JP2005321361A

JP2005321361A - トルク検出装置

Info

Publication number: JP2005321361A
Application number: JP2004141496A
Authority: JP
Inventors: Yoshitomo Tokumoto; 欣智徳本; 卓範 ▲濱▼田; Takunori Hamada; Naoki Nakane; 中根　　直樹
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Denso Corp; Favess Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Denso Corp; Favess Co Ltd
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】外部磁界による検出誤差を低減でき、しかも、磁気遮蔽面積を少なくすることができるトルク検出装置を提供する。
【解決手段】回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りにアキシャル方向へ離隔して並置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める２つの集磁環５，５と、各集磁環５，５が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部７とを備えており、集磁環５，５は周方向の１個所からラジアル方向外側へ延出された凸片５１，５１を有する円筒形をなし、該集磁環５，５の外周側及び端面と、前記凸片５１，５１の一部とを磁気的に遮蔽する磁気遮蔽層６，６を有する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は回転体に加わるトルクを検出するトルク検出装置に関する。

トルク検出装置としては、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１のトルク検出装置は、トーションバーにより連結された入力軸及び出力軸を有する回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りにアキシャル方向へ離隔して並置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める２つの集磁環と、各集磁環が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部とを備えている。

このように構成されたトルク検出装置は車両用の電動パワーステアリング装置に組み込まれている。電動パワーステアリング装置は前記入力軸がステアリングホイールに繋がる前記回転体と、該回転体を収容支持するハウジングと、前記出力軸に減速機構を介して繋がる電動モータと、該電動モータの駆動回路及び前記検出部に接続され、マイクロプロセッサを用いてなる制御部とを備えており、ステアリングホイールを操舵することにより入力軸に加わる回転トルクを前記トーションバーに生じる捩れによって検出部が検出し、検出トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御するように構成されている。

ところで、トルク検出装置は磁気回路形成部材の周りに配置されるため、トルク検出装置の近くに永久磁石を備えた車搭スピーカ等が配設されている場合、車搭スピーカ等の永久磁石から発生する磁界の影響により検出誤差が生ずる可能性があるため、例えばトルク検出装置の全体を磁気遮蔽部材により被覆、又は前記回転体を収容支持したハウジングを磁気遮蔽部材により被覆することにより、外部磁界による検出誤差をなくすることが考えられる。
特開２００３−１４９０６２号公報

ところが、トルク検出装置の全体を磁気遮蔽部材により被覆、又は前記回転体を収容支持したハウジングを磁気遮蔽部材により被覆した場合、磁気遮蔽部材が被覆する磁気遮蔽面積が比較的多くなり、コスト高になるという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は外部磁界による検出誤差を低減でき、しかも、磁気遮蔽面積を少なくすることができるトルク検出装置を提供することにある。また、他の目的は集磁環自体のコストを低減することができるトルク検出装置を提供する点にある。また、他の目的は集磁環及び磁気遮蔽部材の組込作業性を向上することができるトルク検出装置を提供することにある。

第１発明に係るトルク検出装置は、回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに配置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環と、該集磁環が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部とを備えるトルク検出装置において、前記集磁環は外周側に磁気遮蔽層を有することを特徴とする。

第１発明にあっては、磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環の外周側に磁気遮蔽層が設けられているため、集磁環の磁束集めに外部磁界が影響することを低減でき、外部磁界による検出誤差を低減できる。しかも、磁気遮蔽層は集磁環の外周側を被覆しているため、磁気遮蔽層の磁気遮蔽面積を少なくすることができる。

第２発明に係るトルク検出装置は、前記磁気遮蔽層は、前記集磁環に外嵌され、周方向の１個所が開放された円環状をなし、周方向の途中からラジアル方向外側へ延出された延出部を有する非磁性板からなることを特徴とする。

第２発明にあっては帯板状の非磁性板から２つの磁気遮蔽層を得ることが可能であるため、非磁性板から円環状に成形される場合に比べて非磁性板の取り除き面積を少なくすることができる。

第３発明に係るトルク検出装置は、回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りにアキシャル方向へ離隔して並置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める２つの集磁環と、各集磁環が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部とを備えるトルク検出装置において、前記集磁環は周方向の１個所からラジアル方向外側へ延出された凸片を有する円筒形をなし、該集磁環の外周側及び端面と、前記凸片の一部とを磁気的に遮蔽する磁気遮蔽層を有することを特徴とする。

第３発明にあっては、磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環の外周側及びアキシャル方向の外側となる端面と、凸片の一部（検出部が配置されない側のアキシャル方向の外側となる面）とに磁気遮蔽層が設けられているため、集磁環の磁束集めに外部磁界が影響することを低減でき、外部磁界による検出誤差を低減できる。しかも、磁気遮蔽層は集磁環の外周側及びアキシャル方向の外側となる端面と、凸片の一部（検出部が配置されない側のアキシャル方向の外側となる面）とを被覆しているため、磁気遮蔽層の磁気遮蔽面積を少なくすることができる。

第４発明に係るトルク検出装置は、前記集磁環及び前記磁気遮蔽層が合成樹脂材料によってモールドされていることを特徴とする。

第４発明にあっては、集磁環及び磁気遮蔽層がモールドされているため、部品点数を削減でき、組込作業工程数を削減できる。

第１発明及び第３発明によれば、集磁環の磁束集めに外部磁界が影響することを低減でき、外部磁界による検出誤差を低減でき、しかも、磁気遮蔽層の磁気遮蔽面積を少なくすることができ、トルク検出装置のコストを低減できる。

第２発明によれば、帯板状の非磁性板から２つの磁気遮蔽層を得ることが可能であるため、非磁性板から円環状に成形される場合に比べて非磁性板の取り除き面積を少なくすることができ、磁気遮蔽層自体のコスト、ひいてはトルク検出装置のコストを低減できる。

第４発明によれば、集磁環及び磁気遮蔽層がモールドされているため、部品点数を削減でき、組込作業工程数を削減できる。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係るトルク検出装置の構成を示す断面図、図２は模式的分解斜視図、図３は回転体が一方向に回転した場合に発生する磁気回路の説明図である。

トルク検出装置Ａは、トーションバー１により同軸的に連結された第１の回転体２及び第２の回転体３が有する磁気回路形成部材４の外周りにアキシャル方向へ離隔して配置され、該磁気回路形成部材４が発生した磁束を集める２つの集磁環５，５と、各集磁環５，５を外部磁界と磁気的に遮蔽する磁気遮蔽層６，６と、各集磁環５，５が集めた磁束の密度に基づいて第１の回転体２に加わったトルクを検出する検出部７と、該検出部７に導線８により接続された検出回路基板９とを備えている。尚、磁気回路形成部材４は、第１の回転体２の外周部に取着された複数の永久磁石４１と、該永久磁石４１の外周りに配置され、第２の回転体３に外嵌固定された２つの磁性環４２，４２とからなる。

永久磁石４１は複数の周方向位置にＮ極とＳ極とが交互に着磁された多極着磁のリングになっており、第１の回転体２の外周部に外嵌固定されている。

磁性環４２，４２は第２の回転体３の軸線方向に離隔して向き合う２つの環板部４２ａ，４２ａ及び環板部４２ａ，４２ａの内周部から互いに接近する方向へ延出された複数の櫛歯４２ｂ，４２ｂを有しており、永久磁石４１と相対回転することにより磁性環４２，４２間の磁束密度が変化するように構成されている。また、櫛歯４２ｂ，４２ｂは周方向に交互に噛み合うように等間隔に配置されており、櫛歯４２ｂ，４２ｂが交互に噛み合う状態で磁性環４２，４２が合成樹脂材料によりモールドされ、モールド体４３になっている。

図４は集磁環部分の拡大断面図、図５は集磁環部分の側面図、図６は集磁環部分の分解斜視図である。
集磁環５，５は周方向の１個所からラジアル方向外側へ延出され、前記検出部７の両側に配置された凸片５１，５１を有する円筒形をなしており、凸片５１，５１に磁束が集まるように構成されている。また、集磁環５，５は鉄板等の磁性板を成形してなる。

磁気遮蔽層６，６は集磁環５，５の外周側を被覆する筒形被覆部６１，６１と、集磁環５，５の一方の端面を被覆する環形被覆部６２，６２と、凸片５１，５１の外面部を被覆する板形被覆部６３とを有する環体６４，６４からなり、該環体６４，６４が集磁環５，５に外嵌されている。環体６４，６４が外嵌された集磁環５，５は支持部材としの合成樹脂製のケース１０に支持されている。また、磁気遮蔽層６，６は珪素鋼板等の非磁性材により形成されているが、その材料は特に制限されない。

ケース１０は集磁環５，５の内周面に対応する貫通孔１０ａを有する環部１０ｂと、該環部１０ｂの外周部からラジアル方向外方へ延出され、収容部１０ｃを有する有底の角筒部１０ｄとを有しており、環部１０ｂ及び収容部１０ｃが連通孔１０ｅにより連通している。環部１０ｂには集磁環５，５が内嵌固定され、該集磁環５，５の凸片５１，５１が連通孔１０ｅに配置されている。また、収容部１０ｃに検出回路基板９が小ねじにより取付けられている。また、角筒部１０ｄの外部への開口端には蓋体１１が小ねじ等により取付けられる。

検出部７は磁界の作用により電気的特性（抵抗）が変化するホール素子からなり、集磁環５，５の凸片５１，５１間に発生する磁束密度の変化に応じて検出信号が変わるように構成されており、検出信号は検出回路基板９に与えられる。尚、検出部７はホール素子である他、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特性（抵抗）が変化する感磁素子であればよく、ホール素子に制限されない。

以上のように構成されたトルク検出装置は、磁気回路形成部材４が発生した磁束を集める集磁環５，５の外周側を被覆する筒形被覆部６１，６１と、集磁環５，５の一方の端面を被覆する環形被覆部６２，６２と、凸片５１，５１の一部（検出部が配置されない側のアキシャル方向の外側となる面）を被覆する板形被覆部６３とを有する磁気遮蔽層６，６が設けられているため、外部磁界が集磁環５，５の磁束集めに影響することを低減でき、外部磁界による検出誤差を低減できる。また、磁気遮蔽層６，６は集磁環５，５の全面を被覆することなく、集磁環５，５の一部を被覆しているため、磁気遮蔽層６，６の磁気遮蔽面積を少なくすることができ、磁気遮蔽層６，６のコスト、ひいてはトルク検出装置のコストを低減できる。

図７はトルク検出装置の磁気遮蔽層の成形工程を示す説明図である。磁気遮蔽層６，６は珪素鋼板等の非磁性板が成形される。この成形は例えば図７の(a) と図７の(b) とがある。(a) は四角形の非磁性板の中央部を環板状に打抜き(c) 、１つの打抜環板６ａを成形し(d) 、この打抜環板６ａを円筒状に成形してある(e) 。

(b) は帯板状の非磁性板の幅方向両側を帯板状に打抜き(f) 、２つの打抜帯板６ｂ，６ｂを成形し(g) 、各打抜帯板６ｂ，６ｂを湾曲させることにより周方向の１個所が開放された円環状（筒形被覆部６１）をなし、周方向の途中からラジアル方向外側へ延出された延出部（板形被覆部６３）を有する形状に成形してある(h) 。このように(b) は帯板状の非磁性板により２つの磁気遮蔽層６，６を成形することができるため、(a) のように四角形の非磁性板から円環状に成形される場合に比べて非磁性板の取り除き面積を少なくすることができ、しかも、非磁性板の曲げ成形を簡易に行うことができ、磁気遮蔽層６，６自体のコストを低減できる。

また、図７の(b) のように帯板状の非磁性板により磁気遮蔽層６，６を成形する場合、打抜帯板６ｂ，６ｂは扁平状とする他、(i) のように凹凸条をなす波板状としてもよい。
このように打抜帯板６ｂ，６ｂを波板状とすることにより、外部磁界の吸収性を高めることができる。即ち、磁束は凸部に集まる性質があるため、磁気遮蔽効果を高めることができる。

図８はトルク検出装置の集磁環５，５及び磁気遮蔽層６，６が合成樹脂材料によってモールドされた例を示す拡大断面図である。集磁環５，５には図４〜図６に示す磁気遮蔽層６，６が外嵌により保持されており、この磁気遮蔽層６，６が設けられた集磁環５，５を成形用型のキヤビテイに配置した状態でケースの合成樹脂と同系統の合成樹脂材料を前記キヤビテイに注入することにより集磁環５，５及び磁気遮蔽層６，６をモールド層２０でモールドする。このモールドにより集磁環５，５及び磁気遮蔽層６，６は１つの部品となるため、組立て作業時の組立て工数を削減でき、組立て作業性を向上でき、しかも、組込みもれ等の作業ミスを低減でき、ひいてはトルク検出装置のコストを低減できる。

図９はトルク検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた例を示す拡大断面図である。以上のように製造されたトルク検出装置Ａは例えば車両用の電動パワーステアリング装置に用いられる。この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに繋がる入力軸２０（第１の回転体２）及び該入力軸２０にトーションバー１により同軸的に連結された出力軸２１（第２の回転体３）と、入力軸２０及び出力軸２１を取り囲み、３つの軸受２２，２３，２４により入力軸２０及び出力軸２１を回転自在に支持するハウジング２５と、該ハウジング２５に取着された操舵補助用の電動モータ２６と、該電動モータ２６の駆動軸の回転力を出力軸２１に伝動する減速機構２７と、トルク検出装置Ａと、該トルク検出装置Ａの検出回路基板９及び電動モータ２６の駆動回路に接続されるマイクロプロセッサを用いてなる制御部（図示せず）とを備えている。そして、ステアリングホイールを操舵することにより入力軸２０に加わる回転トルクをトーションバー１に生じる捩れによって検出部７が検出し、検出トルクを検出回路基板９で電圧信号に変換した後、前記制御部に加えられ、該制御部から出力される指示信号により電動モータ２６が駆動制御され、減速機構２７を介して出力軸２１が回転する。

ハウジング２５は入力軸２０及び出力軸２１を取り囲む筒部２５ａと、該筒部２５ａの外周部一個所に突設され、ケース１０を取着するための取着座２５ｂと、該取着座２５ｂをラジアル方向へ貫通し、集磁環５，５を筒部２５ａ内に配置するための貫通孔２５ｃと、該貫通孔２５ｃに連なり、ケース１０の環部１０ｂに対応して湾曲する嵌合溝２５ｄとを有しており、取着座２５ｂにケース１０が取着されている。

このケース１０はハウジング２５のラジアル方向に開口する貫通孔２５ｃから筒部２５ａ内に環部１０ｂを挿入し、該環部１０ｂを嵌合溝２５ｄに係合させることにより、集磁環５，５の筒部２５ａ内での位置を決め、ケース１０の角筒部１０ｄが取着座２５ｂに取着される。このケース１０を取着した後、入力軸２０及び出力軸２１がハウジング２５のアキシャル方向から筒部２５ａ内に挿入され、永久磁石４１及び磁性環４２が集磁環５，５の内側に配置される。

尚、以上説明した実施の形態では磁気遮蔽層６，６を珪素鋼板等の非磁性板により成形したが、その他、磁気遮蔽層６，６は非磁性材を集磁環５，５にコーティングすることにより形成してもよいし、また、集磁環５，５に対応した形状に形成された非磁性板を集磁環５，５に貼付ることにより形成してもよい。

また、本発明に係るトルク検出装置Ａは、電動パワーステアリング装置に使用する他、電動パワーステアリング装置以外の装置に使用してもよい。

本発明に係るトルク検出装置の構成を示す断面図である。本発明に係るトルク検出装置の模式的分解斜視図である。回転体が一方向に回転した場合に発生する磁気回路の説明図である。本発明に係るトルク検出装置の集磁環部分の拡大断面図である。本発明に係るトルク検出装置の集磁環部分の側面図である。本発明に係るトルク検出装置の集磁環部分の分解斜視図である。本発明に係るトルク検出装置の磁気遮蔽層の成形工程を示す説明図である。本発明に係るトルク検出装置の集磁環及び磁気遮蔽層が合成樹脂材料によってモールドされた例を示す拡大断面図である。本発明に係るトルク検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた例を示す拡大断面図である。

符号の説明

Ａトルク検出装置
２第１の回転体（回転体）
３第２の回転体（回転体）
４磁気回路形成部材
５集磁環
５１凸片
６磁気遮蔽層
７検出部
６３延出部（板形被覆部）

Claims

回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに配置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環と、該集磁環が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部とを備えるトルク検出装置において、前記集磁環は外周側に磁気遮蔽層を有することを特徴とするトルク検出装置。
前記磁気遮蔽層は、前記集磁環に外嵌され、周方向の１個所が開放された円環状をなし、周方向の途中からラジアル方向外側へ延出された延出部を有する非磁性板からなる請求項１記載のトルク検出装置。
回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りにアキシャル方向へ離隔して並置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める２つの集磁環と、各集磁環が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部とを備えるトルク検出装置において、前記集磁環は周方向の１個所からラジアル方向外側へ延出された凸片を有する円筒形をなし、該集磁環の外周側及び端面と、前記凸片の一部とを磁気的に遮蔽する磁気遮蔽層を有することを特徴とするトルク検出装置。
前記集磁環及び前記磁気遮蔽層が合成樹脂材料によってモールドされている請求項１乃至３のいずれか一つに記載のトルク検出装置。