JP2019215285A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵トルクをより正確に検出することができるトルク検出装置を提供すること。【解決手段】トルク検出装置（６０）は、第１の軸（５１）の外周に設けられた磁石（６１ｂ）、及び、第２の軸（５３）の外周に設けられたステータ（７０）と、磁石（６１ｂ）及びステータ（７０）に対向して設けられた検知部（８０）と、を有している。検知部（８０）は、基板（８１）上に設けられた２つのホール素子（８２、８３）を含み、これらのホール素子（８２、８３）は、それぞれ異なる方向に向けて配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、ステアリングホイールの操舵トルクを検出するためのトルク検出装置に関する。

車両の乗員がステアリングホイールを操舵した際の操舵トルクに、補助トルクを付加する、パワーステアリング装置が多くの車両に搭載されている。パワーステアリング装置は、ステアリングホイールの操舵トルクを検出し、操舵トルクに応じて転舵輪の転舵を補助する。操舵トルクの検出には、トルク検出装置が用いられる。トルク検出装置に関する従来技術として、特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１に示されるような、トルク検出装置は、操舵トルクを検出するための第１のセンサ及び第２のセンサを有している。

２つのセンサを用いることにより、一方が故障し作動しない場合であっても、他方のセンサによって操舵トルクを検出することができる。

特開２００７−７１７８４号公報

上述したとおり、パワーステアリング装置によって発生される補助力は、トルク検出装置によって検出された操舵トルクに応ずる。このため、操舵トルクを正確に検出することは、重要である。

本発明は、操舵トルクをより正確に検出することができるトルク検出装置の提供を課題とする。

本発明によれば、ステアリングホイールを回転させることにより共に回転する第１の軸と、
この第１の軸の同軸上に固定され前記第１の軸と共に回転可能なトーションバーと、
このトーションバーの先端に接続され前記トーションバーと共に回転可能な第２の軸と、を有するステアリング系に設けられ、
前記第１の軸又は前記第２の軸の一方の外周に設けられた磁石、及び、他方の外周に設けられたステータと、
これらの磁石及びステータに対向して設けられた検知部と、を有し、
前記検知部は、基板上に設けられた２つのホール素子を含み、
これらのホール素子は、それぞれ異なる方向に向けて配置されていることを特徴とするトルク検出装置が提供される。

本発明では、２つのホール素子は、それぞれ異なる方向に向けて配置されている。車両には多くの装置が搭載されているため、２つのホール素子は、他の装置から発せられた磁束の変化を検知することがある。これは、第１の軸及び第２の軸間に発生する磁束の変化を検知する際のノイズということができる。２つのホール素子が同じ方向を向けて配置されている場合には、両方のホール素子が同じようにノイズを検知するため、ノイズが含まれていることを検出できない。本発明では、２つのホール素子は、それぞれ異なる方向に向けて配置されている。これにより、ノイズが入力した際における２つのホール素子の検出値は、それぞれ異なることとなる。２つのホール素子の検出値が異なることから、ノイズが入力されたことを検知することができる。操舵トルクをより正確に検出することができるトルク検出装置を提供することができる。

本発明の実施例によるトルク検出装置が搭載された車両のステアリング装置を模式的に示した図である。 図１に示されたトルク検出装置について説明する図である。 図２の３−３線断面図である。 図３に示されたトルク検出装置の作用を説明する図である。

本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。
＜実施例＞

図１に示されるように、車両用ステアリング装置１０は、車両のステアリングホイール２１から車輪３１，３１（操舵用車輪３１，３１）に至るステアリング系２０と、このステアリング系２０に補助トルクを付加する補助トルク機構４０と、から成る。

ステアリング系２０は、ステアリングホイール２１と、このステアリングホイール２１に連結されたステアリング軸２２と、このステアリング軸２２に自在軸継手２３によって連結された入力軸５０と、この入力軸５０に第１伝動機構２５を介して連結された転舵軸２６と、この転舵軸２６の両端にボールジョイント２７，２７とタイロッド２８，２８とナックル２９，２９とを介して連結された左右（車幅方向両側）の車輪３１，３１と、から成る。

第１伝動機構２５は、例えばラックアンドピニオン機構によって構成される。このラックアンドピニオン機構２５（第１伝動機構２５）は、入力軸５０に形成されたピニオン２５ａと、転舵軸２６に形成されたラック２５ｂとからなる。転舵軸２６は、軸方向（車幅方向）へ移動可能である。

ステアリング系２０によれば、運転者がステアリングホイール２１を操舵することによって、操舵トルクにより第１伝動機構２５と転舵軸２６と左右のタイロッド２８，２８とを介して、左右の車輪３１，３１を転舵することができる。

補助トルク機構４０は、トルク検出装置６０と制御部４２と電動モータ４３と第２伝動機構４４とから成る。トルク検出装置６０は、ステアリングホイール２１に加えられたステアリング系２０の操舵トルクを検出する。制御部４２は、トルク検出装置６０のトルク検出信号に基づいて制御信号を発生する。電動モータ４３は、制御部４２の制御信号に基づき、操舵トルクに応じたモータトルク（補助トルク）を発生する。第２伝動機構４４は、電動モータ４３が発生した補助トルクを転舵軸２６に伝達するものであり、例えばベルト伝動機構４５とボールねじ４６とから成る。なお、第２伝動機構４４は、ベルト伝動機構４５とボールねじ４６の組み合わせに限定されず、例えばウォームギヤ機構によって構成することも可能である。

このように、第２伝動機構４４は、ステアリング系２０に補助トルクを伝達するので、「補助トルク伝達機構４４」と言うこともできる。

車両用ステアリング装置１０によれば、運転者の操舵によって発生した操舵トルクをトルク検出装置６０によって検出し、操舵トルクに応じて電動モータ４３が発生した補助トルクを加える。転舵軸２６は、運転者の操舵によって発生した操舵トルク、及び、電動モータ４３が発生した補助トルク、からなる複合トルクにより、左右方向に変位する。転舵軸２６が変位することにより、車輪３１，３１を転舵することができる。

第１伝動機構２５と第２伝動機構４４は、ハウジング３５に収納されている。

図２を参照する。入力軸５０は、軸受４７、４８を介して、ハウジング３５に回転可能に支持されている。入力軸５０は、中空状に形成された第１の軸５１と、この第１の軸５１の内部に設けられ第１の軸５１と共に回転可能なトーションバー５２と、このトーションバー５２の先端に連結されトーションバー５２と共に回転可能な第２の軸５３と、を有している。

第１の軸５１、トーションバー５２、及び第２の軸５３の軸心ＣＬは、一致している。

トーションバー５２は、ピン５４を介して第１の軸５１に連結されている。ピン５４は、第１の軸５１及びトーションバー５２に空けられた孔を貫通している。

第２の軸５３の先端には、ラック２５ｂが形成されている。

トルク検出装置６０は、第１の軸５１の外周に設けられた磁石ユニット６１と、第２の軸５３の外周に設けられたステータ７０と、これらの磁石ユニット６１及びステータ７０に対向して設けられた検知部８０と、を有している。

なお、磁石ユニット６１を第２の軸５３に設け、ステータ７０を第１の軸５１に設ける構成とすることもできる。

磁石ユニット６１は、第１の軸５１に嵌められ固定されたマグネットホルダ６１ａと、このマグネットホルダ６１ａに保持された磁石６１ｂと、を有する。磁石６１ｂには、永久磁石を採用することができる。

ステータ７０は、第２の軸５３の外周に設けられたヨーク７１と、このヨーク７１に一体形成されたステータホルダ７２と、このステータホルダ７２に保持されている第１ステータ７３及び第２ステータ７４と、を有する。

ヨーク７１は、例えば、素材に鋼材が用いられ、リング状に形成されている。

ステータホルダ７２は、例えば、ヨーク７１に対してインサート成形によって一体的に設けられている。ステータホルダ７２の素材には、非磁性材料を用いることができる。

第１ステータ７３及び第２ステータ７４は、例えばパーマロイ等の軟磁性材料によって構成されている。

図３を参照する。検知部８０は、基板８１と、この基板８１の上部に設けられた２つのホール素子８２、８３と、それぞれのホール素子８２、８３に沿って設けられた第１コレクタ８４、８５及び第２コレクタ８６、８７と、がセンサハウジング８８に収納されてなる。

２つのホール素子８２、８３から出力された信号は、基板８１を介して制御部４２（図１参照）に伝達される。

第１コレクタ８４、８５は、第１ステータ７３で集磁された磁束を、それぞれホール素子８２、８３に導く。第２コレクタ８６、８７は、第２ステータ７４で集磁された磁束を、それぞれホール素子８２、８３に導く。

一方のホール素子８２の表面に沿って延びる線Ｌ１は、他方のホール素子８３に対して、直交する。換言すれば、一方のホール素子８２の表面に沿って延びる線Ｌ１は、他方のホール素子８３に沿って延びる線Ｌ２に対して、直交する、ということもできる。さらには、ホール素子８２、８３は、それぞれ異なる方向に向けて配置されている、ということもできる。

ホール素子８２、８３は、第１コレクタ８４、８５と第２コレクタ８６、８７との間の磁束密度を検出し、検出した磁束密度を電圧信号に変換して出力する。

図４を参照する。図４（ａ）には、比較例によるトルク検出装置１６０の検知部１８０が示されている。図４（ｂ）には、実施例によるトルク検出装置６０の検知部８０が示されている。

図４（ａ）を参照する。車両には多くの装置が搭載されているため、２つのホール素子１８２、１８３は、他の装置から発せられた磁束の変化を検知することがある（白抜き矢印参照）。これは、入力軸５０（図２参照）に発生する磁束の変化を検知する際のノイズということができる。２つのホール素子１８２、１８３が同じ方向を向けて配置されている場合には、両方のホール素子１８２、１８３が同じようにノイズを検知するため、ノイズが含まれていることを検出できない。

図４（ｂ）を参照する。白抜き矢印で示されるような方向にノイズが発生した場合に、一方のホール素子８２は、ノイズを含む磁束の変化を検知し、他方のホール素子８３は、ノイズを含まない磁束の変化を検知する。つまり、他方のホール素子８３は、入力軸５０（図２参照）において発生した磁束の変化のみを検知している。このため、２つのホール素子８２、８３は、それぞれ検出値が異なることとなる。このことから、トルク検出装置６０にノイズが入力されていることを検知することができる。

図１及び図３を参照する。本発明によれば、トルク検出装置６０は、ステアリングホイール２１を回転させることにより共に回転する第１の軸５１と、
この第１の軸５１の同軸上に固定され第１の軸５１と共に回転可能なトーションバー５２と、
このトーションバー５２の先端に接続されトーションバー５２と共に回転可能な第２の軸５３と、を有するステアリング系２０に設けられ、
第１の軸５１又は第２の軸５３の一方の外周に設けられた磁石６１ｂ、及び、他方の外周に設けられたステータ７０と、
これらの磁石６１ｂ及びステータ７０に対向して設けられた検知部８０と、を有し、
検知部８０は、基板８１上に設けられた２つのホール素子８２、８３を含み、
これらのホール素子８２、８３は、それぞれ異なる方向に向けて配置されている。

２つのホール素子８２、８３がそれぞれ異なる方向に向けて配置されていることにより、ノイズが入力した際における２つのホール素子８２、８３の検出値は、それぞれ異なることとなる。２つのホール素子８２、８３の検出値が異なることから、ノイズが入力されたことを検知することができる。操舵トルクをより正確に検出することができるトルク検出装置を提供することができる。

さらに、２つのホール素子８２、８３の一方のホール素子８２の表面に沿って延びる線Ｌ１は、２つのホール素子８２、８３の他方のホール素子８３の表面に沿って延びる線Ｌ２に対して、直交する。又は、２つのホール素子８２、８３の一方のホール素子８２の表面に沿って延びる線Ｌ１は、２つのホール素子８２、８３の他方のホール素子８３に対して、直交する。

ホール素子８２、８３にノイズが入力されていることを、より正確に検出することができる。

尚、トルク検出装置６０は、転舵軸２６の近傍に設けられた例を基に説明を行ったが、ステアリングホイール２１近傍のステアリング軸２２に設けられてもよい。さらには、トルク検出装置６０は、ステアバイワイヤ式のステアリング装置にも搭載可能である。

本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

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に好適である。

２０…ステアリング系
２１…ステアリングホイール
５１…第１の軸
５２…トーションバー
５３…第２の軸
６０…トルク検出装置
６１ｂ…磁石
７０…ステータ
８０…検知部
８１…基板
８２…（一方の）ホール素子
８３…（他方の）ホール素子

Claims (3)

1. ステアリングホイールを回転させることにより共に回転する第１の軸と、
   この第１の軸の同軸上に固定され前記第１の軸と共に回転可能なトーションバーと、
   このトーションバーの先端に接続され前記トーションバーと共に回転可能な第２の軸と、を有するステアリング系に設けられ、
   前記第１の軸又は前記第２の軸の一方の外周に設けられた磁石、及び、他方の外周に設けられたステータと、
   これらの磁石及びステータに対向して設けられた検知部と、を有し、
   前記検知部は、基板上に設けられた２つのホール素子を含み、
   これらのホール素子は、それぞれ異なる方向に向けて配置されていることを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記２つのホール素子の一方のホール素子の表面に沿って延びる線は、前記２つのホール素子の他方のホール素子の表面に沿って延びる線に対して、直交することを特徴とする請求項１記載のトルク検出装置。
3. 前記２つのホール素子の一方のホール素子の表面に沿って延びる線は、前記２つのホール素子の他方のホール素子に対して、直交することを特徴とする請求項１記載のトルク検出装置。

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