from the neutral position of the output shaft 10, An angle difference corresponding to the twist angle γ is generated in the torsion bar 11. The absolute value of the maximum value of the twist angle γ [deg] of the torsion bar 11 is smaller than the mechanical angle 72 [deg] corresponding to the electrical angle of 360 °. Therefore, in this case, an angle difference corresponding to the torsion angle γ is generated in the torsion bar 11 between the first electrical angle θ1 and the second electrical angle θ2.

そこで、ＥＣＵ１２は、第１の電気角θ１から第２の電気角θ２を減算し、その減算結果からトーションバー１１の捩れ角γを演算する。具体的には、ＥＣＵ１２は、次式(11)に基づいて、捩れ角（機械角）γを演算する。
γ＝（θ１−θ２）／５…(11)
前記式(11)における「５」は、各磁石４１，４２に設けられた磁極対の数である。 Therefore, the ECU 12 subtracts the second electrical angle θ2 from the first electrical angle θ1, and calculates the torsion angle γ of the torsion bar 11 from the subtraction result. Specifically, the ECU 12 calculates a twist angle (mechanical angle) γ based on the following equation (11).
γ = (θ1−θ2) / 5 (11)
“5” in the equation (11) is the number of magnetic pole pairs provided in each of the magnets 41 and 42.

最後に、ＥＣＵ１２は、捩れ角γに、トーションバー１１のばね定数Ｋを乗算することにより、操舵トルクＴを演算する。つまり、ＥＣＵ１２は、次式(12)に基づいて、操舵トルクＴを演算する。
Ｔ＝γ×Ｋ
＝｛（θ１−θ２)／５）×Ｋ …(12)
ＥＣＵ１２は、上記のような演算を所定の演算周期毎に行なうことにより、演算周期毎に操舵トルクＴを演算する。 Finally, the ECU 12 calculates the steering torque T by multiplying the torsion angle γ by the spring constant K of the torsion bar 11. That is, the ECU 12 calculates the steering torque T based on the following equation (12).
T = γ × K
= {(Θ1-θ2) / 5) × K (12)
ECU12 calculates steering torque T for every calculation period by performing the above calculations for every predetermined calculation period.

前記実施形態では、入力軸９に一体回転可能に連結された第１の磁石４１と出力軸１０に一体回転可能に連結された第２の磁石４２との間に、第１〜第４の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂが配置されている。したがって、トルクセンサ１１における入力軸９の軸方向に直交する方向の大きさを小さくすることができる。
ところで、第１の磁石４１の回転角（入力軸９の回転角）を検出するために第１の磁石４１からの磁束のみを検出できるように例えば２個の第１軸回転角検出用の磁気センサを設けるとともに、第２の磁石４２の回転角（出力軸１０の回転角）を検出するために第２の磁石４２からの磁束のみを検出できるように例えば２個の第２軸回転角検出用の磁気センサを設けることが考えられる。具体的には、第１の磁石４１からの磁束のみを検出できる２つの第１軸回転角検出用の磁気センサの出力信号に基づいて入力軸９の回転角（電気角）を演算する。一方、第２の磁石４２からの磁束のみを検出できる２つの第２軸回転角検出用の磁気センサの出力信号に基づいて出力軸１０の回転角（電気角）を演算する。そして、入力軸９の回転角と出力軸１０の回転角との差に基づいて、トーションバー１１の捩れ角を演算する。 In the embodiment, the first to fourth magnets are provided between the first magnet 41 connected to the input shaft 9 so as to be integrally rotatable and the second magnet 42 connected to the output shaft 10 so as to be integrally rotatable. Sensors 43A, 43B, 44A, 44B are arranged. Therefore, the size of the torque sensor 11 in the direction orthogonal to the axial direction of the input shaft 9 can be reduced.
By the way, in order to detect only the magnetic flux from the first magnet 41 in order to detect the rotation angle of the first magnet 41 (rotation angle of the input shaft 9), for example, two magnets for detecting the first shaft rotation angle. For example, two second-axis rotation angle detections are provided so that only the magnetic flux from the second magnet 42 can be detected in order to detect the rotation angle of the second magnet 42 (the rotation angle of the output shaft 10). It is conceivable to provide a magnetic sensor. Specifically, the rotation angle (electrical angle) of the input shaft 9 is calculated based on the output signals of the two first axis rotation angle detection magnetic sensors that can detect only the magnetic flux from the first magnet 41. On the other hand, the rotation angle (electrical angle) of the output shaft 10 is calculated based on the output signals of the two second-axis rotation angle detection magnetic sensors that can detect only the magnetic flux from the second magnet 42. Then, the torsion angle of the torsion bar 11 is calculated based on the difference between the rotation angle of the input shaft 9 and the rotation angle of the output shaft 10.

この場合、第１軸回転角検出用の磁気センサが第２の磁石４２からの磁束の影響を受けないようにするとともに、第２軸回転角検出用の磁気センサが第１の磁石４１からの磁束の影響を受けないようにすることが必要となる。
そこで、第１軸回転角検出用の磁気センサと第２の磁石４２との間隔を大きくするとともに、第２軸回転角検出用の磁気センサと第１の磁石４１との間隔を大きくすることが考えられる。しかしながら、このようにすると、トルク検出装置における入力軸９の軸方向の大きさが大きくなってしまう。 In this case, the magnetic sensor for detecting the first axis rotation angle is not affected by the magnetic flux from the second magnet 42, and the magnetic sensor for detecting the second axis rotation angle is from the first magnet 41. It is necessary to avoid the influence of magnetic flux.
Therefore, it is possible to increase the interval between the first axis rotation angle detection magnetic sensor and the second magnet 42 and increase the interval between the second axis rotation angle detection magnetic sensor and the first magnet 41. Conceivable. However, if it does in this way, the magnitude | size of the axial direction of the input shaft 9 in a torque detection apparatus will become large.

また、第２の磁石４２から第１軸回転角検出用の磁気センサに向かう磁束を遮断するための第１の磁気遮断部材を設けるとともに、第１の磁石４１から第２軸回転角検出用の磁気センサに向かう磁束を遮断するための第２の磁気遮断部材を設けることが考えられる。しかしながら、このようにすると、２つの磁気遮断部材が必要となるため、構成が複雑となる。 In addition, a first magnetic blocking member for blocking the magnetic flux from the second magnet 42 to the magnetic sensor for detecting the first shaft rotation angle is provided, and for detecting the second shaft rotation angle from the first magnet 41. It is conceivable to provide a second magnetic blocking member for blocking the magnetic flux directed to the magnetic sensor. However, if it does in this way, since two magnetic shielding members will be needed, a structure will become complicated.

前記実施形態では、前者の構成に比べて、トルクセンサにおける入力軸の軸方向の大きさを小さくすることができる。また、前記実施形態では、後者の構成に比べて、磁気遮断部材が１つの済むため、構成が簡単になる。
また、前記実施形態では、センサ取付用基板４７の一方の面（第１の面）に、入力軸９の回転角を検出するための第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂが取り付けられており、他方の面（第１の面）に出力軸１０の回転角を検出するための第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂが取り付けられている。これにより、磁気センサを取り付けるための基板が１枚で済むため、コストを低減化することができる。 In the embodiment, the axial size of the input shaft in the torque sensor can be reduced as compared with the former configuration. Moreover, in the said embodiment, since only one magnetic shielding member is sufficient compared with the latter structure, a structure becomes simple.
In the embodiment, the first and second magnetic sensors 43A and 43B for detecting the rotation angle of the input shaft 9 are attached to one surface (first surface) of the sensor mounting substrate 47. The third and fourth magnetic sensors 44A and 44B for detecting the rotation angle of the output shaft 10 are attached to the other surface (first surface). As a result, only one substrate is required for mounting the magnetic sensor, so that the cost can be reduced.

なお、センサ取付用基板４７の一方の面に、第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂと第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂとを取り付けてもよい。
また、前記実施形態では、第１の磁気センサ４３Ａと第２の磁気センサ４３Ｂとの角度間隔および第３磁気センサ４４Ａと第４の磁気センサ４４Ｂとの角度間隔は、電気角で９０°に設定されているが、９０°以外の角度に設定してもよい。また、前記実施形態では、第１の磁気センサ４３Ａと第３磁気センサ４４Ａとの角度間隔および第２の磁気センサ４３Ｂと第４の磁気センサ４４Ｂとの角度間隔は、電気角で６００°に設定されているが、６００°以外の角度に設定してもよい。 The first and second magnetic sensors 43A and 43B and the third and fourth magnetic sensors 44A and 44B may be attached to one surface of the sensor mounting board 47.
In the embodiment, the angular interval between the first magnetic sensor 43A and the second magnetic sensor 43B and the angular interval between the third magnetic sensor 44A and the fourth magnetic sensor 44B are set to 90 ° in electrical angle. However, it may be set to an angle other than 90 °. In the embodiment, the angular interval between the first magnetic sensor 43A and the third magnetic sensor 44A and the angular interval between the second magnetic sensor 43B and the fourth magnetic sensor 44B are set to 600 ° in electrical angle. However, an angle other than 600 ° may be set.

また、前記実施形態では、第２の磁石４２から第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂに向かう磁束を遮断するための磁気遮断部材４８が設けられているが、これに代えて、第１の磁石４１から第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂに向かう磁束を遮断するための磁気遮断部材を設けるようにしてもよい。この場合には、第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂは第２の磁石４２からの磁束のみを検出し、第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂは第１の磁石４１からの磁束と第２の磁石４２からの磁束との和に相当する磁束を検出する。 In the above-described embodiment, the magnetic shielding member 48 for shielding the magnetic flux from the second magnet 42 toward the first and second magnetic sensors 43A and 43B is provided. A magnetic blocking member for blocking the magnetic flux from the magnet 41 toward the third and fourth magnetic sensors 44A and 44B may be provided. In this case, the third and fourth magnetic sensors 44A and 44B detect only the magnetic flux from the second magnet 42, and the first and second magnetic sensors 43A and 43B detect the magnetic flux from the first magnet 41. And the magnetic flux corresponding to the sum of the magnetic flux from the second magnet 42 are detected.

したがって、この場合には、第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂの出力信号に基づいて、出力軸１０の回転角（電気角）θ２が演算される。また、第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂの出力信号、出力軸１０の回転角θ２等に基づいて、第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂの出力信号から第２の磁石４２からの磁束の影響が除去された信号成分sinθ１，cosθ１がそれぞれ演算される。そして、得られた信号成分sinθ１，cosθ１に基づいて、入力軸９の回転角（電気角）θ１が演算される。 Therefore, in this case, the rotation angle (electrical angle) θ2 of the output shaft 10 is calculated based on the output signals of the third and fourth magnetic sensors 44A and 44B. Further, based on the output signals of the first and second magnetic sensors 43A and 43B, the rotation angle θ2 of the output shaft 10, etc., the output signals of the first and second magnetic sensors 43A and 43B are output from the second magnet 42. The signal components sinθ1 and cosθ1 from which the influence of the magnetic flux is removed are respectively calculated. Based on the obtained signal components sin θ1 and cos θ1, the rotation angle (electrical angle) θ1 of the input shaft 9 is calculated.

前記実施形態では、ステアリングホイール２が中立位置にあり、ステアリングホイール２に操舵トルクが加えられていない状態において、前記式(1)によって演算される第１の電気角θ１と前記式（10）によって演算される第２の電気角θ２とが一致するように、前記状態での第１の磁石４１と第２の磁石４２との間における各磁極の相対的な位置が設定されている。 In the above embodiment, when the steering wheel 2 is in the neutral position and no steering torque is applied to the steering wheel 2, the first electrical angle θ1 calculated by the equation (1) and the equation (10) are used. The relative positions of the magnetic poles between the first magnet 41 and the second magnet 42 in the above state are set so that the calculated second electrical angle θ2 matches.

しかし、前記状態において、前記式(1)によって演算される第１の電気角θ１と前記式（10）によって演算される第２の電気角θ２とが一致しないように、前記状態での両磁石４１，４２間における各磁極の相対的な位置が設定されていてもよい。たとえば、前記状態において、両磁石４１，４２間における各磁極の相対的な位置が一致していてもよい。このような場合には、前記状態において前記式(1)によって演算される第１の電気角θ１と前記式（10）によって演算される第２の電気角θ２との差を予め求めておき、トルク演算時において演算される第１の電気角θ１または第２の電気角θ２の一方を、前記差に基づいて補正してから、トーションバー１１の捩れ角γを演算すればよい。 However, in the state, the two magnets in the state are set so that the first electrical angle θ1 calculated by the equation (1) and the second electrical angle θ2 calculated by the equation (10) do not coincide with each other. The relative position of each magnetic pole between 41 and 42 may be set. For example, in the above state, the relative positions of the magnetic poles between the magnets 41 and 42 may coincide. In such a case, a difference between the first electrical angle θ1 calculated by the equation (1) and the second electrical angle θ2 calculated by the equation (10) in the state is obtained in advance. The torsion angle γ of the torsion bar 11 may be calculated after correcting one of the first electrical angle θ1 and the second electrical angle θ2 calculated at the time of torque calculation based on the difference.

また、前記実施形態では、磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂとして、ホール素子が用いられているが、磁界の作用により電気的特性が変化する特性を有する素子であれば、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等のホール素子以外の素子を用いてもよい。
この発明は、電動パワーステアリング装置以外の他の装置にも適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In the above-described embodiment, Hall elements are used as the magnetic sensors 43A, 43B, 44A, and 44B. However, if the element has a characteristic that changes its electrical characteristics due to the action of a magnetic field, the magnetoresistive element (MR An element other than a Hall element such as (element) may be used.
The present invention can also be applied to devices other than the electric power steering device.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

９…入力軸（第１軸）、１０…出力軸（第２軸）、１１…トーションバー、４１…第１の磁石、４２…第２の磁石、４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ…磁気センサ、４７…センサ取付用基板、４８…磁気遮断部材、１２…ＥＣＵ DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Input shaft (1st axis), 10 ... Output shaft (2nd axis), 11 ... Torsion bar, 41 ... 1st magnet, 42 ... 2nd magnet, 43A, 43B, 44A, 44B ... Magnetic sensor, 47 ... Sensor mounting substrate, 48 ... Magnetic shielding member, 12 ... ECU

Claims

第１軸と第２軸とを連結する連結軸を含み、前記連結軸の捩れに起因する前記第１軸と前記第２軸の相対的回転変位量に基づいて、前記第１軸または前記第２軸に加えられたトルクを検出するトルク検出装置であって、
前記第１軸に一体回転可能に連結された第１の磁石と、
前記第２軸に一体回転可能に連結された第２の磁石と、
前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に配置され、前記第１の磁石からの磁束をそれぞれ検出する複数の第１軸回転角検出用の磁気センサと、
前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に配置され、前記第１の磁石からの磁束と前記第２の磁石からの磁束との和に応じた磁束をそれぞれ検出する複数の第２軸回転角検出用の磁気センサと、
前記第２の磁石から前記第１軸回転角検出用の磁気センサへ向かう磁束を遮断するための磁気遮断部材と、
前記第１軸回転角検出用の磁気センサの出力信号と前記第２軸回転角検出用の磁気センサの出力信号に基づいて、前記各第２軸回転角検出用の磁気センサの出力信号から前記第１の磁石からの磁束の影響が除去された信号成分を抽出する抽出手段と、
前記第１軸回転角検出用の磁気センサの出力信号に基づいて、前記第１軸の回転角を演算する第１演算手段と、
前記抽出手段によって抽出された信号成分に基づいて、前記第２軸の回転角を演算する第２演算手段と、
前記第１演算手段によって演算される前記第１軸の回転角と、前記第２演算手段によって演算される前記第２軸の回転角とに基づいて、前記第１軸または前記第２軸に加えられたトルクを演算するトルク演算手段とを含む、トルク検出装置。 A connecting shaft that connects the first shaft and the second shaft, and based on a relative rotational displacement amount of the first shaft and the second shaft caused by torsion of the connecting shaft, A torque detection device for detecting torque applied to two axes,
A first magnet coupled to the first shaft so as to be integrally rotatable;
A second magnet coupled to the second shaft so as to be integrally rotatable;
A plurality of magnetic sensors for detecting a rotation angle of the first shaft, which are arranged between the first magnet and the second magnet and detect magnetic fluxes from the first magnet, respectively;
A plurality of second magnets arranged between the first magnet and the second magnet, each detecting a magnetic flux corresponding to the sum of the magnetic flux from the first magnet and the magnetic flux from the second magnet. A magnetic sensor for detecting the shaft rotation angle;
A magnetic blocking member for blocking a magnetic flux from the second magnet to the magnetic sensor for detecting the first shaft rotation angle;
Based on the output signal of the magnetic sensor for detecting the first axis rotation angle and the output signal of the magnetic sensor for detecting the second axis rotation angle, from the output signal of the magnetic sensor for detecting the second axis rotation angle, Extraction means for extracting the signal component from which the influence of the magnetic flux from the first magnet is removed;
First calculating means for calculating a rotation angle of the first axis based on an output signal of the magnetic sensor for detecting the first axis rotation angle;
Second computing means for computing a rotation angle of the second axis based on the signal component extracted by the extracting means;
Based on the rotation angle of the first axis calculated by the first calculation means and the rotation angle of the second axis calculated by the second calculation means, in addition to the first axis or the second axis And a torque calculation means for calculating the torque obtained.

前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に、前記第１の磁石に対向する第１の面と前記第２の磁石に対向する第２の面とを有するセンサ取付用基板が配置されており、
前記センサ取付用基板における前記第１の面に、前記第１軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられており、
前記センサ取付用基板における前記第２の面に、前記第２軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられている、請求項１に記載のトルク検出装置。 A sensor mounting board having a first surface facing the first magnet and a second surface facing the second magnet is disposed between the first magnet and the second magnet. Has been
A magnetic sensor for detecting the first axis rotation angle is attached to the first surface of the sensor mounting board;
The torque detection device according to claim 1, wherein a magnetic sensor for detecting the second shaft rotation angle is attached to the second surface of the sensor mounting substrate.