JP2008241564A - 舵角検出装置及びステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出可能な舵角の制限が少なく、摩耗による耐久性低下等を防止することができる舵角検出装置を提供する。
【解決手段】異なる磁極を周方向交互に備えた永久磁石２５を操舵軸９に設け、永久磁石２５の外周側に、永久磁石２５との周方向の相対的な位相ずれにより磁束密度が変化する舵角検出用磁気ヨーク２６を設け、この磁気ヨーク２６の磁束密度の変化を検出する磁気センサ２８を設ける。また、永久磁石２５の回転に連動して所定の割合で位相をずらしながら磁気ヨーク２６を回転させる連動手段６０を設ける。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動車等の車両に用いられる舵角検出装置及びステアリング装置に関する。

例えば、自動車では、電動式又は油圧式のパワーステアリング装置が、ステアリングホイールから操向車輪に至る操舵系に連結されており、パワーステアリング装置から操舵系に操舵補助力を付与することでドライバーの操舵負担を軽減している。また、パワーステアリング装置に、ステアリングホイールの操舵角度を検出する舵角検出装置を設けた技術も公知であり、検出された舵角は操舵補助制御等のために用いられている。

かかる舵角検出装置として、下記特許文献１には、電動パワーステアリング装置の減速機に回転型ポテンショメータを設け、減速機内のウォームホイールの側面に渦巻き溝を形成し、この渦巻き溝にポテンショメータの揺動アームを係合させると共に、ウォームホイールの回転に応じて揺動アームを揺動回転させて、ステアリングシャフトの回転角を検出するようにしたものが開示されている。
特開２００５−１１４６７６号公報

特許文献１に開示された舵角検出装置では、渦巻き溝を形成することができる範囲が、ウォームホイールの側面の面積内に制限されるため、検出可能な舵角にも当然に制限が生じる。通常、ステアリングホイールの使用回転角度は、左右に２〜２．５回転（計４〜５回転）程度であるが、製造過程等では試験的にそれ以上回転させる場合があり、特許文献１の技術では、上記制限により所望の通りにステアリングホイールを回すことができない場合がある。
また、ポテンショメータの揺動アームを渦巻き溝に係合させているので、これらの摩耗により耐久性や検出精度が低下したり、揺動アームが渦巻き溝を跳び越えて正規の位置から外れ、誤作動したりする恐れがある。

本発明は、検出可能な舵角の制限が少なく、摩耗による耐久性低下等を防止することができる舵角検出装置及びステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の舵角検出装置は、異なる磁極を周方向交互に備え且つステアリング装置の操舵軸とともに回転する永久磁石と、前記永久磁石により形成される磁界内でこの永久磁石の外周を囲むように配置され、前記永久磁石との周方向の相対的な位相ずれにより磁束密度が変化する舵角検出用磁気ヨークと、前記舵角検出用磁気ヨークに発生する磁束密度を検出する舵角検出用磁気センサと、前記永久磁石の回転に連動して所定の割合で位相をずらしながら前記舵角検出用磁気ヨークを回転させる連動手段と、前記舵角検出用磁気センサの検出値に基づいて前記操舵軸の舵角を演算する演算手段と、を備えていることを特徴とする。

これによれば、操舵軸の回転による永久磁石の回転に伴い、位相をずらしながら舵角検出用磁気ヨークを回転させ、永久磁石と舵角検出用磁気ヨークとの位相のずれによって生じる舵角検出用磁気ヨークの磁束密度の変化を舵角検出用磁気センサによって検出し、この検出値に基づいて舵角を求めることができる。そのため、小さい舵角検出用磁気ヨークの回転量（永久磁石との相対回転量）から、１回転を超える大きい操舵軸の舵角を検出することが可能となり、検出可能な操舵軸の舵角の制限を少なくすることができる。また、非接触型の磁気センサを用いて舵角を検出しているので、従来技術のようにセンサ等の摩耗が生じることがなく、耐久性及び検知精度を向上することができる。

前記連動手段は、前記操舵軸と一体回転可能に設けられた第１歯車と、前記舵角検出用磁気ヨークと一体回転可能に設けられた第２歯車と、第１，第２歯車に同時に噛み合って第１歯車から第２歯車へ回転を伝達する連動歯車とを有し、前記第１歯車と第２歯車とが異なる歯数に形成されていることが好ましい。
これによって、操舵軸の回転に伴う永久磁石と舵角検出用磁気ヨークとの相対的な回転（位相ずれ）を簡単且つコンパクトな構成によって実現することができる。

前記操舵軸は、互いに同一軸心状に配置された第１，第２の軸部と、この第１，第２の軸部を連結する連結軸部とを有しており、前記第１の軸部に前記永久磁石が設けられ、前記第２の軸部に、前記永久磁石により形成される磁界内でこの永久磁石の外周を囲むように配置され、前記永久磁石との周方向の相対的な位相ずれにより磁束密度が変化するトルク検出用磁気ヨークが設けられ、前記第１歯車が、前記トルク検出用磁気ヨークと一体回転可能に設けられていることが好ましい。

これによれば、従来公知の磁気検出型のトルク検出装置（たとえば、特開２００３−１４９０６２号公報参照）を備えている場合には、そのトルク検出用磁気ヨークを利用して連動手段の一部（第１歯車）を設けることにより、舵角検出装置の小型化を図ることができる。また、永久磁石をトルク検出装置にも利用することによって、トルク検出装置のコストダウンにも寄与する。

本発明のステアリング装置は、操舵部材の操作により回転する操舵軸と、前記操舵軸に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出装置と、前記操舵軸の回転角度を検出する舵角検出装置と、を備えており、前記操舵軸が、第１の軸部と、この第１の軸部と同一軸心状に配置された第２の軸部と、第１，第２の軸部を連結する連結軸部とを有しており、前記トルク検出装置が、異なる磁極を周方向交互に備え且つ前記第１の軸部とともに回転する永久磁石と、前記第２の軸部とともに回転するとともに、前記永久磁石により形成される磁界内でこの永久磁石の外周を囲むように配置され、且つ、前記永久磁石との周方向の相対的な位置ずれにより磁束密度が変化するトルク検出用磁気ヨークと、前記トルク検出用磁気ヨークに発生する磁束密度を検出するトルク検出用磁気センサと、前記トルク検出用磁気センサの検出値に基づいて前記操舵軸に加えられる操舵トルクを演算するトルク演算手段と、を有しており、前記舵角検出装置が、前記永久磁石と、前記トルク検出用磁気ヨークと軸方向に並べて配置されるとともに、前記永久磁石により形成される磁界内でこの永久磁石の外周を囲むように配置され、且つ、前記永久磁石との周方向の相対的な位相ずれにより磁束密度が変化する舵角検出用磁気ヨークと、前記舵角検出用磁気ヨークに発生する磁束密度を検出する舵角検出用磁気センサと、前記永久磁石の回転に連動して所定の割合で位相をずらしながら前記舵角検出用磁気ヨークを回転させる連動手段と、前記舵角検出用磁気センサの検出値に基づいて前記操舵軸の舵角を演算する舵角演算手段と、を備えていることを特徴とする。

これによれば、操舵軸の回転による永久磁石の回転に伴い、この永久磁石に対して位相をずらしながら舵角検出用磁気ヨークを回転させることができ、この位相のずれによって生じる舵角検出用磁気ヨークの磁束密度の変化を舵角検出用磁気センサによって検出し、この検出値に基づいて舵角を求めることができる。そのため、小さい舵角検出用磁気ヨークの回転量（永久磁石との相対回転量）から、１回転を超える大きい操舵軸の舵角を検出することが可能となり、実質的に検出可能な操舵軸の回転量の制限を無くすることができる。また、非接触型の磁気センサを用いて舵角を検出しているので、従来技術のようにセンサ等の摩耗が生じることがなく、耐久性及び検知精度を向上することができる。

また、上記構成によれば、舵角検出装置とトルク検出装置との間で永久磁石を共用することができるので部品点数を少なくすることができる。さらに、各検出装置の間で、磁気ヨーク等はほぼ同じ部品を用いることができるので、部品種を少なくすることもできる。これらは、各検出装置のコストダウンに寄与する。

本発明の舵角検出装置及びステアリング装置によれば、検出可能な舵角の制限が少なく、摩耗による耐久性低下等を防止することができる。

図１は、本発明に係る舵角検出装置を備えた電動パワーステアリング装置１の縦断面図である。この電動パワーステアリング装置１は、図示しないステアリングホイール（操舵部材）に連結された操舵軸９を備えている。操舵軸９は、第１の軸部１０と、この第１の軸部１０に、同軸心状に連結されたトーションバー（連結軸部）１１及び第２の軸部１３を有している。第１の軸部１０は筒形状に形成され、その中空部にトーションバー１１の上半部が遊嵌され、トーションバー１１の上端部はピン１２により第１の軸部１０に連結されている。トーションバー１１の下半部は、筒形状の第２の軸部１３の中空部に遊嵌され、トーションバー１１の下端部はピン１４により第２の軸部１３に連結されている。第２の軸部１３の中空部の上部には、第１の軸部１０の下部が遊嵌されている。第２の軸部１３は、図示しない舵取機構に連結されている。

第１の軸部１０は、軸受１５により電動パワーステアリング装置１のハウジング１６に回転自在に支持され、第２の軸部１３は、軸受１７，１８によりハウジング１６に回転自在に支持されている。第２の軸部１３には、ウォームホイール１９が一体回転可能に固定され、ウォームホイール１９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２０が噛合している。

ハウジング１６には、センサハウジング３５が取り付けられ、このセンサハウジング３５に本発明に係る舵角検出装置２２とトルク検出装置２３とが設けられている。図２は、舵角検出装置２２及びトルク検出装置２３の一部を分解して示す斜視図であり、図３は、舵角検出装置２２及びトルク検出装置２３を拡大して示す縦断面図である。

舵角検出装置２２は、第１の軸部１０に同軸心状に固定された筒形の永久磁石２５と、永久磁石２５の外周に適当な隙間をあけて配置された、軟磁性体からなる２つの環状の第１磁気ヨーク（舵角検出用磁気ヨーク）２６（２６Ａ，２６Ｂ）と、各第１磁気ヨーク２６に対応してその外周に配置された２つの第１磁気センサ２８（２８Ａ，２８Ｂ）と、第１の軸部１０及び永久磁石２５の回転に連動して所定の割合で永久磁石２５に対する周方向の位相をずらしながら第１磁気ヨーク２６を回転させる連動手段６０とを備えている。

図２に示すように、永久磁石２５は円筒形状に形成され、各６極のＮ極及びＳ極（合計１２極）が周方向に等間隔で着磁されている。永久磁石２５は、第１の軸部１０（図３）の外周面に嵌合され、第１の軸部１０とともに回転する。

図４（ａ）は、第１磁気ヨーク２６及び第１磁気センサ２８の斜視図である。２つの第１磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂは、互いに平行で軸方向に離間して配置されている。各第１磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂの内周縁には、他方の第１磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂへ向けて突出する複数の磁極爪３１，３１が周方向に等間隔に形成されている。磁極爪３１，３１の数は、永久磁石２５（図２）のＮ極及びＳ極と同じ数に設定され、本実施形態では、各第１磁気ヨーク２６に６個の磁極爪３１が設けられている。

各磁極爪３１は、正面視で２等辺三角形状（先細り形状）に形成されている。一方の第１磁気ヨーク２６Ａの磁極爪３１と、他方の第１磁気ヨーク２６Ｂの磁極爪３１とは、周方向に位置がずらされ、一方の第１磁気ヨーク２６Ａの２つの磁極爪３１の間に他方の第１磁気ヨーク２６Ｂの磁極爪３１が入り込むように配置されている。また、２つの第１磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂは、図２及び図３に示すように、円筒形状のモールド樹脂（連結体）３２に覆われて一体化されている。各第１磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂの磁極爪３１は、モールド樹脂３２の内周面に露出している。

第１磁気センサ２８Ａ，２８Ｂは、各第１磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂに生じる磁束密度を検出するものであり、例えば、ホールＩＣ、ホール素子、磁気抵抗素子等が用いられている。第１磁気センサ２８Ａ，２８Ｂは、検出した磁束密度を電気信号（例えば電圧信号）に変換して出力する。この第１磁気センサ２８Ａ，２８Ｂは、合成樹脂製のセンサハウジング３５に一体的にモールドされている。

センサハウジング３５は、図２に示すように、筒形の円筒部３５ａと、この円筒部３５ａの一側部に形成された取付部３５ｂとを有し、取付部３５ｂには両側に突出する板状の一対の取付片３５ｃが設けられている。また、センサハウジング３５は、図１に示すように、電動パワーステアリング装置１のハウジング１６内に側方から挿入されるとともに、取付片３５ｃを介してボルト等によりハウジング１６に固定されている。

モールド樹脂３２は、筒内に第１の軸部１０及び永久磁石２５を相対回転可能に挿入した状態で、センサハウジング３５の円筒部３５ａ内に挿入され、上下の磁気ヨーク２６（２６Ａ，２６Ｂ）がそれぞれ上下の第１磁気センサ２８（２８Ａ，２８Ｂ）の径方向内側に隙間をあけて位置するように配置されている。図２及び図３に示すように、第１モールド樹脂３２の上端外周面と、センサハウジング３５の上端内周面との間は、シール部材２１Ａにより封止され、塵埃の侵入が防止されている。第１磁気センサ２８のリード線は取付部３５ｂから突出しており、取付部３５ｂに固定された回路基盤３６に接続されている。
舵角検出装置２２は、上記構成の他に連動手段６０を備えているが、その構成についてはトルク検出手段２３の構成を述べた後に説明する。

図２及び図３に示すように、トルク検出装置２３は、第１の軸部１０に同軸心状に固定された筒形の永久磁石２５と、永久磁石２５の外周に適当な隙間をあけて配置された軟磁性体からなる２つの環状の第２磁気ヨーク（トルク検出用磁気ヨーク）４６，４６と、各第２磁気ヨーク４６，４６に対応して、その外周に配置された軟磁性体からなる２つの集磁リング４７，４７と、２つの集磁リング４７，４７の間に配置された第２磁気センサ４８と、を備えている。このうち、永久磁石２５は、舵角検出装置２２に用いられているものが共用されている。

図４（ｂ）に示すように、２つの第２磁気ヨーク４６，４６は、互いに平行で軸方向に離間して配置され、内周縁に、永久磁石２５（図２）のＮ極及びＳ極と同じ数の、各６個の磁極爪５１を周方向等間隔に備えている。磁極爪５１は、正面視で２等辺三角形状（先細り形状）に形成されている。一方の第２磁気ヨーク４６の磁極爪５１と、他方の第１磁気ヨーク４６の磁極爪５１とは、周方向に位置がずらされるとともに、一方の第２磁気ヨーク４６の２つの磁極爪５１の中間に、他方の第２磁気ヨーク４６の磁極爪５１が入り込むように配置されている。したがって、両第２磁気ヨーク４６，４６の磁極爪５１，磁極爪５１は、周方向等間隔に配置される。

図３に示すように、２つの第２磁気ヨーク４６，４６は、円筒形状の第２モールド樹脂（連結体）５２に覆われて一体化され、各第２磁気ヨーク４６の磁極爪５１は、第２モールド樹脂５２の内周面に露出している。第２モールド樹脂５２は、舵角検出装置２２の第１モールド樹脂３２と同じ内外径に形成されている。
第２モールド樹脂５２の下端には、カラー３８が固定されている。このカラー３８は、第２モールド樹脂５２内の下端に嵌合された円筒部３８ａと、円筒部３８ａの下端から径方向外方に突出する環状の鍔部３８ｂとを有しており、鍔部３８ｂは第２の軸部１３の大径部１３ａに当て止めされ、円筒部３８ａは、第２の軸部１３の上端外周面に圧入されている。したがって、第２モールド樹脂５２は、第２の軸部１３に一体回転可能に取り付けられている。

図４（ｂ）に示すように、２つの集磁リング４７，４７は、リング状に形成されるとともに互いに平行で軸方向に離間して配置されている。２つの集磁リング４７，４７は、それぞれ径方向外方に突出する集磁部５３，５３を備え、これらは互いに対向しており、両集磁部５３，５３のギャップには、第２磁気センサ４８が配置されている。そして、図３に示すように、集磁リング４７，４７及び第２磁気センサ４８は、舵角検出装置２２の第１磁気センサ２８の下方で、センサハウジング３５に一体的にモールドされている。

第２磁気センサ４８は、一方の集磁リング４７と他方の集磁リング４７との間に生じる磁束密度を検出するものであり、例えば、ホールＩＣ、ホール素子、磁気抵抗素子等が用いられる。第２磁気センサ４８は、検出した磁束密度を電気信号（例えば電圧信号）に変換して出力する。第２磁気センサ４８のリード線は取付部３５ｂから突出しており、取付部３５ｂに固定された基盤３６に接続されている。

第２モールド樹脂５２は、第１の軸部１０及び永久磁石２５を筒内に挿入した状態で、センサハウジング３５の円筒部３５ａ内に挿入されている。第１モールド樹脂３２と第２モールド樹脂５２とは、同軸心状で軸方向に並べて配置されている。第２モールド樹脂５２の下部外周面とセンサハウジング３５の下端内周面とは、シール部材２１Ｂで封止され、塵埃の侵入が防止されている。

図２に示すように、舵角検出装置２２の連動手段６０は、第１モールド樹脂３２の下端部に設けられた第２歯車６２と、第２モールド樹脂５２の上端部に設けられた第１歯車６１と、第１歯車６１及び第２歯車６２の外周側に配置され、第１歯車６１と第２歯車６２とを連動して回転させる連動歯車６３とを備えている。
第１歯車６１と第２歯車６２とは同径であるが、歯数がわずかに異なっている。具体的には、第１歯車６１の歯数は、ｍｎ（ｍは連動歯車６３の個数（本実施形態では２）、ｎは１以上の整数）に設定され、第２歯車６２の歯数は、ｍｎ±ｍに設定されている。例えば、第１歯車６１の歯数が６０（ｎ＝３０）とされている場合、第２歯車６２の歯数は５８又は６２となる。以下、第１歯車６１の歯数を６０とし、第２歯車６２の歯数を５８とした場合について説明する。

連動歯車６３は２つ備えられ、互いに対向する位置に（１８０°の間隔で）配置され、センサハウジング３５に形成された支持部３５ｄに回転自在に支持されている。また、連動歯車６３は、第１歯車６１及び第２歯車６２よりも小径であり、両者６１，６２に上下方向に跨るように配置され、両者６１，６２に同時に噛み合っている。
図３に示すように、ステアリングホイールを操作することによって第１の軸部１０が回転すると、トーションバー１１を介して第２の軸部１３が回転し、第２の軸部１３に固定された第２モールド樹脂５２も軸心回りに回転する。この回転は、第１歯車６１から連動歯車６３を介して第２歯車６２に伝達され、第１モールド樹脂３２も軸心回りに回転する。

この際、第１歯車６１の歯数と第２歯車６２の歯数とが異なるため、第２モールド樹脂５２と第１モールド樹脂３２とは、回転に伴って位相がずれるようになっている。第１歯車６１の歯数が６０で、第２歯車６２の歯数が５８の場合、第１歯車６１が一回転すると、第２歯車６２は一回転に加えて２つの歯の分だけ回転が進む。この量を回転角度に換算すると、１２°（＝３６０°×（６０−５８）／６０）となる。

一方、第１の軸部１０が一回転すると、第１の軸部１０に固定された永久磁石２５も一回転（３６０°回転）するが、これに対して第１モールド樹脂３２は、一回転に加えて１２°回転するので、永久磁石２５に対して第１磁気ヨーク２６が周方向に１２°位相がずれることになる。

図５（ｂ）に示すように、下側の第１磁気ヨーク２６Ｂの磁極爪３１は、ステアリングホイールを中立位置にした状態（ステアリングホイールを切っていない状態）で、その中心が永久磁石２５のＮ極とＳ極との境界に一致するように配置されている。そのため、磁極爪３１には、Ｎ極及びＳ極から同数の磁力線が出入りし、下側の第１磁気センサ２８Ｂで検出する磁束密度は０となる。

ステアリングホイールを操作し、第１の軸部１０、永久磁石２５、トーションバー１１、及び第２モールド樹脂５２が回転すると、第１歯車６１、連動歯車６３、第２歯車６２を介して第１モールド樹脂３２は位相を進めながら回転する。これにより、図５（ａ）（ｃ）に示すように、下側の第１磁気ヨーク２６Ｂの磁極爪３１の中心がＮ極とＳ極の境界から左右方向（周方向）にずれる。したがって、下側の第１磁気ヨーク２６Ｂには、ＮまたはＳの極性を有する磁力線が増加する。

例えば、図５（ａ）に示すように、下側の第１磁気ヨーク２６Ｂの磁極爪３１に対向するＮ極の面積がＳ極よりも小さくなると、Ｎ極から磁極爪３１に入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より小さくなる。また、図５（ｃ）に示すように、下側の第１磁気ヨーク２６Ｂの磁極爪３１に対向するＮ極の面積がＳ極よりも大きくなると、Ｎ極から磁極爪３１に入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より大きくなる。下側の第１磁気センサ２８Ｂは、このような第１磁気ヨーク２６Ｂの磁束密度の変化を検出する。

図６は、下側の第１磁気ヨーク２６Ｂのある磁極爪３１が永久磁石２５回りに相対移動する様子を示す概略図である。永久磁石２５は、６つのＮ極と６つのＳ極とを備えており、隣接する１組のＮ極及びＳ極の中心角θは、６０°となっている。そのため、ある磁極爪３１が永久磁石２５に対して６０°周方向に移動すると、第１磁気ヨーク２６Ｂに発生する磁束密度に１周期の変化が現れる。

図７（ａ）のグラフは、下側の第１磁気ヨーク２６Ｂの磁束密度を検出する下側の第１磁気センサ２８Ｂの出力信号を示しており、磁極爪３１が永久磁石２５に対して６０°移動することによって、この第１磁気センサ２８Ｂは、１周期の正弦波を出力する。
操舵軸９の回転角度が０°のとき、下側の第１磁気ヨーク２６Ｂの磁極爪３１は図５（ｂ）に示すように中心がＮ極とＳ極との間に配置されるので、図７（ａ）に示すように下側の第１磁気センサ２８Ｂの出力信号は０になる。そして、操舵軸９が左右方向（±方向）に回転すると、図５（ａ）（ｃ）に示すように磁極爪３１が左右方向に移動するので、図７（ａ）に示すように下側の第１磁気センサ２８Ｂの出力信号が増減する。

第１磁気ヨーク２６は、操舵軸９の１回転で１２°位相が進むので、磁極爪３１が永久磁石２５回りに６０°（±３０°）移動する間に、操舵軸９は５回転（６０°÷１２°＝５）、すなわち、１８００°（±９００°）回転できることになる。言い換えると、操舵軸９の５回転を、永久磁石２５に対する第１磁気ヨーク２６の６０°の相対回転に変換し、この相対回転に伴う磁束密度の変化を第１磁気センサ２８によって検出し、１周期の正弦波として出力することができる。つまり、本実施形態では、第１磁気センサ２８の出力信号から、操舵軸９の５回転分の舵角が検出可能となっている。

図５（ｂ）に示すように、上側の第１磁気ヨーク２６Ａは、下側の第１磁気ヨーク２６Ｂに対して若干周方向に位相がずれており、ステアリングホイールを中立位置にした状態で、その中心がＮ極とＳ極との境界よりややＮ極側に偏った位置に配置されている。図７（ｂ）のグラフは、上側の第１磁気ヨーク２６Ａの磁束密度を検出する上側の第１磁気センサ２８Ａの出力信号を示しており、上側の第１磁気ヨーク２６Ａの磁束密度は、下側の第１磁気ヨーク２６Ｂの磁束密度（図７（ａ））に対して位相がずれた状態で変化していることがわかる。

舵角検出装置２２は、２つの第１磁気センサ２８Ａ，２８Ｂの出力から操舵軸９の回転角（舵角）を求める演算手段（舵角演算手段）（図示略）を備えている。この演算手段は、舵角検出装置２２が備える制御部或いは車両が備える制御部（ＥＣＵ等）に設けられている。この演算手段はメモリーを含み、このメモリーには、操舵軸９の舵角と、第１磁気センサ２８Ａ，２８Ｂの出力とを対応づけたテーブルが予め記憶されている。このテーブルは、図７に示すように、例えば舵角がαであるときに、２つの第１磁気センサ２８Ａ，２８Ｂの出力が「ｂ」及び「−ａ」であることを記録したものである。したがって、例えば、下側の第１磁気センサ２８Ｂの出力が「−ａ」である場合、操舵軸９の回転角は２つの角度「α」，「β」を取り得るが、上側の第１磁気センサ２８Ａの出力が「ｂ」であれば回転角は「α」であると判別することができ、上側の第１磁気センサ２８Ａの出力が「−ｃ」であれば、回転角は「β」であると判別することができる。

トルク検出装置２３は、トーションバー１１のねじれを検出するものであり、第１の軸部１０にトルクが加えられないとき、トルク検出装置２３の第２磁気ヨーク４６の磁極爪５１は、図８（ｂ）に示すように、その中心が永久磁石２５のＮ極とＳ極の境界に配置されている。この際、磁極爪５１は、永久磁石２５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、上下の第２磁気ヨーク４６間には磁束は生じない。したがって、第２磁気センサ４８で検出する磁束密度は０となる。

第１の軸部１０に一方向のトルクが加えられたとき、トーションバー１１にねじれが生じ、第１の軸部１０と第２の軸部１３とが相対回転する。このとき、永久磁石２５が第１の軸部１０に固定されているのに対し、第２磁気ヨーク４６は第２の軸部１３に固定されているので、図８（ａ）（ｃ）に示すように、第２磁気ヨーク４６の磁極爪５１が永久磁石２５に対して周方向に位相がずれる。

この場合、図８（ａ）に示すように、上側の第２磁気ヨーク４６の磁極爪５１に対向するＮ極の面積がＳ極より大きくなると、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束よりも大きくなる。また、下側の第２磁気ヨーク４６の磁極爪５１に対向するＮ極の面積がＳ極より小さくなると、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、上側の第２磁気ヨーク４６から下側の第２磁気ヨーク４６への磁束が生じ、この磁束密度は極磁爪５１に対するＮ極及びＳ極の面積の差が大きいほど大きくなる。

逆に、図８（ｃ）に示すように、上側の第２磁気ヨーク４６の磁極爪５１に対向するＮ極の面積がＳ極より小さくなると、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束よりも小さくなる。また、下側の第２磁気ヨーク４６の磁極爪５１に対向するＮ極の面積がＳ極より大きくなると、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、下側の第２磁気ヨーク４６から上側の第２磁気ヨーク４６への磁束が生じ、この磁束密度は極磁爪５１に対するＮ極及びＳ極の面積の差が大きいほど大きくなる。

このようにして上下の第２磁気ヨーク４６，４６の間に生じた磁束は、それぞれ集磁リング４７，４７に誘導され、集磁リング４７，４７に設けられた集磁部５３，５３に集中する。そして、上下の集磁部５３，５３の間に発生する磁束密度を第２磁気センサ４８で検出することにより、第２磁気ヨーク４６，４６の全周で発生する磁束密度の平均を検出することができる。

図９は、トーションバー１１のねじれ角（電気角−１８０°〜１８０°；機械角−３０°〜３０°）と、第２磁気ヨーク４６に生じる磁束密度の変化（第２磁気センサ４８の出力）との関係を示すグラフである。第２磁気センサ４８によって検出される磁束密度は、第１の軸部１０に加えられたトルクに応じて変化するため、検出した磁束密度に基づいて、加えられたトルクを検出することができる。具体的には、トルク検出装置２３は、第２磁気センサ４８の出力から操舵軸９に加えられる操舵トルクを求める演算手段（トルク演算手段）（図示略）を備えている。この演算手段は、トルク検出装置２３が備える制御部或いは車両が備える制御部（ＥＣＵ等）に設けられている。この演算手段はメモリーを含み、このメモリーには、操舵トルクと第２磁気センサ４８の出力とを対応づけたテーブルが予め記憶されている。そして、第２磁気センサ４８の出力を得たとき、この出力に対応する操舵トルクをテーブルから求める。

以上説明したように本実施形態では次のような効果を奏する。
操舵軸９の回転に伴って永久磁石２５と第１磁気ヨーク２６とを相対回転させ、この相対回転に伴う第１磁気ヨーク２６の磁束密度の変化を第１磁気センサ２８によって検出しているので、小さい第１磁気ヨーク２６の回転量（永久磁石２５との相対回転量）から、大きい操舵軸９の回転量（舵角）を検出することができる。そのため、第１磁気センサ２８によって検出する第１磁気ヨーク２６の回転量をより大きくする余裕ができ、その分、より大きい操舵軸９の回転量を検出することが可能となる。したがって、検出可能な操舵軸９の回転量の制限を少なくすことができる。

また、本実施形態では、非接触型の磁気センサ２８を用いて舵角を検出しているので、従来技術のようにセンサ等の摩耗が生じることがなく、耐久性及び検知精度を向上することができる。
本実施形態では、舵角検出装置２２とトルク検出装置２３とを軸方向に並べて配置しているので、舵角検出装置２２及びトルク検出装置２３を全体として径方向にコンパクトに構成することができる。

舵角検出装置２２とトルク検出装置２３との間で永久磁石２５やセンサハウジング３５を共用しているので、部品点数減を図ることができる。また、第１磁気ヨーク２６と第２磁気ヨーク４６とは同じ部品が用いられているので、部品種を少なくし、製造コストを低減することができる。さらに、舵角検出装置２２における連動手段６０の第１歯車６１を、トルク検出装置２３の第２モールド樹脂５２に設け、両者を１つの部品として構成しているので、部品点数を少なくすることができるとともに、電動パワーステアリング装置１への組付けを容易に行うことができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更可能である。例えば、次のように実施することができる。
（１）上記実施形態では、舵角検出装置２２とトルク検出装置２３とを軸方向に並べて設け、両者の一部を関連させている（トルク検出装置２３を連動手段６０の一部として用いている）が、本発明は、舵角検出装置２２をトルク検出装置２３とは関連なく単独で構成したものであってもよい。この場合、連動手段６０の第１歯車６１を直接第２の軸部１３又は第１の軸部１０に取り付ければよい。

（２）上記実施形態では、連動歯車６３を２つとしているが３つ（ｍ＝３）以上とすることができる。この場合も、第１歯車６１及び第２歯車６２の周囲に複数の連動歯車６３を等間隔に配置すればよい。また、連動歯車６３の数に伴って第１歯車６１及び第２歯車６２の歯数も、ｍｎ、ｍｎ±ｍの関係で設定すればよい。

（３）舵角検出装置２２による検出可能な舵角範囲（操舵軸９の回転数）は、永久磁石２５に着磁されるＮ極及びＳ極の中心角θ（図６）を変えることによって、適宜変更することができる。例えば、上記実施形態の如く、第２歯車６２が第１歯車６１の１回転あたりに１２°位相をずらすように、第１，第２歯車６１，６２の歯数が設定されている場合は、この１２°に操舵軸９の回転数分をかけた中心角θでＮ極及びＳ極を設ければよい。例えば、操舵軸９の６回転分（３６０°×６＝２１６０°）の舵角範囲を検出可能にする場合は、θ＝１２°×６＝７２°の中心角でＮ極及びＳ極を配置（Ｎ，Ｓそれぞれ３６°）すればよい。

（４）また、検出可能な舵角範囲は、第２歯車６２及び第１歯車６１の歯数を変えることによって変更することもできる。例えば、永久磁石２５にＮ極及びＳ極が中心角θ＝６０°で着磁されている場合に、検出可能な舵角範囲を操舵軸１３の６回転分（３６０°×６＝２１６０°）にするには、第１歯車４１の１回転あたりに第２歯車４２が１０°（６０°／６）位相をずらすように、第１，第２歯車６１，６２の歯数を設定すればよい。

（５）永久磁石２５は、舵角検出装置２２で用いる部分と、トルク検出装置２３で用いる部分とで、Ｎ極及びＳ極の数を変えてもよい。例えば、舵角検出装置２２で用いる部分は、Ｎ極及びＳ極を６極ずつ（合計１２極）とし、トルク検出装置２３で用いる部分は、Ｎ極及びＳ極を１２極ずつ（合計２４極）とすることができる。また、永久磁石２５は、舵角検出装置２２とトルク検出装置２３とで共用しているが、別体のものを用いることもできる。

（６）第１歯車６１及び第２歯車６２は、第２モールド樹脂５２や第１モールド樹脂３２の外周面に直接形成することもできるし、金属製又は樹脂製の第１，第２歯車６１，６２を第２モールド樹脂５２や第１モールド樹脂３２にインサート成形することもできる。

（７）トルク検出装置２３は、集磁リング４７を省略し、上下の第２磁気ヨーク４６，４６の間の磁束密度の変化を直接第２磁気センサ４８によって検出する構成としてもよい。

本発明の実施形態に係る舵角検出装置を備えた電動パワーステアリング装置の縦断面図である。 舵角検出装置及びトルク検出装置の一部を分解して示す斜視図である。 舵角検出装置及びトルク検出装置を拡大して示す縦断面図である。 （ａ）は第１磁気ヨーク及び第１磁気センサの斜視図、（ｂ）は、第２磁気ヨーク、集磁リング、及び第２磁気センサの斜視図である。 舵角検出装置において磁気ヨークに生じる磁束密度の変化を説明する概略正面図である。 ある磁極爪が永久磁石回りに相対移動する様子を示す概略図である。 操舵軸の回転角度と磁気センサの出力との関係を示すグラフである。 トルク検出装置において磁気ヨークに生じる磁束密度の変化を説明する概略正面図である。 トーションバーのねじれ角と、第２磁気センサの出力との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
９ 操舵軸
１０ 第１の軸部
１１ トーションバー（連結軸部）
１３ 第２の軸部
２２ 舵角検出装置
２３ トルク検出装置
２５ 永久磁石
２６ 第１磁気ヨーク
２８ 第１磁気センサ
４６ 第２磁気ヨーク
４７ 集磁リング
４８ 第２磁気センサ
６０ 連動手段
６１ 第１歯車
６２ 第２歯車
６３ 連動歯車

Claims (4)

1. 異なる磁極を周方向交互に備え且つステアリング装置の操舵軸とともに回転する永久磁石と、
   前記永久磁石により形成される磁界内でこの永久磁石の外周を囲むように配置され、前記永久磁石との周方向の相対的な位相ずれにより磁束密度が変化する舵角検出用磁気ヨークと、
   前記舵角検出用磁気ヨークに発生する磁束密度を検出する舵角検出用磁気センサと、
   前記永久磁石の回転に連動して所定の割合で位相をずらしながら前記舵角検出用磁気ヨークを回転させる連動手段と、
   前記舵角検出用磁気センサの検出値に基づいて前記操舵軸の舵角を演算する演算手段と、を備えていることを特徴とする舵角検出装置。
2. 前記連動手段が、前記操舵軸と一体回転可能に設けられた第１歯車と、前記舵角検出用磁気ヨークと一体回転可能に設けられた第２歯車と、第１，第２歯車に同時に噛み合って第１歯車から第２歯車へ回転を伝達する連動歯車とを有し、
   前記第１歯車と第２歯車とが異なる歯数に形成されていることを特徴とする請求項１記載の舵角検出装置。
3. 前記操舵軸が、互いに同一軸心状に配置された第１，第２の軸部と、この第１，第２の軸部を連結する連結軸部とを有しており、
   前記第１の軸部に前記永久磁石が設けられ、
   前記第２の軸部に、前記永久磁石により形成される磁界内でこの永久磁石の外周を囲むように配置され、前記永久磁石との周方向の相対的な位相ずれにより磁束密度が変化するトルク検出用磁気ヨークが設けられ、
   前記第１歯車が、前記トルク検出用磁気ヨークと一体回転可能に設けられていることを特徴とする請求項２記載の舵角検出装置。
4. 操舵部材の操作により回転する操舵軸と、前記操舵軸に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出装置と、前記操舵軸の回転角度を検出する舵角検出装置と、を備えており、
   前記操舵軸が、第１の軸部と、この第１の軸部と同一軸心状に配置された第２の軸部と、第１，第２の軸部を連結する連結軸部とを有しており、
   前記トルク検出装置が、
   異なる磁極を周方向交互に備え且つ前記第１の軸部とともに回転する永久磁石と、
   前記第２の軸部とともに回転するとともに、前記永久磁石により形成される磁界内でこの永久磁石の外周を囲むように配置され、且つ、前記永久磁石との周方向の相対的な位置ずれにより磁束密度が変化するトルク検出用磁気ヨークと、
   前記トルク検出用磁気ヨークに発生する磁束密度を検出するトルク検出用磁気センサと、
   前記トルク検出用磁気センサの検出値に基づいて前記操舵軸に加えられる操舵トルクを演算するトルク演算手段と、を有しており、
   前記舵角検出装置が、
   前記永久磁石と、
   前記トルク検出用磁気ヨークと軸方向に並べて配置されるとともに、前記永久磁石により形成される磁界内でこの永久磁石の外周を囲むように配置され、且つ、前記永久磁石との周方向の相対的な位相ずれにより磁束密度が変化する舵角検出用磁気ヨークと、
   前記舵角検出用磁気ヨークに発生する磁束密度を検出する舵角検出用磁気センサと、
   前記永久磁石の回転に連動して所定の割合で位相をずらしながら前記舵角検出用磁気ヨークを回転させる連動手段と、
   前記舵角検出用磁気センサの検出値に基づいて前記操舵軸の舵角を演算する舵角演算手段と、を備えていることを特徴とするステアリング装置。

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