JP5134843B2 - トルク検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電動パワーステアリング装置において、操舵のために操舵部材に加えられる操舵トルクを検出すべく用いられるトルク検出装置に関する。

ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転力を舵取機構に伝えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用のモータの駆動制御に用いるべく操舵部材に加えられる操舵トルクを検出する必要があり、この検出のために従来から、操舵部材と舵取機構とを連絡するステアリング軸の中途に構成されたトルク検出装置が用いられている。

特開２００２−３２６３６８号公報には図４で示すように検出対象となるステアリング軸を細径のトーションバー３を介して同軸上に連結された第１軸１と第２軸２とに分割し、操舵部材の回転操作によりステアリング軸に操舵トルクが加えられたとき、この操舵トルクの作用によるトーションバー３の捩れを伴って第１，第２軸１，２間に相対角変位が生じるようにし、この相対角変位を媒介として操舵トルクを検出する構成としてある。

トーションバー３は、細径の丸棒の両端に、第１軸１及び第２軸２との連結のための太径短寸の連結部３０，３０を連設して構成されている。第１軸１及び第２軸２は、連結部３０，３０の内嵌が可能な連結孔１０，２０を夫々の軸心部に備えており、第１軸１と第２軸２とのトーションバー３による連結は、第１軸１、第２軸２の連結孔１０，２０にトーションバー３両端の連結部３０，３０を嵌め込み、各別の連結ピン１１，２１の打設により一体化せしめて実現されている。

第１，第２軸１，２間の相対角変位の検出は、第１軸１と一体回転する磁石４と、第２軸２と一体回転する軸方向２つのヨーク５，５とを備え、この磁石４とヨーク５，５との間の磁束変化を利用して両軸１，２の相対角変位を検出するようになっている。

第２軸３と一体回転するヨーク５，５は、それぞれ、リング形をなすヨーク本体５０，５０の一側に軸方向に延びる磁極爪５１，５１を周方向に複数並設して構成され、夫々の磁極爪５１，５１を周方向に交互に位置させた２個を一組として第２軸３に固定されている。ヨーク５，５の外側は円筒形に成形されたモールド樹脂５２により覆って一体化され、ボス部５３を介して第２軸２の軸端部に同軸的に嵌合固定されている。

第１軸１と一体回転する磁石４は、ヨーク５，５の磁極爪５１，５１と同数組のＮ，Ｓ極４０，４１を周方向に並設してなる多極磁石として構成されており、一組のヨーク５，５の磁極爪５１，５１が、Ｎ，Ｓ極４０，４１の境界上に整合するように位置決めして第１軸１に固定されている。

ヨーク５，５の外側には、これらに発生する磁束を集める集磁リング６，６が、それぞれのヨーク本体５０，５０の外側を近接して囲繞するように固定配置されており、これらの集磁リング６，６の一部に突設され、わずかなエアギャップを隔てて対向する集磁突起６０，６０の間にホール素子等を用いてなる磁気センサ７を配してある。

以上の構成により第１軸１と第２軸２との間に相対角変位が生じた場合、ヨーク５，５の磁極爪５１，５１と磁石４の磁極４０，４１との周方向の位置関係が互いに逆向きに変化し、この位置変化に応じた夫々のヨーク５，５内の磁束変化により、集磁リング６，６それぞれの集磁突起６０，６０間のエアギャップにおける磁束密度が増減して磁気センサ７の出力が変化するから、この出力変化を取り出すことにより第１，第２軸１，２に加わるトルク（操舵トルク）を検出することができる。
特開２００５−３２６３６８号公報

以上の如く構成されたトルク検出装置において、本出願人は、図５で示すように、ヨーク５の磁束を効率的に集磁リング６（一方の集磁リング６のみ図示）で集磁できるように、ヨーク５２（一方のヨーク５のみ図示）の外周面にヨーク環状部分として環状に突出した形状の突起（ヨーク突起）５４を形成し、このヨーク突起５４を集磁リング６に対向させることを考えた。

この場合、ステアリング軸の軸方向変位により、ヨーク突起５４が軸方向変位したとき、ヨーク突起５４が集磁リング６に対向する位置から外れてしまうことがある。これを防止するために、集磁リング６の内径端面６ａの軸方向幅をＬｒｉｎｇ、ヨーク突起５４の外径端面５４ａの軸方向幅をＬｙｏｋｅ、ヨーク突起５４の軸方向変位をΔＬとしたとき、Ｌｒｉｎｇ≧Ｌｙｏｋｅ＋ΔＬの関係式が成立する設定としている。すなわち、集磁リング６の内径端面６ａの軸方向幅Ｌｒｉｎｇをヨーク突起５４の外径端面５４ａの軸方向幅Ｌｙｏｋｅよりもヨーク突起５４の軸方向変位ΔＬだけ幅広にしている。

しかしながら、集磁リング６は集磁性能を高めるべく磁性材料として高価なパーマロイを用いているが、上記設定により集磁リング６全体の軸方向幅が幅広となるためにその高価なパーマロイの使用量が増加し集磁リング６が極めてコスト高となっている。

そこでさらに本出願人は上記に検討を加えて、ヨーク突起が軸方向変位してもヨーク内磁束を効率的に集磁リングで集磁可能なようにヨーク突起と集磁リングとの半径方向の対向関係を確保しつつ集磁リングの使用材料量を大幅に低減化しコスト削減を図ることが可能なトルク検出装置を発明するに至ったのである。

本発明によるトルク検出装置は、電動パワーステアリング装置の操舵部材と舵取機構とを連絡するステアリング軸を、トーションバーを介して同軸上に連結された２つの軸部に分割し、当該一方の軸部に磁石を固定し、当該他方の軸部に上記磁石の磁束を通すヨークを固定し、このヨーク外周に環状の部分（ヨーク環状部分）を設けると共にこのヨーク環状部分の外径側にパーマロイからなる集磁リングを固定配置したトルク検出装置において、上記ヨーク環状部分は、環状に突出した突起となっており、外径端面が周方向に連続して半径方向に薄肉で軸方向に幅広の形状をしており、上記集磁リングの内径端面の軸方向幅をＬｒｉｎｇ、上記ヨーク環状部分の外径端面の軸方向幅をＬｙｏｋｅ、上記ヨーク突起の上記ステアリング軸の変位による軸方向ずれをΔＬとしたとき、これらの間にＬｙｏｋｅ≧Ｌｒｉｎｇ＋ΔＬの関係式が成立するように設定したことを特徴とするものである。

本発明によれば、トルク被検出軸部のトルク検出に際して、ヨークが軸方向変位し、ヨーク突起がΔＬ分だけ軸方向変位しても、ヨーク環状部分の外径端面の軸方向幅Ｌｙｏｋｅは、集磁リングの内径端面の軸方向幅ＬｒｉｎｇよりもΔＬより大きいので、ヨーク環状部分の外径端面と集磁リングの内径端面との半径方向での対向位置は維持され、ステアリング軸が軸方向変位してもヨーク環状部分から集磁リングから効率的に集磁させることが可能であると同時に、集磁リングの軸方向幅Ｌｒｉｎｇは幅狭で済むので集磁リングを高価な磁性材料で作製しても使用材料量が少なくて済みコスト削減が可能となる。

上記磁石は軸回り方向にＳ，Ｎ極を配置した磁石であることが好ましい。

上記トルク被検出軸部は、トルクを検出される軸部であれば特に限定しない。例えば軸やギアやプーリーその他の回転体を含み、自動車のステアリング軸等のトルク伝達軸を例示することができる。トルク被検出軸部の材料は特に限定しない。

ヨーク環状部分の軸方向ずれΔＬは、集磁リングとの相対位置関係においてのずれであればよい。例えばトルク被検出軸部をステアリング軸とした場合、上記隔たった軸方向２箇所は第１の軸部と、第２の軸部とし、第１の軸部に磁石、第２の軸部にヨークをそれぞれ固定し、また、集磁リングは自動車のボディ側に固定した場合、ヨークはステアリング軸の軸方向変位で軸方向変位しても集磁リングは軸方向変位しない。しかしながら、本発明はこのようなヨークと集磁リングとの位置関係だけに限定されない。

上記ヨークを磁石外径側で軸方向一対備え、各ヨークはヨーク環状部分を設けると共に各ヨーク突起の外径端面に各集磁リングの内径端面を半径方向外側で対向配置してなり、対応するヨーク環状部分と集磁リングとが上記関係式が成立するよう設定することが好ましい。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係るトルク検出装置を詳細に説明する。実施の形態のトルク検出装置の全体は図４のそれと同様であるので、実施の形態ではその相違する構成のみを図１に示し、また、動作は図２、図３を参照して説明する。実施の形態のトルク検出装置は、電動パワーステアリング装置の操舵部材と舵取機構とを連絡するステアリング軸において、トーションバー３を介して同軸上に連結された第１の軸部１に磁石４、第２の軸部２にヨーク５，５を固定した構成となっている。

すなわち、実施の形態のトルク検出装置は、図１で示すように、トルク被検出軸部の隔たった少なくとも２箇所として、トーションバー３を介して同軸上に連結された２つの軸部１，２のうち、第１の軸部１に磁石４、第２の軸部２にヨーク５，５を固定している。さらに、ヨーク５，５外周にヨーク環状部分としてのヨーク突起５４，５４を設けると共にこのヨーク突起５４，５４の外径側に集磁リング６，６を固定配置したものである。このヨーク突起５４，５４は必ずしもヨーク５，５外周から突出している必要はなく平坦であってもよい。

以上の構成を有するトルク検出装置において、集磁リング６，６の内径端面６ａ，６ａの軸方向幅をＬｒｉｎｇ、ヨーク突起５４，５４の外径端面５４ａ，５４ａの軸方向幅をＬｙｏｋｅ、上記ヨーク突起５４，５４の外径端面５４ａ，５４ａの軸方向ずれをΔＬとしたとき、これらの間にＬｙｏｋｅ＞Ｌｒｉｎｇ＋ΔＬの関係式が成立するように設定したことを特徴とするものである。

以上の設定では例えば図２で示すようにヨーク突起５４，５４が軸方向一方にΔＬ変位したときでも、また、図３で示すようにヨーク突起５４，５４が軸方向他方にΔＬ変位したときでも、集磁リング６，６の内径端面６ａ，６ａはいずれもヨーク突起５４，５４の外径端面５４ａ，５４ａとは半径方向で対向しており、ヨーク突起５４，５４から集磁リング６，６から効率的に集磁させることが可能であると同時に、集磁リング６，６の軸方向幅Ｌｒｉｎｇは幅狭で済むので集磁リング６，６を高価な磁性材料で作製しても使用材料量が少なくて済むから、そのコスト削減が可能となる。なお、集磁リング６，６は左右対称でなくてもよいし、また、その形状は特に限定するものでもなく、いかなる形状も含む。

図１は本発明の実施の形態にトルク検出装置の要部を示す断面図である。 図２は図１の動作説明に供する要部断面図である。 図３は図１の動作説明に供する要部断面図である。 図４は従来のトルク検出装置の分解斜視図である。 図５は従来のトルク検出装置の動作説明に供する要部断面図である。

符号の説明

１ 第１軸
２ 第２軸
３ トーションバー
４ 磁石
５ ヨーク
５４ ヨーク突起（ヨーク環状部分）
５４ａ ヨーク突起５４の外径端面
６ 集磁リング
６ａ 集磁リングの内径端面
７ 磁気センサ

Claims (3)

1. 電動パワーステアリング装置の操舵部材と舵取機構とを連絡するステアリング軸を、トーションバーを介して同軸上に連結された２つの軸部に分割し、当該一方の軸部に磁石を固定し、当該他方の軸部に上記磁石の磁束を通すヨークを固定し、このヨーク外周に環状の部分（ヨーク環状部分）を設けると共にこのヨーク環状部分の外径側にパーマロイからなる集磁リングを固定配置したトルク検出装置において、
   上記ヨーク環状部分は、環状に突出した突起となっており、外径端面が周方向に連続して半径方向に薄肉で軸方向に幅広の形状をしており、
   上記集磁リングの内径端面の軸方向幅をＬｒｉｎｇ、上記ヨーク環状部分の外径端面の軸方向幅をＬｙｏｋｅ、上記ヨーク突起の上記ステアリング軸の変位による軸方向ずれをΔＬとしたとき、これらの間にＬｙｏｋｅ≧Ｌｒｉｎｇ＋ΔＬの関係式が成立するように設定した、ことを特徴とするトルク検出装置。
2. 上記磁石が軸回り方向にＳ，Ｎ極を配置した磁石である、ことを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置。
3. 上記ヨークを磁石外径側で軸方向一対備え、各ヨークはヨーク環状部分を設けると共に各ヨーク環状部分の外径端面に集磁リングの内径端面を半径方向外側で対向配置してなり、対応するヨーク環状部分と集磁リングとが上記関係式が成立するよう設定した、ことを特徴とする請求項１または２に記載のトルク検出装置。

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