(57)【要約】【課題】  磁気センサの出力電圧を増幅器でトリミングする必要がないトルク検出装置の組立方法の提供。【解決手段】  回転体に設けられた磁性体の１又は複数のターゲットと、磁気抵抗素子回路及び増幅器からなりターゲットに対向配置され、回転体が回転するに従って検出信号を出力する１又は複数の磁気センサとを、回転体の回転軸方向に離隔して２組設け、磁気センサが出力した各検出信号に基づき回転体に加わるトルクを算出し出力するトルク検出装置の組立方法。磁気抵抗素子回路が夫々取り得る出力振幅に適合する増幅器の利得を階層分けし、階層分けした利得に増幅器を夫々調整しておき（Ｓ２）、磁気センサの組立時に、増幅器の中から磁気抵抗素子回路の出力振幅（Ｓ４）に適合する利得に調整してある増幅器を選択して（Ｓ６）、磁気抵抗素子回路に接続し（Ｓ８）、磁気センサを組立てる。【選択図】        図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に設けられた磁性体の１又は複数のターゲットと、磁気抵抗素子回路及び増幅器からなり、前記ターゲットに対向配置され、前記回転体が回転するに従って検出信号を出力する１又は複数の磁気センサとを、前記回転体の回転軸方向に離隔して２組設け、前記磁気センサがそれぞれ出力した検出信号に基づき、前記回転体に加わるトルクを算出して出力するトルク検出装置の組立方法において、
磁気抵抗素子回路がそれぞれ取り得る出力振幅に適合する増幅器の利得を階層分けし、階層分けした利得に複数の増幅器をそれぞれ調整しておき、前記磁気センサの組立時に、前記増幅器の中から、磁気抵抗素子回路の出力振幅に適合する利得に調整してある増幅器を選択して、前記磁気抵抗素子回路に接続し、前記磁気センサを組み立てることを特徴とするトルク検出装置の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体に設けられた磁性体の１又は複数のターゲットと、磁気抵抗素子回路及び増幅器からなり、ターゲットに対向配置され、回転体が回転するに従って検出信号を出力する１又は複数の磁気センサとを、回転体の回転軸方向に離隔して２組設け、磁気センサがそれぞれ出力した検出信号に基づき、回転体に加わるトルクを算出して出力するトルク検出装置を組み立てるトルク検出装置の組立方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の舵取装置に、電動モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減するものがある。これは、操舵輪（ステアリングホイール）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルク検出装置が入力軸に加わる操舵トルクを検出し、トルク検出装置が検出した操舵トルクに基づき、出力軸に連動する操舵補助用の電動モータを駆動制御するものである。
【０００３】
このような舵取装置で使用されるトルク検出装置の１つとして、回転体に設けられた磁性体のターゲットと、磁気抵抗素子回路、増幅器及びバイアス用磁石からなる磁気センサとを、回転体を入力軸及び出力軸にそれぞれ同軸に固設して、２組設けたトルク検出装置がある。このトルク検出装置では、２つの磁気センサが、それぞれバイアス用磁石による磁界のターゲットの（回転体の回転による）変移による変化を、磁気抵抗素子の抵抗変化に変換し、その抵抗変化を磁気抵抗素子からなる分圧回路により正弦波電圧に近似させて増幅し出力している。
【０００４】
２つの磁気センサがそれぞれ出力した電圧の差は、入力軸及び出力軸を連結する連結軸の捩れに対応するようにしてあり、出力電圧の差に基づき、その捩れを生じさせたトルクを知ることが出来る。
【特許文献１】特開２００３−９８０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したトルク検出装置では、磁気センサは、磁気抵抗素子からなる分圧回路が出力する電圧の振幅及び振幅の中点電圧がばらばらであり、従来は、増幅器でそれぞれトリミングすることにより揃えているが、手間が掛かるという問題がある。
【０００６】
特許文献１には、ターゲットがそれぞれ磁気センサとの対向位置を通過する間に、磁気センサがそれぞれ出力した信号の平均値を求め、磁気センサがそれぞれ出力する信号を、求めた平均値に一致させるように補正するトルク検出装置が開示されている。
【０００７】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、磁気センサの出力電圧を増幅器でトリミングする必要がないトルク検出装置の組立方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るトルク検出装置の組立方法は、回転体に設けられた磁性体の１又は複数のターゲットと、磁気抵抗素子回路及び増幅器からなり、前記ターゲットに対向配置され、前記回転体が回転するに従って検出信号を出力する１又は複数の磁気センサとを、前記回転体の回転軸方向に離隔して２組設け、前記磁気センサがそれぞれ出力した検出信号に基づき、前記回転体に加わるトルクを算出して出力するトルク検出装置の組立方法において、磁気抵抗素子回路がそれぞれ取り得る出力振幅に適合する増幅器の利得を階層分けし、階層分けした利得に複数の増幅器をそれぞれ調整しておき、前記磁気センサの組立時に、前記増幅器の中から、磁気抵抗素子回路の出力振幅に適合する利得に調整してある増幅器を選択して、前記磁気抵抗素子回路に接続し、前記磁気センサを組み立てることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るトルク検出装置の組立方法によれば、磁気センサの出力電圧を増幅器でトリミングする必要がないトルク検出装置の組立方法を実現出来、トルク検出装置の組立コストを削減することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るトルク検出装置の組立方法の実施の形態が適用されるトルク検出装置の構成を模式的に示す模式図である。このトルク検出装置は、例えば車両の舵取装置に取り付けられており、上端を操舵輪１（操舵部材）に連結された入力軸１６（回転体）と、下端を舵取機構のピニオン１８に連結された出力軸１７（回転体）とを、細径のトーションバー１９（連結軸）を介して同軸状に連結し、前記操舵輪１と舵取機構とを連絡する操舵軸１３が構成されており、入力軸１６及び出力軸１７の連結部近傍は以下のように構成されている。
【００１１】
入力軸１６には、出力軸１７との連結側端部近傍に、円板形をなすターゲット板１２ａ，１２ｂが同軸状に、ターゲット板１２ａ（回転体）を操舵輪１側にして外嵌固定されている。ターゲット板１２ａの外周面には、磁性体製の凸起であるターゲット３ａが、例えば３６個、周方向に等間隔で突設され、ターゲット板１２ｂの外周面には、磁性体製の凸起であるターゲット３ｂが、ターゲット３ａの個数と互いに素である個数、例えば３７個、周方向に等間隔で突設されている。ここで、互いに素であるとは、１以外の公約数を持たないことを意味する。このターゲット３ａ，３ｂは、インボリュート歯形を有する平歯車の歯からなり、環状の平歯車がターゲット板１２ａ，１２ｂ及びターゲット３ａ，３ｂを構成している。
【００１２】
上述したターゲット３ａと同様の３６個のターゲット３ｃを備えたターゲット板１２ｃ（回転体）が、出力軸１７の入力軸１６との連結側端部近傍にも外嵌固定されており、出力軸１７側のターゲット板１２ｃの各ターゲット３ｃと、入力軸１６側のターゲット板１２ａの各ターゲット３ａとは周方向に整合されて並設されている。尚、ターゲット３ａ，３ｂ，３ｃである歯は、入力軸１６及び出力軸１７を磁性体製とし、入力軸１６及び出力軸１７の周面を歯切り加工することにより形成されてもよい。
【００１３】
ターゲット板１２ａ，１２ｂ，１２ｃの外側には、それぞれの外周のターゲット３ａ，３ｂ，３ｃの外縁を臨むように、センサボックス１１ａが配設されている。センサボックス１１ａは、入力軸１６及び出力軸１７を支承するハウジング（図示せず）等の動かない部位に固定支持されている。センサボックス１１ａの内部には、入力軸１６側のターゲット３ａの周方向に異なる部位に対向する磁気センサ１Ａ，１Ｂと、出力軸１７側のターゲット３ｃの周方向に異なる部位に対向する磁気センサ２Ａ，２Ｂとが、周方向位置を正しく合わせて収納されている。また、入力軸１６側のターゲット３ｂの周方向に異なる部位に対向する磁気センサ３Ａ，３Ｂが収納されている。
【００１４】
磁気センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂは、磁気抵抗素子（磁気抵抗効果素子、ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特性（抵抗）が変化する特性を有する素子を用い、対向するターゲット３ａ，３ｃ，３ｂの近接する部位に応じて検出信号が変わるように構成されたセンサであり、これらの検出信号は、センサボックス１１ａ外部又は内部のマイクロプロセッサを用いてなる演算処理回路１０に与えられている。
【００１５】
磁気センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂは、それぞれ図２に示すように、２個の磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２が、検出面に沿って並ぶように直列接続されており、検出面の反対側にバイアス用磁石Ｍを備えている。磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２は、それぞれ図３に示すように、磁束密度の変化に対して抵抗が変化する電気的特性を有している。
【００１６】
磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の直列回路を、定電圧Ｖinを分圧する分圧回路（磁気抵抗素子回路）としてあり、検出面に近接させて、ターゲット３を移動させると、図２（ａ）に示すように、磁気抵抗素子ＭＲ１にターゲット３が最接近した位置では、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の分圧Ｖout は、図４に示すように、最小電圧値になる。図２（ｂ）に示すように、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２から等距離にターゲット３が位置するときは、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の分圧Ｖout は、図４に示すように、中点電圧値Ｖin／２になる。図２（ｃ）に示すように、磁気抵抗素子ＭＲ２にターゲット３が最接近した位置では、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の分圧Ｖout は、図４に示すように、最大電圧値になる。ターゲット３が磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２に近接して通過すると、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２の分圧Ｖout は、図４に示すような正弦波に近似した波形となる。
【００１７】
図５は、磁気センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂの回路構成例を示す回路図である。磁気センサ１Ａは、基準電圧Ｖref の磁気抵抗素子ＭＲ11，ＭＲ12による分圧を増幅器１Ａａが増幅し、検出信号Ｖ１Ａとして出力する。磁気センサ１Ｂは、基準電圧Ｖref の磁気抵抗素子ＭＲ21，ＭＲ22による分圧を増幅器１Ｂａが増幅し、検出信号Ｖ１Ｂとして出力する。磁気センサ２Ａは、基準電圧Ｖref の磁気抵抗素子ＭＲ31，ＭＲ32による分圧を増幅器２Ａａが増幅し、検出信号Ｖ２Ａとして出力する。
【００１８】
磁気センサ２Ｂは、基準電圧Ｖref の磁気抵抗素子ＭＲ41，ＭＲ42による分圧を増幅器２Ｂａが増幅し、検出信号Ｖ２Ｂとして出力する。磁気センサ３Ａは、基準電圧Ｖref の磁気抵抗素子ＭＲ51，ＭＲ52による分圧を増幅器３Ａａが増幅し、検出信号Ｖ３Ａとして出力する。磁気センサ３Ｂは、基準電圧Ｖref の磁気抵抗素子ＭＲ61，ＭＲ62による分圧を増幅器３Ｂａが増幅し、検出信号Ｖ３Ｂとして出力する。基準電圧Ｖref は５Ｖであり、増幅器１Ａａ，１Ｂａ，２Ａａ，２Ｂａ，３Ａａ，３Ｂａには、１２Ｖの電源電圧Ｖccが与えられている。
【００１９】
尚、磁気抵抗素子ＭＲ11，ＭＲ12と磁気抵抗素子ＭＲ21，ＭＲ22、磁気抵抗素子ＭＲ31，ＭＲ32と磁気抵抗素子ＭＲ41，ＭＲ42、磁気抵抗素子ＭＲ51，ＭＲ52と磁気抵抗素子ＭＲ61，ＭＲ62は、それぞれ１チップに形成されている。１チップを構成する２つの分圧回路（磁気抵抗素子回路）は、出力振幅は揃えられているが、振幅の中点電圧は揃えられていない。中点電圧が揃っていない問題点は、後述するテーブル１４（図１）を参照する方法により解決することが出来る。
【００２０】
図６は、増幅器１Ａａ，１Ｂａ，２Ａａ，２Ｂａ，３Ａａ，３Ｂａの内部構成例を示すブロック図である。これらの増幅器は、基準電圧Ｖref の磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２による分圧が、抵抗Ｒ４を通じてオペアンプＱ１の非反転入力端子に与えられている。抵抗Ｒ１、可変抵抗ＶＲ１及び抵抗Ｒ２による直列回路の両端に基準電圧Ｖref が与えられ、その可変抵抗ＶＲ１の可変端子における分圧が、抵抗Ｒ３を通じてオペアンプＱ１の反転入力端子に与えられている。可変抵抗ＶＲ１の可変端子と接地端子との間にはコンデンサＣが接続されている。
【００２１】
オペアンプＱ１の抵抗Ｒ６を通じた出力が、抵抗Ｒ５及び可変抵抗ＶＲ２を通じて、オペアンプＱ１の反転入力端子に負帰還されている。オペアンプＱ１には１２Ｖの電源電圧Ｖccが与えられている。オペアンプＱ１の抵抗Ｒ６を通じた出力が、増幅器の出力として与えられる。オペアンプＱ１の非反転入力端子に与えられた磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２による分圧は、可変抵抗ＶＲ１，ＶＲ２により調節された利得により増幅されて、オペアンプＱ１の出力端子から抵抗Ｒ６を通じて出力される。
【００２２】
演算処理回路１０（図１）には、入力軸１６が回転したときの回転角度と磁気センサ１Ａ，１Ｂ，３Ａ，３Ｂの実測した各検出信号の値とを対応させて記憶しているテーブル１４が内蔵されている。磁気センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂは、各ターゲット３ａ，３ｃ，３ｂの通過に応じて、上述したように、正弦波に近似した検出信号を出力する。
【００２３】
以下に、このような構成のトルク検出装置の動作を説明する。各磁気センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂは、対応するターゲット３ａ，３ｃ，３ｂがそれぞれのセンサとの対向位置を通過する間、それぞれ図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、入出力軸１６，１７の各回転角度の変化に応じて、上昇し下降する検出信号を出力する。
【００２４】
磁気センサ１Ａ，１Ｂの検出信号は、これらに対応するターゲット３ａが設けられた入力軸１６の回転角度に対応するものとなり、磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号は、これらに対応するターゲット３ｂが設けられた入力軸１６の回転角度に対応するものとなり、磁気センサ２Ａ，２Ｂの検出信号は、これらが対向するターゲット３ｃが設けられた出力軸１７の回転角度に対応するものとなる。
【００２５】
従って、演算処理回路１０は、磁気センサ１Ａ，１Ｂの検出信号から入力軸１６の相対回転角度を算出することができ、演算処理回路１０及び磁気センサ１Ａ，１Ｂは入力軸１６の回転角度検出装置として作動する。また、演算処理回路１０は、磁気センサ２Ａ，２Ｂの検出信号から出力軸１７の相対回転角度を算出することができ、演算処理回路１０及び磁気センサ２Ａ，２Ｂは出力軸１７の回転角度検出装置として作動する。
【００２６】
入力軸１６にトルクが加わった場合、磁気センサ１Ａ，１Ｂの各検出信号と磁気センサ２Ａ，２Ｂの各検出信号とには差が生じる。磁気センサ１Ａ，２Ａと磁気センサ１Ｂ，２Ｂとは、ターゲット板１２ａ，１２ｃの周方向に、例えば電気角９０°位相を異ならせている。それぞれの検出信号は、上昇及び下降の転換点である極大値及び極小値で非線形的な変化率が最大となるが、位相が異なっている為、相互に補完させることが出来る。尚、補完が可能であれば、異なる位相角度は電気角１°〜３６０°未満の何れでも良い。
【００２７】
ここで、磁気センサ１Ａの検出信号と磁気センサ２Ａの検出信号との差、又は磁気センサ１Ｂの検出信号と磁気センサ２Ｂの検出信号との差は、入力軸１６と出力軸１７との回転角度の差（相対角度変位）に対応するものとなる。この相対角度変位は、入力軸１６に加わるトルクの作用下において、入力軸１６と出力軸１７とを連結するトーションバー１９に生じる捩れ角度に対応する。従って、前述した検出信号の差に基づいて入力軸１６に加わるトルクを算出することが出来る。
【００２８】
また、磁気センサ３Ａ及び磁気センサ３Ｂは、磁気センサ１Ａ及び磁気センサ１Ｂと同様に、ターゲット板１２ｂの周方向に、電気角９０°位相が異なっているが、磁気センサ１Ａ及び磁気センサ１Ｂに対向するターゲット３ａの個数が３６個であるのに対して、磁気センサ３Ａ及び磁気センサ３Ｂに対向するターゲット３ｂの個数は３７個である。従って、磁気センサ１Ａ，３Ａ及び磁気センサ１Ｂ，３Ｂは、図８に示すように、入力軸１６が１位相回転する都度、１／３７位相宛、それぞれ互いに位相がずれて行く検出信号を出力する。
【００２９】
磁気センサ１Ａ，３Ａのみ又は磁気センサ１Ｂ，３Ｂのみでは、図８に示すように、入力軸１６が３６０°回転する間に、同じ検出信号値の組が２回出現するので、入力軸１６の回転角度（絶対回転角度）を特定出来ないが、磁気センサ１Ａ，３Ａ，１Ｂ，３Ｂの各検出信号値をテーブル１４で参照することにより、入力軸１６の回転角度を特定することが出来る。
【００３０】
図９は、以上のようなトルク検出装置を組み立てる際の各磁気センサ１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂを組み立てる方法を示すフローチャートである。磁気センサを組み立てるには、予め、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２（図２，６）（磁気抵抗素子回路）による分圧が取り得る様々な出力振幅に対して、所定の振幅に増幅して出力出来るような（適合する）増幅器の利得を定めて階層分けしておく。磁気センサを組み立てる際には、先ず、多数の増幅器を階層分けした各利得に調整しておく（Ｓ２）。
【００３１】
次に、図２に示したような状況により、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２（ＭＲチップ）の出力振幅を判別する（Ｓ４）。次に、判別した出力振幅に応じた利得に調整してある増幅器（Ｓ２）を選択し（Ｓ６）、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２と接続して、磁気センサとして組込む（Ｓ８）。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るトルク検出装置の組立方法の実施の形態が適用されるトルク検出装置の構成を模式的に示す模式図である。
【図２】磁気センサを説明する為の説明図である。
【図３】磁気抵抗素子の電気的特性の例を示す特性図。
【図４】磁気センサの出力波形の例を示す波形図である。
【図５】磁気センサの回路構成の例を示す回路図である。
【図６】増幅器の内部構成例を示すブロック図である。
【図７】磁気センサの出力波形の例を示す波形図である。
【図８】磁気センサの出力波形の例を示す波形図である。
【図９】本発明に係るトルク検出装置の組立方法による各磁気センサを組み立てる方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１  操舵輪（操舵部材）
１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ  磁気センサ
１Ａａ，１Ｂａ，２Ａａ，２Ｂａ，３Ａａ，３Ｂａ  増幅器
３，３ａ，３ｂ，３ｃ  ターゲット
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  ターゲット板（回転体）
１０  演算処理回路
１４  テーブル
１６  入力軸（回転体）
１７  出力軸（回転体）
１８  ピニオン（舵取機構）
１９  連結軸（トーションバー）
ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ11，ＭＲ12，ＭＲ21，ＭＲ22，ＭＲ31，ＭＲ32，ＭＲ41，ＭＲ42，ＭＲ51，ＭＲ52，ＭＲ61，ＭＲ62  磁気抵抗素子（磁気抵抗効果素子、ＭＲ素子、磁気抵抗素子回路）
Ｑ１  オペアンプ
ＶＲ１，ＶＲ２  可変抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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