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JPH01187425A - Torque sensor for steering shaft - Google Patents

Torque sensor for steering shaft

Info

Publication number
JPH01187425A
JPH01187425A JP1201688A JP1201688A JPH01187425A JP H01187425 A JPH01187425 A JP H01187425A JP 1201688 A JP1201688 A JP 1201688A JP 1201688 A JP1201688 A JP 1201688A JP H01187425 A JPH01187425 A JP H01187425A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
steering shaft
torque
magnetic metal
amorphous magnetic
torque sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1201688A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Kohama
政夫 小浜
Masaaki Kikuchi
菊地 正明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP1201688A priority Critical patent/JPH01187425A/en
Publication of JPH01187425A publication Critical patent/JPH01187425A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable accurate torque detection even if a horn driving current flows through the steering shaft axially by removing a noise signal component according to the difference between the frequency of the noise signal component generated with the horn driving signal and the frequency of a torque signal. CONSTITUTION:Amorphous magnetic metal zones 31 and 32 are fixed on the steering shaft, and coils 39 and 40 arranged nearby them without contacting the steering shaft output torque signals of the steering shaft based upon a turning force. At this time, the coils 39 and 40 vary in impedance with a magnetic field HI produced with the horn driving current I flowing through the steering shaft and the variation is the noise signal component which is harmful to the torque detection. This is extracted by a high-pass filter and a rectifying circuit and removed from an original signal by a subtracting circuit.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、磁歪効果を利用して操舵軸のトルクを検出す
る操舵軸用トルクセンサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a torque sensor for a steering shaft that detects the torque of a steering shaft using magnetostrictive effects.

(従来の技術) 周知のように、軸トルクを検出するトルクセンサには種
々のタイプがある。これらの中には非晶質磁性金属材の
磁歪効果を利用したトルクセンサがある。非晶質磁性金
属材の磁歪効果を利用したトルクセンサの代表的なもの
は、特公昭62−28413号公報に開示されているよ
うに、軸の外周面に磁歪効果の大きい非晶質磁性金属帯
を固着するとともに、この金属帯の近傍に軸とは非接触
にコイルを配設し、軸に加えられる回転力によって生じ
る非晶質磁性金属帯の透磁率変化に伴うコイルのインピ
ーダンス変化や誘起電圧変化から軸トルクを検出するよ
うにしている。このタイプのトルクセンサは、軸とは非
接触にトルク検出が行なえること、既存の軸にも設置で
きること、非晶質磁性金属帯の磁化容易軸の選択等によ
ってトルクの方向までも容易に検出できること、軸の機
械的強度を弱めるような加工を必要としないこと。
(Prior Art) As is well known, there are various types of torque sensors that detect shaft torque. Among these are torque sensors that utilize the magnetostrictive effect of amorphous magnetic metal materials. A typical torque sensor that utilizes the magnetostrictive effect of an amorphous magnetic metal material is made of an amorphous magnetic metal with a large magnetostrictive effect on the outer peripheral surface of the shaft, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-28413. In addition to fixing the band, a coil is arranged near the metal band without contacting the shaft, and the coil impedance changes and induction caused by the change in magnetic permeability of the amorphous magnetic metal band caused by the rotational force applied to the shaft. Shaft torque is detected from voltage changes. This type of torque sensor can detect torque without contacting the shaft, can be installed on existing shafts, and can easily detect the direction of torque by selecting an axis that is easy to magnetize with an amorphous magnetic metal strip. It does not require any processing that weakens the mechanical strength of the shaft.

軸構成材を制限しないこと、さらには温度変化の影響が
少ないことなどの特徴を有している。
It has features such as not restricting the shaft constituent materials and being less affected by temperature changes.

ところで、非晶質磁性金属材の磁歪効果を利用したトル
クセンサは、上記のように他のトルクセンサに比べて種
々の利点を備えているので、単に工作機械やロボット等
の用途に限らず、自動車等に搭載され苛酷な条件にさら
されるパワーステアリング装置のトルクセンサとして用
いることが考えられる。
By the way, torque sensors that utilize the magnetostrictive effect of amorphous magnetic metal materials have various advantages over other torque sensors as described above, so they can be used not only for machine tools and robots, but also for applications such as machine tools and robots. It is conceivable that it could be used as a torque sensor for power steering devices that are mounted on automobiles and exposed to harsh conditions.

しかしながら、非晶質磁性金属材の磁歪効果を利用した
トルクセンサを自動車等のパワーステアリング装置のト
ルクセンサとして利用しようとすると次のような問題が
あった。すなわち、トルクセンサの設けられる位置は必
然的に操舵軸の回りとなる。一般に、操舵軸の上端には
ステアリングホイールが取付けてあり、このステアリン
グホイールには手動操作式のホーンスイッチが設けられ
ている。そして1通常は操舵軸をホーン駆動回路を構成
する導電路の一部として利用している。このため、ホー
ンスイッチを操作すると5A程度のホーン駆動電流が操
舵軸内を軸方向に流れる。このように、操舵軸に軸方向
に電流が流れると、操舵軸の周方向に磁界が発生する。
However, when trying to use a torque sensor that utilizes the magnetostrictive effect of an amorphous magnetic metal material as a torque sensor for a power steering device of an automobile or the like, the following problems arise. That is, the position where the torque sensor is provided is necessarily around the steering axis. Generally, a steering wheel is attached to the upper end of the steering shaft, and the steering wheel is provided with a manually operated horn switch. 1. Normally, the steering shaft is used as part of a conductive path constituting a horn drive circuit. Therefore, when the horn switch is operated, a horn drive current of about 5 A flows in the axial direction within the steering shaft. In this way, when a current flows in the axial direction of the steering shaft, a magnetic field is generated in the circumferential direction of the steering shaft.

この磁界は操舵軸に固着されている非晶質磁性金属材の
磁化の状態を変える。このため、操舵軸にホーン駆動電
流が流れているときには、軸トルクを正確に検出できな
い問題があった。
This magnetic field changes the magnetization state of the amorphous magnetic metal material fixed to the steering shaft. Therefore, when the horn drive current is flowing through the steering shaft, there is a problem in that the shaft torque cannot be accurately detected.

そこで、操舵軸にホーン駆動電流が流れないようにホー
ン駆動回路を構成することが考えられるが、このように
するとホーン駆動回路の構成が複雑化することになる。
Therefore, it is conceivable to configure the horn drive circuit so that the horn drive current does not flow through the steering shaft, but this would complicate the configuration of the horn drive circuit.

(発明が解決しようとする課題) 上述の如く、非晶質磁性金属材の磁歪効果を利用したト
ルクセンサをパワーステアリング装置のトルクセンサと
して使用しようとすると、操舵軸に流れるホーン駆動電
流によって発生する磁界の影響を受け、正確なトルク検
出ができない問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, when a torque sensor that utilizes the magnetostrictive effect of an amorphous magnetic metal material is used as a torque sensor for a power steering device, a problem occurs due to the horn drive current flowing through the steering shaft. There was a problem that accurate torque detection was not possible due to the influence of magnetic fields.

そこで本発明は、操舵軸にホーン駆動電流が流れても正
確にトルク検出が行なえ、非晶質磁性金属材の磁歪効果
を利用したことによる特徴を最大限に発揮させ得る操舵
軸用トルクセンサを提供することを目的としている。
Therefore, the present invention provides a torque sensor for a steering shaft that can accurately detect torque even when a horn drive current flows through the steering shaft, and that can maximize the characteristics of utilizing the magnetostrictive effect of an amorphous magnetic metal material. is intended to provide.

[発明の構成コ (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために1本発明の操舵軸用トルクセ
ンサにおいては、操舵軸に軸方向に流れるホーン駆動電
流によって生じる雑音信号成分の周波数とトルク信号の
周波数との違いに基いて上記雑音信号成分を除去する雑
音信号除去手段を設けている。
[Structure of the Invention (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above objects, 1. In the steering shaft torque sensor of the present invention, the frequency of the noise signal component generated by the horn drive current flowing in the axial direction of the steering shaft is A noise signal removing means is provided for removing the noise signal component based on the difference between the frequency of the torque signal and the frequency of the torque signal.

(作 用) 操舵軸に流れるホーン駆動電流の周波数は一般に、30
0〜500Hz程度である。一方、検出しようとするト
ルク信号の周波数は直流から数10Hz程度である。本
発明に係る操舵軸用トルクセンサは。
(Function) Generally, the frequency of the horn drive current flowing through the steering shaft is 30
The frequency is about 0 to 500Hz. On the other hand, the frequency of the torque signal to be detected is from DC to about several tens of Hz. A torque sensor for a steering shaft according to the present invention is a torque sensor for a steering shaft.

上記周波数の違いに着目したもので、得られた原信号か
ら高周波信号成分、つまりホーン駆動電流によって生じ
る雑音信号成分を除去している。したがって、ホーン駆
動電流には無関係のトルク信号成分だけを出力すること
が可能となる。
This method focuses on the difference in frequency, and removes high-frequency signal components, that is, noise signal components caused by the horn drive current, from the obtained original signal. Therefore, it is possible to output only the torque signal component unrelated to the horn drive current.

(実施例) 以下1図面を参照しながら実施例を説明する。(Example) An embodiment will be described below with reference to one drawing.

第1図には一実施例に係る操舵軸用トルクセンサを自動
車の操舵軸の回りに設置した例が概略的に示されている
FIG. 1 schematically shows an example in which a steering shaft torque sensor according to an embodiment is installed around the steering shaft of an automobile.

すなわち1図中1は軸心線を斜めにして配置された金属
製の操舵軸である。この操舵軸1は、軸受2,3を介し
て車体の一部に設けられた支持体4.5に回転自在に支
持されている。操舵軸1の上端部にはステアリングホイ
ール6が取付けられている。このステアリングホイール
6にはホーンスイッチ7を形成する可動端子8と固定端
子9とが取付けである。可動端子8は絶縁支持体10を
介して取付け4られており、また固定端子9は操舵軸1
の上端部に電気的導通状態に取付けられている。可動端
子8は操舵軸1に絶縁支持体11を介して支持されたス
リップリング12に接続されている。スリップリング1
2には支持体4に絶縁支持体13を介して支持された摺
動片14が摺動液触している。そして、摺動片14は、
ホーン15およびバッテリ16を介して車体に電気的に
接続されている。また、軸受3を支持する支持体5も車
体に電気的に接続されている。したがって、ホーンスイ
ッチ7をオン操作すると、バッテリ16〜ホーン15〜
摺動片14〜スリップリング12〜可動端子8〜固定端
子9〜操舵軸1〜支持体5〜車体〜バッテリ16の経路
でホーン駆動電流が流れてホーン15が鳴動する。
That is, 1 in FIG. 1 is a metal steering shaft arranged with its axis line obliquely. The steering shaft 1 is rotatably supported via bearings 2 and 3 on a support 4.5 provided in a part of the vehicle body. A steering wheel 6 is attached to the upper end of the steering shaft 1. A movable terminal 8 and a fixed terminal 9 forming a horn switch 7 are attached to the steering wheel 6. The movable terminal 8 is attached via an insulating support 10, and the fixed terminal 9 is attached to the steering shaft 1.
is electrically connected to the upper end of the The movable terminal 8 is connected to a slip ring 12 supported on the steering shaft 1 via an insulating support 11. slip ring 1
2, a sliding piece 14 supported by a support 4 via an insulating support 13 is in sliding liquid contact. And the sliding piece 14 is
It is electrically connected to the vehicle body via a horn 15 and a battery 16. Further, a support body 5 that supports the bearing 3 is also electrically connected to the vehicle body. Therefore, when the horn switch 7 is turned on, the battery 16 - the horn 15 -
A horn drive current flows through the path from the sliding piece 14 to the slip ring 12 to the movable terminal 8 to the fixed terminal 9 to the steering shaft 1 to the support 5 to the vehicle body to the battery 16, causing the horn 15 to sound.

一方、操舵軸1の周囲で軸受2と3との間には操舵軸用
トルクセンサ21の検出部22が配設されており、その
近傍には検出部22に接続される信号処理部23が設け
られている。
On the other hand, a detection section 22 of a steering shaft torque sensor 21 is arranged around the steering shaft 1 between the bearings 2 and 3, and a signal processing section 23 connected to the detection section 22 is arranged near the detection section 22. It is provided.

検出部22は第2図に示すように構成されている。すな
わち1図中1は上述した操舵軸であり。
The detection section 22 is configured as shown in FIG. That is, 1 in FIG. 1 is the above-mentioned steering shaft.

この操舵軸1の外周面には軸方向の2箇所に亙って非晶
質磁性金属帯31.32が周方向に固着されている。非
晶質磁性金属帯31としては、操舵軸1の軸心線に対し
て角度αの方向を磁化容易軸とする一軸磁気異方性を有
したものが用いられて=  7 − いる。また、非晶質磁性金属帯32も操舵軸1の軸心線
に対して角度−αの方向を磁化容易軸とする一軸磁気異
方性を有したものが用いられている。
Amorphous magnetic metal bands 31 and 32 are fixed to the outer peripheral surface of the steering shaft 1 in the circumferential direction at two locations in the axial direction. As the amorphous magnetic metal band 31, one having uniaxial magnetic anisotropy with an axis of easy magnetization in the direction of an angle α with respect to the axial center line of the steering shaft 1 is used. Further, the amorphous magnetic metal band 32 also has uniaxial magnetic anisotropy with its axis of easy magnetization in a direction at an angle -α with respect to the axis of the steering shaft 1.

操舵軸1の回りで、非晶質磁性金属帯31.32が設け
られている部分の回りおよび上記部分を中心にして両側
部分の回りには、操舵軸1を囲む関係に非磁性材で円筒
状に形成されたハウジング33が固定されている。そし
て、ハウジング33の両端部内面と操舵軸1との間には
、それぞれ軸受34.35が挿設されている。ハウジン
グ33内で軸受34と35との間に位置する部分には。
Around the steering shaft 1, around the part where the amorphous magnetic metal bands 31 and 32 are provided, and around the parts on both sides around the said part, a cylindrical cylinder made of non-magnetic material is arranged to surround the steering shaft 1. A housing 33 having a shape is fixed. Bearings 34 and 35 are inserted between the inner surfaces of both ends of the housing 33 and the steering shaft 1, respectively. In the portion located within the housing 33 between the bearings 34 and 35.

非磁性材で形成された円筒状のコイルボビン36が装着
されている。コイルボビン36の外周面で非晶質磁性金
属帯31.32に対向する部分には。
A cylindrical coil bobbin 36 made of non-magnetic material is attached. In the portion facing the amorphous magnetic metal strips 31 and 32 on the outer peripheral surface of the coil bobbin 36.

溝37.38が周方向にそれぞれ形成されており。Grooves 37 and 38 are respectively formed in the circumferential direction.

これら溝37.38内には巻数の等しいコイル39.4
0がそれぞれ装着されている。これらコイル39.40
の線端はハウジング33外に導かれ。
Inside these grooves 37.38 are coils 39.4 with an equal number of turns.
0 is attached to each. These coils 39.40
The wire ends of the wires are led out of the housing 33.

次に述べる信号処理部23に接続されている。なお、第
2図中41はコイルボビン36を保持するための係止凸
部を示し、42はスペーサリングを示し、43および4
4は軸受34,35の内側レースを固定するためのスト
ップリングを示している。
It is connected to a signal processing section 23 which will be described next. In addition, in FIG. 2, 41 indicates a locking convex portion for holding the coil bobbin 36, 42 indicates a spacer ring, and 43 and 4
4 indicates a stop ring for fixing the inner races of the bearings 34, 35.

一方、信号処理部23は第3図に示すように構成されて
いる。すなわち、上述したコイル39゜40と抵抗器4
5.46とでブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路
の電源入力端をバランス調整用の可変抵抗器47.48
を介して交流発振器49の出力端に接続している。そし
て、ブリッジ回路の中点間電位を差動増幅器50に入力
し、この差動増幅器50の出力を同期検波回路51に導
入している。同期検波回路51は、参照波位相設定器5
2め出力位相に基いて差動増幅器50の出力を検波整流
する。同期検波回路51の出力はフィルタ回路53で平
滑された後、一方においては減算回路54の一方の入力
端に導入され、他方においてはバイパスフィルタ55に
導入される。バイパスフィルタ55は遮断周波数がホー
ン電流の周波数より低い値に設定されている。バイパス
フイルタ55を通過した高い周波数成分信号は整流回路
56で整流された後、減算回路54の他方の入力端に導
入される。減算回路54はフィルタ回路53の出力から
整流回路56の出力を減算した信号を出力する。そして
、減算回路54の出力がフィルタ回路57で平滑され、
直流のトルク信号■oとして出力される。このトルク信
号Voが図示しないパワーアシスト用モータの制御信号
として与えられる。
On the other hand, the signal processing section 23 is configured as shown in FIG. That is, the above-mentioned coil 39°40 and resistor 4
5.46 constitutes a bridge circuit, and the power input terminal of this bridge circuit is connected to a variable resistor 47.48 for balance adjustment.
It is connected to the output end of the AC oscillator 49 via. Then, the potential between the midpoints of the bridge circuit is input to a differential amplifier 50, and the output of this differential amplifier 50 is introduced to a synchronous detection circuit 51. The synchronous detection circuit 51 includes a reference wave phase setter 5
The output of the differential amplifier 50 is detected and rectified based on the second output phase. After the output of the synchronous detection circuit 51 is smoothed by a filter circuit 53, it is introduced into one input terminal of a subtraction circuit 54 on one side, and introduced into a bypass filter 55 on the other side. The bypass filter 55 has a cutoff frequency set to a value lower than the frequency of the horn current. The high frequency component signal that has passed through the bypass filter 55 is rectified by a rectifier circuit 56 and then introduced into the other input terminal of the subtractor circuit 54 . The subtraction circuit 54 outputs a signal obtained by subtracting the output of the rectifier circuit 56 from the output of the filter circuit 53. Then, the output of the subtraction circuit 54 is smoothed by a filter circuit 57,
It is output as a DC torque signal ■o. This torque signal Vo is given as a control signal to a power assist motor (not shown).

次に、上記のように構成された操舵軸用トルクセンサの
動作を説明する。
Next, the operation of the steering shaft torque sensor configured as described above will be explained.

まず、差動増幅器50の出力振幅が最小となるように抵
抗器47.48を予め調整しておく。
First, the resistors 47 and 48 are adjusted in advance so that the output amplitude of the differential amplifier 50 is minimized.

第2図に示すように、操舵軸1に操舵トルクTが加わる
と、このトルクTの影響で操舵軸1上の非晶質磁性金属
帯31.32に歪みが生じる。この結果、磁歪効果によ
って非晶質磁性金属帯31゜32の透磁率が変化する。
As shown in FIG. 2, when a steering torque T is applied to the steering shaft 1, distortion occurs in the amorphous magnetic metal bands 31 and 32 on the steering shaft 1 due to the influence of this torque T. As a result, the magnetic permeability of the amorphous magnetic metal bands 31 and 32 changes due to the magnetostrictive effect.

前述の如く、非晶質磁性金属帯31.32としては操舵
軸1の軸心線に対して角度α、−αの方向を磁化容易軸
とする一軸磁気異方性を有したものが用いられている。
As mentioned above, the amorphous magnetic metal strips 31 and 32 used have uniaxial magnetic anisotropy with easy magnetization axes in the directions at angles α and -α with respect to the axis of the steering shaft 1. ing.

αを概ね45度とすると、磁化容易軸は操舵トルクTに
よって操舵軸1に発生する表面応力の方向と同一方向と
なる。このため、第2図に示すように操舵トルクTが加
わった状態では非晶質磁性金属帯31には引張り応力が
、また非晶質磁性金属帯32には圧縮応力が加わること
になり、磁歪効果が効率よく生じて非晶質磁性金属帯3
1の透磁率が増加し、非晶質磁性金属帯32の透磁率が
減少する。この透磁率の変化に伴ってコイル39,40
のインピーダンスが変化する。したがって、信号処理部
23の出力voは、操舵トルクTの大きさおよび方向に
対応して変化する。この出力V。
When α is approximately 45 degrees, the axis of easy magnetization is in the same direction as the direction of surface stress generated on the steering shaft 1 by the steering torque T. Therefore, as shown in FIG. 2, when the steering torque T is applied, tensile stress is applied to the amorphous magnetic metal band 31, compressive stress is applied to the amorphous magnetic metal band 32, and magnetostrictive The effect occurs efficiently and the amorphous magnetic metal strip 3
1 increases, and the magnetic permeability of the amorphous magnetic metal strip 32 decreases. With this change in magnetic permeability, the coils 39, 40
impedance changes. Therefore, the output vo of the signal processing section 23 changes depending on the magnitude and direction of the steering torque T. This output V.

はパワーアシスト用モータの制御信号に供される。is used as a control signal for the power assist motor.

ところで、このような状態において、ホーンスイッチ7
をオン操作すると、操舵軸1に第2図中実線矢印で示す
ようにホーン駆動電流■が軸方向に流れる。この結果、
操舵軸1の周囲には第2図中実線矢印で示すように磁界
H,が生じる。この磁界H1が非晶質磁性金属帯31.
32に印加されると、非晶質磁性金属帯31.32の磁
化状態が変化し、その結果としてコイル39.’40の
インピーダンスが変化する。つまり、ホーン駆動電流工
によってもコイル39.40の交流インピーダンスが変
化してしまう。この関係を詳しく説明すると以下の通り
である。
By the way, in such a state, the horn switch 7
When turned on, a horn drive current (2) flows in the axial direction of the steering shaft 1 as shown by the solid line arrow in FIG. As a result,
A magnetic field H is generated around the steering shaft 1, as shown by the solid line arrow in FIG. This magnetic field H1 is applied to the amorphous magnetic metal strip 31.
32, the magnetization state of the amorphous magnetic metal strips 31.32 changes, with the result that the coil 39. '40 impedance changes. In other words, the AC impedance of the coils 39 and 40 changes depending on the horn drive current. This relationship will be explained in detail as follows.

すなわち、第4図は非晶質磁性金属帯31゜32に働く
磁界および磁化の構成を示している。
That is, FIG. 4 shows the structure of the magnetic field and magnetization acting on the amorphous magnetic metal strips 31 and 32.

ホーン駆動電流Iによって生じた磁界H,は、非晶質磁
性金属帯31.32に対してそれぞれ同一方向に加わる
。一方、コイル39.40で発生した磁界HP 1 +
 HP 2は、非晶質磁性金属帯31゜32に対して磁
界H1とは直交する関係に加わる。
The magnetic field H generated by the horn drive current I is applied to the amorphous magnetic metal strips 31 and 32 in the same direction. On the other hand, the magnetic field HP 1 + generated in the coil 39.40
HP 2 is applied to the amorphous magnetic metal strips 31, 32 in a perpendicular relationship to the magnetic field H1.

図では磁界HP1.HP2が非晶質磁性金属帯31.3
2に対して同一方向に加えられた状態を示している。非
晶質磁性金属帯31.32の磁気異方性定数Ku1.K
u2は非晶質磁性金属帯31゜32の組成によって決り
、同一組成の材料の場合には等しくなる。磁化容易軸の
方向αは0〈αく±π/2であるが、トルクセンサの場
合には、−般に軸の応力方向に合わせてπ/4に設定さ
れる。
In the figure, the magnetic field HP1. HP2 is amorphous magnetic metal band 31.3
2 is applied in the same direction. Magnetic anisotropy constant Ku1. of amorphous magnetic metal strip 31.32. K
u2 is determined by the composition of the amorphous magnetic metal bands 31 and 32, and is equal if the materials have the same composition. The direction α of the axis of easy magnetization is 0<α ±π/2, but in the case of a torque sensor, it is generally set to π/4 in accordance with the stress direction of the axis.

また、自発磁化Is1.Is2は非晶質磁性金属帯31
.32の組成や処理によって決まる定数である。また、
非晶質磁性金属帯31の磁気的なエネルギE1は。
Moreover, spontaneous magnetization Is1. Is2 is an amorphous magnetic metal band 31
.. This is a constant determined by the composition and processing of 32. Also,
The magnetic energy E1 of the amorphous magnetic metal band 31 is as follows.

El mKul sin ”  (πバー01)Is 
IHp 1eO8θ1 −I81HIsinθ1      − (1)となり
、同様に非晶質磁性金属帯32の磁気的なエネルギE2
は。
El mKul sin” (π bar 01) Is
IHp 1eO8θ1 −I81HIsinθ1 − (1) Similarly, the magnetic energy E2 of the amorphous magnetic metal band 32
teeth.

E2 =Ku2 sin 2(θ2−πハ)−Is2H
p2cosθ2 −IS2H1sinθ2・・・(2) となる。自発磁化IS1+  182の角度θ1゜O2
は(1)、 (2)式の各エネルギが最小となる条件9
 El /a 01=0,9 E2 /aθ2=0によ
り求まる。
E2 = Ku2 sin 2(θ2-πc)-Is2H
p2cosθ2 −IS2H1sinθ2 (2). Angle θ1°O2 of spontaneous magnetization IS1+ 182
is the condition 9 where each energy in equations (1) and (2) is minimum.
It is determined by El /a 01=0,9 E2 /aθ2=0.

コイル39.40で生じた磁界HP 1 + HP 2
の方向の自発磁化の大きさ11.I2は。
Magnetic field generated in coil 39.40 HP 1 + HP 2
The magnitude of spontaneous magnetization in the direction of 11. I2 is.

I 1= I s 1eO8θ1       − (
3)I 2  ”” I s2  CO8O2・・・(
4)である。コイル39.40のインピーダンスはそれ
ぞれ11+  I2に比例する。
I 1= I s 1eO8θ1 − (
3) I 2 ”” I s2 CO8O2...(
4). The impedance of the coils 39, 40 is proportional to 11+I2, respectively.

(1)〜(4)式から判かるように、11.I2は操舵
軸1に流れるホーン駆動電流■によって生じる磁界HI
の関数である。したがって、コイル39゜40のインピ
ーダンスはホーン駆動電流■によって変化する。このホ
ーン駆動電流Iによるインピーダンスの変化分はトルク
検出には有害である。
As can be seen from equations (1) to (4), 11. I2 is the magnetic field HI generated by the horn drive current flowing through the steering shaft 1.
is a function of Therefore, the impedance of the coils 39 and 40 changes depending on the horn drive current. This change in impedance due to the horn drive current I is harmful to torque detection.

しかし、この実施例においては、信号処理部23におい
てフィルタ回路53の出力を原信号とし、この原信号に
含まれているホーン駆動電流に伴う信号骨、つまり雑音
信号成分をバイパスフィルタ55と整流回路56とで取
出し、減算回路54において原信号から雑音信号成分を
除去するようにしている。したがって、出力voは操舵
トルクTのみに対応したものとなり、結局、操舵軸1に
流れるホーン駆動電流Iの影響を受けることなくトルク
を検出することが可能となる。
However, in this embodiment, the output of the filter circuit 53 is used as the original signal in the signal processing section 23, and the signal bone, that is, the noise signal component accompanying the horn drive current included in this original signal is sent to the bypass filter 55 and the rectifier circuit. 56, and a subtraction circuit 54 removes noise signal components from the original signal. Therefore, the output vo corresponds only to the steering torque T, and as a result, the torque can be detected without being affected by the horn drive current I flowing through the steering shaft 1.

なお、コイル39.40によって発生する磁界HP 1
 r HP 2の方向を互いに反対方向にすると。
In addition, the magnetic field HP 1 generated by the coil 39.40
r If the directions of HP 2 are opposite to each other.

K u 1−K u 2 + HP 1 = HP 2
の場合には。
K u 1 - K u 2 + HP 1 = HP 2
In Case of.

θ1=02となる。このため、第3図に示す信号処理部
23の構成ではホーン駆動電流による雑音信号成分を検
知しないことになる。しかし、非晶質磁性金属帯31.
32の磁化容易軸の角度を完全に等しくすることは異方
性付与処理上不可能なことであり、またコイル39.4
0を非晶質磁性金属帯31.32に対して全く同じ条件
に設けること、すなわちHP1=HP2とすることも困
難であることからして1通常、θ1−02にはならない
。したがって、コイル39.40には必ずインピーダン
ス差が生じ、ホーン駆動電流による雑音信号成分を検知
するため、雑音信号成分の除去が有効である。
θ1=02. Therefore, the configuration of the signal processing section 23 shown in FIG. 3 does not detect the noise signal component due to the horn drive current. However, the amorphous magnetic metal strip 31.
It is impossible to make the angles of the easy magnetization axes of coils 39 and 32 completely equal due to the anisotropy imparting process.
Since it is difficult to set 0 to the amorphous magnetic metal strips 31 and 32 under exactly the same conditions, that is, to set HP1=HP2, 1 is usually not θ1-02. Therefore, since there is always an impedance difference between the coils 39 and 40 and the noise signal component due to the horn drive current is detected, it is effective to remove the noise signal component.

また、上述した実施例ではホーン駆動電流が直流の場合
であるが、交流の場合には整流回路56を設けずに、バ
イパスフィルタ55の出力を直接減算回路54に導入す
ればよい。また、操舵軸1が強磁性材で中空に形成され
ているが、中実に形成されていてもよく、また非磁性金
属材で形成されていてもよい。さらに、別に交流励磁用
のコイルを設け、コイル39.40に誘起される電圧の
差を出力として取出すようにしてもよい。また。
Further, in the above-described embodiment, the horn drive current is a direct current, but in the case of an alternating current, the output of the bypass filter 55 may be directly introduced into the subtraction circuit 54 without providing the rectifier circuit 56. Further, although the steering shaft 1 is formed hollow and made of a ferromagnetic material, it may be formed solid or may be formed of a non-magnetic metal material. Furthermore, a separate coil for AC excitation may be provided, and the difference in voltages induced in the coils 39 and 40 may be extracted as an output. Also.

非晶質磁性金属帯は操舵軸を一周する長さである必要は
ない。
The amorphous magnetic metal strip does not have to be long enough to go around the steering shaft.

[発明の効果コ 本発明に係る操舵軸用トルクセンサは、上記のように構
成されているので次のような効果を奏する。
[Effects of the Invention] Since the steering shaft torque sensor according to the present invention is configured as described above, it has the following effects.

操舵軸に流れるホーン駆動電流によって生じる雑音信号
成分を除去する手段を設けているので。
This is because a means is provided to remove noise signal components generated by the horn drive current flowing through the steering shaft.

ホーン駆動電流とは無関係に操舵トルクを正確に検出す
ることができ、信頼性に富んだパワーステアリング装置
の実現に寄与できる。
Steering torque can be accurately detected regardless of horn drive current, contributing to the realization of a highly reliable power steering device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は一実施例に係る操舵軸用トルクセンサを操舵軸
の周辺に設けた例の概略構成図、第2図は同トルクセン
サにおける検出部の縦断面図、第3図は同検出部に接続
される信号処理部の回路構成因、第4図は同センサに与
えるホーン駆動電流の影響を説明するための図である。 1・・・操舵軸、6・・・ステアリングホイール、7・
・・ホーンスイッチ、15・・・ホーン、16・・・バ
ッテリ。 21・・・操舵軸用トルクセンサ、22・・・検出部。 23・・・信号処理部、31.32・・・非晶質磁性金
属帯、33・・・ハウジング、34.35・・・軸受、
36・・・コイルボビン、39.40・・・コイル、5
0・・・差動増幅器、51・・・同期検波回路、52・
・・参照波位相設定器、53.57・・・フィルタ回路
、54・・・減算回路、55・・・バイパスフィルタ。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図
Fig. 1 is a schematic configuration diagram of an example in which a torque sensor for a steering shaft according to an embodiment is provided around the steering shaft, Fig. 2 is a longitudinal cross-sectional view of a detection section of the torque sensor, and Fig. 3 is a longitudinal sectional view of the detection section of the same torque sensor. FIG. 4 is a diagram for explaining the influence of the horn drive current on the sensor. 1... Steering shaft, 6... Steering wheel, 7...
...Horn switch, 15...Horn, 16...Battery. 21... Steering shaft torque sensor, 22... Detection section. 23... Signal processing unit, 31.32... Amorphous magnetic metal strip, 33... Housing, 34.35... Bearing,
36...Coil bobbin, 39.40...Coil, 5
0... Differential amplifier, 51... Synchronous detection circuit, 52...
... Reference wave phase setter, 53.57 ... Filter circuit, 54 ... Subtraction circuit, 55 ... Bypass filter. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  操舵軸に磁歪効果を有する非晶質磁性金属材を固着す
るともに上記非晶質磁性金属材の近傍に上記操舵軸とは
非接触に複数のコイルを配設し、上記操舵軸に加えられ
る回転力によって生じる上記非晶質磁性金属材の透磁率
の変化に伴なって変化する上記複数のコイルのインピー
ダンスもしくは誘起電圧に対応した信号を上記操舵軸の
トルク信号として出力するようにした操舵軸用トルクセ
ンサにおいて、前記操舵軸に軸方向に流れる電流によっ
て生じる雑音信号成分の周波数とトルク信号の周波数と
の違いに基いて上記雑音成分信号を除去する雑音信号除
去手段を具備してなることを特徴とする操舵軸用トルク
センサ。
An amorphous magnetic metal material having a magnetostrictive effect is fixed to the steering shaft, and a plurality of coils are disposed near the amorphous magnetic metal material without contacting the steering shaft, and the rotation applied to the steering shaft is For a steering shaft, the signal corresponding to the impedance or induced voltage of the plurality of coils that changes in accordance with the change in magnetic permeability of the amorphous magnetic metal material caused by force is output as a torque signal of the steering shaft. The torque sensor is characterized by comprising noise signal removing means for removing the noise component signal based on the difference between the frequency of the noise signal component generated by the current flowing in the axial direction of the steering shaft and the frequency of the torque signal. Torque sensor for steering shaft.
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