本発明はトルクセンサおよび電動パワーステアリング装置に関する。

特許文献1では、電動パワーステアリング装置において、操舵部材と舵取機構とを連結するステアリングシャフトの途中に配置されたトルクセンサと、多回転するステアリングシャフトの回転数を検出するインデックスセンサとをステアリングシャフトの同軸上に配置する技術が提案されている。前記トルクセンサは、第1磁石部の側方に第1磁気センサを配置しており、前記インデックスセンサは、第2磁石の側方に第2磁気センサを配置している。

また、特許文献1では、第1磁気センサと第2磁石部との間に、磁性体で形成された板部材が設けられている。板部材によって、第2磁石から第1磁気センサへ向けて放射される磁束が低減される。したがって、インデックスセンサによるトルクセンサへの磁気干渉が低減され、トルクセンサの検出精度を高くすることができる。

特開2010−237082号公報

しかしながら、板部材や、板部材を支持する構造が必要となるため、部品点数および組立工数が増加し、製造コストが高くなる。 本発明の目的は、インデックスセンサ用の磁石による磁気干渉を抑制して検出精度を高くすることができる安価なトルクセンサ及びこれを備える電動パワーステアリング装置を提供することである。

請求項1の発明は、トーションバー(17)を介して同軸上に連結される第1軸(15)および第2軸(16)間の捩じれ変位に基づいてトルクを検出するトルクセンサ(21)であって、前記第1軸に固定される円筒状の第1磁石(27)と、磁気ヨークコア(28,29)と前記磁気ヨークコアをモールドした樹脂部材(33;33)とを含み、前記第1磁石を取り囲む筒状の磁気ヨーク組立体(34)と、前記磁気ヨークコアが誘導した前記第1磁石からの磁束を検出する磁気センサ(32)と、前記磁気ヨーク組立体の内周(34a)に固定され、前記第2軸が圧入固定される強磁性体製のカラー(35)と、前記磁気ヨーク組立体の外周(34b)に配置された、インデックスセンサ用の第2磁石(39)と、を備え、前記カラーの少なくとも一部が、前記磁気ヨーク組立体の軸方向(Y)に関して、前記磁気ヨークコアと前記第2磁石との間に配置されるトルクセンサ(21;21P)を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。 請求項2のように、前記磁気ヨーク組立体の軸方向に関して、前記カラーの全体が、前記磁気ヨークコアと前記第2磁石との間に配置されてもよい。

請求項1の発明によれば、インデックスセンサ用の第2磁石からの磁束が、強磁性体製のカラーに短絡される。したがって、第2磁石から磁気ヨークコア側への磁気干渉が抑制されて、トルクの検出精度が高くなる。また、磁気ヨーク組立体をステアリングシャフトに取り付けるために通例設けられているカラーが、磁気干渉を抑制する部材を兼用するとともに、磁気ヨーク組立体とインデックスセンサ用の第2磁石とを一体のユニットとして取り扱うことができるので、構造の簡素化を通じて、製造コストを安くすることができる。

請求項2の発明によれば、磁気干渉の抑制に、カラーの全領域を用いることができるため、磁気干渉をより確実に低減することができる。

本発明の第1実施形態のトルクセンサを備える電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。

図1のトルクセンサの分解斜視図である。

図1の電動パワーステアリング装置の要部の断面図であり、トルクセンサとその周辺の構造を示している。

第1実施形態において、磁気ヨークコアと磁気ヨークコアをモールドした樹脂部材を含む磁気ヨーク組立体の概略斜視図である。

本発明の第2実施形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図であり、トルクセンサとその周辺の構造を示している。

本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、トルクセンサが自動車の電動パワーステアリング装置に適用された例に則して説明するが、本発明のトルクセンサは、電動パワーステアリング装置以外の他の装置や機器に適用することもできる。 (第1実施形態) 図1は、本発明の第1実施形態のトルクセンサを備える電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。

図1に示すように、電動パワーステアリング装置1は、ステアリングホイール等の操舵部材2に連結されるステアリングシャフト3と、ステアリングシャフト3に自在継手4を介して連結される中間軸5とを備える。また、電動パワーステアリング装置1は、中間軸5に自在継手6を介して連結されているピニオン軸7と、ピニオン軸7の先端部に設けられたピニオン8に噛み合うラック9を形成して車両の左右方向に延びるラック軸10とを有している。

ラック軸10は、筒状のハウジング11に軸方向移動可能に支持されている。ラック軸10の両端部にはそれぞれタイロッド12が連結されており、各タイロッド12は、対応するナックルアーム(図示せず)を介して対応する転舵輪13に連結されている。 操舵部材2が操作されてステアリングシャフト3が回転されると、この回転は中間軸5等を介してピニオン8に伝達され、ピニオン8およびラック9によって、車両の左右方向に沿うラック軸10の直線運動に変換される。これにより、転舵輪13の転舵が達成される。

ステアリングシャフト3は、連結軸14を介して操舵部材2に連なる入力軸である第1軸15と、自在継手4に連なる出力軸である第2軸16と、第1軸15および第2軸16を同軸上に連結するトーションバー17とを備える。第1軸15および第2軸16は、トーションバー17を介して互いにトルク伝達可能であり、所定の範囲内で相対回転可能とされている。

電動パワーステアリング装置1は、ステアリングシャフト3の第2軸16に、ウォームギヤ機構等の減速機構18を介して動力を伝達する操舵補助用の電動モータ19と、マイクロコンピュータを含むECU(Electronic Control Unit)20とを備える。電動モータ19は、例えばブラシレスモータからなり、電動モータ19には、モータロータの回転角を検出する回転角センサ19aが備えられている。

また、電動パワーステアリング装置1は、操舵部材2に負荷される操舵トルクを検出すトルクセンサ21と、トルクセンサ21と一体に設けられたインデックスセンサ22と、車速を検出する車速センサ23とを備える。 トルクセンサ21では、トーションバー17のねじれに起因する第1軸15と第2軸16との相対回転変位量に基づく磁束変化から、ステアリングシャフト3に付与されるトルクを検出する。

ECU20は、トルクセンサ21および車速センサ23の検出結果に基づいて、操舵補助用の電動モータ19を駆動制御する機能を有する。 ECU20が、操舵補助用の電動モータ19を駆動すると、電動モータ19の出力回転(動力)が、減速機構18で減速されて第2軸16へ伝達される。第2軸16に伝えられた動力は、さらに中間軸5等を介して、ピニオン軸7、ラック軸10、タイロッド12およびナックルアーム等を含む転舵機構24に伝えられ、運転者の操舵が補助される。

インデックスセンサ22は、多回転する操舵部材2(ステアリングシャフト3)の位相が基準位置にあるときに、ECU20に対して、位置検出信号を出力する。ECU20は、インデックスセンサ22からの位置検出信号の入力に基づいて、操舵部材2が何回転目にあるかを検出する機能を有する。 ECU20は、電動モータ19に備えられる回転角センサ19aからの回転角検出信号と、インデックスセンサ22からの位置検出信号とに基づいて、多回転する操舵部材2の操舵角を絶対角として検出する機能を有していてもよい。

図2は、トルクセンサ21の分解斜視図であり、図3は電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。図2および図3に示すように、トーションバー17の一端17aは、ピン25を用いて第1軸15に結合され、トーションバー17の他端17bは、ピン26を用いて第2軸16に結合されている。 トルクセンサ21は、トルク検出用の多極磁石である第1磁石27と、一対の軟磁性体製の磁気ヨークコア28,29と、磁気ヨークコア28,29からの磁束を誘導する一対の集磁リング30,31と、例えばホールICからなるトルク検出用の第1磁気センサ32とを備えている。

第1磁石27は、第1軸15の一端に一体回転可能に結合された多極着磁のリング状磁石であり、その周方向にN極とS極とが交互に着磁されている。第1磁石27の軸線と、第1軸15の軸線とは、互いに一致している。 第1磁石27の径方向外側に配置された一対の磁気ヨークコア28,29は、第1磁石27に対して相対回転可能に第2軸16の一端に結合されている。一対の磁気ヨークコア28,29は、互いに離隔して向き合うヨークコアリング28a,29aと、ヨークコアリング28a,29aの複数の周方向位置にそれぞれ配置された複数の爪28b,29bとを有している。

図4に示すように、一対の磁気ヨークコア28,29は、それぞれの爪28b,29bが周方向に適当な間隔でずれるように対向する状態で、筒状の樹脂部材33にモールドされている。一対の磁気ヨークコア28,29は、筒状の樹脂部材33にモールドされて筒状の磁気ヨーク組立体34(磁気ヨークアセンブリ)を形成している。 図3およひ図4に示すように、磁気ヨーク組立体34の内周34a(樹脂部材33の内周に相当)には、第2軸16の一端が圧入固定される円筒状の強磁性体製のカラー35が嵌合固定されている。カラー35を構成する強磁性体としては、鉄、コバルト、ニッケルまたはそれらの合金を用いることができる。カラー35は、磁気ヨーク組立体34に対して、圧入により固定されてもよいし、接着剤を介して固定されてよい。また、カラー35は、樹脂部材33の樹脂成形時に金型内にインサートされて樹脂部材33に固定されてもよい。

図3に示すように、磁気ヨークコア28,29を保持した磁気ヨーク組立体34が、カラー35を介して第2軸16に取り付けられている。第1磁石27及び磁気ヨークコア28,29が相対回転することによりヨークコアリング28a,29a間の磁束密度が変化するように構成されている。 図4に示すように、第1磁石27に対向する、各磁気ヨークコア28,29の爪28b,29bは、樹脂部材33の内周から露出している。磁気ヨーク28,29は、第1軸15および第2軸16にトルクが加えられていない操舵中立状態において、それぞれの爪28b,29bの先端が、第1磁石27のN極及びS極の境界を指すように配置される。

図2および図3に示すように、一対の集磁リング30,31は、軟磁性体を用いて形成された環状の部材であり、磁気ヨーク28,29のそれぞれの径方向外側に、磁気ヨーク8,29に対して相対回転可能に配置されており、磁気ヨーク28,29にそれぞれ磁気的に結合されている。 一対の集磁リング30,31は、環状の本体30a,31aと、本体30a,31aから径方向外方に延設される平板状の集磁板30b,31bとを有している。一対の集磁リング30,31は、それぞれの集磁板30b,31bが第1軸15の軸方向Xに離間して対向するように配置されている。これら集磁板30b,31b間に、第1磁気センサ32が挿入されている。

図3に示すように、一対の集磁リング30,31および第1磁気センサ32が、筒状の樹脂部材36内にモールドされている。樹脂部材36は、磁気ヨーク組立体34の樹脂部材33を取り囲むように配置されている。樹脂部材36は、筒状のセンサハウジング37に固定されている。センサハウジング37は、ステアリングシャフト3を挿通させて回転可能に支持する筒状のステアリングコラム38の一部を形成している。

第1磁気センサ32は、集磁板30b,31b間に生ずる磁束の密度を検出するものであり、集磁板30b,31b間に生ずる磁束のうち、軸方向Xに平行な成分に応じた出力(電位差)を生じるように配置されている。 ECU20は、第1磁気センサ32からの出力信号の信号レベル(ホールICの出力電圧)に基づいて、ステアリングシャフト3に入力された操舵トルクを算出する構成となっている。

図3および図4に示すように、インデックスセンサ22は、磁気ヨーク組立体34の外周34b(筒状の樹脂部材33の外周に相当)に例えば接着剤を用いて固定された第2磁石39と、集磁リング30,31および第1磁気センサ32を保持する筒状の樹脂部材36によって保持された第2磁気センサ40とを備える。 第2磁石39は、第2軸16と一体回転する磁気ヨーク組立体34の周方向Z(図4を参照)の所定位置に配置されている。図3に示すように、第2磁気センサ40は、センサハウジング37に固定された樹脂部材36の周方向の所定位置(基準位置)に配置されている。

第2軸16が1回転する毎に、第2磁石39が基準位置にある第2磁気センサ40に対向することにより、インデックスセンサ22が、ECU20に対して、位置検出信号を出力する。 磁気ヨーク組立体34の軸方向Yに関して、カラー35の少なくとも一部が、磁気ヨークコア28,29と第2磁石39との間に配置されている。図3に示されているように、磁気ヨーク組立体34の軸方向Yに関して、カラー35の全体が、磁気ヨークコア28,29と第2磁石39との間に配置されていてもよい。また、図示していないが、カラー35の一部が、磁気ヨーク組立体34の軸方向Yに関して、磁気ヨークコア28,29と第2磁石39との間に配置されていてもよい。

また、第2磁石39とカラー35との距離D1が、第2磁石39と磁気ヨークコア29(一対の磁気ヨークコア28,29のうち第2磁石39に近い側の磁気ヨークコア29)との距離D2よりも小さくされている(D1

本実施形態によれば、インデックスセンサ22用の第2磁石39からトルクセンサ21の磁気ヨークコア28,29への磁束が、強磁性体製のカラー35に短絡される。したがって、第2磁石39からトルクセンサ21の磁気ヨークコア28,29側への磁気干渉が抑制されて、トルクの検出精度が高くなる。また、磁気ヨーク組立体34をステアリングシャフト3(第2軸16)に取り付けるために通例設けられているカラー35が、磁気干渉を抑制する部材を兼用するので、磁気干渉を抑制する部材を別途設ける必要がなく、構造の簡素化を通じて製造コストを安くすることができる。

また、第2磁石39とカラー35との距離D1が、第2磁石39と磁気ヨークコア29(一対の磁気ヨークコア28,29のうち第2磁石39に近い側の磁気ヨークコア29)との距離D2よりも小さい(D1

また、第2磁石39が、磁気ヨーク組立体34(の樹脂部材33)に固定されている。したがって、磁気ヨーク組立体34とインデックスセンサ22用の第2磁石39とを一体のユニットとして取り扱うことができるので、構造を簡素化することができる。

また、図3のように、磁気ヨーク組立体34の軸方向Yに関して、カラー35の全体が、磁気ヨークコア28,29と第2磁石39との間に配置される場合、磁気干渉の抑制に、カラー35の全領域を用いることができる。このため、磁気干渉をより確実に低減することができる。 (第2実施形態) 図5は、本発明の第2実施形態のトルクセンサ21Pを備える電動パワーステアリング装置1Pの要部の断面図である。

図5の第2実施形態のトルクセンサ21Pが、図3の第1実施形態のトルクセンサ21と主に異なるのは、下記である。すなわち、第2実施形態では、磁気ヨーク組立体34Pの軸方向Yに関して、カラー35の一部が、インデックスセンサ22P用の第2磁石39Pと磁気ヨークコア28,29との間に配置されている。 また、第2磁石39Pに設けられた凸部41が、磁気ヨーク組立体34Pの樹脂部材33Pを径方向に挿通する挿通孔42に挿入されて固定されている。また、第2磁石39Pの凸部41の端部は、カラー35の外周に当接または近接している。

図5の第2実施形態の構成要素において、図3の第1実施形態の構成要素と同じ構成要素には、図3の第1実施形態の構成要素の参照符号と同じ参照符号を付してある。 第2実施形態によれば、インデックスセンサ22P用の第2磁石39Pからトルクセンサ21Pの磁気ヨーク28,29への磁束が、強磁性体製のカラー35に短絡される。したがって、第1実施形態のトルクセンサと同様の作用効果を奏することができる。

また、第2磁石39Pの凸部41を磁気ヨーク組立体34Pの樹脂部材33Pの挿通孔42に挿入して固定するので、固定が確実である。 第2実施形態において、挿通孔42は、樹脂部材33Pを貫通しない有底のものであってもよい。 第2実施形態において、磁石粒や磁石の微粉とバインダとしての樹脂とが混ぜ合わされたものを磁気ヨーク組立体34Pの挿通孔42内で成形固化させて、ボンド磁石からなる第2磁石39Pを形成してもよい。その場合、第2磁石の形成と、磁気ヨーク組立体への第2磁石の固定とを同時に行うことができて、組立性が良い。

本発明は各前記実施形態に限定されるものではなく、各磁気センサとして、ホールICに代えて磁気抵抗素子(MR素子)を用いるようにしてもよい。その他、本発明は、特許請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

1;1P…電動パワーステアリング装置、2…操舵部材、3…ステアリングシャフト、15…第1軸、16…第2軸、17…トーションバー、18…減速機構、19…電動モータ、20…ECU、21…トルクセンサ、22…インデックスセンサ、23…車速センサ、24…転舵機構、27…第1磁石、28,29…磁気ヨークコア、30,31…集磁リング、32…第1磁気センサ、33;33P…樹脂部材、34;34P…磁気ヨーク組立体、34a…内周、34b…外周、39…第2磁石、40…第2磁気センサ、D1,D2…距離、Y…(磁気ヨーク組立体の)軸方向