JP2007121162A - Torque sensor and electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はトルクセンサ及び電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a torque sensor and an electric power steering apparatus.
電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールが結合される入力軸と、出力軸とがトーションバーを介して連結され、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサにより検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクを出力軸側に伝え、結果として、電動モータの発生トルクを運転者がステアリングホイールに加える操舵力に対するアシスト力として用いる。 In the electric power steering apparatus, an input shaft to which a steering wheel is coupled and an output shaft are connected via a torsion bar, and a steering torque applied to the steering wheel is detected by a torque sensor, and the electric motor is driven by the detected torque. The generated torque of the electric motor is transmitted to the output shaft side, and as a result, the generated torque of the electric motor is used as an assist force for the steering force applied to the steering wheel by the driver.
従来のトルクセンサは、特許文献1に記載の如く、入力軸と出力軸のそれぞれを入力軸受と出力軸受のそれぞれを介してハウジングに回転可能に支持し、入力軸と出力軸のそれぞれに固定される第1と第2のコアとともに磁気回路を構成するトルク検出コイルをハウジングに設け、入力軸と出力軸とを連結したトーションバーに作用するトルクを検出する。 As described in Patent Document 1, a conventional torque sensor supports an input shaft and an output shaft rotatably on a housing via an input bearing and an output bearing, and is fixed to each of the input shaft and the output shaft. A torque detection coil that constitutes a magnetic circuit together with the first and second cores is provided in the housing to detect the torque acting on the torsion bar connecting the input shaft and the output shaft.
また、特許文献1のトルクセンサでは、磁性材料からなる入力軸の外周円筒部とともに磁気回路を構成する温度補償コイルをハウジングに設け、トルク検出コイルと温度補償コイルの誘起電圧の差を求めることにより、周囲温度変化による誘起電圧相等分を相殺し、トルクセンサの検出精度を向上する。
特許文献1のトルクセンサでは、トルク検出コイルと温度補償コイルをハウジングに設けるに際し、トルク検出コイルと温度補償コイルをそれぞれ別個のボビンに巻装し、それら別個のボビンをそれぞれハウジングに取付けることとしている。このため、2個のボビンを必要として部品数が多く、組付工数も多い。 In the torque sensor disclosed in Patent Document 1, when the torque detection coil and the temperature compensation coil are provided in the housing, the torque detection coil and the temperature compensation coil are wound around separate bobbins, and the separate bobbins are respectively attached to the housing. . For this reason, two bobbins are required, and there are many parts and many assembly steps.
本発明の課題は、トルクセンサにおいて、トルク検出コイルと温度補償コイルをハウジングに設けるに際し、部品数と組付工数を少なくし、コスト低減することにある。 An object of the present invention is to reduce the number of parts and the number of assembling steps and reduce the cost when providing a torque detection coil and a temperature compensation coil in a housing in a torque sensor.
請求項1の発明は、ハウジングに収容される入力軸と出力軸がトーションバーを介して連結され、トルク検出コイルと温度補償コイルをハウジングに設けてなるトルクセンサにおいて、トルク検出コイル用ボビンと温度補償コイル用ボビンを一体に樹脂成形してなるようにしたものである。 The invention according to claim 1 is a torque sensor in which an input shaft and an output shaft accommodated in a housing are connected via a torsion bar, and a torque detection coil and a temperature compensation coil are provided in the housing. The compensation coil bobbin is integrally molded with resin.
請求項2の発明は、請求項1の発明において更に、前記ボビンと、該ボビンに巻装したトルク検出コイル及び温度補償コイルを、磁性金属粉を混合した樹脂製ヨークでインサートモールドするようにしたものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the bobbin, the torque detection coil and the temperature compensation coil wound around the bobbin are insert-molded with a resin yoke mixed with magnetic metal powder. Is.
請求項3の発明は、請求項2の発明において更に、前記入力軸を支持する入力軸受と、前記ヨークを、樹脂製ハウジングでインサートモールドするようにしたものである。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the input bearing that supports the input shaft and the yoke are insert-molded with a resin housing.
請求項4の発明は、ステアリングホイールが結合される入力軸と、電動モータに連動する出力軸とを有し、請求項1〜3のいずれかに記載のトルクセンサの検出トルクにより電動モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置である。 The invention according to claim 4 has an input shaft to which the steering wheel is coupled and an output shaft interlocked with the electric motor, and drives the electric motor by the torque detected by the torque sensor according to any one of claims 1 to 3. An electric power steering device to be controlled.
(請求項1)
(a)トルク検出コイルと温度補償コイルをハウジングに設けるに際し、トルク検出コイル用のボビンと温度補償コイル用のボビンを一体のボビンに樹脂成形して単一化したから、トルクセンサの部品数と組付工数し少なくし、組付けバラツキを押さえてコスト低減できる。
(Claim 1)
(a) When the torque detection coil and the temperature compensation coil are provided in the housing, the torque detection coil bobbin and the temperature compensation coil bobbin are molded into a single bobbin and unified into a single bobbin. Costs can be reduced by reducing assembly man-hours and suppressing assembly variations.
(請求項2)
(b)上述(a)のボビンと、該ボビンに巻装したトルク検出コイル及び温度補償コイルを、磁性金属粉を混合した樹脂製ヨークでインサートモールドしたから、トルクセンサの部品数と組付工数を一層少なくできる上に、ヨークがボビンとコイルとの間に形成するエアギャップを可及的に低減し、トルクセンサの検出精度を向上できる。
(Claim 2)
(b) Since the above-described bobbin (a), the torque detection coil and the temperature compensation coil wound around the bobbin are insert-molded with a resin yoke mixed with magnetic metal powder, the number of torque sensor components and assembly man-hours In addition, the air gap formed between the bobbin and the coil by the yoke can be reduced as much as possible, and the detection accuracy of the torque sensor can be improved.
(請求項3)
(c)上述(b)のヨークと、入力軸を支持する入力軸受を樹脂製ハウジングでインサートモールドしたから、トルクセンサの部品数と組付工数を一層少なくできる。
(Claim 3)
(c) Since the yoke of (b) and the input bearing that supports the input shaft are insert-molded with a resin housing, the number of torque sensor components and assembly man-hours can be further reduced.
(請求項4)
(d)電動パワーステアリング装置のトルクセンサにおいて、上述(a)〜(d)を実現できる。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上させ、電動モータによるアシスト性能を向上できる。
(Claim 4)
(d) In the torque sensor of the electric power steering apparatus, the above (a) to (d) can be realized. Thereby, the detection accuracy of the steering torque applied to the steering wheel can be improved, and the assist performance by the electric motor can be improved.
図1は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図、図2はトルクセンサを拡大して示す断面図、図3はヨークへのボビンのインサートモールド成形体を示す断面図、図4は第1のコアと第2のコアを拡大して示す断面図、図5はトルクセンサの模式図である。 1 is a cross-sectional view showing the main part of the electric power steering apparatus, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a torque sensor, FIG. 3 is a cross-sectional view showing an insert-molded body of a bobbin to a yoke, and FIG. Sectional drawing which expands and shows the core and the 2nd core, FIG. 5 is a schematic diagram of a torque sensor.
電動パワーステアリング装置10は、図1に示す如く、車体フレーム等に固定される第1ハウジング11に第2ハウジング12をボルト結合する。そして、ステアリングホイールが結合される入力軸14と、出力軸15をトーションバー16を介して同軸結合し、入力軸14は入力軸受17を介して第2ハウジング12に支持し、出力軸15は出力軸受18(不図示)を介して第1ハウジング11側に支持する。
As shown in FIG. 1, the electric
電動パワーステアリング装置10は、出力軸15にピニオン軸を連結し、ピニオン軸のピニオンに噛み合うラックを備えたラック軸をハウジングに左右動可能に支持する。出力軸15の回転運動をピニオン軸を介してラック軸の直線運動に変換し、車輪を操舵する。
The electric
電動パワーステアリング装置10は、第1ハウジング11に電動モータ(不図示)を支持し、電動モータの出力軸にはウォームギヤ21が結合され、ウォームギヤ21に噛み合うウォームホイール22を第1ハウジング11と第2ハウジング12の中で出力軸15に固定してある。
The electric
電動パワーステアリング装置10は、入力軸14と出力軸15の間にトルクセンサ30を設けている。ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサ30により検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクをウォームギヤ21、ウォームホイール22を介して出力軸15に伝える。これにより、電動モータの発生トルクを運転者がステアリングホイールに加える操舵力に対するアシスト力として用いる。
The electric
しかるに、トルクセンサ30は以下の如くに構成される(図2)。
入力軸14は、磁性材料からなり、ハウジング12の内部に位置して出力軸15に同軸的に結合されている部分の側傍に、磁性材料からなる大径カラーA及び大径リングBの2部材を圧入等により同軸固定的に取付けている。大径カラーAには第1のコア40を圧入等により同軸固定的に取付け、第1のコア40の下端端面には周方向に等ピッチで形成された平面視矩形の多数の磁路形成部40Aを備える。
However, the
The
出力軸15は、ハウジング12の内部に位置して入力軸14に同軸的に結合されている部分の外周に円筒状の第2のコア50を圧入固定的に取付けている。第2のコア50の上端部端面には、第1のコア40の磁路形成部40Aに対向する、周方向に等ピッチで形成された平面視矩形の多数の磁路形成部50Aを備える。
The
ハウジング12の内周には、トルク検出コイル60と温度補償コイル70を巻装したボビン80、ボビン80を被包するヨーク90が以下の如くに装填されている(図2、図3)。
A
(1)トルク検出コイル60用のボビンと温度補償コイル70用のボビンが合成樹脂により一体成形され、ボビン80を構成する。
(1) A bobbin for the
(2)上述(1)のボビン80の外周の上下2箇所のそれぞれに設けたコイル巻回部81とコイル巻回部82のそれぞれに、トルク検出コイル60と温度補償コイル70のそれぞれを巻回する。
(2) Each of the
(3)上述(2)のボビン80と、ボビン80に巻装したトルク検出コイル60及び温度補償コイル70を金型内に組込んだ状態で、鉄粉等の磁性金属粉を混合した合成樹脂からなるヨーク90をボビン80並びにトルク検出コイル60及び温度補償コイル70の外周側に射出成形し、それらボビン80並びにトルク検出コイル60及び温度補償コイル70をヨーク90でインサートモールドする。
(3) Synthetic resin in which the magnetic metal powder such as iron powder is mixed with the
(4)入力軸受17と、上述(3)のヨーク90を金型内に組込んだ状態で、合成樹脂からなるハウジング12を入力軸受17及びヨーク90の外周側に射出成形し、それら入力軸受17及びヨーク90をハウジング12でインサートモールドする。
(4) With the input bearing 17 and the
上述(4)の第2ハウジング12に第1ハウジング11をボルト結合し、第2ハウジング12の入力軸受17に入力軸14を支持し、第1ハウジング11の出力軸受18に出力軸15を支持した状態で、トルク検出コイル60は入力軸14の大径カラーAと出力軸15のそれぞれに取付けている第1のコア40と第2のコア50の対向部分に跨り、トルク検出コイル60の外周のヨーク90は第1のコア40、第2のコア50と磁気回路aを構成し、この磁気回路aはヨーク90と第1のコア40の表面とのエアギャップa1、第2のコア50の表面とのエアギャップa2、及び第1のコア40と第2のコア50の対向端面間のエアギャップa3を経るように形成される。トルク検出コイル60は第1のコア40、第2のコア50と電磁結合し、電磁結合状態に相応する電圧を誘起する。
The
温度補償コイル70は入力軸14の大径リングBに対向し、温度補償コイル70の外周のヨーク90は大径リングBと磁気回路bを構成し、この磁気回路bはヨーク90と大径リングBの表面とのエアギャップb1、b2を経るように形成される。尚、大径リングBは入力軸14を拡径させたフランジであっても良く、所定のエアギャップを設けられれば良い。温度補償コイル70は大径リングBと電磁結合し、温度補償のための電磁結合状態に相応する電圧を誘起する。
The
トーションバー16にトルクが作用していない場合には、トルク検出コイル60と温度補償コイル70の誘起電圧が略等しくなるように、第1のコア40、第2のコア50、大径リングBの電磁結合状態を求め、第1のコア40、第2のコア50をそれぞれ位置決めする。大径リングBの外径は、磁気回路b中のエアギャップb1、b2のそれぞれが磁界に与える影響、即ちそれぞれの磁気抵抗gb1、gb2の和が、磁気回路a中のエアギャップa1、a2、a3のそれぞれが磁界に与える影響、即ちそれぞれの磁気抵抗ga1、ga2、ga3の和と等しくなるように設定される。
When no torque acts on the
従って、トルクセンサ30にあっては、トルク検出コイル60と温度補償コイル70の誘起電圧の差を求めることにより、周囲温度変化による誘起電圧を相殺し、第1のコア40と第2のコア50の相対回転量に相応した電磁結合状態を検出し、トーションバー16に作用したトルク、換言すればステアリングホイールに加えられた操舵トルクのみを検出可能にする。
Therefore, in the
以下、第1のコア40と第2のコア50の構成について説明する(図4)。
第1のコア40は、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材42を金型にセットし、この遮蔽材42の周囲に、樹脂に鉄粉等の磁性材金属粉を混合した磁性材41を鋳込んでインサートモールドしてなるものである。具体的には、遮蔽材42は円筒状(円筒本体42A)をなし、下端部の周方向複数位置に歯42Bを設け、相隣る歯42Bの間の谷部42Cに磁性材41をモールドする。磁性材41は遮蔽材42の円筒本体42Aの内周にモールドされる円筒本体41Aと、円筒本体41Aの下端部の周方向複数か所からL形をなして径方向外方に突出する装填部分41Bを形成し、装填部分41Bの下向き端面である平面視矩形端面を歯42Bの山部の下向き端面そのものに合致させて入力軸14の中心軸に直交する平面に形成する。
Hereinafter, the configuration of the
The
そして、第1のコア40は、遮弊材42の歯42Bを磁性材41に対する磁気的遮蔽部40Bとする。第1のコア40は、下端面の周方向で遮蔽材42の遮蔽部40B(歯42B)が遮蔽する部分の側傍(相隣る遮蔽部40B、40Bに挟まれる平面視矩形部分)の磁性材41の非遮蔽部(装填部分41B)を、歯42Bの山部の下向き端面そのものに合致させ、この非遮蔽部を前述の磁路形成部40Aとする。
The
このとき、第1のコア40は、磁性材41を遮蔽材42の円筒本体42Aの下端部〜中間部にモールドし、中間部〜上端部にはモールドしない。第1のコア40は、この遮蔽材42の円筒本体42Aを入力軸14の大径カラーAに圧入する。
At this time, the
第2のコア50は、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材52を金型にセットし、この遮蔽材52の周囲に、樹脂に鉄粉等の磁性材金属粉を混合した磁性材51を鋳込でインサートモールドしてなるものである。具体的には、遮蔽材52は円筒状(円筒本体52A)をなし、上端部の周方向複数位置に歯52Bを設け、相隣る歯52Bの間の谷部52Cに磁性材51をモールドする。磁性材51は遮蔽材52の円筒本体52Aの内周にモールドされる円筒本体51Aと、円筒本体51Aの上端部の周方向複数か所からL形をなして径方向外方に突出する装填部分51Bを形成し、装填部分51Bの上向き端面である平面視矩形端面を歯52Bの山部の上向き端面そのものに合致させて出力軸15の中心軸に直交する平面に形成する。
In the
そして、第2のコア50は、遮弊材52の歯52Bを磁性材51に対する磁気的遮蔽部50Bとする。第2のコア50は、上端面の周方向で遮蔽材52の遮蔽部50B(歯52B)が遮蔽する部分の側傍(相隣る遮蔽部50B、50Bに挟まれる平面視矩形部分)の磁性材51の非遮蔽部(装填部分51B)を、歯52Bの山部の上向き端面そのものに合致させ、この非遮蔽部を前述の磁路形成部50Aとする。
The
このとき、第2のコア50は、磁性材51を遮蔽材52の円筒本体52Aの上端部〜中間部にモールドし、中間部〜下端部にはモールドしない。第2のコア50は、この遮蔽材52の円筒本体52Aを出力軸15に圧入する。
At this time, the
第1のコア40の磁路形成部40Aと第2のコア50の磁路形成部50Aは適宜長離隔された対向関係をなす。本実施例において、第1のコア40(磁性材41、遮蔽材42)と第2のコア50(磁性材51、遮蔽材52)は内外径寸法、軸長寸法を同一とする同一形状とされている。
The magnetic
本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)トルク検出コイル60と温度補償コイル70をハウジング12に設けるに際し、トルク検出コイル60用のボビン80と温度補償コイル70用のボビン80を一体のボビン80に樹脂成形して単一化したから、トルクセンサ30の部品数と組付工数し少なくし、コスト低減できる。
According to the present embodiment, the following operational effects can be obtained.
(a) When the
(b)上述(a)のボビン80と、該ボビン80に巻装したトルク検出コイル60及び温度補償コイル70を、磁性金属粉を混合した樹脂製ヨーク90でインサートモールドしたから、トルクセンサ30の部品数と組付工数を一層少なくできる上に、ヨーク90がボビン80とコイルとの間に形成するエアギャップを可及的に低減し、トルクセンサ30の検出精度を向上する。
(b) Since the
(c)上述(b)のヨーク90と、入力軸14を支持する入力軸受17を樹脂製ハウジング12でインサートモールドしたから、トルクセンサ30の部品数と組付工数を一層少なくできる。
(c) Since the
(d)電動パワーステアリング装置10のトルクセンサ30において、上述(a)〜(d)を実現できる。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上させ、電動モータによるアシスト性能を向上できる。
(d) In the
尚、本実施例によれば以下の作用効果も奏する。
(a)第1と第2のコア40、50の端面に非磁性材料からなる遮蔽材42、52を設け、遮蔽材42、52の遮蔽部40B、50Bの側傍の磁性材の非遮蔽部を磁路形成部40A、50Aとした。第1のコア40の磁路形成部40Aと第2のコア50の磁路形成部50Aの間で生ずる磁束の通路は、図5(B)の実線矢印で示す如くに、第1のコア40において相隣る遮蔽材42の遮蔽部40Bと遮蔽部40Bに挟まれる範囲の磁路形成部40A、第2のコア50において相隣る遮蔽材52の遮蔽部50Bと遮蔽部50Bに挟まれる範囲の磁路形成部50Aに限定され、図5(B)の破線矢印で示す如くの遮蔽部40B、50Bの側に回り込むことを抑制される。このため、入力軸14と出力軸15の間のトーションバー16のねじれに伴なう、第1のコア40の磁路形成部40Aと第2のコア50の磁路形成部50Aの重なり面積(磁束通過面積)の変化のみに応じた透磁率の変化量となり、トルク検出コイル60の検出出力幅を増大でき、ひいては検出精度及び感度を向上できる。
In addition, according to a present Example, there exist the following effects.
(a) The shielding
(b)各コア40、50が、非磁性材料からなる遮蔽材42、52を、樹脂に磁性材金属粉を混合した磁性材41、51でインサートモールドしてなることにより、磁性材41、51と遮蔽材42、52のエアギャップをなくし、トルクセンサ30の検出感度を向上できる。
(b) The
(c)各コア40、50は、磁性材41、51と遮蔽材42、52の両部品の組立てのための寸法公差の管理の如くを不要とし、組立性を向上する。
(c) The
(d)磁性材41、51は、磁性材金属粉を樹脂に混合したものを、金型にセットされた遮蔽材42、52の周囲にモールドするだけで成形され、低コストになる。
(d) The
(e)第1のコア40の遮蔽材42を入力軸の側に圧入し、第2のコア50の遮弊材52を出力軸の側に圧入するものであり、各コア40、50の組付性を簡易にできる。
(e) The shielding
(f)各コア40、50は、金型にセットされた遮蔽材42、52の相隣る歯42B、52Bの間の谷部42C、52Cに磁性材41、51をモールドすることで、組立性を向上できる。
(f) The
(g)各コア40、50が、磁性材41、51を遮蔽材42、52の円筒本体42A、52Aの外周及び谷部42C、52Cの中にモールドしてなるから、磁性材41、51と遮蔽材42、52の結合強度を軸方向及び周方向で強化できる。
(g) Since each of the
(h)各コア40、50は、磁性材41、51を遮蔽材42、52の円筒本体の一端部〜中間部のみにモールドし、中間部〜他端部にモールドしないから、金型にセットされた遮蔽材42、52のインサートモールド時の放熱性をその中間部〜他端部で良好にし、結果として遮弊材42、52のこの部分での熱ひずみを極小にし、入力軸又は出力軸への圧入寸法精度を向上し、各コア40、50の組付性を向上する。
(h) The
(i)各コア40、50が互いに同一形状をなすことにより、各コア40、50を共通部品化できる。
(i) Since the
(j)電動パワーステアリング装置10のトルクセンサ30において、上述(a)〜(i)を実現できる。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト性能を向上できる。
(j) In the
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration of the present invention is not limited to this embodiment, and even if there is a design change or the like without departing from the gist of the present invention. It is included in the present invention.
10 電動パワーステアリング装置
11、12 ハウジング
14 入力軸
15 出力軸
16 トーションバー
30 トルクセンサ
60 トルク検出コイル
70 温度補償コイル
80 ボビン
90 ヨーク
DESCRIPTION OF
Claims (4)
トルク検出コイルと温度補償コイルをハウジングに設けてなるトルクセンサにおいて、
トルク検出コイル用ボビンと温度補償コイル用ボビンを一体に樹脂成形してなることを特徴とするトルクセンサ。 The input shaft and output shaft housed in the housing are connected via a torsion bar,
In a torque sensor in which a torque detection coil and a temperature compensation coil are provided in a housing,
A torque sensor comprising a torque detection coil bobbin and a temperature compensation coil bobbin integrally molded with resin.
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