JP2006064587A - トルク検出装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部と接続する為のハーネス及びコネクタ部品が不要であり、部品コストの低減及び部品点数の削減を図ることが可能な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に、それぞれ同軸に固設され磁気結合した永久磁石５及び複数の軟磁性体４ａ，４ｂと、軟磁性体４ａ，４ｂに磁気結合した複数の補助軟磁性体８，８と、補助軟磁性体８，８が誘導した磁束を検出する１又は複数の検出器６と、補助軟磁性体８，８及び検出器６をモールドしてある合成樹脂体２８とを備え、第１軸１又は第２軸２に加えられたトルクを、検出器６の出力に基づき検出するトルク検出装置。検出器６は、外部と接続する為の複数のピン７を有し、ピン７は、合成樹脂体２８から突設されている構成である。
【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、及びこのトルク検出装置を備えた電動パワーステアリング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を合成樹脂体２４により一体にモールドし、集磁リング８，８とホールＩＣ６，６とを合成樹脂体２８により一体に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、電動パワーステアリング装置の制御部と接続する為のハーネス及びコネクタ部品が必要であり、部品コストの上昇及び部品点数の増加を招来してい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、外部と接続する為のハーネス及びコネクタ部品が不要であり、部品コストの低減及び部品点数の削減を図ることが可能なトルク検出装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、トルク検出装置と接続する為のハーネス及びコネクタ部品が不要であり、部品コストの低減及び部品点数の削減を図ることが可能な電動パワーステアリング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軸に、それぞれ同軸に固設され磁気結合した永久磁石及び複数の軟磁性体と、該軟磁性体に磁気結合した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１又は複数の検出器と、前記補助軟磁性体及び検出器をモールドしてある合成樹脂体とを備え、前記第１軸又は第２軸に加えられたトルクを、前記検出器の出力に基づき検出するトルク検出装置において、前記検出器は、外部と接続する為の複数のピンを有し、該ピンは、前記合成樹脂体から突設されていることを特徴とする。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵補助する電動モータと、請求項１に記載されたトルク検出装置と、筐体に収納され、前記トルク検出装置が検出したトルクに基づき前記電動モータを駆動制御する駆動制御部とを備え、前記筐体は、該筐体から突設され、複数の貫通孔が設けられた回路基板を有し、前記駆動制御部は、前記トルク検出装置の合成樹脂体から突設された複数のピンを、前記貫通孔にそれぞれ挿通させることにより、前記トルク検出装置と接続され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、外部と接続する為のハーネス及びコネクタ部品が不要であり、部品コストの低減及び部品点数の削減を図ることが可能なトルク検出装置を実現することが出来る。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、トルク検出装置と接続する為のハーネス及びコネクタ部品が不要であり、部品コストの低減及び部品点数の削減を図ることが可能な電動パワーステアリング装置を実現することが出来る。また、トルク検出装置の検出器の回路構成を電動パワーステアリング装置の駆動制御部の回路基板上で一元管理することが出来る。

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模式的に示す説明図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ′面における横断面図である。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、それぞれ止めピン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、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、合成樹脂体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、合成樹脂体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、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及びホールＩＣ６は、上述した状態で、合成樹脂体２８によりモールドされ一体化されている。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、合成樹脂体２４，２８から露出している。
ホールＩＣ６は、外部回路と接続する為の複数のピン７を備えており、複数のピン７は、一方向に並んだ状態で合成樹脂体２８から突き出ている。

図３は、上述したような構成のトルク検出装置を備えた、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成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、止めピン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、止めピン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、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の互いに近接する平板状の部分間には、２つのホールＩＣ６が挿入されている。

磁気ヨーク４ａ，４ｂは、合成樹脂体２４により一体にモールドされ、集磁リング８，８及び２つのホールＩＣ６は、合成樹脂体２８により一体にモールドされ、合成樹脂体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の外部と接続する為の複数のピン７は、一方向に並んだ状態で合成樹脂体２８から突き出しており、それぞれ、電子制御ユニットケース２０（筐体）から突設されたプリント基板１８（ＰＣＢ、ガラスエポキシ基板等）に接続されている。
電子制御ユニットケース２０には、電動パワーステアリング装置の駆動制御部と、ホールＩＣ６に関連する回路（耐ノイズコンデンサ等）とが収納されている。電子制御ユニットケース２０は、ハウジング１７又は図示しない車体側に固定されている。

図４は、電子制御ユニットケース２０の外観を示す斜視図である。
電子制御ユニットケース２０は、直方体形状であり、長手方向の１端面からプリント基板１８（回路基板）が突設されており、プリント基板１８には、６つのスルーホール１９（貫通孔）が一方向に並んだ状態で設けられている。
トルク検出装置及び電子制御ユニットケース２０は、ホールＩＣ６の各ピン７をそれぞれ対応するスルーホール１９に挿通させ、図５の模式的な説明図に示すように、挿通した各ピン７及びスルーホール１９を半田付けすることにより接続される。これにより、ホールＩＣ６とホールＩＣ６に関連する回路及び電動パワーステアリング装置の駆動制御部とが接続される。

以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置及びトルク検出装置の動作を説明する。ステアリング操作が行われず、入力軸１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６（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。

ステアリング操作が行われ、入力軸１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６（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、ステアリング操作が行われ、入力軸１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６（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６（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、ステアリングに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。

電子制御ユニットケース２０内の駆動制御部は、ホールＩＣ６が検出した磁束密度、つまり、ステアリングに加えられたトルクに基づき、図示しない操舵補助用の電動モータを、トルクが低減されるように駆動制御する。電動モータは、図示しない舵取機構に操舵補助力を与え、これにより、ステアリングに加えるべき操舵力が軽減される。

本発明に係るトルク検出装置の実施の形態の構成を模式的に示す説明図である。 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。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示す縦断面図である。 電子制御ユニットケースの外観例を示す斜視図である。 トルク検出装置及び電子制御ユニットケースの接続状態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置及びトルク検出装置の動作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（２４極）
６ ホールＩＣ（ホール素子、検出器）
７ ピン
８ 集磁リング（補助軟磁性体）
１０ 爪
１８ 回路基板（プリント基板、ＰＣＢ）
１９ スルーホール（貫通孔）
２０ 筐体（電子制御ユニットケース）
２４，２８ 合成樹脂体

Claims (2)

1. 連結軸により同軸に連結された第１軸及び第２軸に、それぞれ同軸に固設され磁気結合した永久磁石及び複数の軟磁性体と、該軟磁性体に磁気結合した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１又は複数の検出器と、前記補助軟磁性体及び検出器をモールドしてある合成樹脂体とを備え、前記第１軸又は第２軸に加えられたトルクを、前記検出器の出力に基づき検出するトルク検出装置において、
   前記検出器は、外部と接続する為の複数のピンを有し、該ピンは、前記合成樹脂体から突設されていることを特徴とするトルク検出装置。
2. 操舵補助する電動モータと、請求項１に記載されたトルク検出装置と、筐体に収納され、前記トルク検出装置が検出したトルクに基づき前記電動モータを駆動制御する駆動制御部とを備え、前記筐体は、該筐体から突設され、複数の貫通孔が設けられた回路基板を有し、前記駆動制御部は、前記トルク検出装置の合成樹脂体から突設された複数のピンを、前記貫通孔にそれぞれ挿通させることにより、前記トルク検出装置と接続されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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