JP7447711B2 - Torque sensor output adjustment method and torque sensor assembly method - Google Patents

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Description

本発明は、トルクセンサの出力調整方法、及び、トルクセンサの組立方法に関する。 The present invention relates to a torque sensor output adjustment method and a torque sensor assembly method.

従来のトルクセンサとして、特許文献１に開示されたものは、ハウジング内に回転可能に収容されるトーションバーと、このトーションバーの両端に連結される第一、第二シャフトと、第一シャフトに固定される磁気発生部（磁石）と、第二シャフトに固定される回転磁気回路部と、ハウジングに固定される固定磁気回路部と、この固定磁気回路部に導かれる磁束密度を検出する磁気検出器（磁気センサ）とを備える。
トーションバーに働くトルクによって、トーションバーが捩れ変形すると、磁気発生部と回転磁気回路部との回転方向の相対位置が変化し、これに伴って磁気発生部から回転磁気回路部を介して固定磁気回路部に導かれる磁束密度が変化し、磁気センサが、この磁束密度に応じた信号を出力し、この信号に基づいてトーションバーに働くトルクが検出される。
トルクセンサの製造時においては、トーションバーにトルクが働かない中立状態（メカ中立）で、磁気発生部の回転位置を、磁気発生部から回転磁気回路部に導かれる磁束密度が零になる中立位置（磁気中立）に設定する調整が行われる。 A conventional torque sensor disclosed in Patent Document 1 includes a torsion bar rotatably housed in a housing, first and second shafts connected to both ends of the torsion bar, and a first shaft connected to the first shaft. A fixed magnetic generation part (magnet), a rotating magnetic circuit part fixed to the second shaft, a fixed magnetic circuit part fixed to the housing, and a magnetic detection device that detects the magnetic flux density guided to the fixed magnetic circuit part. (magnetic sensor).
When the torsion bar is twisted and deformed by the torque acting on the torsion bar, the relative position in the rotational direction between the magnetism generating section and the rotating magnetic circuit section changes, and as a result, the fixed magnetism is transferred from the magnetism generating section through the rotating magnetic circuit section. The magnetic flux density guided to the circuit section changes, the magnetic sensor outputs a signal corresponding to this magnetic flux density, and the torque acting on the torsion bar is detected based on this signal.
When manufacturing a torque sensor, in a neutral state (mechanical neutral) in which no torque is applied to the torsion bar, the rotational position of the magnetism generating section is set to a neutral position where the magnetic flux density led from the magnetism generating section to the rotating magnetic circuit section is zero. (magnetic neutral).

特開２０１０－１８５８１５号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-185815

しかしながら、磁気中立の位置は、磁気発生部である磁石を見ても直接分からないため、メカ中立に対する磁気中立の位置にズレが生じてしまう場合があった。そのようなメカ中立に対する磁気中立の位置にズレが生じた場合、温度変化による磁石の減磁に起因する磁束密度の減少によって出力電圧の勾配（ゲイン）が減少すると、メカ中立における磁気センサの出力が変動してしまう（オフセット変動）。このため、磁束密度に応じた信号を出力する磁気センサの検出精度が低下するという問題があった。 However, since the position of magnetic neutrality cannot be directly determined by looking at the magnet, which is the magnetism generating portion, the position of magnetic neutrality may deviate from the mechanical neutrality. If there is a deviation in the position of magnetic neutral relative to mechanical neutral, and the gradient (gain) of the output voltage decreases due to the decrease in magnetic flux density caused by demagnetization of the magnet due to temperature change, the output of the magnetic sensor at mechanical neutral will decrease. fluctuates (offset fluctuation). For this reason, there has been a problem in that the detection accuracy of the magnetic sensor that outputs a signal according to the magnetic flux density is reduced.

本発明は、上記課題に鑑み、磁気中立の位置を定めて磁気中立とメカ中立を合わせると共に、トルクセンサにおける温度変化によるオフセット変動を最小化するトルクセンサの出力調整方法、トルクセンサの組立方法を提供するものである。 In view of the above problems, the present invention provides a method for adjusting the output of a torque sensor and a method for assembling a torque sensor, which determine the position of magnetic neutrality, match magnetic neutrality and mechanical neutrality, and minimize offset fluctuations due to temperature changes in the torque sensor. This is what we provide.

本発明の一態様は、二つの軸間にて伝達されるトルクに応じて捩れ変形するトーションバーと、トーションバーの一端側の軸に固定される磁気発生部と、トーションバーの他端側の軸に固定される磁気回路部と、磁気発生部と磁気回路部との相対的な回転方向の位置関係に応じて磁気回路部から導かれる磁束密度を検知し、磁束密度の変化に応じて出力をする磁気検出素子と、を備えたトルクセンサの出力調整方法であって、磁気発生部または磁気回路部の一方を軸に固定し、他方を軸の軸方向における第１位置で、軸周りに回転させながら、一方に対する回転方向の位置と磁気検出素子の出力との関係を示す第１出力応答特性を求め、他方を、軸方向における第１位置とは異なる第２位置で、軸周りに回転させながら、一方に対する回転方向の位置と磁気検出素子の出力との関係を示す第２出力応答特性を求め、記第１出力応答特性と第２出力応答特性との交点における、他方の一方に対する回転方向の位置を、磁気回路部から磁気検出素子に導かれる磁束密度が零となる磁気中立の位置として定めるトルクセンサの出力調整方法である。 One aspect of the present invention includes a torsion bar that twists and deforms in response to torque transmitted between two shafts, a magnetism generating portion fixed to a shaft on one end of the torsion bar, and a magnetism generating portion on the other end of the torsion bar. The magnetic circuit section fixed to the shaft detects the magnetic flux density guided from the magnetic circuit section according to the relative rotational positional relationship between the magnetic circuit section and the magnetic circuit section, and outputs according to changes in the magnetic flux density. A method for adjusting the output of a torque sensor, comprising: a magnetic detection element for detecting a magnetic field; While rotating, obtain a first output response characteristic indicating the relationship between the position in the rotational direction and the output of the magnetic sensing element with respect to one, and rotate the other around the axis at a second position different from the first position in the axial direction. While rotating, a second output response characteristic indicating the relationship between the position in the rotational direction and the output of the magnetic sensing element with respect to one is determined, and the rotation with respect to the other at the intersection of the first output response characteristic and the second output response characteristic This is a torque sensor output adjustment method in which the position in the direction is determined as a magnetic neutral position where the magnetic flux density guided from the magnetic circuit section to the magnetic detection element is zero.

本発明によれば、磁気中立の位置を定めて磁気中立とメカ中立を合わせると共に、トルクセンサにおける温度変化によるオフセット変動を最小化するトルクセンサの出力調整方法、トルクセンサの組立方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a method for adjusting the output of a torque sensor and a method for assembling a torque sensor, which determine the position of magnetic neutrality, match magnetic neutrality and mechanical neutrality, and minimize offset fluctuations due to temperature changes in the torque sensor. Can be done.

実施形態の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である 。FIG. 1 is a configuration diagram showing an overview of an example of an electric power steering device according to an embodiment. 実施形態のトルクセンサの一例の斜視図である。It is a perspective view of an example of the torque sensor of an embodiment. 図２のトルクセンサの概略構成図である。3 is a schematic configuration diagram of the torque sensor shown in FIG. 2. FIG. 図２のトルクセンサの分解図である。FIG. 3 is an exploded view of the torque sensor of FIG. 2; （ａ）～（ｃ）は実施形態のトルクセンサの動作を説明するための磁気回路の概略図である。(a) to (c) are schematic diagrams of magnetic circuits for explaining the operation of the torque sensor of the embodiment. 磁気センサＩＣとコントローラの機能構成例のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an example of a functional configuration of a magnetic sensor IC and a controller. モータ制御部の機能構成の一例のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an example of a functional configuration of a motor control section. 温度変化による、トルクセンサの出力応答特性を示す線図である。FIG. 3 is a diagram showing output response characteristics of a torque sensor due to temperature changes. （ａ）、（ｂ）は、磁気中立を定める場合の、磁気回路部と磁気発生部の位置関係を示す概略構成図である。(a), (b) is a schematic block diagram which shows the positional relationship of a magnetic circuit part and a magnetism generation part in the case of determining magnetic neutrality. 図９（ａ）、（ｂ）の場合における、出力応答特性を示す線図である。FIG. 9 is a diagram showing output response characteristics in the cases of FIGS. 9(a) and 9(b).

本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構成、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Note that the embodiments of the present invention shown below exemplify devices and methods for embodying the technical idea of the present invention. is not limited to the following: The technical idea of the present invention can be modified in various ways within the technical scope defined by the claims.

本実施形態の電動パワーステアリング装置の構成例を図１に示す。操向ハンドル１の操舵軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速機構を構成する減速ギア（ウォームギア）３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ、６ｂを経て、更にハブユニット７ａ、７ｂを介して操向車輪８Ｌ、８Ｒに連結されている。
ピニオンラック機構５は、ユニバーサルジョイント４ｂから操舵力が伝達されるピニオンシャフトに連結されたピニオン５ａと、このピニオン５ａに噛合するラック５ｂとを有し、ピニオン５ａに伝達された回転運動をラック５ｂで車幅方向の直進運動に変換する。 FIG. 1 shows an example of the configuration of the electric power steering device of this embodiment. The steering shaft (steering shaft, handle shaft) 2 of the steering handle 1 passes through a reduction gear (worm gear) 3 constituting a reduction mechanism, universal joints 4a and 4b, a pinion rack mechanism 5, tie rods 6a and 6b, and then a hub unit 7a. , 7b to the steering wheels 8L, 8R.
The pinion rack mechanism 5 includes a pinion 5a connected to a pinion shaft to which a steering force is transmitted from a universal joint 4b, and a rack 5b that meshes with the pinion 5a. to convert it into a straight motion in the vehicle width direction.

操舵軸２には、本実施形態のトルクセンサ１０が設けられている。トルクセンサ１０は操舵軸２に加えられる操舵トルクＴｈを検出する。トルクセンサ１０の詳細は後述する。さらに操舵軸２には、操向ハンドル１の操舵力を補助する操舵補助モータ２０が、減速ギア３を介して連結されている。
電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Erectoric Power Steering）装置を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）であるコントローラ３０には、バッテリ３１から電力が供給されるとともに、イグニション（ＩＧＮ）キー３２を経てイグニションキー信号が入力される。なお、操舵補助力を付与する手段は、モータに限られず、様々な種類のアクチュエータを利用可能である。 The steering shaft 2 is provided with the torque sensor 10 of this embodiment. Torque sensor 10 detects steering torque Th applied to steering shaft 2. Details of the torque sensor 10 will be described later. Furthermore, a steering assist motor 20 that assists the steering force of the steering handle 1 is connected to the steering shaft 2 via a reduction gear 3 .
A controller 30, which is an electronic control unit (ECU) that controls an electric power steering (EPS) device, is supplied with electric power from a battery 31, and is also supplied with electric power via an ignition (IGN) key 32. A key signal is input. Note that the means for applying the steering assist force is not limited to a motor, and various types of actuators can be used.

コントローラ３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと、車速センサ９で検出された車速Ｖｈとに基づいてアシスト制御指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによって操舵補助モータ２０に供給する電流を制御する。
コントローラ３０は、例えば、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含むコンピュータを備えてよい。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）であってよい。 The controller 30 calculates the current command value of the assist control command based on the steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vh detected by the vehicle speed sensor 9, and performs compensation etc. on the current command value. The current supplied to the steering assist motor 20 is controlled by the voltage control command value Vref.
The controller 30 may include, for example, a computer including a processor and peripheral components such as a storage device. The processor may be, for example, a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Micro-Processing Unit).

記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモりを含んでよい。
なお、本実施形態のトルクセンサ１０を、ステアリングホイールと転舵輪との間が機械的に分離されたステアバイワイヤ（S B W ：Steer-By-Wire）式の車両操向装置に使用してもよい。例えば、車両操向装置は、車両の操舵系に付与する操舵反力を発生させる反力アクチュエータと、操舵トルクＴｈに応じて反力アクチュエータを駆動制御する制御部を備えてもよい。 The storage device may include any one of a semiconductor storage device, a magnetic storage device, and an optical storage device. The storage device may include memory such as a register, a cache memory, a ROM (Read Only Memory) used as a main storage device, and a RAM (Random Access Memory).
Note that the torque sensor 10 of this embodiment may be used in a steer-by-wire (SBW) type vehicle steering device in which a steering wheel and steered wheels are mechanically separated. For example, the vehicle steering device may include a reaction force actuator that generates a steering reaction force to be applied to the steering system of the vehicle, and a control section that drives and controls the reaction force actuator according to the steering torque Th.

また、本実施例のＥＰＳは、操舵軸２に減速ギア３と操舵補助モータ２０、トルクセンサ１０を組付けたコラムアシスト式のＥＰＳであるが、減速ギア３と操舵補助モータ２０、トルクセンサ１０を操舵軸２下部のピニオン５ａに組付けたピニオン式、または、減速ギア３と操舵補助モータ２０、トルクセンサ１０をラック５ｂに組付けたラック式であっても構わない。 Further, the EPS of this embodiment is a column assist type EPS in which a reduction gear 3, a steering auxiliary motor 20, and a torque sensor 10 are assembled to a steering shaft 2. It may be a pinion type in which the steering wheel is assembled to the pinion 5a at the lower part of the steering shaft 2, or a rack type in which the reduction gear 3, the steering assist motor 20, and the torque sensor 10 are assembled to the rack 5b.

次に、本実施形態のトルクセンサ１０について説明する。図２、図３、図４を参照する。トルクセンサ１０は、操舵軸２の入力軸２ｉｎと出力軸２ｏｕｔとの間に連結されたトーションバー１６を備える。トーションバー１６の第１端部１７０が出力軸２ｏｕｔに連結され、トーションバー１６の第２端部１７１が入力軸２ｉｎに連結されている。
さらに、トルクセンサ１０は、本発明の磁気発生部であって永久磁石である多極リング磁石１１と、リング状のステータ１２及び１３と、集磁ヨーク１４ａ及び１４ｂと、磁気センサ１５を備える。 Next, the torque sensor 10 of this embodiment will be explained. Please refer to FIGS. 2, 3, and 4. The torque sensor 10 includes a torsion bar 16 connected between an input shaft 2 inches and an output shaft 2 out of the steering shaft 2. A first end 170 of the torsion bar 16 is connected to the output shaft 2out, and a second end 171 of the torsion bar 16 is connected to the input shaft 2in.
Further, the torque sensor 10 includes a multipolar ring magnet 11 which is a magnetism generating section of the present invention and is a permanent magnet, ring-shaped stators 12 and 13, magnetic flux collecting yokes 14a and 14b, and a magnetic sensor 15.

多極リング磁石１１は、トーションバー１６の第２端部１７１又は入力軸２ｉｎに取り付けられる。すなわち、多極リング磁石１１は、トーションバー１６の第２端部１７１側に固定される。
多極リング磁石１１は、トーションバー１６と同軸に配置され、軸線を中心とする周方向に異なる磁極であるＳ極とＮ極（図において、グレー色がＮ極を表す。）が交互に配置されている。これら磁極対は等角度ごとに配置されおり、隣接する磁極対が各々配置される角度位置の角度差はΔθである。 The multipolar ring magnet 11 is attached to the second end 171 of the torsion bar 16 or the input shaft 2 inches. That is, the multipolar ring magnet 11 is fixed to the second end 171 side of the torsion bar 16.
The multipolar ring magnet 11 is arranged coaxially with the torsion bar 16, and different magnetic poles, S poles and N poles (in the figure, the gray color represents the N pole) are arranged alternately in the circumferential direction around the axis. has been done. These magnetic pole pairs are arranged at equal angles, and the angular difference between the angular positions at which adjacent magnetic pole pairs are arranged is Δθ.

ステータ１２及び１３は組立体であってステータユニット１９を構成し、ハブ１８を介してトーションバー１６の第１端部１７０又は出力軸２ｏｕｔに取り付けられる。すなわち、トーションバー１６の第１端部１７０側に固定される。また、ステータ１２及び１３の外周面に対向して、集磁ヨーク１４ａ及び１４ｂ、及び磁気センサ１５が、図示しない静止部材（ハウジング）に固定されている。尚、ステータユニット１９は本発明の磁気回路部を構成する。 The stators 12 and 13 are an assembly and constitute a stator unit 19, which is attached to the first end 170 of the torsion bar 16 or the output shaft 2out via the hub 18. That is, it is fixed to the first end 170 side of the torsion bar 16. Further, magnetic flux collecting yokes 14a and 14b and a magnetic sensor 15 are fixed to a stationary member (housing) not shown, facing the outer circumferential surfaces of the stators 12 and 13. Incidentally, the stator unit 19 constitutes the magnetic circuit section of the present invention.

多極リング磁石１１から発生した磁束はステータ１２及び１３により集約されて、集磁ヨーク１４ａ及び１４ｂによって磁気センサ１５へ導かれ、磁気センサ１５で検出される。ステータ１２及び１３、集磁ヨーク１４ａ及び１４ｂ、及び磁気センサ１５により形成される組立体は、磁気検出部である。
ステータ１２は、例えば軟磁性材料からなり、多極リング磁石１１と同軸に配置される円環部１２ａと、円環部１２ａの内周端から軸方向に伸びる複数の歯部１２ｂを有している。円環部１２ａの内径は、多極リング磁石１１の外径よりも大きく設定されている。 The magnetic flux generated from the multipolar ring magnet 11 is collected by the stators 12 and 13, guided to the magnetic sensor 15 by the magnetic collecting yokes 14a and 14b, and detected by the magnetic sensor 15. The assembly formed by the stators 12 and 13, the magnetic flux collecting yokes 14a and 14b, and the magnetic sensor 15 is a magnetic detection section.
The stator 12 is made of, for example, a soft magnetic material, and has an annular portion 12a disposed coaxially with the multipolar ring magnet 11, and a plurality of teeth portions 12b extending in the axial direction from the inner peripheral end of the annular portion 12a. There is. The inner diameter of the annular portion 12a is set larger than the outer diameter of the multipolar ring magnet 11.

歯部１２ｂは、軸線を中心とする周方向に等角度で配置されており、隣接する歯部１２ｂが各々配置される角度位置の角度差はΔθである。このため、歯部１２ｂの総数は多極リング磁石１１の磁極対数と等しい。
同様に、ステータ１３は、例えば軟磁性材料からなり、多極リング磁石１１と同軸に配置される円環部１３ａと、円環部１３ａの内周端から軸方向に伸びる複数の歯部１３ｂを有している。ステータ１３の円環部１３ａの内径及び外径は、ステータ１２の円環部１２ａの内径及び外径と等しい。 The tooth portions 12b are arranged at equal angles in the circumferential direction around the axis, and the angular difference between the angular positions at which adjacent tooth portions 12b are arranged is Δθ. Therefore, the total number of teeth 12b is equal to the number of magnetic pole pairs of the multipolar ring magnet 11.
Similarly, the stator 13 is made of, for example, a soft magnetic material, and includes an annular portion 13a disposed coaxially with the multipolar ring magnet 11, and a plurality of teeth portions 13b extending in the axial direction from the inner peripheral end of the annular portion 13a. have. The inner and outer diameters of the annular portion 13a of the stator 13 are equal to the inner and outer diameters of the annular portion 12a of the stator 12.

歯部１３ｂは、軸線を中心とする周方向に等角度で配置されており、隣接する歯部１３ｂが各々配置される角度位置の角度差はΔθである。このため、歯部１３ｂの総数は多極リング磁石１１の磁極対数や、ステータ１２の歯部１２ｂの総数と等しい。
周方向に沿った歯部１２ｂ、１３ｂの幅はＷ１であり、隣接する歯部１２ｂ間の間隔Ｗ２や隣接する歯部１３ｂ間の間隔Ｗ２よりも狭く設定されている。そして、ステータ１２の歯部１２ｂを、ステータ１３の歯部１３ｂ間の間隔の間に配置し、ステータ１２の歯部１３ｂを、ステータ１２の歯部１２ｂ間の間隔の間に配置する。すなわち、対向する円環部１２ａと円環部１３ａとの間に、ステータ１２の歯部１２ｂとステータ１３の歯部１３ｂを周方向に沿って交互に配置する。 The tooth portions 13b are arranged at equal angles in the circumferential direction centering on the axis, and the angular difference between the angular positions at which adjacent tooth portions 13b are arranged is Δθ. Therefore, the total number of teeth 13b is equal to the number of magnetic pole pairs of the multipolar ring magnet 11 and the total number of teeth 12b of the stator 12.
The width of the teeth 12b and 13b along the circumferential direction is W1, which is set narrower than the interval W2 between adjacent teeth 12b and the interval W2 between adjacent teeth 13b. The teeth 12b of the stator 12 are arranged between the gaps between the teeth 13b of the stator 13, and the teeth 13b of the stator 12 are arranged between the gaps between the teeth 12b of the stator 12. That is, the tooth portions 12b of the stator 12 and the tooth portions 13b of the stator 13 are alternately arranged along the circumferential direction between the annular portion 12a and the annular portion 13a that face each other.

具体的には、ステータ１３の隣接する歯部１３ｂ間の間隔の周方向中央にステータ１２の歯部１２ｂを配置し、ステータ１２の隣接する歯部１２ｂ間的間隔の周方向中央にステータ１３の歯部１３ｂを配置する。そして、多極リング磁石１１の外周面と歯部１２ｂ及び歯部１３ｂの内周面とが互いに対向するように、対向する円環部１２ａと円環部１３ａとの間に多極リング磁石１１を配置する。
集磁ヨーク１４ａは、例えばＬ字状に形成された軟磁性材料からなり、一端が空隙を空けて円環部１２ａの端面に対向し、他端は空隙を空けて集磁ヨーク１４ｂの他端と対向している。集磁ヨーク１４ｂも同様に、Ｌ字状に形成された軟磁性材料からなり、一端が空隙を空けて円環部１３ａの端面に対向し、他端は空隙を空けて集磁ヨーク１４ａの他端と対向している。そして、磁気回路部を構成するステータユニット１９は、集磁ヨーク１４ａの一端と集磁ヨーク１４ｂの一端との間の空隙に配置され、また、磁気センサ１５は、集磁ヨーク１４ａの他端と集磁ヨーク１４ｂの他端との間に配置される。 Specifically, the tooth part 12b of the stator 12 is arranged at the circumferential center of the interval between adjacent tooth parts 13b of the stator 13, and the tooth part 12b of the stator 12 is arranged at the circumferential center of the interval between the adjacent tooth parts 12b of the stator 12. Teeth 13b are arranged. The multipolar ring magnet 11 is placed between the opposing annular portions 12a and 13a so that the outer circumferential surface of the multipolar ring magnet 11 and the inner circumferential surfaces of the toothed portions 12b and 13b are opposed to each other. Place.
The magnetic flux collecting yoke 14a is made of a soft magnetic material formed in an L shape, for example, and has one end facing the end face of the annular portion 12a with a gap in between, and the other end facing the other end of the magnetic flux collecting yoke 14b with a gap in between. is facing. Similarly, the magnetic collecting yoke 14b is made of a soft magnetic material formed in an L-shape, and one end faces the end face of the annular portion 13a with an air gap, and the other end faces the other end of the magnetic collecting yoke 14a with an air gap. facing the end. The stator unit 19 constituting the magnetic circuit section is arranged in the gap between one end of the magnetic collecting yoke 14a and one end of the magnetic collecting yoke 14b, and the magnetic sensor 15 is arranged between the other end of the magnetic collecting yoke 14a and the other end of the magnetic collecting yoke 14a. It is arranged between the magnetic flux collecting yoke 14b and the other end of the magnetic flux collecting yoke 14b.

これにより、多極リング磁石１１から発生した磁束をステータ１２及び１３で集約し、さらに集磁ヨーク１４ａ及び１４ｂによって磁気センサ１５へ導くことができる。尚、図３は理解を容易にするため、多極リング磁石１１が、軸方向において、ステータ１２の歯部１２ｂの先端、及び、ステータ１３の歯部１３ｂの先端から露出するように描かれているが、実際は、歯部１２ｂの先端、及び、歯部１３ｂの先端は、多極リング磁石１１を覆うように軸方向に伸びている。従って、ステータ１２及び１３は、多極リング磁石１１から発せられる磁束を効率的に取り込むことができる構造となっている。図５、図９においても同様である。 Thereby, the magnetic flux generated from the multipolar ring magnet 11 can be collected by the stators 12 and 13, and further guided to the magnetic sensor 15 by the magnetic flux collecting yokes 14a and 14b. In addition, for ease of understanding, FIG. 3 is drawn so that the multipolar ring magnet 11 is exposed from the tip of the teeth 12b of the stator 12 and the tip of the teeth 13b of the stator 13 in the axial direction. However, in reality, the tips of the teeth 12b and the tips of the teeth 13b extend in the axial direction so as to cover the multipolar ring magnet 11. Therefore, the stators 12 and 13 have a structure that allows them to efficiently take in the magnetic flux emitted from the multipolar ring magnet 11. The same applies to FIGS. 5 and 9.

磁気センサ１５は、冗長系を形成するため、二つの磁気センサＩＣ１５０、１６０が設けられている。磁気センサＩＣ１５０は、磁束密度を検知して、磁束密度の変化に応じた信号を出力する複数の磁気検出素子を含む。磁気検出素子は、例えばＨａｌｌ素子であってよい。また、同様に、磁気センサＩＣ１６０は、磁束密度を検知して、磁束密度の変化に応じた信号を出力する複数の磁気検出素子を含む。磁気検出素子は、例えばＨａｌｌ素子であってよい。 The magnetic sensor 15 is provided with two magnetic sensor ICs 150 and 160 to form a redundant system. The magnetic sensor IC 150 includes a plurality of magnetic detection elements that detect magnetic flux density and output signals according to changes in magnetic flux density. The magnetic detection element may be, for example, a Hall element. Similarly, the magnetic sensor IC 160 includes a plurality of magnetic detection elements that detect magnetic flux density and output signals according to changes in magnetic flux density. The magnetic detection element may be, for example, a Hall element.

以上のように、ステータ１２及び１３（ステータユニット１９）、並びに集磁ヨーク１４ａ及び１４ｂは、多極リング磁石１１により生じた磁界内に配置されて、多極リング磁石１１により生じた磁束が通る磁気回路を形成する。
トーションバー１６のねじれ変形によって多極リング磁石１１との相対的な位置関係が変化することに伴って、磁気回路に発生する磁束量が変化する。磁束密度の変化を第１磁気検出素子１５１ａ、第２磁気検出素子１５１ｂにより検出することで、トーションバー１６に加わるトルクを測定することができる。 As described above, the stators 12 and 13 (stator unit 19) and the magnetic flux collecting yokes 14a and 14b are arranged within the magnetic field generated by the multipolar ring magnet 11, and the magnetic flux generated by the multipolar ring magnet 11 passes therethrough. Form a magnetic circuit.
As the relative positional relationship with the multipolar ring magnet 11 changes due to torsional deformation of the torsion bar 16, the amount of magnetic flux generated in the magnetic circuit changes. The torque applied to the torsion bar 16 can be measured by detecting the change in magnetic flux density using the first magnetic detection element 151a and the second magnetic detection element 151b.

次に、図５（ａ）～図５（ｃ）を参照してトルクセンサ１０の動作を説明する。トーションバー１６の第１端部１７０と第２端部１７１との間の相対角度が０の場合（図５の（ａ））には、ステータ１２及び１３の歯部１２ｂ及び歯部１３ｂの周方向の中心位置が多極リング磁石１１のＮ極とＳ極との境界位置と一致するように配置されている。
このため、多極リング磁石１１のＮ極から出た磁束は、歯部１２ｂ及び歯部１３ｂを通って多極リング磁石１１のＳ極に戻り、磁気センサＩＣ１５０を通らない構成、すなわち、磁気中立の状態となっている。 Next, the operation of the torque sensor 10 will be explained with reference to FIGS. 5(a) to 5(c). When the relative angle between the first end 170 and the second end 171 of the torsion bar 16 is 0 ((a) in FIG. 5), the circumferences of the teeth 12b and 13b of the stators 12 and 13 are It is arranged so that the center position in the direction coincides with the boundary position between the N pole and the S pole of the multipolar ring magnet 11.
Therefore, the magnetic flux emitted from the N pole of the multipolar ring magnet 11 returns to the S pole of the multipolar ring magnet 11 through the teeth 12b and 13b, and does not pass through the magnetic sensor IC 150, that is, magnetically neutral. The situation is as follows.

一方で、図５の（ｂ）に示すように、トーションバー１６の第１端部１７０と第２端部１７１との間の相対角度が０°でなく、ステータ１２の歯部１２ｂが多極リング磁石１１のＮ極に近付き、ステータ１３の歯部１３ｂが多極リング磁石１１のＳ極に近付くと、多極リング磁石１１のＮ極から出た磁束が、ステータ１２の歯部１２ｂから円環部１２ａに入り、集磁ヨーク１４ａで導かれて磁気センサＩＣ１５０を通る。その後、集磁ヨーク１４ｂ、ステータ１３の円環部１３ａから歯部１３ｂを通って、多極リング磁石１１のＳ極に戻る。 On the other hand, as shown in FIG. 5(b), the relative angle between the first end 170 and the second end 171 of the torsion bar 16 is not 0°, and the teeth 12b of the stator 12 are multipolar. When approaching the N pole of the ring magnet 11 and the teeth 13b of the stator 13 approaching the S pole of the multipolar ring magnet 11, the magnetic flux emitted from the N pole of the multipolar ring magnet 11 flows from the teeth 12b of the stator 12 into a circle. It enters the ring portion 12a, is guided by the magnetic collecting yoke 14a, and passes through the magnetic sensor IC 150. Thereafter, the magnetic flux passes through the magnetic collecting yoke 14b, the annular portion 13a of the stator 13, the toothed portion 13b, and returns to the S pole of the multipolar ring magnet 11.

反対に、図４の（ｃ）に示すように、ステータ１２の歯部１２ｂが多極リング磁石１１のＳ極に近付き、ステータ１３の歯部１３ｂが多極リング磁石１１のＮ極に近付くと、磁束は反対向きに磁気センサＩＣ１５０を通る。
このように、トーションバー１６の第１端部１７０と第２端部１７１との間にねじりトルクが作用すると、ステータ１２、１３と多極リング磁石１１との相対角度が変位するので、回転角度に応じた磁束を磁気センサＩＣ１５０の第１磁気検出素子１５１ａ、第２磁気検出素子１５１ｂで検出することによって、ねじりトルクを測定することができる。 On the other hand, as shown in FIG. 4(c), when the tooth portion 12b of the stator 12 approaches the S pole of the multipolar ring magnet 11, and the tooth portion 13b of the stator 13 approaches the N pole of the multipolar ring magnet 11, , the magnetic flux passes through the magnetic sensor IC 150 in the opposite direction.
In this way, when torsion torque acts between the first end 170 and the second end 171 of the torsion bar 16, the relative angle between the stators 12, 13 and the multipolar ring magnet 11 is displaced, so the rotation angle The torsional torque can be measured by detecting the magnetic flux corresponding to the magnetic flux with the first magnetic detection element 151a and the second magnetic detection element 151b of the magnetic sensor IC 150.

図６を参照して、磁気センサＩＣ１５０及び磁気センサＩＣ１６０とコントローラ３０の機能構成の一例を説明する。尚、磁気センサＩＣ１６０の各構成要素は、磁気センサＩＣ１５０の各構成要素と共通しているため、特別な場合を除き、磁気センサＩＣ１６０についての説明は省略する。磁気センサＩＣ１５０は、同じ構成を有する２つのダイ１５０ａ及び１５０ｂ、動作確認部１５７を有する。一方のダイ１５０ａは、第１磁気検出素子１５１ａと、ＡＤ変換器（アナログディジタル変換器：Analog-to-Digital Converter)１５２ａと、較正部１５３ａと、記憶部１５４ａを備える。較正部１５３ａは、オフセット補正部１５５ａとゲイン補正部１５６ａを有して、ＡＤ変換器１５２ａからの出力を補正して、０～４０９５の値を有する１２ｂｉｔの信号を出力する。 An example of the functional configuration of the magnetic sensor IC 150, the magnetic sensor IC 160, and the controller 30 will be described with reference to FIG. 6. Note that since each component of the magnetic sensor IC 160 is common to each component of the magnetic sensor IC 150, a description of the magnetic sensor IC 160 will be omitted except in special cases. The magnetic sensor IC 150 includes two dies 150a and 150b having the same configuration and an operation confirmation section 157. One die 150a includes a first magnetic detection element 151a, an AD converter (Analog-to-Digital Converter) 152a, a calibration section 153a, and a storage section 154a. The calibration unit 153a includes an offset correction unit 155a and a gain correction unit 156a, corrects the output from the AD converter 152a, and outputs a 12-bit signal having a value of 0 to 4095.

第１磁気検出素子１５１ａは、磁気回路を通る磁束を検知して、検知した磁束に応じた電圧値を出力する。ＡＤ変換器１５２ａは、第１磁気検出素子１５１ａから出力された電圧値をディジタル信号に変換する。ゲイン補正部１５６ａは、ＡＤ変換器１５２ａを介した第１磁気検出素子１５１ａからの出力に、記憶部１５４ａに設定されたゲインを乗じて増幅する。オフセット補正部１５５ａは、ゲイン補正部１５６ａの乗算結果に、記憶部１５４ａに設定されたオフセット補正値を加算する。オフセット補正値の値は、磁束密度が０の場合（磁気中立）において、較正部１５３ａからの出力の値が磁気中立を示す２０４７となるように設定する。較正部１５３ａで補正された第１磁気検出素子１５１ａに基づく出力は、操舵トルクＴｈとして動作確認部１５７へ出力される。
ダイ１５０ａと同様に、他方のダイ１５０ｂは、第２磁気検出素子１５１ｂと、ＡＤ変換器１５２ｂと、較正部１５３ｂと、記憶部１５４ｂを備え、較正部１５３ｂは、オフセット補正部１５５ｂとゲイン補正部１５６ｂを有して、ＡＤ変換器１５２ｂからの信号を補正する。 The first magnetic detection element 151a detects the magnetic flux passing through the magnetic circuit and outputs a voltage value according to the detected magnetic flux. The AD converter 152a converts the voltage value output from the first magnetic detection element 151a into a digital signal. The gain correction section 156a amplifies the output from the first magnetic detection element 151a via the AD converter 152a by multiplying it by the gain set in the storage section 154a. The offset correction section 155a adds the offset correction value set in the storage section 154a to the multiplication result of the gain correction section 156a. The value of the offset correction value is set so that when the magnetic flux density is 0 (magnetic neutrality), the value of the output from the calibration unit 153a becomes 2047 indicating magnetic neutrality. The output based on the first magnetic detection element 151a corrected by the calibration unit 153a is output to the operation confirmation unit 157 as the steering torque Th.
Similar to the die 150a, the other die 150b includes a second magnetic detection element 151b, an AD converter 152b, a calibration section 153b, and a storage section 154b, and the calibration section 153b includes an offset correction section 155b and a gain correction section. 156b to correct the signal from the AD converter 152b.

第２磁気検出素子１５１ｂは、磁気回路を通る磁束を検知して、検知した磁束に応じた電圧値を出力する。ＡＤ変換器１５２ｂは、第２磁気検出素子１５１ｂから出力された電圧値をディジタル信号に変換する。ゲイン補正部１５６ｂは、ＡＤ変換器１５２ｂを介した第２磁気検出素子１５１ｂからの出力に、記憶部１５４ｂに設定されたゲインを乗じて増幅する。オフセット補正部１５５ｂは、ゲイン補正部１５６ｂの乗算結果に、記憶部１５４ｂに設定されたオフセット補正値を加算する。オフセット補正値の値は、磁束密度が０の場合（磁気中立）において、較正部１５３ｂからの出力の値が磁気中立を示す２０４７となるように設定する。較正部１５３ｂで補正された第２磁気検出素子１５１ｂに基づく出力は、操舵トルクＴｈとして動作確認部１５７へ出力される。 The second magnetic detection element 151b detects the magnetic flux passing through the magnetic circuit and outputs a voltage value according to the detected magnetic flux. The AD converter 152b converts the voltage value output from the second magnetic detection element 151b into a digital signal. The gain correction section 156b amplifies the output from the second magnetic detection element 151b via the AD converter 152b by multiplying it by the gain set in the storage section 154b. The offset correction section 155b adds the offset correction value set in the storage section 154b to the multiplication result of the gain correction section 156b. The value of the offset correction value is set so that when the magnetic flux density is 0 (magnetic neutrality), the value of the output from the calibration unit 153b becomes 2047 indicating magnetic neutrality. The output based on the second magnetic detection element 151b corrected by the calibration unit 153b is output to the operation confirmation unit 157 as the steering torque Th.

動作確認部１５７は、較正部１５３ａにおいて補正された第１磁気検出素子１５１ａに基づく出力と、較正部１５３ｂにおいて補正された第２磁気検出素子１５１ｂに基づく出力が同一か、同一でないかを判定し、同一の場合は、第１磁気検出素子１５１ａに基づく出力をコントローラ３０へ出力する。同一でない場合は、同一でない旨の信号をコントローラ３０へ出力する。
磁気センサＩＣ１６０の動作確認部１６７も、動作確認部１５７と同様に、較正部１６３ａにおいて補正された第１磁気検出素子１６１ａに基づく出力と、較正部１６３ｂにおいて補正された第２磁気検出素子１６１ｂに基づく出力とが同一か、同一でないかを判定し、同一の場合は、第１磁気検出素子１６１ａに基づく出力をコントローラ３０へ出力する。同一でない場合は、同一でない旨の信号をコントローラ３０へ出力する。 The operation confirmation unit 157 determines whether the output based on the first magnetic detection element 151a corrected in the calibration unit 153a and the output based on the second magnetic detection element 151b corrected in the calibration unit 153b are the same or not. , if they are the same, the output based on the first magnetic detection element 151a is output to the controller 30. If they are not the same, a signal indicating that they are not the same is output to the controller 30.
Similarly to the operation confirmation unit 157, the operation confirmation unit 167 of the magnetic sensor IC 160 also outputs the output based on the first magnetic detection element 161a corrected in the calibration unit 163a and the second magnetic detection element 161b corrected in the calibration unit 163b. It is determined whether the output based on the first magnetic detection element 161a is the same or not, and if the output is the same, the output based on the first magnetic detection element 161a is output to the controller 30. If they are not the same, a signal indicating that they are not the same is output to the controller 30.

コントローラ３０は、選択部３５と、モータ制御部３６を備える。動作確認部１５７及び動作確認部１６７からの信号は選択部３５に入力される。選択部３５は、動作確認部１５７から第１磁気検出素子１５１ａに基づく出力が入力された場合は、第１磁気検出素子１５１ａに基づく出力をモータ制御部３６に出力する。選択部３５は、動作確認部１５７から同一でない旨の信号が入力され、動作確認部１６７から第１磁気検出素子１６１ａに基づく出力が入力された場合は、第１磁気検出素子１６１ａに基づく出力をモータ制御部３６に出力する。 The controller 30 includes a selection section 35 and a motor control section 36. Signals from the operation confirmation section 157 and the operation confirmation section 167 are input to the selection section 35. When the selection unit 35 receives the output based on the first magnetic detection element 151a from the operation confirmation unit 157, it outputs the output based on the first magnetic detection element 151a to the motor control unit 36. When the selection unit 35 receives a signal indicating that they are not the same from the operation confirmation unit 157 and receives an output based on the first magnetic detection element 161a from the operation confirmation unit 167, the selection unit 35 selects the output based on the first magnetic detection element 161a. It is output to the motor control section 36.

モータ制御部３６は、選択部３５から入力された第１磁気検出素子１５１ａに基づく出力である操舵トルクＴｈ、または、第１磁気検出素子１６１ａに基づく出力である操舵トルクＴｈと、車速センサ９で検出された車速Ｖｈとに基づいて操舵補助モータ２０の駆動電流を制御する。図７に、モータ制御部３６の機能構成の例を示す。操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｈは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部４１に入力される。電流指令値演算部４１は、入力された操舵トルクＴＨ及び車速Ｖｈに基づいてアシストマップ等を用いて、操舵補助モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。 The motor control unit 36 uses the steering torque Th, which is the output based on the first magnetic detection element 151a inputted from the selection unit 35, or the steering torque Th, which is the output based on the first magnetic detection element 161a, and the vehicle speed sensor 9. The drive current of the steering assist motor 20 is controlled based on the detected vehicle speed Vh. FIG. 7 shows an example of the functional configuration of the motor control section 36. The steering torque Th and the vehicle speed Vh are input to a current command value calculation unit 41 that calculates a current command value Iref1. The current command value calculation unit 41 calculates a current command value Iref1, which is a control target value of the current to be supplied to the steering assist motor 20, based on the input steering torque TH and vehicle speed Vh, using an assist map or the like.

電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部４２Ａを経て電流制限部４３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部４２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差ΔＩ（＝Ｉｒｅｆｍ－Ｉｍ）が演算され、その偏差ΔＩが操舵動作の特性改善のためＰＩ（比例積分）制御部４５に入力される。ＰＩ制御部４５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＭＷ制御部４６に入力され、更に駆動部としてのインバータ４７を介して操舵補助モータ２０がＰＷＭ駆動される。操舵補助モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器４８で検出され、減算部４２Ｂにフィードバックされる。 The current command value Iref1 is input to the current limiting unit 43 via the adding unit 42A, and the current command value Irefm with the maximum current limited is input to the subtracting unit 42B, and the deviation ΔI (= Irefm-Im) is calculated, and its deviation ΔI is input to a PI (proportional-integral) control unit 45 in order to improve the characteristics of the steering operation. The voltage control command value Vref whose characteristics have been improved by the PI control unit 45 is input to the PMW control unit 46, and the steering assist motor 20 is further driven by PWM via an inverter 47 serving as a drive unit. The current value Im of the steering assist motor 20 is detected by the motor current detector 48 and fed back to the subtraction section 42B.

加算部４２Ａには補償信号生成部４４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や貫性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部４４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）４４－３と慣性４４－２を加算部４４－４で加算し、その加算結果に更に収れん性４４－１を加算部４４－５で加算し、加算部４４－５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。
このようなトルクセンサでは、上述した問題、すなわち、磁気中立の位置は目視で分からないため、多極リング磁石１１とステータ１２及び１３とをトーションバー１６に取り付けた際に、メカ中立と磁気中立の位置とがズレることがあるという問題があった。図８を参照してこの問題を説明する。 The compensation signal CM from the compensation signal generation unit 44 is added to the addition unit 42A, and the addition of the compensation signal CM compensates for the characteristics of the steering system and improves the convergence, penetration characteristics, etc. There is. The compensation signal generation section 44 adds the self-aligning torque (SAT) 44-3 and the inertia 44-2 using the addition section 44-4, and further adds convergence 44-1 to the addition result using the addition section 44-5. The addition result of the adder 44-5 is used as the compensation signal CM.
Such a torque sensor has the above-mentioned problem, that is, the position of magnetic neutrality cannot be visually determined, so when the multipolar ring magnet 11 and stators 12 and 13 are attached to the torsion bar 16, mechanical neutrality and magnetic neutrality cannot be determined. There was a problem that the position of the image may be misaligned. This problem will be explained with reference to FIG.

図８は、ステータユニット１９と磁気センサＩＣ１５０との軸回転方向における相対角と、磁気センサＩＣ１５０の出力との関係（出力応答特性）に関し、温度変化による影響を示したものである。図８に示したグラフの縦軸は、磁気センサＩＣ１５０の出力を示し、横軸は、ステータユニット１９と磁気センサＩＣ１５０の軸回転方向における相対角を示す。Ｔ１は常温における出力応答特性、Ｔ２は常温よりも高温、もしくは、低温の場合の出力応答特性、Ｔ３は、Ｔ２を超える高温、もしくは、低温の場合を示す。 FIG. 8 shows the influence of temperature change on the relationship (output response characteristic) between the relative angle in the shaft rotation direction between the stator unit 19 and the magnetic sensor IC 150 and the output of the magnetic sensor IC 150. The vertical axis of the graph shown in FIG. 8 indicates the output of the magnetic sensor IC 150, and the horizontal axis indicates the relative angle between the stator unit 19 and the magnetic sensor IC 150 in the shaft rotation direction. T1 indicates an output response characteristic at room temperature, T2 indicates an output response characteristic at a temperature higher or lower than room temperature, and T3 indicates an output response characteristic at a higher temperature or lower temperature than T2.

ここでは、真の磁気中立の状態において、磁気センサＩＣ１５０が常温で磁気中立を示す値２０４７を出力していない場合を想定する。
このため、常温でメカ中立において磁気センサＩＣ１５０の出力値が２０４７となるように多極リング磁石１１とステータ１２及び１３とをトーションバー１６に取り付けると、メカ中立と磁気中立との間にズレが発生する。図８の例は、メカ中立においてステータユニット１９と磁気センサＩＣ１５０との相対角が０［ｄｅｇ］であり、メカ中立と磁気中立とがズレている状態を示す。 Here, it is assumed that the magnetic sensor IC 150 does not output a value 2047 indicating magnetic neutrality at room temperature in a state of true magnetic neutrality.
Therefore, if the multipolar ring magnet 11 and stators 12 and 13 are attached to the torsion bar 16 so that the output value of the magnetic sensor IC 150 is 2047 in the mechanical neutral state at room temperature, there will be a gap between the mechanical neutral state and the magnetic neutral state. Occur. The example in FIG. 8 shows a state in which the relative angle between the stator unit 19 and the magnetic sensor IC 150 is 0 [deg] in mechanical neutrality, and the mechanical neutrality and magnetic neutrality are misaligned.

このようにメカ中立と磁気中立とがズレていると、温度変化によってメカ中立における出力にオフセットが生じてしまうという問題が発生する。すなわち、永久磁石である多極リング磁石１１は、常温よりも高温、もしくは、低温になると減磁する。従って、Ｔ２はＴ１よりもゲインが小さくなり、Ｔ３はＴ２よりもゲインが小さくなる。
そのため、常温においては、メカ中立の状態で磁気センサＩＣ１５０の出力値は磁気中立を示す値２０４７となるが、常温よりも高温もしくは低温となると、磁気中立を示す値２０４７とはならず、メカ中立における出力にオフセットが生じる。 If the mechanical neutral and magnetic neutral are deviated in this way, a problem arises in that an offset occurs in the output at the mechanical neutral due to temperature changes. That is, the multipolar ring magnet 11, which is a permanent magnet, is demagnetized when the temperature becomes higher or lower than room temperature. Therefore, T2 has a smaller gain than T1, and T3 has a smaller gain than T2.
Therefore, at room temperature, the output value of the magnetic sensor IC 150 is 2047 indicating magnetic neutrality in a mechanically neutral state, but when the temperature is higher or lower than normal temperature, it does not reach the value 2047 indicating magnetic neutrality and is mechanically neutral. An offset occurs in the output at .

そこで本願発明の発明者は、真の磁気中立の状態では磁気センサＩＣ１５０に磁束が流れないため、温度変化の影響を受けることなく磁気センサＩＣ１５０の出力値が一定となることに着目した。そのため、以下で説明するトルクセンサ１０の出力調整方法で磁気中立を定めることによって、メカ中立の位置で出力のオフセットが発生してしまうことを抑制することができる。
磁気発生部である多極リング磁石１１から磁気回路部であるステータユニット１９に導かれる磁束密度が零になる中立位置（磁気中立）と、磁気中立における磁気センサＩＣ１５０の出力調整（トルクセンサ１０の出力調整方法）、および、トルクセンサ１０の組立方法について説明する。 Therefore, the inventor of the present invention focused on the fact that in a truly magnetically neutral state, no magnetic flux flows through the magnetic sensor IC 150, so the output value of the magnetic sensor IC 150 remains constant without being affected by temperature changes. Therefore, by determining the magnetic neutrality using the output adjustment method of the torque sensor 10 described below, it is possible to suppress the occurrence of output offset at the mechanically neutral position.
A neutral position (magnetic neutral) where the magnetic flux density guided from the multipolar ring magnet 11, which is the magnetic generation part, to the stator unit 19, which is the magnetic circuit part, is zero, and output adjustment of the magnetic sensor IC 150 in the magnetic neutral (of the torque sensor 10). The output adjustment method) and the assembling method of the torque sensor 10 will be explained.

このトルクセンサ１０の出力調整方法は、ステータユニット１９に対する磁気センサＩＣ１５０の相対的な回転方向の位置と磁気センサＩＣ１５０の出力との関係が、ステータユニット１９に対する磁気センサＩＣ１５０の相対的な軸方向の位置が変化すると磁気センサＩＣ１５０の出力は変化するが、磁気中立の位置では、磁気センサＩＣ１５０に磁束が流れないため、ステータユニット１９に対する磁気センサＩＣ１５０の相対的な軸方向の位置が変化しても、図８で説明した温度変化が生じた場合と同様に、磁気センサＩＣ１５０の出力は変化しない、といことに基づくものである。 This method for adjusting the output of the torque sensor 10 is such that the relationship between the rotational position of the magnetic sensor IC 150 relative to the stator unit 19 and the output of the magnetic sensor IC 150 is determined by the relative axial position of the magnetic sensor IC 150 with respect to the stator unit 19. When the position changes, the output of the magnetic sensor IC 150 changes, but in the magnetically neutral position, no magnetic flux flows through the magnetic sensor IC 150, so even if the relative axial position of the magnetic sensor IC 150 with respect to the stator unit 19 changes. This is based on the fact that the output of the magnetic sensor IC 150 does not change, as in the case where the temperature change described in FIG. 8 occurs.

トルクセンサ１０の出力調整方法は、図９、図１０に基づき、以下の手順で行われる。図９は、ステータユニット１９に対する磁気センサＩＣ１５０の相対的な軸方向の位置関係を示し、図１０は、ステータユニット１９と磁気センサＩＣ１５０の軸回転方向における相対角（横軸）と、磁気センサＩＣ１５０の出力（縦軸）との関係を示す図である。 The output adjustment method of the torque sensor 10 is performed in the following steps based on FIGS. 9 and 10. 9 shows the relative axial positional relationship of the magnetic sensor IC 150 with respect to the stator unit 19, and FIG. 10 shows the relative angle (horizontal axis) of the stator unit 19 and the magnetic sensor IC 150 in the axial rotation direction, and It is a figure showing the relationship with the output (vertical axis) of.

（１）図９（ａ）に示すように、ステータユニット１９をトーションバー１６の第１端部１７０の軸方向における所定位置に固定する。
（２）多極リング磁石１１をトーションバー１６の第２端部１７１の軸方向において、ステータユニット１９における第１端部１７０側の端面からＤ１の位置に仮固定する。
（３）多極リング磁石１１のステータユニット１９に対する回転方向における相対角度（ｄｅｇ）が分かるように互いにマークを付し、マークした最初の位置を回転方向における相対角度の仮の原点として、多極リング磁石１１をＤ１の位置に保ったまま多極リング磁石１１を回転させ、ステータユニット１９に対する相対角度と磁気センサＩＣ１５０の出力との関係を示す第１出力応答特性を求める。図１０においてＡで示した線がＤ１の位置における第１出力応答特性を示す。 (1) As shown in FIG. 9(a), the stator unit 19 is fixed at a predetermined position in the axial direction of the first end 170 of the torsion bar 16.
(2) The multipolar ring magnet 11 is temporarily fixed in the axial direction of the second end 171 of the torsion bar 16 at a position D1 from the end surface of the stator unit 19 on the first end 170 side.
(3) Mark each other so that the relative angle (deg) of the multipole ring magnet 11 in the rotation direction with respect to the stator unit 19 can be seen, and use the first marked position as the temporary origin of the relative angle in the rotation direction. The multipolar ring magnet 11 is rotated while the ring magnet 11 is held at the position D1, and a first output response characteristic indicating the relationship between the relative angle with respect to the stator unit 19 and the output of the magnetic sensor IC 150 is determined. In FIG. 10, the line indicated by A indicates the first output response characteristic at the position D1.

（４）多極リング磁石１１をトーションバー１６の第２端部１７１の軸方向において、ステータユニット１９における第１端部１７０側の端面からＤ１より大きいＤ２の位置に仮固定する。
（５）多極リング磁石１１をＤ２の位置に保ったまま多極リング磁石１１を回転させ、ステータユニット１９に対する相対角度と磁気センサＩＣ１５０の出力との関係を示す第２出力応答特性を求める。図１０においてＢで示した線がＤ２の位置における第２出力応答特性を示す。 (4) The multipolar ring magnet 11 is temporarily fixed in the axial direction of the second end 171 of the torsion bar 16 at a position D2 larger than D1 from the end surface of the stator unit 19 on the first end 170 side.
(5) Rotate the multipolar ring magnet 11 while keeping it at the position D2, and obtain a second output response characteristic indicating the relationship between the relative angle with respect to the stator unit 19 and the output of the magnetic sensor IC 150. In FIG. 10, the line indicated by B indicates the second output response characteristic at the position D2.

（６）図９において示していないが、多極リング磁石１１をトーションバー１６の第２端部１７１の軸方向において、ステータユニット１９における第１端部１７０側の端面からＤ２より大きいＤ３の位置に仮固定する。
（７）多極リング磁石１１をＤ３の位置に保ったまま多極リング磁石１１を回転させ、ステータユニット１９に対する相対角度と磁気センサＩＣ１５０の出力との関係を示す第３出力応答特性を求める。図１０においてＣで示した線がＤ３の位置における第３出力応答特性を示す。 (6) Although not shown in FIG. 9, the multipolar ring magnet 11 is placed at a position D3 larger than D2 from the end surface of the stator unit 19 on the first end 170 side in the axial direction of the second end 171 of the torsion bar 16. Temporarily fix it.
(7) Rotate the multipolar ring magnet 11 while keeping it at the position D3, and obtain a third output response characteristic indicating the relationship between the relative angle to the stator unit 19 and the output of the magnetic sensor IC 150. In FIG. 10, the line indicated by C indicates the third output response characteristic at the position D3.

（８）磁気センサＩＣ１５０の第１出力応答特性を表すＡで示した線と、第２出力応答特性を表すＢで示した線と、第３出力応答特性を表すＣで示した線との交点（Ｘ１、Ｙ１）を求め、この交点におけるＸ１を磁気中立の位置として定める。すなわち、第１～３出力応答特性の相対角度が同一となるＸ１と、第１～３出力応答特性の出力が同一となるＹ１を求め、そのＸ１を磁気中立の位置として定める。 (8) Intersection of the line indicated by A representing the first output response characteristic of the magnetic sensor IC150, the line indicated by B representing the second output response characteristic, and the line indicated by C representing the third output response characteristic (X1, Y1) is determined, and X1 at this intersection is determined as the magnetic neutral position. That is, X1 where the relative angles of the first to third output response characteristics are the same and Y1 where the outputs of the first to third output response characteristics are the same are determined, and X1 is determined as the magnetic neutral position.

（９）多極リング磁石１１のステータユニット１９に対する回転方向における相対角度（ｄｅｇ）をＸ１にし（磁気中立にする。）、磁気中立を示す出力値として設定した２０４７とＹ１との差であるＹ２をオフセット補正値としてＹ１に加算し、磁気センサＩＣ１５０のオフセット補正を行う。例えば、上記のオフセット補正値として、差Ｙ２を記憶部１５４ａ、１５４ｂ、１６４ａ及び１６４ｂに記憶してよい。オフセット補正部１５５ａ、１５５ｂ、１６５ａ及び１６５ｂは、ゲイン補正部１５６ａ、１５６ｂ、１６６ａ、１６６ｂの乗算結果に差Ｙ２を加算してよい。 (9) Set the relative angle (deg) of the multipolar ring magnet 11 to the stator unit 19 in the rotation direction to X1 (make it magnetically neutral), and Y2 is the difference between 2047, which is set as the output value indicating magnetic neutrality, and Y1. is added to Y1 as an offset correction value to perform offset correction of the magnetic sensor IC 150. For example, the difference Y2 may be stored in the storage units 154a, 154b, 164a, and 164b as the offset correction value. The offset correction sections 155a, 155b, 165a, and 165b may add the difference Y2 to the multiplication results of the gain correction sections 156a, 156b, 166a, and 166b.

多極リング磁石１１は、軸線を中心とする周方向にＳ極とＮ極が交互に配置されているが、外見上、Ｓ極とＮ極がどこにあるか認識することができない。そのため、図５（ａ）で示すような磁気中立の位置を目視で認識することができない。また、磁気検出素子１５１ａ、１５１ｂ、１６１ａ、１６１ｂからの信号は、アナログ信号ではなくディジタル信号として出力されるため、磁気検出素子１５１ａ、１５１ｂ、１６１ａ、１６１ｂからの信号で磁気中立の位置を定めることができない。それに対して、本実施例のトルクセンサ１０の出力調整方法では、正確に、磁気中立の位置を定めることができる。 Although the multipolar ring magnet 11 has S and N poles arranged alternately in the circumferential direction around the axis, it is not possible to recognize where the S and N poles are located from the outside. Therefore, the position of magnetic neutrality as shown in FIG. 5(a) cannot be visually recognized. Furthermore, since the signals from the magnetic detection elements 151a, 151b, 161a, and 161b are output as digital signals rather than analog signals, the magnetic neutral position can be determined by the signals from the magnetic detection elements 151a, 151b, 161a, and 161b. I can't. In contrast, the method for adjusting the output of the torque sensor 10 of this embodiment allows the magnetic neutral position to be determined accurately.

本実施例のトルクセンサ１０の出力調整方法では、ステータユニット１９をトーションバー１６の所定位置に固定し、多極リング磁石１１をトーションバー１６における軸方向の位置を変化させて回転させ、磁気中立の位置を定めたが、多極リング磁石１１をトーションバー１６の所定位置に固定し、ステータユニット１９をトーションバー１６における軸方向の位置を変化させて回転させ、磁気中立の位置を定めても構わない。 In the method for adjusting the output of the torque sensor 10 of this embodiment, the stator unit 19 is fixed at a predetermined position on the torsion bar 16, and the multipolar ring magnet 11 is rotated while changing its axial position on the torsion bar 16, so that the stator unit 19 is magnetically neutralized. However, it is also possible to fix the multipolar ring magnet 11 at a predetermined position on the torsion bar 16 and rotate the stator unit 19 by changing its axial position on the torsion bar 16 to determine the magnetically neutral position. I do not care.

また、本実施例のトルクセンサ１０の出力調整方法では、ステータユニット１９における第１端部１７０側の端面からＤ１、Ｄ２、Ｄ３の３か所の位置で多極リング磁石１１を回転させて、第１出力応答特性と第２出力応答特性、第３出力応答特性を求め、磁気中立の位置を定めたが、３か所ではなく、２か所で出力応答特性を求め、磁気中立の位置を定めても構わない。そうすることによって、簡易に磁気中立の位置を定めることができる。 Further, in the output adjustment method of the torque sensor 10 of the present embodiment, the multipolar ring magnet 11 is rotated at three positions D1, D2, and D3 from the end surface of the stator unit 19 on the first end 170 side. The first output response characteristic, the second output response characteristic, and the third output response characteristic were determined, and the position of magnetic neutrality was determined. It doesn't matter if you set it. By doing so, the magnetic neutral position can be easily determined.

次に、トルクセンサ１０の組立方法について説明する。トルクセンサ１０の組立方法は、以下の手順で行われる。
工程１：トーションバー１６にトルクを伝達させない状態（メカ中立の状態）で、ステータユニット１９をトーションバー１６の第１端部１７０の軸方向における取付位置に固定する。
工程２：前記したトルクセンサ１０の出力調整方法によって、多極リング磁石１１のステータユニット１９に対する回転方向における磁気中立の位置を定める。
工程３：トーションバー１６にトルクを伝達させない状態（メカ中立の状態）で、多極リング磁石１１を、磁気中立を保ちながらトーションバー１６の第２端部１７１の軸方向における取付位置に固定する。
工程４：多極リング磁石１１のステータユニット１９に対する回転方向における磁気中立の位置で、前記したトルクセンサ１０の出力調整方法で行った磁気センサＩＣ１５０のオフセット補正を行う。 Next, a method for assembling the torque sensor 10 will be explained. The method for assembling the torque sensor 10 is performed in the following steps.
Step 1: The stator unit 19 is fixed at the mounting position in the axial direction of the first end 170 of the torsion bar 16 in a state where no torque is transmitted to the torsion bar 16 (mechanically neutral state).
Step 2: The magnetic neutral position of the multipolar ring magnet 11 in the rotational direction with respect to the stator unit 19 is determined by the output adjustment method of the torque sensor 10 described above.
Step 3: With no torque transmitted to the torsion bar 16 (mechanically neutral state), the multipolar ring magnet 11 is fixed at the mounting position in the axial direction of the second end 171 of the torsion bar 16 while maintaining magnetic neutrality. .
Step 4: At a magnetically neutral position in the rotational direction of the multipolar ring magnet 11 with respect to the stator unit 19, offset correction of the magnetic sensor IC 150 performed in the above-described output adjustment method of the torque sensor 10 is performed.

本実施例のトルクセンサ１０の組立方法では、工程３の後に、磁気センサＩＣ１５０のオフセット補正を行ったが、工程２において磁気中立の位置を定めた後にオフセット補正を行っても構わない。
本実施例のトルクセンサ１０は、多極リング磁石１１とステータユニット１９とは、多極リング磁石１１の外周面と歯部１２ｂ及び歯部１３ｂの内周面とが互いに対向するように、すなわち、多極リング磁石１１がステータユニット１９の径方向内側に配置されている構成であるが、多極リング磁石１１とステータユニット１９とは、多極リング磁石１１の端面とステータユニットの端面とが互いに対向するように、すなわち、多極リング磁石１１とステータユニット１９とが軸方向に空隙をおいて配置されていても構わない。 In the method for assembling the torque sensor 10 of this embodiment, the offset correction of the magnetic sensor IC 150 is performed after step 3, but the offset correction may be performed after the magnetic neutral position is determined in step 2.
In the torque sensor 10 of this embodiment, the multipolar ring magnet 11 and the stator unit 19 are arranged such that the outer circumferential surface of the multipolar ring magnet 11 and the inner circumferential surfaces of the teeth 12b and 13b face each other, that is, , the multipolar ring magnet 11 is arranged radially inside the stator unit 19, but the multipolar ring magnet 11 and the stator unit 19 are such that the end face of the multipolar ring magnet 11 and the end face of the stator unit The multipolar ring magnet 11 and the stator unit 19 may be arranged to face each other, that is, with a gap in the axial direction.

以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。 Although the embodiments have been described above with reference to a limited number of embodiments, the scope of rights is not limited thereto, and modifications of the embodiments based on the above disclosure will be obvious to those skilled in the art.

１…操向ハンドル、２…操舵軸、２ｉｎ…入力軸、２ｏｕｔ…出力軸、３…減速ギア、４ａ、４ｂ…ユニバーサルジョイント、５…ピニオン機構、５…ピニオン機構、５ａ…ピニオン、５ｂ…ラック、６ａ、６ｂ…タイロッド、７ａ、７ｂ…ハブユニット、８Ｌ、８Ｒ…操向車輪、９…車速センサ、１０…トルクセンサ、１２、１３…ステータ、１２ａ、１３ａ…円環部、１２ｂ、１３ｂ…歯部、１８…ハブ、１９…ステータユニット、１４ａ、１４ｂ…集磁ヨーク、１５…磁気センサ、１５０、１６０…磁気センサＩＣ、１５１ａ、１６１ａ…第１磁気検出素子、１５１ｂ、１６１ｂ…第２磁気検出素子、１６…トーションバー、１７０…第１端部、１７１…第２端部、２０…操舵補助モータ、３０…コントローラ、３１…バッテリ、３２…イグニッションキー、３５…選択部、１５２ａ、１５２ｂ、１６２ａ、１６２ｂ、…ＡＤ変換器、１５３ａ、１５３ｂ、１６３ａ、１６３ｂ、…較正部、１５４ａ、１５４ｂ、１６４ａ、１６４ｂ、…記憶部、１５７、１６７…動作確認部 1... Steering handle, 2... Steering shaft, 2in... Input shaft, 2out... Output shaft, 3... Reduction gear, 4a, 4b... Universal joint, 5... Pinion mechanism, 5... Pinion mechanism, 5a... Pinion, 5b... Rack , 6a, 6b... tie rod, 7a, 7b... hub unit, 8L, 8R... steering wheel, 9... vehicle speed sensor, 10... torque sensor, 12, 13... stator, 12a, 13a... annular portion, 12b, 13b... Teeth, 18... Hub, 19... Stator unit, 14a, 14b... Magnetic collecting yoke, 15... Magnetic sensor, 150, 160... Magnetic sensor IC, 151a, 161a... First magnetic detection element, 151b, 161b... Second magnetism Detection element, 16... Torsion bar, 170... First end, 171... Second end, 20... Steering assist motor, 30... Controller, 31... Battery, 32... Ignition key, 35... Selection section, 152a, 152b, 162a, 162b,...AD converter, 153a, 153b, 163a, 163b,...calibration section, 154a, 154b, 164a, 164b,...storage section, 157, 167...operation confirmation section

Claims (4)

二つの軸間にて伝達されるトルクに応じて捩れ変形するトーションバーと、
前記トーションバーの一端側の軸に固定される磁気発生部と、前記トーションバーの他端側の軸に固定される磁気回路部と、
前記磁気発生部と前記磁気回路部との相対的な回転方向の位置関係に応じて前記磁気回路部から導かれる磁束密度を検知し、前記磁束密度の変化に応じて出力をする磁気検出素子と、を備えたトルクセンサの出力調整方法であって、
前記磁気発生部または前記磁気回路部の一方を前記軸に固定し、他方を前記軸の軸方向における第１位置で、軸周りに回転させながら、前記一方に対する回転方向の位置と前記磁気検出素子の出力との関係を示す第１出力応答特性を求め、
前記他方を、軸方向における前記第１位置とは異なる第２位置で、軸周りに回転させながら、前記一方に対する回転方向の位置と前記磁気検出素子の出力との関係を示す第２出力応答特性を求め、
前記第１出力応答特性と前記第２出力応答特性との交点における、前記他方の前記一方に対する回転方向の位置を、前記磁気回路部から前記磁気検出素子に導かれる磁束密度が零となる磁気中立の位置として定める、
ことを特徴とするトルクセンサの出力調整方法。 A torsion bar that twists and deforms according to the torque transmitted between two shafts,
a magnetic generation part fixed to a shaft on one end side of the torsion bar; a magnetic circuit part fixed to a shaft on the other end side of the torsion bar;
a magnetic detection element that detects a magnetic flux density guided from the magnetic circuit section according to a relative rotational positional relationship between the magnetic generation section and the magnetic circuit section, and outputs an output according to a change in the magnetic flux density; A method for adjusting the output of a torque sensor, comprising:
One of the magnetism generating section or the magnetic circuit section is fixed to the shaft, and while the other is rotated around the shaft at a first position in the axial direction of the shaft, the position in the rotational direction with respect to the one and the magnetic detection element are determined. Find the first output response characteristic that shows the relationship with the output of
a second output response characteristic indicating a relationship between a position in the rotational direction with respect to the one and an output of the magnetic sensing element while rotating the other around the axis at a second position different from the first position in the axial direction; seek,
A position in the rotational direction of the other with respect to the one at the intersection of the first output response characteristic and the second output response characteristic is set to magnetic neutrality at which the magnetic flux density guided from the magnetic circuit section to the magnetic detection element is zero. determined as the position of
A method for adjusting the output of a torque sensor, characterized in that: 前記第１出力応答特性と前記第２出力応答特性との交点における前記磁気検出素子の出力値と、前記磁気中立として設定する出力値との差をオフセット補正値として、前記磁気検出素子の出力値に加算することを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサの出力調整方法。 The output value of the magnetic sensing element is determined by setting the difference between the output value of the magnetic sensing element at the intersection of the first output response characteristic and the second output response characteristic and the output value set as the magnetic neutral as an offset correction value. 2. The torque sensor output adjustment method according to claim 1, wherein: 前記一方が前記磁気回路部であり、前記他方が前記磁気発生部であることを特徴とする請求項１または２に記載のトルクセンサの出力調整方法。 3. The torque sensor output adjustment method according to claim 1, wherein the one is the magnetic circuit section and the other is the magnetism generating section. 二つの軸間にて伝達されるトルクに応じて捩れ変形するトーションバーと、
前記トーションバーの一端側の軸に固定される磁気発生部と、前記トーションバーの他端側の軸に固定される磁気回路部と、
前記磁気発生部と前記磁気回路部との相対的な回転方向の位置関係に応じて前記磁気回路部から導かれる磁束密度を検知し、前記磁束密度の変化に応じて出力をする磁気検出素子と、を備えたトルクセンサの組立方法であって、
前記トーションバーにトルクを伝達させない状態で、前記磁気回路部を前記トーションバーの他端側の軸に固定し、
前記トーションバーにトルクを伝達させない状態で、請求項３に記載のトルクセンサの出力調整方法で、前記磁気中立の位置を定め、
前記トーションバーの一端側の軸において、前記磁気中立と定めた前記磁気回路部に対する回転方向の位置に、前記磁気発生部を固定することを特徴とするトルクセンサの組立方法。 A torsion bar that twists and deforms depending on the torque transmitted between two shafts,
a magnetic generation part fixed to a shaft at one end of the torsion bar; a magnetic circuit part fixed to a shaft at the other end of the torsion bar;
a magnetic detection element that detects a magnetic flux density guided from the magnetic circuit section according to a relative rotational positional relationship between the magnetic generation section and the magnetic circuit section, and outputs an output according to a change in the magnetic flux density; A method for assembling a torque sensor comprising:
fixing the magnetic circuit section to a shaft at the other end of the torsion bar without transmitting torque to the torsion bar;
In the torque sensor output adjustment method according to claim 3, determining the magnetic neutral position in a state where no torque is transmitted to the torsion bar,
A method for assembling a torque sensor, characterized in that the magnetism generating section is fixed at a position in the rotational direction relative to the magnetic circuit section, which is determined to be magnetically neutral, on a shaft on one end side of the torsion bar.
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