JP2013101038A - トルク検出装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トルク検出装置17は、第1軸14および第2軸15を連結するトーションバー16と、第1軸14に固定される磁石25と、第2軸15に固定され、軸方向において対向配置される一対の磁気ヨーク26とを含む。各磁気ヨーク26は、ヨークリング40と、ヨークリング40において周方向に並ぶ複数の歯41とを含む。ヨークリング40は、歯41の根元部分41Aから径方向外側へ延びる延設部40Aと、延設部40Aの径方向外側端部から軸方向に折り返された折り返し部40Bとを含んでいる。軸方向X1に関して、一対の磁気ヨーク26の外法寸法Qが、磁石25の長さG以上である。
【選択図】図3
Description
この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、一対の磁気ヨークの干渉を防ぎつつ、検出能力および検出精度の向上を図ることができるトルク検出装置およびこれを含む電動パワーステアリング装置を提供することを主たる目的とする。
また、この発明は、小型化を図ることができるトルク検出装置およびこれを含む電動パワーステアリング装置を提供することを別の目的とする。
請求項3記載の発明は、前記折り返し部は、前記歯が突出する方向とは反対の方向に折り返されていることを特徴とする、請求項1記載のトルク検出装置である。
請求項4記載の発明は、ステアリング(2)の操舵トルクを検出する請求項1〜3のいずれかに記載のトルク検出装置と、ステアリングの操舵力を補助するための駆動力を発生する電動モータ(19)と、前記トルク検出装置が検出した操舵トルクに応じて、前記電動モータを制御する制御部(20)とを含むことを特徴とする、電動パワーステアリング装置(1)である。
ここで、有効長が大きくなった歯では、延設部を介して折り返し部につながった根元側が大きくなっているのであって、先端部が相手側の磁気ヨークへ接近している訳ではない。よって、一対の磁気ヨークが干渉することはないし、一対の磁気ヨークの間から磁束が漏れ易くなることもない。
そして、軸方向に関して、一対の磁気ヨークの外法寸法が、磁石の長さ以上であることから、磁石を一対の磁気ヨークの外法寸法(全長)以下まで小さく抑えることができ、その分、トルク検出装置の小型化を図ることができる。
請求項3記載の発明のように、折り返し部は、歯が突出する方向とは反対の方向に折り返されていてもよく、この場合、各磁気ヨークにおいて歯が設けられた部分は、周方向から見て、クランク形状になる。
本実施の形態では、集磁リングを含むトルク検出装置が自動車の電動パワーステアリング装置に適用された例に則して説明するが、本発明のトルク検出装置は、電動パワーステアリング装置以外の他の装置や機器に適用することもできる。
図1は、本発明の一実施形態に係るトルク検出装置17を備える電動パワーステアリング装置1の概略構成を示す模式図である。
ステアリング2が操作されてステアリングシャフト3が回転されると、この回転は中間軸5等を介してピニオン8に伝達され、ピニオン8およびラック9によって、車両の左右方向に沿うラック軸10の直線運動に変換される。これにより、転舵輪13の転舵が達成される。
ECU20が操舵補助用の電動モータ19を駆動すると、その出力回転(駆動力)が、ウォームギヤ機構等の減速機構21で減速されて第2の操舵軸15へ伝達される。第2の操舵軸15に伝えられた動力は、さらに中間軸5等を介して、ピニオン軸7、ラック軸10、タイロッド12およびナックルアーム等を含む転舵機構22に伝えられ、運転者の操舵力が電動モータ19の駆動力によって補助される。
図2および図3に示すように、トーションバー16の一端16Aは、ピン等(図示せず)を用いて第1の操舵軸14に結合され、トーションバー16の他端16Bは、ピン等(図示せず)を用いて第2の操舵軸15に結合されている。
図4を参照して、磁気ヨーク26の径方向外側から見て、それぞれの磁気ヨーク26における歯41では、1つ1つが、大きさの等しい同一形状を有している。詳しくは、1つの歯41において、根元部分41Aから最も離れた端であって、幅方向(磁気ヨーク26の周方向)における中央に位置する部分を先端41Bとすると、それぞれの歯41は、当該径方向から見て、先端41B側へ向かって幅狭となっているとともに、角が丸められた曲線の輪郭Rを有している。
一対の磁気ヨーク26に関連して、トルク検出装置17には、図5に示す円管状の合成樹脂部材32が設けられている。一対の磁気ヨーク26は、軸方向において所定のギャップを隔てて同軸状で対向配置されているともに、それぞれの歯41の先端部分(先端41B側の部分)が周方向に交互に配置されるように位置決めされた状態(図4も参照)で、合成樹脂部材32にモールドされている。一対の磁気ヨーク26において、歯41のそれぞれの内周面は、合成樹脂部材32の内周面32Aと略面一となった状態で、この内周面32Aから露出している。一対の磁気ヨーク26において、ヨークリング40の折り返し部40Bにおける外周面は、合成樹脂部材32の外周面32Bと略面一となった状態で、この外周面32Bから露出している。
図3に示すように、完成したトルク検出装置17では、磁気ヨークユニット33(換言すれば、一対の磁気ヨーク26)は、第2の操舵軸15に対して同軸状に固定されているとともに、第1の操舵軸14とも同軸状になっていて、磁石25を径方向外側から非接触で取り囲んでいる。そのため、磁気ヨークユニット33は、磁石25と同軸状になっている。なお、この状態における磁気ヨーク26(磁気ヨークユニット33)、第1の操舵軸14、第2の操舵軸15および磁石25のそれぞれの軸方向は、一致しており、「軸方向X1」と総称されることがある。
集磁板35,36間に形成されるエアギャップ37内には、ホールIC30が挿入されている(図3も参照)。ホールIC30の機能については、以降で説明する。
図6は、トルク検出装置17の動作を説明するための模式図であって、図6(a)は、操舵中立状態から一方向にトーションバー16が捩じれた状態を示し、図6(b)は、操舵中立状態を示し、図6(c)は、操舵中立状態から図6(a)とは反対方向にトーションバー16が捩じれた状態を示している。
図7(a)は、1つの磁気ヨーク26を、その円中心位置を通って軸方向に沿う平坦面の位置から見た側面図であって、一部を断面で示しており、図7(b)は、比較例に係る磁気ヨーク26の断面図である。
そして、軸方向X1に関して、一対の磁気ヨーク26の外法寸法Qが、磁石25の長さG以上であることから、磁石25を一対の磁気ヨーク26の外法寸法Q(全長)以下まで小さく抑えることができ、その分、トルク検出装置17の小型化を図ることができる。
本願発明の場合には、磁気ヨーク26の歯41は、磁気ヨーク26の径方向から見て、先端側へ向かって幅狭となっているとともに、角が丸められた曲線の輪郭Rを有していることから、先端41B側へ向かって凸湾曲した形状になっている。そのため、本願発明の歯41には、比較例における台形状の歯41の先端41B側に存在する2つの角Cが無い。これにより、図8を参照して、歯41の先端41B側と相手側の磁気ヨーク26のヨークリング40との間の隙間S(点線で囲った部分)を、本願発明では、比較例に比べて、2つの角Cの分だけ大きく確保できる。
また、このように凸湾曲した形状をなす本願発明の歯41の場合、前述した操舵中立状態(図6(b)および図8(b)参照)においてトーションバー16が捩じれると、図10を参照して、磁石25のN極またはS極と歯41とが(径方向から見て)重なる面積が、トーションバー16の捩じれ量(換言すれば、磁石25と磁気ヨーク26との相対回転量)に応じて変化する。
そのため、本願発明の歯41の場合、N極またはS極と歯41とが重なる面積が、比較例の歯41の場合よりも大きい状態で変化する。また、本願発明の歯41の場合、比較例の歯41の場合よりも、当該面積の変化がより直線的であるとともに、変化の勾配が急になっている(特に、グラフのカーブにおける立ち上がり始め近傍や立ち上がり終わり近傍の領域)。そのため、本願発明の歯41を用いたトルク検出装置17では、磁束(換言すればトルク)の検出効率も向上されている。
そして、このようにトルク検出装置17におけるステアリング2の操舵トルクの検出能力および検出精度の向上が図られているので、電動パワーステアリング装置1では、電動モータ19によるステアリング2の操舵力の補助を高精度に実現できる。
また、磁石25の極数は、12極、16極、18極、24極…というように任意に設定できる。
上記実施の形態における各磁気ヨーク26のヨークリング40では、折り返し部40Bは、延設部40Aの径方向外側端部から軸方向X1に沿って、歯41が突出する方向に折り返されている(図7参照)が、図11に示すように、歯41が突出する方向とは反対の方向に折り返されていてもよい。この場合、各磁気ヨーク26において歯41が設けられた部分は、周方向から見て、クランク形状になる。
Claims (4)
- 第1軸および第2軸を相対回転可能に連結し、前記第1軸と前記第2軸との間に捩じれトルクが入力されるのに応じて捩じれる弾性部材と、
前記第1軸に対して同軸状に固定される環状であって、周方向にN極とS極とが交互に着磁された磁石と、
前記第2軸に対して同軸状に固定されるとともに前記磁石を非接触で取り囲む環状をなし、軸方向において対向配置される一対の磁気ヨークと、
前記一対の磁気ヨークをそれぞれ取り囲む環状であって、前記一対の磁気ヨークで発生した磁束を導いて集める一対の集磁リングと、
前記一対の集磁リングの間に配置され、前記集磁リングによって集められた磁束の密度を検出する磁気センサとを含み、
前記一対の磁気ヨークのそれぞれは、環状のヨークリングと、前記ヨークリングから軸方向に延設されて周方向に等間隔で並ぶ複数の歯とを含み、
前記ヨークリングは、前記歯の根元部分から径方向外側へ延びる延設部と、前記延設部の径方向外側端部から軸方向に折り返された折り返し部とを含んでいて、
前記一対の磁気ヨークでは、互いの歯の先端部分が周方向に交互に配置されていて、軸方向に関して、前記一対の磁気ヨークの外法寸法が、前記磁石の長さ以上であることを特徴とする、トルク検出装置。 - 前記折り返し部は、前記歯が突出する方向に折り返されていることを特徴とする、請求項1記載のトルク検出装置。
- 前記折り返し部は、前記歯が突出する方向とは反対の方向に折り返されていることを特徴とする、請求項1記載のトルク検出装置。
- ステアリングの操舵トルクを検出する請求項1〜3のいずれかに記載のトルク検出装置と、
ステアリングの操舵力を補助するための駆動力を発生する電動モータと、
前記トルク検出装置が検出した操舵トルクに応じて、前記電動モータを制御する制御部とを含むことを特徴とする、電動パワーステアリング装置。
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