JP2016142713A - Torque/steering angle sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両のステアリングホイールの操舵トルク及び操舵角を検出可能なトルク操舵角センサに関する。 The present invention relates to a torque steering angle sensor capable of detecting a steering torque and a steering angle of a steering wheel of a vehicle.
従来、車両の電動パワーステアリング装置には、操舵トルクを検出可能なトルクセンサが設けられている。このようなトルクセンサは、操舵トルクに応じて捩れるトーションバーの捩じれ量を磁気的に検出するように構成されている(例えば、特許文献1,2参照)。 Conventionally, an electric power steering device for a vehicle is provided with a torque sensor capable of detecting a steering torque. Such a torque sensor is configured to magnetically detect the torsion amount of the torsion bar that twists according to the steering torque (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
特許文献1に記載のトルクセンサは、入力軸と出力軸とを同軸上に連結するトーションバーと、入力軸の端部に取付けられるリング状の磁石と、出力軸の端部に取付けられる一対の磁気ヨークと、磁気ヨークの外周に近接して配置される一対の集磁リングと、集磁リングに生じる磁束密度を検出する磁気センサとから構成される。磁気センサは、電動パワーステアリング装置の電動モータを制御する制御部の制御基板に接続されている。制御基板は、入力軸に対して直交するようにハウジング内に配置され、その中心部を入力軸が貫通している。 The torque sensor described in Patent Document 1 includes a torsion bar that coaxially connects an input shaft and an output shaft, a ring-shaped magnet that is attached to the end of the input shaft, and a pair of attachments that are attached to the end of the output shaft. The magnetic yoke includes a pair of magnetic flux collecting rings arranged close to the outer periphery of the magnetic yoke, and a magnetic sensor for detecting a magnetic flux density generated in the magnetic flux collecting ring. The magnetic sensor is connected to a control board of a control unit that controls the electric motor of the electric power steering apparatus. The control board is disposed in the housing so as to be orthogonal to the input shaft, and the input shaft passes through the central portion thereof.
特許文献2に記載のトルクセンサは、操舵トルクに加えて、操舵角をも検出可能に構成されており、ステアリングシャフトの入力軸と出力軸とを連結するトーションバーと、ステアリングシャフトの入力軸に固定されたセンサヨークアセンブリと、センサヨークアセンブリの磁束を集める集磁ヨークアセンブリと、ステアリングシャフトの出力軸と共に回転する環状の永久磁石と、集磁ヨークアセンブリを構成する第1集磁ヨーク構成部と第2集磁ヨーク構成部との間に配置された第1磁気検出器と、永久磁石の外周面に対向して配置された第2磁気検出器とを有している。第1磁気検出器及び第2磁気検出器は、例えばホール素子やMR素子、もしくはMI素子からなり、トルクセンサを収容するギヤカバー内に固定されている。
The torque sensor described in
上記のように構成された特許文献2に記載のトルクセンサは、トーションバーの捩じれ角に応じて第1磁気検出器で検出される磁界強度が変化することにより、操舵トルクを検出可能である。また、永久磁石の回転に伴って第2磁気検出器で検出される磁界強度が変化することによって隣り合うN極及びS極間における回転角を検出可能であり、この回転角を累計することによって操舵角を演算することが可能である。
The torque sensor described in
特許文献2に記載のトルクセンサは、操舵角を検出可能であるという点で特許文献1に記載のトルクセンサよりも有利であるが、第1磁気検出器及び第2磁気検出器をそれぞれ基板に接続する場合、第1磁気検出器及び第2磁気検出器のステアリングシャフトの軸方向における位置が異なるので、例えば第1磁気検出器が搭載された第1基板と第2磁気検出器が搭載された第2基板とを、ステアリングシャフトの軸方向に沿って並置しなければならない。このため、部品点数の増大ならびに組み付け工数の増大を招来してしまう。
The torque sensor described in
本発明は、上記事情に鑑みて、操舵トルク及び操舵角を検出可能なトルク操舵角センサにおいて、部品点数の増大ならびに組み付け工数の増大を抑制することを目的としてなされたものである。 In view of the above circumstances, the present invention has been made for the purpose of suppressing an increase in the number of parts and an increase in assembly man-hours in a torque steering angle sensor capable of detecting a steering torque and a steering angle.
本発明は、上記課題を解決することを目的として、ステアリングホイールの操舵トルクに応じて捩れ角度を生じるトーションバーによって連結された第1回転部材と第2回転部材とを有する電動パワーステアリング装置における前記第1回転部材と前記第2回転部材との連結部に配置され、前記ステアリングホイールの操舵角及び操舵トルクを検出するトルク操舵角センサであって、前記第1回転部材及び前記第2回転部材の回転軸線を中心とした周方向に沿って極性の異なる複数の磁極が形成され、前記第1回転部材と共に回転する環状のリング磁石と、前記リング磁石による磁束の磁路を形成し、前記トーションバーの捩じれに応じて前記リング磁石の前記複数の磁極との相対的な位置関係が変化する複数の磁路形成部材と、環状に形成された環状部を有し、前記複数の磁路形成部材にそれぞれ磁気的に結合された一対の集磁リングと、前記一対の集磁リングの間の磁界の強度を検出するための第1の磁気検出素子と、前記リング磁石の回転に伴って変化する磁界の強度に基づいて、前記第1回転部材の回転角を検出するための第2の磁気検出素子と、前記第1の磁気検出素子及び前記第2の磁気検出素子が実装面に実装された基板とを備え、前記基板は、前記実装面が前記回転軸線と平行な方向に沿うように配置されている、トルク操舵角センサを提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an electric power steering apparatus including a first rotating member and a second rotating member connected by a torsion bar that generates a twist angle according to a steering torque of a steering wheel. A torque steering angle sensor disposed at a connection portion between the first rotating member and the second rotating member and detecting a steering angle and a steering torque of the steering wheel, wherein the first rotating member and the second rotating member A plurality of magnetic poles having different polarities are formed along a circumferential direction about a rotation axis, and an annular ring magnet that rotates together with the first rotating member, a magnetic path of magnetic flux by the ring magnet, and the torsion bar A plurality of magnetic path forming members whose relative positional relationship with the plurality of magnetic poles of the ring magnet changes according to twisting of the ring magnet, and formed in an annular shape A pair of magnetism collecting rings each having an annular portion and magnetically coupled to each of the plurality of magnetic path forming members, and a first for detecting the strength of the magnetic field between the pair of magnetism collecting rings A magnetic detection element; a second magnetic detection element for detecting a rotation angle of the first rotating member based on the intensity of a magnetic field that changes as the ring magnet rotates; and the first magnetic detection element. And a substrate on which the second magnetic detection element is mounted on a mounting surface, wherein the substrate is disposed so that the mounting surface is along a direction parallel to the rotation axis. To do.
本発明に係るトルク操舵角センサによれば、複数の磁気検出素子を用いて操舵トルク及び操舵角を検出可能としながら、これら磁気検出素子の配置のための部品点数の増大ならびに組み付け工数の増大を抑制することが可能となる。 According to the torque steering angle sensor according to the present invention, it is possible to detect the steering torque and the steering angle by using a plurality of magnetic detection elements, while increasing the number of parts for arranging the magnetic detection elements and increasing the number of assembly steps. It becomes possible to suppress.
[実施の形態]
以下、本実施の形態について、図1乃至図6を参照して説明する。
[Embodiment]
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施の形態に係るトルク操舵角センサが適用された電動パワーステアリング装置1を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an electric power steering apparatus 1 to which a torque steering angle sensor according to the present embodiment is applied.
この電動パワーステアリング装置1は、ステアリングホイール10に連結されたステアリングシャフト11と、ステアリングシャフト11に自在継手12を介して連結されたインタミディエイトシャフト(中間シャフト)13と、インタミディエイトシャフト13に自在継手14を介して連結されたピニオンシャフト15と、ピニオンシャフト15のピニオン歯150と噛み合うラック歯160が形成されたラック軸16と、ステアリングホイール10の操舵操作に際してステアリングシャフト11に付与される操舵トルクに応じて操舵補助力を発生させる操舵補助機構17と、ステアリングホイール10の操舵角及び操舵トルクを検出するトルク操舵角センサ2とを有している。
The electric power steering apparatus 1 includes a steering shaft 11 connected to a
ラック軸16は、図略のラックハウジングに支持され、ステアリングホイール10の操舵操作に応じて車幅方向に移動する。転舵輪である左右前輪19L,19Rとラック軸16とは、左右のタイロッド18L,18Rによって連結されている。ラック軸16及びピニオンシャフト15は、ラックアンドピニオン式の操舵機構を構成する。
The
本実施の形態では、操舵補助機構17がラック軸16に操舵補助力を付与するラックアシスト式の操舵補助機構であり、電動モータ170の回転力が例えばボールねじ機構によって直線方向の移動力に変換され、操舵補助力としてラック軸16に付与される。ただし、操舵補助機構17としては、ステアリングシャフト11を支持するステアリングコラムに設けられ、電動モータ170の回転力を例えばウォームギヤ機構によって減速し、操舵補助力としてステアリングシャフト11に付与するコラムアシスト式のものであってもよい。
In the present embodiment, the
操舵補助機構17は、制御装置20からモータ電流の供給を受け、このモータ電流に応じた操舵補助力を発生させる。制御装置20は、トルク操舵角センサ2の出力信号に基づいて操舵トルク及び操舵角を演算するトルク・操舵角演算部21と、トルク・操舵角演算部21の演算結果に基づいて付与すべき操舵補助力を演算する操舵補助力演算部22と、操舵補助力演算部22で演算された操舵補助力に応じたモータ電流を出力し、操舵補助機構17の電動モータ170を駆動するモータ駆動回路23とを有している。
The
操舵補助力演算部22は、操舵トルクが大きいほど、また操舵角の時間的な変化に基づいて演算される操舵速度が高いほど、操舵補助機構17によって操舵機構に付与される操舵補助力が大きくなるように演算を行う。また、トルク・操舵角演算部21で演算された操舵角は、例えば車両の横滑り防止装置(ESC : Electronic Stability Control)等における制御にも用いられる。
The steering assist
ステアリングシャフト11は、ステアリングホイール10側の第1回転部材111と、インタミディエイトシャフト13側の第2回転部材112とを有し、第1回転部材111と第2回転部材112とが、後述するトーションバーによって連結されている。トルク操舵角センサ2は、第1回転部材111と第2回転部材112との連結部に配置されている。なお、本実施の形態では、トルク操舵角センサ2がステアリングシャフト11に配置されているが、これに限らず、例えばピニオンシャフト15にトルク操舵角センサ2を配置してもよい。
The steering shaft 11 includes a first rotating
(トルク操舵角センサの構成)
次に、トルク操舵角センサ2の構成について、図2乃至図6を参照して説明する。なお、以下では、説明の便宜上、ステアリングシャフト11の軸方向におけるステアリングホイール10側を「上」とし、その反対側(インタミディエイトシャフト13側)を「下」として説明するが、この「上」又は「下」は、電動パワーステアリング装置1の使用状態における鉛直方向の上下を限定するものではない。
(Configuration of torque steering angle sensor)
Next, the configuration of the torque
図2は、トルク操舵角センサ2を示す外観斜視図である。図3は、ステアリングシャフト11の回転軸線Oに沿ったトルク操舵角センサ2の断面図である。図4(a)及び(b)は、トルク操舵角センサ2の一部の構成要素を示す斜視図である。図5は、トルク操舵角センサ2の構成を説明するための分解斜視図である。図6は、トルク操舵角センサ2の一部の構成要素を示す平面図であり、(a)は上面図、(b)は正面図である。
FIG. 2 is an external perspective view showing the torque
ステアリングシャフト11の第1回転部材111及び第2回転部材112は、回転軸線Oを共有し、ステアリングホイール10と共に回転する。図3に示すように、第1回転部材111と第2回転部材112とは、ステアリングホイール10の操舵トルクに応じて捩れ角度を生じるトーションバー113によって連結されている。トーションバー113は、その軸方向における一方の端部が第1回転部材111に相対回転不能に連結され、他方の端部が第2回転部材112に相対回転不能に連結されている。本実施の形態では、トーションバー113の上端部がボルト114によって第1回転部材111に固定され、下端部がボルト115によって第2回転部材112に固定されている。
The first
トルク操舵角センサ2は、ステアリングシャフト11をチルト調整可能に保持するコラムハウジング110に収容されている。図3では、コラムハウジング110を二点鎖線で図示している。
The torque
トルク操舵角センサ2は、第1回転部材111と共に回転する環状のリング磁石31と、リング磁石31を保持する磁石保持部材116と、リング磁石31による磁束の磁路を形成する複数の磁路形成部材としての第1の磁気ヨーク41及び第2の磁気ヨーク42と、第1の磁気ヨーク41及び第2の磁気ヨーク42を保持するヨーク保持部材40と、ヨーク保持部材40を第2回転部材112に対して支持する筒状の支持部材117と、第1の磁気ヨーク41及び第2の磁気ヨーク42の磁束を集める第1及び第2の集磁リング51,52と、リング磁石31によって発生する磁界の強度を検出可能な磁気検出部6とを備えている。
The torque
磁気検出部6は、第1及び第2の集磁リング51,52の間の磁界の強度を検出するための第1の磁気検出素子61と、リング磁石31の回転に伴って変化する磁界の強度に基づいて、第1回転部材111の回転角を検出するための第2の磁気検出素子62と、第1の磁気検出素子61及び第2の磁気検出素子62が実装面63aに実装された基板63とを有している。
The
基板63は、例えばガラスエポキシ樹脂を基材とし、この基材の表面に銅箔からなる配線パターン及び電極が形成されたプリント基板である。本実施の形態では、第1の磁気検出素子61及び第2の磁気検出素子62が共に基板63の一方の主面である実装面63a側に実装され、その裏側にあたる非実装面63bには部品が実装されていない。第1の磁気検出素子61及び第2の磁気検出素子62は、基板63の実装面63aに表面実装されている。
The
また、本実施の形態では、第1の磁気検出素子61及び第2の磁気検出素子62が、ホール効果を用いて磁界の強度を電気信号に変換するホール素子を備えたホールICであるが、ホール素子に替えて、MR(Magneto Resistance)素子、GIG(Granular In Gap)素子、GMR(Giant Magneto-resistive)素子等の他の素子を用いてもよい。第1の磁気検出素子61及び第2の磁気検出素子62は、基板63の実装面63aに垂直な双方向の磁界の強度を検出可能である。
In the present embodiment, the first
リング磁石31は、磁石保持部材116の下端部に例えば接着により固定されている。磁石保持部材116は、その中心部に第1回転部材111を挿通させた円筒状であり、その上端部がボルト114によって第1回転部材111に固定されている。また、磁石保持部材116は、その下端部が上端部側よりも外径が小さく形成されており、この下端部における外周面にリング磁石31が嵌着されている。
The
リング磁石31には、図4及び図5に示すように、回転軸線Oを中心とした周方向に沿って磁性の異なる複数の磁極が形成されている。本実施の形態では、2つのN極311及び2つのS極312からなる4つの磁極がリング磁石31に形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, a plurality of magnetic poles having different magnetism are formed in the
図2乃至図4に示すように、リング磁石31は、第1及び第2の集磁リング51,52から回転軸線O方向にずれた位置に配置されている。より具体的には、第2の集磁リング52が第1の集磁リング51よりも上方に配置され、リング磁石31は、第2の集磁リング52よりもさらに上方に配置されている。第1の磁気ヨーク41は、リング磁石31と第1の集磁リング51とを磁気的に結合させ、第2の磁気ヨーク42は、リング磁石31と第2の集磁リング52とを磁気的に結合させる。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
前述のように、リング磁石31は第1回転部材111と共に回転し、第1の磁気ヨーク41及び第2の磁気ヨーク42は、ヨーク保持部材40及び支持部材117を介して第2回転部材112に固定されているので、車両の運転者によるステアリングホイール10の操舵操作によってステアリングシャフト11に操舵トルクが加わると、トーションバー113に捩じれが発生し、その捩じれ量に応じてリング磁石31の磁極と第1の磁気ヨーク41及び第2の磁気ヨーク42との相対的な位置関係が変化する。
As described above, the
図4では、トーションバー113に捩じれが生じていない場合のリング磁石31、第1及び第2の磁気ヨーク41,42、第1及び第2の集磁リング51,52、ならびに磁気検出部6の相対的な位置関係を(a)に示し、トーションバー113が操舵トルクによって捩じれた場合のこれらの相対的な位置関係を(b)に示している。
In FIG. 4, the
本実施の形態では、トルク操舵角センサ2に、2つの第1の磁気ヨーク41、及び2つの第2の磁気ヨーク42が配置されている。トーションバー113に捩じれが発生していない状態において、2つの第1の磁気ヨーク41及び2つの第2の磁気ヨーク42は、リング磁石31のN極311とS極312との境界部に対向する。
In the present embodiment, the torque
図5に示すように、第1の磁気ヨーク41は、リング磁石31の軸方向端面と平行に対向する対向片411、第1の集磁リング51との間で磁束を受け渡しする受け渡し部413、及び対向片411と受け渡し部413との間で磁束を伝達する伝達部412を有している。対向片411は、リング磁石31の下面(第1及び第2の集磁リング51,52側の軸方向端面)に対向する対向面411aを有する平板状であり、伝達部412の上端部からリング磁石31の径方向外方に向かって延出されている。受け渡し部413は、伝達部412の下端部からリング磁石31の径方向外方に向かって延出されている。伝達部412は、回転軸線Oと平行に配置された平板状である。
As shown in FIG. 5, the first
第2の磁気ヨーク42は、リング磁石31の軸方向端面と平行に対向する対向片421、第2の集磁リング52との間で磁束を受け渡しする受け渡し部423、及び対向片421と受け渡し部423との間で磁束を伝達する伝達部422を有している。対向片421は、リング磁石31の下面(第1及び第2の集磁リング51,52側の軸方向端面)に対向する対向面421aを有する平板状であり、伝達部422の上端部からリング磁石31の径方向外方に向かって延出されている。受け渡し部423は、伝達部422の下端部からリング磁石31の径方向外方に向かって延出されている。伝達部422は、回転軸線Oと平行に配置された平板状である。
The second
第2の磁気ヨーク42の伝達部422は、その回転軸線Oに平行な方向の長さが、第1の磁気ヨーク41の伝達部412よりも短い。この長さの違いは、次に述べる第1の集磁リング51の環状部511と第2の集磁リング52の環状部521との上下方向の位置の違いに基づくものである。
The length of the
第1の集磁リング51は、図5及び図6に示すように、リング磁石31と同軸上に配置されて第1の磁気ヨーク41の受け渡し部413との間で磁束を受け渡しする環状部511、基板63の実装面63aに対向する側板部513、及び環状部511と側板部513とを連結する連結部512を有している。連結部512は、環状部511の周方向の一部における外周面から径方向外方に延出された径方向延出部512aと、径方向延出部512aから上方に延びる軸方向延在部512bとからなる。側板部513は、軸方向延在部512bの上端部から環状部511の径方向外方に向かって延び、基板63の実装面63aと対向する方向に厚みを有する平坦な板状である。
As shown in FIGS. 5 and 6, the first
第2の集磁リング52は、リング磁石31と同軸上に配置されて第2の磁気ヨーク42の受け渡し部423との間で磁束を受け渡しする環状部521、基板63の非実装面63bに対向する側板部523、及び環状部521と側板部523とを連結する連結部522を有している。連結部522は、環状部521の周方向の一部における外周面から径方向外方に延出された径方向延出部522aと、径方向延出部522aから下方に延びる軸方向延在部522bとからなる。側板部523は、軸方向延在部522bの下端部から環状部521の径方向外方に向かって延び、基板63の非実装面63bと対向する方向に厚みを有する平坦な板状である。
The second
第1の集磁リング51の環状部511と第2の集磁リング52の環状部521とは、その内径及び外径が共通であり、上下方向に対向して平行配置されている。また、これら両環状部511,521は、共に回転軸線Oを中心とする環状に形成され、径方向の幅が軸方向の厚みよりも大きい平板状である。
The
第1の磁気ヨーク41の受け渡し部413は、その先端部が第1の集磁リング51の環状部511の内径に対応する曲率の円弧状に形成されて環状部511の径方向に延在し、環状部511の軸方向に厚みを有する板状である。第1の磁気ヨーク41における受け渡し部413の先端面413aは、第1の集磁リング51の環状部511の内周面511aと平行に対向するように湾曲して形成されている。
The
同様に、第2の磁気ヨーク42の受け渡し部423は、その先端部が第2の集磁リング52の環状部521の内径に対応する曲率の円弧状に形成されて環状部521の径方向に延在し、環状部521の軸方向に厚みを有する板状である。第2の磁気ヨーク42における受け渡し部423の先端面423aは、第2の集磁リング52の環状部521の内周面521aと平行に対向するように湾曲して形成されている。
Similarly, the
第1の集磁リング51は第1の磁気ヨーク41に磁気的に結合され、第2の集磁リング52は第2の磁気ヨーク42に磁気的に結合されている。そして、第1及び第2の集磁リング51,52は、この磁気的な結合状態を保ったまま、第2回転部材112と共に回転する。第1の磁気ヨーク41の受け渡し部413における先端面413aと第1の集磁リング51の環状部511における内周面511aとの間隔は一定であり、第2の磁気ヨーク42の受け渡し部423における先端面423aと第2の集磁リング52の環状部521における内周面521aとの間隔は一定である。これにより、第2回転部材112が回転しても、第1の磁気ヨーク41と第1の集磁リング51との間の磁気抵抗、及び第2の磁気ヨーク42と第2の集磁リング52との間の磁気抵抗は一定に保たれる。
The first
図6(a)及び(b)に示すように、第1及び第2の集磁リング51,52のそれぞれの側板部513,523は、環状部511,521の外側に位置し、環状部511,521の周方向に沿って対向している。また、第1及び第2の集磁リング51,52の側板部513,523は、リング磁石31の外周面よりも回転軸線Oから離れた位置に配置されている。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the
第1の磁気検出素子61は、第1及び第2の集磁リング51,52の一対の側板部513,523の間に配置されている。第2の磁気検出素子62は、リング磁石31の外周面に対向している。また、基板63は、実装面63aが回転軸線Oと平行な方向に沿うように配置され、第2の磁気検出素子62が実装された第2の実装領域632が、第1の磁気検出素子61が実装された第1の実装領域631よりも回転軸線O側に突出して設けられている。本実施の形態では、基板63の実装面63aが、回転軸線Oを中心とする周方向に対して垂直である。
The first
基板63は、図3に示すように、コラムハウジング110の内側に固定されている。リング磁石31が第1回転部材111と共に回転すると、リング磁石31のN極311及びS極312が交互に第2の磁気検出素子62に向かい合い、この回転に応じて第2の磁気検出素子62によって検出される磁界の向き及び強度が変化する。そして、第2の磁気検出素子62の出力信号に基づいて、第1回転部材111の回転角を検出することが可能である。
As shown in FIG. 3, the
第1及び第2の磁気検出素子61,62は、基板63に接続された図略の信号線を介して制御装置20(図1参照)に電気的に接続され、第1及び第2の磁気検出素子61,62の出力信号が制御装置20のトルク・操舵角演算部21に送られる。トルク・操舵角演算部21では、第1及び第2の磁気検出素子61,62の出力信号に基づいて、操舵トルク及び操舵角を演算する。
The first and second
(トルク操舵角センサの動作)
トルク操舵角センサ2における操舵トルクの検出は、第1の磁気検出素子61によって行われ、操舵角の検出は第2の磁気検出素子62によって行われる。ステアリングシャフト11に操舵トルクが付与されていない場合には、図4(a)に示すように、リング磁石31の周方向における第1及び第2の磁気ヨーク41,42の対向片411,421の中央部が、リング磁石31のN極311とS極312との境界に向かい合う。この状態では、第1の磁気検出素子61で検出される磁界の強度が実質的にゼロとなる。
(Operation of torque steering angle sensor)
Detection of the steering torque in the torque
一方、ステアリングシャフト11に操舵トルクが付与されてトーションバー113が捩じれると、この捩じれによって、リング磁石31と第1及び第2の磁気ヨーク41,42とが相対回転し、リング磁石31の磁極(N極311及びS極312)に対する第1及び第2の磁気ヨーク41,42の対向片411,421の対向位置がリング磁石31の周方向にずれる。
On the other hand, when the steering torque is applied to the steering shaft 11 and the
例えばリング磁石31が第1及び第2の磁気ヨーク41,42に対して図4(b)の矢印A方向に所定角度(例えば5°)回転すると、第1の磁気ヨーク41の対向片411と軸方向に対向するリング磁石31の磁極のうち、N極311が占める割合がS極312よりも高くなる。また、第2の磁気ヨーク42の対向片421と軸方向に対向するリング磁石31の磁極のうち、S極312が占める割合がN極311よりも高くなる。これにより、N極311から放出される磁束の一部が第1の磁気ヨーク41及び第1の集磁リング51を経て第1の磁気検出素子61を通過し、第2の集磁リング52及び第2の磁気ヨーク42を経てS極312に戻る。
For example, when the
一方、リング磁石31が第1及び第2の磁気ヨーク41,42に対して矢印A方向とは逆方向に回転した場合には、第1の磁気ヨーク41の対向片411と軸方向に対向するリング磁石31の磁極のうち、S極312が占める割合がN極311よりも高くなり、第2の磁気ヨーク42の対向片421と軸方向に対向するリング磁石31の磁極のうち、N極311が占める割合がS極312よりも高くなる。これにより、第1の磁気検出素子61を上記とは逆方向に磁束が通過する。
On the other hand, when the
第1の磁気検出素子61で検出される磁界の強度(絶対値)は、トーションバー113の捩じれ量が大きくなるほど強くなる。このように、トーションバー113の捩じれに応じて第1の磁気検出素子61で検出される磁界の強度が変化し、その磁界の方向がトーションバー113の捩じれ方向に応じて切り替わる。
The intensity (absolute value) of the magnetic field detected by the first
(実施の形態の作用及び効果)
以上説明した第1の実施の形態によれば、以下のような作用及び効果が得られる。
(Operation and effect of the embodiment)
According to the first embodiment described above, the following operations and effects can be obtained.
(1)トーションバー113の捩じれによってリング磁石31と第1の磁気ヨーク41及び第2の磁気ヨーク42とが相対回転し、この相対回転の角度に応じて第1の磁気検出素子61で検出される磁界の強度が変化することにより、操舵トルクを検出することができる。また、第2の磁気検出素子62がリング磁石31から受ける磁界の強度を検出することにより、ステアリングホイール10の操舵角を求めることができる。またさらに、第1及び第2の磁気検出素子61,62が、回転軸線Oと平行な方向に沿うように配置された1枚の基板63に実装されているので、第1及び第2の磁気検出素子61,62の配置が容易となる。これにより、トルク操舵角センサ2の部品点数の増大ならびに組み付け工数の増大を抑制することが可能となる。
(1) The
(2)第1の磁気検出素子61は、第1及び第2の集磁リング51,52の周方向に沿って対向する一対の側板部513,523の間に配置されているので、この側板部513,523の間に一様な磁界が発生し、第1の集磁リング51と第2の集磁リング52との間の磁界の強度を精度よく検出することが可能となる。
(2) Since the first
(3)基板63は、第2の磁気検出素子62が実装された第2の実装領域632が、第1の磁気検出素子61が実装された第1の実装領域631よりも回転軸線O側に突出して設けられているので、第2の磁気検出素子62をリング磁石31に近づけて配置することができ、第2の磁気検出素子62による磁界の検出精度を高めることが可能となる。
(3) In the
(4)リング磁石31は、磁極が4極であるので、仮に磁極が2極である場合に比較して、操舵角の回転精度が高くなる。つまり、第2の磁気検出素子62で検出される磁界の強度が、磁極数が2である場合に比較して、狭い角度範囲で正の最大値から負の最大値まで変化するので、操舵角の分解能を高めることができる。なお、リング磁石31の磁極数は4に限らず、例えば6又は8であってもよい。すなわち、リング磁石31の磁極数を4以上とすることで、操舵角を高精度に求めることが可能となる。
(4) Since the
(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。
(Summary of embodiment)
Next, the technical idea grasped from the embodiment described above will be described with reference to the reference numerals in the embodiment. However, each reference numeral in the following description does not limit the constituent elements in the claims to members or the like specifically shown in the embodiment.
[1]ステアリングホイール(10)の操舵トルクに応じて捩れ角度を生じるトーションバー(113)によって連結された第1回転部材(111)と第2回転部材(112)とを有する電動パワーステアリング装置(1)における前記第1回転部材(111)と前記第2回転部材(112)との連結部に配置され、前記ステアリングホイール(10)の操舵角及び操舵トルクを検出するトルク操舵角センサ(2)であって、前記第1回転部材(111)及び前記第2回転部材(112)の回転軸線(O)を中心とした周方向に沿って極性の異なる複数の磁極(311,312)が形成され、前記第1回転部材(111)と共に回転する環状のリング磁石(31)と、前記リング磁石(31)による磁束の磁路を形成し、前記トーションバー(113)の捩じれに応じて前記リング磁石(31)の前記複数の磁極(311,312)との相対的な位置関係が変化する複数の磁路形成部材(41,42)と、環状に形成された環状部(511,521)を有し、前記複数の磁路形成部材(41,42)にそれぞれ磁気的に結合された一対の集磁リング(51,52)と、前記一対の集磁リング(51,52)の間の磁界の強度を検出するための第1の磁気検出素子(61)と、前記リング磁石(31)の回転に伴って変化する磁界の強度に基づいて、前記第1回転部材(111)の回転角を検出するための第2の磁気検出素子(62)と、前記第1の磁気検出素子(61)及び前記第2の磁気検出素子(62)が実装面(63a)に実装された基板(63)とを備え、前記基板(63)は、前記実装面(63a)が前記回転軸線(O)と平行な方向に沿うように配置されている、トルク操舵角センサ(2)。 [1] Electric power steering apparatus having a first rotating member (111) and a second rotating member (112) connected by a torsion bar (113) that generates a twist angle according to the steering torque of the steering wheel (10) ( 1 is a torque steering angle sensor (2) that is disposed at a connecting portion between the first rotating member (111) and the second rotating member (112) and detects a steering angle and a steering torque of the steering wheel (10). A plurality of magnetic poles (311 and 312) having different polarities are formed along a circumferential direction around a rotation axis (O) of the first rotating member (111) and the second rotating member (112). An annular ring magnet (31) rotating together with the first rotating member (111) and a magnetic path of magnetic flux by the ring magnet (31), and the torsion bar 113) and a plurality of magnetic path forming members (41, 42) whose relative positional relationship with the plurality of magnetic poles (311, 312) of the ring magnet (31) changes according to the twist of the ring magnet (31). A pair of magnetism collecting rings (51, 52) each having an annular portion (511, 521) and magnetically coupled to each of the plurality of magnetic path forming members (41, 42), and the pair of magnetism collecting rings Based on the first magnetic detection element (61) for detecting the strength of the magnetic field between (51, 52) and the strength of the magnetic field that changes as the ring magnet (31) rotates. A second magnetic detection element (62) for detecting the rotation angle of the rotation member (111), and the first magnetic detection element (61) and the second magnetic detection element (62) are mounted on the mounting surface (63a). And a substrate (63) mounted on the substrate (63). , Said mounting surface (63a) is arranged along a direction parallel to the rotational axis (O), the torque steering angle sensor (2).
[2]前記一対の集磁リング(51,52)は、前記環状部(511,521)の周方向に沿って対向する一対の側板部(513,523)を前記環状部(511,521)の外側に有し、前記一対の側板部(513,523)の間に前記第1の磁気検出素子(61)が配置された、前記[1]に記載のトルク操舵角センサ(2)。 [2] In the pair of magnetism collecting rings (51, 52), the pair of side plate portions (513, 523) facing each other along the circumferential direction of the annular portion (511, 521) is replaced with the annular portion (511, 521). The torque steering angle sensor (2) according to [1], wherein the first magnetic detection element (61) is disposed between the pair of side plate portions (513, 523).
[3]前記第2の磁気検出素子(62)は、前記リング磁石(31)の外周面に対向し、前記一対の側板部(513,523)は、前記リング磁石(31)の外周面よりも前記回転軸線(O)から離れた位置に配置され、前記基板(63)は、前記第2の磁気検出素子(62)が実装された第2の実装領域(632)が、前記第1の磁気検出素子(61)が実装された第1の実装領域(631)よりも前記回転軸線(O)側に突出して設けられた、前記[2]に記載のトルク操舵角センサ(2)。 [3] The second magnetic detection element (62) faces the outer peripheral surface of the ring magnet (31), and the pair of side plate portions (513, 523) is formed from the outer peripheral surface of the ring magnet (31). Is disposed at a position away from the rotation axis (O), and the substrate (63) has a second mounting region (632) on which the second magnetic detection element (62) is mounted, the first mounting region (632). The torque steering angle sensor (2) according to [2], wherein the torque steering angle sensor (2) is provided so as to protrude from the first mounting region (631) where the magnetic detection element (61) is mounted toward the rotation axis (O).
[4]前記リング磁石(31)は、その磁極数が4以上である、前記[1]乃至[3]の何れか1つに記載のトルク操舵角センサ(2)。 [4] The torque steering angle sensor (2) according to any one of [1] to [3], wherein the ring magnet (31) has four or more magnetic poles.
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。 While the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments described above do not limit the invention according to the claims. In addition, it should be noted that not all the combinations of features described in the embodiments are essential to the means for solving the problems of the invention.
11…ステアリングシャフト
111…第1回転部材
112…第2回転部材
113…トーションバー
2…トルク操舵角センサ
31…リング磁石
311…N極
312…S極
40…ヨーク保持部材
41…第1の磁気ヨーク(磁路形成部材)
42…第2の磁気ヨーク(磁路形成部材)
51…第1の集磁リング
511,521…環状部
513,523…側板部
52…第2の集磁リング
61…第1の磁気検出素子
62…第2の磁気検出素子
63…基板
631…第1の実装領域
632…第2の実装領域
63a…実装面
63b…非実装面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ...
42. Second magnetic yoke (magnetic path forming member)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1回転部材及び前記第2回転部材の回転軸線を中心とした周方向に沿って極性の異なる複数の磁極が形成され、前記第1回転部材と共に回転する環状のリング磁石と、
前記リング磁石による磁束の磁路を形成し、前記トーションバーの捩じれに応じて前記リング磁石の前記複数の磁極との相対的な位置関係が変化する複数の磁路形成部材と、
環状に形成された環状部を有し、前記複数の磁路形成部材にそれぞれ磁気的に結合された一対の集磁リングと、
前記一対の集磁リングの間の磁界の強度を検出するための第1の磁気検出素子と、
前記リング磁石の回転に伴って変化する磁界の強度に基づいて、前記第1回転部材の回転角を検出するための第2の磁気検出素子と、
前記第1の磁気検出素子及び前記第2の磁気検出素子が実装面に実装された基板とを備え、
前記基板は、前記実装面が前記回転軸線と平行な方向に沿うように配置されている、
トルク操舵角センサ。 A connecting portion between the first rotating member and the second rotating member in an electric power steering apparatus having a first rotating member and a second rotating member connected by a torsion bar that generates a twist angle in accordance with a steering torque of the steering wheel. A torque steering angle sensor for detecting a steering angle and a steering torque of the steering wheel,
A plurality of magnetic poles having different polarities along a circumferential direction around a rotation axis of the first rotating member and the second rotating member, and an annular ring magnet that rotates together with the first rotating member;
A plurality of magnetic path forming members that form a magnetic path of magnetic flux by the ring magnet, and in which a relative positional relationship with the plurality of magnetic poles of the ring magnet changes according to torsion of the torsion bar;
A pair of magnetism collecting rings each having an annular portion formed in an annular shape and magnetically coupled to each of the plurality of magnetic path forming members;
A first magnetic sensing element for detecting the strength of the magnetic field between the pair of magnetism collecting rings;
A second magnetic detecting element for detecting a rotation angle of the first rotating member based on the strength of the magnetic field that changes with rotation of the ring magnet;
A board on which the first magnetic detection element and the second magnetic detection element are mounted on a mounting surface;
The substrate is disposed such that the mounting surface is along a direction parallel to the rotation axis.
Torque steering angle sensor.
前記一対の側板部の間に前記第1の磁気検出素子が配置された、
請求項1に記載のトルク操舵角センサ。 The pair of magnetism collecting rings has a pair of side plate portions opposed to each other along the circumferential direction of the annular portion on the outside of the annular portion,
The first magnetic detection element is disposed between the pair of side plate portions,
The torque steering angle sensor according to claim 1.
前記一対の側板部は、前記リング磁石の外周面よりも前記回転軸線から離れた位置に配置され、
前記基板は、前記第2の磁気検出素子が実装された第2の実装領域が、前記第1の磁気検出素子が実装された第1の実装領域よりも前記回転軸線側に突出して設けられた、
請求項2に記載のトルク操舵角センサ。 The second magnetic detection element faces the outer peripheral surface of the ring magnet,
The pair of side plate portions are arranged at positions farther from the rotation axis than the outer peripheral surface of the ring magnet,
The substrate is provided such that a second mounting region on which the second magnetic detection element is mounted protrudes toward the rotation axis side than the first mounting region on which the first magnetic detection element is mounted. ,
The torque steering angle sensor according to claim 2.
請求項1乃至3の何れか1項に記載のトルク操舵角センサ。
The ring magnet has 4 or more magnetic poles.
The torque steering angle sensor according to any one of claims 1 to 3.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015021158A JP2016142713A (en) | 2015-02-05 | 2015-02-05 | Torque/steering angle sensor |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
WO2018173571A1 (en) * | 2017-03-22 | 2018-09-27 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Power steering device |
JP7468387B2 (en) | 2021-02-02 | 2024-04-16 | 株式会社デンソー | Angle detection device |
-
2015
- 2015-02-05 JP JP2015021158A patent/JP2016142713A/en active Pending
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