JP2006064578A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モールドに使用した合成樹脂が、電子部材と機械的な密着度を保つことが出来、合成樹脂が電子部材から剥離して隙間が発生する虞がな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に発生した磁束を検出する検出器６及び検出器６に接続する電子部材１９ａとを備え、検出器６及び電子部材１９を合成樹脂２８ａによりモールドしてあり、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の出力に基づき、トルクを検出するように構成してあるトルク検出装置。電子部材１９に１又は複数の貫通孔１８を設けてあり、貫通孔１８に合成樹脂２８ａが充填されている。
【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、軟磁性体に発生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）、縦断面図（ｂ）及び横断面図（ｃ）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が誘導した磁束を検出する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。

また、本出願人は、上述したトルクセンサで、図１に示すように、磁気ヨーク４ａ，４ｂを合成樹脂２４によりモールドし、集磁リング８，８、磁気センサ６，６、及び磁気センサ６，６に接続する回路基板を合成樹脂２８ａ，２８ｂによりモールドしたトルクセンサを、特願２００３−３３２５１１号にて提案している。
特開２００３−１４９０６２号公報

上述したトルクセンサでは、集磁リング８，８、磁気センサ６，６及び回路基板を合成樹脂によりモールドする際、２回に分けて成形している。即ち、１回目の成形では、電子部品である磁気センサ６，６及び回路基板を柔軟性のある合成樹脂２８ａ（例えばホットメルト）によりモールドし、２回目の成形では、集磁リング８，８を剛性のある合成樹脂２８ｂ（例えばＰＢＴ）によりモールドしている。このようにすることにより、剛性のある合成樹脂２８ｂによる電子部品への悪影響を緩和させている。

しかし、１回目の成形に使用する合成樹脂２８ａは、回路基板等と機械的な密着度を保つことが出来ず、何回も熱が加わり、伸縮を繰り返すと、合成樹脂２８ａが、回路基板等から剥離し、図５に示すように、合成樹脂２８ａと回路基板１９との間に隙間３０が発生するという問題がある。
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、モールドに使用した合成樹脂が、電子部材と機械的な密着度を保つことが出来、合成樹脂が電子部材から剥離して隙間が発生する虞がないトルク検出装置を提供することを目的とする。

第１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、該軟磁性体に発生した磁束を検出する検出器及び該検出器に接続する電子部材とを備え、前記検出器及び電子部材を合成樹脂によりモールドしてあり、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るように構成してあるトルク検出装置において、前記電子部材に１又は複数の貫通孔を設けてあり、該貫通孔に前記合成樹脂が充填された構成であることを特徴とする。

このトルク検出装置では、第１軸及び第２軸が、連結軸により同軸に連結され、永久磁石が、第１軸に固設されている。複数の軟磁性体が、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し、検出器が軟磁性体に発生した磁束を検出する。電子部材が検出器に接続し、検出器及び電子部材を合成樹脂によりモールドしてあり、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。電子部材に１又は複数の貫通孔を設けてあり、その貫通孔に合成樹脂が充填されている。

第２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誘導する複数の補助軟磁性体と、該補助軟磁性体が誘導した磁束を検出する検出器及び該検出器に接続する電子部材とを備え、前記検出器及び電子部材は、合成樹脂によりモールドされており、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るように構成してあるトルク検出装置において、前記電子部材に１又は複数の貫通孔を設けてあり、該貫通孔に前記合成樹脂が充填された構成であることを特徴とする。

このトルク検出装置では、第１軸及び第２軸が、連結軸により同軸に連結され、永久磁石が、第１軸に固設されている。複数の軟磁性体が、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し、複数の補助軟磁性体が、軟磁性体に磁気結合され、軟磁性体からの磁束を誘導し、検出器が、補助軟磁性体が誘導した磁束を検出する。電子部材が、検出器に接続し、検出器及び電子部材は、合成樹脂によりモールドされており、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。電子部材に１又は複数の貫通孔を設けてあり、その貫通孔に合成樹脂が充填されている。

本発明に係るトルク検出装置によれば、モールドに使用した合成樹脂が、電子部材と機械的な密着度を保つことが出来、合成樹脂が電子部材から剥離して隙間が発生する虞がな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、（ｃ）は横断面図である。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（２４極）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を囲む円筒形状のヨーク４が、同軸に固設されている。ヨーク４は、図２に示すように、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た２つの磁気ヨーク４ａ，４ｂ（軟磁性体）を備えている。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する状態で、合成樹脂２４により円筒形状にモールドされている。但し、磁気ヨーク４ａ，４ｂの永久磁石５に対向する面は、合成樹脂２４から露出している。
また、磁気ヨーク４ａ，４ｂは、トルクが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。

このトルク検出装置は、また、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する２つの集磁リング８，８（補助軟磁性体）を備えている。集磁リング８，８は、図２に示すように、平行に配置され、互いに他部分より近接する平板状の部分を有し、その近接する部分の隙間に、１又は複数のホールＩＣ６（検出器）が挿入されている。

集磁リング８，８及びホールＩＣ６は、ホールＩＣ６に接続する電子回路が形成された回路基板１９ａ（電子部材）と共に、上述した状態で、合成樹脂２８ａ，２８ｂによりモールドされている。ホールＩＣ６は、複数のリード線７により、回路基板１９ａと接続され、回路基板１９ａは、コード１１により外部の図示しない制御装置に接続されている。

但し、磁気ヨーク４ａ，４ｂと集磁リング８，８との互いに対向する面は、合成樹脂２４，２８ｂから露出している。また、合成樹脂によりモールドする際、２回に分けて成形しており、１回目の成形で、ホールＩＣ６，６及び回路基板１９ａの電子部品を柔軟性のある合成樹脂２８ａ（例えばホットメルト）によりモールドし、２回目の成形で、集磁リング８，８を剛性のある合成樹脂２８ｂ（例えばＰＢＴ）によりモールドしている。

回路基板１９ａには、図３の拡大横断面図に示すように、複数の貫通孔１８が設けてあり、回路基板１９ａの表側及び裏側の合成樹脂２８ａは、貫通孔１８に充填されることにより、機械的に接続されている。これにより、熱が加わり伸縮を繰り返しても、合成樹脂２８ａが回路基板１９ａから剥離して、合成樹脂２８ａと回路基板１９ａとの間に隙間が発生することがない。

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４（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４（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４（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４（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の互いに近接する部分に集中し、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。

以上により、ホールＩＣ６，６は、それぞれ集磁リング８，８に生じた磁束に応じた磁束密度、即ち、入力軸１又は出力軸２に加えられたトルクに応じた磁束密度を検出することが出来る。つまり、検出した磁束密度に基づき、加えられたトルクを知ることが出来る。特に、ホールＩＣ６，６の検出方向を逆にし、それらの出力の差を求めることにより、振れ回り、ホールＩＣ６，６の温度特性及び軸方向の検出感度の各影響を相殺することが出来、検出精度を高めることが出来る。
尚、上述した実施の形態において、集磁リング８，８を除き、磁気ヨーク４ａ，４ｂに生じた磁束を、直接、ホールＩＣ６，６が検出するように構成しても、同様にトルクを検出することは可能である。

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の磁気ヨーク及び集磁リングを示す分解斜視図である。 図１の回路基板周辺を拡大して示す拡大横断面図である。 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。 従来のトルク検出装置の問題点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
１１ コード
１８ 貫通孔
１９ａ 回路基板（電子部材）
２４，２８ａ，２８ｂ 合成樹脂

Claims (2)

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、該軟磁性体に発生した磁束を検出する検出器及び該検出器に接続する電子部材とを備え、前記検出器及び電子部材を合成樹脂によりモールドしてあり、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るように構成してあるトルク検出装置において、
   前記電子部材に１又は複数の貫通孔を設けてあり、該貫通孔に前記合成樹脂が充填された構成であることを特徴とするトルク検出装置。
2. 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誘導する複数の補助軟磁性体と、該補助軟磁性体が誘導した磁束を検出する検出器及び該検出器に接続する電子部材とを備え、前記検出器及び電子部材は、合成樹脂によりモールドされており、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るように構成してあるトルク検出装置において、
   前記電子部材に１又は複数の貫通孔を設けてあり、該貫通孔に前記合成樹脂が充填された構成であることを特徴とするトルク検出装置。

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