JP2018173295A - トルクセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、特許文献1に記載のトルクセンサのように一組の集磁リングの間に磁気センサが設けられている場合、磁気センサを封止するだけでは集磁リングと封止材との界面を介して水が侵入するおそれがある。このため、特許文献1に記載のトルクセンサでは磁気センサと集磁リングとを一体かつ円環状に封止することとなるため、封止部の構造が複雑になるだけでなく、体格が大きくなる。
また、特許文献1に記載のトルクセンサでは、磁気センサは、感磁面が軸方向に沿うよう形成されており、磁気センサが有する配線は、磁気センサから径外方向に突出するよう形成されている。このため、トルクセンサの径方向の体格は、比較的大きくなる。磁気センサと多極磁石の表面との間に漏れ磁束を遮るものがない場合、多極磁石からの漏れ磁束が磁気センサの検出感度に影響を及ぼすことを防止するため集磁リングから径方向に突出し磁気センサを支持可能な突出部を設ける必要がある。このため、トルクセンサの径方向の体格は、さらに大きくなる。
トーションバーは、第一軸(11)と第二軸(12)とを同軸上に連結し、第一軸と第二軸との間に加わるトルクを捩じれ変位に変換する
多極磁石は、第一軸またはトーションバーの一端側に固定され、径方向に磁束を発生するN極及びS極が周方向に交互に設けられている。
一組の磁気ヨークは、第二軸またはトーションバーの他端側に固定され、多極磁石が形成する磁界内に磁気回路を形成する。
磁気センサは、一組の磁気ヨークの径外方向に設けられる。磁気センサは、トーションバーの中心軸(O)上からみて径内方向に向かうよう形成されている内側感磁面(412,422)、及び、トーションバーの中心軸上からみて径外方向に向かうよう形成されている外側感磁面(413,423)を有する。磁気センサは、一組の磁気ヨークに形成される磁気回路の磁束密度を検出可能である。
磁束誘導部は、軟磁性材料から形成され、外側感磁面の径外方向に位置し、磁気ヨークと磁気センサの外側感磁面とを磁気結合可能である。
被水防止部は、磁気センサ及び磁束誘導部を収容可能に形成され、磁気センサと水とが接触することを防止する。
このように、本発明のトルクセンサでは、内側感磁面を有する磁気センサと、磁気センサの外側感磁面と磁気ヨークとを磁気結合可能な磁束誘導部と、によって磁束密度を確実に検出しつつ径方向の体格を小さくし、簡素な構成の被水防止部によって磁気センサと水との接触を確実に防止し耐水性を向上することができる。
第一実施形態によるトルクセンサ1は、図2に示すように、例えば、車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に適用される。図2は、電動パワーステアリング装置90を備えたステアリングシステムの全体構成を示す。
トルクセンサ1は、ハンドル93に接続されたステアリングシャフト94に設けられている。ステアリングシャフト94の先端にはピニオンギア96が設けられている。ピニオンギア96は、ラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッドなどを介して、一対の車輪98が回転可能に連結されている。ステアリングシャフト94の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換され、一対の車輪98が操舵される。
トルクセンサ1は、トーションバー13、多極磁石20、一組の磁気ヨーク31,32、二つの磁気センサ41,42、「磁束誘導部」としての磁束誘導部材43、及び、「被水防止部」としてのコネクタ部45を有する。
ホール素子411は、略平行に形成されている二つの感磁面412,413を有する。二つの感磁面412,413は、回転軸Oに対して直角に交わる方向の略平行な方向に向かうよう形成されている。「内側感磁面」としての感磁面412は、「トーションバーの中心軸上からみて径内方向」としての磁気ヨーク31の径内方向に向かうよう形成されている。具体的には、感磁面412は、磁気ヨーク31の環状部311の径方向外側の端面に対向するよう形成されている。「外側感磁面」としての感磁面413は、「トーションバーの中心軸上からみて径外方向」としての磁気ヨーク31の径外方向に向かうよう形成されている。ホール素子411は、感磁面412,413を通過する磁束密度を磁界の強さとして検出し、当該検出した磁界の強さに応じた信号を出力信号として出力する。
ホール素子421は、略平行に形成されている二つの感磁面422,423を有する。二つの感磁面422,423は、回転軸Oに対して直角に交わる方向に向かうよう形成されている。「内側感磁面」としての感磁面422は、「トーションバーの中心軸上からみて径内方向」としての磁気ヨーク31の径内方向に向かうよう形成されている。具体的には、感磁面422は、磁気ヨーク31の環状部311の径方向外側の端面に対向するよう形成されている。「外側感磁面」としての感磁面423は、「トーションバーの中心軸上からみて径外方向」として磁気ヨーク31の径外方向に向かうよう形成されている。ホール素子421は、感磁面422,423を通過する磁束密度を磁界の強さとして検出し、当該検出した磁界の強さに応じた信号を出力信号として出力する。
磁束誘導部材43は、第一径方向延伸部431、軸方向延伸部432、及び、第二径方向延伸部433を有する。第一径方向延伸部431、軸方向延伸部432、及び、第二径方向延伸部433は、一体に形成されている。磁束誘導部材43は、磁気ヨーク31,磁気センサ41,42、及び、磁気ヨーク32と磁気結合し、磁気ヨーク31,32に形成されている磁気回路の磁束を誘導する。
ケース450は、内部に磁気センサ41,42を搭載する回路基板410及び磁束誘導部材43を収容可能である。
コネクタ451は、ケース450の外側の壁面に設けられている略有底筒状の部位である。
端子452は、コネクタ451に収容されている。端子452は、磁気センサ41,42の電源線41p、グランド線41g、信号線41s、電源線42p、グランド線42g、及び、信号線42sのそれぞれと電気的に接続している。
ポッティング材453は、ケース450の内部に充填されている。
コネクタ部45は、収容している磁気センサ41,42の感磁面412,422が磁気ヨーク31の環状部311の径方向外側の端面に対向するよう設けられている。
次に、回路基板410及び磁束誘導部材43が配置されているケース450の内部にポッティング材453を充填する。これにより、磁気センサ41,42と水との接触を防止する。
入力軸11と出力軸12との間に操舵トルクが加わっておらず、トーションバー13に捩じれ変位が生じていない中立状態のとき、多極磁石20のN極とS極との境界と爪312または爪322の中心とが一致している。中立状態では、爪312,322のそれぞれには、多極磁石20のN極とS極とから同数の磁力線が出入りするため、磁気ヨーク31と磁気ヨーク32との間のギャップに磁束が漏れることはなく、磁気センサ41,42が検出する磁束密度はゼロとなる。
例えば、磁気ヨーク31の爪312がN極と対向し、磁気ヨーク32の爪322がS極と対向すると、磁気ヨーク31と磁気ヨーク32とには、それぞれS極を有する磁力線とN極を有する磁力線とが増加する。これにより、磁気センサ41,42を通過する磁束密度は、トーションバー13の捩じれ変位量に略比例し、かつ、トーションバー13の捩じれ方向に応じて極性が変化する。磁気センサ41、42は、感磁面412,413,422,423と直交する方向に通過する磁束密度、すなわち、磁界の強さを検出する。トルクセンサ1は、検出した磁界の強さに応じた電圧を出力信号として出力することによって、入力軸11と出力軸12との間の操舵トルクを検出する。
このように、トルクセンサ1では、感磁面412,422を有する磁気センサ41,42と、感磁面413,423と磁気ヨーク32とを磁気結合可能な磁束誘導部材43と、によって磁束密度を確実に検出しつつ径方向の体格を小さくし、簡素な構成のコネクタ部45によって磁気センサ41,42と水との接触を確実に防止し耐水性を向上することができる。
また、磁気センサ41,42及び磁束誘導部材43は、コネクタ部45に収容され一体に形成されているため、コネクタ部45を出力軸12に固定されている一組の磁気ヨーク31,32から容易に切り離すことができる。これより、磁気センサ41,42の着脱を容易に行うことができる。
第二実施形態によるトルクセンサを図5に基づき説明する。第二実施形態では、コネクタ部の構成が第一実施形態と異なる。
第二実施形態では、二つの磁気センサ41,42は、第一実施形態と異なり、回路基板に搭載されていない。磁気センサ41,42は、ホール素子411,421と電気的に接続し直線状に回転軸Oに沿って延びるよう形成されている電気配線(図5には、磁気センサ41と電気的に接続する電源線51pのみを示す)が、コネクタ部55が有する端子551を介してECU91に電気的に接続している。
磁束誘導部材53は、軸方向延伸部531、及び、径方向延伸部532を有する。軸方向延伸部531及び径方向延伸部532は、一体に形成されている。磁束誘導部材53は、磁気ヨーク31,磁気センサ41,42、及び、磁気ヨーク32と磁気結合し、磁気ヨーク31,32に形成されている磁気回路の磁束を誘導する。
封止部550は、樹脂から形成されている略矩形状の部位である。封止部550は、内部に磁気センサ41,42及び磁束誘導部材53を収容している。
端子551は、一部が封止部550から突出するよう形成されている。端子551は、磁気センサ41,42が有する複数の電気配線のそれぞれと電気的に接続している。
第三実施形態によるトルクセンサを図6,7に基づき説明する。第三実施形態では、二つの集磁リングを備える点が第一実施形態と異なる。
集磁部462は、環状部311と磁気センサ41との間に位置する本体部461に設けられている略平板状の部位である。集磁部462は、磁気センサ41の近傍において感磁面412に対向するよう形成されている。集磁部462は、本体部461に形成される磁束を磁気センサ41に誘導する。
集磁部463は、環状部311と磁気センサ42との間に位置する本体部461に設けられている略平板状の部位である。集磁部463は、磁気センサ42の近傍において感磁面422に対向するよう形成されている。集磁部463は、本体部461に形成される磁束を磁気センサ42に誘導する。
集磁部472は、環状部321と磁束誘導部材43との間に位置する本体部471に設けられている略平板状の部位である。集磁部472は、磁束誘導部材43の近傍において端面435に対向するよう形成されている。集磁部472は、本体部471に形成される磁束を磁束誘導部材43に誘導する。
第四実施形態によるトルクセンサを図8に基づき説明する。第四実施形態では、一つの集磁リングを備える点が第一実施形態と異なる。
また、トルクセンサ3は、図8に示すように、集磁リング46が磁気ヨーク31の径外方向に設けられている。これにより、第四実施形態は、第三実施形態と同様に、磁気センサ41,42の検出感度の低下を防止し、かつ、向上することができる。
上述の実施形態では、トルクセンサは、電動パワーステアリング装置に適用されるとした。しかしながら、本発明のトルクセンサが適用される装置はこれに限定されない。トルクを捩じれ変位に変換するトーションバーが適用される装置であればよい。
具体的には、第一実施形態の変形例としての図9に示すトルクセンサ1のように、一つの磁気センサ41に対して一つの磁束誘導部材43を備えてもよい。
図10に示すトルクセンサ2では、二つの磁気センサ41,42のそれぞれの感磁面412,422は、磁気ヨーク31の径内方向に向かうよう形成されている。具体的には、感磁面412,422は、磁気ヨーク31の環状部321の径方向外側の端面であって曲面状に形成されている端面313に沿うよう形成されている。このとき、磁気センサ41の感磁面413及び磁気センサ42の感磁面423は、磁気ヨーク31の径外方向に向かうよう形成される。
図10に示すトルクセンサ2は、磁気センサ41,42のそれぞれに対応する二つの磁束誘導部材53を備える。磁束誘導部材53の軸方向延伸部531が有し感磁面413,423に対向する端面533は、図10に示すように、それぞれ感磁面413,423に略平行となるよう形成されている。
このように、二つの磁気センサ41,42の感磁面412,422を磁気ヨーク31の環状部321の径方向外側の端面に沿うよう形成することによって、磁気センサ41,42の磁束密度の検出感度を向上することができる。また、磁束誘導部材53の端面533を感磁面413,423に略平行となるよう形成することによって、さらに磁気センサ41,42の磁束密度の検出感度を向上することができる。
11・・・入力軸(第一軸)
12・・・出力軸(第二軸)
13・・・トーションバー
20・・・多極磁石
31、32・・・磁気ヨーク
41、42・・・磁気センサ
412,422・・・感磁面(内側感磁面)
413,423・・・感磁面(外側感磁面)
43・・・コネクタ部(被水防止部)
45・・・磁束誘導部材(磁束誘導部)
Claims (7)
- 第一軸(11)と第二軸(12)とを同軸上に連結し、前記第一軸と前記第二軸との間に加わるトルクを捩じれ変位に変換するトーションバー(13)と、
前記第一軸または前記トーションバーの一端側に固定され、径方向に磁束を発生するN極及びS極が周方向に交互に設けられている多極磁石(20)と、
前記第二軸または前記トーションバーの他端側に固定され、前記多極磁石が形成する磁界内に磁気回路を形成する一組の磁気ヨーク(31,32)と、
一組の前記磁気ヨークの径外方向に前記磁気ヨークから離間した位置に設けられ、前記トーションバーの中心軸(O)上からみて径内方向に向かうよう形成されている内側感磁面(412,422)、及び、前記トーションバーの中心軸上からみて径外方向に向かうよう形成されている外側感磁面(413,423)を有し、一組の前記磁気ヨークに形成される磁気回路の磁束密度を検出可能な磁気センサ(41,42)と、
軟磁性材料から形成され、前記外側感磁面の径外方向に位置し、前記磁気ヨークと前記磁気センサの前記外側感磁面とを磁気結合可能な磁束誘導部(43,53)と、
前記磁気センサ及び前記磁束誘導部を収容可能に形成され、前記磁気センサと水とが接触することを防止する被水防止部(45,55)と、
を備えるトルクセンサ。 - 前記内側感磁面及び前記外側感磁面は、円環状に形成されている前記磁気ヨークの径方向に向かうよう形成されている請求項1に記載のトルクセンサ。
- 前記磁気センサは、外部から供給される電力を受電する電源線(41p,42p,51)、グランドに電気的に接続するグランド線(41g,42g)、及び、検出した磁気回路の磁束密度に応じた出力信号を外部に出力する信号線(41s,42s)を有し、
前記電源線、前記グランド線、及び、前記信号線は、前記トーションバーの中心軸に沿った方向に延びるよう形成されている請求項1または2に記載のトルクセンサ。 - 一組の前記磁気ヨークの少なくとも一方に磁気結合され、一組の前記磁気ヨークの少なくとも一方の磁気回路を形成する磁束を誘導する集磁リング(46,47)をさらに備え、
前記磁気センサは、前記集磁リングが誘導する磁束密度を検出する請求項1〜3のいずれか一項に記載のトルクセンサ。 - 前記集磁リングは、外部の磁気ノイズに対する磁気シールドとなる請求項4に記載のトルクセンサ。
- 前記集磁リングは、一組の前記磁気ヨークと前記磁束誘導部との間、及び、一組の前記磁気ヨークと前記内側感磁面との間、の少なくとも一方に設けられる請求項4または5に記載のトルクセンサ。
- 前記磁束誘導部は、外部の磁気ノイズに対する磁気シールドとなる請求項1〜6のいずれか一項に記載のトルクセンサ。
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