JP5883611B2 - 相対角度検出装置および相対角度検出装置の製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1に記載のトルク検出器は、以下のように構成されている。すなわち、連結軸を介して同軸に連結された第1の軸及び第2の軸と、第1の軸または連結軸の一端に固定された永久磁石と、第2の軸または連結軸の他端に固定され、永久磁石と共に磁気回路を形成する一対のセンサヨークと、永久磁石及びセンサヨークと共に磁気回路を形成する一対の集磁ヨークと、センサヨーク及び集磁ヨークが誘導した磁束を検出する磁束検出器と、を有し、前記第1の軸及び第2の軸のうちいずれか一方へ加えられたトルクを磁束検出器の出力に基づいて検出するトルク検出器であって、一対のセンサヨークは、平板部材から一対の帯状のセンサヨーク部材がそれぞれ打ち抜かれ、一対の帯状のセンサヨーク部材が各々環状に湾曲させられる。
本発明は、製造するために用いられる材料量が低減された軟磁性体を備える装置を提供することを目的とする。
図1は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置100の外観図である。図2は、電動パワーステアリング装置100の概略構成図である。図3は、電動パワーステアリング装置100の断面図である。なお、図2においては、後述するECU10のカバー15を省略して示している。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置(以下、「ステアリング装置」と称す。)100は、コラムアシスト式の装置であり、右ハンドル仕様の、例えば自動車などの乗り物に適用される装置である。ステアリング装置100は、ステアリングホイール(図示せず)に連結されたステアリングシャフト101と、このステアリングシャフト101の回転半径方向の周囲を覆うステアリングコラム105と、を備えている。
また、ステアリング装置100は、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする力を付与する電動モータ160と、電動モータ160の作動を制御する制御装置の一例としての電子制御ユニット(以下、「ECU」と称する場合もある。)10と、運転者の操舵トルクTを検出するトルク検出装置20と、を備えている。
トルク検出装置20は、第1の回転軸120と第2の回転軸130との相対回転角度を検出する相対角度検出部21と、相対角度検出部21が検出した相対回転角度に基づいて操舵トルクTを検出するトルク検出部50と、を有している。
図4は、図3におけるX部の拡大図である。図5は、実施の形態に係る相対角度検出部21の主要部品の概略構成図である。図6は、相対角度検出部21を、図3におけるY方向から見た図である。なお、図6においては、ブラケット60は省略している。
相対角度検出部21は、第1の回転軸120に取り付けられる硬磁性体の一例としての磁石22と、磁石22が形成する磁界内に配置され、磁石22とともに磁気回路を形成する軟磁性体の一例としてのヨーク30を有している。また、相対角度検出部21は、磁石22およびヨーク30にて形成される磁気回路中の磁束密度を検出する磁気センサ40と、ヨーク30を支持するブラケット60と、を有している。
第1のヨーク31は、磁石22の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第1の円環部31aと、この第1の円環部31aから第1の回転軸120の軸方向(以下、単に「軸方向」と称する場合もある。)に伸びるように形成された複数の第1の突起部31bとを有している。第1の突起部31bは、磁石22の周方向には、この磁石22の外周面に沿うように湾曲している。
第2のヨーク32は、磁石22の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第2の円環部32aと、この第2の円環部32aから軸方向に伸びるように形成された複数の第2の突起部32bとを有している。第2の突起部32bは、磁石22の周方向には、この磁石22の外周面に沿うように湾曲している。
トルク検出部50は、ステアリングホイールに操舵トルクTが付与されておらず、トーションバー140に捩れが生じていない中立状態のときの磁気センサ40の出力値である基準値を記憶する記憶部51(図8参照)と、この記憶部51に記憶された基準値と磁気センサ40の出力値とに基づいて操舵トルクTに応じた電気信号(本実施の形態においては電圧信号)であるトルク信号を出力する出力部52(図8参照)とを備えている。
出力部52は、磁気センサ40から取得した値と記憶部51に記憶された基準値との差を演算するとともに、演算することにより得た値に応じた値であり、かつ相関関係がある2つの電圧信号である第1のトルク信号T1,第2のトルク信号T2を出力する。
図7においては、横軸に操舵トルクT、縦軸に第1のトルク信号T1の第1の電圧V1および第2のトルク信号T2の第2の電圧V2を示している。横軸は、操舵トルクTが零の状態、言い換えれば、トーションバー140の捩れ量が零の状態を中点にし、右方向の操舵トルクTをプラス、左方向の操舵トルクTをマイナスとしている。
そして、本実施の形態に係るトルク検出部50の出力部52は、図7に示すように、第1のトルク信号T1が示す第1の電圧V1および第2のトルク信号T2が示す第2の電圧V2が、最大電圧VHiと最小電圧VLoとの間で変化するように出力する。なお、最大電圧VHiは、トルク検出部50が第1のトルク信号T1,第2のトルク信号T2として出力可能な出力上限値よりわずかに低く、最小電圧VLoは、出力可能な出力下限値よりわずかに高く設定される。
さらに、操舵トルクTの変化に対する第1のトルク信号T1の変化の割合と第2のトルク信号T2の変化の割合(絶対値)は等しく、同じ操舵トルクTを示す第1のトルク信号T1の第1の電圧V1と第2のトルク信号T2の第2の電圧V2を合計した合計電圧が常に予め定められた所定電圧(2Vc)となる特性を有する。
図8は、ステアリング装置100のECU10の概略構成図である。
ECU10には、上述したトルク検出装置20からの出力信号、車速センサ(不図示)にて検出された車速が出力信号に変換された車速信号vなどが入力される。
そして、ECU10は、トルク検出装置20からの出力信号をトルク信号Tdに変換する変換部215と、変換部215から出力されたトルク信号Tdに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ160が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部220と、目標電流算出部220が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御などを行う制御部230とを有している。
モータ駆動制御部は、目標電流算出部220にて最終的に決定された目標電流と、モータ電流検出部にて検出された電動モータ160へ供給される実電流Imとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック(F/B)制御部(不図示)と、電動モータ160をPWM駆動するためのPWM(パルス幅変調)信号を生成するPWM信号生成部(不図示)とを有している。
モータ電流検出部は、モータ駆動部に接続されたシャント抵抗(不図示)の両端に生じる電圧から電動モータ160に流れる実電流Imの値を検出して、検出した実電流Imをモータ電流信号Ims(不図示)に変換して出力する。
フレーム14は、絶縁性樹脂によりインサート成形され、複数の導電線からなる配線パターンを有し、制御基板12とパワー基板13とを電気的に接続する。このフレーム14には、自動車などの乗り物に搭載されるバッテリや、この乗り物に搭載される各種の機器とのネットワーク(CAN)などに接続するための接続コネクタ16が取り付けられている(図1,図2参照)。
ヨーク30は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料の射出成形体である。つまり、ヨーク30は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形されている。磁性粉末は、Ni(ニッケル)が40重量%以上、残部がFe(鉄)の組成を有するFe−Ni合金である。
ヨーク30は、金属製のブラケット60とともに射出成形される。つまり、ヨーク30およびブラケット60は、金型内に挿入したブラケット60の周りに磁性粉末が混合(分散)されていない合成樹脂を注入するとともに、ヨーク30の部位には磁性粉末が混合(分散)された合成樹脂を注入する二色成形にて一体成形されている。これにより、第1のヨーク31、第2のヨーク32およびブラケット60は、一部品となった状態で、第2の回転軸130に固定されている。
すなわち、ヨーク30の第1のヨーク31の第1の円環部31aから軸方向に伸びるように形成された第1の突起部31bの外周側の部位31cは、先端部側から基端部側、すなわち第1の円環部31aの方へ行くに従って徐々に拡径している。他方、第1の突起部31bの内周側の部位31dの磁石22に対する距離は、先端部側から基端部側にかけて同じである。同様に、ヨーク30の第2のヨーク32の第2の円環部32aから軸方向に伸びるように形成された第2の突起部32bの外周側の部位32cは、先端部側から基端部側、すなわち第2の円環部32aの方へ行くに従って徐々に拡径している。他方、第2の突起部32bの内周側の部位32dの磁石22に対する距離は、先端部側から基端部側にかけて同じである。
例えば、トルク検出装置20が、ヨーク30の第1のヨーク31および第2のヨーク32それぞれの外側に、第1のヨーク31および第2のヨーク32それぞれに近接して配置され、第1のヨーク31および第2のヨーク32それぞれから磁束を誘導する一対の誘導部材を備えている場合には、この一対の誘導部材を、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形するとよい。射出成形することで一対の誘導部材を製造するのに必要な材料量を少なくすることができるとともに、形状の自由度も増すことが可能となる。
Claims (4)
- 2つの回転軸の相対角度を検出する相対角度検出装置であって、
前記2つの回転軸の一方の回転軸に設けられた硬磁性体と、
前記硬磁性体により形成される磁界内となるように前記2つの回転軸の他方の回転軸に設けられ、当該硬磁性体とともに磁気回路を形成する軟磁性体と、
前記磁気回路の磁束密度を検出する検出手段と、
を備え、
前記軟磁性体は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて成形されており、
前記軟磁性体は、前記硬磁性体の外形よりも大きな孔が内側に形成された円板状の円環部と、当該円環部における当該硬磁性体側の部位から前記一方の回転軸の軸方向に突出するように形成された突起部と、を有し、
前記突起部における外側の部位は、先端部側から前記円環部の方へ行くに従って徐々に拡径しているとともに、当該突起部における内側の部位は、前記硬磁性体に対する距離が当該先端部側から当該円環部にかけて同じであることを特徴とする相対角度検出装置。 - 前記軟磁性体の材料となる磁性粉末には、ニッケルが含まれていることを特徴とする請求項1に記載の相対角度検出装置。
- 前記軟磁性体の材料となる磁性粉末には、ニッケルが40%以上含まれていることを特徴とする請求項1に記載の相対角度検出装置。
- 同軸的に配置された2つの回転軸の一方の回転軸に設けられた硬磁性体と、当該硬磁性体により形成される磁界内となるように当該2つの回転軸の他方の回転軸に設けられ、当該硬磁性体とともに磁気回路を形成する軟磁性体と、当該磁気回路の磁束密度を検出する検出手段とを備え、当該軟磁性体は、当該硬磁性体の外形よりも大きな孔が内側に形成された円板状の円環部と、当該円環部における当該硬磁性体側の部位から当該一方の回転軸の軸方向に突出するように形成された突起部とを有し、当該突起部における外側の部位は、先端部側から当該円環部の方へ行くに従って徐々に拡径しているとともに、当該突起部における内側の部位は、当該硬磁性体に対する距離が当該先端部側から当該円環部にかけて同じであり、当該2つの回転軸の相対角度を検出する相対角度検出装置の製造方法であって、
前記軟磁性体は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形にて製造することを特徴とする相対角度検出装置の製造方法。
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