JP2008249366A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度を確保しつつ、磁気検出手段を容易に組み付けることができ、磁気検出手段のみを交換することができるトルク検出装置を提供する。
【解決手段】同軸的に連結された第１軸１及び第２軸２に円筒磁石４及び２個のヨークリング５ａ，５ｂが夫々固定してあり、第１軸１及び第２軸２に加えられる回転トルクの作用による相対角変位に応じてヨークリング５ａ，５ｂ夫々に生じる磁束の変化を、ヨークリング５ａ，５ｂを夫々囲繞する集磁リング６，６の集磁突起６０，６０間に配された磁気センサ７にて検出することにより前記回転トルクを求めるように構成されたトルク検出装置において、集磁リング６，６の集磁突起６０，６０と磁気センサ７との間に磁性材９，９が介装してあるから、磁気センサ７を通る磁束が増加して、検出された磁束密度から高精度の回転トルクの検出が可能となると共に、磁気センサ７の組み付け及び交換することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、同軸的に連結された第１，第２軸に加えられる回転トルクを、該第１，第２軸間に生じる相対角変位により検出す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トルク検出装置を備えている。このトルク検出装置は、操舵部材と舵取機構とを連結するステアリング軸（回転軸）をトーションバーにより同軸的に連結された第１軸と第２軸とに分割し、操舵部材の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に応じて第１軸と第２軸との間に生じる相対角変位を利用して検出するように構成されている。

第１，第２軸間の相対角変位は、従来、種々の手段により検出されており、そのうちの一つとして、第１軸と一体的に回転する円筒磁石と、該円筒磁石を囲繞し、第２軸と一体的に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に形成される磁気回路の磁束密度の変化を利用して前記相対角変位を検出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１軸と一体的に回転する円筒磁石は、周方向にＮ，Ｓ極の磁極を交互に並設してある多極磁石である。第２軸と一体的に回転するヨークリングは、Ｎ，Ｓ極の組と同数の磁極爪を、円環状のリング本体の一側の端縁に周方向に等配してなる軟磁性体製の薄肉のリングであり、夫々の磁極爪が周方向に交互に並ぶように位置決めした２個を一組として、第２軸に固定されている。このようなヨークリングの外側を夫々囲繞するように、該ヨークリングに発生する磁束を集める集磁リングが設けてある。集磁リングは、周方向に適長離隔した２箇所に、軸長方向に延び、先端部を径方向外向きに屈曲成形してなる集磁突起を備えており、該集磁突起が互いに対向するように配してある。前記集磁突起の対向部間には、磁気検出手段が配してあり、該磁気検出手段により磁気回路の磁束密度の変化を検出して第１軸及び第２軸間の相対角変位を求め、求めた相対角変位から回転トルクを求めるように構成してある。

以上のように構成されたトルク検出装置においては、磁束密度の変化を精度良く検出するために、前記集磁突起と前記磁気検出手段との間隙を可能な限り狭くすることが望ましい。そこで、従来、集磁突起の間に磁気検出手段を挟持し、この状態を保って合成樹脂にてモールドされた樹脂モールド体により集磁リング及び磁気検出手段を一体化する構成が採用されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−１４９０６２号公報 特開２００３−３３２５１１号公報

ところが、このように前記集磁リング及び磁気検出手段を一体化した場合、磁気検出手段が故障したときに、集磁リングを共に交換することが必要となり、磁気検出手段から軸を抜く等の作業を要し、交換作業の手間がかかると共に、コストが嵩むという問題があった。

磁気検出手段のみを交換可能なように、前記集磁突起間に前記磁気検出手段を後から挿入するように構成することにより前記問題は解決できるが、高精度の回転トルクの検出が可能となるように集磁突起及び磁気検出手段間の間隙を狭くする場合、磁気検出手段の組み付けが困難であり、また狭い間隙を保つために高い精度にて管理する必要があり、コストが嵩むという問題があった。逆に、組み付けが容易なように前記間隙を広くする場合、周りに漏れ出す磁束が増加し、磁気検出手段を通る磁束が減少し、更に間隙のばらつきも加わるため検出精度が低下するという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、検出精度を確保しつつ、磁気検出手段を容易に組み付けることができると共に、磁気検出手段のみを交換することができるトルク検出装置を提供することを目的とする。

第１発明に係るトルク検出装置においては、同軸的に連結された第１軸及び第２軸に円筒磁石及び２個のヨークリングが夫々固定してあり、前記第１軸及び第２軸に加えられる回転トルクの作用による相対角変位に応じて前記ヨークリング夫々に生じる磁束の変化を、該ヨークリングを夫々囲繞する集磁リングの対向部間に配された磁気検出手段にて検出することにより前記回転トルクを求めるように構成されたトルク検出装置において、前記集磁リングの対向部と前記磁気検出手段との間に磁性材が介装してあることを特徴とする。

第２発明に係るトルク検出装置においては、第１発明において、前記磁性材が、磁性粉末を混入したグリスであることを特徴とする。

第３発明に係るトルク検出装置においては、第１発明において、前記磁性材が、磁性粉末を混入した硬化性樹脂であることを特徴とする。

第４発明に係るトルク検出装置においては、第１発明において、前記磁性材が、磁性粉末を混入したゴムであり、前記集磁リングの対向部に夫々装着され、前記磁気検出手段に弾接させてあることを特徴とする。

第１発明によれば、集磁リングの対向部と磁気検出手段との間に磁性材を介装しており、第１軸及び第２軸間の相対角変位に応じて集磁リングの対向部間に集まった磁束が、磁性材を経て磁気検出手段に集中し、磁気検出手段を通る磁束が増加するから、磁気検出手段の検出結果に基づいて前記相対角変位を求めることにより、高精度の回転トルクの検出が可能となる。また、前記集磁リングの対向部と磁気検出手段との間の間隙を広くすることができ、磁気検出手段の組み付けが容易となる。

第２発明によれば、磁性材として磁性粉末を混入したグリスを用いているから、例えば、グリスを塗布した磁気検出手段を集磁リングの対向部間に挿入する手順により磁性材を容易に介装することができる。

第３発明によれば、磁性材として、磁性粉末を混入した熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂等の硬化性樹脂を用いており、例えば、硬化性樹脂を塗布した磁気検出手段を集磁リングの対向部間に挿入した後に、加熱又は紫外線照射により硬化性樹脂を硬化する手順により磁性材を容易に介装することができ、また介装後の磁気検出手段の抜き出しも可能であって、交換可能である。一方、組み付け後の高温状態になる又は振動が加えられる使用環境下においても磁性材の保持状態を維持することができ、安定的に高精度の回転トルクの検出が可能となる。

第４発明によれば、磁性材として磁性粉末を混入したゴムを、集磁リングの対向部に夫々装着して、磁気検出手段に弾接させてあるから、集磁リングに予め装着された磁性材間に磁気検出手段を挿入することにより磁性材を介在させた組付けを容易に実現することができると共に、磁気検出手段の取り外しも容易に行うことができる。

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組立て状態を略示する縦断面図であり、図２は、本発明に係るトルク検出装置の要部の分解斜視図である。

本発明に係るトルク検出装置は、トーションバー３により連結された２つの軸（第１軸１及び第２軸２）に加えられる回転トルクを検出対象としており、第１軸１と一体的に回転する円筒磁石４と、第２軸２と一体的に回転する２個一組のヨークリング５ａ，５ｂと、ヨークリング５ａ，５ｂの外側を各別に囲繞するように配置され、夫々のヨークリング５ａ，５ｂ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間に配設された磁気センサ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との連結のために太径とした連結部３０，３０を備えている。第１軸１及び第２軸２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の両端に設けられた連結部３０，３０を夫々内嵌した後、各別のピン１１，２１を打設することにより連結されている。

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、前記回転トルクの方向に、該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と一体的に回転する円筒磁石４は、図２に示すように、各複数のＮ極４０，４０…及びＳ極４１，４１…を周方向に交互に並べた多極磁石として構成されており、図１に示すように、両端面及び内面を適宜の厚さを有して覆うようにモールドされた樹脂モールド体４２を介して、第１軸１に同軸的に固定されている。

第２軸２と一体的に回転するヨークリング５ａ，５ｂは、図２に示すように、円環状をなすヨーク本体５０，５０の内周縁に、軸長方向に延びる三角形をなす複数の磁極爪５１，５１…を夫々有している。これらヨークリング５ａ，５ｂは、夫々の磁極爪５１，５１…が周方向に交互に並ぶように位置決めし、円筒形の樹脂モールド体５２により一体化され、図１に示すように樹脂モールド体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に同軸的に固定されている。以上のようなヨークリング５ａ，５ｂは、樹脂モールド体５２の内面に露出する夫々の内面が円筒磁石４の外周面にわずかなエアギャップを隔てて対向し、この円筒磁石４に対し、軸長方向及び周方向に所定の位置関係が得られるように組み付けられている。

ヨークリング５ａ，５ｂに発生する磁束を集める集磁リング６，６は、ヨーク本体５０，５０の外径よりも若干大きい内径を有する磁性材料製の円環であり、周方向に適長離隔した２箇所に、軸長方向に延び、先端部を径方向外向きに屈曲成形してなる集磁突起６０，６０を備えている。集磁リング６，６は、集磁突起６０，６０が所定のエアギャップにて対向するように位置決めされ、図１に示すように円筒形の樹脂モールド体６１により一体化されており、この樹脂モールド体６１を介して、図１に一部を示すハウジング８に内嵌固定されている。

図３は、ヨークリング５ａ，５ｂと円筒磁石４の磁極と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、ヨークリング５ａ，５ｂと円筒磁石４とは、軸長方向に整合するような位置関係を保った上で、ヨークリング５ａ，５ｂの磁極爪５１，５１…が円筒磁石４のＮ極４０及びＳ極４１の境界に夫々位置するように周方向に位置決めされている。この位置関係においては、ヨークリング５ａ，５ｂ夫々の磁極爪５１，５１…に対向する面積が円筒磁石４のＮ極４０とＳ極４１とで等しくなり、Ｎ極４０から入る磁束とＳ極４１へ出る磁束とが等しくなるから、ヨークリング５ａ，５ｂ間には磁束は生じない。

第１軸１又は第２軸２に一方向の回転トルクが加えられた場合、トーションバー３に捩れが生じて、ヨークリング５ａ，５ｂの磁極爪５１，５１…と円筒磁石４のＮ極４０及びＳ極４１との周方向の位置関係が変化する。このとき、例えば、図３（ａ）に示すように、ヨークリング５ａの各磁極爪５１，５１…に対向する面積が、Ｎ極４０の方がＳ極４１より大きくなり、Ｎ極４０から入る磁束がＳ極４１へ出る磁束より大きくなる。また、ヨークリング５ｂの各磁極爪５１，５１…に対向する面積が、Ｎ極４０の方がＳ極４１より小さくなり、Ｎ極４０から入る磁束がＳ極４１へ出る磁束より小さくなる。この結果、ヨークリング５ａからヨークリング５ｂへの磁束が生じ、この磁束密度は、各磁極爪５１，５１…に対向するＮ極４０及びＳ極４１の面積の差が大きい程、大きくなる。

一方、第１軸１又は第２軸２に他方向の回転トルクが加えられた場合、上記とは逆方向に、トーションバー３に捩れが生じて、ヨークリング５ａ，５ｂの磁極爪５１，５１…と円筒磁石４のＮ極４０及びＳ極４１との周方向の位置関係が変化する。このとき、例えば、図３（ｃ）に示すように、ヨークリング５ａの各磁極爪５１，５１…に対向する面積が、Ｎ極４０の方がＳ極４１より小さくなり、Ｎ極４０から入る磁束がＳ極４１へ出る磁束より小さくなる。また、ヨークリング５ｂの各磁極爪５１，５１…に対向する面積が、Ｎ極４０の方がＳ極４１より大きくなり、Ｎ極４０から入る磁束がＳ極４１へ出る磁束より大きくなる。この結果、ヨークリング５ｂからヨークリング５ａへの磁束が生じ、この磁束密度は、各磁極爪５１，５１…に対向するＮ極４０及びＳ極４１の面積の差が大きい程、大きくなる。

このようにヨークリング５ａ，５ｂに発生した磁束は、集磁リング６，６に導かれ、集磁突起６０，６０に集まり、この集磁突起６０，６０間に漏れ出す。この漏れ出した磁束の密度は、集磁突起６０，６０の対向部間に配した磁気センサ７，７により検出される。この検出結果を用いて、第１軸１と第２軸２との間の相対角変位、即ち第１軸１及び第２軸２に加えられる回転トルクを求めることができる。

この磁気センサ７は、図１に示すように、円筒形をなすホルダ７０の一端に取付けてある。ホルダ７０の中途部には、フランジ部７１が周設してある。

一方、ハウジング８には、該ハウジング８の内側に保持された集磁リング６，６の集磁突起６０，６０の対向部間に整合するように、ホルダ７０取付用の装着孔８０が設けてあり、この装着孔８０を縁取るように座面８１が形成してある。ホルダ７０は、磁気センサ７の突設側を内向きとしてハウジング８に設けられた装着孔８０に挿入され、フランジ部７１を座面８１にねじ止め固定することにより、磁気センサ７が集磁突起６０，６０の対向部間に位置するようにハウジング８に装着されている。

図４は、集磁突起６０，６０近傍の拡大図であり、図４（ａ）は、磁気センサ７取付け前の状態を、図４（ｂ）は、磁気センサ７取付け後の状態を夫々示している。磁気センサ７は、磁界によって電流の向きが曲げられることにより磁界及び電流の向きに直交する方向に電圧が生じるというホール効果を利用したホール素子である検出部７ａと、検出部７ａの出力電圧を増幅する増幅アンプとを一体的に備え、これらを外装材により覆ってなる公知のホールＩＣである。

図４（ｂ）に示すように、集磁突起６０，６０の対向部間には、磁気センサ７の検出部７ａが位置しており、この検出部７ａを挟んで対向する集磁突起６０，６０及び磁気センサ７の対向面間には、磁性を有する磁性材９，９が介装してある。

以上の構成により、集磁突起６０，６０の先端に集束された磁束は、磁性材９，９を経て磁気センサ７に導かれる。磁性材９，９が磁性を有するから、集磁突起６０，６０の先端に集束された磁束は、周りに殆ど漏れ出すことなく、磁性材９，９が当接している磁気センサ７を通ることとなる。この結果、検出部７ａを通る磁束が増加するから、磁気センサ７により検出された磁束密度から前記相対角変位を求めることにより、高精度の回転トルクの検出が可能となる。

磁性材９，９として、例えば、フェライト粉末等の軟磁性体製の粉末を混入したグリス又は硬化性樹脂を用いることができる。このような磁性材９，９は、図４（ａ）に示すように、磁気センサ７の検出部７ａを挟む両面に塗布した後に、白抜き矢符にて示すように、装着孔８０にホルダ７０を差し込み、集磁突起６０，６０の対向部間に磁気センサ７を位置させることにより、集磁突起６０，６０と磁気センサ７との間に容易に介装することができる。このように、磁気センサ７の集磁突起６０，６０の対向部間への組み付けは、磁気センサ７に磁性材９，９を塗布した後に、ホルダ７０をハウジング８に取付けることにすることができ、磁気センサ７を容易に組み付けることができる。

磁性材９，９として硬化性樹脂を用いる場合、ホルダ７０をハウジング８に取付けた後に、加熱又は紫外線照射により硬化性樹脂を硬化させる。この結果、高温状態になる又は振動が加えられる使用環境下においても、集磁リング６，６の集磁突起６０，６０と磁気センサ７，７との間における磁性材９，９の保持状態を維持することができ、安定的に高精度の回転トルクの検出が可能となる。

図５は、他の実施の形態における集磁突起６０，６０近傍の拡大図である。この実施の形態においては、磁性材９０，９０として磁性を有するゴム（例えば、磁性体製の粉末又は表面を絶縁被膜処理された鉄粉を含有するゴム）を用いている。磁性材９０，９０は、図示のように、集磁突起６０，６０の先端部に被せるように夫々装着してあり、対向面は外側から内側に向けて互いに近接するように傾斜するテーパ面としてある。磁気センサ７は、前記テーパ面をガイドにして磁性材９０，９０間に挿入され、磁性材９０，９０が互いに最近接する突出部９０ａ，９０ａにて弾接保持されることにより集磁突起６０，６０間に組み込まれる。

本実施の形態においては、図５に示すように、磁気センサ７の検出部７ａと磁性材９０，９０の突出部９０ａ，９０ａとの位置を整合させることにより、集磁突起６０，６０の先端を経て、磁性を有する磁性材９０，９０の突出部９０ａ，９０ａに集束された磁束が検出部７ａに集中するから、検出部７ａを通る磁束が更に増加することとなり、回転トルクを更に精度良く求めることができる。また、磁性材９０，９０として、弾性を有するゴムを用いているから、磁気センサ７，７を磁性材９０，９０間に挿入することにより磁性材９０，９０を介在させた組付けを容易に実現できると共に、磁気センサ７，７の取り外しも容易に行うことができる。

本発明に係るトルク検出装置の組立て状態を略示する縦断面図である。 本発明に係るトルク検出装置の要部の分解斜視図である。 ヨークリングと円筒磁石の磁極との位置関係を示す説明図である。 集磁突起近傍の拡大図である。 他の実施の形態における集磁突起近傍の拡大図である。

符号の説明

１ 第１軸、２ 第２軸、４ 円筒磁石、５ａ，５ｂ ヨークリング、６ 集磁リング、６０ 集磁突起（対向部）、７ 磁気センサ（磁気検出手段）、９ 磁性材（グリス、硬化性樹脂）、９０ 磁性材（ゴム）

Claims (4)

1. 同軸的に連結された第１軸及び第２軸に円筒磁石及び２個のヨークリングが夫々固定してあり、前記第１軸及び第２軸に加えられる回転トルクの作用による相対角変位に応じて前記ヨークリング夫々に生じる磁束の変化を、該ヨークリングを夫々囲繞する集磁リングの対向部間に配された磁気検出手段にて検出することにより前記回転トルクを求めるように構成されたトルク検出装置において、前記集磁リングの対向部と前記磁気検出手段との間に磁性材が介装してあることを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記磁性材は、磁性粉末を混入したグリスである請求項１記載のトルク検出装置。
3. 前記磁性材は、磁性粉末を混入した硬化性樹脂である請求項１記載のトルク検出装置。
4. 前記磁性材は、磁性粉末を混入したゴムであり、前記集磁リングの対向部に夫々装着され、前記磁気検出手段に弾接させてある請求項１記載のトルク検出装置。

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