JP4549095B2

JP4549095B2 - トルク検出装置

Info

Publication number: JP4549095B2
Application number: JP2004122863A
Authority: JP
Inventors: 欣智徳本; 繁晴石原; 中根　　直樹
Original assignee: Denso Corp; JTEKT Corp
Current assignee: Denso Corp; JTEKT Corp
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2024-04-19
Also published as: JP2005308442A

Description

本発明は回転体に加わるトルクを検出するトルク検出装置に関する。

トルク検出装置としては、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１のトルク検出装置は、トルクが加えられるようにトーションバーにより連結された入力軸及び出力軸の前記入力軸の外周部に設けられた複数の永久磁石と、該永久磁石の外周りに配置され、前記出力軸と一体に回転する回転磁性環と、該回転磁性環の外周りに配置された環部及び該環部の一部に突設された凸片を有し、支持部材に支持された静止磁性環と、各静止磁性環の前記凸片間に配置された感磁素子とを備えている。

前記回転磁性環は前記永久磁石と相対回転することにより永久磁石との間の磁束密度を一方向と他方向とで変化させるものであり、静止磁性環は回転磁性環から磁束を前記凸片に集めるものであり、また、感磁素子は磁界の作用により電気的特性（抵抗）が変化するホール素子からなり、前記相対回転により前記凸片間に発生する磁束密度の変化に応じて検出信号、換言すれば検出トルクが変わるように構成されている。

以上のように構成されたトルク検出装置は車両用の電動パワーステアリング装置に組み込まれている。電動パワーステアリング装置はステアリングホイールに繋がる前記入力軸及び前記出力軸を取り囲む筒部及び該筒部をラジアル方向へ貫通する貫通孔を有するハウジングと、前記出力軸に減速機構を介して繋がる電動モータと、該電動モータの駆動回路及び前記感磁素子に接続され、マイクロプロセッサを用いてなる制御部とを備えており、ステアリングホイールを操舵することにより入力軸に加わる回転トルクを前記トーションバーに生じる捩れによって感磁素子が検出し、検出トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御するように構成されている。
特開２００３−１４９０６２号公報

ところが、特許文献１のように構成されたトルク検出装置にあっては、永久磁石が使用されているため、鉄粉等の磁性を有する塵埃が磁気回路に侵入することがあり、この侵入した塵埃により磁気回路が短絡し、感磁素子の検出信号に狂いが発生することになり改善策が要望されていた。また、入力軸に設けられた永久磁石と出力軸に設けられた回転磁性環との間には両者の相対回転を許容する隙間があるため、入力軸、出力軸の芯振れにより永久磁石及び回転磁性環が接触し、磁気回路が短絡することがあり、この点でも改善策が要望されていた。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は、磁性を有する塵埃により磁気回路が短絡するのを低減できるトルク検出装置を提供することにある。また、他の目的は回転体の芯振れにより磁気回路が短絡するのを低減することができるトルク検出装置を提供することにある。

第１発明に係るトルク検出装置は、連結された第１及び第２の回転体の一方の外周部に設けられた複数の永久磁石と、該永久磁石の外周りに配置され、第１及び第２の回転体の他方と一体に回転する回転磁性環と、該回転磁性環の外周りにアキシャル方向に離隔して配置された環部及び該環部の一部にラジアル方向へ突設された凸片を有し、支持部材に支持された複数の静止磁性環と、各静止磁性環の前記凸片間に配置された感磁素子とを備え、該感磁素子が感磁した磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出するトルク検出装置において、前記永久磁石の外側部分、及び／又は前記凸片の感磁素子側部分は非磁性層により被覆されていることを特徴とする。

第１発明にあっては、永久磁石の外側部分を非磁性層により被覆した場合、磁性を有する塵埃が永久磁石に付着するのを防ぐことができるため、磁性を有する塵埃により磁気回路が短絡するのを低減でき、しかも、第１及び第２の回転体が芯振れしている場合においても永久磁石及び回転磁性環が接触するのを防ぐことができ、芯振れにより磁気回路が短絡するのを防ぐことができる。また、凸片の感磁素子側部分を非磁性層により被覆した場合、磁性を有する塵埃が凸片の感磁素子側部分に付着するのを防ぐことができるため、磁性を有する塵埃により磁気回路が短絡するのを低減できる。また、永久磁石の外側部分及び凸片の感磁素子側部分を非磁性層により被覆した場合、磁性を有する塵埃が永久磁石及び凸片の感磁素子側部分に付着するのを防ぐことができるため、磁性を有する塵埃及び芯振れにより磁気回路が短絡するのをより一層低減でき、しかも、トルク検出装置が組立てられるまでの塵埃侵入管理を簡易にでき、管理費用を低減できる。また、第１及び第２の回転体が芯振れが発生している場合においても永久磁石及び回転磁性環が接触するのを防ぐことができ、芯振れにより磁気回路が短絡するのを防ぐことができる。

第２発明に係るトルク検出装置は、前記回転磁性環の内周部、前記回転磁性環の外周部及び各静止磁性環の内周部の少なくとも一つは非磁性層により被覆されていることを特徴とする。

第２発明にあっては、回転磁性環の内周部を非磁性層により被覆した場合、磁性を有する塵埃が回転磁性環の内周部に付着するのを防ぐことができるため、磁性を有する塵埃により磁気回路が短絡するのを低減できる。また、回転磁性環の外周部を非磁性層により被覆した場合、磁性を有する塵埃が回転磁性環の外周部に付着するのを防ぐことができるため、磁性を有する塵埃により磁気回路が短絡するのを低減できる。また、各静止磁性環の内周部を非磁性層により被覆した場合、磁性を有する塵埃が静止磁性環の内周部に付着するのを防ぐことができるため、磁性を有する塵埃により磁気回路が短絡するのを低減できる。また、回転磁性環の内周部、前記回転磁性環の外周部及び各静止磁性環の内周部をそれぞれ非磁性層により被覆した場合、磁性を有する塵埃が回転磁性環の内周部、前記回転磁性環の外周部及び前記静止磁性環の内周部に付着するのを防ぐことができるため、磁性を有する塵埃により磁気回路が短絡するのをさらに低減できる。

第１発明によれば、永久磁石の外側部分、及び静止磁性環の凸片の感磁素子側部分の一方又は両方を非磁性層により被覆しているため、磁性を有する塵埃、芯振れにより磁気回路が短絡するのを低減できる。しかも、トルク検出装置が組立てられるまでの塵埃侵入管理を簡易にでき、管理費用を低減できる。

第２発明によれば、前記回転磁性環の内周部、前記回転磁性環の外周部及び前記静止磁性環の内周部の何れか一つを非磁性層により被覆しているため、磁性を有する塵埃、芯振れにより磁気回路が短絡するのをより一層低減できる。しかも、トルク検出装置が組立てられるまでの塵埃侵入管理を簡易にでき、管理費用を低減できる。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係るトルク検出装置の構成を示す縦断面図、図２はトルク検出装置の拡大断面図、図３は要部の分解斜視図、図４は回転体が一方向に回転した場合に発生する磁気回路の説明図、図５は要部の構成を示す分解した断面図である。

トルク検出装置Ａは、第１の回転体１の外周部に設けられた複数の永久磁石２と、該永久磁石２の外周りに配置され、第１の回転体１とトーションバー３により同軸的に連結される第２の回転体４に設けられた２つの回転磁性環５，５と、該回転磁性環５，５の外周りに相対回転可能に配置された環部６１，６１及び該環部６１，６１の一部に突設された凸片６２，６２を有し、支持部材としてのケース７に支持された２つの静止磁性環６，６と、静止磁性環６，６の凸片６２，６２間に配置された感磁素子８，８と、該感磁素子８，８に導線９，９により接続された検出回路基板１０とを備え、永久磁石２、回転磁性環５，５、静止磁性環６，６により磁気回路が形成されるように構成されている。

永久磁石２は複数の周方向位置にＮ極とＳ極とが交互に着磁された多極着磁のリングになっており、第１の回転体の外周部に外嵌固定されている。

回転磁性環５，５は第２の回転体４の軸線方向に離隔して向き合う２つの環板部５１，５１及び環板部５１，５１の内周部から互いに接近する方向へ延出された複数の櫛歯５２，５２を有しており、永久磁石２と相対回転することにより回転磁性環５，５間の磁束密度が変化するように構成されている。また、櫛歯５２，５２は周方向に交互に噛み合うように等間隔に配置されており、櫛歯５２，５２が交互に噛み合う状態で回転磁性環５，５が合成樹脂材料によりモールドされ、モールド体になっている。このモールド体は環板部５１，５１の両側と、環板部５１，５１の間を被覆しているが、環板部５１，５１の外周部及び櫛歯５２，５２の内周部は被覆していない。

静止磁性環６，６は回転磁性環５，５から磁束を集めるもので、回転磁性環５，５の外周りに相対回転自在に配置され、１つの周方向位置に互いに対向する平板状の凸片６２，６２が突設されており、該凸片６２，６２に磁束が集まるように構成されている。また、静止磁性環６，６は支持部材としての合成樹脂製のケース７に保持されている。

ケース７は静止磁性環６，６の内周面に対応する貫通孔を有する環部７１と、該環部７１の外周部からラジアル方向へ延出され、収容部７２ａを有する有底の角筒部７２とを有しており、環部７１及び収容部７２ａが連通孔７３により連通している。環部７１には静止磁性環６，６が内嵌固定され、該静止磁性環６，６の凸片６２，６２が連通孔７３に配置されている。また、収容部７２ａに検出回路基板１０が小ねじにより取付けられている。また、角筒部７２の外部への開口端には、外部からの静電的及び磁気的な誘導の影響から感磁素子８を遮蔽する電磁遮蔽体７４が小ねじ等により取付けられる。

感磁素子８は磁界の作用により電気的特性（抵抗）が変化するホール素子からなり、静止磁性環６，６の凸片６２，６２間に発生する磁束密度の変化に応じて検出信号が変わるように構成されており、検出信号は検出回路基板１０に与えられる。尚、感磁素子８はホール素子である他、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特性（抵抗）が変化する素子であればよく、ホール素子に制限されない。

以上のように構成されたトルク検出装置は、永久磁石２の外側部分（外周部）と、回転磁性環５，５の内周部と、回転磁性環５，５の外周部と、静止磁性環６，６の内周部と、静止磁性環６，６の凸片６２，６２の内側（感磁素子側）とを合成樹脂材料によりコーティングし、それぞれの個所に非磁性層１１，１２，１３，１４，１５を設け、各非磁性層１１乃至１５によりそれぞれの個所を被覆する。

非磁性層１１乃至１５は合成樹脂材料である他、合成ゴム、アルミニウム、セラミックス等の非磁性材料であればよい。また、非磁性層１１乃至１５はコーティングにより形成する他、薄膜状シート、フィルムを貼付手段等により取着することにより形成してもよい。

以上のように第２の回転体４の外周部に外嵌された永久磁石２の外側部分は非磁性層１１により被覆されており、回転磁性環５，５はモールド用の合成樹脂材料及び非磁性層１２，１３により被覆されており、静止磁性環６，６は合成樹脂製のケース７及び非磁性層１４，１５により被覆されており、磁気回路の全てが非磁性材により被覆された構成になっているため、鉄粉等の磁性を有する塵埃が磁気回路に侵入するのを防ぐことができる。従って、磁性を有する塵埃により磁気回路が短絡するのを防ぐことができ、誤検出をなくすることができる。しかも、トルク検出装置が組立てられるまでの塵埃侵入管理を簡易にでき、管理費用を低減できる。また、第１及び第２の回転体１，４が芯振れする場合においても永久磁石２及び回転磁性環５，５が直接接触するのを防ぐことができ、芯振れにより磁気回路が短絡するのを防ぐことができる。

図６はトルク検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた例を示す拡大断面図である。以上のように製造されたトルク検出装置Ａは例えば車両用の電動パワーステアリング装置に用いられる。この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに繋がる入力軸２０（第１の回転体１）及び該入力軸２０にトーションバー３により同軸的に連結された出力軸２１（第２の回転体４）と、入力軸２０及び出力軸２１を取り囲み、３つの軸受２２，２３，２４により入力軸２０及び出力軸２１を回転自在に支持するハウジング２５と、該ハウジング２５に取着された操舵補助用の電動モータ２６と、該電動モータ２６の駆動軸の回転力を出力軸２１に伝動する減速機構２７と、トルク検出装置Ａと、該トルク検出装置Ａの検出回路基板１０及び電動モータ２６の駆動回路に接続されるマイクロプロセッサを用いてなる制御部（図示せず）とを備えている。そして、ステアリングホイールを操舵することにより入力軸２０に加わる回転トルクをトーションバー３に生じる捩れによって感磁素子８が検出し、検出トルクを検出回路基板１０で電圧信号に変換した後、前記制御部に加えられ、該制御部から出力される指示信号により電動モータ２６が駆動制御され、減速機構２７を介して出力軸２１が回転する。

ハウジング２５は入力軸２０及び出力軸２１を取り囲む筒部２５ａと、該筒部２５ａの外周部一個所に突設され、ケース７を取着するための取着座２５ｂと、該取着座２５ｂをラジアル方向へ貫通し、静止磁性環６，６を筒部２５ａ内に配置するための貫通孔２５ｃと、該貫通孔２５ｃに連なり、ケース７の環部２５ａに対応して湾曲する嵌合溝２５ｄとを有しており、取着座２５ｂにケース７が取着されている。

このケース７はハウジング２５のラジアル方向に開口する貫通孔２５ｃから筒部２５ａ内に環部７１を挿入し、該環部７１を嵌合溝２５ｄに係合させることにより、静止磁性環６，６の筒部２５ａ内での位置を決め、ケース７の角筒部７２が取着座２５ｂに取着される。このケース７を取着した後、入力軸２０及び出力軸２１がハウジング２５のアキシャル方向から筒部２５ａ内に挿入され、永久磁石２及び回転磁性環５，５が静止磁性環６，６の内側に配置される。

尚、以上説明した実施の形態では永久磁石２の外側部分（外周部）と、回転磁性環５，５の内周部と、回転磁性環５，５の外周部と、静止磁性環６，６の内周部と、静止磁性環６，６の凸片６２，６２の内側（感磁素子側）とを非磁性層１１乃至１５により被覆した構成としたが、その他、次のように構成してもよい。（１）永久磁石２の外側部分及び凸片６２，６２の内側を非磁性層１１，１５により被覆した構成とする。
（２）永久磁石２の外側部分を非磁性層１１により被覆した構成とするか、又は、凸片６２，６２の内側を非磁性層１５により被覆した構成とする。
（３）永久磁石２の外側部分及び凸片６２，６２の内側を非磁性層１１，１５により被覆し、さらに、回転磁性環５，５の内周部、回転磁性環５，５の外周部及び静止磁性環６，６の内周部の少なくとも一つを非磁性層１２，１３，１４により被覆した構成とする。
（４）永久磁石２の外側部分又は凸片６２，６２の内側を非磁性層１１，１５により被覆し、さらに、回転磁性環５，５の内周部、回転磁性環５，５の外周部及び静止磁性環６，６の内周部の少なくとも一つを非磁性層１２，１３，１４により被覆した構成とする。

尚、本発明に係るトルク検出装置Ａは、電動パワーステアリング装置に使用する他、電動パワーステアリング装置以外の装置に使用してもよい。

本発明に係るトルク検出装置の構成を示す縦断面図である。トルク検出装置の拡大断面図である。要部の分解斜視図である。回転体が一方向に回転した場合に発生する磁気回路の説明図である。要部の構成を示す分解した断面図である。トルク検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた例を示す拡大断面図である。

符号の説明

Ａトルク検出装置
１第１の回転体
２永久磁石
４第２の回転体
５回転磁性環
６静止磁性環
７ケース（支持部材）
８感磁素子
１１，１２，１３，１４，１５非磁性層
６１環部
６２凸片

Claims

連結された第１及び第２の回転体の一方の外周部に設けられた複数の永久磁石と、該永久磁石の外周りに配置され、第１及び第２の回転体の他方と一体に回転する回転磁性環と、該回転磁性環の外周りにアキシャル方向に離隔して配置された環部及び該環部の一部にラジアル方向へ突設された凸片を有し、支持部材に支持された複数の静止磁性環と、各静止磁性環の前記凸片間に配置された感磁素子とを備え、該感磁素子が感磁した磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出するトルク検出装置において、前記永久磁石の外側部分、及び／又は前記凸片の感磁素子側部分は非磁性層により被覆されていることを特徴とするトルク検出装置。
前記回転磁性環の内周部、前記回転磁性環の外周部及び各静止磁性環の内周部の少なくとも一つは非磁性層により被覆されている請求項１記載のトルク検出装置。