JP2004125717A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気シールドの量産化に対応できるトルクセンサを提供すること。
【解決手段】磁気ヨーク９から磁束を集める一組の集磁リング１０は、一体に樹脂モールドされ、そのモールド材１７の外周を磁気シールド１８が覆っている。磁気シールド１８は、例えば鉄板等の磁性材料によって形成され、帯状の鉄板をモールド材１７の外周に巻き付けて固定されている。これにより、外部磁界の影響を効果的に防止でき、磁気センサ１１の検出誤差を低減できる。
また、磁気シールド１８は、トルクセンサ１の磁気回路全体を覆うものではなく、帯状の鉄板（磁性材料）をモールド材１７の外周に巻き付けて固定するだけで良いので、磁気シールド１８の組み付けを容易に行うことができる。更に、磁気シールド１８を組み付けたことによってトルクセンサ１の外径が増大することはなく、車両搭載性が悪化することもない。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸に加わる軸トルクを磁束密度の変化（磁界の強さ）として検出するトルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
先行技術として、本出願人が先に出願したトルクセンサ（特許文献１参照）がある。
このトルクセンサは、例えば電動パワーステアリング装置に使用されるもので、図１１に示す様に、入力軸１００　と出力軸１１０　とを同軸に連結するトーションバー１２０　と、入力軸１００　に固定された多極磁石１３０　と、出力軸１１０　に固定されて多極磁石１３０　が発生する磁界内に配置される一組の磁気ヨーク１４０　と、この磁気ヨーク１４０　から磁束を集める一組の集磁リング１５０　と、この一組の集磁リング１５０　のエアギャップに生じる磁束密度を検出する磁気センサ１６０　等より構成される。
【０００３】
上記のトルクセンサは、例えば車載スピーカ等の磁石部材が近くにあると、その磁石部材から生じる磁界の影響により検出誤差を生じる可能性がある。そこで、先の特許文献１では、トルクセンサの周囲を磁性材料１７０　によって磁気シールドすることにより、トルクセンサの周辺に発生する外部磁界や地磁気等の影響による検出誤差を防止することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特願２００１−３１６７８８（第２２項第２行〜第１１行、第１５図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の特許文献１に記載された磁気シールドは、例えばトルクセンサの磁気回路部を磁性材料１７０　によって全体的に覆っているため、トルクセンサの外径が大きくなって車両搭載性が悪くなる。つまり、実際の量産化を考慮した構成が示されている訳ではなく、具体的な組み付け方法についても明らかにされていない。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、磁気シールドの量産化に対応できるトルクセンサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明のトルクセンサは、一組の磁気ヨークの外周に近接して配置され、且つ軸方向にエアギャップを有して対向する一組の集磁リングを備え、この一組の集磁リングの外周が磁気シールドで覆われていることを特徴とする。
磁気センサは、一組の集磁リングのエアギャップに生じる磁束密度を検出しているため、一組の集磁リングに外部磁界の影響があると、磁気センサに検出誤差が生じる。従って、一組の集磁リングの外周を磁気シールドで覆うことにより、例えば車載スピーカ等の外部磁界の影響を効果的に防ぐことができる。
また、磁気シールドは、トルクセンサの磁気回路全体を覆うものではなく、一組の集磁リングの外周を覆うだけで良いので、磁気シールドの形状を単純化でき、且つ組み付けを容易に行うことができる。
【０００７】
（請求項２の発明）
請求項１に記載したトルクセンサにおいて、
磁気シールドは、一組の集磁リングの側面を覆うサイド部を有していることを特徴とする。
磁気シールドにサイド部を設けることで、例えば車載スピーカ等の外部磁界の影響をより受けにくくできるので、磁気センサの検出誤差を更に低減できる。
【０００８】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載したトルクセンサにおいて、
磁気シールドは、一組の集磁リングと共に樹脂モールドされていることを特徴とする。
一組の集磁リングは、所定のエアギャップを有して配置されるため、磁気シールドと共に樹脂モールドすることにより、一組の集磁リングと磁気シールドとを一体化できるので、組み付けが容易になり、量産化にも対応できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１はトルクセンサ１の分解斜視図である。
本実施例のトルクセンサ１は、例えば図８に示す電動パワーステアリング装置に使用され、ステアリング２の操舵力（軸トルク）を検出してＥＣＵ３に出力する。ＥＣＵ３は、トルクセンサ１で検出された操舵力に応じて電動モータ４の出力を制御している。
【００１０】
このトルクセンサ１は、ステアリング軸を構成する入力軸５と出力軸６との間に設けられ、図１に示す様に、トーションバー７、多極磁石８、一組の磁気ヨーク９、一組の集磁リング１０、及び磁気センサ１１等より構成される。
トーションバー７は、図２に示す様に、一端側が入力軸５に、他端側が出力軸６に、それぞれピン１２で連結される棒状の弾性部材であり、ステアリング軸に操舵トルクが加わると、その操舵トルクの大きさに応じて捩じれ変位を生じる。
【００１１】
多極磁石８は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁されたリング形状を有し、一体に組み付けられたカラー１３（図１参照）を介して入力軸５（または出力軸６）に圧入固定されている。
磁気ヨーク９は、軟磁性体によって形成され、図３に示す様に、それぞれ複数の磁極爪９ａが周方向に等ピッチ間隔に設けられている。
一組の磁気ヨーク９は、図４に示す様に、互いの磁極爪９ａが交互に噛み合う様に、非磁性体のスペーサ１４に位置決めされた状態で樹脂モールドされ、そのモールド樹脂１５に固定されたカラー１６を介して出力軸６（または入力軸５）に圧入固定されている。
【００１２】
多極磁石８と一組の磁気ヨーク９は、トーションバー７に捩じれが生じていない時（入力軸５と出力軸６との間に操舵力が加わっていない時）に、磁気センサ１１の出力（電圧）がゼロになる中点を出すために、磁気ヨーク９に設けられた磁極爪９ａの中心と多極磁石８の着磁境界線（Ｎ極とＳ極との境界線）とが一致する様に配置されている（図５（ｂ）参照）。
【００１３】
集磁リング１０は、磁気ヨーク９から磁束を集めるもので、磁気ヨーク９と同じ軟磁性体によって形成され、周方向の一箇所に平板状の集磁部１０ａが設けられている。
一組の集磁リング１０は、図１に示す様に、所定のエアギャップを有して互いの集磁部１０ａ同士が対向して配置され、一体に樹脂モールドされている（図６参照）。更に、モールド材１７の外周は、磁気シールド１８によって覆われている。
【００１４】
磁気シールド１８は、例えば鉄板等の磁性材料によって形成され、モールド材１７と略同じ幅Ｄ（図６（ａ）参照）を有する帯状の鉄板をモールド材１７の外周に巻き付けて固定されている。なお、磁気シールド１８の一部には、図７（ａ）に示す様に、集磁リング１０の集磁部１０ａを取り出すための孔１８ａが開けられている。
この磁気シールド１８に覆われた一組の集磁リング１０は、図２に示す様に、磁気ヨーク９の外周に近接して配置される。
【００１５】
磁気センサ１１は、例えばホールＩＣを使用したもので、一組の集磁リング１０に設けられた集磁部１０ａ間のエアギャップに挿入される。ホールＩＣは、ホール素子（磁気検出素子）と増幅回路とを一体化したＩＣであり、エアギャップに生じる磁束密度に応じた電圧信号を出力する。
なお、磁気センサ１１は２個使用され、その２個の磁気センサ１１が磁束方向に対し並列に配置され、且つ互いの磁気検出方向が１８０度反転した状態で使用される。
【００１６】
次に、本実施例の作動を説明する。
トーションバー７に操舵トルクが加わっていない状態、つまりトーションバー７に捩じれ変位が生じていない時は、図５（ｂ）に示す様に、磁気ヨーク９に設けられている磁極爪９ａの中心と多極磁石８の着磁境界線とが一致している。この場合、磁気ヨーク９の磁極爪９ａには、多極磁石８のＮ極とＳ極から同数の磁力線が出入りするため、一方の磁気ヨーク９Ａと他方の磁気ヨーク９Ｂとの内部でそれぞれ磁力線が閉ループを形成している。従って、両磁気ヨーク９間のエアギャップに磁束が漏れることはなく、磁気センサ１１の出力はゼロとなる。
【００１７】
ステアリング軸に操舵トルクが入力されてトーションバー７に捩じれが生じると、多極磁石８と一組の磁気ヨーク９との相対位置が周方向に変化する。これにより、図５（ａ）または（ｃ）に示す様に、磁気ヨーク９に設けられている各磁極爪９ａの中心と多極磁石８の着磁境界線とが周方向にずれるため、一方の磁気ヨーク９Ａと他方の磁気ヨーク９Ｂには、それぞれ逆の極性を有する磁力線が増加する。その結果、両磁気ヨーク９間に正負の磁束が発生し、この磁束が磁気ヨーク９から集磁リング１０に導かれて集磁部１０ａに集められ、両集磁部１０ａ間に発生する磁束密度が磁気センサ１１で検出される。
【００１８】
（第１実施例の効果）
本実施例のトルクセンサ１は、樹脂モールドされた一組の集磁リング１０を磁気シールド１８によって覆うことにより、例えば車載スピーカ等の外部磁界の影響を効果的に防止でき、磁気センサ１１の検出誤差を低減できる。
また、磁気シールド１８は、トルクセンサ１の磁気回路全体を覆うものではなく、帯状の鉄板（磁性材料）をモールド材１７の外周に巻き付けて固定するだけで良いので、磁気シールド１８の組み付けを容易に行うことができる。更に、磁気シールド１８を組み付けたことによってトルクセンサ１の外径が増大することはなく、車両搭載性が悪化することもない。
【００１９】
（第２実施例）
図９は樹脂モールドされた一組の集磁リング１０に磁気シールド１８を組み付けたアセンブリの斜視図である。
本実施例の磁気シールド１８は、図１０に示す様に、断面コの字状に形成されて、幅方向の両側にサイド部１８ｂが設けられている。
この磁気シールド１８は、図９に示す様に、サイド部１８ｂがモールド材１７の側面を覆って組み付けられている。この場合、外部磁界の影響をより受けにくくできるので、磁気センサ１１の検出誤差を更に低減できる。
【００２０】
（変形例）
第１実施例では、樹脂モールドされた一組の集磁リング１０に対して磁気シールド１８を後から組み付けて固定しているが、一組の集磁リング１０と磁気シールド１８を一体に樹脂モールドしても良い。この場合、一組の集磁リング１０と磁気シールド１８とを一体化できるので、組み付けが容易になり、量産化にも対応できる。これは、第２実施例の場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トルクセンサの分解斜視図である。
【図２】トルクセンサの全体断面図である。
【図３】磁気ヨークの平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図４】スペーサに位置決めされた一組の磁気ヨークを樹脂モールドした断面図である。
【図５】本実施例の作動説明図である。
【図６】樹脂モールドされた集磁リングの平面図（ａ）、側面図（ｂ）、断面図（ｃ）である。
【図７】磁気シールドの平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図８】電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図９】樹脂モールドされた一組の集磁リングに磁気シールドを組み付けたアセンブリの斜視図である（第２実施例）。
【図１０】磁気シールドの側面図（ａ）とＡ−Ａ断面図（ｂ）である（第２実施例）。
【図１１】トルクセンサの全体断面図である（先行技術）。
【符号の説明】
１　　トルクセンサ
５　　入力軸（第１の軸）
６　　出力軸（第２の軸）
７　　トーションバー
８　　多極磁石
９　　磁気ヨーク
１０　　集磁リング
１１　　磁気センサ
１８　　磁気シールド
１８ｂ　サイド部

Claims (3)

1. 第１の軸と第２の軸とを同軸上に連結し、その両軸間に加わるトルクを捩じれ変位に変換するトーションバーと、
   前記第１の軸または前記トーションバーの一端側に固定される多極磁石と、
   前記第２の軸または前記トーションバーの他端側に固定されて前記多極磁石が発生する磁界内に配置される一組の磁気ヨークと、
   この一組の磁気ヨークの外周に近接して配置され、且つ軸方向にエアギャップを有して対向する一組の集磁リングと、
   前記エアギャップに生じる磁束密度を検出する磁気センサとを有するトルクセンサであって、
   前記一組の集磁リングの外周が磁気シールドで覆われていることを特徴とするトルクセンサ。
2. 請求項１に記載したトルクセンサにおいて、
   前記磁気シールドは、前記一組の集磁リングの側面を覆うサイド部を有していることを特徴とするトルクセンサ。
3. 請求項１または２に記載したトルクセンサにおいて、
   前記磁気シールドは、前記一組の集磁リングと共に樹脂モールドされていることを特徴とするトルクセンサ。

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