JP5386892B2 - トルク検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハウジングの内部に支持された回転軸に加えられる回転トルクを、外部接続用のリード線と共に樹脂により一体化して前記ハウジングに装着された検出手段により検出す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は、操舵補助用のモータの駆動制御に用いるべく、コラムハウジング（ハウジング）の内部に回転自在に支持され、操舵部材と舵取機構とを連結するステアリング軸（回転軸）に加えられる操舵トルク（回転トルク）を検出するトルク検出装置を備えている。このトルク検出装置は、ステアリング軸をトーションバーにより同軸的に連結された第１軸と第２軸とに分割し、操舵部材の操作によりステアリング軸に加えられる操舵トルクを、トーションバーの捩れに応じて第１軸と第２軸との間に生じる相対角変位を利用して検出するように構成されている。

第１軸及び第２軸間の相対角変位は、従来、種々の手段により検出されており、そのうちの一つとして、第１軸と一体的に回転する円筒磁石と、該円筒磁石を囲繞し、第２軸と一体的に回転するヨークリングとを備え、この円筒磁石とヨークリングとの間に形成される磁気回路の磁束の変化を利用して前記相対角変位を検出するように構成されたトルク検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のトルク検出装置においては、円筒磁石及びヨークリング間の相対角変位に応じてヨークリング間に生じる磁束の変化を、外部接続用のリード線の一部と共に合成樹脂により一体化してコラムハウジングに装着された磁気検出手段により検出して、操舵トルクを求めるように構成してある。

第１軸と一体的に回転する円筒磁石は、周方向にＮ，Ｓ極の磁極を交互に並設してある多極磁石である。第２軸と一体的に回転するヨークリングは、Ｎ，Ｓ極の組と同数の磁極爪を、円環状のリング本体の一側の端縁に周方向に等配してなる軟磁性体製の薄肉のリングであり、夫々の磁極爪が周方向に交互に並ぶように位置決めした２個を一組として、第２軸に固定されている。このようなヨークリング夫々の外側に同軸をなして、該ヨークリングに発生する磁束を集める集磁リングが設けてある。集磁リングは、周方向の適宜の位置に、軸長方向に延び、先端部を径方向外向きに屈曲成形してなる集磁突起を備えており、該集磁突起が互いに対向するように配してある。前記磁気検出手段は、この集磁突起の対向部間に配してあり、この状態を保って合成樹脂にてモールドされた樹脂モールド体により、該磁気検出手段に接続された外部接続用のリード線の一部及び集磁リングと共に一体化してある。

このトルク検出装置において、第１軸及び第２軸間に相対角変位が生じたとき、円筒磁石とヨークリングとの間に磁気回路が形成され、ヨークリング間に磁束が発生し、発生した磁束が集磁リングに導かれ、集磁リングの集磁突起間に磁界が発生する。磁気検出手段は、この発生した磁界に応じた出力を、前記外部接続用のリード線を介して操舵補助用のモータの駆動を制御する制御部に与える。
特開２００５−２６５５８７号公報

以上のようなトルク検出装置においては、例えば、組立て時に、樹脂モールド体から外部に突出している外部接続用のリード線の端子部に作業者が接触し、該作業者に帯電している静電気が接触により前記リード線に伝わり、この静電気が磁気検出手段に伝わって磁気検出手段が損傷して製品歩留まりの低下を招く虞があった。また、メンテナンス中の作業者の接触による静電気、又は使用中の種々の原因による異常電圧により、前記リード線を介して磁気検出手段に高電圧が印加され、同様に、磁気検出手段に悪影響を及ぼす虞があった。

このため、従来においては、磁気検出手段を保護すべく、磁気検出手段に接続された外部接続用のリード線の中途にコンデンサを設けて、該コンデンサにより増加した電荷を吸収するようにしてある。静電気又は異常電圧による電荷を十分に吸収するためには、コンデンサの静電容量を大きくする必要があるが、コンデンサの静電容量を大きくすると磁気検出手段及び制御部間の通信速度がコンデンサの影響により遅くなり、検出されたトルクを用いた制御の応答性が低下するという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、応答性を良好に保ちつつ、静電気又は異常電圧から磁気検出手段を保護することが可能なように構成されたトルク検出装置を提供することを目的とする。

第１発明に係るトルク検出装置は、ハウジングの内部に支持された回転軸に加わる回転トルクを、外部接続用のリード線と共に樹脂により一体化して前記ハウジングに装着された検出手段により検出するように構成されたトルク検出装置において、前記ハウジングに取付けられ、接地すべき接地用導体を備え、該接地用導体には貫通孔が設けてあり、前記リード線は、前記貫通孔に隙間を有して挿通してあることを特徴とする。

第２発明に係るトルク検出装置は、前記回転軸は同軸的に連結された第１軸及び第２軸を備えてなり、該第１軸と一体的に回転する円筒磁石と、該円筒磁石を囲繞し、前記第２軸と一体的に回転する２つのヨークリングとを備え、前記検出手段は、前記円筒磁石と前記ヨークリングとの間の相対角変位に応じて生じる磁束の変化を検出する磁気センサであることを特徴とする。

第３発明に係るトルク検出装置は、前記貫通孔は、該貫通孔の周壁が前記リード線の長手方向に対して斜めになるように設けてあることを特徴とする。

第４発明に係るトルク検出装置は、前記隙間には絶縁体中に導電体が散在してなる充填物が充填してあることを特徴とする。

第１発明によれば、外部接続用のリード線を接地用導体に設けられた貫通孔に隙間を有して挿通させてあるから、リード線に高電圧が印加されたときに、リード線と接地用導体との間で放電が生じる。この結果、検出手段には、放電開始電圧以上の電圧が印加されない。貫通孔及びリード線間の隙間を適切に設定することにより、放電開始電圧を検出手段の最大耐電圧よりも低くすることが可能となり、検出手段を保護することができる。また、貫通孔及びリード線間の隙間を適切に設定することにより、放電開始電圧を検出手段に通常時に供給される電圧よりも高くすることが可能となり、通常時には放電が生じず、検出手段の出力結果に影響を及ぼすことなく、応答性を良好に保つことができる。

第２発明によれば、第１軸と一体的に回転する円筒磁石と第２軸と一体的に回転するヨークリングとの相対角変位を磁気センサにより検出することにより、第１軸及び第２軸を備えてなる回転軸に加えられる回転トルクを求めるトルク検出装置において、前述の如く構成することにより、放電開始電圧以上の電圧が外部接続用のリード線に印加されたときに、過電圧に弱い磁気センサを保護することができる。

第３発明によれば、貫通孔を該貫通孔の周壁がリード線の長手方向に対して斜めになるように設けている。貫通孔の周壁とリード線とが斜めになる部分にて、リード線と接地用導体との間で放電を生ぜしめるべく必要となる最小ギャップを確保することにより、貫通孔の周壁がリード線と平行をなすように貫通孔を設ける場合と比較して、貫通孔の孔径を過度に小さくせずにすむ。この結果、貫通孔の加工、貫通孔に対するリード線の位置決め等によりなされるギャップ管理が容易となる。

第４発明によれば、接地用導体に設けられた貫通孔とリード線との隙間に、絶縁体中に導電体が散在してなる充填物を充填してあるから、充填物の導電体間の間隔、材質等を適切に設定することにより、リード線及び接地用導体間の絶縁耐力を調整することができ、貫通孔の加工、貫通孔に対するリード線の位置決め等によりなされるギャップ管理が容易となる。

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組立て状態を略示する縦断面図である。図２は、本発明に係るトルク検出装置の要部の分解斜視図である。

本発明に係るトルク検出装置は、トーションバー３により連結された２つの軸（第１軸１及び第２軸２）に加えられる回転トルクを検出対象としており、第１軸１と一体的に回転する円筒磁石４と、第２軸２と一体的に回転する２個一組のヨークリング５ａ，５ｂと、ヨークリング５ａ，５ｂの外側を各別に囲繞するように配置され、夫々のヨークリング５ａ，５ｂ内に生じる磁束を集める集磁リング６，６と、これらの集磁リング６，６間に配設された磁気センサ７とを備えて構成されている。

トーションバー３は、捩りばねとしての細径の丸棒の両端に、第１軸１及び第２軸２との連結のために太径とした連結部３０，３０を備えている。第１軸１及び第２軸２は、夫々の軸心部に形成された連結孔１０，２０にトーションバー３の両端に設けられた連結部３０，３０を夫々内嵌した後、各別のピン１１，２１を打設することにより連結されている。

このように連結された第１軸１と第２軸２とに回転トルクが加えられた場合、この回転トルクの作用によりトーションバー３が捩れ変形し、第１軸１と第２軸２との間には、前記回転トルクの方向に、該回転トルクに対応する大きさを有する相対角変位が生じる。

第１軸１と一体的に回転する円筒磁石４は、図２に示すように、各複数のＮ極４０，４０…及びＳ極４１，４１…を周方向に交互に並べた多極磁石として構成されており、図１に示すように、両端面及び内面を適宜の厚さを有して覆うようにモールドされた樹脂モールド体４２を介して、第１軸１に同軸的に固定されている。

第２軸２と一体的に回転するヨークリング５ａ，５ｂは、図２に示すように、幅広の円環状をなすヨーク本体５０，５０の内周縁に、軸長方向に延びる三角形をなす複数の磁極爪５１，５１…を夫々有している。これらヨークリング５ａ，５ｂは、夫々の磁極爪５１，５１…が周方向に交互に並ぶように位置決めし、円筒形の樹脂モールド体５２により一体化され、図１に示すように樹脂モールド体５２を一側に延長して形成されたボス部５３を介して第２軸２に同軸的に固定されている。以上のようなヨークリング５ａ，５ｂは、樹脂モールド体５２の内面に露出する夫々の内面が円筒磁石４の外周面にわずかなエアギャップを隔てて対向するように組み付けられている。

図３は、ヨークリング５ａ，５ｂと円筒磁石４の磁極との位置関係を示す説明図である。図３（ｂ）には、組み付け時の位置関係が示してある。図示のように、ヨークリング５ａ，５ｂと円筒磁石４とは、ヨークリング５ａ，５ｂの磁極爪５１，５１…が円筒磁石４のＮ極４０及びＳ極４１の境界に夫々位置するように周方向に位置決めされている。この位置関係において、ヨークリング５ａ，５ｂは、円筒磁石４のＮ極４０及びＳ極４１に対して等面積を有して対向しているから、Ｎ極４０から入る磁束とＳ極４１へ出る磁束とが等しくなり、ヨークリング５ａ，５ｂ間には磁束は生じない。

第１軸１又は第２軸２に一方向の回転トルクが加えられた場合、トーションバー３に捩れが生じて、ヨークリング５ａ，５ｂの磁極爪５１，５１…と円筒磁石４のＮ極４０及びＳ極４１との周方向の位置関係が変化する。このとき、例えば、図３（ａ）に示すように、ヨークリング５ａの各磁極爪５１，５１…に対向する面積が、Ｎ極４０の方がＳ極４１より大きくなり、Ｎ極４０から入る磁束がＳ極４１へ出る磁束より大きくなる。また、ヨークリング５ｂの各磁極爪５１，５１…に対向する面積が、Ｎ極４０の方がＳ極４１より小さくなり、Ｎ極４０から入る磁束がＳ極４１へ出る磁束より小さくなる。この結果、ヨークリング５ａからヨークリング５ｂへの磁束が生じ、この磁束密度は、各磁極爪５１，５１…に対向するＮ極４０及びＳ極４１の面積の差が大きい程、大きくなる。

一方、第１軸１又は第２軸２に他方向の回転トルクが加えられた場合、上記とは逆方向に、トーションバー３に捩れが生じて、ヨークリング５ａ，５ｂの磁極爪５１，５１…と円筒磁石４のＮ極４０及びＳ極４１との周方向の位置関係が変化する。このとき、例えば、図３（ｃ）に示すように、ヨークリング５ａの各磁極爪５１，５１…に対向する面積が、Ｎ極４０の方がＳ極４１より小さくなり、Ｎ極４０から入る磁束がＳ極４１へ出る磁束より小さくなる。また、ヨークリング５ｂの各磁極爪５１，５１…に対向する面積が、Ｎ極４０の方がＳ極４１より大きくなり、Ｎ極４０から入る磁束がＳ極４１へ出る磁束より大きくなる。この結果、ヨークリング５ｂからヨークリング５ａへの磁束が生じ、この磁束密度は、各磁極爪５１，５１…に対向するＮ極４０及びＳ極４１の面積の差が大きい程、大きくなる。

このようなヨークリング５ａ，５ｂの外側には、集磁リング６，６が設けてある。集磁リング６，６は、ヨーク本体５０，５０の外径よりも若干大きい内径を有する磁性材料製の円環であり、周方向の適宜の位置に、軸長方向に延び、先端部を径方向外向きに屈曲成形してなる集磁突起６０，６０を備えている。集磁リング６，６は、集磁突起６０，６０が所定のエアギャップを有して対向し、同軸をなすように位置決めされており、この集磁突起６０，６０の対向部間には、磁気センサ７が配してある。

以上の構成により集磁リング６，６には、ヨークリング５ａ，５ｂに発生した磁束が誘導され、この磁束は、この集磁突起６０，６０間に漏れ出す。この漏れ出した磁束の密度は、集磁突起６０，６０の対向部間に配した磁気センサ７により検出される。この検出結果を用いて、第１軸１と第２軸２との間の相対角変位、即ち第１軸１及び第２軸２に加えられる回転トルクを求めることができる。

図４は、図１のIV−IV線による断面図である。図５は、磁気センサ７近傍の部分拡大図である。図６は、図５のVI−VI線による矢視図である。磁気センサ７は、ホール効果を利用したホール素子と、該ホール素子の出力電圧を処理する出力処理回路とを一体的に備え、これらを外装材により覆ってなるそれ自体公知のホールＩＣである。磁気センサ７には、図５に示すように、磁気センサ７に電圧を供給する給電用のリード線７１、接地用のリード線７２及び磁気センサ７の検出結果を出力する出力用のリード線７３が接続してある。

これら磁気センサ７に接続された外部接続用のリード線７１，７２，７３の一部、集磁リング６，６及び磁気センサ７は、図１に示すように円筒形の樹脂モールド体６１により一体化されている。樹脂モールド体６１は、図１及び４に示すように、周方向の一部に径方向外向きに突出する突出部を備えている。この突出部の端部にはフランジ部６１ａが周設してある。磁気センサ７の外部接続用のリード線７１，７２，７３は、突出部の端面に略直交するように設けてあり、リード線７１，７２，７３の端子部は、フランジ部６１ａから外部に突出している。

一方、ハウジング８には、図４に示すように、周方向の適長に亘って開口８０が設けてあり、図１及び４に示すように、この開口８０を縁取るように座面８１が形成してある。樹脂モールド体６１は、この開口８０からハウジング８の内部に挿入され、開口８０に設けられた座面８１に樹脂モールド体６１のフランジ部６１ａを当接させた状態にてハウジング８に取付けてある。

このフランジ部６１ａには、接地用導体９が取付けてある。接地用導体９は矩形の金属板である。接地用導体９には、図５に示すように、長孔形状を有する貫通孔９１が、該貫通孔９１の長手方向の両側にて板厚方向に対して角度をなすように設けてある。接地用導体９は、給電用のリード線７１、接地用のリード線７２及び出力用のリード線７３を貫通孔９１に隙間を有して挿通させ、樹脂モールド体６１のフランジ部６１ａを介してハウジング８の座面８１にボルト８５，８５を螺合することにより固定してある。この結果、給電用のリード線７１及び出力用のリード線７３夫々と貫通孔９１との間隔が貫通孔９１の両側にて最小ギャップＬとなる。

この貫通孔９１には、絶縁体中に導電体が散在してなる充填物９２が充填してある。充填物９２として、例えば、鉄粉（導電体）に樹脂（絶縁体）を被覆してなる圧粉体を用いる。充填物９２は、この圧粉体を貫通孔９１に詰込み、加熱して樹脂を溶融させたのち、冷却して固化させることにより充填してある。この結果、個々の鉄粉間に被覆厚み分のギャップが形成され、鉄粉間のギャップが均一に保たれることになる。なお、充填物９２として、鉄等の金属粒（導電体）と樹脂粒（絶縁体）とを別々に成形し、金属粒及び樹脂粒を混合して貫通孔９１に詰込み、加熱して樹脂粒を溶融させたのち、冷却して固化させることにより充填したものを用いてもよい。

このようなトルク検出装置においては、組立て時に、樹脂モールド体６１から外部に突出している外部接続用のリード線７１，７２，７３の端子部に作業者が接触し、該作業者に帯電している静電気が接触によりリード線７１，７２，７３に伝わり、この静電気が磁気センサ７に伝わることがある。また、メンテナンス中の作業者の接触による静電気、又は使用中の種々の原因による異常電圧により、リード線７１，７３を介して磁気センサ７に高電圧が印加されることがある。

本発明においては、外部接続用のリード線７１，７２，７３を接地用導体９に設けられた貫通孔９１に隙間を有して挿通させて、該隙間に絶縁体中に導電体が散在してなる充填物９２を充填してあるから、リード線７１，７２，７３に印加される電圧が所定電圧（放電開始電圧）以上になったときに、リード線７１，７３と充填物９２の鉄粉との間で放電が開始し、この結果、リード線７１，７３と接地用導体９との間で放電が生じる。この放電は、図５及び６中に白抜き矢符にて示すように、最小ギャップＬの部分に生じる。接地用導体９は、ボルト８５，８５、ハウジング８及び車体を介して接地されており、放電により接地用導体９に印加された電荷は、この経路を経て地面に伝えられる。放電開始電圧は、磁気センサ７に通常時に供給される電圧よりも高く、磁気センサ７の最大耐電圧よりも低くなるように設定してある。この結果、磁気センサ７には、放電開始電圧以上の電圧が印加されないから、過電圧に弱い磁気センサ７を保護することができる。また、外部接続用のリード線７１，７２，７３に印加される電圧が放電開始電圧未満であるときは、放電を開始しないから、通常時に、充填物９２が磁気センサ７の出力結果に影響を及ぼすことはなく、応答性を良好に保つことができる。

この放電開始電圧の設定は、給電用のリード線７１及び出力用のリード線７３と貫通孔９１との最小ギャップＬ、充填物９２の導電体間の間隔及び材質を適切に設定することによりなされる。充填物９２の導電体間の間隔は、例えば、導電体の粒径、充填物９２中の導電体の比率等を変えることにより設定される。なお、放電開始電圧は、最小ギャップＬの大／小、導電体の粒径の小／大、導電体の比率の高／低に応じて、高／低となる。これらの設定を適切に行うことにより、放電開始電圧を正確に設定することができる。

また、接地用導体９の貫通孔９１を該貫通孔９１の周壁がリード線７１，７２，７３の長手方向に対して斜めになるように設けているから、貫通孔９１の斜面とリード線７１，７２，７３との間にて、リード線７１，７２，７３及び接地用導体９間の間で放電を生ぜしめるべく必要となる最小ギャップＬを、貫通孔の孔径を過度に小さくせずに確保することができ、貫通孔の加工、貫通孔に対するリード線の位置決め等によりなされるギャップ管理が容易となる。

なお、本実施の形態においては、貫通孔９１の周壁がリード線７１，７２，７３に対して斜めになるように構成してあるが、貫通孔９１及びリード線７１，７３間の隙間が最小ギャップＬになる部分を確保することができれば、貫通孔９１の周壁がリード線７１，７２，７３と平行をなすように構成してもよい。貫通孔９１の周壁がリード線７１，７２，７３の長手方向に対して斜めである実施の形態においては、貫通孔９１の周壁がリード線７１，７２，７３と平行をなす場合と比較して、例えば、リード線７１，７２，７３が貫通孔９１の略中心を挿通するように設ける場合、貫通孔９１の孔径を大きくすることができ、ギャップ管理が容易となり、より好ましい。

また、貫通孔９１とリード線７１，７２，７３との隙間に、絶縁体中に導電体が散在してなる充填物９２を充填してあるから、リード線７１，７２，７３及び接地用導体９間の絶縁耐力を調整することができ、ギャップ管理が容易となる。

図７は、本発明の他の実施の形態に係るトルク検出装置の磁気センサ７近傍の部分拡大図である。磁気センサ７に接続された給電用のリード線７１、接地用のリード線７２及び出力用のリード線７３夫々には、細長い板状の金属板である所謂バスバー７１ａ，７２ａ，７３ａが介挿してある。これらのバスバー７１ａ，７２ａ，７３ａ間には、図７に示すように、ノイズ対策用のコンデンサ７５，７６が接続してある。

ノイズ対策用のコンデンサ７５，７６をバスバー７１ａ，７２ａ，７３ａを介してリード線７１，７２，７３に接続してあるから、ノイズをコンデンサ７５，７６により吸収することができ、ノイズの影響による磁気センサ７の検出誤差の発生を防止することができる。なお、ノイズ対策用のコンデンサは小静電容量であるから、応答性に影響をほとんど与えることがない。その他の構成及び動作は、図５に示す実施の形態と同様であるため、対応する構成部材に図５と同一の参照符号を付して、その構成及び動作の詳細な説明を省略する。

なお、以上の実施の形態においては、一つの磁気センサに接続されたリード線を一つの貫通孔に挿通させるように構成してあるが、これに限定されず、リード線の数に対応して貫通孔を設け、一つの貫通孔に一つのリード線を挿通させるように構成してもよい。

また、以上の実施の形態においては、接地用導体の貫通孔とリード線との隙間に絶縁体中に導電体が散在してなる充填物が充填してあるが、これに限定されず、所望の放電開始電圧を得るべく適切な絶縁耐力を有するように構成してあればよい。前記隙間に、適切な絶縁耐力を有する充填物を充填してもよいし、充填物を充填しなくてもよい。

さらに、本発明は、その他、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内において種々変更した形態にて実施することが可能であることは言うまでもない。

本発明に係るトルク検出装置の組立て状態を略示する縦断面図である。 本発明に係るトルク検出装置の要部の分解斜視図である。 ヨークリングと円筒磁石の磁極との位置関係を示す説明図である。 図１のIV−IV線による断面図である。 磁気センサ近傍の部分拡大図である。 図５のVI−VI線による矢視図である。 本発明の他の実施の形態に係るトルク検出装置の磁気センサ近傍の部分拡大図である。

符号の説明

１ 第１軸（回転軸）、２ 第２軸（回転軸）、４ 円筒磁石、５ａ，５ｂ ヨークリング、６ 集磁リング、６０ 集磁突起、６１ 樹脂モールド体、７ 磁気センサ（検出手段）、７１，７２，７３ リード線、７５，７６ コンデンサ、８ ハウジング、９ 接地用導体、９１ 貫通孔、９２ 充填物

Claims (4)

1. ハウジングの内部に支持された回転軸に加わる回転トルクを、外部接続用のリード線と共に樹脂により一体化して前記ハウジングに装着された検出手段により検出するように構成されたトルク検出装置において、前記ハウジングに取付けられ、接地すべき接地用導体を備え、該接地用導体には貫通孔が設けてあり、前記リード線は、前記貫通孔に隙間を有して挿通してあることを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記回転軸は同軸的に連結された第１軸及び第２軸を備えてなり、該第１軸と一体的に回転する円筒磁石と、該円筒磁石を囲繞し、前記第２軸と一体的に回転する２つのヨークリングとを備え、前記検出手段は、前記円筒磁石と前記ヨークリングとの間の相対角変位に応じて生じる磁束の変化を検出する磁気センサ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. 前記貫通孔は、該貫通孔の周壁が前記リード線の長手方向に対して斜めになるように設けてあることを特徴とする請求項１又は２に記載のトルク検出装置。
4. 前記隙間には絶縁体中に導電体が散在してなる充填物が充填してあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のトルク検出装置。

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