JP2008298531A - 角度センサおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】検出対象物である回転部材の軸端を用いずに、検出部が被検出部に対して非接触に配設され、レイアウト上のデッドスペース(他の部品が配されていない空所)を有効活用することができる角度センサおよび電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】検出対象物の回転角度を検出する角度センサにおいて、検出対象物である回転軸と、該回転軸の外周に固定的に取り付けられたウォームホイールと、回転軸に連動して回転するリング磁石と、該リング磁石が発生させる磁界の向きを検出する磁気検出素子とを備え、リング磁石をウォームホイールに一体に取り付けた。
【選択図】図7
【解決手段】検出対象物の回転角度を検出する角度センサにおいて、検出対象物である回転軸と、該回転軸の外周に固定的に取り付けられたウォームホイールと、回転軸に連動して回転するリング磁石と、該リング磁石が発生させる磁界の向きを検出する磁気検出素子とを備え、リング磁石をウォームホイールに一体に取り付けた。
【選択図】図7
Description
本発明は、検出対象物である回転部材の回転角度を検出する角度センサ、および該角度センサを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。
通常、車両に搭載される電動パワーステアリング装置などでは、ステアリングホイールの操舵状態を検出する必要があるため、ステアリングシャフトの回転角(舵角)を検出する角度センサ(舵角センサ)が配設されている。
従来より、このような角度センサとして、軸端を用いて回転角を検出するタイプのものと、軸端を用いずに回転角を検出するタイプのものが知られている。
前者の角度センサとして、例えば特許文献1には、非回転側部材に配置された磁気センサアレイと、該磁気センサアレイに対向して回転する回転側部材の軸端に配置された磁石とを備え、磁気センサアレイからの出力から磁石の回転角度を算出するように構成された回転検出装置が開示されている。
一方、後者の角度センサとして、例えば特許文献2には、中央部にステアリングの軸と係合する係合部が設けられている回転歯車と、該回転歯車に噛合する第一の検出歯車と、該第一の検出歯車に噛合する第二の検出歯車と、該一および第二の歯車のそれぞれの中央部に装着された磁石と、各磁石に対向するように配された磁気検出素子とを備え、各磁石の磁気の方向変化を磁気検出素子で検出して、回転歯車の回転角度を検出するように構成された回転角度検出装置が開示されている。
しかしながら、上記特許文献1の回転検出装置(以下、角度センサ)では、回転側部材の軸端を用いる必要があるため、検出部の配置が制約されてしまうという問題があった。特に、電動パワーステアリング装置では、ステアリングシャフトを構成する回転部材の各軸端には、ユニバーサルジョイントやラック・ピニオン機構などが設けられているため、ステアリングシャフトの回転角度を検出するための角度センサを、上記特許文献1のように回転部材の軸端に配設することは困難であった。
また、上記特許文献2の回転角度検出装置(以下、角度センサ)では、複数の歯車からなる減速機を介して回転角度を検出する構成のため、歯と歯とを噛合させるために形成されたバックラッシの影響を避けることができない、という問題があった。
ところで、上述のような角度センサが搭載される電動パワーステアリング装置では、特許文献3に開示されるように、車両の衝突時に乗員を保護するため、法規上もしくは安全上、ステアリングコラムにエネルギ吸収機構を備える必要があった。このエネルギ吸収機構は、ステアリングシャフトと該ステアリングシャフトを回転自在に支持するステアリングコラムとを、それぞれ2つの部材(アウターシャフトとインナーシャフト、ならびにアウターコラムとインナーコラム)から構成し、衝突時に、アウターシャフトやアウターコラムを軸方向に所定の範囲内で移動可能にしている。
ちなみに、エネルギの吸収量は、衝撃によって作用する力と上記移動可能なストロークの積で決まるので、乗員への衝撃力を小さくして、障害を軽減するには、ストロークをできるだけ長く確保することが重要である。
ところが、コラム型の電動パワーステアリング装置では、ステアリングシャフトの軸方向に減速機やトルクセンサを設ける必要があるとともに、ユニバーサルジョイントと減速機ユニットとの間にステアリングシャフト(出力軸)が露出するスペースを設けて、角度センサを配設しなければならない。そのため、ストロークは、車体のスペースから一定の長さに制限されてしまい、限られたスペースの中で、エネルギ吸収機構の十分なストローク長さを確保するのが難しい、という問題があった。
そこで、例えば特許文献3には、乗員を保護するためのエネルギ吸収機能を損なうことなく、ステアリングシャフトに角度センサを装着できるようにした電動パワーステアリング装置が開示されている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、検出対象物である回転部材の軸端を用いずに、検出部が被検出部に対して非接触に配設され、レイアウト上のデッドスペース(他の部品が配されていない空所)を有効活用することができる角度センサおよび電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明の上記目的は、検出対象物の回転角度を検出する角度センサにおいて、前記検出対象物である回転軸と、該回転軸の外周に固定的に取り付けられたウォームホイールと、前記回転軸に連動して回転するリング磁石と、該リング磁石が発生させる磁界の向きを検出する磁気検出素子とを備え、前記リング磁石が、前記ウォームホイールに一体に取り付けられたことにより、達成される。
また、上記目的は、前記ウォームホイールが、樹脂によって形成された樹脂ギア部を備え、かつ、前記リング磁石が、前記樹脂ギア部と一体に成形されたことにより、効果的に達成される。
また、上記目的は、前記リング磁石が、前記樹脂ギア部に内蔵されていることにより、効果的に達成される。
また、上記目的は、前記ウォームホイールが、少なくともいずれか一方面に円周方向に沿って形成された凹溝を有し、かつ、前記リング磁石および前記磁気検出素子が、前記ウォームホイールの前記凹溝内に配設されたことにより、効果的に達成される。
また、上記目的は、検出対象物の回転角度を検出する角度センサにおいて、前記検出対象物である回転軸と、該回転軸の外周に固定的に取り付けられたウォームホイールと、該ウォームホイールに形成された樹脂ギア部と、該樹脂ギア部の一部の樹脂に磁性粉を混入して形成された着磁部と、該着磁部が発生させる磁界の向きを検出する磁気検出素子とを備えることにより、達成される。
また、上記目的は、前記ウォームホイールが、少なくともいずれか一方面に円周方向に沿って形成された凹溝を有し、かつ、前記着磁部が、前記ウォームホイールの前記凹溝の周側面に形成されるとともに、前記磁気検出素子が、前記ウォームホイールの凹溝内に配設されたことにより、効果的に達成される。
さらに、上記目的は、トルクセンサで検出された操舵トルクに基づいて、電動モータの回転力を減速機構を介してステアリングシャフトに伝達することにより、操舵を補助するようにした電動パワーステアリング装置において、前記角度センサを前記ステアリングシャフトに連結されたステアリングホイールによる操舵状態を検出する手段として用い、前記回転軸を前記ステアリングシャフトとして用い、かつ、前記ウォームホイールを前記減速機構を構成する一要素として用いたことにより、効果的に達成される。
本発明に係る角度センサによると、被検出部であるリング磁石が、ウォームホイールに一体に取り付けられ、磁気検出素子がリング磁石から生じる磁界の向きを検出する構成になっている。この構成により、ウォームホイール周辺のスペースを有効利用することができ、かつ、検出対象物である回転軸の回転角度を非接触で検出することができるので、バックラッシ等による検出誤差の影響を受けずに高精度な検出を実現することができる。その上、本発明に係る角度センサは、従来の角度センサより部品点数が削減されて簡易化された構造になっているので、製造コストおよび組立作業の軽減を図ることができる。
また、本発明に係る角度センサによれば、リング磁石をウォームホイールの樹脂ギアと一体成形することにより、リング磁石を確実にウォームホイールに固定することができ、かつ、ウォームホイールの芯金部によるシールド効果を得ることができる。
また、本発明に係る角度センサによれば、リング磁石をウォームホイールの樹脂ギアに内蔵することにより、リング磁石を配設するためのスペースを省略することができ、かつ、ウォームホイールの芯金部をリング磁石を支持するバックヨークとして有効利用することができる。
また、本発明に係る角度センサによれば、ウォームホイールの樹脂ギア部の一部の樹脂に磁性粉を混入して着磁部を形成し、この着磁部を被検出部として用いることにより、リング磁石を別途用意する必要がなくなり、部品点数をより削減することができる。
さらに、本発明に係る角度センサによれば、ウォームホイールのいずれか一方面に円周方向に沿って形成された凹溝に、リング磁石(または着磁部)と磁気検出素子とを設けることにより、ウォームホイール周辺のスペースをより有効活用することができる。
以下、図面を参照にしながら本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る角度センサを備えた電動パワーステアリング装置の概略構成を示す機構図である。同図において、電動パワーステアリング装置1の操舵機構は、先端部に取り付けられたステアリングホイール2の操舵操作に応じて回転するステアリングシャフト3と、該ステアリングシャフト3の他端部側にユニバーサルジョイント4,5を介して連結され、ステアリングシャフト2の回転運動をラック軸の直線運動に変換するラック・ピニオン機構6と、該ラック・ピニオン機構6のラック軸の動きを操向車輪に伝達するタイロッド7とから構成されている。
また、電動パワーステアリング装置1のコラム部には、ステアリングホイール2を介してステアリングシャフト3に入力された操舵トルクを検出するトルクセンサ8と、操舵機構の回転角(操舵角)を検出する角度センサ9と、減速機構10を介してステアリングシャフト3に連結された操舵補助用の電動モータ11とが設けられている。
電動モータ11の駆動は、制御回路などを搭載したコントロールユニット(ECU)12によって制御される。このコントロールユニット12には、バッテリ13から電力が供給されるとともに、イグニションキー14からイグニションキー信号が入力される。そして、コントロールユニット12は、トルクセンサ8で検出された操舵トルク値T、角度センサ9で検出された操舵角S、および車速センサ15で検出された車速Vなどに基づいて、操舵補助指令値Iの演算を行い、演算された操舵補助指令値Iに応じて電動モータ11に供給する駆動電流を制御する。
[第1実施形態]
図2は、本発明の第1実施形態に係る角度センサを概略的に示す斜視図であり、図3は、その概略断面図である。
図2は、本発明の第1実施形態に係る角度センサを概略的に示す斜視図であり、図3は、その概略断面図である。
これらの図において、減速機構10の一要素を構成するウォームホイール16は、ステアリングシャフト3の外周に圧入等によって固定され、ステアリングシャフト3と一体に回転するように取り付けられている。このウォームホイール16には、電動モータの出力軸に連結されたウォーム(図示せず)が噛合され、電動パワーステアリング装置1の減速機構10を構成している。
ウォームホイール16は、ステアリングシャフト3に一体回転可能に結合される環状の芯金部17と、芯金部17の周囲を取り囲んでギア歯を形成する合成樹脂製の樹脂ギア部18とを備えている。なお、芯金部17は、樹脂ギア部18の樹脂成形の際に、金型内にインサートされて樹脂ギア部18と一体に成形される。
また、ウォームホイール16の一方面(図3の右側面)には、角度センサ9の被検出部である環状のリング磁石19が一体に取り付けられている。このリング磁石19は、図4に示すように、N極とS極とからなる2極着磁パターンを有し、ステアリングシャフト3およびウォームホイール16と一体に回転する。
また、リング磁石19の周側面(本実施形態では外周面)に対向する所定の位置には、角度センサ9の検出部として、リング磁石19が発生する磁界の方向を検出する磁気検出素子20が配設されている。この磁気検出素子20は、例えばAMR素子(異方性磁気抵抗素子)などであり、ステアリングシャフト3の回転に連動してリング磁石19が回転することにより生じる磁界の方向変化を検出する。
このような構成からなる角度センサ9では、被検出部であるリング磁石19がステアリングシャフト3と一体に回転することにより変化する磁界の方向を、磁気検出素子20によって検出することによって、ステアリングシャフト3の回転角度、すなわちステアリングシャフト3に連結されたステアリングホイール2の操舵状態を検出するようになっている。そして、磁気検出素子20によって検出された回転角度信号(操舵角信号)は、磁気検出素子20と電気的に接続されたECU12に出力され、ECU12が電動モータ11に供給する駆動電流を制御する際に参照される。
以上のように、本実施形態に係る角度センサ9では、被検出部であるリング磁石19が、ウォームホイール16に一体的に取り付けられ、検出部であるリング磁石19の外周面に対向する所定の位置に磁気検出素子20が配設されていることにより、ステアリングシャフト3の軸方向における角度センサの設置スペースを省スペース化することができ、ウォームホイール16の周辺のスペースを有効利用することができる。
また、本実施形態に係る角度センサ9では、リング磁石19と磁気検出素子20とによって、検出対象物であるステアリングシャフト3の回転角度を非接触で検出することができるので、バックラッシなどによる検出誤差の影響を受けずに高精度な検出を実現することができる。その上、本実施形態に係る角度センサ9は、従来の角度センサより部品点数が削減された簡易な構成であるため、製造コストおよび組立作業の軽減を図ることができる。
なお、図3で示した角度センサでは、磁気検出素子20は、リング磁石19の外周面に対向する所定の位置に配設されているが、これに限定されず、例えばリング磁石19の内周面に対向する所定の位置に配設されていてもよい。この配置構造の場合、リング磁石19が磁気検出素子20に対して磁気シールドとして作用することできるので、より高精度な回転角度検出を実現することができる。
また、樹脂ギア部18の樹脂成形の際に、上述した芯金部17と同様、リング磁石19を樹脂ギア部18と一体に成形し、ウォームホイール16に対して確実に固定されるようにしてもよい。
[第2実施形態]
図5は、本発明の第2実施形態に係る角度センサを概略的に示す断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図5は、本発明の第2実施形態に係る角度センサを概略的に示す断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
同図に示すように、本実施形態に係る角度センサ9Aでは、ウォームホイール16Aの樹脂ギア部18Aに、被検出部であるリング磁石19Aが埋め込まれ、該リング磁石19Aを内蔵した樹脂ギア部18Aの外周面に対向する所定の位置に、検出部である磁気検出素子20Aが配設されている。リング磁石19Aは、図4に示すように、N極とS極とからなる2極着磁パターンを有し、ステアリングシャフト3およびウォームホイール16Aと一体に回転する。
このような構成からなる角度センサ9Aによれば、上述した第1実施形態と同様の作用効果を得られることはもとより、リング磁石19Aをウォームホイール16Aの樹脂ギア部に内蔵することによって、リング磁石19Aの取付スペースを別途確保する必要がなくなり、ウォームホイール16Aの周辺のスペースをより有効活用することができ、かつ、ウォームホイール16Aの芯金部17Aをリング磁石19Aを支持するバックヨークとして有効利用することができる。
また、本実施形態に係る角度センサ9Aでは、リング磁石19Aの表面がウォームホイール16Aの樹脂ギア部18Aによって被覆されているため、割れやすい焼結磁石等をリング磁石19Aとして用いたとしても、その破損を防止することができる。すなわち、耐蝕性、耐酸性に優れているが脆く割れやすいという焼結磁石の欠点を克服して、リング磁石19Aとして適用することができる。
[第3実施形態]
図6は、本発明の第3実施形態に係る角度センサを概略的に示す断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図6は、本発明の第3実施形態に係る角度センサを概略的に示す断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態に係る角度センサ9Bでは、ウォームホイール16Bの樹脂ギア部18Bの一部(図6では、ウォームホイール16Bの右側面の突部)が、樹脂ギア部18Bの基材である樹脂に磁性粉を混入して形成された着磁部21になっている。この着磁部21は、N極とS極とからなる2極着磁パターンを有し、ステアリングシャフト3およびウォームホイール16Cと一体に回転して角度センサ9Bの被検出部として作用する。また、この着磁部21の外周面に対向する所定の位置には、着磁部21が発生させる磁界の向きを検出する磁気検出素子20Bが配設されている。
このような構成からなる角度センサ9Bによれば、上述した第1実施形態と同様の作用効果を得られることはもとより、磁性粉を含有する着磁部21を被検出部として用いることにより、上述したリング磁石19を別途用意する必要がなくなり、部品点数をより削減することができる。
なお、本実施形態の角度センサ9Bでは、樹脂ギア部18Bの一部のみが、樹脂基材に磁性粉を含有した着磁部21になっているが、これに限定されず、例えば樹脂ギア部18Bを形成する全体の樹脂基材に磁性粉を含有させてもよい。
[第4実施形態]
図7は、本発明の第4実施形態に係る角度センサを概略的に示す断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図7は、本発明の第4実施形態に係る角度センサを概略的に示す断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
同図に示すように、本実施形態に係る角度センサ9Cでは、ウォームホイール16Cの一方面(図7の右側面)に円周方向に沿って凹溝22が形成され、該凹溝22の内周側面には、被検出部であるリング磁石19Cが一体に取り付けられている。このリング磁石19Cは、図4に示すように、N極とS極とからなる2極着磁パターンを有し、ステアリングシャフト3およびウォームホイール16Cと一体に回転する。また、このリング磁石19Cの外周面に対向する凹溝22内の所定の位置には、リング磁石19Cが発生させる磁界の向きを検出する磁気検出素子20Cが配設されている。
このような構成からなる本実施形態に係る角度センサ9Cによれば、上述した第1実施形態と同様の作用効果を得られることはもとより、ウォームホイール16Cの周辺のスペースをより有効活用することができる。
なお、本実施形態の角度センサ9Cでは、リング磁石19Cは、凹溝22の内周側面に取り付けられているが、これに限定されず、例えば凹溝22の外周側面に取り付けられていてもよい。また、このリング磁石19Cを設けずに、凹溝22の内周側面または外周側面の樹脂基材に磁性粉を含有させて着磁部を形成し、この着磁部を角度センサ9Cの被検出部としてもよい。
さらに、磁気検出素子20Cをリング磁石19Cまたは上述した着磁部の内側に配置することで、磁気検出素子20Cに対してシールド効果を持たせることができる。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
1 電動パワーステアリング装置
2 ステアリングホイール
3 ステアリングシャフト
8 トルクセンサ
9 角度センサ
10 減速機構
11 電動モータ
16 ウォームホイール
18 樹脂ギア部
19 リング磁石
20 磁気検出素子
21 着磁部
22 凹溝
2 ステアリングホイール
3 ステアリングシャフト
8 トルクセンサ
9 角度センサ
10 減速機構
11 電動モータ
16 ウォームホイール
18 樹脂ギア部
19 リング磁石
20 磁気検出素子
21 着磁部
22 凹溝
Claims (7)
- 検出対象物の回転角度を検出する角度センサであって、
前記検出対象物である回転軸と、
該回転軸の外周に固定的に取り付けられたウォームホイールと、
前記回転軸に連動して回転するリング磁石と、
該リング磁石が発生させる磁界の向きを検出する磁気検出素子と
を備え、
前記リング磁石は、前記ウォームホイールに一体に取り付けられたことを特徴とする角度センサ。 - 前記ウォームホイールは、樹脂によって形成された樹脂ギア部を備え、かつ、
前記リング磁石は、前記樹脂ギア部と一体に成形された請求項1に記載の角度センサ。 - 前記リング磁石は、前記樹脂ギア部に内蔵されている請求項2に記載の角度センサ。
- 前記ウォームホイールは、少なくともいずれか一方面に円周方向に沿って形成された凹溝を有し、かつ、
前記リング磁石および前記磁気検出素子は、前記ウォームホイールの前記凹溝内に配設された請求項1に記載の角度センサ。 - 検出対象物の回転角度を検出する角度センサであって、
前記検出対象物である回転軸と、
該回転軸の外周に固定的に取り付けられたウォームホイールと、
該ウォームホイールに形成された樹脂ギア部と、
該樹脂ギア部の一部の樹脂に磁性粉を混入して形成された着磁部と、
該着磁部が発生させる磁界の向きを検出する磁気検出素子と
を備えたことを特徴とする角度センサ。 - 前記ウォームホイールは、少なくともいずれか一方面に円周方向に沿って形成された凹溝を有し、かつ、
前記着磁部は、前記ウォームホイールの前記凹溝の周側面に形成されるとともに、
前記磁気検出素子は、前記ウォームホイールの凹溝内に配設された請求項5に記載の角度センサ。 - トルクセンサで検出された操舵トルクに基づいて、電動モータの回転力を減速機構を介してステアリングシャフトに伝達することにより、操舵を補助するようにした電動パワーステアリング装置において、
前記請求項1ないし6のいずれか一項に記載の角度センサを、前記ステアリングシャフトに連結されたステアリングホイールによる操舵状態を検出する手段として用い、
前記請求項1ないし6のいずれか一項に記載の回転軸を、前記ステアリングシャフトとして用い、かつ、
前記請求項1ないし6のいずれか一項に記載のウォームホイールを、前記減速機構を構成する一要素として用いたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2013082440A (ja) * | 2011-10-10 | 2013-05-09 | Robert Bosch Gmbh | ステアリング装置 |
JP2018072160A (ja) * | 2016-10-28 | 2018-05-10 | ミネベアミツミ株式会社 | 角度検出装置及び照明装置 |
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WO2019059284A1 (ja) * | 2017-09-22 | 2019-03-28 | Ntn株式会社 | トルク検出装置 |
-
2007
- 2007-05-30 JP JP2007143711A patent/JP2008298531A/ja active Pending
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