JP2003344187A

JP2003344187A - トルク検出機構

Info

Publication number: JP2003344187A
Application number: JP2002159167A
Authority: JP
Inventors: Takenobu Nakamura; 健信中村; Ichikazu Okumura; 一千奥村; Saneyoshi Yoshikawa; 真楽吉川; Kazuhiro Sasaki; 和弘佐々木
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2003-12-03

Abstract

(57)【要約】【課題】入力軸と出力軸との間に生じる相対回転量を
トルクとして直接検出することができるトルク検出機構
を提供する。【解決手段】入力軸側対向面７を入力軸２の軸線に対
して垂直に形成するとともに、この入力軸側対向面７に
は、磁束を検出するセンサー９、１０を、１８０度位相
をずらした位置に設けている。出力軸３の出力軸側対向
面８を傾斜させている。この傾斜はその高さが最も高く
なる点１１から、最も低くなる点１２に向かって、平面
で切断した形状にしている。このような形状にすること
によって、この出力軸側対向面８には、上記点１１と点
１２との中間部に一対の傾斜部１３，１４が形成され
る。上記傾斜部１３、１４には、その中間に位置するよ
うに磁石１５、１６を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、入力軸と出力軸
との相対回転量からトルクを検出するトルク検出機構に
関する。

【０００２】

【従来の技術】パワーステアリングのトルク検出機構と
しては、本願出願人がすでに特開２０００−０５５７５
２号公報で開示したものがある。この装置は、図５に示
すように、ギヤケース２４内に、図示しないステアリン
グホイールに連係する入力軸２５を回転自在に組み込む
とともに、この入力軸２５と同軸線上に出力軸２６も回
転自在に組み込んでいる。そして、これら入力軸２５と
出力軸２６とをトーションバー２７を介して連結してい
る。また、上記出力軸２６には、図示していないピニオ
ンギヤを形成し、このピニオンギヤをラックシャフトに
かみ合わせている。そして、このラックシャフトに電動
モータＭの駆動力を伝達するようにしている。

【０００３】上記入力軸２５は非磁性体からなる筒部材
２８をヘリカル溝部で螺合している。また、この筒部材
２８には、１８０度位相をずらした位置に軸線方向に延
びる一対の軸方向溝２９、２９を形成している。そし
て、これら軸方向溝２９、２９には、出力軸２６に固定
したピン３０、３０を摺動自在に臨ませている。このよ
うにすることによって、出力軸２６に対する筒部材２８
の回転をピン３０、３０によって規制している。

【０００４】上記回転を規制された筒部材２８におい
て、出力軸２６に対して入力軸２５が回転すると、この
筒部材２８は、入力軸２５とのヘリカル溝形状に沿って
軸線方向に移動する。また、この筒部材２８の外周に
は、磁石よりなる環状のリング部材３１を固定してい
る。そして、このリング部材３１に対向するギヤケース
２４には、一対の磁気感応素子３２、３２を１８０度位
相をずらした位置に固定している。これら磁気感応素子
３２、３２は、上記リング部材３１からの磁束を検出し
て、その検出値を電圧の変化として出力する機能を持っ
ている。

【０００５】次に、この従来例の作用を説明する。図示
していない車輪から負荷が出力軸２６に伝わった状態
で、図示していないステアリングホイールを回して入力
軸２５を回転させると、トーションバー２７がねじれな
がら入力軸２５と出力軸２６とが相対回転する。このよ
うに入出力軸２５、２６が相対回転すると、筒部材２８
が軸線方向にスライドするので、リング部材３１も移動
する。図６に示したように、リング部材３１が軸線方向
に移動したことを、便宜上磁気感応素子３２がリング部
材３１に対して、矢印にように移動したと考えると、磁
気感応素子３２に対向する磁束の水平方向成分Ｂ１が変
化することになる。磁気感応素子３２は、この磁束の水
平方向成分Ｂ１を検出し、電圧信号としてコントローラ
Ｃに出力する。

【０００６】上記磁気感応素子３２、３２で検出された
電圧信号は、図７に示すようにコントローラＣに入力さ
れる。これら電圧信号を入力されたコントローラＣは、
両方の電圧信号を平均化して、この平均化された信号に
基づいて電動モータＭの出力を制御する。そして、この
コントローラＣで制御された電動モータＭがアシスト力
を発揮する。一方、トーションバー２７がねじられた状
態で入力軸２５と出力軸２６とが一体回転すると、筒部
材２８がギヤケース２４に対して回転するが、この場
合、筒部材２８の外周には、リング部材３１が環状に設
けられているので、磁気感応素子３２は常に磁束を検出
できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の機構では、
入力軸２５と出力軸２６との間に生じる相対回転を、軸
方向へのスライド量に変換し、このスライド量を磁束の
変化によって検出している。このように相対回転を、ス
ライド量に変換するために、入力軸２５と筒部材２８と
を螺合し、上記筒部材２８の回転を規制することによっ
て、この筒部材２８が入力軸２５の軸線方向にスライド
するようにしている。しかし、上記入力軸２５と筒部材
２８との螺合部には、ガタが発生する可能性がある。ま
た、上記筒部材２８の回転を規制するためのピン３０、
３０と軸方向溝２９、２９との間にもどうしてもガタが
生じてしまう。

【０００８】このように、ガタが生じると、入力軸２５
と出力軸２６との相対回転に対して、これを変換した筒
部材２８のスライド量の誤差が発生する。スライド量の
誤差が発生すると、磁束の検出精度が低下してしまうと
いう問題があった。特に、この誤差は上記相対回転が小
さいときには、スライド量に対する誤差の比率が大きく
なり、磁束の検出精度もより一層低くなるという問題が
あった。

【０００９】この発明の目的は、入力軸と出力軸との間
に生じる相対回転量をトルクとして直接検出することが
できるトルク検出機構を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、ステアリ
ングホイールに連係した入力軸と、車輪を連係した出力
軸とを同軸上で対向させ、上記入力軸と出力軸との相対
回転量から入力トルクを検出し、その信号をコントロー
ラに出力するトルク検出機構において、入力軸側対向面
あるいは出力軸側対向面のいずれか一方に磁性体を備
え、いずれか他方に磁束を検出するセンサーを備えると
ともに、上記磁性体はセンサーに対して傾斜して配置さ
れ、上記入力軸側対向面と出力軸側対向面とが相対回転
しない中立時に、上記磁性体とセンサーとが軸方向で対
向して配置され、上記入力軸側対向面と出力軸側対向面
とが相対回転したとき、磁性体とセンサーとの間に距離
の変化を生じるとともに、この距離の変化により上記セ
ンサーで検出される磁束を変化させる構成にしたことを
特徴とする。

【００１１】第２の発明は、磁性体とセンサーとの対を
２対設け、上記一方の対と他方の対とは１８０度位相を
ずらし、入力軸が中立位置にあるとき、２対の磁性体と
センサーとの相対距離を等しくするとともに、入力軸側
対向面と出力軸側対向面とが相対回転したとき、一方の
対の磁性体とセンサーとの間の軸方向の相対距離を短く
するとともに、他方の対の磁性体とセンサーとの間の軸
方向の相対距離を長くし、さらに上記相対回転量に対す
るこれら相対距離の変化量を等しくしたことを特徴とす
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施形態を示
したものである。図１に示すように、ギヤケース１内
に、図示していないステアリングホイールに連係する入
力軸２を回転自在に組み込んでいる。そして、これら入
力軸２と同軸線上に出力軸３も回転自在に組み込んでい
る。上記入力軸２と出力軸３とをトーションバー４を介
して連結している。また、上記出力軸３には、図示して
いないピニオンギヤを形成し、このピニオンギヤをラッ
クシャフトにかみ合わせている。そして、このラックシ
ャフトに電動モータＭの駆動力を伝達するようにしてい
る。このモータＭの制御をコントローラＣで行うこと
は、従来例と同様である。

【００１３】上記入力軸２にはフランジ部５を設けると
ともに、このフランジ部５に出力軸と対向する入力軸側
対向面７を形成している。また、出力軸３にも、上記入
力軸側対向面７と対向する出力軸側対向面８を形成して
いる。上記入力軸側対向面７と出力軸側対向面８の拡大
斜視図を図２に示している。図示したように、上記入力
軸側対向面７を入力軸２の軸線に対して垂直に形成する
とともに、この入力軸側対向面７には、磁束を検出する
センサー９、１０を、１８０度位相をずらした位置に設
けている。このセンサー９、１０として、ホールＩＣを
用いている。このセンサー９、１０で検出された磁束の
信号は、コントローラＣに出力される。

【００１４】また、上記図２に示したように、出力軸３
の出力軸側対向面８を傾斜させている。この傾斜はその
高さが最も高くなる点１１から、最も低くなる点１２に
向かって、平面で切断した形状にしている。このような
形状にすることによって、この出力軸側対向面８には、
上記点１１と点１２との中間部に一対の傾斜部１３，１
４が形成される。上記傾斜部１３、１４には、その中間
に位置するように磁石１５、１６を設けている。この磁
石１５と磁石１６とは同じプラスの極性を有するものと
している。

【００１５】また、上記のような実施形態によれば、入
力軸２が中立位置にある場合、センサー９が磁石１５の
中央部分に対向して位置し、センサー１０が磁石１６の
中央部分に対向して位置するようにしている。さらに、
上記入力軸２が中立位置にある場合には、上記センサー
９と磁石１５との相対距離、および、センサー１０と磁
石１６との相対距離が等しくなるようにしている。そし
て、上記入力軸２が図２で示した矢印方向に回転した場
合、その回転量が多くなればなるほど、センサー９と磁
石１５との距離は短くなり、センサー１０と磁石１６と
の距離は長くなる。したがって、センサー９によって検
出される磁束は大きくなり、センサー１０によって検出
される磁束は小さくなる。

【００１６】一方、入力軸２が図２で示した矢印と逆方
向に回転した場合、センサー９と磁石１５との距離は長
くなり、センサー１０と磁石１６との距離は短くなる。
したがって、センサー９によって検出される磁束は小さ
くなり、センサー１０によって検出される磁束は大きく
なる。そして、このセンサー９、１０の検出信号は、コ
ントローラＣに入力され、コントローラＣによってモー
タＭの制御を行うことができる。

【００１７】図３は、この実施形態における、入力軸２
および出力軸３の相対回転角度θと、磁束Ｆとの関係を
表している。図２の矢印方向に入力軸を回転させた場
合、相対回転角度θはプラス側になり、反対方向に回転
させた場合、相対回転角度θはマイナス側になるように
している。また、図３に示した実線は、センサー９から
出力された信号であり、点線は、センサー１０から出力
された信号である。

【００１８】図２の矢印方向に入力軸を回転させたと
き、トルク検出用センサー９とトルク検出用磁石１５は
その距離が短くなるので、トルク検出用センサー９から
の信号は大きくなる。一方、トルク検出用センサー１０
とトルク検出用磁石１６とはその距離が長くなるので、
トルク検出用センサー１０からの信号は小さくなる。そ
して、これらトルク検出用センサー９およびトルク検出
用センサー１０の信号を検出することによって、入力軸
２および出力軸３間でのトルクを検出することができ
る。また、これらトルク検出用センサー９とトルク検出
用センサー１０からの信号は、これらトルク検出用セン
サー９，１０を１８０度位相させているので、出力され
た信号の和は一定値をとる。

【００１９】したがって、上記実施形態では、コントロ
ーラＣでセンサー９および１０から入力された信号の和
の値を比較し、これら和の値に差がなければ正常と判断
し、ある設定値以上かけ離れた値であったときには、ど
ちらか一方のセンサーが故障しているということを判断
することができる。

【００２０】また、上記図３で明らかなとおり、入力軸
２の回転角度θと磁束Ｆとの関係は、一次関数で示され
るような比例関係にはならない。なぜなら、上記入力軸
２を回転させた場合、この入力軸２と出力軸３との相対
位相に対して、センサー９、１０によって検出される磁
束が正比例しないからである。したがって、上記図３の
ような信号がセンサー９、１０から出力された場合に
は、コントローラＣで直線補正をして、この直線補正さ
れた信号によってモータＭを制御するようにしている。

【００２１】ただし、上記傾斜部１３、１４をヘリカル
加工によって形成するとともに、このヘリカル加工をす
る場合、センサー９、１０が検出する磁束と、入出力軸
２，３の相対回転角度θとを比例させるような形状に考
慮することによって、コントローラＣでの補正が不要に
なる。したがって、センサーから出力されたそのままの
信号でモータＭを制御することができる。

【００２２】このように、この実施形態によれば、入力
軸２と出力軸３との間に生じる相対回転量を、磁束の変
化によって検出することができる。したがって、従来の
ように、この回転量を軸方向へのスライド量に変換する
必要がない。すなわち、スライド量に変換するための機
構のガタにより検出精度を低下させることがなくなると
ともに、トルクにより発生する回転位相量をそまま検出
することができるので、その分、検出精度の劣化を生じ
ることがない。したがって、ガタが生じない分、高い精
度で上記回転量を検出することができる。特に、相対回
転の量が小さいときでも、検出誤差がほとんどない高い
精度を得ることができる。また、上記スライド量に変換
するための機構が必要ないので、その分、部品点数も減
少し、コストダウンを図ることができる。

【００２３】なお、上記実施形態では、１８０度位相を
ずらした２つのセンサー９、１０を用いているが、この
センサーがひとつであってもよい。ただし、上記のよう
に２つのセンサーを用いることによって、センサーによ
る検出の信頼性を向上させることができる。さらに、上
記センサー９、１０として用いているホールＩＣの極性
を逆にしたり、出力軸３の上り傾斜部１３と下り傾斜部
１４に設けた磁石の極性を逆にしたりすることも可能で
ある。

【００２４】さらに、入力軸２側にセンサー９、１０を
設け、出力軸３側に磁石１５、１６を設けることとした
が、これが逆になってもよい。すなわち、入力軸２側に
磁石を設け、出力軸３側にセンサーを設けるようにして
もよい。要するに、入力軸２と出力軸３とが相対回転し
たとき、入力軸側対向面７と出力軸側対向面８との間に
生じる距離の変化を検出できる機構になっていればよ
い。また、上記のように、対向面間に距離の変化が生じ
るような構成になっていればよいから、入力軸側対向面
７は必ずしも軸線に対して垂直にならなくてもよい。

【００２５】さらに、この実施形態では、出力軸側対向
面８全体を出力軸３の軸線の垂直面に対して傾斜させて
いるが、図４のように磁石１５，１６を設けるところだ
け傾斜させるようにしても構わない。すなわち、磁石１
５，１６を設けるところにだけ傾斜部１７，１８を形成
し、この傾斜部１７，１８の両側を平行部１９，２０と
してもよい。

【００２６】

【発明の効果】第１の発明によれば、入力軸側対向面と
出力軸側対向面とが相対回転しない中立時に、上記磁性
体とセンサーとが軸方向で対向して配置され、上記入力
軸側対向面と出力軸側対向面とが相対回転したとき、磁
性体とセンサーとの間に距離の変化を生じるとともに、
この距離の変化により上記センサーで検出される磁束を
変化させるようにしたので、入力軸と出力軸との相対回
転から、直接その回転量を検出することができる。した
がって、相対回転を移動量に変換する必要がなく、その
分、検出精度が向上する。しかも、上記他の移動量など
に変換するための機構が必要ないので、検出機構全体の
コストダウンを図ることができる。さらに、中立位置
も、回転位置も一対の磁石とセンサーとで検出すること
ができるので、中立検出用と回転位置検出用の磁石およ
びセンサーを別々に設ける必要がなく、その分部品点数
を減らすことができる。

【００２７】第２の発明によれば、２対の磁性体とセン
サーとは１８０度位相をずらし、入力軸が中立位置にあ
るとき、上記２対の磁性体とセンサーとの相対距離を等
しくするとともに、入力軸側対向面と出力軸側対向面と
が相対回転したとき、一方の対の磁性体とセンサーとの
間の軸方向の相対距離を短くするとともに、他方の対の
磁性体とセンサーとの間の軸方向の相対距離を長くし、
さらに上記相対回転量に対するこれら相対距離の変化量
を等しくしたので、上記トルク検出用センサー信号の和
の値を比較し、これら和の値に差がなければセンサーが
正常と判断し、ある設定値以上にかけ離れた値であった
ときには、どちらか一方のトルク検出用センサーが故障
しているということを判断することができる。したがっ
て、信頼性の高いシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の機構を示す断面図である。

【図２】第１実施形態の入力軸と出力軸との対向部分を
示す斜視図である。

【図３】第１実施形態の入力軸の角度θと磁束Ｆとの関
係を示す図である。

【図４】この発明の他の実施形態の入力軸と出力軸との
対向部分を示す斜視図である。

【図５】従来の機構を示す断面図である。

【図６】磁束の水平方向成分Ｂ１を示す図である。

【図７】従来の機構の回路図である。

【符号の説明】

Ｃコントローラ２入力軸３出力軸７入力軸側対向面８出力軸側対向面９センサー１０センサー１３傾斜部１４傾斜部１５磁石１６磁石１７傾斜部１８傾斜部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉川真楽東京都港区浜松町二丁目４番１号世界貿易センタービルカヤバ工業株式会社内 (72)発明者佐々木和弘東京都港区浜松町二丁目４番１号世界貿易センタービルカヤバ工業株式会社内Ｆターム(参考） 2F077 AA42 JJ01 JJ08 JJ23 VV14 VV31 3D033 CA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステアリングホイールに連係した入力軸
と、車輪を連係した出力軸とを同軸上で対向させ、上記
入力軸と出力軸との相対回転量から入力トルクを検出
し、その信号をコントローラに出力するトルク検出機構
において、入力軸側対向面あるいは出力軸側対向面のい
ずれか一方に磁性体を備え、いずれか他方に磁束を検出
するセンサーを備えるとともに、上記磁性体はセンサー
に対して傾斜して配置され、上記入力軸側対向面と出力
軸側対向面とが相対回転しない中立時に、上記磁性体と
センサーとが軸方向で対向して配置され、上記入力軸側
対向面と出力軸側対向面とが相対回転したとき、磁性体
とセンサーとの間に距離の変化を生じるとともに、この
距離の変化により上記センサーで検出される磁束を変化
させる構成にしたトルク検出機構。
【請求項２】磁性体とセンサーとの対を２対設け、上
記一方の対と他方の対とは１８０度位相をずらし、入力
軸が中立位置にあるとき、２対の磁性体とセンサーとの
相対距離を等しくするとともに、入力軸側対向面と出力
軸側対向面とが相対回転したとき、一方の対の磁性体と
センサーとの間の軸方向の相対距離を短くするととも
に、他方の対の磁性体とセンサーとの間の軸方向の相対
距離を長くし、さらに上記相対回転量に対するこれら相
対距離の変化量を等しくした請求項１記載のトルク検出
機構。