WO2023170956A1 - 磁気ヨークアセンブリ及びセンサ装置 - Google Patents

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WO2023170956A1
WO2023170956A1 PCT/JP2022/011021 JP2022011021W WO2023170956A1 WO 2023170956 A1 WO2023170956 A1 WO 2023170956A1 JP 2022011021 W JP2022011021 W JP 2022011021W WO 2023170956 A1 WO2023170956 A1 WO 2023170956A1
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WO
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holder
collar
shaft
yoke assembly
magnetic
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/011021
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English (en)
French (fr)
Inventor
祐也 桑原
祐一 外山
尚史 川村
貴雄 仲秋
Original Assignee
株式会社ジェイテクト
富士機工株式会社
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Filing date
Publication date
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    • 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

Definitions

  • the present disclosure relates to magnetic yoke assemblies and sensor devices.
  • Patent Document 1 Conventionally, sensor devices used in steering devices have been known, for example, as described in Patent Document 1.
  • This sensor device is provided on the outer periphery of a steering shaft to which a steering wheel is connected, and detects both a steering torque input by a driver and a steering angle, which is a rotation angle of the steering shaft.
  • the steering shaft includes an input shaft, an output shaft, and a torsion bar that connects the input shaft and the output shaft to each other.
  • the sensor device includes a sensor magnet fixed to an input shaft, a magnetic yoke assembly fixed to an output shaft, and a driven gear that rotates in response to rotation of the magnetic yoke assembly.
  • the sensor device detects steering torque based on the magnetic flux flowing through the magnetic yoke assembly, and detects the steering angle based on the rotation angle of the driven gear.
  • such a magnetic yoke assembly includes a pair of yoke cores, an annular collar, and a cylindrical resin holder that holds these yoke cores and the collar.
  • a collar is held at one axial end of the resin holder, and a gear portion that engages with a driven gear is provided on the outer peripheral surface of the other axial end.
  • a magnetic yoke assembly in one aspect of the present disclosure, includes a pair of yoke cores, an annular collar, and a cylindrical holder that holds the pair of yoke cores and the collar.
  • the holder has a gear portion having a plurality of external teeth protruding radially outward of the holder.
  • the collar is arranged on the inner peripheral side of the gear portion. An axial range in the holder in which the collar is present overlaps an axial range in the holder in which the gear portion is provided.
  • a sensor device in another aspect of the present disclosure, includes a sensor magnet configured to rotate integrally with a first shaft, and the magnetic yoke configured to rotate integrally with a second shaft connected to the first shaft via a torsion bar. an assembly, a pair of magnetic flux collecting members disposed at an interval on the outer circumferential side of the magnetic yoke assembly, a magnetic sensor that generates a signal according to magnetic flux flowing through the pair of magnetic flux collecting members, and a magnetic sensor that generates a signal according to magnetic flux flowing through the pair of magnetic flux collecting members; It includes a driven gear that rotates according to the rotation, and a rotation sensor that generates a signal according to the rotation angle of the driven gear.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view along the axial direction of a steering column device including a sensor device according to an embodiment.
  • 2 is an enlarged sectional view of the vicinity of the sensor device in FIG. 1.
  • FIG. FIG. 2 is an exploded perspective view of the sensor device of FIG. 1 and its peripheral parts.
  • FIG. 2 is a perspective view of a magnetic yoke assembly that constitutes the sensor device of FIG. 1;
  • FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a meshing portion between a magnetic yoke assembly and a driven gear that constitute the sensor device of FIG. 1;
  • a steering column device 1 shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle so as to extend generally along the longitudinal direction of the vehicle.
  • the left side in FIG. 1 will be referred to as the front side of the vehicle
  • the right side in FIG. 1 will be referred to as the rear side of the vehicle.
  • directions expressed by terms such as "front”, “rear”, “top”, “bottom”, “left”, and “right” are defined with the vehicle as a reference.
  • the steering column device 1 includes a column shaft 2 and a steering column 3 that rotatably accommodates the column shaft 2.
  • the column shaft 2 and the steering column 3 are arranged on a common axis L.
  • the steering column device 1 includes a sensor device 4 and an EPS actuator 5.
  • a steering wheel 6 is connected to the rear end of the column shaft 2.
  • the front end of the column shaft 2 is connected to steered wheels via a steering mechanism (not shown). Thereby, the steered wheels are steered in accordance with the driver's steering operation.
  • the sensor device 4 outputs both a signal for detecting the steering torque input by the driver and a signal for detecting the steering angle, which is the rotation angle of the column shaft 2.
  • the EPS actuator 5 includes a motor (not shown) and a reduction gear 7. The motor is controlled by a control device (not shown) so as to generate torque according to signals including signals output from the sensor device 4. The rotation of the motor is reduced by a reducer 7 and transmitted to the column shaft 2. Thereby, the EPS actuator 5 applies an assist force to assist the steering operation by the driver.
  • the reducer 7 of this embodiment is a worm reducer having a worm shaft 8 and a worm wheel 9, the present invention is not limited to this, and any other arbitrary reducer may be used.
  • the column shaft 2 includes an upper shaft 11 and a lower shaft 12.
  • the upper shaft 11 has an elongated cylindrical shape.
  • a steering wheel 6 is connected to the rear end of the upper shaft 11 .
  • cylindrical may be considered to be cylindrical as a whole, and may also include a cylindrical shape formed by combining multiple parts, or a cylindrical shape with a cutout in a part like a C-shape.
  • Cylindrical shapes include, but are not limited to, circles, ellipses, and polygons with sharp or rounded corners when viewed in the axial direction.
  • the upper shaft 11 has a circular shape when viewed in the axial direction.
  • the lower shaft 12 includes an input shaft 13 that is a first shaft, an output shaft 14 that is a second shaft, and a torsion bar 15 that connects the input shaft 13 and the output shaft 14 to each other.
  • the input shaft 13 has, for example, an elongated cylindrical shape.
  • the input shaft 13 is fitted to the inner peripheral portion of the upper shaft 11 through spline engagement. Thereby, the input shaft 13 is connected to the upper shaft 11 so as to be able to rotate integrally with the upper shaft 11 and to be movable in the axial direction with respect to the upper shaft 11.
  • the input shaft 13 has a fixing hole 16 that opens at the front end.
  • the output shaft 14 has, for example, an elongated cylindrical shape. In this embodiment, the output shaft 14 has a circular shape when viewed in the axial direction.
  • the front end of the input shaft 13 is inserted into the rear end of the output shaft 14 .
  • a bearing 17 is provided between the outer peripheral surface of the front end of the input shaft 13 and the inner peripheral surface of the rear end of the output shaft 14 .
  • the output shaft 14 rotatably supports the input shaft 13.
  • a worm wheel 9 is fixed to the outer periphery of the output shaft 14.
  • the torsion bar 15 has, for example, an elongated cylindrical shape.
  • a rear end portion of the torsion bar 15 is connected to the input shaft 13 so as to be integrally rotatable by being fitted into the fixing hole 16 .
  • the front end of the torsion bar 15 is fitted into the inner periphery of the front end of the output shaft 14, thereby being connected to the output shaft 14 so as to be able to rotate together with the output shaft 14. Thereby, the input shaft 13 and the output shaft 14 rotate relative to each other by twisting the torsion bar 15.
  • the steering column 3 includes an outer tube 21, an inner tube 22, and a housing 23.
  • the outer tube 21 has a cylindrical shape.
  • the outer tube 21 rotatably supports the upper shaft 11 via a bearing 24.
  • the inner tube 22 has a cylindrical shape that is thinner than the outer tube 21.
  • the outer tube 21 and the inner tube 22 have a circular shape when viewed in the axial direction.
  • the rear end portion of the inner tube 22 fits into the inner periphery of the outer tube 21.
  • the front end of the inner tube 22 is fixed to the housing 23.
  • the steering column 3 of this embodiment further includes a sleeve 25 disposed between the outer tube 21 and the inner tube 22.
  • a sleeve 25 disposed between the outer tube 21 and the inner tube 22.
  • the outer tube 21 moves in the axial direction with respect to the inner tube 22 while deforming the sleeve 25.
  • the front end of the inner tube may fit directly into the inner circumference of the outer tube. Note that the length by which the steering column 3 contracts when an impact load acts on the steering wheel 6 is sometimes referred to as an EA stroke.
  • the housing 23 includes a housing body 31, a cover 32, and a partition plate 33.
  • the housing body 31 has a cylindrical shape. In this embodiment, the housing body 31 has a circular shape when viewed in the axial direction.
  • the housing body 31 has an end wall at one end in the axial direction. In the illustrated example, the end wall is provided at the front end of the housing body 31.
  • the end wall of the housing body 31 has a through hole 34 passing through in the axial direction.
  • the cover 32 has a disk shape.
  • the cover 32 is fixed to the rear end of the housing body 31 so as to cover the opening of the housing body 31.
  • the cover 32 has a through hole 35 extending in the axial direction.
  • the partition plate 33 has a disk shape.
  • the partition plate 33 is fixed to the inner peripheral surface of the housing body 31. Thereby, the space within the housing body 31 is divided into a gear housing space S1 located on the front side and a sensor housing space S2 located on the rear side.
  • the gear reduction gear 7 is housed in the gear housing space S1
  • the sensor device 4 is housed in the sensor housing space S2.
  • the partition plate 33 has a through hole 36 extending in the axial direction.
  • the through holes 34 to 36 are all provided on the axis L.
  • the housing 23 of this embodiment rotatably supports the output shaft 14 via bearings 37 and 38 provided in through holes 34 and 36.
  • the input shaft 13 may be rotatably supported, for example, via a bearing provided in the through hole 35, and the manner in which the column shaft 2 is supported by the housing 23 can be changed as appropriate.
  • the sensor device 4 includes a sensor magnet 41, a magnetic yoke assembly 42, a magnetic flux collecting unit 43, a gear unit 44, and a circuit board 45.
  • Gear unit 44 includes two driven gears 46 and 47 that rotate in response to rotation of magnetic yoke assembly 42 .
  • the circuit board 45 includes a magnetic sensor 48 that generates a signal according to the magnetic flux flowing through the magnetic flux collecting unit 43, and rotation sensors 49a and 49b that generate signals according to the rotation angle of the driven gears 46 and 47.
  • the signal output from the magnetic sensor 48 corresponds to the steering torque
  • the signal output from the rotation sensors 49a, 49b corresponds to the steering angle.
  • the sensor device 4 may output the signal itself output from the magnetic sensor 48 and/or the signal itself output from the rotation sensors 49a, 49b to the motor control device.
  • the sensor device 4 uses the steering torque detected based on the signal output from the magnetic sensor 48 and/or the steering angle detected based on the signals output from the rotation sensors 49a and 49b to the control device for the motor. You can also output to
  • the sensor magnet 41 is a ring magnet having a circular cylindrical shape when viewed in the axial direction.
  • the sensor magnet 41 is magnetized along the radial direction so that magnetic poles of different polarities are alternately arranged in the circumferential direction.
  • the sensor device 4 of this embodiment includes a magnet holder 51, and the sensor magnet 41 is fixed to the outer peripheral surface of the input shaft 13 via the magnet holder 51.
  • the sensor magnet 41 may be directly fixed to the outer peripheral surface of the input shaft 13.
  • the sensor magnet 41 may be a plurality of plate-shaped magnets.
  • the magnetic yoke assembly 42 includes a pair of yoke cores 61 and 62, a collar 63, and a holder 64 that holds the pair of yoke cores 61 and 62 and the collar 63.
  • Each of the yoke cores 61 and 62 is made of a magnetic material and has an annular shape. Yoke cores 61 and 62 are spaced apart in the axial direction.
  • the yoke cores 61 and 62 have ring portions 65 and 66 and a plurality of claw portions 67 and 68, respectively.
  • the claw portions 67 and 68 protrude from the corresponding ring portions 65 and 66 in a direction toward each other.
  • the claw portions 67 and 68 are provided at regular intervals in the circumferential direction, and the claw portions 67 and 68 are arranged alternately in the circumferential direction.
  • annular may be regarded as annular as a whole, and includes a ring formed by combining multiple parts and a part having a notch, such as a C-shape.
  • Annular shapes include, but are not limited to, circles, ellipses, and polygons with sharp or rounded corners when viewed in the axial direction.
  • each of the yoke cores 61 and 62 has a circular shape when viewed in the axial direction.
  • the collar 63 is made of, for example, a metal material and has an annular shape.
  • the collar 63 has a circular shape when viewed in the axial direction.
  • the collar 63 is arranged on the front side in the axial direction with respect to the pair of yoke cores 61 and 62.
  • the collar 63 fits around the outer periphery of the rear end of the output shaft 14 .
  • the collar 63 has an annular main body portion 71 that fits into the output shaft 14 and a flange portion 72 that protrudes radially inward from the inner circumferential surface of the main body portion 71.
  • the thickness of the main body portion 71 along the radial direction is thinner at the front end than at the rear end.
  • the flange portion 72 has, for example, an annular shape.
  • the flange portion 72 is provided at the rear end of the main body portion 71. In other words, the flange portion 72 is provided at the end of the main body portion 71 closer to the yoke cores 61 and 62. Therefore, when assembling the sensor device 4, the collar 63 is fitted to the output shaft 14 from the rear side. In other words, the collar 63 is adapted to fit into the output shaft 14 by moving forward with respect to the output shaft 14. In other words, the direction in which the collar 63 is fitted onto the output shaft 14 is along the axis of the holder 64 and faces toward the front. The direction in which the collar 63 is fitted onto the output shaft 14 is also referred to as a first direction.
  • the holder 64 is made of, for example, a resin material and has a cylindrical shape. In this embodiment, the holder 64 has a circular shape when viewed in the axial direction. The axial direction of the holder 64 coincides with the direction along the axis L.
  • the holder 64 of this embodiment is integrated with a pair of yoke cores 61, 62 and a collar 63 by insert molding. In other embodiments, the yoke cores 61 and 62 and the collar 63 may be assembled to the holder 64 after the holder 64 is molded singly.
  • the holder 64 holds a pair of yoke cores 61 and 62 and a collar 63 on the axis L.
  • the holder 64 includes a yoke core holding part 73 that holds the pair of yoke cores 61 and 62, a collar holding part 74 that holds the collar 63, a gear part 75, and a positioning part 76.
  • the yoke core holding part 73 holds the yoke cores 61 and 62 so that the inner surfaces of the claw parts 67 and 68 are exposed to the inner peripheral side of the holder 64. Further, the yoke core holding portion 73 holds the yoke cores 61 and 62 such that the outer peripheral edges of the ring portions 65 and 66 protrude radially outward from the holder 64.
  • the gear portion 75 is provided side by side with the yoke core holding portion 73 along the axial direction of the holder 64.
  • the gear portion 75 is provided continuously on the front side of the yoke core holding portion 73, for example.
  • the gear portion 75 has a plurality of external teeth 77 that protrude radially outward of the holder 64 and tooth spaces 78 between the plurality of external teeth 77 .
  • the tooth height becomes lower and the tooth thickness becomes thinner toward the front.
  • the tooth height and tooth thickness of each external tooth 77 may be constant along the axial direction.
  • each tooth groove 78 opens toward the front in the axial direction, and the rear end of each tooth groove 78 is closed by the ring portion 66 of the yoke core 62.
  • the tooth groove 78 is open in the direction in which the collar 63 is fitted onto the output shaft 14 .
  • the collar holding part 74 holds the collar 63 so that the inner peripheral surface of the collar 63 is exposed to the inner peripheral side of the holder 64. Further, the collar holding section 74 of this embodiment holds the collar 63 so that the front end of the main body section 71 is exposed in the axial direction. In other embodiments, the front end of the main body 71 may be covered by the collar retainer 74.
  • the collar holding part 74 is provided on the inner peripheral side of the gear part 75. That is, the collar 63 is provided on the inner peripheral side of the gear portion 75.
  • the axial range of the holder 64 where the collar 63 is present overlaps with the axial range of the holder 64 where the gear portion 75 is provided. Specifically, the entire axial range of the holder 64 where the collar 63 exists is included within the axial range of the holder 64 where the gear portion 75 is provided.
  • the positioning portion 76 is provided so as to protrude from the yoke core holding portion 73 toward the rear side in the axial direction.
  • the positioning portion 76 has, for example, a fan shape when viewed from the axial direction.
  • the positioning portion 76 has a positioning groove 79 that penetrates in the radial direction at the center in the circumferential direction.
  • the holder 64 has two positioning parts 76, but is not limited to this, and may have one or three or more positioning parts 76.
  • the magnetic yoke assembly 42 is fixed so that it can rotate integrally with the output shaft 14 by press-fitting the collar 63 into the rear end of the output shaft 14. In a state where the magnetic yoke assembly 42 is fixed to the output shaft 14, the magnetic yoke assembly 42 is arranged on the outer circumferential side of the sensor magnet 41 at a distance. Further, the end surface of the rear end of the output shaft 14 is in contact with the flange portion 72 .
  • the magnetic flux collecting unit 43 includes a pair of magnetic flux collecting members 81 and 82, a first support frame 83, and a second support frame 84.
  • Each of the magnetic flux collecting members 81 and 82 is made of a magnetic material and has a C-shape.
  • the magnetic flux collecting member 81 has two protrusions 85 that protrude in the radial direction, and the magnetic flux collecting member 82 has two protrusions 86 that protrude in the radial direction.
  • the magnetic flux collecting members 81 are arranged at intervals on the outer circumference of the yoke core 61, and the magnetic flux collecting members 82 are arranged at intervals on the outer circumference of the yoke core 62. That is, the magnetic flux collecting members 81 and 82 are spaced apart from each other in the axial direction.
  • the magnetic flux flowing through the yoke core 61 is induced into the magnetic flux collecting member 81
  • the magnetic flux flowing through the yoke core 62 is induced into the magnetic flux collecting member 82 .
  • the protrusion 85 and the protrusion 86 face each other in the axial direction.
  • opposite refers to surfaces or members that are in front of each other, and not only when they are completely in front of each other but also partially in front of each other. including cases.
  • opposite in this specification refers to both a case where a member different from the two parts is interposed between the two parts, and a case where nothing is interposed between the two parts. including.
  • the first support frame 83 has an annular first frame portion 91 and a cover portion 92 provided on the outside of the first frame portion 91 in the radial direction.
  • the first frame portion 91 holds the magnetic flux collecting member 81 such that the inner circumferential surface of the magnetic flux collecting member 81 is exposed to the inner circumferential side of the first support frame 83 .
  • the second support frame 84 has an annular second frame portion 93 and a support portion 94 provided on the outside of the second frame portion 93 in the radial direction.
  • the second frame portion 93 holds the magnetic flux collecting member 82 such that the inner peripheral surface of the magnetic collecting member 82 is exposed to the inner peripheral side of the second support frame 84 .
  • the support portion 94 supports the gear unit 44 and the circuit board 45.
  • the cover portion 92 covers the circuit board 45 supported by the support portion 94 from the rear side.
  • the gear unit 44 includes sensor magnets 101 and 102 that rotate together with the driven gears 46 and 47, and a support plate 103.
  • the sensor magnet 101 is fixed to be rotatable integrally with the driven gear 46.
  • the sensor magnet 102 is fixed to be rotatable integrally with the driven gear 47.
  • the peripheral configuration of the driven gear 47 is similar to the peripheral configuration of the driven gear 46. Therefore, FIG. 5 shows the meshing portion between the driven gear 46 and the gear portion 75, and the illustration of the meshing portion between the driven gear 47 and the gear portion 75 is omitted.
  • the support plate 103 has a flat plate shape.
  • the support plate 103 rotatably supports the driven gears 46 and 47.
  • the support plate 103 is fixed to the second support frame 84 so that the driven gears 46 and 47 are sandwiched between the support plate 103 and the support portion 94 of the second support frame 84 .
  • Each of the driven gears 46 and 47 meshes with the gear portion 75 of the magnetic yoke assembly 42.
  • the driven gears 46 and 47 are arranged on the rear side of the rear end surface of the output shaft 14. In other words, the driven gears 46 and 47 are arranged in a direction opposite to the direction in which the collar 63 is fitted onto the output shaft 14 rather than the rear end of the output shaft 14 .
  • the numbers of teeth of the driven gears 46 and 47 are different from each other. Therefore, when the output shaft 14, that is, the gear portion 75 rotates, the rotation angle of the driven gear 46 and the rotation angle of the driven gear 47 are different from each other.
  • each external tooth of the driven gears 46 and 47 the tooth height and the tooth thickness become thinner toward the rear side in the rear end region of each external tooth.
  • the tooth height and tooth thickness of each external tooth may be constant along the axial direction.
  • circuit board 45 has a flat plate shape.
  • Various circuit elements including the magnetic sensor 48 and rotation sensors 49a and 49b are mounted on the circuit board 45.
  • the circuit board 45 is supported by the support portion 94 of the second support frame 84 .
  • the magnetic sensor 48 is, for example, a Hall sensor or a magnetoresistive sensor. As shown in FIG. 2, the magnetic sensor 48 is mounted on the circuit board 45 in a region sandwiched between the protrusions 85 and 86.
  • the circuit board of another embodiment may include a redundant magnetic sensor other than the magnetic sensor 48, and this magnetic sensor may be mounted in a region between the other protrusions 85 and 86 on the circuit board 45. good.
  • the sensor magnet 41 rotates together with the input shaft 13, and the magnetic yoke assembly 42 rotates together with the output shaft 14.
  • the relative position of the sensor magnet 41 and the magnetic yoke assembly 42 in the circumferential direction changes.
  • the magnetic flux flowing through the magnetic yoke assembly 42 changes depending on the amount of twist of the torsion bar 15, that is, the magnitude of the steering torque input by the driver.
  • the magnetic flux flowing through the magnetic flux collecting unit 43 also changes in accordance with the change in the magnetic flux flowing through the magnetic yoke assembly 42.
  • the magnetic sensor 48 detects the magnetic flux flowing through the magnetic flux collecting unit 43 and generates a signal corresponding to this magnetic flux, that is, a signal indicating the steering torque.
  • the rotation sensors 49a and 49b are, for example, Hall sensors or magnetoresistive sensors. As shown in FIG. 5, the rotation sensor 49a is mounted on the circuit board 45 in a region facing the sensor magnet 101, and the rotation sensor 49b is mounted on the circuit board 45 in a region facing the sensor magnet 102.
  • the driven gears 46 and 47 rotate according to the rotation of the magnetic yoke assembly 42.
  • the rotation sensors 49a and 49b generate signals indicating the rotation angles of the driven gears 46 and 47, that is, the steering angles. Note that since the rotation angle of the driven gear 46 and the rotation angle of the driven gear 47 are different from each other as described above, the phases of the signals generated by the rotation sensors 49a and 49b are different from each other. Therefore, the sensor device 4 of this embodiment can detect the steering angle at an absolute angle exceeding 360° based on the signals output from the rotation sensors 49a and 49b.
  • the sensor device 4 is assembled by sequentially assembling the components of the sensor device 4 onto the output shaft 14 from the rear side. Among these, the magnetic yoke assembly 42 is assembled after the gear unit 44 is fixed within the housing 23.
  • the magnetic yoke assembly 42 is aligned with respect to the output shaft 14 by inserting a part of a jig (not shown) into the alignment groove 79 to align the circumferential position of the magnetic yoke assembly 42 with respect to the output shaft 14. It can be assembled from the rear. As a result, the magnetic yoke assembly 42 is assembled to the output shaft 14 and the magnetic yoke assembly 42 and the driven gears 46 and 47 are engaged with each other.
  • the sensor device 4 includes a sensor magnet 41 that rotates integrally with the input shaft 13 and a magnetic yoke assembly 42 that rotates integrally with the output shaft 14. Further, the sensor device 4 generates a signal according to a pair of magnetic flux collecting members 81 and 82 arranged at a distance on the outer circumferential side of the magnetic yoke assembly 42 and a magnetic flux flowing through the pair of magnetic flux collecting members 81 and 82.
  • a magnetic sensor 48 is provided. Further, the sensor device 4 includes driven gears 46 and 47 that rotate according to the rotation of the magnetic yoke assembly 42, and rotation sensors 49a and 49b that generate signals according to the rotation angles of the driven gears 46 and 47.
  • the magnetic yoke assembly 42 includes a pair of yoke cores 61 and 62, a collar 63, and a holder 64 that holds the pair of yoke cores 61 and 62 and the collar 63.
  • the holder 64 has a gear portion 75 having a plurality of external teeth 77 that protrude radially outward of the holder 64 .
  • the collar 63 is arranged on the inner peripheral side of the gear part 75. The axial range in the holder 64 in which the collar 63 is present overlaps with the axial range in the holder 64 in which the gear portion 75 is provided.
  • the axial length of the holder 64 can be shortened, and the sensor device 4 can be downsized. Thereby, the steering column device 1 can be downsized while ensuring the EA stroke.
  • the collar 63 has an annular main body portion 71 that fits into the output shaft 14 and a flange portion 72 that protrudes radially inward from the inner peripheral surface of the main body portion 71 and comes into contact with the end of the output shaft 14. . Therefore, since the end of the output shaft 14 comes into contact with the flange portion 72, the axial position of the collar 63 with respect to the output shaft 14, that is, the axial position of the magnetic yoke assembly 42 with respect to the output shaft 14 can be easily adjusted.
  • the collar 63 is fitted to the output shaft 14 by moving in the first direction along the axis of the holder 64 with respect to the output shaft 14.
  • a tooth groove 78 between the plurality of external teeth 77 opens in the first direction. Therefore, the collar 63 can be fitted onto the output shaft 14 while the gear portion 75 is meshed with the driven gears 46 and 47. Thereby, the ease of assembling the sensor device 4 can be improved.
  • the holder 64 further includes a positioning portion 76 for adjusting the circumferential position of the holder 64 with respect to the output shaft 14. Therefore, positioning of the holder 64 in the circumferential direction with respect to the output shaft 14 becomes easy.
  • the collar 63 fits into the rear end of the output shaft 14.
  • the driven gears 46 and 47 are arranged in a direction opposite to the first direction from the rear end of the output shaft 14. Therefore, when the magnetic yoke assembly 42 is assembled, the collar 63 begins to fit onto the outer periphery of the output shaft 14 after at least a portion of the gear portion 75 has meshed with the driven gears 46 and 47 . Therefore, the collar 63 can be fitted onto the output shaft 14 after the gear portion 75 is meshed with the driven gears 46 and 47 in a state where the circumferential position of the magnetic yoke assembly 42 can be easily changed.
  • This embodiment can be modified and implemented as follows. This embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
  • the driven gears 46 and 47 are arranged rearward than the rear end surface of the output shaft 14, the axial position of the rear end surface of the driven gears 46 and 47 is not limited to this.
  • the driven gears 46 and 47 may be arranged to match the axial position. In this case, when the magnetic yoke assembly 42 is assembled, the collar 63 starts to fit into the output shaft 14 at the same time as the gear part 75 starts to mesh with the driven gears 46 and 47. Further, the driven gears 46 and 47 may be arranged in front of the rear end surface of the output shaft 14. In this case, when the magnetic yoke assembly 42 is assembled, the gear portion 75 begins to mesh with the driven gears 46 and 47 after at least a portion of the collar 63 is fitted into the output shaft 14 .
  • the positioning portion 76 is provided so as to protrude from the yoke core holding portion 73 toward the rear side in the axial direction
  • the positioning portion 76 is not limited thereto, and may be provided so as to protrude from the gear portion 75 toward the front side in the axial direction, for example.
  • a positioning portion 76 may be provided between the yoke core holding portion 73 and the gear portion 75.
  • the positioning portion 76 may have a structure including, for example, a positioning hole instead of the positioning groove 79.
  • the holder 64 does not need to have the alignment part 76.
  • the tooth groove 78 of the gear part 75 does not need to be open in the direction in which the collar 63 is fitted to the output shaft 14, that is, in the first direction.
  • the driven gears 46 and 47 are engaged with the gear portion 75 from the radially outer side of the magnetic yoke assembly 42.
  • the flange portion 72 of the collar 63 is provided at the end of the main body portion 71 near the yoke cores 61 and 62, the present invention is not limited thereto, and may be provided near the center of the main body portion 71 in the axial direction, for example. Further, the collar 63 does not need to have the flange portion 72.
  • the present invention is not limited thereto. A part of the axial range of the holder 64 where the collar 63 exists may be outside the axial range of the holder 64 where the gear portion 75 is provided.
  • the configuration of the magnetic flux collecting unit 43 can be changed as appropriate as long as it can hold the pair of magnetic flux collecting members 81 and 82.
  • the pair of magnetic flux collecting members 81 and 82 may be held by a single support frame.
  • the rotation sensors 49a and 49b may be sensors other than sensors that detect magnetic flux, such as rotary encoders, as long as they can detect the rotation angle of the driven gears 46 and 47. In this case, sensor magnets 101 and 102 are unnecessary.
  • the gear unit 44 includes two driven gears 46 and 47 that mesh with the gear portion 75, but is not limited to this, and may include only a single driven gear that meshes with the gear portion 75, or three or more driven gears. Good too. Further, when the gear unit 44 includes two or more driven gears, each of these driven gears does not need to mesh with the gear portion 75. For example, one driven gear meshes with the gear portion 75, and the other driven gears do not mesh with the gear portion 75. It may mesh with only one driven gear.
  • the sensor magnet 41 is fixed to the input shaft 13 and the magnetic yoke assembly 42 is fixed to the output shaft 14, the sensor magnet 41 may be fixed to the output shaft 14 and the magnetic yoke assembly 42 may be fixed to the input shaft 13.
  • the input shaft 13 corresponds to the second shaft
  • the output shaft 14 corresponds to the first shaft.
  • the sensor device 4 is provided on the outer periphery of the column shaft 2, the sensor device 4 is not limited thereto, and may be provided on the outer periphery of a pinion shaft that constitutes a rack and pinion mechanism, for example.

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Abstract

磁気ヨークアセンブリ（４２）は、一対のヨークコア（６１，６２）と、環状のカラー（６３）と、一対のヨークコア（６１，６２）及びカラー（６３）を保持する筒状のホルダ（６４）とを備える。ホルダ（６４）は、ホルダ（６４）の径方向外側に突出する複数の外歯（７７）を有するギヤ部（７５）を有する。カラー（６３）は、ギヤ部（７５）の内周側に配置される。ホルダ（６４）におけるカラー（６３）が存在する軸方向範囲は、ホルダ（６４）におけるギヤ部（７５）が設けられた軸方向範囲と重複する。

Description

磁気ヨークアセンブリ及びセンサ装置
　本開示は、磁気ヨークアセンブリ及びセンサ装置に関する。
　従来、例えば特許文献１に記載されるように、操舵装置に用いられるセンサ装置が知られている。このセンサ装置は、ステアリングホイールが連結されるステアリングシャフトの外周に設けられており、運転者が入力する操舵トルク及びステアリングシャフトの回転角である操舵角の双方を検出する。
　具体的には、ステアリングシャフトは、入力軸と、出力軸と、これら入力軸と出力軸とを互いに連結するトーションバーとを備えている。センサ装置は、入力軸に固定されるセンサ磁石と、出力軸に固定される磁気ヨークアセンブリと、磁気ヨークアセンブリの回転に応じて回転する従動歯車とを備えている。センサ装置は、磁気ヨークアセンブリを流れる磁束に基づいて操舵トルクを検出し、従動歯車の回転角に基づいて操舵角を検出する。
　こうした磁気ヨークアセンブリは、例えば特許文献２に記載されるように、一対のヨークコアと、環状のカラーと、これらヨークコア及びカラーを保持する筒状の樹脂ホルダとを備えている。樹脂ホルダの軸方向一端部にはカラーが保持され、軸方向他端部の外周面には従動ギヤと噛み合うギヤ部が設けられている。
特開２０２１－１２１６６号公報 特開２０２０－７６６６０号公報
　上記のような磁気ヨークアセンブリ及びこれを備えるセンサ装置の小型化が求められている。
　本開示の一態様では、磁気ヨークアセンブリが提供される。磁気ヨークアセンブリは、一対のヨークコアと、環状のカラーと、前記一対のヨークコア及び前記カラーを保持する筒状のホルダと、を備える。前記ホルダは、前記ホルダの径方向外側に突出する複数の外歯を有するギヤ部を有する。前記カラーは、前記ギヤ部の内周側に配置される。前記ホルダにおける前記カラーが存在する軸方向範囲は、前記ホルダにおける前記ギヤ部が設けられた軸方向範囲と重複する。
　本開示の別の態様では、センサ装置が提供される。センサ装置は、第１シャフトと一体回転するように構成されるセンサ磁石と、前記第１シャフトに対してトーションバーを介して連結される第２シャフトと一体回転するように構成される上記磁気ヨークアセンブリと、前記磁気ヨークアセンブリの外周側に間隔を空けて配置される一対の集磁部材と、前記一対の集磁部材を流れる磁束に応じた信号を生成する磁気センサと、前記磁気ヨークアセンブリの回転に応じて回転する従動歯車と、前記従動歯車の回転角に応じた信号を生成する回転センサと、を備える。
一実施形態のセンサ装置を備えるステアリングコラム装置の軸方向に沿った断面図である。 図１のセンサ装置近傍の拡大断面図である。 図１のセンサ装置及びその周辺部品の分解斜視図である。 図１のセンサ装置を構成する磁気ヨークアセンブリの斜視図である。 図１のセンサ装置を構成する磁気ヨークアセンブリと従動歯車との噛み合い部分を示す拡大断面図である。
　本開示の磁気ヨークアセンブリ及びセンサ装置をステアリングコラム装置に適用した一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
　図１に示すステアリングコラム装置１は、概ね車両前後方向に沿うように車両に搭載される。以下の説明では、図１における左側を車両前側とし、図１における右側を車両後側とする。また、「前」、「後」、「上」、「下」、「左」、「右」等の用語で表される向きは、車両を基準として定義する。
　（全体構成）
　図１に示すように、ステアリングコラム装置１は、コラムシャフト２と、コラムシャフト２を回転可能に収容するステアリングコラム３とを備えている。コラムシャフト２及びステアリングコラム３は、共通の軸線Ｌ上に配置されている。また、ステアリングコラム装置１は、センサ装置４と、ＥＰＳアクチュエータ５とを備えている。
　コラムシャフト２の後側端部には、ステアリングホイール６が連結される。コラムシャフト２の前側端部は、図示しない転舵機構を介して転舵輪に連結される。これにより、運転者のステアリング操作に応じて転舵輪が転舵する。
　センサ装置４は、運転者が入力する操舵トルクを検出するための信号、及びコラムシャフト２の回転角である操舵角を検出するための信号の双方を出力する。ＥＰＳアクチュエータ５は、図示しないモータと、減速機７とを備えている。モータは、センサ装置４から出力される信号を含む信号に応じたトルクを発生するように、図示しない制御装置によって制御される。モータの回転は、減速機７で減速されてコラムシャフト２に伝達される。これにより、ＥＰＳアクチュエータ５は、運転者によるステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する。本実施形態の減速機７は、ウォームシャフト８及びウォームホイール９を有するウォーム減速機であるが、これに限らず、他の任意の減速機を用いてもよい。
　（コラムシャフト２）
　コラムシャフト２は、アッパシャフト１１と、ロアシャフト１２とを備えている。アッパシャフト１１は、細長い筒状をなしている。アッパシャフト１１の後側端部には、ステアリングホイール６が連結される。
　本明細書における「筒状」は、全体として筒状と見なせればよく、複数の部品を組み合わせて筒状をなすものや、Ｃ字状のように一部に切り欠きなどを有するものも含む。「筒状」の形状には、軸方向視で、円形、楕円形、及び鋭い又は丸い角を持つ多角形が含まれるが、これらに限定されない。本実施形態において、アッパシャフト１１は、軸方向視で、円形の形状を有する。
　ロアシャフト１２は、第１シャフトである入力シャフト１３と、第２シャフトである出力シャフト１４と、入力シャフト１３と出力シャフト１４とを互いに連結するトーションバー１５とを備えている。入力シャフト１３は、例えば細長い円柱状をなしている。入力シャフト１３は、アッパシャフト１１の内周部にスプライン係合を通じて嵌合されている。これにより、入力シャフト１３は、アッパシャフト１１と一体回転可能、かつアッパシャフト１１に対して軸方向に移動可能に連結されている。入力シャフト１３は、前側端部に開口する固定穴１６を有している。
　出力シャフト１４は、例えば細長い筒状をなしている。本実施形態において、出力シャフト１４は、軸方向視で、円形の形状を有する。出力シャフト１４の後側端部には、入力シャフト１３の前側端部が挿入されている。入力シャフト１３の前側端部の外周面と出力シャフト１４の後側端部の内周面との間には、軸受１７が設けられている。これにより、出力シャフト１４は、入力シャフト１３を回転可能に支持している。出力シャフト１４の外周には、ウォームホイール９が固定されている。
　トーションバー１５は、例えば細長い円柱状をなしている。トーションバー１５の後側端部は、固定穴１６に嵌合されることにより、入力シャフト１３と一体回転可能に連結されている。トーションバー１５の前側端部は、出力シャフト１４の前側端部の内周に嵌合されることにより、出力シャフト１４と一体回転可能に連結されている。これにより、入力シャフト１３と出力シャフト１４とは、トーションバー１５を捩れさせることにより互いに相対回転する。
　（ステアリングコラム３）
　ステアリングコラム３は、アウタチューブ２１と、インナチューブ２２と、ハウジング２３とを備えている。
　アウタチューブ２１は、筒状をなしている。アウタチューブ２１は、軸受２４を介してアッパシャフト１１を回転可能に支持している。インナチューブ２２は、アウタチューブ２１よりも細い筒状をなしている。本実施形態において、アウタチューブ２１及びインナチューブ２２は、軸方向視で、円形の形状を有する。インナチューブ２２の後側端部は、アウタチューブ２１の内周に嵌合している。インナチューブ２２の前側端部は、ハウジング２３に固定されている。
　本実施形態のステアリングコラム３は、アウタチューブ２１とインナチューブ２２との間に配置されるスリーブ２５をさらに備えている。ここで、例えば車両衝突による衝撃荷重がステアリングホイール６に作用した場合、アウタチューブ２１はスリーブ２５を変形させつつ、インナチューブ２２に対して軸方向に移動する。このようにステアリングコラム３が収縮することにより、衝撃荷重が吸収される。他の実施形態では、インナチューブの前側端部はアウタチューブの内周に直接嵌合してもよい。なお、衝撃荷重がステアリングホイール６に作用した際にステアリングコラム３が収縮する長さは、ＥＡストロークと呼ばれることがある。
　図１及び図２に示すように、ハウジング２３は、ハウジング本体３１と、カバー３２と、仕切り板３３とを備えている。ハウジング本体３１は、筒状をなしている。本実施形態において、ハウジング本体３１は、軸方向視で、円形の形状を有する。ハウジング本体３１は、その軸方向一端に端壁を有する。図示の例では、端壁はハウジング本体３１の前側端部に設けられている。ハウジング本体３１の端壁は、軸方向に貫通した貫通孔３４を有している。カバー３２は、円板状をなしている。カバー３２は、ハウジング本体３１の開口を覆うように、ハウジング本体３１の後側端部に固定されている。カバー３２は、軸方向に貫通した貫通孔３５を有している。仕切り板３３は、円板状をなしている。仕切り板３３は、ハウジング本体３１の内周面に固定されている。これにより、ハウジング本体３１内の空間が、前側に配置されるギヤ収容空間Ｓ１と後側に配置されるセンサ収容空間Ｓ２とに区画されている。ギヤ収容空間Ｓ１には減速機７が収容され、センサ収容空間Ｓ２にはセンサ装置４が収容されている。仕切り板３３は、軸方向に貫通した貫通孔３６を有している。貫通孔３４～３６は、いずれも軸線Ｌ上に設けられている。本実施形態のハウジング２３は、貫通孔３４，３６に設けられた軸受３７，３８を介して出力シャフト１４を回転可能に支持している。他の実施形態では、例えば貫通孔３５に設けられる軸受を介して入力シャフト１３を回転可能に支持してもよく、ハウジング２３によるコラムシャフト２の支持態様は適宜変更可能である。
　（センサ装置４）
　図２及び図３に示すように、センサ装置４は、センサ磁石４１と、磁気ヨークアセンブリ４２と、集磁ユニット４３と、ギヤユニット４４と、回路基板４５とを備えている。ギヤユニット４４は、磁気ヨークアセンブリ４２の回転に応じて回転する２つの従動歯車４６，４７を含む。回路基板４５は、集磁ユニット４３を流れる磁束に応じた信号を生成する磁気センサ４８、及び従動歯車４６，４７の回転角に応じた信号を生成する回転センサ４９ａ，４９ｂを含む。磁気センサ４８から出力される信号は操舵トルクに対応し、回転センサ４９ａ，４９ｂから出力される信号は操舵角に対応する。
　センサ装置４は、磁気センサ４８から出力される信号そのもの及び／又は回転センサ４９ａ，４９ｂから出力される信号そのものを上記モータの制御装置に出力してもよい。代替的に、センサ装置４は、磁気センサ４８から出力される信号に基づいて検出した操舵トルク及び／又は回転センサ４９ａ，４９ｂから出力される信号に基づいて検出した操舵角を上記モータの制御装置に出力してもよい。
　以下、センサ装置４の構成要素を詳細に説明する。
　（センサ磁石４１）
　センサ磁石４１は、軸方向視で円形の筒状をなすリング磁石である。センサ磁石４１は、周方向において異なる極性の磁極が交互に配置されるように径方向に沿って着磁されている。本実施形態のセンサ装置４は、磁石ホルダ５１を備えており、センサ磁石４１は、磁石ホルダ５１を介して入力シャフト１３の外周面に固定されている。他の実施形態では、センサ磁石４１を入力シャフト１３の外周面に直接固定してもよい。また、別の実施形態では、センサ磁石４１は、板状をなす複数の磁石であってもよい。
　（磁気ヨークアセンブリ４２）
　図３及び図４に示すように、磁気ヨークアセンブリ４２は、一対のヨークコア６１，６２と、カラー６３と、一対のヨークコア６１，６２及びカラー６３を保持するホルダ６４とを備えている。
　ヨークコア６１，６２のそれぞれは、磁性材料からなり、環状をなしている。ヨークコア６１，６２は、軸方向に間隔を空けて配置されている。ヨークコア６１，６２は、リング部６５，６６と、複数の爪部６７，６８とをそれぞれ有している。爪部６７，６８は、対応するリング部６５，６６から互いに近接する方向に突出している。爪部６７，６８は、周方向に等間隔で設けられており、爪部６７と爪部６８とは周方向に交互に配置されている。
　本明細書における「環状」は、全体として環状と見なせればよく、複数の部品を組み合わせて環状をなすものや、Ｃ字状のように一部に切り欠きなどを有するものも含む。「環状」の形状には、軸方向視で、円形、楕円形、及び鋭い又は丸い角を持つ多角形が含まれるが、これらに限定されない。本実施形態において、ヨークコア６１，６２のそれぞれは、軸方向視で、円形の形状を有する。
　図４及び図５に示すように、カラー６３は、例えば金属材料からなり、環状をなしている。本実施形態において、カラー６３は、軸方向視で、円形の形状を有する。カラー６３は、一対のヨークコア６１，６２に対して軸方向の前側に配置されている。カラー６３は、出力シャフト１４の後側端部の外周に嵌合している。カラー６３は、出力シャフト１４に嵌合する環状の本体部７１と、本体部７１の内周面から径方向内側に突出するフランジ部７２を有している。本体部７１の径方向に沿った厚みは、前側端部の方が後側端部よりも薄い。フランジ部７２は、例えば環状をなしている。
　フランジ部７２は、本体部７１における後側端部に設けられている。換言すると、フランジ部７２は、本体部７１におけるヨークコア６１，６２寄りの端部に設けられている。そのため、センサ装置４の組み立て時において、カラー６３は、出力シャフト１４に対して後側から嵌合されるようになっている。換言すると、カラー６３は、出力シャフト１４に対して前側に移動することにより出力シャフト１４に嵌合するようになっている。つまり、カラー６３を出力シャフト１４に嵌合させる方向は、ホルダ６４の軸線に沿った方向であって前側を向く方向である。カラー６３を出力シャフト１４に嵌合させる方向は、第１方向ともいう。
　ホルダ６４は、例えば樹脂材料からなり、筒状をなしている。本実施形態において、ホルダ６４は、軸方向視で、円形の形状を有する。ホルダ６４の軸方向は、軸線Ｌに沿った方向と一致している。本実施形態のホルダ６４は、インサート成形により一対のヨークコア６１，６２及びカラー６３と一体化されている。他の実施形態では、ホルダ６４を単体で成形した後に、ヨークコア６１，６２及びカラー６３をホルダ６４に組み付けてもよい。ホルダ６４は、一対のヨークコア６１，６２及びカラー６３を軸線Ｌ上に保持している。
　詳しくは、ホルダ６４は、一対のヨークコア６１，６２を保持するヨークコア保持部７３と、カラー６３を保持するカラー保持部７４と、ギヤ部７５と、位置合わせ部７６とを有している。
　ヨークコア保持部７３は、爪部６７，６８の内側面がホルダ６４の内周側に露出するように、ヨークコア６１，６２を保持している。また、ヨークコア保持部７３は、リング部６５，６６の外周縁がホルダ６４から径方向外側に突出するように、ヨークコア６１，６２を保持している。
　ギヤ部７５は、ホルダ６４の軸方向に沿ってヨークコア保持部７３と横並びに設けられている。ギヤ部７５は、例えばヨークコア保持部７３の前側に連続して設けられている。ギヤ部７５は、ホルダ６４の径方向外側に突出する複数の外歯７７と、複数の外歯７７の間の歯溝７８とを有している。本実施形態では、各外歯７７における軸方向の前側端部領域は、前側に向かうにつれて歯丈が低くなるとともに歯厚が薄くなっている。他の実施形態では、各外歯７７の歯丈及び歯厚は、軸方向に沿って一定であってもよい。各歯溝７８の前側端部は軸方向の前側に開口し、各歯溝７８の後側端部はヨークコア６２のリング部６６によって閉塞されている。つまり、歯溝７８は、カラー６３を出力シャフト１４に嵌合させる方向に開口している。
　カラー保持部７４は、カラー６３の内周面がホルダ６４の内周側に露出するように、カラー６３を保持している。また、本実施形態のカラー保持部７４は、本体部７１の前側端部が軸方向に露出するように、カラー６３を保持している。他の実施形態では、本体部７１の前側端部がカラー保持部７４によって覆われていてもよい。
　カラー保持部７４は、ギヤ部７５の内周側に設けられている。すなわち、カラー６３は、ギヤ部７５の内周側に設けられている。そして、ホルダ６４におけるカラー６３が存在する軸方向範囲は、ホルダ６４におけるギヤ部７５が設けられた軸方向範囲と重複している。詳しくは、ホルダ６４におけるカラー６３が存在する軸方向範囲の全体が、ホルダ６４におけるギヤ部７５が設けられた軸方向範囲内に含まれている。
　位置合わせ部７６は、ヨークコア保持部７３から軸方向の後側に突出するように設けられている。位置合わせ部７６は、軸方向から見て、例えば扇形状をなしている。位置合わせ部７６は、その周方向中央に径方向に貫通した位置合わせ溝７９を有している。図示の例では、ホルダ６４は、2つの位置合わせ部７６を有しているが、これに限らず、１つ又は３つ以上の位置合わせ部７６を有してもよい。
　磁気ヨークアセンブリ４２は、カラー６３が出力シャフト１４の後側端部に圧入されることで、出力シャフト１４と一体回転可能に固定されている。磁気ヨークアセンブリ４２が出力シャフト１４に固定された状態で、磁気ヨークアセンブリ４２は、センサ磁石４１の外周側に間隔を空けて配置されている。また、出力シャフト１４の後側端部の端面は、フランジ部７２に当接している。
　（集磁ユニット４３）
　図２、図３及び図５に示すように、集磁ユニット４３は、一対の集磁部材８１，８２と、第１支持フレーム８３と、第２支持フレーム８４とを備えている。
　集磁部材８１，８２のそれぞれは、磁性材料からなり、Ｃ字状をなしている。集磁部材８１は、径方向に突出する２つの突部８５を有し、集磁部材８２は、径方向に突出する２つの突部８６を有している。集磁部材８１は、ヨークコア６１の外周に間隔を空けて配置され、集磁部材８２は、ヨークコア６２の外周に間隔を空けて配置されている。つまり、集磁部材８１，８２は、軸方向に間隔を空けて配置されている。集磁部材８１にはヨークコア６１を流れる磁束が誘導され、集磁部材８２にはヨークコア６２を流れる磁束が誘導される。突部８５と突部８６とは、軸方向において対向する。
　本明細書における「対向」とは、面同士または部材同士が互いに正面の位置にあることを指し、互いが完全に正面の位置にある場合だけでなく、互いが部分的に正面の位置にある場合を含む。また、本明細書における「対向」とは、２つの部分の間に、２つの部分とは別の部材が介在している場合と、２つの部分の間に何も介在していない場合の両方を含む。
　第１支持フレーム８３は、環状の第１フレーム部９１と、第１フレーム部９１の径方向外側に設けられるカバー部９２とを有している。第１フレーム部９１は、集磁部材８１の内周面が第１支持フレーム８３の内周側に露出するように、集磁部材８１を保持している。
　第２支持フレーム８４は、環状の第２フレーム部９３と、第２フレーム部９３の径方向外側に設けられる支持部９４とを有している。第２フレーム部９３は、集磁部材８２の内周面が第２支持フレーム８４の内周側に露出するように、集磁部材８２を保持している。支持部９４は、ギヤユニット４４及び回路基板４５を支持している。カバー部９２は、支持部９４に支持された回路基板４５を後側から覆っている。
　（ギヤユニット４４）
　ギヤユニット４４は、上記従動歯車４６，４７に加え、従動歯車４６，４７と一体回転するセンサ磁石１０１，１０２と、支持板１０３とを備えている。図５に示すように、センサ磁石１０１は、従動歯車４６と一体回転可能に固定されている。また、センサ磁石１０２は従動歯車４７と一体回転可能に固定されている。なお、従動歯車４７の周辺構成は、従動歯車４６の周辺構成と同様である。そのため、図５に従動歯車４６とギヤ部７５との噛み合い部分を示し、従動歯車４７とギヤ部７５との噛み合い部分の図示を省略する。
　支持板１０３は、平板状をなしている。支持板１０３は、従動歯車４６，４７を回転可能に支持している。支持板１０３は、支持板１０３と第２支持フレーム８４の支持部９４との間に従動歯車４６，４７を挟むように、第２支持フレーム８４に固定されている。
　従動歯車４６，４７のそれぞれは、磁気ヨークアセンブリ４２のギヤ部７５に噛み合っている。従動歯車４６，４７は、出力シャフト１４の後側端面よりも後側に配置されている。つまり、従動歯車４６，４７は、出力シャフト１４の後側端部よりも、カラー６３を出力シャフト１４に嵌合させる方向の反対方向に配置されている。従動歯車４６，４７の歯数は互いに異なる。したがって、出力シャフト１４、すなわちギヤ部７５が回転した場合、従動歯車４６の回転角と従動歯車４７の回転角とは互いに異なる。従動歯車４６，４７の各外歯は、本実施形態の各外歯の後側端部領域は、後側に向かうにつれて歯丈が低くなるとともに歯厚が薄くなっている。他の実施形態では、各外歯の歯丈及び歯厚は、軸方向に沿って一定であってもよい。
　（回路基板４５）
　回路基板４５は、平板状をなしている。回路基板４５には、上記磁気センサ４８及び回転センサ４９ａ，４９ｂを含む各種回路素子が実装されている。回路基板４５は、第２支持フレーム８４の支持部９４に支持されている。
　磁気センサ４８は、例えばホールセンサ又は磁気抵抗センサである。図２に示すように、磁気センサ４８は、回路基板４５における突部８５，８６に挟まれた領域に実装されている。他の実施形態の回路基板は、磁気センサ４８とは別の冗長用の磁気センサを備え、この磁気センサを回路基板４５におけるもう１つの突部８５，８６に挟まれた領域に実装してもよい。
　ここで、センサ磁石４１は入力シャフト１３と一体回転し、磁気ヨークアセンブリ４２は出力シャフト１４と一体回転する。運転者によるステアリング操作によって、トーションバー１５の捩れを伴って入力シャフト１３と出力シャフト１４とが相対回転すると、センサ磁石４１と磁気ヨークアセンブリ４２との周方向の相対位置が変化する。これにより、磁気ヨークアセンブリ４２を流れる磁束がトーションバー１５の捩れ量、すなわち運転者が入力する操舵トルクの大きさに応じて変化する。その結果、集磁ユニット４３を流れる磁束も、磁気ヨークアセンブリ４２を流れる磁束の変化に応じて変化する。磁気センサ４８は、集磁ユニット４３を流れる磁束を検出し、この磁束に応じた信号、すなわち操舵トルクを示す信号を生成する。
　回転センサ４９ａ，４９ｂは、例えばホールセンサ又は磁気抵抗センサである。図５に示すように、回転センサ４９ａは、回路基板４５におけるセンサ磁石１０１と対向する領域に実装され、回転センサ４９ｂは、回路基板４５におけるセンサ磁石１０２と対向する領域に実装されている。
　ここで、従動歯車４６，４７は、磁気ヨークアセンブリ４２の回転に応じて回転する。そして、回転センサ４９ａ，４９ｂは、従動歯車４６，４７の回転角、すなわち操舵角を示す信号を生成する。なお、上記のように従動歯車４６の回転角と従動歯車４７の回転角とは互いに異なるため、回転センサ４９ａ，４９ｂにより生成される信号の位相は互いに異なる。そのため、本実施形態のセンサ装置４は、回転センサ４９ａ，４９ｂから出力される信号に基づいて、３６０°を超える絶対角で操舵角を検出可能である。
　（センサ装置４の組み立て）
　センサ装置４の組み立ては、出力シャフト１４に対して後側からセンサ装置４の構成要素を順に組み付けることで行われる。このうち、磁気ヨークアセンブリ４２の組み付けは、ハウジング２３内にギヤユニット４４を固定した後に行われる。
　詳しくは、磁気ヨークアセンブリ４２は、位置合わせ溝７９に図示しない治具の一部を挿入することで磁気ヨークアセンブリ４２の出力シャフト１４に対する周方向位置を合わせた状態で、出力シャフト１４に対して後側から組み付けられる。これにより、磁気ヨークアセンブリ４２の出力シャフト１４への組み付けと、磁気ヨークアセンブリ４２と従動歯車４６，４７との噛み合わせが行われる。
　次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
　（１）センサ装置４は、入力シャフト１３と一体回転するセンサ磁石４１と、出力シャフト１４と一体回転する磁気ヨークアセンブリ４２とを備える。また、センサ装置４は、磁気ヨークアセンブリ４２の外周側に間隔を空けて配置される一対の集磁部材８１，８２と、一対の集磁部材８１，８２を流れる磁束に応じた信号を生成する磁気センサ４８とを備える。さらに、センサ装置４は、磁気ヨークアセンブリ４２の回転に応じて回転する従動歯車４６，４７と、従動歯車４６，４７の回転角に応じた信号を生成する回転センサ４９ａ，４９ｂとを備える。
　磁気ヨークアセンブリ４２は、一対のヨークコア６１，６２と、カラー６３と、一対のヨークコア６１，６２及びカラー６３を保持するホルダ６４とを備える。ホルダ６４は、ホルダ６４の径方向外側に突出する複数の外歯７７を有するギヤ部７５を有する。カラー６３は、ギヤ部７５の内周側に配置される。ホルダ６４におけるカラー６３が存在する軸方向範囲は、ホルダ６４におけるギヤ部７５が設けられた軸方向範囲と重複する。そのため、これらの軸方向範囲が互いに重複しない場合に比べ、ホルダ６４の軸方向長さを短縮でき、ひいてはセンサ装置４を小型化することができる。これにより、ＥＡストロークを確保しつつ、ステアリングコラム装置１を小型化することができる。
　（２）カラー６３は、出力シャフト１４に嵌合する環状の本体部７１と、本体部７１の内周面から径方向内側に突出し、出力シャフト１４の端部に当接するフランジ部７２とを有する。そのため、出力シャフト１４の端部がフランジ部７２に当接することで、出力シャフト１４に対するカラー６３の軸方向位置、すなわち出力シャフト１４に対する磁気ヨークアセンブリ４２の軸方向位置を容易に合わせることができる。
　（３）カラー６３は、出力シャフト１４に対してホルダ６４の軸線に沿った第１方向に移動することにより、出力シャフト１４に嵌合する。複数の外歯７７の間の歯溝７８は、第１方向に開口する。そのため、ギヤ部７５を従動歯車４６，４７に噛み合わせながら、カラー６３を出力シャフト１４に嵌合させることができる。これにより、センサ装置４の組み立て性の向上を図ることができる。
　（４）ホルダ６４は、出力シャフト１４に対するホルダ６４の周方向位置を合わせるための位置合わせ部７６をさらに有する。そのため、ホルダ６４の出力シャフト１４に対する周方向の位置合わせが容易になる。
　（５）カラー６３は、出力シャフト１４の後側端部に嵌合する。従動歯車４６，４７は、出力シャフト１４の後側端部よりも、第１方向の反対方向に配置される。そのため、磁気ヨークアセンブリ４２の組み付け時において、ギヤ部７５の少なくとも一部が従動歯車４６，４７に噛み合った後に、出力シャフト１４の外周にカラー６３が嵌合し始める。したがって、磁気ヨークアセンブリ４２の周方向位置を容易に変更しやすい状態でギヤ部７５を従動歯車４６，４７に噛み合わせた後に、カラー６３を出力シャフト１４に嵌合させることができる。
　本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
　・従動歯車４６，４７を出力シャフト１４の後側端面よりも後側に配置したが、これに限らず、従動歯車４６，４７の後側端面の軸方向位置が出力シャフト１４の後側端面の軸方向位置と一致するように、従動歯車４６，４７を配置してもよい。この場合、磁気ヨークアセンブリ４２の組み付け時において、ギヤ部７５が従動歯車４６，４７に噛み合い始めるのと同時に、カラー６３が出力シャフト１４に嵌合し始める。また、従動歯車４６，４７を出力シャフト１４の後側端面よりも前側に配置してもよい。この場合、磁気ヨークアセンブリ４２の組み付け時において、カラー６３の少なくとも一部が出力シャフト１４に嵌合した後に、ギヤ部７５が従動歯車４６，４７に噛み合い始める。
　・位置合わせ部７６をヨークコア保持部７３から軸方向の後側に突出するように設けたが、これに限らず、例えばギヤ部７５から軸方向の前側に突出するように設けてもよく、また位置合わせ部７６をヨークコア保持部７３とギヤ部７５との間に設けてもよい。また、位置合わせ部７６は、位置合わせ溝７９に代えて、例えば位置合わせ穴を有する構造であってもよい。さらに、ホルダ６４は、位置合わせ部７６を有さなくてもよい。
　・ギヤ部７５の歯溝７８は、カラー６３を出力シャフト１４に嵌合させる方向、すなわち第１方向に開口していなくてもよい。この場合、例えば従動歯車４６，４７を磁気ヨークアセンブリ４２の径方向外側からギヤ部７５に噛み合わせることになる。
　・カラー６３のフランジ部７２を本体部７１におけるヨークコア６１，６２寄りの端部設けたが、これに限らず、例えば本体部７１における軸方向中央付近に設けてもよい。また、カラー６３は、フランジ部７２を有さなくてもよい。
　・ホルダ６４におけるカラー６３が存在する軸方向範囲の全体が、ホルダ６４におけるギヤ部７５が設けられた軸方向範囲に含まれていたが、これに限らない。ホルダ６４におけるカラー６３が存在する軸方向範囲の一部が、ホルダ６４におけるギヤ部７５が設けられた軸方向範囲外にあってもよい。
　・集磁ユニット４３の構成は、一対の集磁部材８１，８２を保持することができれば、適宜変更可能である。例えば、第１支持フレーム８３及び第２支持フレーム８４に代えて、単一の支持フレームによって一対の集磁部材８１，８２を保持してもよい。
　・回転センサ４９ａ，４９ｂは、例えばロータリエンコーダ等、従動歯車４６，４７の回転角を検出できれば、磁束を検出するセンサ以外のセンサであってもよい。この場合、センサ磁石１０１，１０２は不要である。
　・ギヤユニット４４は、ギヤ部７５に噛み合う２つの従動歯車４６，４７を備えたが、これに限らず、ギヤ部７５に噛み合う単一の従動歯車のみ、又は３つ以上の従動歯車を備えてもよい。また、ギヤユニット４４が２つ以上の従動歯車を備える場合、これら従動歯車のそれぞれがギヤ部７５に噛み合わなくともよく、例えば１つの従動歯車がギヤ部７５に噛み合い、他の従動歯車は前記１つの従動歯車にのみ噛み合ってもよい。
　・センサ磁石４１を入力シャフト１３に固定し、磁気ヨークアセンブリ４２を出力シャフト１４に固定したが、センサ磁石４１を出力シャフト１４に固定し、磁気ヨークアセンブリ４２を入力シャフト１３に固定してもよい。この場合、入力シャフト１３が第２シャフトに相当し、出力シャフト１４が第１シャフトに相当する。
　・センサ装置４をコラムシャフト２の外周に設けたが、これに限らず、例えばラックアンドピニオン機構を構成するピニオンシャフトの外周に設けてもよい。

Claims (6)

  1. 　一対のヨークコアと、
    　環状のカラーと、
    　前記一対のヨークコア及び前記カラーを保持する筒状のホルダと、を備え、
    　前記ホルダは、前記ホルダの径方向外側に突出する複数の外歯を有するギヤ部を有し、
    　前記カラーは、前記ギヤ部の内周側に配置され、
    　前記ホルダにおける前記カラーが存在する軸方向範囲は、前記ホルダにおける前記ギヤ部が設けられた軸方向範囲と重複する、磁気ヨークアセンブリ。
  2. 　請求項１に記載の磁気ヨークアセンブリであって、
    　前記カラーは、
    　　シャフトに嵌合する環状の本体部と、
    　　前記本体部の内周面から径方向内側に突出し、前記シャフトの端部に当接するように構成されるフランジ部と、を有する、磁気ヨークアセンブリ。
  3. 　請求項２に記載の磁気ヨークアセンブリであって、
    　前記カラーは、前記シャフトに対して前記ホルダの軸線に沿った第１方向に移動することにより、前記シャフトに嵌合するように構成され、
    　前記複数の外歯の間の歯溝は、前記第１方向に開口する、磁気ヨークアセンブリ。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の磁気ヨークアセンブリであって、
    　前記ホルダは、前記カラーが嵌合するシャフトに対する前記ホルダの周方向位置を合わせるように構成された位置合わせ部をさらに有する、磁気ヨークアセンブリ。
  5. 　第１シャフトと一体回転するように構成されるセンサ磁石と、
    　前記第１シャフトに対してトーションバーを介して連結される第２シャフトと一体回転するように構成される請求項１～４のいずれか一項に記載の磁気ヨークアセンブリと、
    　前記磁気ヨークアセンブリの外周側に間隔を空けて配置される一対の集磁部材と、
    　前記一対の集磁部材を流れる磁束に応じた信号を生成する磁気センサと、
    　前記磁気ヨークアセンブリの回転に応じて回転する従動歯車と、
    　前記従動歯車の回転角に応じた信号を生成する回転センサと、を備える、センサ装置。
  6. 　請求項５に記載のセンサ装置であって、
    　前記磁気ヨークアセンブリの前記カラーは、前記第２シャフトの端部に対して前記ホルダの軸線に沿った第１方向に移動することにより前記端部に嵌合するように構成され、
    　前記従動歯車は、前記端部よりも、前記第１方向の反対方向に配置される、センサ装置。
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