JP2011089816A

JP2011089816A - 回転トルク検出装置

Info

Publication number: JP2011089816A
Application number: JP2009242013A
Authority: JP
Inventors: Muneto Hirose; 心人廣瀬; Kiyotaka Sasanouchi; 清孝笹之内
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-05-06

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、簡易な構成で小型化が図れ、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】複数の磁石２２の間に、略舌片状の複数の第三の磁性体２７を所定間隔で配列することによって、第三の磁性体２７が複数の磁石２２の間に設けられているため、外径方向の寸法を小さく形成でき、簡易な構成で全体の小型化が図れると共に、この第三の磁性体２７や第一の磁性体２５、第二の磁性体２６を介して磁石２２の磁気を検出することで、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Ｎ極とＳ極が上下左右に隣接して形成された略円弧状の磁石、３は略円筒状の保持体で、複数の磁石２が所定間隔で第一の回転体１の外周下端に固着されると共に、第一の回転体１を保持体３が覆っている。

また、４は略円筒状の第二の回転体、５は略リング状でパーマロイ等の第一の磁性体、６は同じく略リング状の第二の磁性体で、第二の回転体４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５と第二の磁性体６が、磁石２に対向して第二の回転体４上方に各々配置されている。

そして、７は略舌片状でパーマロイ等の第三の磁性体、８は略リング状で絶縁樹脂製の基体で、複数の第三の磁性体７が基体８にインサート成形等によって、所定の角度間隔で放射状に配列されると共に、この基体８が磁石２と第一の磁性体５及び第二の磁性体６の間に配置されて、第二の回転体４上端に固着されている。

さらに、９は第一の回転体１と第二の回転体４の側方に水平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５と第二の磁性体６の間に配設された、ホール素子等の磁気検出素子１０が装着されている。

また、配線基板９にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子１０に接続された制御手段１１が形成されると共に、第一の回転体１と第二の回転体４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や保持体３に、下端が第二の回転体４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１２が設けられている。

さらに、１３は略箱状で絶縁樹脂製の上ケース、１４は同じく下ケースで、この上ケース１３と下ケース１４内に第一の回転体１や第二の回転体４、第一の磁性体５、第二の磁性体６、配線基板９等が収納されると共に、上ケース１３上面の開口孔からは第一の回転体１と保持体３上端が、下ケース１４下面の開口孔からは第二の回転体４下端が各々回転可能に突出して、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４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１１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１２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４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４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４の回転の遅れが大きくなる。

そして、この第一の回転体１の回転に伴って、これに固着された複数の磁石２が回転し、これにやや遅れて第二の回転体４も回転して、磁気検出素子１０が第一の磁性体５と第二の磁性体６を介して磁石２の磁気を検出し、これが制御手段１１へ入力される。

なお、この時、第一の回転体１に対する第二の回転体４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。

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、磁石２と第一の磁性体５及び第二の磁性体６の間に配列された、複数の第三の磁性体７の中心が、上下左右に磁極の異なるＮ極とＳ極が隣接した磁石２の中心にあるため、これらのＮ極からＳ極への磁力が各々釣り合った状態となっている。

したがって、複数の第三の磁性体７外方の、第一の磁性体５と第二の磁性体６の間には磁束が発生しないため、これらの間に配設された磁気検出素子１０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、磁石２が回転して、磁石２に対して第三の磁性体７の中心がずれた状態では、第三の磁性体７には磁石２によって、Ｎ極からＳ極への閉磁路となった磁束が生じる。

また、同時に、第一の磁性体５と第二の磁性体６にも、磁石２によってＮ極からＳ極への磁束が発生し、これらの磁気を磁気検出素子１０が検出して、磁気の強弱に応じた電圧が制御手段１１へ出力される。

なお、この時、磁気検出素子１０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５や第二の磁性体６が固着された第二の回転体４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５と第二の磁性体６を介して検出された磁気検出素子１０の磁気の強弱から、制御手段１１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、複数の第三の磁性体７が配列された基体８が、磁石２と第一の磁性体５及び第二の磁性体６の間に配置されているため、この基体８の厚さの分だけ外径寸法が大きなものとなり、全体の小型化を図ることが困難に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、簡易な構成で小型化が図れ、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、複数の磁石の間に略舌片状の複数の第三の磁性体を、所定間隔で配列して回転トルク検出装置を構成したものであり、第三の磁性体が複数の磁石の間に設けられているため、外径方向の寸法を小さく形成でき、簡易な構成で全体の小型化が図れると共に、この第三の磁性体や第一及び第二の磁性体によって磁石の磁気を検出することで、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、簡易な構成で小型化が図れ、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斜視図同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。

（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、２１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、２２は略円弧状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石、２３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保持体で、複数の磁石２２が第一の回転体２１の外周下端に所定間隔で固着されると共に、第一の回転体２１を保持体２３が覆っている。

そして、この略円弧状の磁石２２は、図３の部分斜視図に示すように、上下左右に磁極の異なるＮ極とＳ極が隣接して形成されると共に、６〜１０個の磁石２２が所定の角度間隔で、例えば６個の場合には６０度間隔で第一の回転体２１の外周下端に、インサート成形や接着等によって放射状に配列されている。

また、２４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、２５はパーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の第一の磁性体、２６は同じく第二の磁性体で、第二の回転体２４が第一の回転体２１の下方に配置されると共に、略帯状の板材がリング状に巻回されて形成された、第一の磁性体２５と第二の磁性体２６が、磁石２２に対向して第二の回転体２４上方に各々配置されている。

さらに、２７はパーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の第三の磁性体で、図４の部分斜視図に示すように、リング状の桟部２７Ａによって連結された略舌片状で複数の第三の磁性体２７が、複数の磁石２２の間に所定の角度間隔で、例えば６個の第三の磁性体２７が６０度間隔で配列されると共に、第二の回転体２４上端に固着されている。

そして、磁石２２は第一の回転体２１の回転中心に対し、角度１５〜２０度分の幅寸法に、第三の磁性体２７は角度５〜１０度分の幅寸法に各々形成されると共に、第三の磁性体２７の幅は磁石２２の幅の約半分に形成され、磁石２２と第三の磁性体２７の間には角度５度分以上の間隙が設けられている。

また、２８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２１と第二の回転体２４の側方に水平に配置され、磁石２２との対向面には、第一の磁性体２５と第二の磁性体２６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２９が実装装着されている。

そして、配線基板２８にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子２９に接続された制御手段３０が形成されると共に、第一の回転体２１と第二の回転体２４の間には、ピン（図示せず）等によって上端が第一の回転体２１や保持体２３に、下端が第二の回転体２４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３１が設けられている。

さらに、３２は略箱状でポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製の上ケース、３３は同じく下ケースで、この上ケース３２と下ケース３３内に第一の回転体２１や第二の回転体２４、第一の磁性体２５、第二の磁性体２６、配線基板２８等が収納されると共に、上ケース３２上面の開口孔からは第一の回転体２１と保持体２３上端が、下ケース３３下面の開口孔からは第二の回転体２４下端が各々回転可能に突出して、回転トルク検出装置が構成されている。

つまり、略舌片状の複数の第三の磁性体２７を、磁石２２と第一の磁性体２５及び第二の磁性体２６の間ではなく、複数の磁石２２の間に所定間隔で配列することで、第一の磁性体２５や第二の磁性体２６、第二の回転体２４等の各構成部品の外径方向の寸法が小さく形成され、全体の小型化が図られた構成となっている。

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２１や第二の回転体２４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３０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２１が回転し、連結体３１が捩じれた後、第一の回転体２１にやや遅れて第二の回転体２４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２１に対する第二の回転体２４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２４の回転の遅れが大きくなる。

そして、この第一の回転体２１の回転に伴って、これに固着された複数の磁石２２が回転し、これにやや遅れて第二の回転体２４も回転して、磁気検出素子２９が第一の磁性体２５と第二の磁性体２６を介して磁石２２の磁気を検出し、これが制御手段３０へ入力される。

なお、この時、第一の回転体２１に対する第二の回転体２４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度前後の遅れ角度となるが、上記のように、複数の磁石２２の間に所定間隔で配列された第三の磁性体２７と、各々の磁石２２との間には角度５度分以上の間隙が設けられているため、回転トルクが大きな場合であっても、第三の磁性体２７と磁石２２が当接することのないように形成されている。

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、例えば、図５（ａ）の部分側面図に示すように、複数の第三の磁性体２７の中心が、上下左右に磁極の異なるＮ極とＳ極が隣接した複数の磁石２２の間の中央にあるため、これらＮ極からＳ極への磁力が第三の磁性体２７によって各々釣り合った状態となっている。

したがって、複数の磁石２２や第三の磁性体２７外方の、第一の磁性体２５と第二の磁性体２６の間にも磁束が発生しないため、これらの間に配設された磁気検出素子２９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、磁石２２が回転して、例えば、図５（ｂ）に示すように、第三の磁性体２７と磁石２２の間の間隙が小さくなった状態では、第三の磁性体２７には磁石２２によって、Ｎ極からＳ極への閉磁路となった磁束が生じる。

また、同時に、第一の磁性体２５と第二の磁性体２６にも、磁石２２によってＮ極からＳ極への磁束が発生し、これらの磁気を磁気検出素子２９が検出して、磁気の強弱に応じた電圧が制御手段３０へ出力される。

なお、この時、磁気検出素子２９が検出する磁気は、磁石２２が固着された第一の回転体２１に対し、第一の磁性体２５と第二の磁性体２６、第三の磁性体２７が固着された第二の回転体２４の回転の遅れが少ない場合には、第三の磁性体２７と磁石２２の間の間隙が大きいため、検出する磁気は弱く、回転の遅れが大きな場合には、間隙が小さくなるため検出する磁気は強くなる。

そして、この第一の磁性体２５と第二の磁性体２６、第三の磁性体２７を介して検出された磁気検出素子２９の磁気の強弱から、制御手段３０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が行えるように構成されている。

また、上述したように、略舌片状の複数の第三の磁性体２７を、複数の磁石２２の間に所定間隔で配列することによって、第一の磁性体２５や第二の磁性体２６、第二の回転体２４等の各構成部品の外径方向の寸法を小さく形成できるため、全体の小型化が図れるようになっている。

すなわち、略舌片状の複数の第三の磁性体２７を、磁石２２と第一の磁性体２５及び第二の磁性体２６の間ではなく、複数の磁石２２の間に所定間隔で配列することで、第三の磁性体２７を保持するための部品等が不要となり、この厚さの分だけ、簡易な構成で全体の小型化が可能なように構成されている。

さらに、第一の磁性体２５と第二の磁性体２６、及びこの第三の磁性体２７を介して磁石２２の磁気を磁気検出素子２９が検出し、これによって制御手段３０が回転トルクを検出することで、確実な回転トルクの検出を行うことができるようになっている。

なお、以上の説明では、複数の第三の磁性体２７を、リング状の桟部２７Ａによって連結して配列した構成について説明したが、複数の略舌片状の第三の磁性体２７を所定の角度間隔で第二の回転体２４上端に固着し、これを複数の磁石２２の間に配列した構成としても、本発明の実施は可能である。

また、以上の説明では、第一の磁性体２５と第二の磁性体２６の間に、一つの磁気検出素子２９を配設した構成について説明したが、複数の、例えば二つの磁気検出素子２９を設け、この複数の磁気検出素子２９で磁石２２の磁気を検出するようにすれば、万が一、一方の磁気検出素子２９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３０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できる。

このように本実施の形態によれば、複数の磁石２２の間に、略舌片状の複数の第三の磁性体２７を所定間隔で配列することによって、第三の磁性体２７が複数の磁石２２の間に設けられているため、外径方向の寸法を小さく形成でき、簡易な構成で全体の小型化が図れると共に、この第三の磁性体２７や第一の磁性体２５、第二の磁性体２６を介して磁石２２の磁気を検出することで、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、簡易な構成で小型化が図れ、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。

２１第一の回転体
２２磁石
２３保持体
２４第二の回転体
２５第一の磁性体
２６第二の磁性体
２７第三の磁性体
２７Ａ桟部
２８配線基板
２９磁気検出素子
３０制御手段
３１連結体
３２上ケース
３３下ケース

Claims

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所定間隔で固着された複数の磁石と、上記第一の回転体の下方に配置された第二の回転体と、上記磁石に対向して配置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、上記複数の磁石の間に、略舌片状の複数の第三の磁性体を所定間隔で配列した回転トルク検出装置。