WO2021210125A1 - 検出ユニット、電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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WO2021210125A1
WO2021210125A1 PCT/JP2020/016709 JP2020016709W WO2021210125A1 WO 2021210125 A1 WO2021210125 A1 WO 2021210125A1 JP 2020016709 W JP2020016709 W JP 2020016709W WO 2021210125 A1 WO2021210125 A1 WO 2021210125A1
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rack shaft
groove
terminal
magnetic resistance
rack
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PCT/JP2020/016709
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English (en)
French (fr)
Inventor
上野　貴幸
Original Assignee
株式会社ショーワ
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices

Definitions

  • the present invention relates to a detection unit and an electric power steering device.
  • the electric power steering device described in Patent Document 1 has a rack shaft that steers a wheel by linear movement, and transmits a rotational operation force in one direction of the steering wheel as a rolling force in one direction of the wheel.
  • a rotation driving force in one direction is applied as a rolling force in one direction of the wheel via the mechanism and the transmission mechanism, and a rotational operation force in the one direction is applied to the steering wheel.
  • a control means for controlling the driving of the electric motor so as to generate the rotational driving force in one direction.
  • the control means reduces the rotational driving force of the electric motor in the one direction according to the displacement amount and the moving speed of the rack shaft even if the rotational operation force in the one direction is applied to the steering wheel. It is characterized by doing.
  • the rack shaft position detecting unit for detecting the position of the rack shaft described in Patent Document 1 detects the position of the rack shaft by using the rotation position of the electric motor grasped based on the output signal from the resolver. This is based on the fact that the rotational driving force of the electric motor is mechanically transmitted to the rack shaft via the reduction mechanism and the pinion shaft.
  • the position of the rack axis using a sensor, but in order to detect it with high accuracy, the structure of the sensor becomes complicated, and there is room for further improvement in terms of miniaturization and cost reduction. rice field.
  • An object of the present invention is to provide a detection unit or the like capable of detecting a displacement amount of a rack shaft with high accuracy while reducing the size.
  • One aspect is a rack shaft having rack teeth that mesh with a pinion that rotates in conjunction with a steering member, a groove that extends in a direction that is inclined with respect to the moving direction, a magnet that generates a magnetic field, and the moving direction.
  • the third magnetic resistance element has a resistance element, and the third magnetic resistance element is arranged between the first magnetic resistance element and the second magnetic resistance element, and the second magnetic resistance element is the third magnetic resistance element.
  • the rack shaft may have a plurality of surfaces parallel to the moving direction and the grooves recessed from the surface in the direction of the axis.
  • the rack shaft may have one surface parallel to the moving direction and one groove recessed from the surface in the direction of the axis.
  • the rack shaft may have the groove at a position different from that of the rack teeth in the moving direction.
  • the rack shaft may have two rack teeth and the groove between the two rack teeth.
  • the present invention it is possible to provide a detection unit or the like capable of detecting the displacement amount of the rack shaft with high accuracy while reducing the size.
  • FIG. 1 It is a figure which shows an example of the schematic structure of the electric power steering apparatus which concerns on 1st Embodiment. It is a figure which shows an example of the schematic structure when the rack axis is seen in the direction orthogonal to the axial direction. It is a figure which shows an example of the cross-sectional view of the rack shaft, and an example of the schematic structure of a magnet and a detection device. It is a figure which shows an example of the schematic structure of the detection device. It is a figure which shows the positional relationship with the detection unit when the rack axis moves from a reference position to one side. It is a figure which shows the positional relationship between a rack shaft and an element group when a rack shaft is located at the most one end end in a moving area.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the electric power steering device 1 according to the first embodiment.
  • the electric power steering device (hereinafter, may be simply referred to as “steering device”) 1 is a steering device for arbitrarily changing the traveling direction of the vehicle, and is applied to an automobile as an example of the vehicle in the present embodiment. The configuration is illustrated. Note that FIG. 1 is a view of the automobile as viewed from the front.
  • the steering device 1 includes a steering wheel 11 operated by the driver to change the traveling direction of the automobile, and a steering shaft 12 integrally provided on the steering wheel 11. Further, the steering device 1 includes an upper connecting shaft 13 connected to the steering shaft 12 via a universal joint 13a, and a lower connecting shaft 18 connected to the upper connecting shaft 13 via a universal joint 13b. .. The lower connecting shaft 18 rotates in conjunction with the rotation of the steering wheel 11.
  • the steering device 1 includes a tie rod 14 connected to each of the left and right front wheels 2 as a rolling wheel, and a rack shaft 15 connected to the tie rod 14.
  • the rack teeth 15a formed on the rack shaft 15 and the pinion 18a formed on the lower connecting shaft 18 form a rack and pinion mechanism.
  • the steering device 1 has a gear box 17 that covers the rack teeth 15a and the pinion 18a. Inside the gear box 17, a torque sensor 19 is provided that detects the steering torque applied to the steering wheel 11 based on the amount of twist of the lower connecting shaft 18. Further, the steering device 1 includes an electric motor 20 supported by the gear box 17 and a reduction mechanism 21 that reduces the driving force of the electric motor 20 and transmits it to the lower connecting shaft 18. Further, the steering device 1 includes a detection unit 200 that detects a displacement amount of the rack shaft 15.
  • the steering device 1 includes a control device 100 that controls the operation of the electric motor 20.
  • the control device 100 is an arithmetic logic operation circuit including a CPU, ROM, RAM, and the like.
  • the output signals from the torque sensor 19 and the detection unit 200 described above are input to the control device 100.
  • the control device 100 includes a target current calculation unit (not shown) that calculates a target current to be supplied to the electric motor 20 by using the steering torque detected by the torque sensor 19 and the displacement amount of the rack shaft 15 detected by the detection unit 200. It also has a control unit (not shown) that performs feedback control and the like based on the target current calculated by the target current calculation unit.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic configuration when the rack shaft 15 is viewed in a direction orthogonal to the axial direction.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a cross-sectional view of the rack shaft 15 and an example of a schematic configuration of the magnet 210 and the detection device 220.
  • the cross-sectional view of the rack shaft 15 is a cross-sectional view of part III of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the detection device 220.
  • the detection unit 200 includes a rack shaft 15, a magnet 210, and a detection device 220.
  • the magnet 210 and the detection device 220 are fixed to the gear box 17.
  • the rack shaft 15 is a columnar member.
  • the rack shaft 15 has a surface 150 parallel to the moving direction, which is formed by cutting a part of the outer peripheral surface at a position different from the rack teeth 15a in the moving direction.
  • FIG. 2 is a view of the surface 150 viewed in a direction orthogonal to the surface 150 (hereinafter, may be referred to as an “orthogonal direction”).
  • the rack shaft 15 has a first groove 151 and a second groove 152 which are two grooves formed so as to be recessed from the surface 150 toward the axis.
  • the first groove 151 and the second groove 152 are formed by cutting so as to extend in a direction inclined with respect to the moving direction.
  • the first groove 151 and the second groove 152 are formed in parallel so as to separate a predetermined distance, and an intermediate surface 155 is formed between the first groove 151 and the second groove 152. As shown in FIG. 2, the intermediate surface 155 is formed so as to form a diagonal line of the rectangular surface 150. It can be exemplified that the positions of the surface 150, the first groove 151, and the second groove 152 in the moving direction are one side or the other side of the rack tooth 15a.
  • the magnet 210 is arranged so that the north pole or the south pole faces the direction of the rack axis 15 to generate a magnetic field.
  • the magnet 210 is provided on the side opposite to the rack shaft 15 with respect to the detection device 220.
  • the magnet 210 is arranged close to the rack shaft 15 so that the generated magnetic field reaches the surface 150, the first groove 151, and the second groove 152 of the rack shaft 15.
  • the magnet 210 is a permanent magnet containing a material such as ferrite, samarium cobalt, and neodymium. Note that FIG. 3 shows an example in which the north pole is oriented in the direction of the rack shaft 15.
  • the detection device 220 includes a power supply 230, an element group 240 having four magnetoresistive elements that change the resistance value according to the magnetic flux density accompanying the relative movement of the rack shaft 15, and two output terminals.
  • the first terminal 251 and the second terminal 252 are provided.
  • the detection device 220 includes a calculation unit 260 that calculates the displacement amount of the rack shaft 15 using the output values from the first terminal 251 and the second terminal 252.
  • the power supply 230 has a first potential terminal 231 having a first potential and a second potential terminal 232 having a second potential.
  • the power supply 230 supplies the detection device 220 with the potential difference between the first potential and the second potential as the power supply voltage.
  • FIG. 4 illustrates a case where the first potential is higher than the second potential.
  • the second potential may be the ground potential.
  • the element group 240 is a first element arranged in series in a direction intersecting the moving direction of the rack shaft 15 and electrically connected in series between the first potential terminal 231 and the second potential terminal 232. It includes 241 and a second element 242. Further, the element groups 240 are arranged in series in a direction intersecting the moving direction of the rack shaft 15, and are electrically connected in series between the first potential terminal 231 and the second potential terminal 232. It includes a three-element 243 and a fourth element 244.
  • the first element 241 and the second element 242, the third element 243, and the fourth element 244 are magnetic resistance elements that measure the magnitude of the magnetic field by utilizing the magnetoresistive effect, respectively. Further, for each element, for example, as the magnitude of the magnetic flux density of the input magnetic field increases, the resistance value also increases. As each element, for example, it can be exemplified that a semiconductor magnetoresistive element containing a group III-V compound semiconductor material is included in the magnetically sensitive region.
  • the first element 241 is connected between the first potential terminal 231 and the first terminal 251 and the second element 242 is connected between the first terminal 251 and the second potential terminal 232.
  • the first terminal 251 outputs a voltage obtained by dividing the power supply voltage by the first element 241 and the second element 242.
  • the third element 243 is connected between the first potential terminal 231 and the second potential terminal 252, and the fourth element 244 is connected between the second terminal 252 and the second potential terminal 232.
  • the second terminal 252 outputs a voltage obtained by dividing the power supply voltage by the third element 243 and the fourth element 244.
  • the third element 243 is arranged between the first element 241 and the second element 242 in a direction intersecting the moving direction of the rack shaft 15, and the second element 242 is arranged. It is arranged between the third element 243 and the fourth element 244. Then, for example, as shown in FIGS. 2 and 4, when the fourth element 244 is located at the deepest portion 152a of the second groove 152 when viewed in the orthogonal direction, the third element 243 is located on the intermediate surface 155.
  • the first element 241 and the second element 242, the third element 243, and the fourth element 244 are arranged at equal intervals so as to face each other.
  • the time when the position of the rack shaft 15 with respect to the element group 240 is the position shown in FIG. 2 is defined as the reference position of the rack shaft 15. When the steering angle of the steering wheel 11 is 0, it is in the reference position of the rack shaft 15.
  • the distance between the magnet 210 and the surface 150 (intermediate surface 155) is the minimum distance between the magnet 210 and the rack shaft 15 in FIG.
  • the region between the magnet 210 and the surface 150 is the region where the maximum value of the change in the magnetic flux density is obtained. Therefore, as shown in FIG. 4, when the third element 243 is located in the region where the maximum value is obtained, the resistance value of the third element 243 is the maximum value in the range in which the resistance value changes according to the input magnetic flux density. It becomes.
  • the distance between the magnet 210 and the deepest portion 151a of the first groove 151 and the deepest portion 152a of the second groove 152 is larger than the distance between the magnet 210 and the surface 150.
  • the region between the magnet 210 and the deepest portion 151a of the first groove 151 and the deepest portion 152a of the second groove 152 becomes a region that can be the minimum value of the change in the magnetic flux density. Therefore, as shown in FIG. 4, when the fourth element 244 is located in the region where the minimum value can be obtained, the resistance value of the fourth element 244 is the minimum value in the range in which the resistance value changes according to the input magnetic flux density. It becomes. As a result, at the position of the rack shaft 15 shown in FIG. 4, the detection device 220 outputs the minimum value in the voltage change range obtained by dividing the power supply voltage from the second terminal 252.
  • the first element 241 is located between the surface 150 and the deepest portion 151a of the first groove 151
  • the second element 242 is located between the surface 150 and the deepest portion 152a of the second groove 152.
  • the magnetic flux density of the first element 241 and the second element 242 is an intermediate magnetic flux density between the magnetic flux density of the third element 243 and the magnetic flux density of the fourth element 244. Therefore, the resistance values of the first element 241 and the second element 242 are each in the middle of the range of change in the resistance value.
  • the first element 241 and the second element 242, the third element 243 and the fourth element 244 are magnetoresistive elements having the same initial resistance value with respect to a zero magnetic field and the same rate of change of resistance with respect to a magnetic flux density. ..
  • the detection device 220 outputs an intermediate value of the power supply voltage from the first terminal 251.
  • the magnetic flux density input to each element depends on the positions of the surface 150, the first groove 151, and the second groove 152 of the rack shaft 15.
  • the voltage increases or decreases, and the voltage output from the first terminal 251 and the second terminal 252 also increases or decreases.
  • FIG. 5 is a diagram showing a positional relationship with the detection unit 200 when the rack shaft 15 moves from the reference position to one side (left side in FIG. 2).
  • FIG. 5 illustrates a case where the rack shaft 15 is moved to one side so that the second element 242 is located at the deepest portion 152a of the second groove 152 when viewed in the orthogonal direction.
  • the first element 241 faces the surface 150.
  • the resistance value of the first element 241 becomes the maximum value in the range in which the resistance value changes according to the input magnetic flux density
  • the resistance value of the second element 242 becomes. It is the minimum value in the range where the resistance value changes according to the input magnetic flux density.
  • the detection device 220 outputs the minimum value in the change range of the voltage obtained by dividing the power supply voltage from the first terminal 251.
  • the third element 243 and the fourth element 244 are located between the surface 150 and the deepest portion 152a of the second groove 152, respectively. Therefore, the magnetic flux density of the third element 243 and the fourth element 244 is an intermediate magnetic flux density between the magnetic flux density of the first element 241 and the magnetic flux density of the second element 242. Therefore, the resistance values of the third element 243 and the fourth element 244 are each in the middle of the range of change of the resistance value. As a result, the detection device 220 outputs an intermediate value of the power supply voltage from the second terminal 252.
  • FIG. 6 and 7 show the positions of the rack shaft 15 and the element group 240 when the rack shaft 15 is located at the most one end (hereinafter, may be referred to as “one end”) in the moving region. It is a figure which shows the relationship.
  • FIG. 6 is a view seen in the orthogonal direction
  • FIG. 7 is a view seen in the moving direction.
  • the third element 243 is located at the deepest portion 152a of the second groove 152 when viewed in the orthogonal direction.
  • the fourth element 244 faces the surface 150.
  • the resistance value of the fourth element 244 becomes the maximum value in the range in which the resistance value changes according to the input magnetic flux density
  • the resistance value of the third element 243 becomes the resistance value according to the input magnetic flux density. Is the minimum value in the range where As a result, the detection device 220 outputs the maximum value in the change range of the voltage obtained by dividing the power supply voltage from the second terminal 252.
  • the detection device 220 outputs an intermediate value of the power supply voltage from the first terminal 251.
  • FIG. 8 is a diagram showing a positional relationship with the detection unit 200 when the rack shaft 15 moves from the reference position to the other side (right side in FIG. 2).
  • FIG. 8 illustrates a case where the rack shaft 15 is moved to the other side so that the first element 241 is located at the deepest portion 151a of the first groove 151 when viewed in the orthogonal direction.
  • the second element 242 faces the surface 150.
  • the resistance value of the second element 242 becomes the maximum value in the range in which the resistance value changes according to the input magnetic flux density
  • the resistance value of the first element 241 is It is the minimum value in the range where the resistance value changes according to the input magnetic flux density.
  • the detection device 220 outputs the maximum value in the change range of the voltage obtained by dividing the power supply voltage from the first terminal 251.
  • the third element 243 is located between the surface 150 and the deepest portion 151a of the first groove 151
  • the fourth element 244 is located between the surface 150 and the deepest portion 152a of the second groove 152.
  • the third element 243 and the fourth element 244 have a magnetic flux density intermediate between the magnetic flux density of the first element 241 and the magnetic flux density of the second element 242. Therefore, the resistance values of the third element 243 and the fourth element 244 are each in the middle of the range of change of the resistance value.
  • the detection device 220 outputs an intermediate value of the power supply voltage from the second terminal 252.
  • FIG. 9 and 10 show the positions of the rack shaft 15 and the element group 240 when the rack shaft 15 is located at the farthest end of the moving region (hereinafter, may be referred to as “the other end”). It is a figure which shows the relationship.
  • FIG. 9 is a view seen in the orthogonal direction
  • FIG. 10 is a view seen in the moving direction.
  • the third element 243 is located at the deepest portion 151a of the first groove 151 when viewed in the orthogonal direction.
  • the fourth element 244 faces the surface 150.
  • the resistance value of the fourth element 244 becomes the maximum value in the range in which the resistance value changes according to the input magnetic flux density
  • the resistance value of the third element 243 becomes the resistance value according to the input magnetic flux density. Is the minimum value in the range where As a result, the detection device 220 outputs the maximum value in the change range of the voltage obtained by dividing the power supply voltage from the second terminal 252.
  • the first element 241 and the second element 242 are located between the surface 150 and the deepest portion 151a of the first groove 151, respectively. Therefore, the magnetic flux density of the first element 241 and the second element 242 is an intermediate magnetic flux density between the magnetic flux density of the third element 243 and the magnetic flux density of the fourth element 244. Therefore, the resistance values of the first element 241 and the second element 242 are each in the middle of the range of change in the resistance value. As a result, the detection device 220 outputs an intermediate value of the power supply voltage from the first terminal 251.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of detection signals output from each of the first terminal 251 and the second terminal 252.
  • the signal output from the first terminal 251 becomes a sinusoidal signal and is output from the second terminal 252.
  • the signal to be generated becomes a cosine wave signal.
  • the calculation unit 260 calculates a value according to the amount of displacement of the rack shaft 15 from the reference position by obtaining the inverse tangent from the voltage of the signal output from the first terminal 251 and the second terminal 252. Then, the calculation unit 260 outputs a signal indicating the calculated displacement amount of the rack shaft 15 to the control device 100.
  • the detection unit 200 has rack teeth 15a that mesh with a pinion 18a as an example of a pinion that rotates in conjunction with a steering wheel 11 as an example of a steering member, and a direction that is inclined with respect to a moving direction.
  • a rack shaft 15 having a first groove 151 and a second groove 152 as an example of an extending groove, a magnet 210, and a detection device 220 are provided.
  • the detection devices 220 are arranged in a direction intersecting the moving direction, and are electrically connected in series between the first potential terminal 231 of the first potential and the second potential terminal 232 of the second potential.
  • first element 241 as an example of one magnetoresistive element and a second element 242 as an example of a second magnetoresistive element.
  • the detection devices 220 are arranged in a direction intersecting the moving direction, and are electrically connected in series between the first potential terminal 231 of the first potential and the second potential terminal 232 of the second potential.
  • It has a third element 243 as an example of a third magnetoresistive element and a fourth element 244 as an example of a fourth magnetoresistive element.
  • the third element 243 is arranged between the first element 241 and the second element 242, the second element 242 is arranged between the third element 243 and the fourth element 244, and the detection device 220 , The change in the magnetic flux density accompanying the movement of the first groove 151 and the second groove 152 is detected.
  • the detection unit 200 is different from the configuration in which the displacement amount of the rack shaft 15 is indirectly grasped by using, for example, the rotation position of the electric motor 20, and the detection device 220 is formed in the rack shaft 15 in the first groove 151 and the second groove.
  • the displacement amount of the rack shaft 15 is directly detected by detecting the change in the magnetic flux density accompanying the movement of the groove 152. Therefore, according to the detection unit 200, the displacement amount of the rack shaft 15 can be detected with high accuracy.
  • the detection unit 200 since the detection unit 200 only includes a magnet 210, a detection device 220, and the like in addition to the rack shaft 15, the size can be reduced.
  • the detection device 220 can be miniaturized by integrally integrating the power supply 230, the element group 240, the first terminal 251 and the second terminal 252, and the calculation unit 260 into an IC.
  • first groove 151 and the second groove 152 form an intermediate surface 155 between the first groove 151 and the second groove 152 so as to form a diagonal line of a rectangular surface 150. Therefore, even if the moving distance of the rack shaft 15 is as large as 100 (mm), it can be obtained by calculating using the displacement amount of the rack shaft 15 and the output voltages from the first terminal 251 and the second terminal 252. It is possible to uniquely determine the value that can be generated. Further, the rack shaft 15 has a surface 150, a first groove 151, and a second groove 152 at positions different from those of the rack teeth 15a in the moving direction.
  • the rigidity of the rack shaft 15 is increased as compared with a configuration in which the surface 150, the first groove 151, and the second groove 152 are provided on the opposite side of the rack teeth 15a at the same positions as the rack teeth 15a in the moving direction. Can be done.
  • the detection unit 300 corresponding to the detection unit 200 is different from the steering device 1 according to the first embodiment.
  • the points different from the steering device 1 according to the first embodiment will be described, and those having the same function as the steering device 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. ..
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of a schematic configuration when the rack shaft 25 is viewed in a direction orthogonal to the axial direction.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a cross-sectional view of the rack shaft 25 and an example of a schematic configuration of the magnet 210 and the detection device 320.
  • the detection unit 300 includes a rack shaft 25 corresponding to the rack shaft 15, a magnet 210, and a detection device 320 corresponding to the detection device 220.
  • the rack shaft 25 has a surface 250 parallel to the moving direction, which is formed by cutting a part of the outer peripheral surface at a position different from the rack teeth 15a in the moving direction. Further, as shown in FIG.
  • the rack shaft 25 has a groove 253 which is a groove formed so as to be recessed from the surface 250 toward the axis.
  • the groove 253 is formed by cutting so as to extend in a direction inclined with respect to the moving direction.
  • the groove 253 is formed so as to form a diagonal line of the surface 250 formed in a rectangular shape.
  • the detection device 320 includes a power supply 230, an element group 340 having four magnetoresistive elements, two output terminals, an output first terminal 351 and an output second terminal 352, an output first terminal 351 and an output second terminal. It is provided with a calculation unit 360 that calculates the displacement amount of the rack shaft 25 using the output value from 352.
  • the element group 340 is a magnetoresistive element arranged in series in a direction intersecting the moving direction of the rack shaft 25 and electrically connected in series between the first potential terminal 231 and the second potential terminal 232.
  • the first element 341 and the second element 342 are provided.
  • the element group 340 is a magnetoresistive element arranged in a direction intersecting the moving direction of the rack shaft 25 and electrically connected in series between the first potential terminal 231 and the second potential terminal 232.
  • the third element 343 and the fourth element 344 are provided.
  • FIG. 13 shows a state in which the second element 342 is located at the deepest portion 253a of the groove 253 and the first element 341 is located at a position facing the surface 250. In such a state, the third element 343 and the fourth element 344 are located between the surface 250 and the deepest portion 253a of the groove 253, respectively.
  • the device 320 outputs the minimum value in the change range of the voltage obtained by dividing the power supply voltage from the output first terminal 351 and outputs the intermediate value of the power supply voltage from the output second terminal 352.
  • the detection device 320 outputs an intermediate value of the power supply voltage from the output first terminal 351 and outputs the maximum value in the voltage change range obtained by dividing the power supply voltage from the output second terminal 352.
  • the detection device 320 outputs an intermediate value of the power supply voltage from the output first terminal 351 and outputs the minimum value in the voltage change range obtained by dividing the power supply voltage from the output second terminal 352.
  • the output first terminal The signal output from 351 becomes a cosine wave signal, and the signal output from the output second terminal 352 becomes a sine wave signal.
  • the rack shaft 25 has moved to one side until the first element 341 is located at the deepest portion 253a of the groove 253 and the second element 342 is located at a position facing the surface 250.
  • the third element 343 is located between the surface 250 and the deepest portion 253a of the groove 253.
  • the fourth element 344 is positioned so as to face the surface 250.
  • the detection device 320 outputs an intermediate value of the power supply voltage from the output first terminal 351 and outputs a value smaller than the maximum value in the change range of the voltage obtained by dividing the power supply voltage and larger than the intermediate value. , Output Output from the second terminal 352.
  • the calculation unit 360 calculates the amount of displacement of the rack shaft 25 from the reference position using the relationship with the voltage of the signal output by the output first terminal 351 and the output second terminal 352.
  • the calculation unit 360 outputs using a map created in advance and stored in the ROM based on the correlation between the output voltage of the output first terminal 351 and the output second terminal 352 and the displacement amount of the rack shaft 25. It can be exemplified that the displacement amount of the rack shaft 25 according to the output voltage of the first terminal 351 and the output second terminal 352 is derived.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the steering device 3 according to the third embodiment.
  • the steering device 3 according to the third embodiment is different from the steering device 1 according to the first embodiment in that it is a so-called double pinion type (dual pinion type) electric power steering device. Further, the steering device 3 is different from the detection unit 400 corresponding to the detection unit 200.
  • the points different from the steering device 1 according to the first embodiment will be described, and those having the same function as the steering device 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. ..
  • the steering device 3 includes a pinion shaft 30 on which a pinion 30a is formed, and the driving force of the electric motor 20 is transmitted to the pinion shaft 30 via the reduction mechanism 21.
  • the detection unit 400 includes a rack shaft 35 corresponding to the rack shaft 15, a magnet 210, and a detection device 220.
  • the rack shaft 35 has a rack tooth 35a formed at a position corresponding to the pinion 18a of the lower connecting shaft 18 and a rack tooth 35b formed at a position corresponding to the pinion 30a of the pinion shaft 30.
  • the rack shaft 35 has a surface 150, a first groove 151, and a second groove 152 between the rack teeth 35a and the rack teeth 35b.
  • the magnet 210 and the detection device 220 are fixed to a portion of the gear box 17 between the lower connecting shaft 18 and the pinion shaft 30.
  • the surface 150, the first groove 151, and the second groove 152 are formed between the rack teeth 35a and the rack teeth 35b on the rack shaft 35, and the magnet 210 and the magnet 210 and the second groove 152 are formed between the rack teeth 35a and the rack teeth 35b.
  • the detection device 220 is arranged between the lower connecting shaft 18 and the pinion shaft 30 to detect the displacement amount of the rack shaft 35. Therefore, for example, the surface 150, the first groove 151, and the second groove 152 are formed on one side of the rack teeth 35a on the rack shaft 35, and the magnet 210 and the detection device 220 are formed on one side of the lower connecting shaft 18.
  • the size in the width direction of the vehicle can be made smaller than the configuration in which the rack shaft 35 is arranged on the side to detect the displacement amount of the rack shaft 35. Further, for example, the surface 150, the first groove 151, and the second groove 152 are formed on the other side of the rack tooth 35b on the rack shaft 35, and the magnet 210 and the detection device 220 are on the other side of the pinion shaft 30. The size in the width direction of the vehicle can be made smaller than the configuration in which the rack shaft 35 is arranged to detect the displacement amount of the rack shaft 35.

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Abstract

検出ユニットは、操舵部材に連動して回転するピニオンと噛み合うラック歯と、移動方向に対して傾斜する方向に延びる溝とを有するラック軸と、磁場を発生させる磁石と、移動方向に対して交差する方向に配列され、第１電位と第２電位との間に電気的に直列に接続された、第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子と、第３磁気抵抗素子および第４磁気抵抗素子と、を有し、第３磁気抵抗素子は、第１磁気抵抗素子と第２磁気抵抗素子との間に配置され、第２磁気抵抗素子は、第３磁気抵抗素子と第４磁気抵抗素子との間に配置され、溝の移動に伴う磁束密度の変化を検出する検出装置と、を備える。

Description

検出ユニット、電動パワーステアリング装置
　本発明は、検出ユニット、電動パワーステアリング装置に関する。
　近年、ラック軸の変位量を用いて電動モータの回転駆動力を制御する技術が提案されている。
　例えば、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置は、直線移動によって車輪を転舵させるラック軸を有し、ステアリングホイールの一方方向の回転操作力を当該車輪の一方方向の転動力として伝達する伝達機構と、前記伝達機構を介して、一方方向の回転駆動力が前記車輪の一方方向の転動力として加えられる電動モータと、前記ステアリングホイールに対して前記一方方向の回転操作力が加えられた場合に前記一方方向の回転駆動力を生じるように前記電動モータの駆動を制御する制御手段と、を備える。そして、前記制御手段は、前記一方方向の回転操作力が前記ステアリングホイールに加えられたとしても、前記ラック軸の変位量および移動速度に応じて前記電動モータの前記一方方向の回転駆動力を減少することを特徴とする。
特開２０１５－１２３８０７号公報
　特許文献１に記載されたラック軸の位置を検出するラック軸位置検出部は、レゾルバからの出力信号を基に把握した電動モータの回転位置を用いて、ラック軸の位置を検出する。これは、減速機構およびピニオンシャフトを介して電動モータの回転駆動力が機械的にラック軸に伝達されることに基づくものである。しかしながら、ピニオンシャフトに形成されたピニオンと、ラック軸に形成されたラック歯との間にはあそびが設けられていること等により、精度高く検出するという点で、さらなる改善の余地があった。また、センサを用いてラック軸の位置を検出することも考えられるが、精度高く検出するためには、センサの構造が複雑になり、小型化や低廉化という点で、さらなる改善の余地があった。
　本発明は、小型化を図りつつ、精度高くラック軸の変位量を検出することができる検出ユニット等を提供することを目的とする。
　１つの態様は、操舵部材に連動して回転するピニオンと噛み合うラック歯と、移動方向に対して傾斜する方向に延びる溝とを有するラック軸と、磁場を発生させる磁石と、前記移動方向に対して交差する方向に配列され、第１電位と第２電位との間に電気的に直列に接続された、第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子と、第３磁気抵抗素子および第４磁気抵抗素子と、を有し、前記第３磁気抵抗素子は、前記第１磁気抵抗素子と前記第２磁気抵抗素子との間に配置され、前記第２磁気抵抗素子は、前記第３磁気抵抗素子と前記第４磁気抵抗素子との間に配置され、前記溝の移動に伴う磁束密度の変化を検出する検出装置と、を備える検出ユニットである。
　ここで、前記ラック軸は、前記移動方向に平行な面と、前記面から軸心の方向に凹む前記溝を複数有していても良い。
　あるいは、前記ラック軸は、前記移動方向に平行な面と、前記面から軸心の方向に凹む前記溝を１つ有していても良い。
　また、前記ラック軸は、前記溝を、前記移動方向において、前記ラック歯とは異なる位置に有していても良い。
　また、前記ラック軸は、前記ラック歯を２つ有し、前記溝を２つの前記ラック歯の間に有していても良い。
　本開示の他の態様は、上記態様の検出ユニットを備える電動パワーステアリング装置である。
　本発明によれば、小型化を図りつつ、精度高くラック軸の変位量を検出することができる検出ユニット等を提供することができる。
第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成の一例を示す図である。 ラック軸を、軸方向に対して直交する方向に見た場合の概略構成の一例を示す図である。 ラック軸の断面図の一例と、磁石および検出装置の概略構成の一例を示す図である。 検出装置の概略構成の一例を示す図である。 ラック軸が基準位置から一方側に移動した場合の、検出ユニットとの位置関係を示す図である。 ラック軸が移動領域における最も一方側の端部に位置するときのラック軸と素子群との位置関係を示す図である。 ラック軸が移動領域における最も一方側の端部に位置するときのラック軸と素子群との位置関係を示す図である。 ラック軸が基準位置から他方側に移動した場合の、検出ユニットとの位置関係を示す図である。 ラック軸が移動領域における最も他方側の端部に位置するときのラック軸と素子群との位置関係を示す図である。 ラック軸が移動領域における最も他方側の端部に位置するときのラック軸と素子群との位置関係を示す図である。 第１端子および第２端子それぞれから出力される検出信号の一例を示す図である。 ラック軸を、軸方向に対して直交する方向に見た場合の概略構成の一例を示す図である。 ラック軸の断面図の一例と、磁石および検出装置の概略構成の一例を示す図である。 第３の実施形態に係るステアリング装置の概略構成の一例を示す図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
　図１は、第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の概略構成の一例を示す図である。
　電動パワーステアリング装置（以下、単に「ステアリング装置」と称する場合もある。）１は、車両の進行方向を任意に変えるためのかじ取り装置であり、本実施の形態においては車両の一例として自動車に適用した構成を例示している。なお、図１は、自動車を前方から見た図である。
　ステアリング装置１は、自動車の進行方向を変えるために運転者が操作するステアリングホイール１１と、ステアリングホイール１１に一体的に設けられたステアリングシャフト１２とを備えている。また、ステアリング装置１は、ステアリングシャフト１２と自在継手１３ａを介して連結された上部連結シャフト１３と、この上部連結シャフト１３と自在継手１３ｂを介して連結された下部連結シャフト１８とを備えている。下部連結シャフト１８は、ステアリングホイール１１の回転に連動して回転する。
　ステアリング装置１は、転動輪としての左右の前輪２それぞれに連結されたタイロッド１４と、タイロッド１４に連結されたラック軸１５とを備えている。ラック軸１５に形成されたラック歯１５ａと、下部連結シャフト１８に形成されたピニオン１８ａとがラック・ピニオン機構を構成する。ラック軸１５が図１における左右方向に移動することにより、左右の前輪２を転動させる。以下では、ラック軸１５が移動する方向を「移動方向」と称する場合がある。
　ステアリング装置１は、ラック歯１５ａやピニオン１８ａを覆うギヤボックス１７を有している。ギヤボックス１７の内部には、下部連結シャフト１８の捩れ量に基づいて、ステアリングホイール１１に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサ１９が設けられている。
　また、ステアリング装置１は、ギヤボックス１７に支持された電動モータ２０と、電動モータ２０の駆動力を減速して下部連結シャフト１８に伝達する減速機構２１とを備えている。
　また、ステアリング装置１は、ラック軸１５の変位量を検出する検出ユニット２００を備えている。
　また、ステアリング装置１は、電動モータ２０の作動を制御する制御装置１００を備えている。制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる算術論理演算回路である。制御装置１００には、上述したトルクセンサ１９や検出ユニット２００からの出力信号が入力される。制御装置１００は、トルクセンサ１９が検出した操舵トルクや、検出ユニット２００が検出したラック軸１５の変位量を用いて電動モータ２０に供給する目標電流を算出する目標電流算出部（不図示）と、目標電流算出部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（不図示）とを有している。
（検出ユニット２００）
　図２は、ラック軸１５を、軸方向に対して直交する方向に見た場合の概略構成の一例を示す図である。
　図３は、ラック軸１５の断面図の一例と、磁石２１０および検出装置２２０の概略構成の一例を示す図である。ラック軸１５の断面図は、図２のIII部の断面である。
　図４は、検出装置２２０の概略構成の一例を示す図である。
　検出ユニット２００は、ラック軸１５と、磁石２１０と、検出装置２２０と、を備えている。磁石２１０と検出装置２２０とは、ギヤボックス１７に固定されている。
　ラック軸１５は、円柱状の部材である。ラック軸１５は、移動方向においてラック歯１５ａと異なる位置に、外周面の一部が切削されることにより成形された、移動方向に平行な面１５０を有している。図２は、面１５０を、面１５０に直交する方向（以下、「直交方向」と称する場合がある。）に見た図である。
　また、ラック軸１５は、図３に示すように、面１５０から軸心の方へ凹むように形成された２つの溝である第１溝１５１および第２溝１５２を有している。第１溝１５１および第２溝１５２は、図２に示すように、移動方向に対して傾斜する方向に延びるように切削にて形成されている。第１溝１５１と第２溝１５２とは、予め定められた距離を隔てるように平行に形成されており、第１溝１５１と第２溝１５２との間に中間面１５５を形成する。中間面１５５は、図２に示すように、長方形に形成された面１５０の対角線をなすように形成されている。
　移動方向における、面１５０、第１溝１５１および第２溝１５２の位置は、ラック歯１５ａよりも一方側または他方側であることを例示することができる。
　磁石２１０は、Ｎ極またはＳ極がラック軸１５の方向を向くように配置されて、磁場を発生させる。磁石２１０は、検出装置２２０に対して、ラック軸１５とは反対側に設けられる。磁石２１０は、ラック軸１５の面１５０、第１溝１５１および第２溝１５２に対して、発生させた磁場が届く程度に、ラック軸１５に近接して配置されている。磁石２１０は、フェライト、サマリウムコバルト、およびネオジム等の材料を含む永久磁石であることを例示することができる。なお、図３には、Ｎ極がラック軸１５の方向を向いている例を示している。
　検出装置２２０は、図４に示すように、電源２３０と、ラック軸１５の相対移動に伴う磁束密度に応じて抵抗値を変化させる４つの磁気抵抗素子を有する素子群２４０と、２つの出力端子である第１端子２５１および第２端子２５２と、を備えている。また、検出装置２２０は、第１端子２５１および第２端子２５２からの出力値を用いてラック軸１５の変位量を演算する演算部２６０を備えている。
　電源２３０は、第１電位の第１電位端子２３１と、第２電位の第２電位端子２３２とを有している。電源２３０は、第１電位と第２電位の電位差を電源電圧として、検出装置２２０に供給する。図４は、第１電位が第２電位よりも高電位である場合を例示している。なお、第２電位は、接地電位であっても良い。
　素子群２４０は、ラック軸１５の移動方向に対して交差する方向に直列に配列され、第１電位端子２３１と第２電位端子２３２との間に電気的に直列に接続された、第１素子２４１および第２素子２４２を備えている。また、素子群２４０は、ラック軸１５の移動方向に対して交差する方向に直列に配列され、第１電位端子２３１と第２電位端子２３２との間に電気的に直列に接続された、第３素子２４３および第４素子２４４を備えている。
　第１素子２４１、第２素子２４２、第３素子２４３および第４素子２４４は、それぞれ、磁気抵抗効果を利用して磁場の大きさを計測する磁気抵抗素子である。また、各素子は、例えば、入力する磁場の磁束密度の大きさが増加すると、抵抗値も増加する。各素子としては、例えばIII－Ｖ族化合物半導体材料を含む半導体磁気抵抗素子を感磁領域に含んだものであることを例示することができる。
　第１素子２４１は、第１電位端子２３１と第１端子２５１との間に接続され、第２素子２４２は、第１端子２５１と第２電位端子２３２との間に接続されている。かかる構成により、第１端子２５１は、第１素子２４１と第２素子２４２とによって電源電圧を分圧した電圧を出力する。
　第３素子２４３は、第１電位端子２３１と第２端子２５２との間に接続され、第４素子２４４は、第２端子２５２と第２電位端子２３２との間に接続されている。かかる構成により、第２端子２５２は、第３素子２４３と第４素子２４４とによって電源電圧を分圧した電圧を出力する。
　また、素子群２４０においては、ラック軸１５の移動方向に対して交差する方向に、第３素子２４３は、第１素子２４１と第２素子２４２との間に配置され、第２素子２４２は、第３素子２４３と第４素子２４４との間に配置されている。そして、例えば、図２および図４に示すように、直交方向に見た場合に、第４素子２４４が第２溝１５２の最深部１５２ａに位置する場合に、第３素子２４３が中間面１５５に対向するように、第１素子２４１、第２素子２４２、第３素子２４３および第４素子２４４が、等間隔に配置されている。以下、素子群２４０に対するラック軸１５の位置が図２に示す位置であるときを、ラック軸１５の基準位置とする。ステアリングホイール１１の操舵角が０であるときに、ラック軸１５の基準位置にある。
　磁石２１０がラック軸１５に対向するので、図４において、磁石２１０と面１５０（中間面１５５）との間の距離が、磁石２１０とラック軸１５との間の最小距離となる。これにより、磁石２１０と面１５０との間の領域は、磁束密度の変化のうち最大値となる領域である。したがって、図４のように、この最大値となる領域に第３素子２４３が位置することにより、第３素子２４３の抵抗値は、入力する磁束密度に応じて抵抗値が変化する範囲において最大値となる。
　一方、磁石２１０と、第１溝１５１の最深部１５１ａおよび第２溝１５２の最深部１５２ａとの間の距離は、磁石２１０と面１５０との間の距離よりも大きくなる。これにより、磁石２１０と、第１溝１５１の最深部１５１ａおよび第２溝１５２の最深部１５２ａとの間の領域は、磁束密度の変化のうち最小値となり得る領域となる。したがって、図４のように、この最小値となり得る領域に第４素子２４４が位置することにより、第４素子２４４の抵抗値は、入力する磁束密度に応じて抵抗値が変化する範囲において最小値となる。
　その結果、図４に示すラック軸１５の位置においては、検出装置２２０は、電源電圧を分圧した電圧の変化範囲における最小値を、第２端子２５２から出力する。
　図４において、第１素子２４１は、面１５０と、第１溝１５１の最深部１５１ａとの間に位置し、第２素子２４２は、面１５０と、第２溝１５２の最深部１５２ａとの間に位置する。したがって、第１素子２４１および第２素子２４２の磁束密度は、第３素子２４３の磁束密度と第４素子２４４の磁束密度との中間の磁束密度となる。それゆえ、第１素子２４１および第２素子２４２の抵抗値は、それぞれ、抵抗値の変化範囲の中間の値となる。
　第１素子２４１、第２素子２４２、第３素子２４３および第４素子２４４は、ゼロ磁場に対する同一の初期抵抗値と、磁束密度に対して同一の抵抗の変化率とを有する磁気抵抗素子である。これにより、図４に示すようなラック軸１５の位置においては、検出装置２２０は、電源電圧の中間値を、第１端子２５１から出力する。
　そして、このような検出装置２２０に対して、ラック軸１５が移動するので、各素子に入力する磁束密度は、ラック軸１５の面１５０、第１溝１５１および第２溝１５２の位置に応じて増減し、第１端子２５１および第２端子２５２から出力される電圧も増減する。
　図５は、ラック軸１５が基準位置から一方側（図２の左側）に移動した場合の、検出ユニット２００との位置関係を示す図である。
　図５は、直交方向に見た場合に、第２素子２４２が第２溝１５２の最深部１５２ａに位置するように、ラック軸１５が一方側に移動した場合を例示している。図５に示した例では、第１素子２４１が面１５０に対向する。
　ラック軸１５が図５に例示した位置である場合、第１素子２４１の抵抗値は、入力する磁束密度に応じて抵抗値が変化する範囲において最大値となり、第２素子２４２の抵抗値は、入力する磁束密度に応じて抵抗値が変化する範囲において最小値となる。その結果、検出装置２２０は、電源電圧を分圧した電圧の変化範囲における最小値を、第１端子２５１から出力する。
　また、図５の状態においては、直交方向に見た場合に、第３素子２４３および第４素子２４４は、それぞれ、面１５０と、第２溝１５２の最深部１５２ａとの間に位置する。したがって、第３素子２４３および第４素子２４４の磁束密度は、第１素子２４１の磁束密度と第２素子２４２の磁束密度との中間の磁束密度となる。それゆえ、第３素子２４３および第４素子２４４の抵抗値は、それぞれ、抵抗値の変化範囲の中間の値となる。その結果、検出装置２２０は、電源電圧の中間値を、第２端子２５２から出力する。
　図６、図７は、ラック軸１５が移動領域における最も一方側の端部（以下、「一方端部」と称する場合がある。）に位置するときのラック軸１５と素子群２４０との位置関係を示す図である。図６は、直交方向に見た図であり、図７は、移動方向に見た図である。
　ラック軸１５が一方端部に位置するとき、直交方向に見た場合に、第３素子２４３が第２溝１５２の最深部１５２ａに位置する。そして、第４素子２４４が面１５０に対向する。かかる状態においては、第４素子２４４の抵抗値は、入力する磁束密度に応じて抵抗値が変化する範囲において最大値となり、第３素子２４３の抵抗値は、入力する磁束密度に応じて抵抗値が変化する範囲において最小値となる。その結果、検出装置２２０は、電源電圧を分圧した電圧の変化範囲における最大値を、第２端子２５２から出力する。
　また、直交方向に見た場合に、第１素子２４１および第２素子２４２は、それぞれ、面１５０と、第２溝１５２の最深部１５２ａとの間に位置する。したがって、第１素子２４１および第２素子２４２の磁束密度は、第３素子２４３の磁束密度と第４素子２４４の磁束密度との中間の磁束密度となる。それゆえ、第１素子２４１および第２素子２４２の抵抗値は、それぞれ、抵抗値の変化範囲の中間の値となる。その結果、検出装置２２０は、電源電圧の中間値を、第１端子２５１から出力する。
　図８は、ラック軸１５が基準位置から他方側（図２の右側）に移動した場合の、検出ユニット２００との位置関係を示す図である。
　図８は、直交方向に見た場合に、第１素子２４１が第１溝１５１の最深部１５１ａに位置するように、ラック軸１５が他方側に移動した場合を例示している。図８に示した例では、第２素子２４２が面１５０に対向する。
　ラック軸１５が図８に例示した位置である場合、第２素子２４２の抵抗値は、入力する磁束密度に応じて抵抗値が変化する範囲において最大値となり、第１素子２４１の抵抗値は、入力する磁束密度に応じて抵抗値が変化する範囲において最小値となる。その結果、検出装置２２０は、電源電圧を分圧した電圧の変化範囲における最大値を、第１端子２５１から出力する。
　また、図８の状態においては、第３素子２４３は、面１５０と第１溝１５１の最深部１５１ａとの間に位置し、第４素子２４４は、面１５０と第２溝１５２の最深部１５２ａとの間に位置する。したがって、第３素子２４３および第４素子２４４は、第１素子２４１の磁束密度と第２素子２４２の磁束密度との中間の磁束密度となる。それゆえ、第３素子２４３および第４素子２４４の抵抗値は、それぞれ、抵抗値の変化範囲の中間の値となる。その結果、検出装置２２０は、電源電圧の中間値を、第２端子２５２から出力する。
　図９、図１０は、ラック軸１５が移動領域における最も他方側の端部（以下、「他方端部」と称する場合がある。）に位置するときのラック軸１５と素子群２４０との位置関係を示す図である。図９は、直交方向に見た図であり、図１０は、移動方向に見た図である。
　ラック軸１５が他方端部に位置するとき、直交方向に見た場合に、第３素子２４３が第１溝１５１の最深部１５１ａに位置する。そして、第４素子２４４が面１５０に対向する。かかる状態においては、第４素子２４４の抵抗値は、入力する磁束密度に応じて抵抗値が変化する範囲において最大値となり、第３素子２４３の抵抗値は、入力する磁束密度に応じて抵抗値が変化する範囲において最小値となる。その結果、検出装置２２０は、電源電圧を分圧した電圧の変化範囲における最大値を、第２端子２５２から出力する。
　また、直交方向に見た場合に、第１素子２４１および第２素子２４２は、それぞれ、面１５０と、第１溝１５１の最深部１５１ａとの間に位置する。したがって、第１素子２４１および第２素子２４２の磁束密度は、第３素子２４３の磁束密度と第４素子２４４の磁束密度との中間の磁束密度となる。それゆえ、第１素子２４１および第２素子２４２の抵抗値は、それぞれ、抵抗値の変化範囲の中間の値となる。その結果、検出装置２２０は、電源電圧の中間値を、第１端子２５１から出力する。
　図１１は、第１端子２５１および第２端子２５２それぞれから出力される検出信号の一例を示す図である。
　ラック軸１５が一方端部の位置から他方端部の位置まで移動した場合には、図１１に示すように、第１端子２５１から出力される信号は正弦波信号となり、第２端子２５２から出力される信号は余弦波信号となる。
　演算部２６０は、第１端子２５１および第２端子２５２が出力する信号の電圧から逆正接を求めることにより、ラック軸１５の基準位置からの変位量に応じた値を演算する。そして、演算部２６０は、演算したラック軸１５の変位量に示す信号を制御装置１００に対して出力する。
　以上、説明したように、検出ユニット２００は、操舵部材の一例としてのステアリングホイール１１に連動して回転するピニオンの一例としてのピニオン１８ａと噛み合うラック歯１５ａと、移動方向に対して傾斜する方向に延びる溝の一例としての第１溝１５１および第２溝１５２とを有するラック軸１５と、磁石２１０と、検出装置２２０とを備える。検出装置２２０は、移動方向に対して交差する方向に配列され、第１電位の第１電位端子２３１と第２電位の第２電位端子２３２との間に電気的に直列に接続された、第１磁気抵抗素子の一例としての第１素子２４１および第２磁気抵抗素子の一例としての第２素子２４２と、を有している。また、検出装置２２０は、移動方向に対して交差する方向に配列され、第１電位の第１電位端子２３１と第２電位の第２電位端子２３２との間に電気的に直列に接続された、第３磁気抵抗素子の一例としての第３素子２４３および第４磁気抵抗素子の一例としての第４素子２４４と、を有している。そして、第３素子２４３は、第１素子２４１と第２素子２４２との間に配置され、第２素子２４２は、第３素子２４３と第４素子２４４との間に配置され、検出装置２２０は、第１溝１５１および第２溝１５２の移動に伴う磁束密度の変化を検出する。
　検出ユニット２００は、例えば電動モータ２０の回転位置を用いて間接的にラック軸１５の変位量を把握する構成とは異なり、検出装置２２０がラック軸１５に形成された第１溝１５１および第２溝１５２の移動に伴う磁束密度の変化を検出することで直接ラック軸１５の変位量を検出する。それゆえ、検出ユニット２００によれば、精度高くラック軸１５の変位量を検出することができる。また、検出ユニット２００は、ラック軸１５の他には、磁石２１０および検出装置２２０等を備えるだけであるので、小型化を図ることができる。なお、電源２３０と、素子群２４０と、第１端子２５１および第２端子２５２と、演算部２６０とを一体的にＩＣ化することで検出装置２２０を小型化することができる。
　また、第１溝１５１および第２溝１５２は、第１溝１５１と第２溝１５２との間に、長方形の面１５０の対角線をなすように中間面１５５を形成する。それゆえ、ラック軸１５の移動距離が例えば１００（ｍｍ）と大きくても、ラック軸１５の変位量と、第１端子２５１および第２端子２５２からの出力電圧を用いて演算することにより得ることができる値とを、一義的に定めることが可能となる。
　また、ラック軸１５は、面１５０、第１溝１５１および第２溝１５２を、移動方向において、ラック歯１５ａとは異なる位置に有している。それゆえ、例えば、面１５０、第１溝１５１および第２溝１５２を、移動方向においてラック歯１５ａと同じ位置でラック歯１５ａの反対側に有する構成と比べて、ラック軸１５の剛性を高めることができる。
＜第２の実施形態＞
　第２の実施形態に係るステアリング装置２においては、第１の実施形態に係るステアリング装置１に対して、検出ユニット２００に相当する検出ユニット３００が異なる。以下、第１の実施形態に係るステアリング装置１と異なる点について説明し、第１の実施形態に係るステアリング装置１と同じ機能を有するものについては同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図１２は、ラック軸２５を、軸方向に対して直交する方向に見た場合の概略構成の一例を示す図である。
　図１３は、ラック軸２５の断面図の一例と、磁石２１０および検出装置３２０の概略構成の一例を示す図である。
　検出ユニット３００は、ラック軸１５に相当するラック軸２５と、磁石２１０と、検出装置２２０に相当する検出装置３２０と、を備えている。
　ラック軸２５は、移動方向においてラック歯１５ａと異なる位置に、外周面の一部が切削されることにより成形された、移動方向に平行な面２５０を有している。
　また、ラック軸２５は、図１３に示すように、面２５０から軸心の方へ凹むように形成された溝である溝２５３を有している。溝２５３は、図１２に示すように、移動方向に対して傾斜する方向に延びるように切削にて形成されている。溝２５３は、図１２に示すように、長方形に形成された面２５０の対角線をなすように形成されている。
　検出装置３２０は、電源２３０と、４つの磁気抵抗素子を有する素子群３４０と、２つの出力端子である出力第１端子３５１および出力第２端子３５２と、出力第１端子３５１および出力第２端子３５２からの出力値を用いてラック軸２５の変位量を演算する演算部３６０とを備えている。
　素子群３４０は、ラック軸２５の移動方向に対して交差する方向に直列に配列され、第１電位端子２３１と第２電位端子２３２との間に電気的に直列に接続された、磁気抵抗素子である第１素子３４１および第２素子３４２を備えている。また、素子群３４０は、ラック軸２５の移動方向に対して交差する方向に配列され、第１電位端子２３１と第２電位端子２３２との間に電気的に直列に接続された、磁気抵抗素子である第３素子３４３および第４素子３４４を備えている。
　第１素子３４１、第２素子３４２、第３素子３４３および第４素子３４４の配置構成は、第１素子２４１、第２素子２４２、第３素子２４３および第４素子２４４の配置構成と同一であるのでその詳細な説明は省略する。図１３には、第２素子３４２が溝２５３の最深部２５３ａに位置し、第１素子３４１が面２５０に対向する位置にある状態を示している。かかる状態では、第３素子３４３および第４素子３４４は、それぞれ、面２５０と、溝２５３の最深部２５３ａとの間に位置する。図１２に示した、面２５０および溝２５３と、素子群３４０との位置関係は、図５に示した、面１５０及び第２溝１５２と、素子群２４０との位置関係と同じであり、検出装置３２０は、電源電圧を分圧した電圧の変化範囲における最小値を出力第１端子３５１から出力し、電源電圧の中間値を出力第２端子３５２から出力する。
　図１３に示した位置から、第３素子３４３が溝２５３の最深部２５３ａに位置し、第４素子３４４が面２５０に対向する位置となるまで、ラック軸２５が、一方側に移動した場合においては、面２５０及び溝２５３と、素子群３４０との位置関係は、図７に示した、面１５０及び第２溝１５２と、素子群２４０との位置関係と同じである。その結果、検出装置３２０は、電源電圧の中間値を出力第１端子３５１から出力し、電源電圧を分圧した電圧の変化範囲における最大値を出力第２端子３５２から出力する。
　図１３に示した位置から、第４素子３４４が溝２５３の最深部２５３ａに位置し、第３素子３４３が面２５０に対向する位置となるまで、ラック軸２５が、他方側に移動した場合においては、面２５０及び溝２５３と、素子群３４０との位置関係は、図４に示した、面１５０、第１溝１５１及び第２溝１５２と、素子群２４０との位置関係と同じである。その結果、検出装置３２０は、電源電圧の中間値を出力第１端子３５１から出力し、電源電圧を分圧した電圧の変化範囲における最小値を出力第２端子３５２から出力する。
　上述した、第４素子３４４が溝２５３の最深部２５３ａに位置する状態から、第３素子３４３が溝２５３の最深部２５３ａに位置する状態までラック軸２５が変位する領域においては、出力第１端子３５１から出力される信号は余弦波信号となり、出力第２端子３５２から出力される信号は正弦波信号となる。
　また、図１３に示した位置から、第１素子３４１が溝２５３の最深部２５３ａに位置し、第２素子３４２が面２５０に対向する位置となるまで、ラック軸２５が、一方側に移動した場合においては、第３素子３４３は、面２５０と、溝２５３の最深部２５３ａとの間に位置する。第４素子３４４は、面２５０に対向する位置となる。その結果、検出装置３２０は、電源電圧を分圧した電圧の変化範囲における最大値を、出力第１端子３５１から出力する。また、検出装置３２０は、電源電圧を分圧した電圧の変化範囲における最大値よりも小さな値であって中間値よりも大きな値を、出力第２端子３５２から出力する。
　図１３に示した位置から、第２素子３４２が面２５０に対向する位置となるまで、ラック軸２５が、他方側に移動した場合においては、第１素子３４１および第３素子３４３は、面２５０と対向し、第４素子３４４は、面２５０と、溝２５３の最深部２５３ａとの間に位置する。その結果、検出装置３２０は、電源電圧の中間値を出力第１端子３５１から出力し、電源電圧を分圧した電圧の変化範囲における最大値よりも小さな値であって中間値よりも大きな値を、出力第２端子３５２から出力する。
　演算部３６０は、出力第１端子３５１および出力第２端子３５２が出力する信号の電圧との関係を用いてラック軸２５の基準位置からの変位量を演算する。演算部３６０は、予め作成しＲＯＭに記憶しておいた、出力第１端子３５１および出力第２端子３５２の出力電圧と、ラック軸２５の変位量との相関関係に基づくマップを用いて、出力第１端子３５１および出力第２端子３５２の出力電圧に応じたラック軸２５の変位量を導き出すことを例示することができる。
＜第３の実施形態＞
　図１４は、第３の実施形態に係るステアリング装置３の概略構成の一例を示す図である。
　第３の実施形態に係るステアリング装置３は、いわゆるダブルピニオン型（デュアルピニオン型）の電動パワーステアリング装置である点が第１の実施形態に係るステアリング装置１に対して異なる。また、ステアリング装置３は、検出ユニット２００に相当する検出ユニット４００が異なる。以下、第１の実施形態に係るステアリング装置１と異なる点について説明し、第１の実施形態に係るステアリング装置１と同じ機能を有するものについては同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　ステアリング装置３は、ピニオン３０ａが形成されたピニオンシャフト３０を備え、電動モータ２０の駆動力が減速機構２１を介してピニオンシャフト３０に伝達される。
　検出ユニット４００は、ラック軸１５に相当するラック軸３５と、磁石２１０と、検出装置２２０と、を備えている。
　ラック軸３５は、下部連結シャフト１８のピニオン１８ａに対応する位置に形成されたラック歯３５ａと、ピニオンシャフト３０のピニオン３０ａに対応する位置に形成されたラック歯３５ｂとを有している。また、ラック軸３５は、ラック歯３５ａとラック歯３５ｂとの間に、面１５０、第１溝１５１および第２溝１５２を有している。
　また、磁石２１０および検出装置２２０は、ギヤボックス１７における、下部連結シャフト１８とピニオンシャフト３０との間の部位に固定されている。
　以上のように構成されたステアリング装置３においては、面１５０、第１溝１５１および第２溝１５２がラック軸３５におけるラック歯３５ａとラック歯３５ｂとの間に形成されているとともに、磁石２１０および検出装置２２０が下部連結シャフト１８とピニオンシャフト３０との間に配置されて、ラック軸３５の変位量を検出する。それゆえ、例えば、面１５０、第１溝１５１および第２溝１５２がラック軸３５におけるラック歯３５ａよりも一方側に形成されているとともに、磁石２１０および検出装置２２０が下部連結シャフト１８よりも一方側に配置されて、ラック軸３５の変位量を検出する構成よりも車両の幅方向の大きさを小さくすることができる。また、例えば、面１５０、第１溝１５１および第２溝１５２がラック軸３５におけるラック歯３５ｂよりも他方側に形成されているとともに、磁石２１０および検出装置２２０がピニオンシャフト３０よりも他方側に配置されて、ラック軸３５の変位量を検出する構成よりも車両の幅方向の大きさを小さくすることができる。
１，２，３…電動パワーステアリング装置、１５，２５，３５…ラック軸、１５ａ，３５ａ，３５ｂ…ラック歯、１５０，２５０…面、１５１…第１溝、１５２…第２溝、２５３…溝、２００，３００，４００…検出ユニット、２１０…磁石、２２０，３２０…検出装置、２３１…第１電位端子、２３２…第２電位端子、２４０，３４０…素子群、２４１，３４１…第１素子、２４２，３４２…第２素子、２４３，３４３…第３素子、２４４，３４４…第４素子、２５１…第１端子、２５２…第２端子、３５１…出力第１端子、３５２…出力第２端子

Claims (6)

  1. 　操舵部材に連動して回転するピニオンと噛み合うラック歯と、移動方向に対して傾斜する方向に延びる溝とを有するラック軸と、
    　磁場を発生させる磁石と、
    　前記移動方向に対して交差する方向に配列され、第１電位と第２電位との間に電気的に直列に接続された、第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子と、第３磁気抵抗素子および第４磁気抵抗素子と、を有し、前記第３磁気抵抗素子は、前記第１磁気抵抗素子と前記第２磁気抵抗素子との間に配置され、前記第２磁気抵抗素子は、前記第３磁気抵抗素子と前記第４磁気抵抗素子との間に配置され、前記溝の移動に伴う磁束密度の変化を検出する検出装置と、
    を備える検出ユニット。
  2. 　前記ラック軸は、前記移動方向に平行な面と、前記面から軸心の方向に凹む前記溝を複数有している
    請求項１に記載の検出ユニット。
  3. 　前記ラック軸は、前記移動方向に平行な面と、前記面から軸心の方向に凹む前記溝を１つ有している
    請求項１に記載の検出ユニット。
  4. 　前記ラック軸は、前記溝を、前記移動方向において、前記ラック歯とは異なる位置に有している
    請求項１から３のいずれか１項に記載の検出ユニット。
  5. 　前記ラック軸は、前記ラック歯を２つ有し、前記溝を２つの前記ラック歯の間に有している
    請求項４に記載の検出ユニット。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の検出ユニットを備える電動パワーステアリング装置。
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