JP2007139512A - 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】２個一組のヨークリングを保持する樹脂製のモールド体の第１軸又は第２軸への嵌合固定に必要とされる軸方向長さを短縮し、全体長さの短縮を可能とするトルク検出装置、及びこのトルク検出装置を操舵トルクの検出手段として備える電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】２個一組のヨークリング５，５を保持する樹脂製のモールド体52の一側端部の外周に非磁性金属製のカラー53を一体に固設し、このカラー53を第２軸２の一側端部に設けた連結部22に内嵌して、ヨークリング５，５を第２軸２に固定する。これによりカラー53の直径Ｄを大きくすることができ、必要な固定強度を得るためのカラー53の長さＬを短縮する。
【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、更に、このトルク検出装置を操舵トルクの検出手段として備える電動パワーステアリング装置に関する。

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、該モータの動力を操舵機構に加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結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、これら両軸を細径のトーションバーにより同軸上に連結して、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、これら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。

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て２個のヨークリング内に発生する磁束が変化するから、この磁束変化を検出することにより操舵トルクを知ることができる。

なお２個１組のヨークリングは、軟磁性体製の薄肉のリングであることから、相互間に前述した位置関係を保った状態で円筒形をなす樹脂製のモールド体により一体化し、該モールド体の一側端部の内周に一体成形された非磁性金属からなる固定用のカラーを介して第１軸又は第２軸の連結側端部に外嵌固定する取付け構造が採用されている。
特開２００５−９８８２１号公報

さて、操舵トルク検出用のトルク検出装置が介装されるステアリング軸の中途部には、車両の前面衝突時に、慣性によって前方に移動して操舵部材に衝突（２次衝突）する運転者の安全確保を図るべく、所定のストロークに亘って略一定の抵抗下にてテレスコピックに短縮することにより前記２次衝突による衝撃エネルギを吸収するエネルギ吸収機構が並設されることがある。このエネルギ吸収機構においては、エネルギ吸収に寄与するステアリング軸の短縮ストロークを可及的に長く確保する必要があり、一側に並設されるトルク検出装置の軸方向長さの短縮が切望されている。

特許文献１に開示されたトルク検出装置は、前記円筒磁石と前記ヨークリングとが径方向に重合して配置されており、軸方向長さの短縮のために有利な構成を有している。ところが、前述したヨークリングの取付け構造を採用する場合、２個のヨークリングの位置精度の向上を図るべく、これらを保持するモールド体と固定用のカラーとの間に十分な一体化長さを確保する必要があり、また固定用のカラーと第１軸又は第２軸の連結側端部との間に十分な嵌合長さを確保する必要があって、これらの長さの確保のために軸方向長さの短縮が制限され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、２個一組のヨークリングを保持する樹脂製のモールド体の第１軸又は第２軸への固定部に必要とされる軸方向長さを短縮し、全体長さの短縮を可能とするトルク検出装置、及びこれを備える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。

本発明の第１発明に係るトルク検出装置は、トーションバーを介して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を備え、前記第１軸及び第２軸に加わる回転トルクを、前記トーションバーの捩れに伴う前記円筒磁石と前記ヨークリングとの相対角変位に応じて前記ヨークリング内に生じる磁束の変化に基づいて検出するトルク検出装置において、前記ヨークリングを相互間の位置関係を保って一体に保持する樹脂製のモールド体と、該モールド体の一側端部の外周に一体化されており、前記第１軸又は第２軸の連結側端部への内嵌により前記モールド体を固定する固定用のカラーとを備えることを特徴とする。

また本発明の第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加えられる操舵トルクの検出結果に基づいて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの動力を操舵機構に加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、前記操舵部材と前記操舵機構とを連結するステアリング軸の中途に前記操舵トルクを検出すべく介装された第１発明のトルク検出装置を備えることを特徴とする。

本発明に係るトルク検出装置においては、２個一組のヨークリングを保持する樹脂製のモールド体の外周に固定用のカラーを一体化し、このカラーを第１軸又は第２軸の端部に内嵌する固定構造を採用したから、前記カラーと前記第１軸又は第２軸との嵌合部の直径及び円周長さをモールド体の大きさによる制限範囲内にて可及的に大とすることができ、所定の固定強度を実現するための嵌合部の軸方向長さを短くし、これにより軸方向の全体長さの短縮要求に応えることが可能となる。

また本発明に係る電動パワーステアリング装置においては、軸方向長さの短縮を可能とした本発明に係るトルク検出装置を操舵トルクの検出手段としてステアリング軸の中途に介装してあるから、２次衝突時のエネルギ吸収のために必要なステアリング軸の短縮ストロークを長くして十分なエネルギ吸収を行わせることができ、運転者の安全確保に有用である等、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、組立て状態を示す要部の縦断面図である。

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、更に、夫々のヨークリング５，５に発生する磁束を集める集磁リング６，６と、これらの集磁リング６，６の間に配設された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を備えている。第１軸１及び第２軸２は、軸心部に形成された連結孔10及び連結孔20（図２参照）にトーションバー３両端の連結部30，30を夫々内嵌し、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連結されている。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。

図２に示すトルク検出装置は、電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイール等の操舵部材と操舵機構とを連結するステアリング軸に加わる操舵トルクの検出手段として構成されている。図において上位置にある第１軸１は、図示しない操舵部材に連結され、下位置にある第２軸２は、図示しない操舵機構に連結されており、これらは、トーションバー３を介して同軸上に連結されている。なお図２中には、トーションバー３と第２軸２の連結部のみが示されている。

操舵機構の側の第２軸２は、図中に一部を示すハウジング８内に上下２つの軸受80，81により両持ち支持されており、これらの軸受80，81間に嵌着固定されたウォームホイール82を備えている。このウォームホイール82は、図示しない操舵補助用のモータの出力端のウォームに噛合させてあり、操舵補助用のモータが駆動された場合、該モータの動力がウォームホイール82に減速伝動され、第２軸２を介して操舵機構に操舵補助力が加えられる構成となっている。

このような第２軸２には、軸受80の支持部よりも上位置に、大径の円筒形をなす連結部22が設けてある。第１軸１の下端部は、連結部22の内側に挿入され、第２軸２の端面に開口する前記連結孔20に内嵌固定されたブッシュ23により同軸を保って支持されている。

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いる。この円筒磁石４は、モールド体42を介して第１軸１に外嵌され、連結部22の端面に近接する位置に固定されている。

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の内周縁に、軸方向に延びる複数の磁極爪51，51…を周方向に等配をなして連設してなる軟磁性体製の円環である。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、これらの外側を覆うように円筒形にモールド成形された樹脂製のモールド体52により一体化されている。

またモールド体52の一側端部の外周には、非磁性金属からなる固定用のカラー53が一体に固設されている。このカラー53は、モールド体52の成形に使用する型内において．ヨークリング５，５と同軸をなし、また軸長方向に適長離隔するように位置決めしておき、この状態で前記型内に樹脂を注入して固化せしめる成形工程を実施することにより、ヨークリング５，５との間に正しい位置関係を保って固設することができる。

このように構成されたヨークリング５，５は、モールド体52の外周に固設されたカラー53を第２軸２上端の連結部22に内嵌することにより第２軸２に同軸をなして固定され、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し、周方向に以下に示す位置関係が得られるように組み付けられている。

図３は、ヨークリングと円筒磁石との周方向の位置関係の説明図である。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化する。この変化が生じた場合、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から、この磁束を検出することにより、第１軸１と第２軸２との間の相対角変位、即ち、第１，第２軸に加わる回転トルク（操舵トルク）を知ることができる。

このようにしてヨークリング５，５に発生する磁束は、夫々に対応する集磁リング６，６により集められ、磁気センサ７，７により検出される。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軟磁性材料製の円環であり、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61により覆って一体化されている。

これらの集磁リング６，６の集磁部60，60の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、２か所の集磁部60，60の先端のエアギャップの夫々に磁気センサ７，７が配してあり、図２に示す如く、これらの磁気センサ７，７は、集磁リング６，６と共にモールド体61により一体化されている。

このように集磁リング６，６及び磁気センサ７，７を保持するモールド体61は、図２に示す如く、内面に露出する集磁リング６，６の夫々をヨークリング５，５の外側に近接対向せしめてハウジング８に内嵌固定されている。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リング５，５に発生する磁束が誘導され、夫々の誘導磁束が集磁部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こととなり、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。

このように磁気センサ７，７の出力として与えられる磁束密度は、集磁リング６，６の内側に対向するヨークリング５，５の内部に発生する磁束によって変化し、この磁束は、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に加えられる回転トルクの方向及び大きさに対応するものとなり、これらの磁気センサ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。

なお、集磁リング６，６に各２つの集磁突起60，60を設け、夫々の対向面間に磁気センサ７，７を配してあるのは、一方をトルク検出用とし、他方をフェイル判定用とするためである。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。

図４は、ヨークリング５，５の固定構造の説明図である。ヨークリング５，５は、前述した位置関係を保って樹脂製のモールド体52により一体化されており、このモールド体52は、一側端部の外周に一体に固設された固定用のカラー53を備えている。一方、ヨークリング５，５が固定される第２軸２の軸端部には、大径の円筒形をなす連結部22が設けてあり、ヨークリング５，５は、図４中に矢符により示す如く、モールド体52の一側端部のカラー53を第２軸２の連結部22に内嵌せしめて固定されている。

このように固定されるヨークリング５，５は、カラー53と連結部22との嵌合部に発生する面圧により周方向及び軸長方向に移動することなく拘束される。ここでカラー53と連結部22との嵌合部に発生する面圧は、該嵌合部に設定された締め代と、該嵌合部おける接触面積との積として与えられるが、締め代の大きさは、固定対象となるモールド体52が樹脂製であることから強度面での上限があり、大なる面圧を与えてヨークリング５，５の移動を確実に拘束するためには、カラー53と連結部22との嵌合部に十分な接触面積を確保する必要がある。

この接触面積は、嵌合部を構成するカラー53又は連結部22の円周長さと軸方向長さとの積であり、円周長さは、カラー53の外径又は連結部22の内径に比例する。本発明に係るトルク検出装置においては、ヨークリング５，５の固定用のカラー53がモールド体52の外周に固設されているから、図４中に示すようにカラー53の外径Ｄを、モールド体52のサイズにより限定される範囲内にて可及的に大きく設定することができる。従って、カラー53の軸方向長さＬを小さく保ったまま嵌合部に必要とされる接触面積を確保することができ、このようなカラー53を含めたモールド体52の軸方向長さＬ₀ を短縮し、トルク検出装置全体の軸方向長さを短縮することができる。

またヨークリング５，５の拘束程度は、カラー53とモールド体52との被着強度の影響も受けるが、本発明に係るトルク検出装置においては、モールド体52の外周にカラー53が固設されているから、両者の界面の接触面積も大となり、カラー53とモールド体52との間の被着強度も高めることができ、ヨークリング５，５を確実に拘束することができる。

このようにモールド体52は、第２軸２に対して軸長方向及び周方向に位置ずれすることなく強固に固定され、モールド体52に保持されたヨークリング５，５は、第１軸１に固設された円筒磁石４との位置関係を正しく維持して相対回転することができ、前述したトルク検出を高精度に行わせることができる。

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要部の縦断面図である。 ヨークリングと円筒磁石との周方向の位置関係の説明図である。 ヨークリングの固定構造の説明図である。

符号の説明

１ 第１軸
２ 第２軸
３ トーションバー
４ 円筒磁石
５ ヨークリング
22 連結部（連結側端部）
52 モールド体
53 カラー

Claims (2)

1. トーションバーを介して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を備え、前記第１軸及び第２軸に加わる回転トルクを、前記トーションバーの捩れに伴う前記円筒磁石と前記ヨークリングとの相対角変位に応じて前記ヨークリング内に生じる磁束の変化に基づいて検出するトルク検出装置において、
   前記ヨークリングを相互間の位置関係を保って一体に保持する樹脂製のモールド体と、 該モールド体の一側端部の外周に一体化されており、前記第１軸又は第２軸の連結側端部への内嵌により前記モールド体を固定する固定用のカラーと
   を備えることを特徴とするトルク検出装置。
2. 操舵部材に加えられる操舵トルクの検出結果に基づいて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの動力を操舵機構に加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、前記操舵部材と前記操舵機構とを連結するステアリング軸の中途に前記操舵トルクを検出すべく介装された請求項１記載のトルク検出装置を備え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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