JP2008281384A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常の操舵と外部磁界の影響とを識別することができるトルク検出装置を提供する。
【解決手段】円弧状に一対設けられた第１主集磁体７１及び第１副集磁体７２と、円弧状に一対設けられた第２主集磁体７３及び第２副集磁体７４と、第１主集磁体７１の集磁端部７１ａと、これに対向する第２主集磁体７３の集磁端部７３ａとの間に介装された主ホールＩＣ７５と、第１副集磁体７２の集磁端部７２ａと、これに対向する第２副集磁体７４の集磁端部７４ａとの間に介装された副ホールＩＣ７６とを備えたトルク検出装置であって、主集磁体７１，７３から主ホールＩＣ７５までの磁気回路部と、副集磁体７２，７４から副ホールＩＣ７６までの磁気回路部との外部磁界に対する感度を互いに異ならせる「主」側のみのシールド部材７７を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出に使用されるトルク検出装置に関する。

自動車等の電動パワーステアリング装置には、ドライバーの操舵トルクを検出して適切な操舵補助力を生じさせるためのトルク検出装置が設けられている。トルク検出装置は、ステアリングホイールに接続されたトーションバーの捩れ角（すなわち操舵トルク）に対応した磁束を発生する磁気装置（永久磁石・ヨーク）を備えており、この磁気装置が発生する磁束を、集磁リングとホールＩＣとにより検出して操舵トルクを検出する構成となっている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

このようなホールＩＣを用いたトルク検出装置では、外部磁界の影響を受けたとき、操舵していないのにホールＩＣの出力が立ち上がって操舵補助が行われる可能性がある。そこで、トルク検出装置の外面を覆うように、外部からの磁気を遮蔽するシールド部材を取り付ける構成が提案されている（例えば特許文献２参照。）。なお、トルク検出装置に影響を与える外部磁界としては、例えば、大規模な橋梁に敷設されている高圧送電線のまわりに生じる磁界や、寒冷地で融雪のために用いられる道路埋め込み型ヒータのまわりに生じる磁界がある。

特開２００５−２６５５９３号公報（図１） 特開２００６−７１３２６号公報（図１、図３） 特開２００４−１２５７１７号公報（図１）

しかしながら、シールド部材の遮蔽能力を超える外部磁界に対しては、トルク検出装置自身は通常操舵と識別できず、あたかも通常操舵のような出力を生じて、ドライバーの意に反して操舵補助が行われる可能性がある。また、車内のオーディオ用スピーカを、ユーザがトルク検出装置の近くに設置した場合等にも、シールド部材で遮蔽しきれない強い外部磁界を生じる場合があり、トルク検出装置が通常操舵と同様の出力を生じる可能性がある。
かかる課題に鑑み、本発明は、通常の操舵と外部磁界の影響とを識別することができるトルク検出装置を提供することを目的とする。

本発明のトルク検出装置は、トーションバーを介して互いに接続された入力軸・出力軸間の捩れ角に対応した磁束を発生させる円筒状の磁気装置と、前記磁気装置の外周面に沿って円弧状に一対設けられたものであって、前記磁気装置が発生する磁束を互いに等感度で捕捉する第１主集磁体及び第１副集磁体と、前記磁気装置の外周面に沿って円弧状に一対設けられたものであって、前記磁気装置が発生する磁束を互いに等感度で捕捉する第２主集磁体及び第２副集磁体と、前記第１主集磁体の集磁端部と、これに対向する前記第２主集磁体の集磁端部との間に介装された主ホールＩＣと、前記第１副集磁体の集磁端部と、これに対向する前記第２副集磁体の集磁端部との間に介装された副ホールＩＣとを備え、前記主集磁体の各々から前記主ホールＩＣまでの磁気回路部及び、前記副集磁体の各々から前記副ホールＩＣまでの磁気回路部について、前記磁気装置とは無関係な外部磁界に対する感度を互いに異ならせる手段又は配置を施したものである。

上記のように構成されたトルク検出装置において、操舵により磁気装置が発生する磁束は、第１，第２主集磁体と第１，第２副集磁体とで同等に捕捉され、主ホールＩＣと副ホールＩＣとは、均等な出力を生じる。一方、外部磁界に対しては、主集磁体の各々から主ホールＩＣまでの磁気回路部と、副集磁体の各々から副ホールＩＣまでの磁気回路部とで、感度差が生じ、出力は不均等となる。

また、前記手段は、前記主集磁体の各々、及び、前記副集磁体の各々のうちいずれか一方のみを前記外部磁界から遮蔽するシールド部材であってもよい。
この場合、簡易に、外部磁界に対して主・副ホールＩＣの出力を異ならせることができる。

また、前記配置とは、前記主ホールＩＣ及び副ホールＩＣの向きを互いに異ならせることであってもよい。
この場合、シールド部材に依存せずに、外部磁界に対して主・副ホールＩＣの出力を異ならせることができる。

また、前記シールド部材には、遮蔽する集磁体の側にあるホールＩＣを前記外部磁界から遮蔽するシールド部が形成されていてもよい。
この場合、さらに確実に、外部磁界に対して主・副ホールＩＣの出力を異ならせることができる。

本発明のトルク検出装置によれば、外部磁界の影響を受けたことを、主・副ホールＩＣの出力の不均等という結果で、通常の操舵と識別することができる。従って、出力が不均等であれば操舵補助を行わないようにすれば、ドライバーの意に反する操舵を防止することができる。

図６は、自動車の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。図において、ステアリングホイール１０１は、入力軸１と接続されている。入力軸１はトーションバー３を介して出力軸２と接続されている。出力軸２は、ラック・ピニオン１０４を介して、操向車輪１０５を操舵する。トルク検出装置１００は、トーションバー３の捻れ角に基づいて操舵トルクを検出し、その出力信号は、ＥＣＵ１０２に送られる。ＥＣＵ１０２は、トルク検出装置１００の出力に基づいてモータ１０３を駆動し、操舵補助力を出力軸２に付与する。

図１は、本発明の第１実施形態によるトルク検出装置１００の構成を示す分解斜視図である。図において、入力軸１と出力軸２とは、細径のトーションバー３を介して互いに接続されている。なお、図示の都合上、トーションバー３は、途中の図示を省略しているが、入力軸１から出力軸２までつながった１本のバーである。入力軸１には周方向に２４極（Ｎ，Ｓ極×１２）の着磁が施された円筒形状の永久磁石４が取り付けられる。

一方、出力軸２には軟磁性体からなる磁気ヨーク５１，５２を含む、円筒形状のヨーク５が取り付けられる。永久磁石４はヨーク５の内側に挿入され、ヨーク５の内周面との間に径方向への僅かな隙間を空けて互いに対向する。永久磁石４及びヨーク５は、トーションバー３を介して互いに接続された入力軸１・出力軸２間の捩れ角に対応する磁束を発生する円筒状の磁気装置６を構成する。また、ヨーク５は検出装置７の内側に挿入され、両者は、径方向に僅かな隙間を空けて互いに対向する。検出装置７は、円弧状で一対２組の集磁体７１〜７４（詳細後述）を備えている。検出装置７の出力（電圧）はハーネス８により取り出される。なお、上記各部材は、相互に同軸的に配置されている。検出装置７は、取付部７ａに形成されている孔７ｂを利用して所定の箇所に取り付けることができる。

図２は、検出装置７のみを示す正面図である。検出装置７は、上記取付部７ａの他、集磁体７１〜７４やホールＩＣ７５，７６を内蔵する集磁体保持部７ｃと、取付部７ａの中央に盛り上がって形成され、ホールＩＣ７５，７６の外付けコンデンサを含む回路部分（図示せず）が内蔵される回路収容部７ｄと、回路収容部７ｄの背面側にさらに盛り上がって形成され、回路部分とハーネス８とを熱カシメにより接続する部位を内蔵する接続部７ｅとを備えている。各部は樹脂モールドにより一体成形されており、集磁体７１〜７４の内周面のみが露出している。

図１，図２において、集磁体保持部７ｃの外周面の片側半分（図１では手前側）には、磁性体（鉄）からなるシールド部材７７が取り付けられている。また、図１，図２において、回路収容部７ｄにも、これを覆うように、磁性体（鉄）からなるシールド部材７８が取り付けられている。シールド部材７７は、磁気装置６とは無関係の外部磁界から集磁体７１，７３を遮蔽する役目をしている。また、シールド部材７８は、外部磁界から主としてホールＩＣ７５，７６を遮蔽する役目をしている。

図３は、上記検出装置７内の、集磁体７１〜７４及びホールＩＣ７５，７６の分解斜視図である。図において、第１主集磁体７１及び第１副集磁体７２は、磁気装置６（図１）の外周面に沿って円弧状（ほぼ半円）に一対設けられたものであって、磁気装置６が発生する磁束を互いに等感度で捕捉する。同様に、第２主集磁体７３及び第２副集磁体７４は、磁気装置６の外周面に沿って、かつ、第１主集磁体７１及び第１副集磁体７２とは軸方向にずれた位置に、円弧状に一対設けられたものであって、磁気装置６が発生する磁束を互いに等感度で捕捉する。

第１主集磁体７１の端部に突設された集磁端部７１ａと、第２主集磁体７３の端部に突設された集磁端部７３ａとは軸方向に互いに対向し、それらの間に主ホールＩＣ７５が介装される。同様に、第１副集磁体７２の端部に突設された集磁端部７２ａと、第２副集磁体７４の端部に突設された集磁端部７４ａとは軸方向に互いに対向し、それらの間に副ホールＩＣ７６が介装される。

図４は、上記各集磁体７１〜７４及びホールＩＣ７５，７６に、シールド部材７７を加えた組立後の配置を示す斜視図である。シールド部材７７の存在により、磁気装置６とは無関係な外部磁界に対して第１，第２主集磁体７１，７３は遮蔽される。従って、第１，第２主集磁体７１，７３から主ホールＩＣ７５までの磁気回路部は、第１，第２副集磁体７２，７４から副ホールＩＣ７６までの磁気回路部よりも、外部磁界に対する感度が悪くなる。すなわち、外部磁界に対する、ホールＩＣ７５の出力は、ホールＩＣ７６の出力より小さくなる。一方、内部磁界すなわち磁気装置６から発生する磁束に対しては、第１，第２主集磁体７１，７３から主ホールＩＣ７５までの磁気回路部と、第１，第２副集磁体７２，７４から副ホールＩＣ７６までの磁気回路部とで、感度は互いに同じであり、磁気装置６から発生する磁束に対するホールＩＣ７５，７６の出力は同じである。

上記のように構成されたトルク検出装置１００において、ドライバーがステアリングホイール１０１（図６）を操作していないときは、永久磁石４と磁気ヨーク５１，５２との位置関係からホールＩＣ７５，７６の出力が０となるように調整されている。図５（ａ）は、外部磁界の影響がない場合の、操舵トルクに対するセンサ信号（ホールＩＣの出力）の関係を示すグラフである。主ホールＩＣ７５からのセンサ信号Ｖ１（実線）は、操舵トルクに比例して正方向に増大する。副ホールＩＣ７６からのセンサ信号Ｖ２（破線）は、操舵トルクに比例して負方向に増大する。増大の勾配は同じであり、各センサ信号Ｖ１，Ｖ２の絶対値は同じである。

ドライバーがステアリングホイール１０１を操作することにより入力軸１に操舵トルクが加えられると、トーションバー３が捩れ、入力軸１と出力軸２との間に相対的な捻れ角が生じる。この捻れ角は操舵トルクに応じて変化する。磁気装置６は、捩れ角に対応した磁束を発生させる。磁束は第１，第２主集磁体７１，７３及び第１，第２副集磁体７２，７４によって等感度で捕捉され、ホールＩＣ７５，７６からのセンサ信号Ｖ１，Ｖ２は、図５（ａ）に示すように現れる。

一方、外部磁界の影響を受けるときは、図５（ｂ）に示すように、シールド部材７７によって遮蔽されている第１，第２主集磁体７１，７３側にある主ホールＩＣ７５と、第１，第２副集磁体７２，７４側にある副ホールＩＣ７６とではセンサ信号Ｖ１，Ｖ２が異なり、主ホールＩＣ７５からのセンサ信号Ｖ１の方が、絶対値が小さくなる。これは、操舵トルクが０の場合でも、操舵トルクが与えられている場合でも、同様である。
このようにして、シールド部材７７を片側にのみ設けるという簡易な構成に基づいて、２つのホールＩＣ７５，７６の出力が均等か不均等かによって、通常の操舵か、外部磁界の影響を受けたのかを、識別することが可能となる。

従ってＥＣＵ１０２（図６）において、２つのホールＩＣ７５，７６からのセンサ信号Ｖ１，Ｖ２の絶対値が均等であるときは、それに基づいて操舵補助力を決定し、モータ１０３（図６）を駆動させる。一方、２つのホールＩＣ７５，７６からのセンサ信号Ｖ１，Ｖ２の絶対値が不均等であるときは、外部磁界の影響を受けていると判断し、フェールセーフの観点から、操舵補助を行わない。このようにして、外部磁界の影響による誤った操舵補助を防止することができる。

図７は、本発明の第２実施形態によるトルク検出装置１００における検出装置７の正面図である。また、図８は、主要部の斜視図である。なお、その他の構成は、第１実施形態と同様である。
図２との比較により明らかなように、図７において主ホールＩＣ７５は、副ホールＩＣ７６と左右対称な位置にはなく、右方へ少しずれている。また、シールド部材７７は、集磁体保持部７ｃの側面だけではなく正面側にも張り出すシールド部７７ａを備え、これにより主ホールＩＣ７５を覆い、主ホールＩＣ７５に対する外部磁界からの遮蔽効果を高めている。

従って、第１，第２主集磁体７１，７３から主ホールＩＣ７５までの磁気回路部は、第１，第２副集磁体７２，７４から副ホールＩＣ７６までの磁気回路部と比較して、外部磁界に対する感度差が第１実施形態よりさらに大きくなる。これにより、さらに確実に、外部磁界の影響を受けたときの主ホールＩＣ７５のセンサ信号を、副ホールＩＣ７６のセンサ信号より、絶対値で小さくすることができる。

図９は、本発明の第３実施形態によるトルク検出装置１００における集磁体７１〜７４及びホールＩＣ７５，７６の分解斜視図である。また、図１０は、集磁体７１〜７４及びホールＩＣ７５，７６に、シールド部材７９を加えた組立後の配置を示す斜視図である。第１，第２副集磁体７２，７４及び副ホールＩＣ７６については、第１実施形態と同様である。一方、第１，第２主集磁体７１，７３に関しては、集磁端部７１ａ，７３ａの設け方が第１実施形態とは異なる。

すなわち、集磁端部７１ａは、第２主集磁体７３の方へ向けて軸方向に突出して設けられている。同様に、集磁端部７３ａは、第１主集磁体７１の方へ向けて軸方向に突出して設けられ、かつ、集磁端部７１ａとは周方向にずれており、主ホールＩＣ７５を間に挟み込むことができるようになっている。また、主ホールＩＣ７５は、センサ面（主に磁束を通す面）が、副ホールＩＣ７６とは９０度ずれた向きとなっている。図１０において、Ｕ字状のシールド部材７９は、主・副の全ての集磁体７１〜７４を外部磁界から遮蔽している。なお、その他の構成は、第１実施形態と同様である。

図１０において、磁気装置６（図１）の磁束に対しては第１実施形態と同様に、２つのホールＩＣ７５，７６の出力は均等である。一方、シールド部材７９の遮蔽能力を超える外部磁界が存在するとき、主ホールＩＣ７５の向きが、副ホールＩＣ７６とは異なることにより、センサ出力は異なるものとなり、例えば主ホールＩＣ７５のセンサ出力は、副ホールＩＣのセンサ出力より小さくなる。すなわち、主ホールＩＣ７５と副ホールＩＣ７６の向きを異ならせることにより、外部磁界に対する感度が異なるようにして、意図的に出力の不均等を生じさせるのである。

これにより、シールド部材には依存せずに、第１実施形態と同様に、２つのホールＩＣ７５，７６の出力が均等か不均等かによって、通常の操舵か、外部磁界の影響を受けたのかを、識別することが可能となる。なお、主ホールＩＣ７５と副ホールＩＣ７６の向きのずれは９０度に限定されないが、９０度の場合に最もセンサ出力の差が出やすい。

なお、上記各実施形態において、各集磁体７１〜７４やホールＩＣ７５，７６の「主」、「副」の関係は逆であってもよい。また、シールド部材７７は片側にあればよいのであって、「主」、「副」どちら側にあってもよい。
また、第１，第２実施形態における片方（「主」側）のみのシールド部材７７に、「主」、「副」両方に遮蔽効果をもたらす第３実施形態のシールド部材７９（図１０）を併用してもよい。

また、上記各実施形態における集磁体７１〜７４は半円弧状としたが、半円（１８０度）を超える円弧として「主」、「副」相互にオーバーラップするように配置することも可能である。但し、「主」、「副」は相互に同じ大きさの形として、互いに等しく磁束を受け入れることができるようにすることが必要である。

本発明の第１実施形態によるトルク検出装置の構成を示す分解斜視図である。 図１のトルク検出装置における検出装置のみを示す正面図である。 検出装置内の、集磁体及びホールＩＣの分解斜視図である。 集磁体及びホールＩＣに、シールド部材を加えた組立後の配置を示す斜視図である。 外部磁界の影響がない場合とある場合の、操舵トルクに対するセンサ信号（ホールＩＣの出力）の関係を示すグラフである。 自動車の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２実施形態によるトルク検出装置における検出装置の正面図である。 第２実施形態によるトルク検出装置における主要部の斜視図である。 本発明の第３実施形態によるトルク検出装置における集磁体及びホールＩＣの分解斜視図である。 図９に示す集磁体及びホールＩＣに、シールド部材を加えた組立後の配置を示す斜視図である。

符号の説明

１ 入力軸
２ 出力軸
３ トーションバー
６ 磁気装置
７１ 第１主集磁体
７２ 第１副集磁体
７３ 第２主集磁体
７４ 第２副集磁体
７５ 主ホールＩＣ
７６ 副ホールＩＣ
７７，７９ シールド部材
７７ａ シールド部

Claims (4)

1. トーションバーを介して互いに接続された入力軸・出力軸間の捩れ角に対応した磁束を発生させる円筒状の磁気装置と、
   前記磁気装置の外周面に沿って円弧状に一対設けられたものであって、前記磁気装置が発生する磁束を互いに等感度で捕捉する第１主集磁体及び第１副集磁体と、
   前記磁気装置の外周面に沿って円弧状に一対設けられたものであって、前記磁気装置が発生する磁束を互いに等感度で捕捉する第２主集磁体及び第２副集磁体と、
   前記第１主集磁体の集磁端部と、これに対向する前記第２主集磁体の集磁端部との間に介装された主ホールＩＣと、
   前記第１副集磁体の集磁端部と、これに対向する前記第２副集磁体の集磁端部との間に介装された副ホールＩＣとを備え、
   前記主集磁体の各々から前記主ホールＩＣまでの磁気回路部及び、前記副集磁体の各々から前記副ホールＩＣまでの磁気回路部について、前記磁気装置とは無関係な外部磁界に対する感度を互いに異ならせる手段又は配置を施したことを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記手段は、前記主集磁体の各々、及び、前記副集磁体の各々のうちいずれか一方のみを前記外部磁界から遮蔽するシールド部材である請求項１記載のトルク検出装置。
3. 前記配置とは、前記主ホールＩＣ及び副ホールＩＣの向きを互いに異ならせることである請求項１記載のトルク検出装置。
4. 前記シールド部材には、遮蔽する集磁体の側にあるホールＩＣを前記外部磁界から遮蔽するシールド部が形成されている請求項２記載のトルク検出装置。

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