JP2012225914A - トルクセンサー - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、マグネットを上下方向に着磁しステータを単純な構造に配置することによって、磁気変化量をさらに正確に感知でき、正確なサイズと形状で配置が可能な構造を有するトルクセンサーを提供する。
【解決手段】本発明に係るトルクセンサーは、ステアリングの入力軸と出力軸のうち一つと連結され軸方向に着磁されてリング形状に形成されたマグネット、そして、前記入力軸と前記出力のうち他の一つと連結され前記マグネットから軸方向に離隔配置されるリング形状の本体及び前記本体を上下方向に貫通する複数のホールで形成されたステータを含むトルクセンサーを提供する。従って、構造的に単純でかつ磁気変化量の集中効率が向上される。
【選択図】図４

Description

本発明は、トルクセンサーに関するものである。

一般に、自動車は車輪と連結されたステアリングホイールを操作して走行方向を操作できるようになっている。しかし、車輪と路面との抵抗が大きかったり、ステアリングの障害要因発生時に操作力が弱まって、迅速な操作が難しい場合があり、これを解決するため、パワーステアリング装置が使われる。このようなパワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操作に動力装置を介入して操作する力を軽減させる装置である。

このような動力装置が、ステアリングホイールを操作する力に介入するためには、操向軸にかかるトルクを測定する必要がある。従って、ステアリングホイールのトルクを測定する装置として、様々な方式の装置が使われるが、特に操向軸に結合されたマグネットとの相互磁場を測定して、トルクを検出する方式が経済的で、多く使われている。

一般のステアリング構造は、ステアリングホイールが結合される入力軸、車輪側のラックバーと歯合されるピニオンに結合される出力軸及び前記入力軸と出力軸を連結するトーションバー(ｔｏｒｓｉｏｎ ｂａｒ)からなる。

ステアリングホイールを回転すると出力軸に回転力が伝達され、ピニオンとラックバーの作用によって車輪の方向が変化する。この時、抵抗が大きく作用する場合、入力軸がさらに多く回転するため、トーションバーがねじられ、このようなトーションバーのねじり度を測定するものが磁場方式のトルクセンサーである。

図１は、従来技術によるトルクセンサーを示した斜視図である。入力軸にはマグネット１０が結合され、従って前記のマグネット１０はリング形状をするようになる。出力軸にはステータ２０、３０が配置されるが、前記のステータ２０、３０はマグネット１０の外周面に離隔配置され、軸方向に折曲された垂直突出片２１、３１を含む。

マグネット１０に結合された入力軸とステータ２０、３０に結合された出力軸の回転量の差によってトーションバーにねじれが生じると、マグネット１０とステータ２０、３０が相対的に回転するようになり、この時マグネット１０の外周面と突出片２１、３１との間の対向面が変化して磁化値が変化するため、これを活用すればトルクを測定できる。

このような磁化値を集中させるためにコレクターが配置され、磁気素子５０がコレクター４０によって集中された磁気値を検出することになる。

ところが、このような配置においてステータ２０、３０を磁化させられる面積確保の限界があり、これによってトルク信号、つまり、磁気信号が未弱な短所がある。従って、ステータ２０、３０の折曲面を加工する別途のプロセスが必要となり、コレクター４０を配置することによって構造的にも複雑になって磁気の検出も効率的でない問題があった。

また、前記の構造ではマグネット１０と対向する突出片２１、３１の間隔が同一に維持されるべきだが、突出片を均一な寸法と形で折曲して配置するに当り困難があり、生産工程においては細かい配置が難しい問題がある。

本発明は、前記問題を解消するために案出されたものであり、マグネットを軸方向に着磁して前記マグネットと対向するステータの構造を単純にすることにより、磁気を集中させられる部材のサイズ及び形状の管理を容易にし、作動信頼性が優秀なトルクセンサーを提供することがその目的である。

前記課題を解決するための本発明に係るトルクセンサーは、ステアリングの入力軸と出力軸のうち一つと連結されて軸方向に着磁されリング形状に形成されるマグネットと、前記の入力軸と前記の出力軸のうち他の一つと連結されて前記のマグネットから軸方向に離隔配置されるリング形状の本体及び前記の本体を上下方向に貫通する複数のホールで形成されるステータを含むトルクセンサーを提供する。従って、構造的に単純でかつ磁気変化量の集中効率が向上される。

また、本発明に係るトルクセンサーは、前記ステータは前記のマグネットの上側に配置される上部ステータ及び前記マグネットの下側に配置される下部ステータからなり、前記マグネットは、複数のマグネット片が連結されて形成され、前記上部ステータ及び前記下部ステータのホールの数は、前記マグネットに形成された極の数と同一なトルクセンサーを提供する。従って、上部及び下部ステータの生産性が向上されサイズ及び形状の正確性が向上される。

また、本発明に係るトルクセンサーは、前記マグネットは前記上部ステータの下側に配置される上側マグネットと前記下部ステータの上側に配置される下側マグネットであるトルクセンサーを提供する。従って、磁気変化量感知の効率及び経済性に優れる。

また、本発明に係るトルクセンサーは、前記上部ステータ及び下部ステータと各々結合し磁気変化量を集中させる上側コレクター及び下側コレクターをさらに含むトルクセンサーを提供する。従って、磁気変化量の検出がさらに正確となる。

また、本発明に係るトルクセンサーは、前記上側コレクター及び下側コレクターと結合して前記のステータの磁気変化量を検出する磁気素子をさらに含むトルクセンサーを提供する。

また、本発明に係るトルクセンサーは、前記上部ステータ及び下部ステータと結合して前記ステータの磁気変化量を検出する磁気素子をさらに含むトルクセンサーを提供する。従って、構造的に単純で、生産効率が向上される。

また、本発明に係るトルクセンサーは、前記ホールの半径方向の長さは前記マグネットの半径方向の幅よりさらに長く形成されるトルクセンサーを提供する。従って、マグネットの磁気変化量の集中がさらに正確となる。

一方、本発明に係るトルクセンサーは、軸方向に着磁され、リング形状で形成されたマグネット及び前記マグネットの上側と下側に配置され、リング形状の板材から形成され、上下方向に貫通された複数のホールが円周方向に配列された上部ステータ及び下部ステータを含むトルクセンサーを提供する。

また、本発明に係るトルクセンサーは、前記マグネットは前記上部ステータの下側に配置される上側マグネットと前記下部ステータの上側に配置される下部マグネットであるトルクセンサーを提供する。従って、磁気変化量感知の効率及び経済性に優れる。

また、本発明に係るトルクセンサーは、前記マグネットは複数のマグネット片が円周方向に配列されるトルクセンサーを提供する。

また、本発明に係るトルクセンサーは、前記ホールの数は前記マグネットの極の数と同一に形成されるトルクセンサーを提供する。

また、本発明に係るトルクセンサーは、前記ホールの半径方向の長さは前記マグネットの半径方向の幅より長く形成されるトルクセンサーを提供する。従って、マグネットの磁気変化量の集中がさらに正確となる。

前述したように構造された本発明に係るトルクセンサーは、軸方向に磁束が形成されマグネットの磁気変化量を測定するステータが板材形状の本体と前記本体を貫通するホールからなるため、配置関係が単純でありながらも磁化量の測定がより正確になる効果がある。

また、スタータの生産及び加工工程において、従来はステータの突出片を形成して折曲する工程が必要であったが、本発明に係るトルクセンサーではリング形状の本体にホールを形成する工程だけでステータが備えられるため、寸法及び形状管理の容易性は非常に向上し、これは生産性の向上に繋がる効果がある。

従来技術によるトルクセンサーを示した斜視図である。 本発明に係るトルクセンサーを示した平面図である。 本発明に係るトルクセンサーを示した側面図である。 本発明に係るトルクセンサーを示した斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施形態によるトルクセンサーを詳細に説明する。

図２は、本発明に係るトルクセンサーを示した平面図であり、図３は、本発明に係るトルクセンサーを示した側面図である。

マグネット１２０、１３０は、リング形状で形成されるが、一般に入力軸の外周面に配置されて共に回転するように結合される。

また、ステータ２００、３００は、出力軸と連結されて共に回転するよう結合される。車輪の抵抗によって入力軸と出力軸の回転量が異なる場合、強いトーションが生じたと理解でき、この差を磁気場として測定することは前記の通りである。但し、マグネット１２０、１３０が出力軸と連結されステータ２００、３００が入力軸と連結できることは言うまでもない。

前記マグネット１２０は、望ましくは二つ以上のマグネット片が連結される。従って、複数の弧形状のマグネット片がリング形状のマグネット１２０、１３０を形成することになる。この場合、本発明の概念に従って、各々のマグネット片は軸方向に着磁される。

マグネット１２０、１３０が軸方向に着磁される場合、磁束も同様に軸方向に流入及び流出されるため、マグネット１２０、１３０の両端部側において磁束を測定できるようになる。

前記マグネットは、リング形状を成し入力軸の外周面に結合されるが、単一マグネット片の配列でもよく、図３に示されたように二つのマグネットが軸方向に離隔配置されて各々の上側マグネット１２０と下側マグネット１３０を形成してもよいことは言うまでもない。

従って、上側マグネット１２０と下側マグネット１３０が、各々上部ステータ２００と下部ステータ３００を対向する場合、変化される磁化量の感知がさらに正確になるメリットがある。

前記のようにステータは、マグネット１２０、１３０の上端部側と下端部側に各々上部ステータ２００と下部ステータ３００で構成される。各々のステータ２００、３００は、板材のリング形状の本体２１０、３１０と前記本体を軸方向に貫通させる複数のホール２２０、３２０からなる。

本発明ではマグネット１２０、１３０の各々の極に対応されるホール２２０、３２０が、マグネット１２０、１３０とステータ２００、３００の間の相対回転による磁気変化量を集中する概念を提示する。

前記上部ステータ２００及び下部ステータ３００は、リング形状の上部本体２１０及び下部本体３１０が出力軸と連結され、各々上側のマグネット１２０の上端部と下部のマグネット１３０の下端部から離隔配置される。

さらに具体的に上部ステータ２００を説明すると、リング形状の上部本体２１０を貫通して複数の上部ホール２２０が上下方向を貫通するよう形状され、前記上部ホール２２０は、上側マグネット１２０の着磁された極に対応するよう配置される。

従って、上部の本体２１０は、上部ホール２２０の配列を中心において、外周側のリング形状の外周部と内周側のリング形状の内周部で構成され、前記外周部と内周部は各々のホールの側面を形成しつつ半径方向に延長される延長部によって相互連結される形で説明できる。

また、下部本体３１０も下部ホール３２０の配列を中心において、外周部と内周部及び延長部に形成された形で説明できる。

前記外周部、つまり上部の本体２１０の外周側には、上側コレクター４２０が配置され磁化値を集中させる役割を果たし、下部本体３１０と連結された下側コレクター４３０と共に磁気素子(図示せず)と連結される。

前記磁気素子は望ましくはホール素子(Ｈａｌｌ ＩＣ)で形成される。

但し、本発明の実施形態では上部ステータ２００に上側コレクター４２０が連結され、下部ステータ３００に下側コレクター４３０が連結されて変化する磁化量を集中させて磁気素子を介して検出する概念が説明されるが、前記コレクター４２０、４３０が省略され、本体２１０、３１０に磁気素子が直接連結してもよい。

また、前記マグネット１２０、１３０がマグネット片が連結されリング形状を成すことは前記の通りであり、上側マグネット１２０と下側マグネット１３０を対向する上部ホール２２０と下部ホール３２０は、各々Ｎ極とＳ極もしくはその境界線に対向するようになる。

従って、上部ホール２２０と下部ホール３２０の数は、マグネット１２０、１３０に配置されている極数と同一に形成されることが望ましい。

一方、磁化量の正確な検出のため、前記ホール２２０、２３０の半径方向の幅はマグネット１２０、１３０の半径方向の厚みをカバーできる長さに形成されることが望ましい。

図２を参照すると、上部ステータ２００の上部ホール２２０は、幅が上側マグネット１２０の厚みより長く形成され、従って上部ホール２２０の内周側と外周側を延長させた仮想のリング形状は上側から見て上側マグネット１２０の面積を全て含むことになる。

図３は、本発明に係るトルクセンサーを示した斜視図である。

従来技術とは異なって、前記マグネットの磁束方向は、軸方向に向かうことになり、前記マグネットを各々上下側で対向する上部ステータ２００と下部ステータ３００は、折曲された部位がなく、本体２１０、３１０に複数のホール２２０、３２０が形成されるものである。

前記のような構成によって、本発明に係るトルクセンサーは、ステアリングホイールを操作して車輪を操向すると、車輪の抵抗によってトーションバーがねじられ、マグネット１２０、１３０と連結されている入力軸とステータ２００、３００と連結されている出力軸の回転偏差が生じる。つまり、トーションバーのねじれに相応してステータ２００、３００に対してマグネット１２０、１３０が回転するようになる。

前記のようにマグネット１２０、１３０の回転によってステータ２００、３００のホール２２０、３２０を中心に磁気量が変化することになる。

本発明に係るトルクセンサーが、軸方向に磁束が形成される概念を提示してあり、前記マグネットの磁気変化量を測定するステータが、板材形状の本体と前記本体を貫通するホールで形成されるため、磁化量の測定がより正確でかつ容易になる。

また、ステータの生産及び加工工程で従来にはステータの突出片を形成して折曲する工程を必要としたが、本発明に係るトルクセンサーではリング形状の本体にホールを形成する工程のみでステータが備えられるため、サイズ及び形状管理の容易性は非常に向上され、これは生産性の向上に繋がるメリットがあることを留意すべきである。

結局、本発明に係るトルクセンサーは作動信頼性と共に構造的な単純さも共に提供される。

本発明の概念では、ステアリングシステムによるトルクセンサーを例に挙げて説明したが、本発明に係るトルクセンサーは、ステアリングシステムのみに限らず相対的に回転する部材が含まれた装備において、回転トルクを測定するためのトルクセンサーとして活用できることは自明である。

以上、本発明を実施形態及び添付図面に基づいて詳しく説明した。しかし、以上の実施形態及び図面によって本発明の範囲が制限されず、本発明の範囲は後述した特許請求の範囲に記載されている内容のみによって制限される。

１０、１２０、１３０ マグネット
２０、３０、２００、３００ ステータ
２１、３１ 突出片
２１０、３１０ 本体
２２０、３２０ ホール
４２０、４３０ コレクター

Claims (12)

1. ステアリングの入力軸と出力軸のうちの一つと連結され軸方向に着磁され、リング形状で形成されたマグネット、そして、
   前記入力軸と前記出力軸のうち他の一つと連結され前記マグネットから軸方向に離隔配置されるリング形状の本体及び前記本体を上下方向に貫通する複数のホールで形成されたステータを含むことを特徴とする、トルクセンサー。
2. 前記ステータは、前記マグネットの上側に配置される上部ステータ及び前記マグネットの下側に配置される下部ステータで構成され、
   前記マグネットは複数のマグネット片が連結されて形成され、
   前記上部ステータ及び前記下部ステータのホールの数は、前記マグネットに形成された極の数と同一であることを特徴とする、請求項１に記載のトルクセンサー。
3. 前記マグネットは、前記上部ステータの下側に配置される上側マグネットと前記下部ステータの上側に配置される下側マグネットであることを特徴とする、請求項２に記載のトルクセンサー。
4. 前記上部ステータ及び下部ステータと各々結合して磁気変化量を集中させる上側コレクター及び下側コレクターをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のトルクセンサー。
5. 前記上側コレクター及び下側コレクターと結合し、前記ステータの磁気変化量を検出する磁気素子をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載のトルクセンサー。
6. 前記上部ステータ及び下部ステータと結合し前記ステータの磁気変化量を検出する磁気素子をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のトルクセンサー。
7. 前記ホールの半径方向の長さは、前記マグネットの半径方向の幅よりもさらに長く形成されることを特徴とする、請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載のトルクセンサー。
8. 軸方向に着磁され、リング形状で形成されたマグネット、及び
   前記マグネットの上側と下側に配置され、リング形状の板材に形成され、上下方向に貫通される複数のホールが円周方向に配列されている上部ステータ及び下部ステータを含むことを特徴とする、トルクセンサー。
9. 前記マグネットは、前記上部ステータの下側に配置される上側のマグネットと前記下部ステータの上側に配置される下側マグネットであることを特徴とする、請求項８に記載のトルクセンサー。
10. 前記マグネットは、複数のマグネット片が円周方向に配列されることを特徴とする、請求項８に記載のトルクセンサー。
11. 前記ホールの数は、前記マグネットの極の数と同一に形成されることを特徴とする、請求項１０に記載のトルクセンサー。
12. 前記ホールの半径方向の長さは、前記マグネットの半径方向の幅よりもさらに長く形成されることを特徴とする、請求項８に記載のトルクセンサー。

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