JP2016003984A - トルクセンサおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
トルク検出装置に用いるセンサユニットにおいて、薄型化を図るために、トルク検出に用いるホールICを、当該ホールICの素子部がプリント基板に概ね平行になるように、プリント基板上に実装する技術が提案されている(特許文献1を参照)。
特許文献1では、ホールICの素子部を、プリント基板の切欠き部分に対応させて配置し、ホールICの素子部を磁束が通過するときの、磁束の透過性を向上する技術が提案されている。しかしながら、もともとプリント基板自体は、磁束の透過性がそれほど悪いものではない。したがって、プリント基板に、ホールICの素子部に対応する切欠きを設けるのみでは、磁束密度を高くする効果をあまり期待できない。
請求項2の発明によれば、各組の一対の集磁部間の間隔が短縮されることに加えて、基板の板厚方向に関して、2つの組の一対の集磁部の位置を整合させるので、トルクセンサの小型化を図ることができる。
図1に示すように、電動パワーステアリング装置1は、運転者のステアリングホイール2(操舵部材)の操作に基づき転舵輪3を転舵させる操舵機構4と、運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構5を備えている。
操舵機構4は、ステアリングホイール2の回転軸となるステアリングシャフト6を備えている。ステアリングシャフト6は、ステアリングホイール2の中心に連結されるコラムシャフト7と、コラムシャフト7の一端(軸方向下端)に自在継手8を介して連結されるインターミディエイトシャフト9と、インターミディエイトシャフト9の一端(軸方向下端)に自在継手10を介して連結されるピニオンシャフト11とを含む。
運転者のステアリング操作に伴いステアリングシャフト6が回転すると、その回転運動が、ラックアンドピニオン機構Aを介して、ラックシャフト12の軸方向の往復直線運動に変換される。そのラックシャフト12の往復直線運動が、ラックシャフト12の両端に連結されたタイロッド13を介して転舵輪3に伝達される。これにより、転舵輪3の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。
電動モータ14の回転が、ギア機構15を介してコラムシャフト7に伝達されることによりステアリングシャフト6にモータトルクが付与され、ステアリング操作が補助される。
ECU16は、検出される操舵トルクTおよび検出される車速Vに基づいて、目標アシスト力を設定し、電動モータ14からコラムシャフト7に付与されるアシストトルクが目標アシストトルクとなるように電動モータ14に供給される電流をフィードバック制御する。
図2および図3を参照して、コラムシャフト7は、ステアリングホイール2に連結される入力軸である第1軸21と、インターミディエイトシャフト9に連結される出力軸である第2軸22と、第1軸21および第2軸22を同軸上に連結するトーションバー23とを備えている。
ステアリングホイール2の操作に伴い第1軸21に操舵トルクTが付与されると、この操舵トルクTが第1軸21からトーションバー23を介して第2軸22に伝達される際に、トーションバー23に捩れ変形が生じる。これにより、第1軸21と第2軸22との間に、操舵トルクTに応じた相対的な回転変位が生じる。
一対の磁気ヨーク27,28は、第1軸21および第2軸22の軸方向に互いに離隔して向き合う円環状のヨーク本体27a,28aと、ヨーク本体27a,28aの内周から軸方向に延び、ヨーク本体27a,28aの周方向に等間隔に配置された複数の爪27b28bとを含む。
保持筒36の内側に露出する爪27b,28bが、図3に示すように、多極磁石26の外周面にわずかなエアギップを隔てて対向している。
磁気ヨーク27,28と、多極磁石26とは、磁気ヨーク27,28の爪27b,28bのそれぞれが、多極磁石26の周上に並ぶN極26aとS極26bとの境界と順次一致するように、周方向に位置合わせして組み付けられている。この位相合わせは、トーションバー23による第1軸21と第2軸22との連結に際し、両軸21,22とともに多極磁石26および磁気ヨーク27,28の周方向位置を調節することにより実現される。
図3を参照して、一対の集磁要素29,30は、それぞれ対応する磁気ヨーク27,28と所定間隔を隔てて、それぞれ対応する磁気ヨーク27,28の周囲を取り囲むように配置されている。各集磁要素29,30は、軟磁性体からなる。一対の集磁要素29,30は、樹脂製の保持筒37によって保持されている。
本実施形態では、各集磁要素29,30がそれぞれ対応する磁気ヨーク27,28の周囲を取り囲む円環状である場合に則して説明するが、各集磁要素29,30は、それぞれ対応する例えば磁気ヨーク27,28の周方向の一部を取り囲む円弧状(図示せず)であってもよい。
各集磁要素29,30は、プレス成形品からなる。各集磁要素29,30の集磁突起29b,29c;30b,30cは、集磁要素本体29a,30aから折り曲げ形成されている。
多極磁石26が固定された第1軸21と磁気ヨーク27,28が固定された第2軸22との間にトーションバー23の捩れを伴って相対角変位が生じた場合、各磁気ヨーク2728の爪27b,28bと多極磁石26のN極26aおよびS極26bとの位相は、図4(a)または図4(c)に示すように互いに逆向きに変化する。
図3および図7(a)に示すように、磁束検出要素34は、基板31と、基板31に実装され一部が組Bの集磁突起29b,30b間に配置されたホールIC32と、基板31に実装され一部が組Cの集磁突起29c,30c間に配置されたホールIC33とを備えている。ホールIC32は、集磁突起29b,30b間の磁束を検出し、ホールIC33は、集磁突起29c,30c間の磁束を検出する。
図5および図6に示すように、基板31は、略矩形をなしている。基板31は、互いに平行に延びる一対の切欠き40,41を形成している。図6に示すように、切欠き40,41の入口には、面取りからなる逃げ部42が設けられている。図5および図7(a)に示すように、ホールIC32は、切欠き40を跨ぐように基板31と平行に実装されている。ホールIC33は、切欠き41を跨ぐように基板31と平行に実装されている。
図6に示すように、各ホールIC32,33は、ホールIC基板としてパッケージ化されている。各ホールIC32,33は、対応する切欠き40,41と対向する一対のホール素子50と、これらのホール素子50から入力した信号を処理して出力する信号処理部60とを含む。図6において、各ホールIC32,33を構成するホールIC基板におけるホール素子50の配置領域(実装領域)と、信号処理部60の配置領域(実装領域)とが模式的に示されている。
図6および図7(b)に示すように、各ホールIC32,33において、一対のホール素子50は、切欠き40,41の奥行き方向Z1とは反対方向である切欠き40,41の開放方向Z2に偏って配置されており、また、信号処理部60の少なくとも一部が、基板31の第1面31aと対向している。
各トリガ検出部63は、入力されるトリガ電圧信号に基づいて、AD変換器62に対して演算回路64にデジタル出力信号を出力させる要求(指令信号)を出力するか、メモリ67へアクセスするかを判断する機能を果たす。
電圧監視部66は、インターフェース65内のレギュレータ65aの出力電圧が、正規範囲外となるときに、ECU16にエラー信号を出力する。メモリ67は、例えばEEPROMからなり、信号処理に必要な各種情報を記憶している。
これにより、各ホールIC32,33に付与される磁気の強度が変化し、第1軸21と第2軸22との間の相対的な回転変位に応じた信号が、各ホールIC32,33からECU16に出力される。換言すると、トーションバー23の捩れ角に応じた信号が各ホールIC32,33からECU16に出力される。具体的には、各ホールIC32,33毎に2個ずつのホール素子50による検出信号が出力される。
本実施形態によれば、図7に示すように、一対の集磁要素29,30において、互いに対向して組B,Cを構成する一対の集磁部としての集磁突起29b,30b;29c,30cの一方30b,30cの少なくとも一部が、基板31の切欠き40,41内に配置されるので、一対の集磁突起29b,30b;29c,30c間の間隔Dを短縮することができる。したがって、ホール素子50を通過する磁束の密度を高くすることができ、ひいては検出精度を高くすることができる。
また、図6に示すように、ホールIC32,33において、切欠き40,41に対向させるべきホール素子50が、切欠き40,41の奥行き方向Z1とは反対方向である切欠き40,41の開放方向Z2へ偏らせて配置される。したがって、切欠き40,41の奥行き(奥行き寸法L)を小さくすることができるので、基板31の小型化を通じて、トルクセンサ17の小型化を図ることができる。
Claims (4)
- 同軸上に配置された第1軸および第2軸の一方と一体回転する円筒状の多極磁石と、
前記多極磁石の磁界内に配置され、前記第1軸および前記第2軸の他方と一体回転する一対の磁気ヨークと、
それぞれ少なくとも1つの集磁部を含み、互いに対向する一対の集磁部からなる組を少なくとも1つ設けており、前記一対の磁気ヨークとそれぞれ磁気的に結合された一対の集磁要素と、
切欠きが形成された基板と、前記一対の集磁部間に配置されたホール素子を有し前記切欠きを跨ぐように前記基板と平行に実装されたホールICとを含み、前記一対の集磁部間の磁束を検出する磁束検出要素と、を備え、
前記一対の集磁部の一方の少なくとも一部が、前記切欠き内に配置されているトルクセンサ。 - 請求項1において、前記切欠きとして、2つの切欠きが設けられ、
前記ホールICとして、それぞれ対応する切欠きを塞ぐようにして前記基板の同一面に配置された2つのホールICが設けられ、
前記一対の集磁部からなる組が2つ設けられ、
各組の一対の集磁部において、前記基板の板厚方向同側の集磁部の少なくとも一部が、対応する切欠き部内に配置され、
前記基板の板厚方向に関して、一方の組の一対の集磁部の位置が、他方の組の一対の集磁部の位置と一致しているトルクセンサ。 - 請求項1または2において、前記ホールICは、前記切欠きと対向するホール素子と、前記ホール素子から入力した信号を処理して出力する信号処理部と、を含み、
前記ホール素子は、前記切欠きの奥行き方向とは反対方向である前記切欠きの開放方向に偏って配置されており、
前記信号処理部の少なくとも一部が、前記基板と対向しているトルクセンサ。 - 請求項1から3の何れか一項に記載のトルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置。
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