扭矩傳感器的製造方法
2023-05-12 03:28:46
扭矩傳感器的製造方法
【專利摘要】本公開涉及扭矩傳感器(101)，其具有磁性傳感器(41)，所述磁性傳感器包括第一磁性檢測元件(411)、第二磁性檢測元件(412)以及比較器(51)。該第一磁性檢測元件(411)輸出臨時檢測值的輸出信號，而所述第二磁性檢測元件(412)輸出參考值的輸出信號。該比較器(51)比較該臨時檢測值和該參考值並且當臨時檢測值和參考值之間的差值小於預定臨界值時，將該臨時檢測值作為經核定檢測值輸出。
【專利說明】扭矩傳感器
【技術領域】
[0001]本公開涉及一種具有磁場生成部件和磁性傳感器的磁性檢測裝置，尤其是涉及具有上述磁性檢測裝置的扭矩傳感器。
【背景技術】
[0002]現有技術中已知一種磁性檢測裝置。該磁性檢測裝置具有磁場生成部件和磁性傳感器。磁性傳感器檢測由相對於磁性傳感器可移動地設置的磁場生成部件所生成的磁場強度。磁性傳感器檢測連接到磁場生成部件或者磁性傳感器的檢測目標的相對位移。
[0003]這種磁性檢測裝置例如被應用於扭矩傳感器。扭矩傳感器的磁性傳感器設置在一對磁通收集部件之間，以便根據旋轉軸的轉動來檢測該磁場強度的變化。扭矩傳感器因此檢測軸扭矩。
[0004]還已知現有技術中的另一種磁性檢測裝置，其中檢測裝置具有多個磁性傳感器。在磁性傳感器中的一個發生故障時，使用來自工作於正常狀態下的另一個磁性傳感器的檢測信號。例如，正如日本專利公開第2008-232728號所公開的，扭矩傳感器具有用於將來自那些磁性傳感器的輸出中的每一個發送到電子控制單元(electronic control unit, EOJ)的三個磁性傳感器。該ECU比較來自這三個磁性傳感器的輸出並且在來自磁性傳感器的三個輸出中的二個相互一致時，基於多數決定法來判定該輸出為正常值。
[0005]在上述扭矩傳感器中，由於具有三個磁性傳感器，電路尺寸增加。
[0006]通常，一個磁性傳感器具有連接有包括電源線、接地線以及信號線的束線的一個IC封裝件。因此，在上述扭矩傳感器中，在扭矩傳感器是模擬類型時，三個束線設置在扭矩傳感器和ECU之間。因此，在與扭矩傳感器僅僅具有一個或者二個磁性傳感器相比時，束線的空間和重量增加。
[0007]此外，儘管以上現有技術的扭矩傳感器具有可以確定磁性傳感器是否出現故障的優點，但是問題在於:增加了用於執行確定有故障的磁性傳感器的處理的ECU的計算負載。
【發明內容】
[0008]鑑於以上問題，產生本公開。本公開的目的在於提供一種磁性檢測裝置，根據該磁性檢測裝置可以減少電路尺寸和束線的數量並且可以利用簡單結構來確定磁性傳感器的故障。
[0009]根據本公開的特徵，磁性檢測裝置具有用於產生磁場的磁場生成部件(14)和用於檢測由磁場生成部件(14)所生成的磁場的強度的磁性傳感器(41、42、410、420)。磁性傳感器具有第一磁性檢測元件(411)、第二磁性檢波元件(412)以及比較器(51)。
[0010]第一檢測元件(411)檢測穿過第一檢測元件的磁通密度並且輸出臨時檢測值的輸出信號。第二檢測元件(412)檢測穿過第二檢測元件的磁通密度並且輸出參考值的輸出信號。
[0011]比較器(51)計算作為臨時檢測值和參考值之間的差值的檢測偏差。在檢測偏差小於預定臨界值(AEth)時，比較器(51)輸出與臨時檢測值對應的經核定檢測值的檢測信號(Sc)。在檢測偏差比預定臨界值更大時，比較器(51)輸出異常確定信號(Sf)。
[0012]根據上述特徵，可以通過比較器確定在磁性檢測裝置的內部磁性傳感器是否發生故障。當磁性傳感器在正常狀態下工作時，磁性檢測裝置輸出經核定檢測值，而在磁性傳感器發生故障時，磁性檢測裝置輸出異常確定信號。因此，連接到磁性檢測裝置的ECU不需要執行用於確定有故障的磁性傳感器的處理。因此，降低用於ECU的計算負載。
[0013]磁性檢測裝置(101)優選具有多個磁性傳感器(41、42)。例如，在磁性傳感器中的一個發生故障時，ECU(6)採用來自另一個磁性傳感器的經核定檢測值的檢測信號並且將它用於ECU (6)的控制處理。
[0014]在本公開中，兩個束線設置在兩個磁性傳感器(41、42)和E⑶(6)之間。因此，與具有三個磁性傳感器的現有技術的扭矩傳感器相比，可以減少束線的空間和重量。
[0015]本公開的磁性檢測裝置可以被應用於例如檢測軸扭矩的扭矩傳感器。扭矩傳感器具有扭力杆(13)、多極磁體(14)、一對磁軛(31、32)、一對磁通收集部件(70a、70b)以及磁性傳感器(41、42)。
[0016]扭力杆(13)同軸地設置在第一軸(11)和第二軸(12)之間，使得扭力杆(13)將施加在第一和第二軸(11、12)之間的扭矩變換為扭轉位移。作為磁場生成部件(14)工作的多極磁體(14)連接到第一軸(11)或者扭力杆(13)的一端。該對磁軛(31、32)連接到第二軸(12)或者扭力杆(13)的另一端，並且該對磁軛(31、32)在通過多極磁體(14)所生成的磁場中形成磁路。該對磁通收集部件(70a、70b)收集來自該對磁軛(31、32)的磁通。該磁性傳感器(41、42)檢測磁通收集部件(70a、70b)之間的磁場強度。
[0017]在用於車輛的電力轉向系統中，扭矩傳感器檢測施加到轉向軸的轉向扭矩。需要電力轉向系統減少它的空間和重量。本公開具有可以利用簡單結構來確定磁性傳感器是否發生故障的優點。因此，本公開的磁性檢測裝置可以有效地應用於扭矩傳感器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]根據以下參考附圖所進行的詳細說明，本發明的上述和其它的目的、特徵和優點將變得更加明顯。在附圖中:
[0019]圖1是示意性地示出了根據本發明第一實施例的扭矩傳感器的分解透視圖；
[0020]圖2是示出應用了第一實施例的扭矩傳感器的電力轉向裝置的結構的示意圖；
[0021]圖3A是沿著圖3B中的線ΠΙΑ-ΙΠΑ截取的示意性截面視圖，其示出了處於中性位置的扭矩傳感器；
[0022]圖3B是在沿著圖3A中的箭頭IIIB的方向查看時扭矩傳感器的示意性側視圖；
[0023]圖4A是多個磁極沿著左手方向轉動的扭矩傳感器的示意性側視圖；
[0024]圖4B是多個磁極沿著右手方向轉動的扭矩傳感器的示意性側視圖；
[0025]圖5是示出了扭矩傳感器的磁性傳感器部的示意性視圖；
[0026]圖6A和6B是不出了扭矩傳感器的輸出特徵的圖；
[0027]圖7是示出了根據第二實施例的扭矩傳感器的磁性傳感器部的示意性視圖；
[0028]圖8是示出了根據第三實施例的扭矩傳感器的磁性傳感器部的示意性視圖；
[0029]圖9是示出了根據比較例的扭矩傳感器的磁性傳感器部的示意性視圖；以及[0030]圖10示出了根據比較例的扭矩傳感器的輸出特徵的圖。
【具體實施方式】
[0031]以下通過多個實施例來說明本公開。為了省去重複的說明，在實施例各處，相同的附圖標記表示相同或者類似的部分和/或結構。
[0032](第一實施例)
[0033]如圖2所示，本公開的第一實施例的扭矩傳感器101被應用到例如車輛的電力轉向裝置90，其用於輔助車輛駕駛員的轉向操作。
[0034]圖2示出了具有電力轉向裝置90的轉向系統的結構。用於檢測轉向扭矩的扭矩傳感器101設置在連接到方向盤93的轉向軸94中。小齒輪96設置在轉向軸94的前端處。小齒輪96與齒條軸97嚙合。一對車輪98通過各個連杆可旋轉地連接到齒條軸97的兩端。轉向軸94的旋轉運動通過小齒輪96被轉換成齒條軸97的線性運動，以便執行車輪98的轉向操作。
[0035]扭矩傳感器101設置在輸入軸11和輸出軸12之間，它們中的每一個構成轉向軸94。扭矩傳感器101檢測施加到轉向軸94的轉向扭矩並且將它的檢測信號輸出到電子控制單元6 (ECU6)。ECU6根據所檢測的轉向扭矩來控制電動機92的輸出。由電動機92所生成的轉向輔助扭矩通過降低電動機92的轉速的減速齒輪95被傳送到轉向軸94。
[0036]參考圖1和圖3-圖5來說明扭矩傳感器101的結構。如圖1所示，扭矩傳感器101包括扭力杆13、多極磁體14、一對磁軛31和32 (第一和第二磁軛31和32)、一對磁性環70a和70b (第一和第二磁性環70a和70b，或者第一和第二磁通收集部件70a和70b)、兩個磁性傳感器41和42 (第一和第二磁性傳感器41和42)等。
[0037]扭力杆13的一端通過固定銷15連接到輸入軸11 (也稱為第一軸)，而扭力杆13的另一端通過另一固定銷15連接到輸出軸12 (也稱為第二軸)。扭力杆13在它們的旋轉軸線「O」上同軸地連接到輸入軸和輸出軸11和12。扭力杆13是用於將轉向軸94的轉向扭矩轉換為扭轉位移的杆狀的彈性部件。
[0038]圓柱形的多極磁體14 (作為磁場生成部件工作)連接到輸入軸11，其中N極和S極沿著圓周的方向交替地磁化。在本實施例中，磁體14具有12對N極和S極，即總計24個磁極。
[0039]第一和第二磁軛31和32中的每一個由軟磁材料製成並且形成為圓環形狀。磁軛31和32在多極磁體14的徑向向外的位置處連接到輸出軸12。十二個第一突出部315 (相當於N極和S極的對數量)沿著第一磁軛31的內周形成並且沿著第一磁軛31的圓周方向等間隔地布置。按照類似方式，十二個第二突出部325沿著第二磁軛32的內周形成並且沿著第二磁軛32的圓周方向等間隔地布置。第一突出部315中的每一個和第二突出部325中的每一個沿著圓周方向交替地布置並且沿著圓周方向彼此錯位。第一和第二突出部315和325中的每一個以梯形的形狀來形成。第一磁軛31和第二磁軛32沿著扭矩傳感器的軸向以一定空氣間隙來彼此相對。該對磁軛31和32在通過多極磁體14所生成的磁場中形成磁路。
[0040]在扭力杆13中沒有產生扭轉位移時，換言之，在轉向扭矩沒有施加到輸入軸11和輸出軸12之間的扭力杆13時、多極磁體14和第一和第二磁軛31和32被設置為如下:第一和第二突出部315和325的每一個中心線與N極和S極之間的各個界線重合。
[0041]第一和第二磁性環70a和70b中的每一個由軟磁材料製成並且包括主環體73a、73b和磁通收集部71a、72a、71b以及72b。磁通收集部71a、72a、71b以及72b從各個主環體73a、73b沿著徑向向外的方向延伸。磁性環70a和70b中的每一個從各個磁軛31和32收集磁通。在本實施例中，磁性環70a和70b的主環體73a和73b中的每一個在各個磁軛31和32的徑向向外的位置處與旋轉軸線「O」同軸地布置。兩個磁通收集部71a、72a和71b、72b設置在磁性環70a和70b中的每一個中，以便對應於兩個磁性傳感器41和42。
[0042]磁性傳感器41和42中的每一個布置在磁性環70a和70b的磁通收集部71a、71b和72a、72b之間。磁性傳感器41和42中的每一個檢測在磁通收集部71a、71b和72a、72b的各個對之間所生成的磁通密度。所檢測的磁通密度被轉換成電壓信號並且輸出到ECU6。在本實施例中，磁性傳感器41和42中的每一個由形成為立方體形狀的IC封裝件製成，其高度小於它們的寬度和深度。磁性傳感器41和42檢測高度方向中的磁場強度。磁性傳感器41和42通過束線53和54連接至Ij ECU6。
[0043]以下將說明磁性傳感器41和42的詳細結構。
[0044]參考圖3A、3B、4A以及4B說明扭矩傳感器101的操作。圖3A和圖3B中的每一個示出了轉向扭矩沒有施加到輸入軸11和輸出軸12之間的扭力杆13從而在扭力杆13處沒有產生扭轉位移的情形。換句話說，在圖3A和3B中，輸出軸12處於它的中性位置。在這個位置中，如圖3B所不,S極位於多極磁體14的中央。此外,第一和第二突出部315和325的每一個中心線與N極和S極之間的各個界線重合。
[0045]在上述情形(中性位置)下，磁體14的相同數量的磁通進入磁軛31和32的第一和第二突出部315和325並且從其中出去。因此，在磁軛31和32中的每一個中，形成磁通的閉合迴路。換句話說，磁通沒有洩漏到第一和第二磁軛31和32之間的空氣間隙中。因此，通過磁性傳感器41和42所檢測的磁通密度為零。
[0046]在圖3A和3B中，每個磁性傳感器41，42的沿著圖3A的水平方向的長度稱為寬度，沿圖3A的上下方向的長度稱為深度以及沿圖3B的上下方向的長度稱為高度。
[0047]在轉向扭矩被施加到輸入軸11和輸出軸12之間的扭力杆13並且從而在扭力杆13中產生扭轉位移時，連接到輸入軸11的多極磁體14和連接到輸出軸12的磁軛對31和32之間的相對位置沿著圓周方向變化。圖4A和4B分別示出了多極磁體14從中性位置相對於磁軛對31和32旋轉的情形。圖4A示出了多極磁體14沿著左手方向旋轉7.5°的情形。圖4B示出了多極磁體14沿著右手方向旋轉7.5°的情形。
[0048]在圖4A的情形下，第一磁軛31的每一個第一突出部315與每個N極相對，同時第二磁軛32的每一個第二突出部325與S極相對。在圖4B的情形下，每一個第一突出部315與每個S極相對，同時每一個第二突出部325與每個N極相對。穿過第一和第二磁軛31和32的磁通在圖4A和4B的每一個情況下增加，但是磁通的方向(即，極性)在圖4A和4B的情況下彼此相反。
[0049]穿過磁性傳感器41和42的磁通密度幾乎與扭力杆13的扭轉位移成正比並且磁通的極性根據扭力杆13的扭轉方向被顛倒。在圖4A的情況下，磁性傳感器41和42檢測磁場B的強度，其中磁通沿著磁性傳感器的高度方向，即沿著附圖中的從上側到下側的方向通過。另一方面，在圖4B的情況下，磁性傳感器41和42檢測磁場B的強度，其中磁通沿著磁性傳感器的高度方向，即沿著附圖中的從下側到上側的方向通過。換句話說，磁性傳感器41和42中的每一個檢測沿著垂直於磁通收集部71a、71b和72a、72b的方向穿過磁性傳感器的磁場B的強度。磁性傳感器41和42將所檢測的磁場強度作為電壓信號輸出，以便扭矩傳感器101檢測施加到輸入軸11和輸出軸12之間的扭力杆13的轉向扭矩。
[0050]如同上述，扭矩傳感器101相當於檢測裝置，其檢測相對轉動的方向以及連接到多極磁體14的輸入軸11相對於連接到磁性傳感器41和42的輸出軸12的旋轉角。
[0051]將參考圖5說明每個磁性傳感器41、42的磁檢測部的結構。正如已經說明的，扭矩傳感器101具有兩個磁性傳感器41和42。由於第二磁性傳感器42的結構與第一磁性傳感器41的結構相同，所以將說明第一磁性傳感器41的結構。
[0052]磁性傳感器41具有兩個(第一和第二)磁性檢測元件411和412以及比較器51，它們被容納在IC封裝件中。磁性檢測元件411和412中的每一個檢測穿過各個磁性檢測元件411和412的磁通密度並且轉換成電壓信號。每一個磁性檢測元件例如由霍爾元件、磁阻元件等製成。
[0053]磁性檢測兀件中的一個(例如，第一磁性檢測兀件411)輸出電壓信號，該電壓信號作為第一磁性傳感器41的檢測信號來使用。第一磁性傳感器41的檢測信號(檢測值)被發送到ECU6。第二磁性檢測元件412輸出電壓信號，該電壓信號作為參考值來使用。第二磁性檢測元件412的參考值在比較器51中與第一磁性檢測元件411的檢測值比較。如同上述，第一磁性檢測元件411的檢測值不是直接地輸出到ECU6，而是首先在比較器51中與參考值比較並且在磁性傳感器41確定該檢測值是正常值時則輸出到ECU6。
[0054]從磁性檢測元件411和412到比較器51的電壓信號中的每一個也稱為初級輸出信號，而從比較器51到ECU6的輸出也稱為次級輸出信號，以便區分彼此。初級輸出信號在第一磁性傳感器41內通信。次級輸出信號經由束線53的信號線53s被發送到E⑶6。束線53包括三個線，即電源線53p、接地線53g以及信號線53s。
[0055]相當於在比較器51中比較之前的值(即，在確定前的值)的第一磁性檢測元件411的檢測值稱為臨時檢測值。相當於在比較器51中比較之後的值(即，由比較器51確定為正常值並且輸出到ECU6的值)的第一磁性檢測元件411的檢測值稱為經核定檢測值。
[0056]比較器51計算作為臨時檢測值(第一磁性檢測元件411的初級輸出信號)和第二磁性檢測元件412的參考值之間的差值的「檢測偏差」。在檢測偏差小於預定臨界值時，比較器51將臨時檢測值作為經核定檢測值輸出。另一方面，在檢測偏差比預定臨界值更大時，比較器51輸出異常檢測信號。
[0057]如同上述，通過比較器51確定為正常值的磁性傳感器41的輸出信號(經核定檢測值)被輸入到E⑶6的計算單元61。因此，在正常值被輸入時，E⑶6不需要確定輸入信號是否是正常值。ECU6可以使用磁性傳感器41的檢測值的正常值，以便執行通過ECU6的控制。在異常檢測信號被輸入到ECU6時，ECU6確定磁性傳感器41發生故障。
[0058]按照類似方式，通過比較器確定為正常值的第二磁性傳感器42的輸出信號(經核定檢測值)被輸入到ECU6的計算單元61。在異常檢測信號從第一磁性傳感器41輸入同時經核定檢測值從第二磁性傳感器42輸入時，ECU6的計算單元61採用來自第二磁性傳感器42的經核定檢測值，以便執行通過由E⑶6的控制。
[0059]由於扭矩傳感器101具有兩個磁性傳感器41和42，所以即使在磁性傳感器41和42中的一個發生故障時，ECU6可以對電動機92不斷地執行控制。兩個磁性傳感器41和42同時發生故障的概率微乎其微。
[0060]在將磁性傳感器41和42連接到E⑶6的束線53和54中的每一個中，電源線53p和54p彼此獨立地布置。接地線53g和54g也彼此獨立地布置。
[0061]參考圖6A和6B中示出的輸出特徵更詳細地說明在比較器51和52中的確定處理的操作，其中該輸出相當於電壓信號。
[0062]在圖6A中，「Sa」、「Sb」、「Sd」以及「Se」分別表示在第一磁性傳感器41的第一磁性檢測元件411的輸出端子「a」中、在第一磁性傳感器41的第二磁性檢測元件412的輸出端子「b」中、在第二磁性傳感器42的第一磁性檢測元件421的輸出端子「d」以及在第二磁性傳感器42的第二磁性檢測元件422的輸出端子「e」中的初級輸出信號。各個第一磁性檢測元件411和421的初級輸出信號相當於臨時檢測值。各個第二磁性檢測元件412和422的初級輸出信號相當於參考值。
[0063]在圖6A中示出的示例中，第一和第二磁性傳感器41和42被設置為如下:磁性檢測元件411和412的輸出特徵「Sa」和「Sb」以及磁性檢測元件421和422的輸出特徵「Sd」和「Se」相對於參考輸出「E0」彼此相反。
[0064]更精確地說，在IC封裝件在各個磁性傳感器41和42中組裝成IC封裝件中的每一個沿著相同方向布置的情況下，在ECU6的計算單元61的計算處理中對於第二磁性傳感器42的磁性檢測元件421和422的輸出，電壓輸出相對於磁通的斜率的符號是相反的。然後，第二磁性傳感器42的磁性檢測元件421和422的輸出特徵相對於參考輸出「E0」是相反的。
[0065]在圖6B中，「Sc」和「Sf」分別表示在比較器51的輸出端子「c」和比較器52的輸出端子「f」中的次級輸出信號。
[0066]在用於該確定的可選旋轉角〃 Θ j」處，比較器51計算「檢測偏差」，該「檢測偏差」是第一磁性檢測元件411的臨時檢測值「Sa」和第二磁性檢測元件412的參考值「Sb」之間的差值。按照類似方式，在用於該確定的可選旋轉角「 Θ j」處，比較器52計算「檢測偏差」，該「檢測偏差」是第一磁性檢測元件421的臨時檢測值「Sd」和第二磁性檢測元件422的參考值「Se」之間的差值。比較器51和52中的每一個分別將上述「檢測偏差」與預定臨界值「 AEth」比較。上述用於該確定的可選旋轉角「 Θ j」相當於可選擇來用於E⑶6的控制的角度。
[0067]如圖6A所示，檢測偏差「ΛE』小於臨界值「ΛEth」，該檢測偏差 〃ΛΕ1〃作為第一磁性檢測元件411的臨時檢測值「Sa」和第二磁性檢測元件412的參考值「Sb」之間的用於第一磁性傳感器41的差值通過比較器51來計算。換句話說，臨時檢測值「Sa」和參考值「Sb」幾乎彼此一致。在這種情況下，比較器51將第一磁性檢測元件411的臨時檢測值〃Sa〃作為經核定檢測值「Sc」(圖6B中示出)輸出到ECU6的計算單元61，其中該經核定檢測值「 Sc 」是在正常輸出範圍內的電壓信號。
[0068]另一方面，如圖6A所示，該檢測偏差「 ΛΕ2」比臨界值「 Δ Eth」更大，該檢測偏差「 Λ E2」作為第一磁性檢測元件421的臨時檢測值「Sd」和第二磁性檢測元件422的參考值「Se」之間的用於第二磁性傳感器42的差值通過比較器來計算。在這種情況下，比較器52將異常確定信號「Sf」輸出到ECU6的計算單元61，其中如圖6B所示，該異常確定信號「Sf」是在正常輸出範圍以外的電壓信號。
[0069]然後，E⑶6確定第一磁性傳感器41是正常的但是第二磁性傳感器42是異常的。E⑶6使用來自第一磁性傳感器41的經核定檢測值「Sc」用於它自己的控制處理。
[0070]將說明根據本實施例的扭矩傳感器101的優點。
[0071](I)首先，本實施例與圖9和10中示出的扭矩傳感器相比較，該扭矩傳感器對應於在日本專利申請公開N0.2008-232728號中公開的現有技術的扭矩傳感器。圖9中示出的比較例的扭矩傳感器109具有三個磁性傳感器47、48以及49。磁性傳感器47、48以及49中的每一個具有通過束線57、58、59分別連接到E⑶6的磁性檢測元件471、481、491。束線57,58以及59中的每一個包括電源線57p、58p、59p，接地線57g、58g、59g以及信號線57s、58s、59s。每個磁性傳感器的輸出經由各個信號線57s、58s、59s被發送到E⑶6的計算單元69。
[0072]圖10示出了比較例的扭矩傳感器109的輸出特徵。在圖10中，「Sx」、「Sy」以及「Sz」分別表示在磁性檢測元件471的輸出端子「X」中、在磁性檢測元件481的輸出端子「y」中以及在磁性檢測元件491的輸出端子「z」中的輸出電壓。在圖9和10中示出的比較例中，磁性傳感器47、48以及49被設置為如下:磁性檢測元件471的輸出特徵「Sx」和磁性檢測元件481和491的輸出特徵「Sy」和「Sz」相對於參考輸出「E0」彼此相反。
[0073]在用於該確定的旋轉角「 Θ j」處，磁性檢測元件471的輸出電壓「Sx」和磁性檢測元件481的輸出電壓「Sy」與參考輸出「E0」 一致。然而，關於磁性檢測元件491的輸出電壓「Sz」，與參考輸出「E0」的偏差「Ez」比預定臨界值「 AEth」更大。因此，E⑶6確定磁性傳感器47和48是正常的但是第二磁性傳感器49是異常的。ECU6採用來自磁性傳感器47和48的輸出電壓作為經核定值並且使用那些輸出電壓用於它自己的控制處理。
[0074]因此，在比較例的扭矩傳感器109中可以確定磁性傳感器是否發生故障。然而，由於必須設置三個磁性傳感器47、48以及49，所以增加了電路尺寸。此外，由於三個束線57、58以及59連接在扭矩傳感器109和E⑶6之間，增加了用於束線的空間和扭矩傳感器的重量。此外，增加了用於ECU6的計算單元69的計算負載。
[0075]然而，根據本實施例，可以在比較器51和52 (在扭矩傳感器101內)處確定磁性傳感器41和42中的任何一個是否發生故障。此外，根據每個磁性傳感器是否發生故障的情形，磁性傳感器41和42中的每一個將經核定檢測值或者異常確定信號輸出到ECU6。因此，E⑶6不需要執行確定磁性傳感器是正常還是異常的處理。從而降低了用於E⑶6的計算負載。
[0076]此外，由於在扭矩傳感器101和E⑶6之間需要僅僅兩個束線，束線的空間和重量與需要三個束線的比較例相比可以被降低。
[0077](2)根據本實施例的扭矩傳感器101，用於輸出檢測信號的第一磁性檢測元件411、用於輸出參考信號的第二磁性檢測元件412以及比較器51容納在一個IC封裝件41(第一磁性傳感器41)中。按照類似方式，用於輸出檢測信號的第一磁性檢測元件421，用於輸出參考信號的第二磁性檢測元件422以及比較器52容納在一個IC封裝件42 (第二磁性傳感器42)中。可以將用於那些部件的空間集中在一個IC封裝件中並且使在製造過程中管理部件控制更容易。
[0078](3)由於本實施例的扭矩傳感器101具有多個磁性傳感器41和42，ECU6可以在磁性傳感器中的另一個發生故障時通過使用來自磁性傳感器中的一個的經核定檢測值來繼續該控制(用於動力轉向操作)。更精確地，在電力轉向裝置中，轉向輔助扭矩(用於輔助扭矩的指令信號)基於施加到轉向軸94的所檢測的扭矩數值來被計算。用於逆變器的驅動電壓通過這種指令信號來控制，從而繼續電動機92的操作。因此，即使在磁性傳感器中的一個發生故障時，轉向輔助扭矩可以不斷地施加到轉向軸，使得車輛駕駛員可以容易地將該車輛駕駛到例如最近的汽車經銷商。
[0079](4)根據本實施例，電源線53p和54p以及接地線53g和54g彼此獨立地分別布置在磁性傳感器41和42與E⑶6之間。由於電源的電位以及地平面的電位對於多個磁性傳感器是共用的，可以在扭矩傳感器101和ECU6之間布置一個共用的電源線和一個共用的接地線，其中電源線和接地線在扭矩傳感器101中分叉到各個磁性傳感器41和42。
[0080]然而，正如在本實施例中的，在為各個磁性傳感器設置電源線和接地線時，即使電源線中的一個或者接地線中的一個斷開時可以繼續對動力轉向操作執行控制。
[0081](第二實施例)
[0082]根據第二實施例的扭矩傳感器102，設置與第一實施例中的大體相同的僅僅一個磁性傳感器41。在磁性傳感器41發生故障時不需要繼續通過ECU進行控制的情況下，並不總是需要兩個磁性傳感器。由於在第二實施例中ECU6不需要計算單元61，所以可以進一步降低用於E⑶6的計算負載。
[0083](第三實施例)
[0084]圖8中示出的第三實施例的扭矩傳感器103在用於容納磁性檢測元件的IC封裝件的結構上不同於第一實施例。
[0085]根據第三實施例，第一磁性傳感器410的磁性檢測元件431和442 (用於檢測信號和用於參考信號)中的每一個容納在各個IC封裝件43和44中。按照類似方式，第二磁性傳感器420的磁性檢測元件451和462(用於檢測信號和用於參考信號)中的每一個容納在各個IC封裝件45和46中。比較器51和52中的每一個設置在獨立於IC封裝件43、44和45、46的各個磁性傳感器41和42中。
[0086]各個磁性傳感器410和420與E⑶6之間的束線與第一實施例的那些相同。然而，在圖8中，僅僅示出了信號線53s和54s。
[0087]如圖8所示，IC封裝件43和44以及比較器51構成第一磁性傳感器410，而IC封裝件45和46以及比較器52構成第二磁性傳感器420。磁性傳感器410和420具有與第一實施例的磁性傳感器41和42的那些大體上相同功能。
[0088]IC封裝件43-46 (具有磁性檢測元件)中的每一個可以單獨地在磁性上檢測轉動方向和旋轉角。在這個含義中，IC封裝件43-46中的每一個可以被認為是寬泛含義的磁性傳感器。
[0089]然而，本公開的磁性傳感器被定義為具有用於檢測信號的磁性檢測元件、用於參考信號的磁性檢測元件以及比較器的磁性傳感器。
[0090](進一步的實施例和/或變型例)
[0091](A)在上述實施例中，多極磁體14連接到輸入軸11，同時磁軛對31和32連接到輸出軸12。然而，多極磁體14可以連接到輸出軸12，同時磁軛對31和32可以連接到輸入軸11。替換地，多極磁體14可以連接到扭力杆13的一端，同時磁軛對31和32可以連接到扭力杆13的另一端。
[0092](B)磁通集中部件70a和70b的形狀不應該限於圓環形狀。磁通集中部件可以按照半圓形形狀來形成。
[0093](C)本公開不應該限於用於電力轉向裝置的扭矩傳感器。本公開可以被應用到具有磁通生成部件和磁性傳感器的各種檢測裝置，其中磁通生成部件和磁性傳感器彼此可相對旋轉並且檢測連接到磁通生成部件和磁性傳感器中的任何一個的部件的相對位移。
[0094]例如，本公開可以應用到微角度檢測傳感器。替換地，本公開可以應用到旋轉角檢測傳感器，其中磁性傳感器可相對於磁通生成部件轉動並且磁性傳感器在比微角度檢測傳感器的角度範圍更大的角度範圍內轉動。
[0095]此外，本公開可以被應用到衝擊傳感器，其中磁性傳感器不是以轉動方式而是以線性地往復的方式相對於磁通生成部件移動。
[0096]如同上述，本公開不應該限於上述實施例和/或變型例而是可以在不脫離本公開的精神下按照各種方式來修改。
【權利要求】
1.一種磁性檢測裝置(101、102、103)，包括: 用於生成磁場的磁場生成部件(14);以及 磁性傳感器(41、42、410、420)，所述磁性傳感器相對於所述磁場生成部件(14)以可移動的方式設置，以檢測由所述磁場生成部件(14)所生成的磁場強度， 其中所述磁性檢測裝置檢測連接到所述磁場生成部件(14)和所述磁性傳感器(41、42.410.420)中的任何一個的檢測目標(13)的相對位移，以及 其中所述磁性傳感器(41、42、410、420)包括: 第一磁性檢測元件(411、421、431、451)，所述第一磁性檢測元件用於檢測穿過所述第一磁性檢測元件的磁通密度並且輸出作為臨時檢測值的輸出信號； 第二磁性檢測元件(412、422、442、462)，所述第二磁性檢測元件用於檢測穿過所述第二磁性檢測元件的磁通密度並且輸出作為參考值的輸出信號；以及 比較器(51、52)，所述比較器計算檢測偏差，所述檢測偏差為所述臨時檢測值和所述參考值之間的差值； 其中在所述檢測偏差小於預定臨界值(AEth)時，所述比較器(51、52)輸出與所述臨時檢測值對應的經核定檢測值的檢測信號(Sc)，而在所述檢測偏差比所述預定臨界值(AEth)更大時，所述比較器(51、52)輸出異常確定信號(Sf)。
2.根據權利要求1所 述的磁性檢測裝置，其中 所述第一磁性檢測元件(411、421)、所述第二磁性檢測元件(412、422)以及所述比較器(51、52)容納在一個IC封裝件(41、42)中。
3.根據權利要求2所述的磁性檢測裝置，其中 所述IC封裝件被形成為:高度小於寬度和深度，以及 所述第一磁性檢測元件(411、421)和所述第二磁性檢測元件(412、422)中的每一個檢測沿著所述第一磁性檢測元件和所述第二磁性檢測元件的高度方向穿過各自的磁通密度。
4.如權利要求1-3中的任一項所述的磁性檢測裝置，其中 所述磁性檢測裝置具有多個磁性傳感器(41、42、410、420)。
5.根據權利要求4所述的磁性檢測裝置，其中 所述磁性傳感器(41、42)中的每一個具有信號線(53s、54s)、電源線(53p、54p)以及接地線(53g、54g)，以及 所述磁性傳感器(41、42)的電源線(53p、54p)彼此獨立地布置，以及 所述磁性傳感器(41、42)的接地線(53g、54g)彼此獨立地布置。
6.如權利要求1-3中的任一項所述的磁性檢測裝置，其中 所述經核定檢測值的檢測信號(Sc)是在預定正常範圍內的電壓信號，而所述異常確定信號(Sf)是在所述預定正常範圍以外的電壓信號。
7.如權利要求1-3中的任一項所述的磁性檢測裝置，其中 所述磁性檢測裝置檢測連接到所述磁場生成部件(14)和所述磁性傳感器(41、42、410.420)中的任何一個的檢測目標(13)的相對位移的旋轉方向和旋轉角。
8.—種扭矩傳感器，如權利要求7所述的磁性檢測裝置應用到所述扭矩傳感器，包括: 作為所述檢測目標(13)工作的扭力杆(13)，所述扭力杆(13)同軸地設置在第一軸(11)和第二軸(12)之間，所述扭力杆(13)將施加在所述第一軸(11)和所述第二軸(12)之間的扭矩轉換為扭轉位移； 作為所述磁場生成部件(14)工作的多極磁體(14)，所述多極磁體(14)連接到所述第一軸(11)或者連接到所述扭力杆(13)的一端； 一對磁軛(31、32)，所述一對磁軛連接到所述第二軸(12)或者連接到所述扭力杆(13)的另一端，所述一對磁軛(31、32)在通過所述多極磁體(14)所生成的磁場中形成磁通迴路；以及 一對磁通收集部件(70a、70b)，所述一對磁通收集部件用於收集來自所述一對磁軛(31,32)的磁通； 其中所述磁性傳感器(41、42、410、420)檢測所述磁通收集部件(70a、70b)之間的磁場強度。
9.一種用於電力轉向裝置的扭矩傳感器，包括: 扭力杆(13)，所述扭力杆設置在所述電力轉向裝置(90)的轉向軸(94)中； 連接到所述扭力杆(13)的一端的多極磁體(14)； 一對磁軛(31、32)和一對磁通收集部件(70a、70b)，所述一對磁軛和所述一對磁通收集部件設置在所述多極磁體(14)的徑向向外的位置中，所述磁軛(31、32)和所述磁通收集部件(70a、70b)連接到所述扭力杆(13)的另一端，使得所述磁軛(31、32)和所述磁通收集部件(70a，70b)能夠相對於所述多極磁體(14)旋轉； 磁性傳感器(41、42、410、420)，所述磁性傳感器設置在所述一對磁通收集部件(70a、70b)之間，以檢測通過所述多極磁體(14)所生成的磁場的強度； 其中所述磁性傳感器(41、42、410、420)包括: 第一磁性檢測元件(411、421、431、451)，所述第一磁性檢測元件用於檢測穿過所述第一磁性檢測元件的磁通密度並且輸出臨時檢測值的輸出信號； 第二磁性檢測元件(412、422、442、462)，所述第二磁性檢測元件用於檢測穿過所述第二磁性檢測元件的磁通密度並且輸出參考值的輸出信號；以及 比較器(51、52)，所述比較器計算檢測偏差，所述檢測偏差為所述臨時檢測值和所述參考值之間的差值； 其中在所述檢測偏差小於預定臨界值(AEth)時，所述比較器(51、52)輸出與所述臨時檢測值對應的經核 定檢測值的檢測信號(Sc)，而在所述檢測偏差比所述預定臨界值(AEth)更大時，所述比較器(51、52)輸出異常確定信號(Sf)。
【文檔編號】B62D6/10GK103822740SQ201310571525
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月13日 優先權日:2012年11月15日
【發明者】高橋良樹, 深谷繁利, 株根秀樹 申請人:株式會社電裝