JP5633471B2 - Torque detector and electric power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、トルク検出器及び電動パワーステアリング装置(EPS:Electric Power Steering system)に関する。 The present invention relates to a torque detector and an electric power steering system (EPS).
従来より、自動車等に搭載される電動パワーステアリング装置用として、種々の構成のトルク検出器(トルクセンサ)が提案されている。例えば、特許文献1においては、周方向に沿って多極着磁されたリング状の磁性部材(永久磁石)の一面又は外周面と対向するように一対のリング状のセンサ部材(センサヨーク及び集磁ヨーク)を設け、これらセンサ部材間に配置された磁束検出器により検出された磁束に基づいて、磁性部材側又はセンサ部材側に生じたトルクを検出するトルク検出器が提案されている。 Conventionally, various types of torque detectors (torque sensors) have been proposed for use in electric power steering devices mounted on automobiles and the like. For example, in Patent Document 1, a pair of ring-shaped sensor members (a sensor yoke and a collector) are arranged so as to face one surface or the outer peripheral surface of a ring-shaped magnetic member (permanent magnet) magnetized in the circumferential direction. There has been proposed a torque detector that provides a magnetic yoke) and detects torque generated on the magnetic member side or the sensor member side based on the magnetic flux detected by the magnetic flux detector disposed between the sensor members.
そして、この特許文献1に記載されたトルク検出器とはトルクの検出原理が異なるが、入力軸または出力軸に対する磁性部材の結合強度を高め、ひいてはトルク検出の精度を高めることができるトルク検出器として、例えば、図11に示すものが知られている(特許文献2参照)。図11は、従来例のトルク検出器における磁性部材及び出力軸の分解斜視図を示している。
図11において、出力軸101は、丸棒状の本体部102と、この本体部102の上端に設けられ、本体部102よりも直径の小さな円筒状の小径部103とを備えている。
And although the torque detection principle is different from the torque detector described in Patent Document 1, it is possible to increase the coupling strength of the magnetic member to the input shaft or the output shaft, and thus to increase the accuracy of torque detection. For example, what is shown in FIG. 11 is known (refer patent document 2). FIG. 11 is an exploded perspective view of a magnetic member and an output shaft in a conventional torque detector.
In FIG. 11, the
また、磁性部材110は、中心部に小径部103に圧入固定するための圧入用孔111を有する略円盤状に形成されている。そして、磁性部材110の外周部には、複数の非切欠部112を残し、円周方向に所定間隔のもとに軸方向に貫通する複数の切欠部113が形成されている。
The
そして、磁性部材110における圧入用孔111の内周面には、3つの軸方向に延びる溝114が所定間隔のもとに形成されている。一方、出力軸101の小径部103の外周面には、各溝114と係合する軸方向に延びる複数の突条104が設けられている。
ここで、磁性部材110は、出力軸101の小径部103に圧入用孔102が圧入されて固定される。この際に、小径部103の外周にある突条104が磁性部材110の溝114に係合し、磁性部材110の回転が阻止される。
Three axially extending
Here, the
しかしながら、図11に示すトルク検出器における磁性部材110の出力軸101への固定方法では、以下の問題点があった。
即ち、磁性部材110は、出力軸101の小径部103に圧入固定されるとともに、突条104が溝114に係合することによって回転阻止がなされるものの、その固定は圧入による保持力にのみに依存しているため、当該圧入保持力が低下した場合には、磁性部材110が圧入方向と反対方向に抜け出てしまうことがあった。
However, the method of fixing the
That is, the
従って、本発明はこの課題を解決するためになされたものであり、その目的は、磁性部材の回転阻止ができるとともに、圧入保持力が低下した場合でも磁性部材が圧入方向と反対方向に抜け出てしまうのを回避することができる、トルク検出器及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made to solve this problem. The purpose of the present invention is to prevent rotation of the magnetic member, and even when the press-fitting holding force is reduced, the magnetic member comes out in the direction opposite to the press-fitting direction. It is an object of the present invention to provide a torque detector and an electric power steering device that can avoid such a situation.
上記課題を解決するため、本発明のうち請求項1に係るトルク検出器は、第1回転軸と第2回転軸とを連結する弾性体と、前記第1回転軸に固定された磁性部材と、前記第2回転軸に固定されて前記磁性部材の磁界内に配置され、前記磁性部材の磁気回路を形成する複数の磁性体と、前記磁性部材の磁界内に配置され、前記磁性部材の磁気回路を形成する補助磁性体と、前記磁性体及び前記補助磁性体の誘導による磁束を検出する磁束検出器とを備えたトルク検出器であって、前記磁性部材は、前記第1回転軸の外周に圧入固定される圧入用孔と、該圧入用孔の内周面に形成され前記第1回転軸の径方向内方に突出する突起とを備え、前記第1回転軸は、該第1回転軸の外周面に形成されるとともに、圧入時に前記突起が入り込む溝を備え、該溝の底面には、前記第1回転軸の径方向内方に凹む凹部を形成し、前記突起及び前記凹部は、前記磁性部材の圧入時には前記突起が前記凹部上を滑り、前記磁性部材の圧入方向と反対方向へは前記突起の先端部が前記凹部と係合することにより、前記磁性部材が圧入方向と反対方向に抜け出てしまうのを回避することができるよう構成されていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, a torque detector according to claim 1 of the present invention includes an elastic body that connects the first rotating shaft and the second rotating shaft, and a magnetic member fixed to the first rotating shaft. A plurality of magnetic bodies fixed to the second rotating shaft and disposed in the magnetic field of the magnetic member, forming a magnetic circuit of the magnetic member, and disposed in the magnetic field of the magnetic member; A torque detector comprising: an auxiliary magnetic body that forms a circuit; and a magnetic flux detector that detects the magnetic body and a magnetic flux induced by the auxiliary magnetic body, wherein the magnetic member is an outer periphery of the first rotating shaft. A press-fitting hole that is press-fitted into the press-fitting, and a protrusion that is formed on an inner peripheral surface of the press-fitting hole and protrudes inward in the radial direction of the first rotary shaft, and the first rotary shaft includes the first rotation It is formed on the outer peripheral surface of the shaft, and has a groove into which the protrusion enters when press-fitting, A recess is formed on the bottom surface of the groove. The recess is recessed inward in the radial direction of the first rotating shaft. The protrusion and the recess slide on the recess when the magnetic member is pressed. In a direction opposite to the direction, the tip of the protrusion is engaged with the recess, so that the magnetic member can be prevented from coming out in the direction opposite to the press-fitting direction. Yes.
また、本発明のうち請求項2に係るトルク検出器は、請求項1記載のトルク検出器において、前記磁性部材は、前記第1回転軸を囲む平板状の環状体として形成された永久磁石と、該永久磁石を収納する金属製の環状バックヨークとからなり、該環状バックヨークの内周面が前記圧入用孔となっていることを特徴としている。
また、本発明のうち請求項3に係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印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生させて、操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置であって、請求項1又は2記載のトルク検出器を備えることを特徴としている。
A torque detector according to a second aspect of the present invention is the torque detector according to the first aspect, wherein the magnetic member is a permanent magnet formed as a plate-like annular body surrounding the first rotating shaft. And an annular back yoke made of metal for housing the permanent magnet, and the inner peripheral surface of the annular back yoke is the press-fitting hole.
According to a third aspect of the present invention, an electric power steering apparatus according to a third aspect of the present invention is an electric motor that generates auxiliary steering torque from an electric motor and transmits it to an output shaft of a steering mechanism in response to steering torque applied to a steering wheel. It is a power steering apparatus, Comprising: The torque detector of
本発明のうち請求項1に係るトルク検出器及び請求項3に係る電動パワーステアリング装置によれば、磁性部材は、第1回転軸の外周に圧入固定される圧入用孔と、圧入用孔の内周面に形成され第1回転軸の径方向内方に突出する突起とを備え、第1回転軸は、第1回転軸の外周面に形成されるとともに、圧入時に前記突起が入り込む溝を備えたので、磁性部材を第1回転軸に圧入固定できるとともに、圧入時に突起が溝に入り込むことによって圧入時の磁性部材の回転位相の位置決めを容易にでき、かつ、圧入後においても磁性部材の回転阻止を行うことができる。また、溝の底面には、第1回転軸の径方向内方に凹む凹部を形成し、突起及び凹部は、磁性部材の圧入時には突起が凹部上を滑り、磁性部材の圧入方向と反対方向へは突起の先端部が凹部と係合するよう構成されているので、圧入保持力が低下した場合でも、凹部に突起が係合していることにより、磁性部材が圧入方向と反対方向に抜け出てしまうのを回避することができる、トルク検出器及び電動パワーステアリング装置を提供できる。
According to the torque detector according to claim 1 and the electric power steering apparatus according to
また、本発明のうち請求項2に係るトルク検出器及び請求項3に係る電動パワーステアリング装置によれば、前記磁性部材は、前記第1回転軸を囲む平板状の環状体として形成された永久磁石と、該永久磁石を収納する金属製の環状バックヨークとからなり、該環状バックヨークの内周面が前記圧入用孔となっているので、磁性部材をすべて永久磁石で構成する場合よりも、金属製の環状バックヨークを用いた分だけ軽量化を図ることができる。また、圧入用孔の内周面に形成される突起を金属製の環状バックヨークの内周面に形成することになるので、突起の形成を容易に行うことができる。
According to the torque detector according to
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1に示す電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール1の操作によりステアリングシャフト2に発生する操舵トルクをトルク検出器3で検出し、その検出信号に基づいて、コントロールユニット13が電動モータ12を駆動制御して補助操舵トルクを発生させてステアリングホイール1の操舵力を補助するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The electric power steering apparatus shown in FIG. 1 detects a steering torque generated in the
ステアリングホイール1に連結されたステアリングシャフト2は、運転者の操舵力が作用する入力軸(第2回転軸)2aと出力軸(第1回転軸)2bとを有し、入力軸2aと出力軸2bとの間にトルク検出器3及び減速ギヤボックス11が介装されている。ステアリングシャフト2の出力軸2bに伝達された操舵力は、操舵機構に伝達される。具体的には、操舵力は、ユニバーサルジョイント4を介してロアシャフト5に伝達され、さらにユニバーサルジョイント6を介してピニオンシャフト7に伝達され、ピニオンシャフト7に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ8を介してタイロッド9に伝達され、図示していない転舵輪を転舵させる。ステアリングギヤ8は、ピニオンシャフト7に連結されたピニオン8aと、ピニオン8aに噛合するラック8bと、を有するラックアンドピニオン形式として構成され、ピニオン8aに伝達された回転運動をラック8bで直進運動に変換している。
A
ステアリングシャフト2の出力軸2bには、補助操舵トルクを出力軸2bに伝達する補助操舵機構10が連結されている。補助操舵機構10は、出力軸2bに連結された減速ギヤボックス11と、減速ギヤボックス11に連結されかつ補助操舵トルクを発生させる電動モータ12と、を有している。なお、ステアリングシャフト2、トルク検出器3及び減速ギヤボックス11によりコラムが構成されており、電動モータ12は、コラムの出力軸2bに補助操舵トルクを与える。すなわち、本実施形態における電動パワーステアリング装置は、コラムアシスト式となっている。
An
トルク検出器3は、ステアリングホイール1を介して入力軸2aに伝達された操舵力を操舵トルクとして検出するものである。トルク検出器3の構成については、後に詳述する。電動モータ12の駆動を制御するコントロールユニット13には、イグニッションスイッチ14がオンの状態でバッテリ15から電力が供給される。コントロールユニット13は、トルク検出器3で検出された操舵トルクT及び車速センサ16で検出された走行速度Vに基づいてアシスト指令の補助操舵指令値を算出し、その算出された補助操舵指令値に基づいて電動モータ12への供給電流値を制御する。
The
次に、トルク検出器3は、図2及び図3に示すように、入力軸(第2回転軸)2aと出力軸(第1回転軸)2bとを連結するトーションバー(弾性体)2c、永久磁石31aを含む磁性部材31、磁気回路を形成するセンサヨークアセンブリ(複数の磁性体)32及び集磁ヨークアセンブリ(補助磁性体)33、センサヨーク32a及び集磁ヨーク33aの誘導による磁束を検出する磁束検出器34aを含む検出器アセンブリ34等を備え、入力軸2aにトルクが作用したときに、磁束検出器34aの検出出力に基づいてトルクを検出するものである。
Next, as shown in FIGS. 2 and 3, the
トーションバー2cは、入力軸2aの軸方向一端側と出力軸2bの軸方向一端側とを連結する連結軸である。なお、入力軸2aの軸方向他端側にはステアリングホイール1(図1参照))が取り付けられる。入力軸2aは、図2及び図3に示すように、ホローシャフト2dによって被覆される。そして、ホローシャフト2dに連接されたギヤカバー2eが減速ギヤボックス11に取り付けられることにより、減速ギヤボックス11内の構造(減速ギヤやトルク検出器3)が保護される。出力軸2bは、軸受30によって減速ギヤボックス11に回転自在に支持されており、その軸方向他端側には、ユニバーサルジョイント4等を介して図示されていない転舵輪が取り付けられる。
The
磁性部材31は、図3及び図4に示すように、出力軸2b(及びトーションバー2c)を囲む平板状の環状体として形成された永久磁石31aと、この永久磁石31aを収納する金属製の環状バックヨーク31bと、からなっている。永久磁石31aは、その周方向に相異なる磁極(N極とS極)が交互に着磁されて構成されており、接着により環状バックヨーク31bに固定されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
環状バックヨーク31bは、出力軸2bの外周に圧入固定される。環状バックヨーク31bは、図4(A)、(B)に示すように、永久磁石31aが接着されている底壁の内周縁から立ち上がる内周側側壁31cを備えている。内周側側壁31cの内周面31dは、出力軸2bの外周に圧入固定される圧入用孔を構成し、出力軸2bの外周面に接触するように平面から見て円形を有している。一方、環状バックヨーク31bの内周側側壁31cと永久磁石31aとの間には、図3及び図4(A)に示すように、間隙が形成されている。このため、永久磁石31aにストレスを与えることなく、環状バックヨーク31bを出力軸2bに圧入することが可能となる。環状バックヨーク31bの材質として強磁性体を採用すると、永久磁石31aの磁力を効率良く利用することができるので、好ましい。
The
また、環状バックヨーク31bの内周側側壁31cの内周面31dには、図4(A),(B)に示すように、出力軸2bの径方向内方に向けて突出する複数(本実施形態にあっては3個)の突起31eが設けられている。複数の突起31eは、内周側側壁31cの内周面31dにおいて円周方向に等ピッチで配置される。各突起31eは、内周側側壁31cの内周面31dの圧入方向とは反対側(図4(B)、図6(A)、(B)における下方側)から切り起こされて出力軸2bの径方向内方に向けて斜めに延びている。各突起31eは、図6(A)に示すように、根元から先端に向けて幅が斬次狭くなるように形成される。
Further, on the inner
なお、本実施形態においては、磁束を有効に利用するために永久磁石31aを環状バックヨーク31bに取り付けた例を示したが、永久磁石31aを出力軸2bに直接取り付けることもできる。永久磁石31aを構成する磁石材料としては、フェライト磁石や希土類磁石(Nd−Fe−B系磁石やSm−Co系磁石等)、金属磁石、焼結磁石等を採用することができる。また、環状バックヨーク31bと一体成形されるボンド磁石(ゴム磁石やプラスチック磁石)を永久磁石として採用してもよい。このように、永久磁石31aを出力軸2bに直接取り付ける場合、永久磁石31aに出力軸2bの外周に圧入固定される圧入用孔を形成し、この圧入用孔の内周面に、出力軸2bの径方向内方に突出する複数の突起(図示せず)を形成する。
In the present embodiment, the example in which the
なお、永久磁石31aを環状バックヨーク31bに取り付けた場合、磁性部材31をすべて永久磁石31aで構成する場合よりも、金属製の環状バックヨーク31bを用いた分だけ軽量化を図ることができる。また、圧入用孔の内周面に形成される突起31eを金属製の環状バックヨーク31bの内周面に形成することになるので、突起31eの形成を容易に行うことができる。
When the
また、出力軸2bは、図3及び図5(A),(B)に示すように、上下方向(図3における上下方向、軸方向)に延びる軸本体2baを有し、軸本体2baの外周に磁性部材31の環状バックヨーク31bが圧入固定されるようになっている。軸本体2baには、入力軸2aの軸方向一端が入り込む入力軸受容凹部2bc及びトーションバー2cが入り込むトーションバー受容凹部2bbが設けられている。ここで、出力軸2bの軸本体2baの外周面には、磁性部材31の環状バックヨーク31bが圧入固定される。環状バックヨーク31bの圧入方向は、図6(A)の矢印で示すように、上から下に向かう方向である。軸本体軸本体2baの外周面には、図3及び図5(A)、(B)に示すように、圧入固定された環状バックヨーク31bが着座する台座段部2bdが外側に向けて突出形成されている。
Further, as shown in FIGS. 3 and 5A and 5B, the
そして、軸本体2baの外周面には、図5(A)、(B)及び図6(A)、(B)に示すように、磁性部材31の環状バックヨーク31bを圧入するときに、環状バックヨーク31bに形成された突起31eが入り込む複数(本実施形態にあっては3個)の溝2beが形成されている。複数の溝2beは、軸本体2baの外周面において円周方向に等ピッチで配置される。そして、各溝2beは、軸本体2baの外周面において軸本体2baの上端から台座部2bdに至るまで上下方向に延びている。また、各溝2beの幅は、突起31eが入り込み可能でかつ圧入された環状バックヨーク31bの回転が阻止されるように突起31eの根元部とほぼ同一の幅となっている。
When the
また、各溝2beの底面には、図5(B)及び図6(B)によく示すように、出力軸2bの径方向内方(図5(B)における右方)に凹む複数(本実施形態にあっては3個)の凹部2bfが形成されている。複数の凹部2bfは、溝2beの底面において上から下に向けて等ピッチで配置される。
ここで、前述した各突起31e及び各凹部2bfは、磁性部材31の環状バックヨーク31bの出力軸2bへの圧入時において各突起31eが凹部2bf上を滑り、磁性部材31の環状バックヨーク31bの圧入方向と反対方向へは突起31eの先端部が凹部2bfと係合するよう構成されている。
Further, on the bottom surface of each groove 2be, as shown in FIGS. 5 (B) and 6 (B), a plurality of (this book) is recessed inward in the radial direction of the
Here, the
磁性部材31の環状バックヨーク31bを出力軸2bの軸本体2baに圧入する作業について、図6(A)、(B)を参照して説明する。
環状バックヨーク31bを軸本体2baに圧入する際には、環状バックヨーク31bを軸本体2baの上方から図6(A)における矢印で示す圧入方向(図6(A)における上から下方向)に軸本体2baに突起31eが溝2beに入り込み、突起31eの先端が所望の凹部2bf上を滑って通過するまで押し込む。そして、環状バックヨーク31bを少しだけ圧入方向と反対方向へ動かす。これにより、突起31eの先端が所望の凹部2bfに係合して環状バックヨーク31bの軸本体2baへの圧入作業が完了する。これにより、磁性部材31の環状バックヨーク31bを出力軸2bの軸本体2baに圧入固定できるとともに、圧入後において突起31eが溝2beに入り込んでいるから、環状バックヨーク31bを含む磁性部材31の回転阻止を行うことができる。また、圧入時において、突起31eが溝2beに入り込むから、圧入時の磁性部材31の回転位相の位置決めを容易に行うことができる。
The operation of press-fitting the
When the
また、溝2beの底面には、出力軸2bの径方向内方に凹む凹部2bfを形成し、突起31e及び凹部2bfは、磁性部材31の圧入時には突起31eが凹部2bf上を滑り、磁性部材31の圧入方向と反対方向へは突起31eの先端部が凹部2bfと係合するよう構成されている。このため、圧入保持力が低下した場合でも、凹部2bfに突起31eが係合していることにより、磁性部材31が圧入方向と反対方向に抜け出てしまうのを回避することができる。
A recess 2bf that is recessed radially inward of the
次に、センサヨークアセンブリ32は、図3及び図7(A)、(B)に示すように、センサヨーク32aと、センサヨーク32aの中央に挿入される金属製のスリーブ32bと、これらセンサヨーク32a及びスリーブ32bの外側に形成される樹脂成形体32cと、を有している。センサヨーク32aは、短い円筒状の2つのセンサヨーク構成部(第1のセンサヨーク構成部32aA及び第2のセンサヨーク構成部32aB)を軸方向に並べて構成した環状の磁性体であり、永久磁石31aの磁界内に配置されて永久磁石31aの磁気回路を形成する。第1のセンサヨーク構成部32aAは、図7(B)に示すように、爪部32dを構成する複数の平板台形状の爪部構成部32dAと、外周部32eを構成する側壁部32eAと、を有している。第2のセンサヨーク構成部32aBは、爪部32dを構成する複数の平板台形状の爪部構成部32dBと、外周部32eを構成する側壁部32eBと、を有している。
Next, as shown in FIG. 3 and FIGS. 7A and 7B, the sensor yoke assembly 32 includes a
センサヨーク32aは、図3及、図7(A)及び図8(A)に示すように、永久磁石31aの軸方向片側に面対向し、入力軸2aを囲むように略一平面上に配置された複数の平板状の爪部32dを有している。これら爪部32dは、第1のセンサヨーク構成部32aAの爪部構成部32dAと、第2のセンサヨーク構成部32aBの爪部構成部32dBと、を組み合わせて形成したものであり、周方向に等間隔で配置されている。また、センサヨーク32aは、後述する集磁ヨーク33aの径方向内側に非接触状態で配置され軸方向に延在する外周部32eを有している。この外周部32eは、第1のセンサヨーク構成部32aAの側壁部32eAと、第2のセンサヨーク構成部32aBの側壁部32eBと、から構成される。
As shown in FIGS. 3, 7A, and 8A, the
センサヨーク32aの外周部32eを構成する第2のセンサヨーク構成部32aBの側壁部32eBは、永久磁石アセンブリ31の径方向外側に配置されている。換言すれば、永久磁石アセンブリ31は、第2のセンサヨーク構成部32aBの側壁部32eBと爪部構成部32dBとからなる円筒状の空間に収納された状態となっている。このため、永久磁石アセンブリ31とセンサヨークアセンブリ32とからなる構成の軸方向寸法を短くすることができ、ひいては、トルク検出器3の軸方向寸法を短くすることが可能となる。
The side wall portion 32eB of the second sensor yoke constituting portion 32aB constituting the outer
スリーブ32bとセンサヨーク32aとが、その外側に設けられる樹脂成形体32cにより被覆されることにより、一体のセンサヨークアセンブリ32が形成される。スリーブ32bは、入力軸2aに嵌合された後、カシメにより入力軸2aに固定される。このようにスリーブ32bを入力軸2aにカシメ固定することにより、センサヨークアセンブリ32を入力軸2aに挿入した状態でセンサヨーク32aと永久磁石31aとの位相調整を行うことができるので、センサ精度を向上させることができる。なお、スリーブ32bを非磁性材料で構成すると、センサヨーク32aの爪部32dから入力軸2aへの漏れ磁束を低減することができるため、好ましい。また、スリーブ32bを入力軸2aよりも軟質の材料で構成すると、カシメ加工の際に入力軸2aに変形をもたらすことがないため、精度良く位置決めを行うことが可能となる。
An integral sensor yoke assembly 32 is formed by covering the
なお、本実施形態においては、カシメによりスリーブ32bを入力軸2aに固定した例を示したが、横方向からのネジ止め、溶接、接着等の手段によりスリーブ32bを入力軸2aに固定することもできる。また、本実施形態においては、平面形状が台形状の爪部32d(爪部構成部32dA、32dB)を採用した例を示したが、平面形状が三角形状や矩形状の爪部を採用してもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態においては、図9(A)(及び図9(D))に示すように、爪部32dから軸方向にのみ延在する断面I字状の外周部32e(側壁部32eA、32eB)をセンサヨーク32aに設けた例を示したが、図9(B)及び図9(C)に示すように、爪部32dから軸方向及び径方向外側に連続的に延在する断面コ字状の外周部32eを設けることもできる。また、図9(E)に示すように、第1のセンサヨーク構成部32aAの側壁部32eAを径方向外側に延在させて爪部32dと同一平面上に形成する一方、第2のセンサヨーク構成部32aBの側壁部32eBを軸方向に延在させて断面L字状の外周部32eを設けることもできる。このように永久磁石31aと反対側の第1のセンサヨーク構成部32aAを平板状に形成すると、トルク検出器3の軸方向寸法をさらに短くすることが可能となる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 9A (and FIG. 9D), an outer
集磁ヨークアセンブリ33は、図3及び図8(A)に示すように、センサヨーク32aの外周部32eの近傍に非接触状態で配置された集磁ヨーク33aと、集磁ヨークホルダ33bと、を有している。集磁ヨークホルダ33bは、その内部に集磁ヨーク33aを収納して固定させるものであり、非磁性体で構成され、図3に示すように、減速ギヤボックス11に固定される。集磁ヨーク33aは、センサヨーク32aを構成する2つのセンサヨーク構成部(第1のセンサヨーク構成部32aA及び第2のセンサヨーク構成部32aB)に各々対応する2つの集磁ヨーク構成部(第1の集磁ヨーク構成部33aA及び第2の集磁ヨーク構成部33aB)を軸方向に並べて構成した環状の補助磁性体であり、永久磁石31aの磁界内に配置されて永久磁石31aの磁気回路を形成する。
As shown in FIGS. 3 and 8A, the magnetic flux collecting
第1の集磁ヨーク構成部33aA及び第2の集磁ヨーク構成部33aBは、図8(A)に示すように、各々第1のセンサヨーク構成部32aA及び第2のセンサヨーク構成部32aBの外周部32eの径方向外側の面に対向するように配置されている。第1(第2)の集磁ヨーク構成部33aA(33aB)には、図8(A)に示すように、第2(第1)の集磁ヨーク構成部33aB(33aA)の方向及び径方向外側に突出するように形成された凸部33cが設けられており、これら凸部33cが磁束集中部として機能するようになっている。凸部33c同士の軸方向における間隔は、第1の集磁ヨーク構成部33aAと第2の集磁ヨーク構成部33aBとの軸方向における間隔よりも狭くなっているため、永久磁石31aから発生する磁束を集中的に集めることができるようになっている。磁束集中部としての凸部33cには、後述する検出器アセンブリ34の磁気検出器34aが配置される。
As shown in FIG. 8A, the first magnetism collecting yoke portion 33aA and the second magnetism collecting yoke constituting portion 33aB are respectively the first sensor yoke constituting portion 32aA and the second sensor yoke constituting portion 32aB. It arrange | positions so as to oppose the surface of the outer
なお、本実施形態においては、環状(平面形状が円形状)の集磁ヨーク33aを採用した例を示したが、図8(B)に示すように、平面形状が扇形状(ないし半円形状)の集磁ヨーク33dを採用することもできる。このように平面形状が扇形状や半円形状の集磁ヨーク33dを採用すると、集磁ヨーク33dをセンサヨーク32aの横方向(径方向)から組み付けることができ、集磁ヨーク33dを入力軸2aに貫通させる必要がなくなるので、組付け作業を格段に容易にすることができる。
In the present embodiment, an example is shown in which an annular (circular planar shape)
また、本実施形態においては、図9(A)(及び図9(E))に示すように、集磁ヨーク33aを、センサヨーク32aの外周部32e(側壁部32eA、32eB)の径方向外側の面に対向するように配置した例を示したが、図9(B)及び図9(C)に示すように、集磁ヨーク33aを、センサヨーク32aの外周部32eの軸方向の面に対向するように配置することもできる。また、図9(D)に示すように、集磁ヨーク33aを、センサヨーク32aの外周部32eの径方向外側の面と軸方向の面との双方に対向するように配置してもよい。図9(B)〜(D)に示すように集磁ヨーク33aをセンサヨーク32aの外周部32eの軸方向の面に対向するように配置すると、集磁ヨーク33aに対して入力軸2aの軸ぶれが発生した場合においても、集磁ヨーク33aを通過する磁束量が変動することが少ない。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 9A (and FIG. 9E), the
検出器アセンブリ34は、図3に示すように、集磁ヨークアセンブリ33に取り付けられるものであり、集磁ヨーク33aに設けられた磁束集中部としての凸部33cの軸方向における隙間に挿入される磁束検出器34aを有している。磁束検出器34aは、センサヨーク32aの外周部32e近傍に、センサヨーク32aと非接触状態で配置されて、磁束集中部(凸部33c)の軸方向における隙間を通過する磁束の量を検出する。磁束検出器34aは、ホール素子、MR素子、MI素子等、磁束の量を測定できるものであれば良い。
As shown in FIG. 3, the
なお、センサヨーク32a及び集磁ヨーク33aの材料として、ニッケルを含有した合金を採用すると、磁気特性(出力のヒステリシス)を改善することができ、トルク検出器3として良好な性能を得ることが可能となる。また、ヒステリシスが問題とならない場合には、その他の磁性体金属(例えば、一般にモータ等の材料として採用される珪素鋼板やSPCC等の圧延鋼板)を用いてセンサヨーク32a及び集磁ヨーク33aを構成することができる。また、センサヨーク32a及び集磁ヨーク33aの何れか一方を、ニッケルを含有した合金を用いて構成してもよい。
If an alloy containing nickel is used as the material for the
次に、図10を参照して、本実施形態に係るトルク検出器3のトルク検出原理を説明する。図10は、トルク検出器3を構成する永久磁石31a及びセンサヨーク32aを示すものである。なお、図10においては、センサヨーク32aの爪部32dと永久磁石31aとの位置関係を明らかにするために、センサヨーク32aを構成する第2のセンサヨーク構成部32aBの図示を省略しているが、実際は、第1のセンサヨーク構成部32aAの爪部構成部32dAの間に第2のセンサヨーク構成部32aBの爪部構成部32dBが配置され、複数の爪部32dが形成される。
Next, the principle of torque detection of the
トルクの入力が無い状態では、センサヨーク32aの爪部32dの各々が永久磁石31aを構成する磁極(N極とS極)の境界上に位置し、各爪部32dから見た永久磁石31aのN極、S極に対するパーミアンス(磁気抵抗の逆数)が等しいので、図10のような磁束の流れとなる。具体的には、永久磁石31aのN極から発生した磁束は、センサヨーク32aの爪部32dに入り、そのまま永久磁石31aのS極へ入る。よって、磁束は磁束検出器34aを流れない。
When there is no torque input, each of the
運転者がステアリングホイール1を回転させることによって入力軸2aにトルクが入力されると、トーションバー2cの入力側は、ステアリングホイール1と同様に回転するとともにトーションバー2c自体に入力トルクに応じた捩れが発生する。この捩れによって、トーションバー2cの入力側と出力側に相対角度変位が発生する。このトーションバー2cの入力側と出力側の間に発生した相対角度変位は、トルク検出器3の永久磁石31aとセンサヨーク32aとの間の相対角度変位として現れる。
When torque is input to the
永久磁石31aとセンサヨーク32aとの間に相対角度変位が発生すると、図10のようなパーミアンスのバランスが崩れ、磁束検出器34aを含む磁気回路(すなわち、永久磁石31aのN極から発生した磁束が、第1のセンサヨーク構成部32aAの爪部構成部32dAに流れ、第1のセンサヨーク構成部32aから第1の集磁ヨーク構成部33aA及び凸部33cを経由して磁束検出器34aを通過し、第2の集磁ヨーク構成部33aBから爪部構成部32dBを経由して永久磁石31aのS極へと戻る磁気回路)に磁束が流れる。この磁束検出器34aを含む磁気回路に発生した磁束を磁束検出器34aで検出することにより、相対角度変位が測定でき、トーションバー2cにかかるトルクを検出することができる。
When relative angular displacement occurs between the
以上の実施形態に係るトルク検出器3においては、平板状の環状体として形成された永久磁石31aの軸方向片側に面対向するように、センサヨーク32aの爪部32dを略一平面上に配置し、センサヨーク32aの外周部32eの一部(第2のセンサヨーク構成部32aBの側壁部32eB)を永久磁石31aの径方向外側に配置することができる。従って、トルク検出器3の軸方向寸法を短くすることができ、トルク検出器3の小型化を実現させることが可能となる。
In the
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されず、種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、磁性部材31は、出力軸2bに圧入固定されるようになっているが、入力軸2aに圧入固定されてもよい。
また、突起31e及びこの突起31eが入り込む溝2beは、それぞれ、複数(3個づつ)設けられているが、それぞれ、単数設けるようにしてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change and improvement can be performed.
For example, the
In addition, the
また、突起31e及び凹部2bfの形状は、磁性部材31の圧入時には突起31eが凹部2bf上を滑り、磁性部材31の圧入方向と反対方向へは突起31eの先端部が凹部2bfと係合するよう構成されていればよく、それぞれ図4乃至図6に示した形状に限られない。
また、センサヨークアセンブリ32は、入力軸2aに固定されて磁性部材31の磁界内に配置され、磁性部材31の磁気回路を形成するものであれば、図示した例に限られない。
更に、集磁ヨークアセンブリ33は、磁性部材31の磁界内に配置され、磁性部材31の磁気回路を形成するものであれば、図示した例に限られない。
Further, the shape of the
The sensor yoke assembly 32 is not limited to the illustrated example as long as the sensor yoke assembly 32 is fixed to the
Further, the magnetic collecting
1 ステアリングホイール
2 ステアリングシャフト
2a 入力軸(第2回転軸)
2b 出力軸(第1回転軸)
2ba 軸本体
2bb トーションバー受容凹部
2bc 入力軸受容凹部
2bd 台座段部
2be 溝
2bf 凹部
2c トーションバー(弾性体)
2d ホローシャフト
2e ギヤカバー
3 トルク検出器
4 ユニバーサルジョイント
5 ロアシャフト
6 ユニバーサルジョイント
7 ピニオンシャフト
8 ステアリングギヤ
8a ピニオン
8b ラック
9 タイロッド
10補助操舵機構
11 ギヤボックス
12 電動モータ
13 コントロールユニット
14 イグニションスイッチ
15 バッテリ
16 車速センサ
31 磁性部材
31a 永久磁石
31b 環状バックヨーク
31c 内周側側壁
31d 内周面(圧入用孔)
31e 突起
32 センサヨークアセンブリ
32a センサヨーク
32aA 第1のセンサヨーク構成部
32aB 第2のセンサヨーク構成部
32b スリーブ
32c 樹脂成形体
32d 爪部
32dA 爪部構成部
32dB 爪部構成部
32e 外周部
32eA 側壁部
32eB 側壁部
33 集磁ヨークアセンブリ
33a 集磁ヨーク
33aA 第1の集磁ヨーク構成部
33aB 第2の集磁ヨーク構成部
33b 集磁ヨークホルダ
33c 凸部
33d 集磁ヨーク
34 検出器アセンブリ
34a 磁束検出器
1
2b Output shaft (first rotating shaft)
2ba shaft body 2bb torsion bar receiving recess 2bc input shaft receiving recess 2bd pedestal step 2be
2d
31e Protrusion 32
Claims (3)
前記磁性部材は、前記第1回転軸の外周に圧入固定される圧入用孔と、該圧入用孔の内周面に形成され前記第1回転軸の径方向内方に突出する突起とを備え、前記第1回転軸は、該第1回転軸の外周面に形成されるとともに、圧入時に前記突起が入り込む溝を備え、該溝の底面には、前記第1回転軸の径方向内方に凹む凹部を形成し、前記突起及び前記凹部は、前記磁性部材の圧入時には前記突起が前記凹部上を滑り、前記磁性部材の圧入方向と反対方向へは前記突起の先端部が前記凹部と係合することにより、前記磁性部材が圧入方向と反対方向に抜け出てしまうのを回避することができるよう構成されていることを特徴とするトルク検出器。 An elastic body connecting the first rotating shaft and the second rotating shaft, a magnetic member fixed to the first rotating shaft, a magnetic member fixed to the second rotating shaft and disposed in the magnetic field of the magnetic member, A plurality of magnetic bodies forming a magnetic circuit of the magnetic member; an auxiliary magnetic body disposed in the magnetic field of the magnetic member; forming a magnetic circuit of the magnetic member; and a magnetic flux induced by the magnetic body and the auxiliary magnetic body A torque detector comprising a magnetic flux detector for detecting
The magnetic member includes a press-fitting hole that is press-fitted and fixed to the outer periphery of the first rotation shaft, and a protrusion that is formed on an inner peripheral surface of the press-fitting hole and projects radially inward of the first rotation shaft. The first rotating shaft is formed on the outer peripheral surface of the first rotating shaft, and includes a groove into which the protrusion is inserted during press-fitting. The bottom surface of the groove is radially inward of the first rotating shaft. A concave portion is formed, and the protrusion and the concave portion are configured such that the protrusion slides on the concave portion when the magnetic member is press-fitted, and the tip end portion of the protrusion is engaged with the concave portion in a direction opposite to the press-fitting direction of the magnetic member. By doing so, the torque detector is configured to avoid the magnetic member from slipping out in the direction opposite to the press-fitting direction .
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