JP2008232727A - Torque detector - Google Patents
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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。 The present invention relates to a torque detection device that is used to detect a steering torque applied to a steering member for steering, for example, in an electric power steering device.
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。 In an electric power steering device that assists steering by driving a steering assist motor in response to a rotation operation of a steering member such as a steering wheel and transmitting the rotational force of the motor to a steering mechanism, the steering assist motor It is necessary to detect the steering torque applied to the steering member to be used for drive control, and for this detection, a torque detection device conventionally configured in the middle of the steering shaft that connects the steering member and the steering mechanism has been used. It has been.
特開2002−326368号公報には図4で示すように検出対象となるステアリング軸を細径のトーションバー3を介して同軸上に連結された第1軸1と第2軸2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、この操舵トルクの作用によるトーションバー3の捩れを伴って第1,第2軸1,2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操舵トルクを検出する構成としてある。
In Japanese Patent Laid-Open No. 2002-326368, as shown in FIG. 4, a steering shaft to be detected is divided into a
トーションバー3は、細径の丸棒の両端に、第1軸1及び第2軸2との連結のための太径短寸の連結部30,30を連設して構成されている。第1軸1及び第2軸2は、連結部30,30の内嵌が可能な連結孔10,20を夫々の軸心部に備えており、第1軸1と第2軸2とのトーションバー3による連結は、第1軸1、第2軸2の連結孔10,20にトーションバー3両端の連結部30,30を嵌め込み、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。
The
第1,第2軸1,2間の相対角変位の検出は、第1軸1と一体回転する磁石4と、第2軸2と一体回転する軸方向2つのヨーク5,5とを備え、この磁石4とヨーク5,5との間の磁束変化を利用して両軸1,2の相対角変位を検出するようになっている。
The detection of the relative angular displacement between the first and
第2軸3と一体回転するヨーク5,5は、それぞれ、リング形をなすヨーク本体50,50の一側に軸方向に延びる磁極爪51,51を周方向に複数並設して構成され、夫々の磁極爪51,51を周方向に交互に位置させた2個を一組として第2軸3に固定されている。ヨーク5,5の外側は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、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ている。
The
第1軸1と一体回転する磁石4は、ヨーク5,5の磁極爪51,51と同数組のN,S極40,41を周方向に並設してなる多極磁石として構成されており、一組のヨーク5,5の磁極爪51,51が、N,S極40,41の境界上に整合するように位置決めして第1軸1に固定されている。
The
ヨーク5,5の外側には、これらに発生する磁束を集める集磁リング6,6が、それぞれのヨーク本体50,50の外側を近接して囲繞するように固定配置されており、これらの集磁リング6,6の一部に突設され、わずかなエアギャップを隔てて対向する集磁突起60,60の間にホール素子等を用いてなる磁気センサ7を配してある。
以上の構成により第1軸1と第2軸2との間に相対角変位が生じた場合、ヨーク5,5の磁極爪51,51と磁石4の磁極40,41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夫々のヨーク5,5内の磁束変化により、集磁リング6,6それぞれの集磁突起60,60間のエアギャップにおける磁束密度が増減して磁気センサ7の出力が変化するから、この出力変化を取り出すことにより第1,第2軸1,2に加わるトルク(操舵トルク)を検出することができる。
以上の如く構成されたトルク検出装置において、本出願人は、図5で示すように、ヨーク5の磁束を効率的に集磁リング6(一方の集磁リング6のみ図示)で集磁できるように、ヨーク52(一方のヨーク5のみ図示)の外周面にヨーク環状部分として環状に突出した形状の突起(ヨーク突起)54を形成し、このヨーク突起54を集磁リング6に対向させることを考えた。
In the torque detecting device configured as described above, the applicant can efficiently collect the magnetic flux of the
この場合、ステアリング軸の軸方向変位により、ヨーク突起54が軸方向変位したとき、ヨーク突起54が集磁リング6に対向する位置から外れてしまうことがある。これを防止するために、集磁リング6の内径端面6aの軸方向幅をLring、ヨーク突起54の外径端面54aの軸方向幅をLyoke、ヨーク突起54の軸方向変位をΔLとしたとき、Lring≧Lyoke+ΔLの関係式が成立する設定としている。すなわち、集磁リング6の内径端面6aの軸方向幅Lringをヨーク突起54の外径端面54aの軸方向幅Lyokeよりもヨーク突起54の軸方向変位ΔLだけ幅広にしている。
In this case, when the
しかしながら、集磁リング6は集磁性能を高めるべく磁性材料として高価なパーマロイを用いているが、上記設定により集磁リング6全体の軸方向幅が幅広となるためにその高価なパーマロイの使用量が増加し集磁リング6が極めてコスト高となっている。
However, the magnetic
そこでさらに本出願人は上記に検討を加えて、ヨーク突起が軸方向変位してもヨーク内磁束を効率的に集磁リングで集磁可能なようにヨーク突起と集磁リングとの半径方向の対向関係を確保しつつ集磁リングの使用材料量を大幅に低減化しコスト削減を図ることが可能なトルク検出装置を発明するに至ったのである。 Therefore, the applicant further examined the above, and even if the yoke protrusion is displaced in the axial direction, the radial direction between the yoke protrusion and the magnetism collecting ring can be efficiently collected by the magnetism collecting ring. The inventors have invented a torque detector that can significantly reduce the amount of material used for the magnetism collecting ring while reducing the cost while ensuring the facing relationship.
本発明によるトルク検出装置は、トルク被検出軸部の隔たった少なくとも軸方向2箇所に磁石と該磁石の磁束を通すヨークとをそれぞれ固定し、このヨーク外周に環状の部分(ヨーク環状部分)を設けると共にこのヨーク環状部分の外径側に集磁リングを固定配置したトルク検出装置において、上記集磁リングの内径端面の軸方向幅をLring、上記ヨーク環状部分の外径端面の軸方向幅をLyoke、上記ヨーク突起の軸方向ずれをΔLとしたとき、これらの間にLyoke≧Lring+ΔLの関係式が成立するように設定したことを特徴とするものである。 In the torque detection device according to the present invention, a magnet and a yoke through which the magnetic flux of the magnet is passed are fixed at least at two positions in the axial direction apart from the torque detection shaft portion, and an annular portion (yoke annular portion) is provided on the outer periphery of the yoke. In the torque detecting device having a magnetism collecting ring fixedly arranged on the outer diameter side of the yoke annular portion, the axial width of the inner diameter end surface of the magnetism collecting ring is Ring, and the axial width of the outer diameter end surface of the yoke annular portion is Lyoke, when the axial deviation of the yoke protrusion is ΔL, a relational expression of Lyoke ≧ Lring + ΔL is established between them.
上記ヨーク環状部分は、ヨーク外周から突出していなくてもよいが、好ましくは環状に突出したヨーク突起となっている。 The yoke annular portion may not protrude from the outer periphery of the yoke, but is preferably a yoke protrusion protruding in an annular shape.
本発明によれば、トルク被検出軸部のトルク検出に際して、ヨークが軸方向変位し、ヨーク突起がΔL分だけ軸方向変位しても、ヨーク環状部分の外径端面の軸方向幅Lyokeは、集磁リングの内径端面の軸方向幅LringよりもΔLより大きいので、ヨーク環状部分の外径端面と集磁リングの内径端面との半径方向での対向位置は維持され、ステアリング軸が軸方向変位してもヨーク環状部分から集磁リングから効率的に集磁させることが可能であると同時に、集磁リングの軸方向幅Lringは幅狭で済むので集磁リングを高価な磁性材料で作製しても使用材料量が少なくて済みコスト削減が可能となる。 According to the present invention, when the torque of the torque detected shaft portion is detected, even if the yoke is axially displaced and the yoke protrusion is axially displaced by ΔL, the axial width Lyoke of the outer diameter end surface of the yoke annular portion is Since the axial width Lring of the inner diameter end face of the magnetism collecting ring is larger than ΔL, the opposing position in the radial direction between the outer diameter end face of the yoke annular portion and the inner diameter end face of the magnetism collecting ring is maintained, and the steering shaft is axially displaced. Even in this case, it is possible to efficiently collect the magnetic flux from the yoke annular portion, and at the same time, the axial width Lring of the magnetic flux collecting ring can be narrow, so that the magnetic flux collecting ring is made of an expensive magnetic material. However, the amount of material used is small and the cost can be reduced.
上記磁石は軸回り方向にS,N極を配置した磁石であることが好ましい。 The magnet is preferably a magnet having S and N poles arranged around the axis.
上記トルク被検出軸部は、トルクを検出される軸部であれば特に限定しない。例えば軸やギアやプーリーその他の回転体を含み、自動車のステアリング軸等のトルク伝達軸を例示することができる。トルク被検出軸部の材料は特に限定しない。 The torque detected shaft portion is not particularly limited as long as it is a shaft portion from which torque is detected. For example, a torque transmission shaft such as a steering shaft of an automobile can be exemplified including a shaft, a gear, a pulley, and other rotating bodies. The material of the torque detected shaft is not particularly limited.
ヨーク環状部分の軸方向ずれΔLは、集磁リングとの相対位置関係においてのずれであればよい。例えばトルク被検出軸部をステアリング軸とした場合、上記隔たった軸方向2箇所は第1の軸部と、第2の軸部とし、第1の軸部に磁石、第2の軸部にヨークをそれぞれ固定し、また、集磁リングは自動車のボディ側に固定した場合、ヨークはステアリング軸の軸方向変位で軸方向変位しても集磁リングは軸方向変位しない。しかしながら、本発明はこのようなヨークと集磁リングとの位置関係だけに限定されない。 The axial deviation ΔL of the yoke annular portion may be a deviation in the relative positional relationship with the magnetism collecting ring. For example, when the torque detected shaft portion is a steering shaft, the two separated axial directions are a first shaft portion and a second shaft portion, the first shaft portion is a magnet, and the second shaft portion is a yoke. When the magnetism collecting ring is fixed to the body side of the automobile, the magnetism collecting ring is not displaced in the axial direction even if the yoke is axially displaced by the axial displacement of the steering shaft. However, the present invention is not limited to such a positional relationship between the yoke and the magnetism collecting ring.
上記ヨークを磁石外径側で軸方向一対備え、各ヨークはヨーク環状部分を設けると共に各ヨーク突起の外径端面に各集磁リングの内径端面を半径方向外側で対向配置してなり、対応するヨーク環状部分と集磁リングとが上記関係式が成立するよう設定することが好ましい。 A pair of the above-mentioned yokes are provided in the axial direction on the magnet outer diameter side, each yoke is provided with an annular portion of the yoke, and the inner diameter end face of each magnetism collecting ring is opposed to the outer diameter end face of each yoke projection on the outer side in the radial direction. The yoke annular portion and the magnetism collecting ring are preferably set so that the above relational expression is established.
上記トルク被検出軸部が電動パワーステアリング装置の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の軸部であり、かつ、このトルク被検出軸部の上記2箇所は、トーションバーを介して同軸上に連結された2つの軸部であり、一方の軸部に磁石、他方の軸部にヨークを固定することが好ましい。 The torque detected shaft portion is a shaft portion in the middle of the steering shaft that connects the steering member and the steering mechanism of the electric power steering apparatus, and the two locations of the torque detected shaft portion are connected via a torsion bar. It is preferable that the two shaft portions are coaxially connected, and a magnet is fixed to one shaft portion and a yoke is fixed to the other shaft portion.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係るトルク検出装置を詳細に説明する。実施の形態のトルク検出装置の全体は図4のそれと同様であるので、実施の形態ではその相違する構成のみを図1に示し、また、動作は図2、図3を参照して説明する。実施の形態のトルク検出装置は、電動パワーステアリング装置の操舵部材と舵取機構とを連絡するステアリング軸において、トーションバー3を介して同軸上に連結された第1の軸部1に磁石4、第2の軸部2にヨーク5,5を固定した構成となっている。
Hereinafter, a torque detection device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Since the entire torque detection device of the embodiment is the same as that of FIG. 4, only the different configuration is shown in FIG. 1 in the embodiment, and the operation will be described with reference to FIGS. The torque detection device according to the embodiment includes a
すなわち、実施の形態のトルク検出装置は、図1で示すように、トルク被検出軸部の隔たった少なくとも2箇所として、トーションバー3を介して同軸上に連結された2つの軸部1,2のうち、第1の軸部1に磁石4、第2の軸部2にヨーク5,5を固定している。さらに、ヨーク5,5外周にヨーク環状部分としてのヨーク突起54,54を設けると共にこのヨーク突起54,54の外径側に集磁リング6,6を固定配置したものである。このヨーク突起54,54は必ずしもヨーク5,5外周から突出している必要はなく平坦であってもよい。
That is, as shown in FIG. 1, the torque detection device according to the embodiment includes two
以上の構成を有するトルク検出装置において、集磁リング6,6の内径端面6a,6aの軸方向幅をLring、ヨーク突起54,54の外径端面54a,54aの軸方向幅をLyoke、上記ヨーク突起54,54の外径端面54a,54aの軸方向ずれをΔLとしたとき、これらの間にLyoke>Lring+ΔLの関係式が成立するように設定したことを特徴とするものである。
In the torque detector having the above-described configuration, the axial width of the inner
以上の設定では例えば図2で示すようにヨーク突起54,54が軸方向一方にΔL変位したときでも、また、図3で示すようにヨーク突起54,54が軸方向他方にΔL変位したときでも、集磁リング6,6の内径端面6a,6aはいずれもヨーク突起54,54の外径端面54a,54aとは半径方向で対向しており、ヨーク突起54,54から集磁リング6,6から効率的に集磁させることが可能であると同時に、集磁リング6,6の軸方向幅Lringは幅狭で済むので集磁リング6,6を高価な磁性材料で作製しても使用材料量が少なくて済むから、そのコスト削減が可能となる。なお、集磁リング6,6は左右対称でなくてもよいし、また、その形状は特に限定するものでもなく、いかなる形状も含む。
With the above setting, for example, even when the
1 第1軸
2 第2軸
3 トーションバー
4 磁石
5 ヨーク
54 ヨーク突起(ヨーク環状部分)
54a ヨーク突起54の外径端面
6 集磁リング
6a 集磁リングの内径端面
7 磁気センサ
1
54a Outer
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