JP2015081880A - 車両用検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能で、回転検出部からトルク検出部への磁束の干渉を抑制することができる車両用検出装置を提供する。
【解決手段】車両用検出装置１は、ステアリング軸１０が受けるトルクを検出するトルク検出部２と、ステアリング軸１０の回転を検出する回転検出部３とを備え、回転検出部３は、ステアリング軸１０の側方に配置されたヨーク３１と、ステアリング軸１０に対してヨーク３１を一体に保持する非磁性の保持部材３２と、ステアリング軸１０の側方に配置され、ヨーク３１に磁束を及ぼす回転検出用磁石３３と、ステアリング軸１０の回転に伴いヨーク３１が回転検出用磁石３３に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化を検出する磁気検出素子３４とを有し、保持部材３２は、ヨーク３１をステアリング軸１０から磁気的に離間させて保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の回転軸に加わるトルクと回転軸の回転数を検出する車両用検出装置に関する。

従来、車両のステアリング軸（回転軸）に加わるトルクとステアリング軸の回転数を検出する車両用検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この車両用検出装置は、ステアリング軸に加わるトルクを磁気的に検出するトルクセンサ（トルク検出部）と、ステアリング軸の回転数を磁気的に検出するインデックスセンサ（回転検出部）とを備える。

トルクセンサは、ステアリング軸の周囲を取り囲むように配置された円環状の第１磁石部と、第１磁石部の側方に配置された第１磁気センサとを備え、ステアリング軸に組み込まれたトーションバーの捩じり角度を第１磁石部によって形成される磁束密度の変化として検出する。

インデックスセンサは、ステアリング軸に取り付けられた円筒状のカラーと、ステアリング軸と一体に回転するようにカラーの外周に密接して配置されたヨークと、ヨークの側方にカラーの周方向に沿って配置された一対のインデックスセンサ用磁石からなる第２磁石部と、一対のインデックスセンサ用磁石の間に配置された第２磁気センサとを備え、ステアリング軸の回転を第２磁石部によって形成される磁束密度の変化として検出する。

そして車両用検出装置は、インデックスセンサの第２磁石部とトルクセンサの第１磁気センサとの間に、第２磁石部から放射される磁束の方向を第１磁気センサの検出方向と異なる方向に変化させる磁性板を配置して構成されている。この磁性板により、第２磁石部から放射された磁束がトルクセンサの第１磁気センサに干渉してトルクセンサの検出精度が低下することを抑制している。

特開２０１０−２３７０８２号公報

しかし、従来の車両用検出装置では、インデックスセンサの第２磁石部から放射される磁束のうち、カラーを介してステアリング軸に流れて第１磁気センサ側に影響する磁束に対しては対策が取られておらず、インデックスセンサとトルクセンサとの間の距離が短いと、インデックスセンサ用磁石の磁界の強度によっては、トルクセンサの検出精度に影響を与えるおそれがあった。この場合、例えばインデックスセンサをトルクセンサから離すことにより、インデックスセンサからトルクセンサへの磁束の干渉を低減することができるが、装置の大型化を招来してしまうこととなる。

そこで、本発明は、小型化が可能で、回転検出部からトルク検出部への磁束の干渉を抑制することができる車両用検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、操舵操作によって回転する回転軸が受けるトルクを磁気的に検出するトルク検出部と、前記回転軸の回転を磁気的に検出する回転検出部とを備え、前記回転検出部は、前記回転軸の側方に配置された磁性体と、非磁性の材料からなり、前記回転軸に対して前記磁性体を一体に保持する保持部材と、前記回転軸の側方に配置され、前記磁性体に磁束を及ぼす磁石と、前記回転軸の回転に伴い前記磁性体が前記磁石に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化を検出する磁気検出素子とを有し、前記保持部材は、前記磁性体を前記回転軸から磁気的に離間させて保持する車両用検出装置を提供する。

本発明によれば、小型化を可能としながら、回転検出部からトルク検出部への磁束の干渉を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る車両用検出装置の構成例を示す断面図である。 比較例を示し、回転検出部のヨークをカラーに接触させた状態の磁束の流れを示す断面図である。 本実施の形態のトルク検出部の動作を説明するための図であり、（ａ）はトーションバーに捩じれが発生していない状態を示す斜視図、（ｂ）はトーションバーに捩じれが発生した状態を示す斜視図である。 本実施の形態の回転検出部の動作を説明するための図であり、（ａ）はヨークが磁石に最も近づいた状態を示す断面図、（ｂ）はヨークが磁石から離れた状態を示す断面図である。

［実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係る車両用検出装置の構成例を示す断面図である。

この車両用検出装置１は、ステアリングホイールの操舵操作によって回転する回転軸としてのステアリング軸１０が受ける操舵トルクを磁気的に検出するトルク検出部２と、ステアリング軸１０の回転を磁気的に検出する回転検出部３とを備える。車両の操舵系には、操舵操作を補助する図略の電動パワーステアリング装置が設けられ、車両用検出装置１が検出した操舵トルク及びステアリング軸の回転数（車輪の向き）に応じて電動パワーステアリング装置の電動モータが車輪を転舵するためのトルクを出力する。

ステアリング軸１０は、ステアリングホイールに接続され、操舵力が入力される入力軸１１と、電動パワーステアリング装置側に接続される出力軸１２と、入力軸１１と出力軸１２とを連結するトーションバー１３とを備え、図示しないコラムハウジングの内部に回転可能に支持されている。トーションバー１３は、ステアリングホイール側の一方の端部がピン１４によって入力軸１１と相対回転不能に固定され、他方の端部がピン１４によって出力軸１２と相対回転不能に固定されている。

（トルク検出部２の構成）
トルク検出部２は、入力軸１１の周囲を取り囲むように入力軸１１に固定された円筒状のトルク検出用磁石２０と、入力軸１１に固定された環状の第１の回転ヨーク２１と、出力軸１２に固定された環状の第２の回転ヨーク２２と、第１の回転ヨーク２１の外側に空隙を設けて配置された第１の固定ヨーク２３と、第２の回転ヨーク２２の外側に空隙を設けて配置された第２の固定ヨーク２４と、第１の固定ヨーク２３及び第２の固定ヨーク２４との間に配置された第１の磁気検出素子２５Ａ及び第２の磁気検出素子２５Ｂ（図１では第１の磁気検出素子２５Ａのみを示す。）と、第１及び第２の固定ヨーク２３，２４を保持するモールド樹脂から形成された保持部材２６とを備える。

第１及び第２の固定ヨーク２３，２４、第１及び第２の磁気検出素子２５Ａ，２５Ｂ、及び保持部材２６は、コラムハウジングを介して車体に固定されている。

トルク検出用磁石２０は、ステアリング軸１０の軸方向Ａの端部に一対の磁極（Ｎ極及びＳ極）が形成されている。トルク検出用磁石２０は、本実施の形態では、図１において上側にＮ極、下側にＳ極が形成された永久磁石である。トルク検出用磁石２０としては、例えばフェライト磁石、ネオジウム磁石等を用いることができる。

第１及び第２の磁気検出素子２５Ａ，２５Ｂは、本実施の形態では、ホール素子を用い、磁束密度の検出方向２５ａが互いに逆向きとなるように配置されている。この配置により、ホール素子の温度特性及び軸方向Ａの検出感度の影響を相殺し、車両用検出装置１の検出精度を高めている。

（回転検出部３の構成）
回転検出部３は、入力軸１１の周囲を取り囲むように入力軸１１に固定された円筒状の磁性部材としてのカラー３０と、カラー３０の側方に入力軸１１及びカラー３０から磁気的に離間して配置された強磁性体としてのヨーク３１と、入力軸１１に対してカラー３０及びヨーク３１を一体に保持する保持部材３２と、入力軸１１の側方に配置され、ヨーク３１に磁束を及ぼす回転検出用磁石３３と、回転検出用磁石３３のヨーク３１と反対側に配置され、入力軸１１の回転に伴いヨーク３１が回転検出用磁石３３に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化を検出する磁気検出素子３４とを備える。ここで、「側方」とは、径方向の外方をいう。また、「磁気的に離間」とは、両者の間に空気及び又は非磁性材が介在して互いに離れていることをいう。

保持部材３２は、非磁性の材料からなる。本実施の形態では、保持部材３２がモールド樹脂から形成され、カラー３０及びヨーク３１が保持部材３２にインサート成形されている。この保持部材３２は、ヨーク３１をカラー３０から離間して保持している。すなわち、カラー３０の外周面と、この外周面に対向するヨーク３１の対向面との間には、保持部材３２の樹脂が介在している。なお、カラー３０とヨーク３１との間に空間が形成されていてもよい。

回転検出用磁石３３は、入力軸１１に直交する方向（径方向）Ｂの端部に一対の磁極が形成されている。回転検出用磁石３３は、本実施の形態では、図１において入力軸１１側にＮ極、入力軸１１と反対側にＳ極が形成された永久磁石である。回転検出用磁石３３としては、例えばフェライト磁石、ネオジウム磁石等を用いることができる。

磁気検出素子３４は、磁束密度の検出方向３４ａが入力軸１１に直交する方向である。つまり、磁気検出素子３４は、入力軸１１の軸方向Ａに直交する方向（径方向）Ｂの磁束の磁束密度を検出する。また、磁気検出素子３４は、ヨーク３１との間に回転検出用磁石３３を挟む位置に配置されている。この磁気検出素子３４として、具体的にはホール素子を用いることができる。なお、磁気検出素子３４としては、ＭＲ素子、ＧＩＧ素子、ＧＭＲ素子等の他の磁気検出素子を用いてもよい。

回転検出用磁石３３及び磁気検出素子３４は、コラムハウジングを介して車体に固定されている。つまり、ステアリング軸１０が回転しても、回転検出用磁石３３及び磁気検出素子３４はステアリング軸１０と共に回転せず、その位置が固定されている。

カラー３０は、ネジ止めや圧入等の固定手段によって入力軸１１に相対回転不能及び軸方向移動不能に固定されている。カラー３０は、鉄等の磁性体から形成され、その軸方向Ａの長さは、ヨーク３１の軸方向Ａの長さよりも長く形成されている。このカラー３０によって、入力軸１１に流入する磁束が低減されている。

ヨーク３１は、例えば径方向Ｂの長さが軸方向Ａの長さよりも長い直方体状に形成されている。なお、ヨーク３１は、立方体状や円柱状、あるいは周方向に長い直方体状等、その他の形状でもよい。

ヨーク３１とカラー３０との間の距離ｄは、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。距離ｄが０．１ｍｍ未満であると、ヨーク３３からカラー３０に流入する磁束が多くなってしまう。

図２は、比較例を示す。この比較例は、図１に示す構成において、ヨーク３１をカラー３０に接触させたものである。図２に示すように、ヨーク３１とカラー３０とが直接接触していると、回転検出用磁石３３から放射される磁束３３ｂがステアリング軸１０を通ってトルク検出部２の第１及び第２の磁気検出素子２５Ａ，２５Ｂに干渉し、検出精度を低下させるおそれがあるので、好ましくない。

（トルク検出部２の動作）
図３は、トルク検出部２の動作を説明するための図であり、（ａ）はトーションバー１３に捩じれが発生していない状態を示す斜視図、（ｂ）はトーションバー１３に捩じれが発生した状態を示す斜視図である。

図３（ａ）に示すように、第１の回転ヨーク２１は、環状の本体部２１０と、本体部２１０から軸方向Ａに突出して形成された複数（本実施の形態では１０個）の突起部２１１とを一体に有する。同様に、第２の回転ヨーク２２は、環状の本体部２２０と、本体部２２０から軸方向Ａに突出して形成された複数（第１の回転ヨーク２１の突起部２１１と同数）の突起部２２１とを一体に有する。

第１の固定ヨーク２３は、第１の回転ヨーク２１の本体部２１０と径方向Ｂに対向する内面を有する環状の環状部２３０と、環状部２３０から軸方向Ａに延出して形成された延出部２３１と、延出部２３１の先端部から外方（トーションバー１３から離間する方向）に向かって突出した突出部２３２とを一体に有する。同様に、第２の固定ヨーク２４は、第２の回転ヨーク２２の本体部２２０と径方向Ｂに対向する内面を有する環状の環状部２４０と、環状部２４０から軸方向Ａに延出して形成された延出部２４１と、延出部２４１の先端部から外方に向かって突出した突出部２４２とを一体に有する。

トルク検出部２における磁気回路は、図１に示すように、第１の磁路Ｈ_１と第２の磁路Ｈ_２とからなる磁路Ｈによって構成されている。第１の磁路Ｈ_１は、トルク検出用磁石２０と、第１及び第２の回転ヨーク２１，２２とで構成される。第２の磁路Ｈ_２は、トルク検出用磁石２０と、第１及び第２の回転ヨーク２２，２３の本体部２２０，２３０と、第１及び第２の固定ヨーク２３，２４とで構成される。

入力軸１１にトルクが作用してトーションバー１３に捩じれが生じると、この捩じれに応じて第１の回転ヨーク２１が第２の回転ヨーク２２に対して相対的に変位し、図３（ｂ）に示すように、第１の回転ヨーク２１の突起部２１１の先端面２１１ａと第２の回転ヨーク２２の突起部２２１の先端面２２１ａとが対向する面積が減少する。これにより、図１に示す第１の磁路Ｈ_１における磁気抵抗が大きくなり、第１の磁路Ｈ_１を流れる磁束の磁束密度が小さくなる。図１に示す第２の磁路Ｈ_２における磁気抵抗は、入力軸１１に作用するトルクの有無に関係なく一定であるため、第１の磁路Ｈ_１の磁束密度の低下によって、第２の磁路Ｈ_２の磁束密度が高くなる。

したがって、第１及び第２の磁気検出素子２５Ａ，２５Ｂは、トーションバー１３の捩じれ量、すなわち入力軸１１から出力軸１２に伝達される操舵力（操舵トルク）を、第２の磁路Ｈ_２の磁束密度の変化量として検出することが可能である。

（回転検出部３の動作）
図４は、回転検出部３の動作を説明するための図であり、（ａ）はヨーク３１が回転検出用磁石３３に最も近づいた状態を示す断面図、（ｂ）はヨーク３１が回転検出用磁石３３から離れた状態を示す断面図である。なお、図４に示す磁束３３ａは、回転検出用磁石３３から放射される磁束の経路の一例を模式的に示すものである。

ステアリング軸１０が回転し、図４（ａ）に示すようにヨーク３１が回転検出用磁石３３に最も近づいた状態では、回転検出用磁石３３から放射された磁束がヨーク３１を通って、もしくはヨーク３１及びカラー３０を通って、磁気検出素子３４を通過する。その結果、磁気検出素子３４によって検出される磁束密度が増大する。

さらにステアリング軸１０が回転し、図４（ｂ）に示すようにヨーク３１が回転検出用磁石３３から離れた状態になると、回転検出用磁石３３から放射された磁束は、その磁気抵抗の増大により、磁気検出素子３４を通過する磁束密度が小さくなる。このようにステアリング軸１０の回転に伴ってヨーク３１が回転検出用磁石３３に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化が磁気検出素子３４によって検出される。そして磁気検出素子３４は、磁束密度に応じた検出信号を図示しないコンパレータに出力する。コンパレータは、磁気検出素子３４からの検出信号と閾値とを比較し、検出信号が閾値を超えたときにステアリング軸１０が１回転したことを示す回転信号を出力する。

（第１の実施の形態の作用及び効果）
上記した第１の実施の形態によれば、以下に示す作用及び効果が得られる。

（１）回転検出部３のヨーク３１をステアリング軸１０及びカラー３０から磁気的に離間して配置しているので、ヨーク３１とカラー３０との間の磁気抵抗が、例えば比較例として図２に示したようにヨーク３１とカラー３０とを接触させた場合に比較して大きくなり、回転検出用磁石３３から放射される磁束３３ａがヨーク３１、カラー３０、及びステアリング軸１０を通ってトルク検出部２にほとんど到達しない。このため、回転検出用磁石３３から放射される磁束がトルク検出部２の第１及び第２の磁気検出素子２５Ａ，２５Ｂに干渉してしまうことを抑制できる。

（２）回転検出部３をトルク検出部２に近接して配置することができるので、車両用検出装置１を小型化することが可能となる。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］操舵操作によって回転する回転軸（１０）が受けるトルクを磁気的に検出するトルク検出部（２）と、前記回転軸（１０）の回転を磁気的に検出する回転検出部（３）とを備え、前記回転検出部（３）は、前記回転軸（１０）の側方に配置された磁性体（３１）と、非磁性の材料からなり、前記回転軸（１０）に対して前記磁性体（３１）を一体に保持する保持部材（３２）と、前記回転軸（１０）の側方に配置され、前記磁性体（１０）に磁束を及ぼす磁石（３３）と、前記回転軸（１０）の回転に伴い前記磁性体（３１）が前記磁石（３３）に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化を検出する磁気検出素子（３４）とを有し、前記保持部材（３２）は、前記磁性体（３１）を前記回転軸（１０）から磁気的に離間させて保持する車両用検出装置（１）。

［２］前記磁気検出素子（３４）は、前記磁性体（３１）との間に前記磁石（３３）を挟む位置に配置された、前記［１］に記載の車両用検出装置（１）。

［３］前記回転検出部（３）は、前記回転軸（１０）の周囲を取り囲むように配置された円筒状の磁性部材（３０）をさらに備え、前記磁性体（３１）は、前記磁性部材（３０）の側方に前記磁性部材（３０）から離間して配置された強磁性体である、前記［１］又は［２］に記載の車両用検出装置（１）。

［４］前記磁石（３３）は、一対の磁極が前記回転軸（１０）に直交する方向に配置され、前記磁気検出素子（３４）は、前記磁束密度の変化の検出方向（３４ａ）が前記回転軸（１０）に直交する方向である、前記［１］乃至［３］の何れか１つに記載の車両用検出装置（１）。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

例えば、上記実施の形態では、入力軸１１とヨーク３１との間にカラー３０を介在させたが、カラー３０を省いてもよい。

１…車両用検出装置
２…トルク検出部
３…回転検出部
１０…ステアリング軸（回転軸）
２０…トルク検出用磁石
２６…保持部材
３０…カラー（磁性部材）
３１…ヨーク（磁性体）
３２…保持部材
３３…回転検出用磁石
３４…磁気検出素子

Claims (4)

1. 操舵操作によって回転する回転軸が受けるトルクを磁気的に検出するトルク検出部と、
   前記回転軸の回転を磁気的に検出する回転検出部とを備え、
   前記回転検出部は、
   前記回転軸の側方に配置された磁性体と、
   非磁性の材料からなり、前記回転軸に対して前記磁性体を一体に保持する保持部材と、
   前記回転軸の側方に配置され、前記磁性体に磁束を及ぼす磁石と、
   前記回転軸の回転に伴い前記磁性体が前記磁石に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化を検出する磁気検出素子とを有し、
   前記保持部材は、前記磁性体を前記回転軸から磁気的に離間させて保持する
   車両用検出装置。
2. 前記磁気検出素子は、前記磁性体との間に前記磁石を挟む位置に配置された、
   請求項１に記載の車両用検出装置。
3. 前記回転検出部は、前記回転軸の周囲を取り囲むように配置された円筒状の磁性部材をさらに備え、
   前記磁性体は、前記磁性部材の側方に前記磁性部材から離間して配置された強磁性体である、
   請求項１又は２に記載の車両用検出装置。
4. 前記磁石は、一対の磁極が前記回転軸に直交する方向に配置され、
   前記磁気検出素子は、前記磁束密度の変化の検出方向が前記回転軸に直交する方向である、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用検出装置。
   
   

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