JP2007121149A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気ノイズの遮断効果を維持しながら組付けが容易な磁気シールドを備え、組立て工数の低減を図り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を保持する円筒形のモールド体61に、薄肉円筒状をなす磁性体製の磁気シールド８を、軸長方向の両側に適長の延長部を有する態様にて外嵌固定し、径方向外側からの磁気ノイズは、磁気シールド８の外面により直接的に遮断し、また軸長方向の両側からの磁気ノイズは、磁気シールド８の端面に集中させることにより遮断して、モールド体61に保持された集磁リング６，６への影響を排除する。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転軸に加わる回転トルクを検出するためのトルク検出装置に関し、特に、電動パワーステアリング装置において操舵トルクの検出のために好適に用い得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操舵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、操舵部材と操舵機構とを連絡するステアリング軸の中途に介装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（回転軸）を、操舵部材の側の第１軸と操舵機構の側の第２軸とに分割し、これらの第１，第２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してなり、操舵部材の回転操作によりステアリング軸に加えられる操舵トルク（回転トルク）を、トーションバーの捩れを伴って第１，第２軸間に生じる相対角変位を媒介として検出するように構成してある。

第１，第２軸間の相対角変位の検出手段は、従来から種々の構成のものが提案されており、そのうちの一つとして、第１軸及び第２軸の一方と一体回転する円筒磁石と、他方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トルク検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。

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１軸又は第２軸に固定されている。また円筒磁石は、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軸間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２軸又は第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、周方向に整合する位置に、夫々から軸長方向に延設された集磁部を備えており、所定のエアギャップを隔てて対向するこれらの集磁部の間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。なお、以上の如き集磁リングと磁気センサとは、集磁リングの外側を覆うように筒形に成形されたモールド体により夫々の位置関係を保って一体化され、このモールド体を介してステアリング軸を支持するハウジングに固定されている。

以上の構成によりステアリング軸に操舵トルクが加わり、第１，第２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前記操舵トルクを検出することができる。
特開２００３−１２５７１７号公報

さて、以上の如く構成されたトルク検出装置においては、集磁リングに集められる磁束に外部から加わる磁気ノイズが重畳された場合、磁気センサの出力に影響を及ぼし、操舵トルクの検出精度が低下する虞れがあり、従来から、集磁リングの周囲に磁気ノイズを遮断するための磁気シールドが設けられている。

図６は、特許文献１に開示された従来の磁気シールドの構成を示す断面図であり、一対の集磁リング６，６と磁気センサ７とが、樹脂により円筒形にモールド成形されたモールド体61により一体化された集磁リング組立体が示されている。集磁リング６，６は、軸長方向に所定距離を隔ててモールド体61の内周面に露出するように一体化されている。これらの集磁リング６，６は、周方向の対応する位置に夫々に向けて軸長方向に延設された集磁部60，60を備えており、磁気センサ７は、径方向外向きに屈曲成形された集磁部60，60先端の対向面間に位置決めされている。

磁気シールド９は、図示の如く、モールド体61の外周面を覆う外周板9aの両側を内向きに略直角をなして屈曲成形し、端面を覆う端面板9b，9bを連設してなる磁性体製の薄板であり、磁性体製の集磁リング６，６が露出するモールド体61の内周面を除く３面（外周面及び両端面）を覆うように組み付けられており、図中に矢符にて示す如く種々の方向からの磁気ノイズを遮断して、集磁リング６，６への影響を排除する作用をなす。

このような磁気シールド９の組み付けは、特許文献１中に開示されているように、外周板9aと端面板9b，9bとにより図示のコの字形の断面を有する帯板をモールド体61の外側に巻き付け、適宜の位置にて切断して、帯板の始端に接合する手順によりなされる。ところが、この組み付けに際しては、コの字形断面を有する帯板の曲げを伴う巻き付けに多大の力及び手間を要し、更にこの巻き付けの後の接合にも手間を要することから、組立て工数の増加による製品コストの上昇を招来するという問題がある。

また、外周板9aと端面板9b，9bとを別体のリングとして構成し、モールド体61の外側にて各別に位置決めした後に相互に接合する手順での組み付けも可能であるが、この場合、外周板9aと端面板9b，9bとの夫々について全周の接合が必要であり、組立て工数の削減効果は得られない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、磁気ノイズの遮断効果を維持しながら組付けが容易な磁気シールドを備え、組立て工数の低減を図り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、前記集磁リングを一体に保持するモールド体の外側を、該モールド体の両側に軸長方向の延長部を有して覆う磁性体製の磁気シールドを備えることを特徴とする。

また第２発明に係るトルク検出装置は、第１発明におけるモールド体及び磁気シールドが円筒体であり、前記磁気シールドは、前記モールド体に外嵌固定してあることを特徴とする。

第１発明に係るトルク検出装置においては、集磁リングを保持するモールド体の外側を、これの両側に軸長方向の延長部を備える単純な形状の磁気シールドにより覆ったから、組み付けを容易に行わせることができると共に、径方向外側からの磁気ノイズは直接的に遮断し、軸長方向両側からの磁気ノイズは夫々の側の延長部の端面に集中させて遮断して集磁リングへの影響を排除し、高精度のトルク検出が可能となる。

また第２発明に係るトルク検出装置においては、円筒形をなす磁気シールドを円筒形をなすモールド体に外嵌固定する構成としたから、簡易な組み付けにより磁気ノイズを有効に遮断し、高精度のトルク検出が可能となる等、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を備えており、このトーションバー３による第１軸１及び第２軸２の連結は、これらの軸心部に夫々形成された連結孔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を有する樹脂製のモールド体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、モールド体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モールド成形された樹脂製のモールド体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、モールド体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、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。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。

このような磁極爪51，51…とＮ極40及びＳ極41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。

このようにヨークリング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、ヨークリング５，５夫々のヨーク本体50，50の外側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６，６は、図１に示す如く、夫々から軸長方向に延び、先端を略直角外向きに屈曲させてなる集磁部60，60を周方向の対応する２か所に備えている。

このような集磁リング６，６は、両者の集磁部60，60の延長側を向き合わせて同軸上に配置し、夫々の対応する集磁部60，60の先端が軸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、これらの外側を円筒形にモールド成形された樹脂製のモールド体61により覆って一体化されており、このように位置決めされた集磁リング６，６の集磁部60，60先端のエアギャップ間には、ホール素子等の磁気検知素子を用いてなる前記磁気センサ７が配してある。

なお集磁リング６，６は、周方向の２か所に集磁部60，60を備えており、図１に示す如く、これら２か所の集磁部60，60先端のエアギャップ間に２つの磁気センサ７，７が配してある。このように２つの磁気センサ７，７を設けてあるのは、一方を後述するトルク検出のために用い、他方をフェイル判定のために用いるためである。このフェイル判定は、例えば、２つ磁気センサ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、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。

更にモールド体61の外側には、本発明の特徴である磁気シールド８が巻装されている。図４は、本発明に係るトルク検出装置における磁気シールドの構成を示す断面図であり、前述の如くモールド体61により一体化された一対の集磁リング６，６と、これらの集磁部60，60間に配された磁気センサ７，７とを備える集磁リング組立体が示されている。

磁気シールド８は、磁性体製の薄板からなる円筒体であり、モールド体61の外側全体を覆うように組み付けられている。また磁気シールド８の長さは、モールド体61よりも適宜に長くしてあり、図示の如く、モールド体61の軸長方向両側に夫々所定長の延長部が生じるように組み付けられている。

図５は、磁気シールド８の組み付け手順の説明図である。本図に示す如く磁気シールド８は、予め円筒形に成形された状態でモールド体61の一側に同軸をなして位置決めし、図中に矢符により示す如くモールド体61に外嵌せしめて組み付けることができる。磁気シールド８の周面には、軸長方向の略中央に窓孔80が開設されている。この窓孔80は、図中に２点鎖線により示す如く、モールド体61への外嵌により集磁部60，60の対向面間に位置決めされ、この対向面間に配される磁気センサ７の挿入孔として用いられる。

このような磁気シールド８の組み付けは、単純な嵌合により簡易に実現することができる。また単純な円筒体である磁気シールド８は、帯板の成形より容易に構成することが可能であり、また適宜の直径を有する管材を利用して構成することもできる。このように磁気シールド８は、多くの工数を要することなく簡易に組み付けることが可能である。

また磁気シールド８は、以上の手順に限らず、例えば、集磁リング６，６と共にモールド体61の成型用の型内に位置決めし、集磁リング６，６との間に所定の位置関係を保って一体化させる手順によって組み付けることもできる。この場合においても、多くの工数を要することなく簡易に組み付けをなし得ることは言うまでもない。

以上の如く組み付けられた磁気シールド８は、後述する使用状態において、種々の方向から作用する磁気ノイズを遮断して、集磁リング６，６への影響を排除する作用をなす。ここで、径方向の外側からの磁気ノイズは、図６に示す従来の磁気シールド９と同様、磁モールド体61の外面全体を覆う磁気シールド８により直接的に遮断する一方、軸長方向の両側からの磁気ノイズは、従来の磁気シールド９とは異なり、図４中に矢符により示す如く磁性材料製の磁気シールド８の端面に集中させることにより遮断する。

このような集中は、磁気シールド８の端面がモールド体61の両側に延長されていることにより効果的に実現される。この延長部の長さＸ（図４参照）は、遮断効果を高めるために集磁リング組立体の軸方向長さの制限内にて可及的に大とするのが望ましい。

このように磁気シールド８が取付けられた集磁リング組立体は、図２に一部を示すハウジングＨに内嵌され、モールド体61の内面に露出する集磁リング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位置に固定されている。これにより集磁リング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し、このエアギャップに配された磁気センサ７，７は、漏洩磁束の密度に対応する出力を発する。

このようにして磁気センサ７，７の出力として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。

ここで磁気センサ７，７の出力は、配設位置の周辺に発生する磁気ノイズの影響による誤差を含む可能性があるが、本発明に係るトルク検出装置においては、集磁リング６，６の外側を囲繞する磁気シールド８が前述の如く磁気ノイズを遮断する作用をなすから、磁気センサ７，７の出力への磁気ノイズの影響を軽微に抑えることができ、この出力に基づく回転トルクの検出を高精度にて実現することができる。

本発明に係るトルク検出装置において、このように磁気ノイズを遮断する磁気シールド８が単純な円筒形状を有しており、前述の如く簡易に組み付けすることができるから、組立て工数の増加による製品コストの上昇を招くことなく高精度のトルク検出を行わせることが可能となる。

従って本発明に係るトルク検出装置は、電動パワーステアリング装置において、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ためのトルク検出装置として用いる等、磁気ノイズが多い環境下にて高い検出精度が得られ、しかも安価に構成可能なトルク検出装置として好便に用いることができる。

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おける磁気シールドの構成を示す断面図である。 磁気シールドの組み付け手順の説明図である。 従来の磁気シールドの構成を示す断面図である。

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
８ 磁気シールド
60 集磁部
61 モールド体

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、前記集磁リングを一体に保持するモールド体の外側を、該モールド体の両側に軸長方向の延長部を有して覆う磁性体製の磁気シールドを備えることを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記モールド体及び磁気シールドは円筒体であり、前記磁気シールドは、前記モールド体に外嵌固定してある請求項１記載のトルク検出装置。

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