JP2011043398A - 回転トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主に自動車のステアリングの回転トルクの検出等に用いられる回転トルク検出装置に関し、安価で確実な回転トルクの検出が可能なものを提供することを目的とする。
【解決手段】第一の回転体１１に固着された略円筒状の磁石１２を、異なる磁極を隣接配列して形成すると共に、この磁極間に溝部１３を設けることによって、磁極間に形成された溝部１３のぶんだけ磁石１２の体積が小さくなり、使用量を減らすことができるため、安価な構成で、確実な回転トルクの検出が可能な回転トルク検出装置を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に自動車のステアリングの回転トルクの検出等に用いられる回転トルク検出装置に関するものである。

近年、自動車の高機能化が進むなか、様々な回転トルク検出装置や回転角度検出装置を用いてステアリングの回転トルクや回転角度を検出し、パワーステアリング装置やブレーキ装置等の車両の各種制御を行うものが増えている。

このような、従来の回転トルク検出装置について、図６及び図７を用いて説明する。

図６は従来の回転トルク検出装置の断面図、図７は同分解斜視図であり、同図において、１はステアリングに連動して回転する略円筒状の第一の回転体、２は略円筒状の磁石で、上下面の全周方向に磁極の異なるＮ極とＳ極が、例えば２０〜４０度前後の角度間隔で交互に隣接配列して形成された磁石２が、第一の回転体１の外周下端に固着されている。

そして、３は略円筒状の第二の回転体、４は内周に複数の突起部４Ａが形成された第一の磁性体、５は内周に複数の突起部５Ａが形成された第二の磁性体で、第二の回転体３が第一の回転体１の下方に配置されると共に、第一の磁性体４と第二の磁性体５がスペーサ６を介して、磁石２に対向して第二の回転体３上端に各々固着されている。

また、７は第一の回転体１と第二の回転体３の側方に平行に配置された配線基板で、上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、磁石２との対向面には、第一の磁性体４と第二の磁性体５の間に配設された、ホール素子等の磁気検出素子８が実装装着されている。

さらに、配線基板７にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子８に接続された制御手段９が形成されると共に、第一の回転体１と第二の回転体３の間には、ピン（図示せず）等によって上端が第一の回転体１に、下端が第二の回転体３に各々固着されたトーションバー等の略円柱状の連結体１０が設けられて、回転トルク検出装置が構成されている。

そして、このような回転トルク検出装置が回転角度検出装置等と共に、第一の回転体１や第二の回転体３にステアリング軸が装着されて、自動車のステアリングホイール下方に装着されると共に、制御手段９がコネクタやリード線（図示せず）等を介して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続される。

以上の構成において、ステアリングホイールを回転すると、これに伴って第一の回転体１が回転し、連結体１０が捩じれた後、第一の回転体１にやや遅れて第二の回転体３が回転するが、この時、例えば車両が走行時には回転トルクが小さいため、第一の回転体１に対する第二の回転体３の回転の遅れは少なく、停車時には回転トルクが大きいため、第二の回転体３の回転の遅れが大きくなる。

なお、この時、第一の回転体１に対する第二の回転体３の回転の遅れは、回転トルクが小さな場合には角度として１度前後、回転トルクが大きな場合には４度前後の遅れとなる。

そして、この第一の回転体１と第二の回転体３の回転に伴って、これらに固着された磁石２と、これにやや遅れて第一の磁性体４と第二の磁性体５も回転し、所定間隔で交互に隣接配列して形成された磁石２のＮ極とＳ極の磁気の変化を、磁気検出素子８が第一の磁性体４と第二の磁性体５の突起部４Ａと５Ａを介して検出し、これが制御手段９へ入力される。

また、この時、磁気検出素子８が検出する磁気は、磁石２が固着された第一の回転体１に対し、第一の磁性体４と第二の磁性体５が固着された第二の回転体３の、回転の遅れが少ない場合には磁気が弱く、回転の遅れが大きな場合には磁気が強くなる。

そして、この第一の磁性体４と第二の磁性体５を介して検出された磁気検出素子８の磁気の強弱から、制御手段９がステアリングの回転トルクを算出して、これが自動車本体の電子回路へ出力され、電子回路がこの回転トルクやステアリングの回転角度、あるいは車体の各部に装着された速度センサ等からの様々なデータを演算して、パワーステアリング装置やブレーキ装置等の車両の様々な制御が行われる。

つまり、例えば、車両が走行中でステアリングの回転トルクが小さな場合には、パワーステアリング装置の利きを緩めて、ステアリングホイールをある程度重い力で回転操作するようにし、車両が停車していてステアリングの回転トルクが大きな場合には、パワーステアリング装置を大きく利かせて、軽い力でもステアリングホイールの回転操作が行えるように構成されているものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００８−８２８２６号公報

しかしながら、上記従来の回転トルク検出装置においては、Ｎ極とＳ極が交互に隣接配列された略円筒状の磁石２を用いて回転トルクの検出を行っているが、この磁石２には一般にフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の、高価な材料が使用されているため、装置として高価なものとなってしまうという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、安価な構成で、確実な回転トルクの検出が可能な回転トルク検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、第一の回転体に固着された略円筒状の磁石を、異なる磁極を隣接配列して形成すると共に、この磁極間に溝部を設けて回転トルク検出装置を構成したものであり、磁極間に形成された溝部のぶんだけ磁石の体積が小さくなり、使用量を減らすことができるため、安価な構成で、確実な回転トルクの検出が可能な回転トルク検出装置を得ることができるという作用を有するものである。

以上のように本発明によれば、安価で確実な回転トルクの検出が可能な回転トルク検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。

本発明の一実施の形態による回転トルク検出装置の断面図 同分解斜視図 同部分斜視図 同部分側面図 同他の実施の形態による部分斜視図と部分側面図 従来の回転トルク検出装置の断面図 同分解斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。

なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による回転トルク検出装置の断面図、図２は同分解斜視図であり、同図において、１１は略円筒状でステアリングに連動して回転するポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製の第一の回転体、１２は略円筒状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石で、磁石１２が第一の回転体１１の外周下端の鍔部１１Ａに一体に固着されている。

そして、この略円筒状の磁石１２は、図３（ａ）の部分斜視図に示すように、上下面の全周方向に磁極の異なるＮ極とＳ極が、例えば１８〜３０度前後の角度間隔で交互に隣接配列して形成されると共に、磁石１２上面と下面の交互に隣接したＮ極とＳ極の磁極間には、複数の溝部１３が設けられている。

つまり、この磁石１２の上面と下面に、例えば１０〜２０個前後設けられた溝部１３のぶんだけ磁石１２の体積は小さくなり、高価なフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の材料の使用量を、例えば１０〜２０％前後少なくできるように形成されている。

なお、このような磁石１２が一体に形成された第一の回転体１１を製作するには、異なる材料や色違いの材料を一体に成形する、いわゆる二色成形法等によって、金型内で複数の溝部１３が設けられた磁石１２と、絶縁樹脂から形成された鍔部１１Ａ等を一体に成形して、図３（ｂ）に示すような、第一の回転体１１を作成する。

そして、次に、鍔部１１Ａ内の磁石１２に、折曲された線状のコイル等を用いて上下方向から磁界を加え、上下面の全周方向に磁極の異なるＮ極とＳ極を着磁することによって、Ｎ極とＳ極が交互に隣接配列された磁石１２が、一体に形成された第一の回転体１１を、比較的簡易に製作することができる。

また、図１及び図２において、３は略円筒状でポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製の第二の回転体、１４は略リング状でパーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の第一の磁性体、１５は同じく第二の磁性体で、第二の回転体３が第一の回転体１１の下方に配置されると共に、第一の磁性体１４の内周には複数の舌片状の突起部１４Ａが、第二の磁性体１５の内周には同じく複数の突起部１５Ａが、例えば６〜１０個ずつ各々突出形成されている。

さらに、６は略リング状で銅やアルミニウムまたは絶縁樹脂製のスペーサで、このスペーサ６を介して第一の磁性体１４と第二の磁性体１５が、磁石１２に対向して第二の回転体３上端に各々固着されている。

そして、７は紙フェノールやガラス入りエポキシ等の配線基板で、上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の回転体１１と第二の回転体３の側方に平行に配置され、磁石１２との対向面には、第一の磁性体１４と第二の磁性体１５の間に配設された、垂直方向の磁気を検出するホール素子や、水平方向の磁気を検出するＧＭＲ素子等の、磁気検出素子８が実装装着されている。

また、配線基板７にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子８に接続された制御手段９が形成されると共に、第一の回転体１１と第二の回転体３の間には、ピン（図示せず）等によって上端が第一の回転体１１に、下端が第二の回転体３に各々固着されたトーションバー等の略円柱状で鋼等の連結体１０が設けられて、回転トルク検出装置が構成されている。

そして、このような回転トルク検出装置が回転角度検出装置等と共に、第一の回転体１１や第二の回転体３にステアリング軸が装着されて、自動車のステアリングホイール下方に装着されると共に、制御手段９がコネクタやリード線（図示せず）等を介して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続される。

以上の構成において、ステアリングホイールを回転すると、これに伴って第一の回転体１１が回転し、連結体１０が捩じれた後、第一の回転体１１にやや遅れて第二の回転体３が回転するが、この時、例えば車両が走行時には回転トルクが小さいため、第一の回転体１１に対する第二の回転体３の回転の遅れは少なく、停車時には回転トルクが大きいため、第二の回転体３の回転の遅れが大きくなる。

そして、この第一の回転体１１と第二の回転体３の回転に伴って、これらに固着された磁石１２と、これにやや遅れて第一の磁性体１４と第二の磁性体１５も回転し、所定間隔で交互に隣接配列して形成された磁石１２のＮ極とＳ極の磁気の変化を、磁気検出素子８が第一の磁性体１４と第二の磁性体１５の突起部１４Ａと１５Ａを介して検出し、これが制御手段９へ入力される。

つまり、ステアリングホイールが回転操作されず中立位置で、車両が直進状態にある場合には、図４（ａ）の部分側面図に示すように、第一の磁性体１４内周の複数の突起部１４Ａと、第二の磁性体１５内周の複数の突起部１５Ａの中心が、磁石１２のＮ極とＳ極の中心に各々あるため、磁力が釣り合った状態となっており、第一の磁性体１４と第二の磁性体１５の間には磁束が発生せず、これらの間に配設された磁気検出素子８が検出する磁気は０となっている。

これに対し、ステアリングホイールが右または左方向へ回転され、例えば、図４（ｂ）に示すように、磁石１２に対して第一の磁性体１４と第二の磁性体１５がやや遅れて回転し始める状態では、突起部１４ＡがＮ極、この下方の突起部１５ＡがＳ極の極性となるため、第一の磁性体１４から第二の磁性体１５への方向の磁束が発生し、この磁気を磁気検出素子８が検出して、磁気の強弱に応じた電圧が制御手段９へ出力される。

なお、この時、第一の回転体１１に対する第二の回転体３の回転の遅れ角度θは、回転トルクが小さな場合には１度前後、回転トルクが大きな場合には４度前後の角度となる。

そして、この第一の磁性体１４と第二の磁性体１５を介して検出された磁気検出素子８の磁気の強弱から、制御手段９がステアリング軸の回転トルクを算出して、これが自動車本体の電子回路へ出力され、電子回路がこの回転トルクやステアリングの回転角度、あるいは車体の各部に装着された速度センサ等からの様々なデータを演算して、パワーステアリング装置やブレーキ装置等の車両の様々な制御が行われる。

つまり、車両の走行や停車状態に合わせ、例えば、車両が走行中でステアリングの回転トルクが小さな場合には、パワーステアリング装置の利きを緩めて、ステアリングホイールをある程度重い力で回転操作するようにし、車両が停車していてステアリングの回転トルクが大きな場合には、パワーステアリング装置を大きく利かせて、軽い力でもステアリングホイールの回転操作を行えるように構成されている。

そして、この時、略円筒状の磁石１２を異なる磁極を隣接配列して形成すると共に、この磁極間に溝部１３を設けることによって、上述したように、磁極間に形成された溝部１３のぶんだけ磁石１２の体積が小さくなり、高価なフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の材料の使用量を減らすことができるため、安価に回転トルク検出装置を構成できるようになっている。

また、上述したように二色成形法等によって、略円筒状の磁石１２を第一の回転体１１に一体に形成した後、折曲された線状のコイル等を用いて磁石１２上下面に、Ｎ極とＳ極を交互に隣接させて着磁することによって、個片の複数の磁石を用いた場合等に比べ、製作も容易に行うことが可能となる。

なお、このように折曲された線状のコイル等を用いて、磁石１２に着磁を行った場合、上下に線状のコイル等が配置される、隣接したＮ極とＳ極の磁極間、境目は磁力の弱まった、いわゆる不感知帯となるが、本発明においては複数の溝部１３が、この磁石１２上下面の各磁極間に設けられている。

そして、図４（ａ）に示したような、ステアリングホイールが中立位置で、磁気検出素子８が検出する磁気が０の状態では、この磁力の弱い溝部１３が第一の磁性体１４と第二の磁性体１５の、突起部１４Ａと１５Ａのほぼ中心の位置に対向しているが、回転操作された図４（ｂ）の状態では、溝部１３のない磁石１２上下面の平坦な箇所から、突起部１４Ａと１５Ａへの磁束が発生し、これを磁気検出素子８が検出するようになっている。

すなわち、溝部１３を磁石１２上下面の磁極間に形成すると共に、第一の磁性体１４と第二の磁性体１５の突起部１４Ａと１５Ａの中心を、この溝部１３に対向させることによって、隣接したＮ極とＳ極の磁極間の磁気の影響を殆んど受けない、磁気の減衰の少ない状態で、磁気検出素子８が磁気を検出できるため、誤差の少ない確実な回転トルクの検出が行えるように構成されている。

さらに、この時、図４（ａ）に示すように、突起部１４Ａや１５Ａに対向した溝部１３の寸法は小さく、例えば幅１ｍｍで深さ０．５ｍｍ前後に形成し、代りに、突起部１４Ａや１５Ａに対向していない、つまり磁気の検出に用いられない箇所の溝部１３Ａや１３Ｂは、深さ１ｍｍ前後の大きな寸法とすることによって、磁石１２全体の体積を減らしつつ、より確実に回転トルクの検出を行うことが可能となる。

そして、磁石１２を第一の回転体１１の鍔部１１Ａに一体に形成し、磁石１２の外周や上下面を絶縁樹脂で覆うことで、製造時や搬送時の磁石１２の破損を防止できると共に、磁石１２とこれに対向した突起部１４Ａや１５Ａとの間隙を均一に保つことができる。

なお、一体成形した後の磁石１２への着磁を確実に行うためには、磁石１２上下面を覆う絶縁樹脂の厚さをできるだけ薄くするか、あるいは、磁石１２の外周のみを絶縁樹脂で覆い、上下面は露出させた構成とすることが好ましい。

また、以上の説明では、磁石１２上下面の磁極間に溝部１３を設け、これに突起部１４Ａや１５Ａを対向させた構成について説明したが、図５（ａ）の部分斜視図に示すように、上下面ではなく外周の全周方向に、磁極の異なるＮ極とＳ極が交互に隣接配列された磁石１２Ａを用い、この外周の磁極間に複数の溝部１３Ｃを形成した構成としても、本発明の実施は可能である。

なお、この場合には、図５（ｂ）の部分側面図に示すように、第一の磁性体１４と第二の磁性体１５の突起部１４Ａと１５Ａを、磁石１２Ａの外周に対向させて設け、これを介して磁気検出素子８が磁気を検出する構成となる。

さらに、以上の説明では、一つの磁気検出素子８で磁石１２や１２Ａの磁気を検出する構成について説明したが、第一の磁性体１４と第二の磁性体１５の間に複数の磁気検出素子８を設けることで、万が一、一方の磁気検出素子８に破損や故障が生じた場合でも、回転トルクの検出が可能になると共に、制御手段９がこれらの検出した磁気の比較を行うことで、こうした破損や故障を検出することも可能となる。

このように本実施の形態によれば、第一の回転体１１に固着された略円筒状の磁石１２を、異なる磁極を隣接配列して形成すると共に、この磁極間に溝部１３を設けることによって、磁極間に形成された溝部１３のぶんだけ磁石１２の体積が小さくなり、使用量を減らすことができるため、安価な構成で、確実な回転トルクの検出が可能な回転トルク検出装置を得ることができるものである。

本発明による回転トルク検出装置は、安価で確実な回転トルクの検出が可能なものを実現することができ、主に自動車のステアリングの回転トルクの検出等に有用である。

３ 第二の回転体
６ スペーサ
７ 配線基板
８ 磁気検出素子
９ 制御手段
１０ 連結体
１１ 第一の回転体
１１Ａ 鍔部
１２、１２Ａ 磁石
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ 溝部
１４ 第一の磁性体
１４Ａ、１５Ａ 突起部
１５ 第二の磁性体

Claims (1)

1. ステアリングに連動して回転する第一の回転体と、この第一の回転体に固着された略円筒状の磁石と、上記第一の回転体の下方に配置された第二の回転体と、この第二の回転体に上記磁石に対向して固着された第一及び第二の磁性体と、この第一及び第二の磁性体の間に配設された磁気検出素子と、上端が上記第一の回転体に、下端が上記第二の回転体に固着された連結体からなり、上記磁石を異なる磁極を隣接配列して形成すると共に、この磁極間に溝部を設けた回転トルク検出装置。

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