(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来、車両のステアリング軸(回転軸)に加わるトルクとステアリング軸の回転数を検出する車両用検出装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
この車両用検出装置は、ステアリング軸に加わるトルクを磁気的に検出するトルクセンサ(トルク検出部)と、ステアリング軸の回転数を磁気的に検出するインデックスセンサ(回転検出部)とを備える。
【0004】
トルクセンサは、ステアリング軸の周囲を取り囲むように配置された円環状の第1磁石部と、第1磁石部の側方に配置された第1磁気センサとを備え、ステアリング軸に組み込まれたトーションバーの捩じり角度を第1磁石部によって形成される磁束密度の変化として検出する。
【0005】
インデックスセンサは、ステアリング軸に取り付けられた円筒状のカラーと、ステアリング軸と一体に回転するようにカラーの外周に密接して配置されたヨークと、ヨークの側方にカラーの周方向に沿って配置された一対のインデックスセンサ用磁石からなる第2磁石部と、一対のインデックスセンサ用磁石の間に配置された第2磁気センサとを備えている。一対のインデックスセンサ用磁石は、共に第2磁気センサ側がN極を向くように配設されている。そして、インデックスセンサは、ステアリング軸の回転を第2磁石部によって形成される磁束密度の変化として検出する。
【0006】
そして車両用検出装置は、インデックスセンサの第2磁石部とトルクセンサの第1磁気センサとの間に、第2磁石部から放射される磁束の方向を第1磁気センサの検出方向と異なる方向に変化させる磁性板を配置して構成されている。この磁性板により、第2磁石部から放射された磁束がトルクセンサの第1磁気センサに干渉してトルクセンサの検出精度が低下することを抑制している。
【発明を実施するための形態】
【0013】
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る車両用検出装置の構成例を示す断面図である。なお、以下の説明において、ステアリング軸に平行な方向を軸方向A、ステアリング軸に直交する方向を径方向Bという。
【0014】
この車両用検出装置1は、ステアリングホイールの操舵操作によって回転する回転軸としてのステアリング軸10に加わる操舵トルクを磁気的に検出するトルク検出部2と、ステアリング軸10の回転を磁気的に検出する回転検出部3とを備える。車両の操舵系には、操舵操作を補助する図略の電動パワーステアリング装置が設けられ、車両用検出装置1が検出した操舵トルク及びステアリング軸の回転数(車輪の向き)に応じて電動パワーステアリング装置の電動モータが車輪を転舵するためのトルクを出力する。
【0015】
ステアリング軸10は、ステアリングホイールに接続され、操舵力が入力される入力軸11と、電動パワーステアリング装置側に接続される出力軸12と、入力軸11と出力軸12とを連結するトーションバー13とを備え、図示しないコラムハウジングの内部に回転可能に支持されている。トーションバー13は、ステアリングホイール側の一方の端部がピン14によって入力軸11と相対回転不能に固定され、他方の端部がピン14によって出力軸12と相対回転不能に固定されている。
【0016】
(トルク検出部2の構成)
トルク検出部2は、入力軸11の周囲を取り囲むように入力軸11に固定された円筒状のトルク検出用磁石20と、入力軸11に固定された環状の第1の回転ヨーク21と、出力軸12に固定された環状の第2の回転ヨーク22と、第1の回転ヨーク21の外側に空隙を設けて配置された第1の固定ヨーク23と、第2の回転ヨーク22の外側に空隙を設けて配置された第2の固定ヨーク24と、第1の固定ヨーク23及び第2の固定ヨーク24との間に配置された第1の磁気検出素子25A及び第2の磁気検出素子25B(
図1では第1の磁気検出素子25Aのみを示す。)と、第1及び第2の固定ヨーク23,24を保持するモールド樹脂から形成された保持部材26とを備える。
【0017】
第1及び第2の固定ヨーク23,24、第1及び第2の磁気検出素子25A,25B、及び保持部材26は、コラムハウジングを介して車体に固定されている。
【0018】
トルク検出用磁石20は、ステアリング軸10の軸方向Aの端部に一対の磁極(N極及びS極)が形成されている。トルク検出用磁石20は、本実施の形態では、
図1において上側(ステアリングホイール側)にN極、下側(出力軸12側)にS極が形成された永久磁石である。トルク検出用磁石20としては、例えばフェライト磁石、ネオジウム磁石等を用いることができる。
【0019】
第1及び第2の磁気検出素子25A,25Bは、本実施の形態では、ホール素子を用い、磁束密度の検出方向25aが互いに逆向きとなるように配置されている。この配置により、ホール素子の温度特性及び軸方向Aの検出感度の影響を相殺し、車両用検出装置1の検出精度を高めている。
【0020】
(回転検出部3の構成)
回転検出部3は、入力軸11の周囲を取り囲むように入力軸11に固定された円筒状の磁性部材としてのカラー30と、カラー30の側方に入力軸11及びカラー30から磁気的に離間して配置された強磁性体としてのヨーク31と、非磁性の材料からなり、入力軸11に対してカラー30と共にヨーク31を一体に保持するヨーク保持部材32と、入力軸11の側方に配置され、ヨーク31に磁束を及ぼす回転検出用磁石33と、回転検出用磁石33のヨーク31と反対側に配置され、入力軸11の回転に伴いヨーク31が回転検出用磁石33に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化を検出する磁気検出素子34と、非磁性の材料からなり、磁気検出素子34と共に回転検出用磁石33を保持する磁石保持部材35とを備える。ここで、「側方」とは、径方向の外方をいう。また、「磁気的に離間」とは、両者の間に空気及び又は非磁性材が介在して互いに離れていることをいう。
【0021】
本実施の形態では、ヨーク保持部材32がモールド樹脂から形成され、カラー30及びヨーク31がヨーク保持部材32にインサート成形されている。これにより、ヨーク31は、ステアリング軸10と一体に回転するように配置されている。また、ヨーク保持部材32は、ヨーク31をカラー30から離間して保持している。すなわち、カラー30の外周面と、この外周面に対向するヨーク31の対向面との間には、ヨーク保持部材32の樹脂が介在している。なお、カラー30とヨーク31との間に空間が形成されていてもよい。
【0022】
また、本実施の形態では、磁石保持部材35がモールド樹脂から形成され、回転検出用磁石33及び磁気検出素子34が磁石保持部材35にインサート成形されている。磁石保持部材35は、コラムハウジングを介して車体に固定されている。つまり、ステアリング軸10が回転しても、回転検出用磁石33及び磁気検出素子34はステアリング軸10と共に回転せず、その位置が固定されている。
【0023】
回転検出用磁石33は、一対の磁極(N極及びS極)がステアリング軸10に沿うように配置されている。すなわち、回転検出用磁石33には、その略軸方向(軸方向Aに対して±10°以内の誤差を含む。)の端部に一対の磁極が形成されている。本実施の形態では、回転検出用磁石33が、
図1において上側(ステアリングホイール側)にN極、下側(トルク検出部2側)にS極が形成された永久磁石である。回転検出用磁石33としては、例えばフェライト磁石、ネオジウム磁石等を用いることができる。
【0024】
磁気検出素子34は、ヨーク31との間に回転検出用磁石33を挟む位置に配置され、磁束密度の変化の検出方向34aをステアリング軸10に平行な方向に有している。ここで、「ステアリング軸10に平行な方向」とは、ステアリング軸10の回転中心軸に対して±10°以内の誤差を含む実質的に平行な方向も含む趣旨である。磁気検出素子34は、例えばホール素子を用いる。なお、磁気検出素子34としては、MR素子、GIG素子、GMR素子等の他の磁気検出素子を用いてもよい。
【0025】
カラー30は、入力軸11にネジ止めや圧入等の固定手段によって入力軸11に相対回転不能及び軸方向移動不能に固定されている。カラー30は、鉄等の磁性体から形成され、その軸方向Aの長さは、ヨーク31の軸方向Aの長さよりも長く形成されている。このカラー30によって、入力軸11に流入する磁束が低減されている。
【0026】
ヨーク31は、例えば径方向Bの長さが軸方向Aの長さよりも長い直方体状に形成されている。なお、ヨーク31は、立方体状や円柱状、あるいは周方向に長い直方体状等、その他の形状でもよい。また、ヨーク31はカラー30と接触してもよい。
【0027】
(トルク検出部2の動作)
図2は、トルク検出部2の動作を説明するための図であり、(a)はトーションバー13に捩じれが発生していない状態を示す斜視図、(b)はトーションバー13に捩じれが発生した状態を示す斜視図である。
【0028】
図2(a)に示すように、第1の回転ヨーク21は、環状の本体部210と、本体部210から軸方向Aに突出して形成された複数(本実施の形態では10個)の突起部211とを一体に有する。同様に、第2の回転ヨーク22は、環状の本体部220と、本体部220から軸方向Aに突出して形成された複数(第1の回転ヨーク21の突起部211と同数)の突起部221とを一体に有する。
【0029】
第1の固定ヨーク23は、第1の回転ヨーク21の本体部210と径方向Bに対向する内面を有する環状の環状部230と、環状部230から軸方向Aに延出して形成された延出部231と、延出部231の先端部から外方(トーションバー13から離間する方向)に向かって突出した突出部232とを一体に有する。同様に、第2の固定ヨーク24は、第2の回転ヨーク22の本体部220と径方向Bに対向する内面を有する環状の環状部240と、環状部240から軸方向Aに延出して形成された延出部241と、延出部241の先端部から外方に向かって突出した突出部242とを一体に有する。
【0030】
トルク検出部2における磁気回路は、
図1に示すように、第1の磁路H
1と第2の磁路H
2とからなる磁路Hによって構成されている。第1の磁路H
1は、トルク検出用磁石20と、第1及び第2の回転ヨーク21,22とで構成される。第2の磁路H
2は、トルク検出用磁石20と、第1及び第2の回転ヨーク22,23の本体部220,230と、第1及び第2の固定ヨーク23,24とで構成される。
【0031】
入力軸11にトルクが作用してトーションバー13に捩じれが生じると、この捩じれに応じて第1の回転ヨーク21が第2の回転ヨーク22に対して相対的に変位し、
図2(b)に示すように、第1の回転ヨーク21の突起部211の先端面211aと第2の回転ヨーク22の突起部221の先端面221aとが対向する面積が減少する。これにより、
図1に示す第1の磁路H
1における磁気抵抗が大きくなり、第1の磁路H
1を流れる磁束の磁束密度が小さくなる。
図1に示す第2の磁路H
2における磁気抵抗は、入力軸11に作用するトルクの有無に関係なく一定であるため、第1の磁路H
1の磁束密度の低下によって、第2の磁路H
2の磁束密度が高くなる。
【0032】
したがって、第1及び第2の磁気検出素子25A,25Bは、トーションバー13の捩じれ量、すなわち入力軸11から出力軸12に伝達される操舵力(操舵トルク)を、第2の磁路H
2の磁束密度の変化量として検出することが可能である。
【0033】
(回転検出部3の動作)
図3は、回転検出部3の動作を説明するための図であり、(a)はヨーク31が回転検出用磁石33に最も近づいた状態を示す断面図、(b)はその要部を示す正面図、(c)はヨーク31が回転検出用磁石33から離れた状態を示す断面図、(d)はその要部を示す正面図である。
【0034】
ステアリング軸10が回転して
図3(a)に示すようにヨーク31が回転検出用磁石33に最も近づいた状態では、
図3(b)に示すように、回転検出用磁石33から放射された磁束のうちヨーク31側を通過する磁束33aは、磁気検出素子34を通過する磁束33bよりも多くなる。なお、この際、ヨーク31、回転検出用磁石33、及び磁気検出素子34は、径方向Bに沿って直列に配置される。
【0035】
さらにステアリング軸10が回転して
図3(c)に示すようにヨーク31が回転検出用磁石33から離れた状態になると、
図3(d)に示すように、回転検出用磁石33から放射された磁束33a,33bの磁束密度が入力軸11側と磁気検出素子34側とで均一化され、磁気検出素子34を通過する磁束密度が
図3(b)に示す場合よりも増加する。
【0036】
このようにステアリング軸10の回転に伴ってヨーク31が回転検出用磁石33に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化が磁気検出素子34によって検出される。そして磁気検出素子34は、磁束密度に応じた検出信号を図示しないコンパレータに出力する。コンパレータは、磁気検出素子34からの検出信号と閾値とを比較し、検出信号が閾値以下のときにステアリング軸10が1回転したことを示す回転信号を出力する。
【0037】
(第1の実施の形態の作用及び効果)
上記した第1の実施の形態によれば、以下に示す作用及び効果が得られる。
【0038】
(1)回転検出用磁石33は、一対の磁極がステアリング軸10の軸方向に沿うように配置されているので、例えば一対の磁石をN極を向かい合わせてステアリング軸の周方向に沿って配置した場合に比較して、回転検出用磁石33から放射される磁束が入力軸11に流入することが抑制される。つまり、一対の磁石をN極を向かい合わせて配置すると、それぞれのN極から放射された磁束の衝突によって磁束分布が大きく膨らみ、入力軸11に流入する磁束が多くなるが、本実施の形態では、単一の回転検出用磁石33を用い、そのN極及びS極をステアリング軸10の軸方向に並ぶように配置することで、入力軸11に流入する磁束が抑制される。このため、回転検出用磁石33から放射される磁束がトルク検出部2の第1及び第2の磁気検出素子25A,25Bに干渉してしまうことを抑制できる。
【0039】
(2)回転検出部3をトルク検出部2に近接して配置することができるので、車両用検出装置1を小型化することが可能となる。
【0040】
(3)回転検出部3のヨーク31をステアリング軸10及びカラー30から磁気的に離間して配置しているので、ヨーク31とカラー30との間の磁気抵抗が大きくなり、回転検出用磁石33から放射される磁束がトルク検出部2の第1及び第2の磁気検出素子25A,25Bに干渉してしまうことを抑制できる。
【0041】
[第2の実施の形態]
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る車両用検出装置の構成例を示す断面図である。この第2の実施の形態は、第1の実施の形態において、回転検出用磁石33とトルク検出部2との間に回転検出用磁石33から放射される磁束33a,33bを遮蔽する遮蔽部材36を配置したものである。
【0042】
遮蔽部材36は、例えば板状の鉄等の磁性体から形成され、回転検出用磁石33とトルク検出部2との間に一対の磁極のうち一方の磁極に対向して配置され、回転検出用磁石33から放射される磁束を遮蔽する。本実施の形態では、遮蔽部材36が回転検出用磁石33のN極に対向しているが、遮蔽部材36が回転検出用磁石33のS極に対向するように回転検出用磁石33を配置してもよい。
【0043】
また、遮蔽部材36は、径方向Bに略平行(平行な方向に対して±10°以内の誤差を含む。)に位置するようにコラムハウジングに固定されている。遮蔽部材36の大きさとしては、ヨーク31の入力軸11側の端面から磁気検出素子34の入力軸11と反対側の端面までをカバーする大きさが好ましいが、それよりも小さくてもよい。
【0044】
本実施の形態によれば、第1の実施の形態について述べた作用及び効果に加え、回転検出用磁石33とトルク検出部2との間に遮蔽部材36を配置しているので、回転検出用磁石33から放射される磁束33a,33bのトルク検出部2の第1及び第2の磁気検出素子25A,25Bに対する直接的な干渉を抑制することができる。
【0045】
(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
【0046】
[1]操舵操作によって回転する回転軸(10)が受けるトルクを磁気的に検出するトルク検出部(2)と、前記回転軸(10)の回転を磁気的に検出する回転検出部(3)とを備え、前記回転検出部(3)は、前記回転軸(10)の側方に前記回転軸(10)と一体に回転するように配置された磁性体(31)と、前記回転軸(10)の側方に配置され、前記磁性体(31)に磁束を及ぼす磁石(33)と、前記回転軸(10)の回転に伴い前記磁性体(31)が前記磁石(33)に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化を検出する磁気検出素子(34)とを有し、前記磁石(33)は、一対の磁極が前記回転軸(10)に沿うように配置された車両用検出装置(1)。
【0047】
[2]前記磁気検出素子(34)は、前記磁性体(31)との間に前記磁石(33)を挟む位置に配置された、前記[1]に記載の車両用検出装置(1)。
【0048】
[3]前記磁気検出素子(34)は、磁束密度の変化の検出方向(34a)を前記回転軸(10)に平行な方向に有する前記[1]又は[2]に記載の車両用検出装置。
【0049】
[4]前記磁石(33)と前記トルク検出部(2)との間に前記一対の磁極のうち一方の磁極に対向して配置され、前記磁石(33)から放射される磁束を遮蔽する遮蔽部材(36)をさらに備えた前記[1]乃至[3]の何れか1つに記載の車両用検出装置(1)。
【0050】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【0051】
例えば、上記実施の形態では、入力軸11とヨーク31との間にカラー30を介在させたが、カラー30を省いてもよい。