JP2005265593A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部からの磁界の影響が小さいトルク検出装置の提供。
【解決手段】 連結軸３により同軸に連結された第１軸１及び第２軸２と、第１軸１に固設された永久磁石５と、第２軸２に固定され、永久磁石５の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体４ａ，４ｂと、軟磁性体４ａ，４ｂに磁気結合され、軟磁性体４ａ，４ｂからの磁束をそれぞれ誘導すると共に、誘導した磁束を集める為の集磁部１９，１９をそれぞれ有する複数の補助軟磁性体８，８と、集磁部１９，１９に集められた磁束を検出する検出器６，６とを備え、第１軸１又は第２軸２にトルクが加えられたときに、検出器６，６の出力に基づき、トルクを検出すべくなしてあるトルク検出装置。集磁部１９，１９及び検出器６，６への外部からの磁気を遮蔽する磁気遮蔽部１８を備える構成である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の電動パワーステアリング装置等に好適に使用され、連結軸により同軸に連結された第１軸及び第２軸と、第1軸に固設された永久磁石と、第２軸に固定され、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、軟磁性体に磁気結合され、軟磁性体からの磁束を誘導する複数の補助軟磁性体と、補助軟磁性体が誘導した磁束を検出する検出器とを備え、第１軸又は第２軸にトルクが加えられたときに、検出器の出力に基づき、トルクを検出するトルク検出装置に関するものである。

車両の舵取装置に、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電動パワーステアリング装置がある。これは、操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）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、検出した操舵トルク値に基づき、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。このような電動パワーステアリング装置のトルク検出装置には、従来、コイルを用いて回転位置を検出する磁気検知式レゾルバ、又は光の透過を検知する光学式エンコーダの検出装置等が使用されている。

また、特許文献１には、図１の分解斜視図（ａ）及び縦断面図（ｂ）に示すように、トーションバー３により同軸に連結された入力軸１及び出力軸２と、入力軸１に固設されたリング状の２４極の永久磁石５と、出力軸２に固定され、永久磁石５の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体４ａ，４ｂからなる磁気ヨークと、磁気ヨーク４ａ，４ｂに磁気結合され、磁気ヨーク４ａ，４ｂからの磁束を誘導する２つの集磁リング８，８と、集磁リング８，８に設けられ集磁リング８，８が誘導した磁束を集める為の集磁部１９，１９と、集磁部１９，１９に集められた磁束を検出する２つの磁気センサ６，６（ホールＩＣ）とを備え、入力軸１にトルクが加えられたときに、磁気センサ６，６の出力に基づき、トルクを検出するトルクセンサが提案されている。
特開２００３−１４９０６２号公報

上述したようなトルクセンサでは、磁気ヨーク４ａ，４ｂ及び集磁リング８，８が外部からの磁界を拾うことがあり、磁気センサ６，６の検出値に影響を与え、トルク値を誤まって検出してしまうという問題がある。特に、集磁リング８，８では、磁束密度が小さいので、外部からの磁界の影響が大きい。

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、外部からの磁界の影響が小さいトルク検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係るトルク検出装置は、連結軸により同軸に連結された第１軸及び第２軸と、該第１軸に固設された永久磁石と、前記第２軸に固定され、前記永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、該軟磁性体に磁気結合され、該軟磁性体からの磁束をそれぞれ誘導すると共に、誘導した磁束を集める為の集磁部をそれぞれ有する複数の補助軟磁性体と、前記集磁部に集められた磁束を検出する検出器とを備え、前記第１軸又は第２軸にトルクが加えられたときに、前記検出器の出力に基づき、前記トルクを検出すべくなしてあるトルク検出装置において、前記集磁部及び検出器への外部からの磁気を遮蔽する磁気遮蔽部を備えていることを特徴とする。

本発明に係るトルク検出装置によれば、外部からの磁界の影響が大きい補助軟磁性体の内で、比較的表面積が大きい集磁部への外部からの磁気を遮蔽するので、外部からの磁界の影響が小さいトルク検出装置を実現することが出来る。

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実施の形態の構成を示す説明図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は縦断面図である。このトルク検出装置は、入力軸１（第１軸）と出力軸２（第２軸）とを、細径のトーションバー３（連結軸）を介して同軸状に連結している。入力軸１及び出力軸２は、それぞれピン９によりトーションバー３に連結されている。

入力軸１には、２４極（Ｎ，Ｓ極各１２極）が周方向に等間隔で着磁された円筒形状の永久磁石５が、同軸に固設されている。出力軸２には、半径方向に適当な隙間を設けて永久磁石５を囲む２つの磁気ヨーク４ａ，４ｂ（軟磁性体）が、同軸に固設されている。磁気ヨーク４ａ，４ｂは、板状のリングに、その板面に垂直な一方向に延びる１２個の二等辺三角形状の爪１０が等間隔に周設されている。２つの磁気ヨーク４ａ，４ｂは、それぞれの爪１０が周方向に適当な間隔でずれるように対向している。

磁気ヨーク４ａ，４ｂは、永久磁石５が形成する磁界内に配置され、トルクが入力軸１に加えられない中立状態で、それぞれの爪１０の先端が、永久磁石５のＮ極及びＳ極の境界を指すように配置される。磁気ヨーク４ａ，４ｂの周囲には、磁気ヨーク４ａ，４ｂにそれぞれ磁気結合され、磁気ヨーク４ａ，４ｂからの磁束をそれぞれ誘導し、互いに等間隔に平行に配置された２つの集磁リング８，８（補助軟磁性体）が配設されている。集磁リング８，８は、互いに他部分より近接する平板状の集磁部１９，１９を有し、その近接する部分により隙間が形成され、それぞれ誘導した磁束が集磁部１９，１９に集まるように形成されている。

集磁部１９，１９による隙間には、２つのホールＩＣ６（ホール素子、検出器）が挿入されている。集磁リング８，８は、図示しないハウジングにそれぞれ磁気的に絶縁された状態で固設されている。ホールＩＣ６は、図示しないハウジングに固定され、ホールＩＣ６の各リード線７は、図示しない基板に半田付けされ、ホールＩＣ６が作動する為の電源を供給し、ホールＩＣ６が検出した出力を得ている。
集磁部１９，１９は、２つのホールＩＣ６を挟んでいる状態で、磁性体製の断面四角形の筒状の磁気シールド１８（磁気遮蔽部）に嵌め込まれ、磁気シールド１８の側面部により磁気遮蔽されている。

図２は、上述したような構成のトルク検出装置を、電動パワーステアリング装置に実装した場合の構成例を示す縦断面図である。この電動パワーステアリング装置は、図示しないステアリング（ハンドル）に入力軸１が連結され、入力軸１の中空部にはトーションバー３の上半部が遊嵌され、トーションバー３の上端部はピン９ａにより入力軸１に連結されている。トーションバー３の下半部は、出力軸２の中空部に遊嵌され、トーションバー３の下端部はピン９ｂにより出力軸２に連結され、出力軸２の中空部の上部には、入力軸１の下部が遊嵌されている。出力軸２は、図示しない舵取機構に連結されている。

入力軸１は、軸受１３により電動パワーステアリング装置のハウジング１７に回動自在に支持され、出力軸２は、軸受１１，１２によりハウジング１７に回動自在に支持されている。
出力軸２には、ウォームホイール１５が固設され、ウォームホイール１５には、図示しない操舵補助モータのモータ軸に連結されたウォーム１４が噛合している。

入力軸１には永久磁石５が同軸に固設され、出力軸２には、半径方向に適当な隙間を設けて永久磁石５を囲む２つの磁気ヨーク４ａ，４ｂが、同軸に固設されている。磁気ヨーク４ａ，４ｂの周囲には、磁気ヨーク４ａ，４ｂにそれぞれ磁気結合され、互いに等間隔に平行に配置された２つの集磁リング８，８が配設されている。集磁リング８，８の集磁部１９，１９間には、２つのホールＩＣ６が挿入されている。
集磁部１９，１９は、２つのホールＩＣ６を挟んでいる状態で、磁性体製の断面四角形の筒状の磁気シールド１８に嵌め込まれて磁気遮蔽されている。

磁気ヨーク４ａ，４ｂは、合成樹脂２４により一体にモールドされ、集磁リング８，８、２つのホールＩＣ６及び磁気シールド１８は、合成樹脂２８により一体にモールドされ、合成樹脂２８は、電動パワーステアリング装置のハウジング１７に固定されている。ホールＩＣ６は、各リード線７が基板１６に半田付けされ、基板１６は、ホールＩＣ６が作動する為の電源を供給し、ホールＩＣ６が検出した出力を得ている。

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。入力軸１又は出力軸２にトルクが加えられないとき、磁気ヨーク４ａ，４ｂの各爪１０は、図３（ｂ）に示すように、永久磁石５のＮ極及びＳ極に対向する面積が等しくなり、Ｎ極から入る磁束とＳ極へ出る磁束とが等しくなるので、磁気ヨーク４ａ及び磁気ヨーク４ｂ間には磁束は生じない。

入力軸１又は出力軸２に一方向のトルクが加えられたとき、トーションバー３に捩れが生じて、磁気ヨーク４ａ，４ｂの各爪１０及び永久磁石５の相対位置が変化する。このとき、例えば、図３（ａ）に示すように、磁気ヨーク４ａの各爪１０に対向する面積が、永久磁石５のＮ極の方がＳ極より大きくなり、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より大きくなる。また、磁気ヨーク４ｂの各爪１０に対向する面積が、永久磁石５のＮ極の方がＳ極より小さくなり、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より小さくなる。その結果、磁気ヨーク４ａから磁気ヨーク４ｂへの磁束が生じ、この磁束密度は、各爪１０に対向するＮ極及びＳ極の面積の差が大きい程、大きくなる。

一方、入力軸１又は出力軸２に他方向のトルクが加えられたとき、上記とは逆方向に、トーションバー３に捩れが生じて、磁気ヨーク４ａ，４ｂの各爪１０及び永久磁石５の相対位置が変化する。このとき、例えば、図３（ｃ）に示すように、磁気ヨーク４ａの各爪１０に対向する面積が、永久磁石５のＮ極の方がＳ極より小さくなり、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より小さくなる。また、磁気ヨーク４ｂの各爪１０に対向する面積が、永久磁石５のＮ極の方がＳ極より大きくなり、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より大きくなる。その結果、磁気ヨーク４ｂから磁気ヨーク４ａへの磁束が生じ、この磁束密度は、各爪１０に対向するＮ極及びＳ極の面積の差が大きい程、大きくなる。

上述した磁気ヨーク４ａ及び磁気ヨーク４ｂ間のギャップに生じる磁束密度の変化を、トーションバー３の捩れ角である電気角−１８０〜１８０ｄｅｇ．（機械角−１５〜１５ｄｅｇ．）に対応させて図示すると、図３（ｄ）に示すような正弦波状となる。実際に使用される範囲は、トーションバー３の剛性から、−９０〜９０ｄｅｇ．を超えることはない。

上述した磁気ヨーク４ａ及び磁気ヨーク４ｂ間のギャップの磁束密度に応じて、磁気ヨーク４ａ，４ｂに生じた磁束は、集磁リング８，８によりそれぞれ誘導され、誘導された磁束は、集磁リング８，８の集磁部１９，１９に集中し、ホールＩＣ６，６により検出される。集磁リング８，８により、ホールＩＣ６，６は、磁気ヨーク４ａ，４ｂの全周で発生する磁束密度の平均を検出することが出来る。

本発明に係るトルク検出装置の実施の形態の構成を示す説明図である。 本発明に係るトルク検出装置を、電動パワーステアリング装置に実装した場合の構成例を示す縦断面図である。 本発明に係るトルク検出装置の動作例を示す説明図である。

符号の説明

１ 入力軸（第１軸）
２ 出力軸（第２軸）
３ トーションバー（連結軸）
４ａ，４ｂ 磁気ヨーク（軟磁性体）
５ 永久磁石
６ ホールＩＣ（ホール素子、検出器）
７ リード線
８ 集磁リング（補助軟磁性体）
１０ 爪
１６ 基板
１７ ハウジング
１８ 磁気シールド（磁気遮蔽部）
１９ 集磁部

Claims (1)

1. 連結軸により同軸に連結された第１軸及び第２軸と、該第１軸に固設された永久磁石と、前記第２軸に固定され、前記永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、該軟磁性体に磁気結合され、該軟磁性体からの磁束をそれぞれ誘導すると共に、誘導した磁束を集める為の集磁部をそれぞれ有する複数の補助軟磁性体と、前記集磁部に集められた磁束を検出する検出器とを備え、前記第１軸又は第２軸にトルクが加えられたときに、前記検出器の出力に基づき、前記トルクを検出すべくなしてあるトルク検出装置において、
   前記集磁部及び検出器への外部からの磁気を遮蔽する磁気遮蔽部を備えていることを特徴とするトルク検出装置。

Images