JP4877715B2 - トルク検出装置及びこれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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、及びトルク検出装置と操舵補助用の電動モータとを備える電動パワーステアリング装置に関する。

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、トーションバーにより連結された入力軸及び出力軸を有する回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに軸線方向へ離隔して並置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める二つの集磁環と、各集磁環が集め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検出部とを備えている。

このように構成されたトルク検出装置は例えば車両用の電動パワーステアリング装置に組込まれている。電動パワーステアリング装置は前記入力軸がステアリングホイールに繋がる前記回転体と、該回転体を収容支持する筒形のハウジングと、前記出力軸に減速歯車機構を介して繋がる操舵補助用の電動モータと、該電動モータの駆動回路及び前記検出部に接続され、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トルクを前記トーションバーに生じる捩れによって検出部が検出し、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。

また、トルク検出装置の前記ハウジングへの組込みは、ハウジングの一端から内部にトルク検出装置の全体が挿入され、該内部に固定される。
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、トルク検出装置の全体がハウジングの内部に挿入され、ハウジングの内部で固定されるため、トルク検出装置をハウジング内の適正位置に固定する作業が行い難いと言う問題があり、改善策が要望されていた。

図１４は改善したトルク検出装置を備えた電動パワーステアリング装置の一部を拡大した断面図である。そこで、本発明の出願人は集磁環１００及び検出部１０１を保持した環部１０２と、該環部１０２の径方向一側の外部に突設された取着部１０３と、該取着部１０３の先端に周設されたフランジとを有する保持環１０４を備えたトルク検出装置を開発した。そして、電動パワーステアリング装置のハウジング１０５は、径方向に貫通する貫通孔１０６と、該貫通孔１０６の孔縁に連なる取着座１０７及び該取着座１０７に穿設されたねじ孔とを備えることにより、トルク検出装置の保持環１０４をハウジング１０５の径方向外側から貫通孔１０６に挿入し、フランジを取着座１０７に当接させて、該フランジに穿設された挿通孔からねじ孔に小ねじを緊締することによりトルク検出装置をハウジング１０５に固定するようにした。

このように構成された場合、トルク検出装置の固定作業性を改善できる。しかし、保持環１０４の軸線方向両端は似た形状になっているため、保持環１０４がハウジング１０５の貫通孔１０６に挿入されるとき、該保持環１０４が適正な向きと反対の向きで貫通孔１０６に挿入され、この状態でハウジング１０５に取着される可能性がある。保持環１０４が適正な向きと反対の向きで取着された場合、検出部１０１から出力される出力信号の電気的特性の座標軸上での位相が、保持環１０４が適正な向きで取着された場合に検出部１０１から出力される出力信号の電気的特性の位相と反対になる。

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、適正な向きと反対の向きで静止物に取着されるのを確実に妨げることが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、方向性を考慮することなく静止物に取着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。また、他の目的は、トルク検出装置が適正な向きと反対の向きでハウジングに組込まれるのを確実に妨げることができる電動パワーステアリング装置を提供することにある。また、他の目的は、方向性を考慮することなくトルク検出装置をハウジングに組み込むことができる電動パワーステアリング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、トルクが加えられる回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに配置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環と、該集磁環が集め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検出部と、前記集磁環及び前記検出部を保持し、且つ外周部に静止物に取着される取着部を有する保持環とを備えるトルク検出装置において、前記保持環は軸線方向の一端面に、前記静止物に当接して該静止物への取着を妨げる取着妨げ凸部を有することを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、第１発明のトルク検出装置と、前記回転体を収容支持する円筒部及び該円筒部を径方向に貫通する貫通孔を有し、該貫通孔に前記保持環が嵌込まれた状態で前記取着部が取着されたハウジングと、前記回転体に繋がる操舵軸と、前記トルク検出装置が検出したトルクに基づいて操舵補助用の電動モータを駆動する制御部と、前記電動モータの回転力を舵取機構に伝動する伝動手段とを備えることを特徴とする。

第１発明によれば、取着妨げ凸部が保持環の軸線方向一端面に設けてあるため、適正な向きと反対の向きで静止物に取着されるとき、取着妨げ凸部が静止物に当接し、静止物に取着することができない。従って、適正な向きと反対の向きで静止物に取着されるのを確実に妨げることができる。

第２発明によれば、トルク検出装置には、保持環の軸線方向の一端面に取着妨げ凸部を設けてあるため、トルク検出装置が適正な向きと反対の向きでハウジングの貫通孔に挿入されるとき、取着妨げ凸部がハウジングに当接し、前記貫通孔に挿入することができない。従って、トルク検出装置が適正な向きと反対の向きでハウジングに組み込まれるのを確実に防げることができる。

また、トルク検出装置の保持環は軸線方向の中央を中心として軸線方向に対称に形成されているため、方向性を考慮することなくトルク検出装置の保持環をハウジングの貫通孔に挿入することができる。この場合、トルク検出装置は二つの向きのいずれか一方に向くため、検出部から出力される出力信号の電気的特性は、適正な電気的特性又は適正な電気的特性と位相が反対の電気的特性になる。いずれの特性であるかは、組立て後の品質検査により知ることができる。この品質検査により、検出部から出力される出力信号の電気的特性の位相が、保持環が適正な向きで取着された場合に検出部から出力される出力信号の電気的特性の位相と反対になるとき、検出部のメモリに格納されている設定データを電気的に書き替えることにより検出部から出力される出力信号の電気的特性の位相を修正することができる。

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。
実施の形態１
図１は本発明に係るトルク検出装置の構成を示す断面図、図２はトルク検出装置の構成を示す側面図、図３はトルク検出装置の構成を示す正面図、図４はトルク検出装置の構成を示す模式的分解斜視図、図５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である。

トルク検出装置Ａは、トーションバー１により同軸的に連結された第１の回転体２及び第２の回転体３が有する磁気回路形成部材４の外周りに軸線方向へ離隔して配置され、該磁気回路形成部材４が発生した磁束を集める２つの集磁環５，５と、各集磁環５，５が集めた磁束の密度に基づいて第１の回転体２に加わったトルクを検出する検出部６と、集磁環５，５及び検出部６を保持し、且つ外周部に取着部７２を有する保持環７と、検出部６に導線８により接続された検出回路基板９とを備えている。尚、磁気回路形成部材４は、第１の回転体２の外周部に取着された複数の永久磁石４１と、該永久磁石４１の外周りに配置され、第２の回転体３に外嵌固定された２つの磁性環４２，４２とからなる。

永久磁石４１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２の外周部に外嵌固定されている。

磁性環４２，４２は第２の回転体３の軸線方向に離隔して向き合う２つの環板部４２ａ，４２ａ及び環板部４２ａ，４２ａ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４２ｂ，４２ｂを有しており、永久磁石４１と相対回転することにより磁性環４２，４２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４２ｂ，４２ｂ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４２ｂ，４２ｂが交互に噛み合う状態で磁性環４２，４２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。

集磁環５，５は周方向の１個所からラジアル方向外側へ延出され、前記検出部６の両側に配置された凸片５１，５１を有する円筒形をなしており、凸片５１，５１に磁束が集まるように構成されている。また、集磁環５，５は鉄板等の磁性板を成形してなる。

保持環７は集磁環５，５の内周面に対応する貫通孔７１ａを有し、集磁環５，５が内嵌固定された環部７１と、該環部７１の外周部一箇所に突設された取着部７２とを有しており、環部７１及び取着部７２が合成樹脂材料により一体成形されている。保持環７の軸線方向の両端は似た形状になっている。環部７１の軸線方向の両端面７ａ，７ｂはほぼ平行になっており、両端面７ａ，７ｂ間の周面は略Ｕ字形をなしており、この周面の周方向両端間に取着部７２が設けられている。

取着部７２は、環部７１の接線方向に突設されたフランジ７２ａ，７２ａを有し、内部を空洞とした略直方体をなしている。取着部７２の軸線方向両端面はほぼ平行になっており、軸線方向一端部に、後記するハウジング等の静止物Ｂに当接して該静止物Ｂへの取着を妨げる取着妨げ凸部７３が一体に突設されている。取着部７２の内部には凸片５１，５１と、検出部６及び検出回路基板９とが配置されており、また、環部７１と反対側には導線取出部７２ｂが設けられている。フランジ７２ａ，７２ａには小ねじ用の挿通孔７２ｃ，７２ｃが設けられている。

検出部６は集磁環５，５の凸片５１，５１間に発生する磁束密度の変化に応じて電気的特性（抵抗）が変化するホール素子と、該ホール素子が出力する電気的特性（抵抗）の設定データを予め格納し、且つ格納された設定データをフィールドで電気的に書き替えることを可能としたＥＥＰＲＯＭ（Electrical Erasable Programable ROM）のメモリとを備えるホールＩＣであり、検出部６が検出した検出信号は検出回路基板９に与えられる。メモリが格納した設定データは、例えば座標軸上での位相がＸ軸を中心として反転したデータとなるように電気的に書き替えることができるようになっている。尚、検出部６はホール素子を有する他、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）が変化する感磁素子を有しておればよく、ホール素子に制限されない。

以上のように保持環７の軸線方向の両端は似た形状になっているが、取着部７２の軸線方向一端部には取着妨げ凸部７３が設けられており、この取着妨げ凸部７３が後記するハウジング等の静止物Ｂに当接するように構成されているため、保持環７が適正な向きで静止物Ｂの例えば貫通孔に挿入されるとき、取着妨げ凸部７３に邪魔されることなく保持環７を貫通孔に挿入することができ、該保持環７を適正な位置に配置することができる。また、保持環７が適正な向きと反対の向きで静止物Ｂの貫通孔に挿入されるとき、取着妨げ凸部７３が静止物Ｂに当接し、保持環７を貫通孔に挿入することができないため、適正な向きと反対の向きで保持環７を取着することはできない。

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要部の分解斜視図、図７は要部の構成を示す正面図、図８は要部の構成を示す側面図、図９は電動パワーステアリング装置の全体の構成を示す断面図である。

以上のように構成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、その上端が操舵部材に繋がり、下端が第１の回転体２に繋がる操舵軸２０及び該操舵軸２０にトーションバー１により同軸的に連結された伝動軸２１（第２の回転体３）と、第１の回転体２及び伝動軸２１を取り囲み、３つの軸受２２，２３，２４により第１の回転体２及び伝動軸２１を回転自在に収容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に伝動する減速歯車機構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９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２８とを備えている。

静止物Ｂとしてのハウジング２５は第１の回転体２及び伝動軸２１を取り囲む円筒部２５ａと、該円筒部２５ａの外周部一個所に突設され、保持環７の取着部７２を取着するための取着座２５ｂと、該取着座２５ｂを径方向に貫通し、環部７１を円筒部２５ａ内に配置するための断面矩形をなす貫通孔２５ｃと、該貫通孔２５ｃに連なり、保持環７の環部７１に対応して湾曲する嵌合溝２５ｄとを有する。また、ハウジング２５は、略椀形をなし減速歯車機構２７を収容した第１筒体２５Ａと、該第１筒体２５Ａの開放部を閉鎖する鍔部２５ｅを有し環部７１を収容した第２筒体２５Ｂとを備え、第２筒体２５Ｂの鍔部２５ｅ近傍に取着座２５ｂ及び貫通孔２５ｃが設けられている。

取着座２５ｂはフランジ７２ａ，７２ａと対向する位置に配してあり、挿通孔７２ｃ，７２ｃに対応する二つのねじ孔２５ｆ，２５ｆが取着座２５ｂに設けられており、フランジ７２ａ，７２ａの挿通孔７２ｃ，７２ｃに挿通される小ねじ１０をねじ孔２５ｆ，２５ｆに螺着することにより保持環７がハウジング２５に取着される。貫通孔２５ｃは環部７１の断面形状に対応した大きさで、断面矩形をなしており、保持環７が適正な向きと反対の向きで貫通孔２５ｃに挿入されるとき、取着妨げ凸部７３が鍔部２５ｅに当接し、保持環７を貫通孔２５ｃに挿入することができないようになっている。

保持環７はハウジング２５の円筒部２５ａを径方向に貫通する貫通孔２５ｃから円筒部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、集磁環５，５の円筒部２５ａ内での位置を決め、フランジ７２ａ，７２ａが取着座２５ｂに取着される。この保持環７を取着した後、第１の回転体２及び伝動軸２１がハウジング２５の軸線方向から円筒部２５ａ内に挿入され、永久磁石４１及び磁性環４２が集磁環５，５の内側に配置される。

以上のように構成された電動パワーステアリング装置は、トルク検出装置Ａに取着妨げ凸部７３が設けられているため、トルク検出装置Ａが適正な向きと反対の向きでハウジング２５に組み込まれるとき、取着妨げ凸部７３がハウジング２５の鍔部２５ｅに当接し、ハウジング２５に組込むことができない。従って、トルク検出装置Ａが適正な向きと反対の向きでハウジング２５に組込まれるのを確実に妨げることができる。また、トルク検出装置Ａが適正な向きで組込まれるとき、取着妨げ凸部７３が鍔部２５ｅと反対側に配されるため、取着妨げ凸部７３は鍔部２５ｅに当接しない。

また、電動パワーステアリング装置は、操舵部材を操舵することにより操舵軸２０に加わる回転トルクをトーションバー１に生じる捩れによって検出部６が検出し、検出トルクを電圧信号に変換して制御部２８に加えられ、該制御部２８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、減速歯車機構２７を介して伝動軸２１が回転する。

実施の形態２
図１０はトルク検出装置の実施の形態２の構成を示す正面図、図１１は側面図、図１２は平面図である。このトルク検出装置は、実施の形態１の取着妨げ凸部７３をなくし、導線取出部７２ｂ及び挿通孔７２ｃ，７２ｃを取着部７２の軸線方向中央部に配することにより、保持環７を、軸線方向の中央Ｘを中心として軸線方向に対称に形成し、方向性を考慮することなくハウジング２５に組込むことができるようにしたものである。

実施の形態２において、検出部６はホールＩＣからなり、感磁素子及びＥＥＰＲＯＭのメモリを有する。

図１３は電動パワーステアリング装置に用いた例を示す要部の平面図である。実施の形態２のトルク検出装置を電動パワーステアリング装置のハウジング２５に組込む場合、保持環７の方向性を考慮することなく該保持環７を貫通孔２５ｃに挿入することができ、小ねじ１０により取着部７２を取着座２５ｂに取着することができる。そして、組立て後の品質検査により、検出部６から出力される検出信号の電気的特性の位相が、保持環７が適正な向きで取着された場合に検出部６から出力される出力信号の電気的特性の位相と反対になるとき、検出部６のメモリに格納されている設定データを電気的に書替えることにより検出部から出力される出力信号の電気的特性の位相を修正することができる。また、前記品質検査により、検出部６から出力される検出信号の電気的特性の位相が適正である場合、前記出力信号の電気的特性の位相を修正する必要はない。

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断面図である。 本発明に係るトルク検出装置の構成を示す側面図である。 本発明に係るトルク検出装置の構成を示す正面図である。 本発明に係るトルク検出装置の構成を示す模式的分解斜視図である。 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。 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要部の分解斜視図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部の構成を示す正面図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の要部の構成を示す側面図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体の構成を示す断面図である。 本発明に係るトルク検出装置の実施の形態２の構成を示す正面図である。 本発明に係るトルク検出装置の実施の形態２の構成を示す側面図である。 本発明に係るトルク検出装置の実施の形態２の構成を示す平面図である。 実施の形態２の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要部の平面図である。 改善したトルク検出装置を備えた電動パワーステアリング装置の一部を拡大した断面図である。

符号の説明

Ａ トルク検出装置
Ｂ 静止物
２ 第１の回転体（回転体）
３ 第２の回転体（回転体）
４ 磁気回路形成部材
５ 集磁環
６ 検出部
７ 保持環
７２ 取着部
７３ 取着妨げ凸部
２０ 操舵軸
２１ 伝動軸（伝動手段）
２５ ハウジング（静止物）
２５ａ 円筒部
２５ｃ 貫通孔
２６ 電動モータ
２８ 制御部

Claims (2)

1. トルクが加えられる回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに配置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環と、該集磁環が集め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検出部と、前記集磁環及び前記検出部を保持し、且つ外周部に静止物に取着される取着部を有する保持環とを備えるトルク検出装置において、前記保持環は軸線方向の一端面に、前記静止物に当接して該静止物への取着を妨げる取着妨げ凸部を有することを特徴とするトルク検出装置。
2. 請求項１に記載されたトルク検出装置と、前記回転体を収容支持する円筒部及び該円筒部を径方向に貫通する貫通孔を有し、該貫通孔に前記保持環が嵌込まれた状態で前記取着部が取着されたハウジングと、前記回転体に繋がる操舵軸と、前記トルク検出装置が検出したトルクに基づいて操舵補助用の電動モータを駆動する制御部と、前記電動モータの回転力を舵取機構に伝動する伝動手段とを備える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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