JP2006201033A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 集磁部を含めた集磁リングの材料歩留りを高めることができ、これにより製品コストの低減に寄与し得るトルク検出装置を提供する。
【解決手段】 集磁リング６，６の夫々に、周方向の一か所を径方向外向きに立ち上げて、軸長方向の一側に延設された平板状の集磁部60，60を設け、これらの集磁リング６，６を、夫々の集磁部60，60が周方向に所定のエアギャップを隔てて対向するように固定配置し、集磁部60，60の対向面間の漏洩磁束を、この対向面間に軸長方向に並べて配した磁気センサ７，７により検出する構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、電動パワーステアリング装置において、操舵のために操舵部材に加えられる操舵トルクを検出すべく用いられるトルク検出装置に関する。

ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転力を舵取機構に伝えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用のモータの駆動制御に用いるべく操舵部材に加えられる操舵トルクを検出する必要があり、この検出のために従来から、操舵部材と舵取機構とを連絡するステアリング軸の中途に構成されたトルク検出装置が用いられている。

このトルク検出装置は、検出対象となるステアリング軸を、捩りばねとしての細径のトーションバーにより同軸上に連結された第１軸と第２軸とに分割し、操舵部材の回転操作によりステアリング軸に操舵トルクが加えられたとき、前記トーションバーの捩れを伴って第１，第２軸間に相対角変位が生じるようにし、この相対角変位を媒介として前記操舵トルクを検出する構成としてある。

第１，第２軸間の相対角変位の検出は、従来から種々の手段にて実現されており、そのうちの一つとして、第１軸と一体回転する円筒磁石と、第２軸と一体回転するヨークリングとを備え、この円筒磁石とヨークリングとの間の磁気回路の変化を利用するように構成されたトルク検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。

第２軸と一体回転するヨークリングは、リング形状を有するヨーク本体の一側に軸方向に延びる磁極爪を周方向に複数等配してなり、夫々の磁極爪を周方向に交互に位置させた２個を一組として第２軸に固定されている。また第１軸と一体回転する円筒磁石は、ヨークリングの磁極爪と同数組の磁極を周方向に並設してなる多極磁石であり、第１，第２軸に相対角変位が生じていない中立状態にあるとき、Ｎ，Ｓ極の境界上に前記ヨークリングの磁極爪が整合するように位置決めして第１軸に固定されている。

２個のヨークリングの外側には、これらに発生する磁束を集める集磁リングが、夫々のヨーク本体に近接対向するように配置されている。これらの集磁リングは、夫々から延設され、所定のエアギャップを隔てて対向せしめられた集磁部を備えており、これらの集磁部のエアギャップ内に、ホール素子等の磁気検知素子を用いてなる磁気センサが配してある。

以上の構成により第１軸と第２軸とに操舵トルクが加わり、両軸間に相対角変位が生じた場合、２個のヨークリングの磁極爪と円筒磁石の磁極との周方向の位置関係が互いに逆向きに変化し、この位置変化に応じた各別のヨークリング内の磁束変化により、夫々の集磁リングの集磁部間のエアギャップに漏洩する磁束が増減することとなり、この増減に応じた前記磁気センサの出力変化を取り出すことにより第１，第２軸に加わるトルク（操舵トルク）を検出することができる。
特開２００３−１４９０６２号公報

図５は、集磁リングの外観斜視図である。図示の如く集磁リング９は、磁性材料製の円環であり、周方向の２か所に軸長方向に延設された分岐片90，90を備えており、これらの分岐片90，90の先端を径方向外向きに屈曲せしめて前記集磁部91，91が形成されている。なお２つの集磁部91，91を設けてあるのは、夫々からの漏洩磁束を、夫々に近接配置した各別の磁気センサ92，92により検出し、両者の出力比較により磁気センサ92，92のフェイル判定を実施するためである。

図６は、集磁リング９の製造手順の説明図である。集磁リング９は、図６（ａ）に示す如く、適宜の厚みを有する素材板9aを用い、この素材板9aから、集磁リング９を周方向に展開した形状を有し、分岐片90，90に対応する分岐部9c，9cを中途に備える帯板9bを打ち抜き、図６（ｂ）に示す如く取り出された帯板9bを両端が整合するようにリング形に成形し、また分岐部9c，9cの先端を図中に１点鎖線により示す折り線に沿って径方向外向きに折り曲げ成形して、図６（ｃ）に示す如く製造される。

以上の如く製造される集磁リング９は、良好な集磁性能を得るべく、パーマロイ（商品名）等の高い透磁率を有する合金材料により製造されるが、この種の合金材料は高価であることから、材料歩留りの向上が重要な課題となっている。図６（ａ）には、素材板9aから２つの帯板9b，9bを打ち抜く場合の板取り形態が示されており、本図に示す如く、中途に分岐部9c，9cを備える帯板9bを２枚取りする場合、図中にハッチングを施して示す部分が不要部分として廃棄されることとなり、このことが材料歩留りの低下を招来するという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、集磁部を含めた集磁リングの材料歩留りを高めることができ、これにより製品コストの低減に寄与し得るトルク検出装置を提供することを目的とする。

本発明の第１発明に係るトルク検出装置は、同軸上に連結された第１軸及び第２軸の一方と一体回転する円筒磁石と、該円筒磁石が形成する磁界内にて前記第１軸及び第２軸の他方と一体回転する２個一組のヨークリングと、該ヨークリングの外側を各別に囲繞する２個一組の集磁リングと、夫々の集磁リングに設けられた集磁部の対向面間に配された磁気センサとを備え、該磁気センサが検出する前記集磁部間の漏洩磁束の密度に基づいて前記第１軸及び第２軸に加わるトルクを検出するトルク検出装置において、前記集磁部は、前記集磁リングの周上の一か所を径方向外向きに立ち上げて形成され、軸長方向の一側に延設された平板状をなしており、周方向に所定のエアギャップを隔てて対向させてあることを特徴とする。

また本発明の第２発明に係るトルク検出装置は、前記磁気センサが、前記集磁部の対向面間に前記第１軸及び第２軸の軸長方向に並べて複数配してあることを特徴とする。

本発明の第１発明に係るトルク検出装置においては、集磁リングの周方向の一か所を径方向外向きに立ち上げて集磁部が形成してあり、この集磁リングは、長手方向の一端に拡幅された平板部を備え、効率的な板取りが可能な帯板を用いて製造することができ、この製造における材料歩留りを高め、製品コストの低減を達成することが可能である。

また第２発明に係るトルク検出装置においては、周方向にエアギャップを隔てて対向する集磁部の間に第１軸及び第２軸の軸長方向に並べて複数の磁気センサを配したから、これらの磁気センサのフェイル判定が可能となり、信頼性の向上を図ることができる等、本発明は優れた効果を奏する。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るトルク検出装置の分解斜視図、図２は、組立て状態を示す縦断面図である。

本発明に係るトルク検出装置は、トーションバー３を介して同軸上に連結された２つの軸（第１軸１及び第２軸２）に加わるトルクを検出対象とし、第１軸１と一体回転する円筒磁石４と、第２軸２と一体回転する２個一組のヨークリング５，５とを備え、ヨークリング５，５の外側を各別に囲繞するように近接配置され、夫々のヨークリング５，５内に生じる磁束を集める集磁リング６，６と、これらの集磁リング６，６間に後述の如く配設された２つの磁気センサ７，７とを備えて構成されている。

トーションバー３は、捩りばねとしての作用をなす細径の丸棒の両端に、第１，第２軸１，２との連結のための太径短寸の連結部30，30を連設した構成を有しており、トーションバー３による第１軸１及び第２軸２の連結は、夫々の軸心部に形成された連結孔10，20にトーションバー３両端の連結部30，30を内嵌し、後述の如く周方向の位置決めを行った後、各別の連結ピン11，21の打設により一体化せしめて実現されている。このように連結された第１軸１と第２軸２とに回転トルクが加えられた場合、この回転トルクの作用によりトーションバー３が捩れ変形し、第１軸１と第２軸２との間には、前記回転トルクに対応する大きさを有する相対角変位が生じる。

第１軸１と一体回転する円筒磁石４は、図１に示す如く、周方向に複数の磁極（各複数のＮ極40，40…及びＳ極41，41…）を並設し、端面及び内面を適宜の厚さのモールド樹脂層42により覆ってなる多極磁石として構成されており、図２に示す如く、内面のモールド樹脂層42を介して第１軸１に同軸的に嵌合固定されている。

第２軸２と一体回転するヨークリング５，５は、図１に示す如く、リング形をなすヨーク本体50の内面に、軸方向に延びる複数の磁極爪51，51…を、周方向に等配して構成された磁性材料製の円環である。磁極爪51，51…は、延設端に向けて縮幅された三角形状を有しており、２個のヨークリング５，５は、夫々の磁極爪51，51…の突設側を向き合わせ、周方向に交互に並べた状態で位置決めし、これらの外側を円筒形に成形されたモールド樹脂52により覆って一体化されている。

以上の如く構成されたヨークリング５，５は、モールド樹脂52を一側に延長して形成されたボス部53を介して第２軸２の軸端部に同軸的に嵌合固定され、図２に示す如く、夫々の内面が第１軸１に嵌合固定された円筒磁石４の外周面にわずかなエアギャップを隔てて対向するように組み付けられている。

図３は、２個のヨークリング５，５の磁極爪51，51…と円筒磁石４のＮ極40，40…及びＳ極41，41…との周方向の位置関係を示す説明図である。図３（ｂ）には、組み付け時の位置関係が示されており、本図に示す如くヨークリング５，５と円筒磁石４とは、夫々の磁極爪51，51…が円筒磁石４の周上に並ぶＮ極40とＳ極41との境界と一致するように周方向に位置決めされている。この位置決めは、トーションバー３による第１軸１と第２軸２との連結に際し、両軸１，２と共に円筒磁石４及びヨークリング５，５の周方向位置を調整することにより実現される。

このような組み付け状態において、２個のヨークリング５，５の磁極爪51，51…は、円筒磁石４の周上において互いに相隣するＮ極40とＳ極41との間に形成される磁界内に同一の条件下にて位置することとなり、これらの磁極爪51，51…の基部を連絡するヨーク本体50，50内に生じる磁束は同一となる。

このように実現されたヨークリング５，５夫々の磁極爪51，51…と円筒磁石４のＮ極40及びＳ極41の境界との間の位置関係は、円筒磁石４が固定された第１軸１とヨークリング５，５が固定された第２軸２との間にトーションバー３の捩れを伴って生じる相対角変位に応じて、図３（ａ）又は図３（ｃ）に示す如く互いに逆向きに変位する。この変位が生じた場合、一方のヨークリング５の磁極爪51，51…と他方のヨークリング５の磁極爪51，51…とには、互いに逆の極性を有する磁力線が増加し、夫々のヨーク本体50，50に正負の磁束が発生する。このとき発生する磁束の正負は、円筒磁石４とヨークリング５，５との間、即ち、第１軸１と第２軸２との間に生じる相対角変位の向きに応じて定まり、正負の磁束の密度は、前記相対角変位の大きさに対応する。

本発明に係るトルク検出装置の特徴は、以上の如くヨークリング５，５に発生する磁束を集める集磁リング６，６の構成にある。これらの集磁リング６，６は、ヨーク本体50の外径よりもやや大きい内径を有する磁性材料製の円環であり、周方向の１か所に、径方向外向きに立ち上がり、軸長方向の一側に延びる平板状の集磁部60，60を備えている。

このような集磁リング６，６は、夫々の集磁部60，60の延長側を向き合わせて同軸上に配置し、これらの集磁部60，60が周方向に所定のエアギャップを隔てて対向するように位置決めされ、これらの外側を覆う円筒形に成形されたモールド樹脂61により一体化されており、該モールド樹脂61を介して図２に一部を示すハウジング８の内部に保持され、夫々の集磁リング６，６の内周面が各別のヨークリング５，５のヨーク本体50，50の外周面に近接対向するように組み付けられている。

以上の如く組み付けられた集磁リング６．６の集磁部60，60間には、ホール素子等の磁気検知素子を用いてなる磁気センサ７，７が配してある。これらの磁気センサ７，７は、電源回路、信号処理回路等の周辺回路を備える共通の回路基板70の一面に、各別のリード71，71により突設支持されており、該回路基板70と共に前記モールド樹脂61に埋設され、集磁部60，60間に確保されたエアギャップ内に、第１軸１及び第２軸２の軸長方向に適宜の間隔を隔てて位置決めされている。

以上の構成により集磁リング６，６には、夫々の内側に近接するヨーク本体50，50の内部に発生する磁束が誘導され、夫々の集磁部60，60に集束されて、これらの集磁部60，60間に確保されたエアギャップに漏れ出す。磁気センサ７，７は、集磁部60，60間のエアギャップに漏れ出す磁束の密度に対応する出力を発し、この出力が、回路基板70を経て外部に取り出される。

このようにして磁気センサ７，７により検出される磁束密度は、集磁リング６，６に対向するヨーク本体50，50内部の発生磁束によって変化し、これらの発生磁束は、前述の如く、円筒磁石４に対する夫々の相対角変位、即ち、第１軸１と第２軸２との間の相対角変位に対応するから、磁気センサ７，７の出力は、第１軸１及び第２軸２に加えられ、前記相対角変位を生じさせる回転トルクの方向及び大きさに対応するものとなり、磁気センサ７，７の出力変化に基づいて第１軸１及び第２軸２に加わる回転トルクを検出することができる。

集磁部60，60間に配された２つの磁気センサ７，７は、一方を前述したトルク検出のために用い、他方は、フェイル判定のために用いられている。このフェイル判定は、磁気センサ７，７の出力を経時的に比較し、両者間に明らかな差が存在するとき、例えば、その前後に非定常な出力変化を示している磁気センサ７がフェイル状態にあると判定する公知の手順により行われる。

図４は、本発明に係るトルク検出装置に用いられている集磁リング６の製造手順の説明図である。集磁リング６の製造は、図６に示す従来の手順と同様に行われ、図４（ａ）に示す如く、適宜の厚さを有する素材板6aを用い、この素材板6aから集磁リング６を周方向に展開した形状を有する帯板6bを打ち抜き、図４（ｂ）に示す如く取り出された帯板6bを両端が整合するようにリング形に曲げ成形する手順にてなされ、図４（ｃ）に示す如き集磁リング６が得られる。

ここで集磁リング６に設けられる集磁部60は、前述の如く、周方向の１か所を径方向外向きに立ち上げた形状を有している。このような集磁部60は、素材板6a上での帯板6bの板取りに際し、図４（ａ）に示す如く、帯板6bの長手方向の一端に幅方向の一側を拡張してなる平板部6cを一体に設けておき、この平板部6cを、続いて行われる帯板6bの曲げ成形に際し、図４（ｂ）中に１点鎖線により示す折り線に沿って略直角に折り曲げることにより設けられる。

図４（ａ）には、素材板6aから２つの帯板6b，6bを打ち抜く場合の板取り形態が示されており、本図に示す如く、一端に平板部6cを備える帯板6bを２枚取りする場合、一方の帯板6bの平板部6cを、他方の帯板6bの他端の外側に設けた適宜長さの延長部分を利用して板取りすることができる。従って、本発明において用いられる集磁リング６の製造においては、素材板6aの打ち抜き後の不要部分が、図中にハッチングを施して示す限られた部分となり、図６に示す従来の集磁リング９の製造手順と比較した場合、素材板6aの幅ａを小さくすることが可能となり、材料歩留りの顕著な向上を達成することができる。

集磁リング６の材料としては、前述の如く、パーマロイ等の高透磁率合金が採用され、この種の合金材料は高価である。本発明においては、周方向の一か所を径方向外向きに立ち上げて形成された集磁部60を備える構成により、前述の如く材料歩留りの向上を図ることができ、これによる製品コストの削減を達成することができる。

本発明に係るトルク検出装置の分解斜視図である。 本発明に係るトルク検出装置の組立て状態を示す縦断面図である。 ヨークリングの磁極爪と円筒磁石の磁極との周方向の位置関係を示す説明図である。 本発明に係るトルク検出装置に用いられている集磁リングの製造手順の説明図である。 従来の集磁リングの外観斜視図である。 図５に示す集磁リングの製造手順の説明図である。

符号の説明

１ 第１軸
２ 第２軸
４ 円筒磁石
５ ヨークリング
６ 集磁リング
７ 磁気センサ
60 集磁部

Claims (2)

1. 同軸上に連結された第１軸及び第２軸の一方と一体回転する円筒磁石と、該円筒磁石が形成する磁界内にて前記第１軸及び第２軸の他方と一体回転する２個一組のヨークリングと、該ヨークリングの外側を各別に囲繞する２個一組の集磁リングと、夫々の集磁リングに設けられた集磁部の対向面間に配された磁気センサとを備え、該磁気センサが検出する前記集磁部間の漏洩磁束の密度に基づいて前記第１軸及び第２軸に加わるトルクを検出するトルク検出装置において、
   前記集磁部は、前記集磁リングの周上の一か所を径方向外向きに立ち上げて形成され、軸長方向の一側に延設された平板状をなしており、周方向に所定のエアギャップを隔てて対向させてあることを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記磁気センサは、前記集磁部の対向面間に前記第１軸及び第２軸の軸長方向に並べて複数配してある請求項１記載のトルク検出装置。

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