JP2005003459A - Torque sensor and electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はトルクセンサ及び電動パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールが結合される入力軸と、出力軸とがトーションバーを介して連結され、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサにより検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクを出力軸に伝え、結果として、電動モータの発生トルクを運転者がステアリングホイールに加える操舵力に対するアシスト力として用いる。
【0003】
従来のトルクセンサは、特許文献1に記載の如く、入力軸1に固定され、磁路形成部(歯)2Aを端面に形成した磁性材料からなる第1の円筒2と、出力軸3に固定され、第1の円筒2の磁路形成部2Aに対向する磁路形成部(歯)4Aを端面に形成した磁性材料からなる第2の円筒4と、第1と第2の円筒2、4とともに、磁気回路を構成しているトルク検出コイル5Aを収納する筒体5とを有し、入力軸1と出力軸3とを連結したトーションバーに作用するトルクを検出する(図4)。
【0004】
【特許文献1】
実登録2583974(3頁、図2)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1のトルクセンサでは、図4(A)に示す如く、第1の円筒2の磁路形成部2Aと第2の円筒4の磁路形成部4Aを、それらの軸端面の周方向に等間隔で凹凸を繰り返すように加工した歯の山部にて構成している。第1の円筒2の磁路形成部2A(山部)と第2の円筒4の磁路形成部4A(山部)の相対する重なり面積を、第1の円筒2と第2の円筒4が構成する磁気回路の磁束通路面積とする。そして、入力軸1と出力軸3の間のトーションバーのねじれにより、第1の円筒2の磁路形成部2A(山部)と第2の円筒4の磁路形成部4A(山部)の重なり面積、換言すれば磁束通路面積を図4(B)、(C)の如くに変化させ、この面積変化に応じた透磁率の変化をトルク検出コイル5Aで検出し、このトルク検出コイル5Aの検出結果によりトーションバーに作用したトルクを検出する。
【0006】
ところが、特許文献1のトルクセンサでは、第1の円筒2の磁路形成部2Aと第2の円筒4の磁路形成部4Aの間で生ずる磁束の通路が、図4(C)に示す如く、磁路形成部2A、4Aの山部の頂面だけでなく側面にも回り込み、入力軸1と出力軸3の間のトーションバーのねじれに伴なう前述の透磁率の変化量を低減し、トルク検出コイル5Aの検出出力を低下させる。
【0007】
本発明の課題は、トルクセンサにおける検出コイルの検出出力幅を増大し、検出精度及び感度を向上することにある。
【0008】
本発明の他の課題は、電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト精度を向上することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、入力軸に固定され、磁路形成部を端面に形成した磁性材料からなる第1の円筒と、出力軸に固定され、第1の円筒の磁路形成部に対向する磁路形成部を端面に形成した磁性材料からなる第2の円筒と、第1と第2の円筒とともに磁気回路を構成している検出コイルを収納する筒体とを有し、入力軸と出力軸とを連結したトーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサにおいて、第1と第2の円筒の端面に形成される磁路形成部が、該円筒の端面に形成された歯の山部からなり、歯の谷部には非磁性材料からなる遮蔽材を充填してなるようにしたものである。
【0010】
請求項2の発明は、請求項1の発明において更に、前記第1の円筒と第2の円筒が互いに同一形状をなしているようにしたものである。
【0011】
請求項3の発明は、ステアリングホイールが結合される入力軸と、電動モータに連動する出力軸とを有し、請求項1又は2に記載のトルクセンサの検出トルクにより電動モータを駆動する電動パワーステアリング装置である。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図、図2はトルクセンサを拡大して示す断面図、図3はトルクセンサを示す模式図、図4は従来のトルクセンサを示す模式図である。
【0013】
(第1実施形態)(図1〜図3)
電動パワーステアリング装置10は、図1に示す如く、車体フレーム等に固定される第1ハウジング11に第2ハウジング12をボルト結合する。そして、ステアリングホイールが結合される入力軸14と、出力軸15をトーションバー16を介して同軸結合し、入力軸14は軸受17を介して第2ハウジング12に支持し、出力軸15は軸受18を介して第1ハウジング11に支持する。
【0014】
電動パワーステアリング装置10は、出力軸15にピニオン軸を連結し、ピニオン軸のピニオンに噛み合うラックを備えたラック軸をハウジングに左右動可能に支持する。出力軸15の回転運動をピニオン軸を介してラック軸の直線運動に変換し、車輪を操舵する。
【0015】
電動パワーステアリング装置10は、第1ハウジング11に電動モータ(不図示)を支持し、電動モータの出力軸にはウォームギヤ21が結合され、ウォームギヤ21に噛み合うウォームホイール22を第1ハウジング11と第2ハウジング12の中で出力軸15に固定してある。
【0016】
電動パワーステアリング装置10は、入力軸14と出力軸15の間にトルクセンサ30を設けている。ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサ30により検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクをウォームギヤ21、ウォームホイール22を介して出力軸15に伝える。これにより、電動モータの発生トルクを運転者がステアリングホイールに加える操舵力に対するアシスト力として用いる。
【0017】
しかるに、トルクセンサ30は以下の如くに構成される(図2)。
入力軸14は、磁性材料からなり、ハウジング12の内部に位置して出力軸15に同軸的に結合されている部分の側傍に、大径部A、小径部Bを備え、大径部Aの外周を円筒部14Aとし、小径部Bに磁性材料からなる第1の円筒31を圧入固定的に取付けている。第1の円筒31の下部端面には周方向に等ピッチで形成された平面視矩形の多数の磁路形成部31Aを備える。
【0018】
ここで、第1の円筒31にあっては、下部端面の周方向に矩形の多数の歯41を形成し、歯41の山部の平面視矩形の頂面を入力軸14の中心軸に直交する平面に形成する。そして、第1の円筒31の下部端面の一部である歯41の谷部に、ステンレス鋼、アルミニウム、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材51を充填している(図3)。第1の円筒31を鋳型内にセットし、歯41の谷部に溶融状態の遮蔽材51を鋳込む(モールド)如くに充填した後、冷却固化させる。遮蔽材51は歯41の谷部に隙間なく充填され、遮蔽材51の上面は歯41の山部の頂面と面一をなす。第1の円筒31の端面の周方向で、遮蔽材51が遮蔽する部分の側傍(相隣る遮蔽材51、51に挟まれる平面視矩形部分)の非遮蔽部は、歯41の山部の頂面そのものであり、この非遮蔽部が前述の磁路形成部31Aになる。
【0019】
出力軸15は、ハウジング12の内部に位置して入力軸14に同軸的に結合されている部分の外周に、磁性材料からなる第2の円筒32を圧入固定的に取付けている。第1の円筒31と第2の円筒32は、入力軸14と出力15の軸方向に並置される。第2の円筒32の上部端面には周方向に等ピッチで形成された平面視矩形の多数の磁路形成部32Aを備える。
【0020】
ここで、第2の円筒32にあっては、上部端面の周方向に矩形の多数の歯42を形成し、歯42の山部の平面視矩形の頂面を出力軸15の中心軸に直交する平面に形成する。そして、第2の円筒32の上部端面の一部である歯42の谷部に、ステンレス鋼、アルミニウム、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材52を充填している(図3)。第2の円筒32を鋳型内にセットし、歯42の谷部に溶融状態の遮蔽材52を鋳込む(モールド)如くに充填した後、冷却固化させる。遮蔽材52は歯42の谷部に隙間なく充填され、遮蔽材52の上面は歯42の山部の頂面と面一をなす。第2の円筒32の端面の周方向で、遮蔽材52が遮蔽する部分の側傍(相隣る遮蔽材52、52に挟まれる平面視矩形部分)の非遮蔽部は、歯42の山部の頂面そのものであり、この非遮蔽部が前述の磁路形成部32Aになる。
【0021】
尚、遮蔽材51、52のモールドに際して、円筒31、32の端面から内面に環状のキャビティーを形成し、冷却固化後の遮蔽材51、52が円筒31、32の内面に径方向で重合される形状とすることで、より確実な結合を保持することもできる。
【0022】
第1の円筒31の磁路形成部31Aと第2の円筒32の磁路形成部32Aは適宜長離隔された対向関係をなす。本実施形態において、第1の円筒31と第2の円筒32は内外径寸法、軸長寸法を同一とする同一形状とされている。
【0023】
ハウジング12の内周には、磁性材料である焼結合金又は、プレス等からなる断面コ字形の第1の筒体33と第2の筒体34が挿入されている。
【0024】
第1の筒体33は、第1の円筒31と第2の円筒32の対向部分に跨るように、それらを囲んでハウジング12に内嵌され、トルク検出コイル35を収納する。35Aはトルク検出コイル35に接続された測定用コードである。第1の筒体33は第1の円筒31、第2の円筒32と磁気回路aを構成し、この磁気回路aは、第1の筒体33と第1の円筒31の表面とのエアギャップa1、第2の円筒32の表面とのエアギャップa2、及び第1の円筒31と第2の円筒32の対向端面間のエアギャップa3を経るように形成される。トルク検出コイル35は第1の円筒31、第2の円筒32と電磁結合し、電磁結合状態に相応する電圧を誘致する。
【0025】
第2の筒体34は、入力軸14の円筒部14Aを囲んでハウジング12に内嵌され、温度補償コイル36を収納する。36Aは温度補償コイル36に接続された測定用コードである。第2の筒体34は円筒部14Aと磁気回路bを構成し、この磁気回路bは、第2の筒体34と円筒部14Aの表面とのエアギャップb1、b2を経るように形成される。温度補償コイル36は円筒部14Aと電磁結合し、電磁結合状態に相応する電圧を誘起する。
【0026】
トーションバー16にトルクが作用していない場合には、トルク検出コイル35と温度補償コイル36の誘起電圧が等しくなるように、第1の円筒31、第2の円筒32、円筒部14Aの電磁結合状態を求め、第1の円筒31、第2の円筒32をそれぞれ位置決めする。円筒部14Aの外径は、磁気回路b中のエアギャップb1、b2のそれぞれが磁界に与える影響、即ちそれぞれの磁気抵抗gb1、gb2の和が、磁気回路a中のエアギャップa1、a2、a3のそれぞれが磁界に与える影響、即ちそれぞれの磁気抵抗ga1、ga2、ga3の和と等しくなるように設定される。
【0027】
従って、トルクセンサ30にあっては、トルク検出コイル35と温度補償コイル32の誘起電圧の差を求めることにより、周囲温度変化による誘起電圧を相殺し、第1の円筒31と第2の円筒32の相対回転量に相応した電磁結合状態を検出し、トーションバー16に作用したトルク、換言すればステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出可能にする。
【0028】
本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
(1)第1と第2の円筒31、32の端面に形成した歯41、42の山部にて磁路形成部31A、32Aを形成し、歯41、42の谷部には非磁性材料からなる遮蔽材51、52を鋳込む如くによって充填する。第1の円筒31の磁路形成部31Aと第2の円筒32の磁路形成部32Aの間で生ずる磁束の通路は、図3(B)の実線矢印で示す如くに、遮蔽材51と遮蔽材51に挟まれる歯41の山部の頂面、遮蔽材52と遮蔽材52に挟まれる歯42の山部の頂面だけに限定され、図3(B)の破線矢印で示す如くの遮蔽材51、52に遮蔽されている山部の側面に回り込むことを抑制される。このため、入力軸14と出力軸15の間のトーションバー16のねじれに伴なう、第1の円筒31の磁路形成部31Aと第2の円筒32の磁路形成部32Aの重なり面積(磁束通路面積)の変化のみに応じた透磁率の変化量となり、トルク検出コイル35の検出出力幅を増大でき、ひいては検出精度及び感度を向上できる。
【0029】
(2)第1と第2の円筒31、32は互いに同一形状とし、共通部品化できる。 (3)電動パワーステアリング装置10のトルクセンサ30において、上述(1)、(2)を実現できる。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト精度を向上できる。
【0030】
以上、本発明の実施の形態を図面により記述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、温度補償コイルを収納する筒体を、入力軸に固定の2つの円筒の対向部分に跨るようにそれらを囲んで設け、当該筒体とそれら2つの円筒により温度補償コイルのための磁気回路を形成しても良い。そして、このとき、2つの円筒の対向端面のそれぞれに形成する磁路形成部を、本発明の遮蔽材の嵌着構造によって構成しても良い。
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、トルクセンサにおける検出コイルの検出出力幅を増大し、検出精度及び感度を向上できる。
【0032】
また、本発明によれば、電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図である。
【図2】図2はトルクセンサを拡大して示す断面図である。
【図3】図3はトルクセンサを示す模式図である。
【図4】図4は従来のトルクセンサを示す模式図である。
【符号の説明】
10 電動パワーステアリング装置
14 入力軸
15 出力軸
16 トーションバー
30 トルクセンサ
31 第1の円筒
31A 磁路形成部
32 第2の円筒
32A 磁路形成部
33、34 筒体
35、36 検出コイル
41、42 歯
51、52 遮蔽材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a torque sensor and an electric power steering apparatus.
[0002]
[Prior art]
In the electric power steering apparatus, an input shaft to which a steering wheel is coupled and an output shaft are connected via a torsion bar, and a steering torque applied to the steering wheel is detected by a torque sensor, and the electric motor is driven by the detected torque. The generated torque of the electric motor is transmitted to the output shaft, and as a result, the generated torque of the electric motor is used as an assist force for the steering force applied by the driver to the steering wheel.
[0003]
As described in
[0004]
[Patent Document 1]
Real registration 2583974 (3 pages, Fig. 2)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the torque sensor disclosed in
[0006]
However, in the torque sensor of
[0007]
An object of the present invention is to increase a detection output width of a detection coil in a torque sensor and improve detection accuracy and sensitivity.
[0008]
Another object of the present invention is to improve detection accuracy of steering torque applied to a steering wheel and improve assist accuracy by an electric motor in an electric power steering apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a first cylinder made of a magnetic material fixed to the input shaft and having a magnetic path forming portion formed on the end face, and fixed to the output shaft and facing the magnetic path forming portion of the first cylinder. A second cylinder made of a magnetic material having a magnetic path forming portion formed on the end face; and a cylindrical body that houses a detection coil that constitutes a magnetic circuit together with the first and second cylinders. In the torque sensor for detecting the torque acting on the torsion bar connected to the shaft, the magnetic path forming portion formed on the end surfaces of the first and second cylinders is formed from the peak portion of the teeth formed on the end surfaces of the cylinders. Thus, the valleys of the teeth are filled with a shielding material made of a nonmagnetic material.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the first cylinder and the second cylinder have the same shape.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an electric power having an input shaft to which the steering wheel is coupled and an output shaft interlocked with the electric motor, and driving the electric motor by the torque detected by the torque sensor according to the first or second aspect. It is a steering device.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 is a cross-sectional view showing a main part of an electric power steering apparatus, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a torque sensor, FIG. 3 is a schematic view showing a torque sensor, and FIG. 4 is a schematic view showing a conventional torque sensor. is there.
[0013]
First Embodiment (FIGS. 1 to 3)
As shown in FIG. 1, the electric
[0014]
The electric
[0015]
The electric
[0016]
The electric
[0017]
However, the
The
[0018]
Here, in the
[0019]
The
[0020]
Here, in the
[0021]
When the shielding
[0022]
The magnetic
[0023]
A
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
When no torque is applied to the
[0027]
Therefore, in the
[0028]
According to this embodiment, there exist the following effects.
(1) Magnetic
[0029]
(2) The first and
[0030]
Although the embodiment of the present invention has been described with reference to the drawings, the specific configuration of the present invention is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the scope of the present invention. Are also included in the present invention. For example, a cylindrical body that houses a temperature compensation coil is provided so as to straddle the opposing portions of two cylinders fixed to the input shaft, and a magnetic circuit for the temperature compensation coil is formed by the cylinder and the two cylinders. May be formed. And at this time, you may comprise the magnetic path formation part formed in each of the opposing end surface of two cylinders by the fitting structure of the shielding material of this invention.
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, the detection output width of the detection coil in the torque sensor can be increased, and the detection accuracy and sensitivity can be improved.
[0032]
Further, according to the present invention, in the electric power steering apparatus, the detection accuracy of the steering torque applied to the steering wheel can be improved, and the assist accuracy by the electric motor can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of an electric power steering apparatus.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a torque sensor.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a torque sensor.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a conventional torque sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
出力軸に固定され、第1の円筒の磁路形成部に対向する磁路形成部を端面に形成した磁性材料からなる第2の円筒と、
第1と第2の円筒とともに磁気回路を構成している検出コイルを収納する筒体とを有し、
入力軸と出力軸とを連結したトーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサにおいて、
第1と第2の円筒の端面に形成される磁路形成部が、該円筒の端面に形成された歯の山部からなり、歯の谷部には非磁性材料からなる遮蔽材を充填してなることを特徴とするトルクセンサ。A first cylinder made of a magnetic material fixed to the input shaft and having a magnetic path forming portion formed on the end face;
A second cylinder made of a magnetic material fixed to the output shaft and having a magnetic path forming portion opposed to the magnetic path forming portion of the first cylinder formed on an end surface;
A cylindrical body that houses a detection coil that forms a magnetic circuit together with the first and second cylinders;
In the torque sensor for detecting the torque acting on the torsion bar connecting the input shaft and the output shaft,
The magnetic path forming portions formed on the end surfaces of the first and second cylinders are formed by tooth crests formed on the end surfaces of the cylinders, and the tooth valley portions are filled with a shielding material made of a nonmagnetic material. A torque sensor characterized by comprising:
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20120088513A (en) * | 2010-10-22 | 2012-08-08 | 울트라테크 인크. | Systems and methods for forming a time-averaged line image |
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