(57)【要約】【課題】自動車のステアリングの回転トルクの検出等に用いられる回転トルク検出装置に関し、高精度で確実な回転トルクの検出が可能なものを提供することを目的とする。【解決手段】下面に突出部１１Ａが形成された第一の磁性体１１を第一の回転体１に、上面に突出部１２Ａが形成された第二の磁性体１２を、第一の回転体１に連結体３で固着された第二の回転体２に各々固着すると共に、これら第一の磁性体１１と第二の磁性体１２の側方に磁石１４と磁気検出素子１６を設けることによって、回転に伴って突出部１１Ａと１２Ａの対向面積が変化し、これに応じて変化する側方の磁石１４の磁気の強弱や方向を、磁気検出素子１６が検出して回転トルクの検出を行っているため、検出誤差が少なく、高精度で確実な回転トルクの検出が可能な回転トルク検出装置を得ることができる。【選択図】図１
2010014462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングに連動して回転する第一の回転体と、この第一の回転体の下方に配置された第二の回転体と、上端が上記第一の回転体に、下端が上記第二の回転体に固着された連結体からなり、上記第一の回転体に下面に突出部が形成された第一の磁性体を、第二の回転体に上面に突出部が形成された第二の磁性体を各々固着すると共に、これら第一の磁性体と第二の磁性体の側方に磁石と磁気検出素子を設けた回転トルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に自動車のステアリングの回転トルクの検出等に用いられる回転トルク検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の高機能化が進むなか、様々な回転トルク検出装置や回転角度検出装置を用いてステアリングの回転トルクや回転角度を検出し、パワーステアリング装置やブレーキ等の車両の各種制御を行うものが増えている。
【０００３】
このような、従来の回転トルク検出装置について、図５及び図６を用いて説明する。
【０００４】
図５は従来の回転トルク検出装置の側面図、図６は同分解斜視図であり、同図において、１はステアリングに連動して回転する略円筒状の第一の回転体、２はこの下方に配置された略円筒状の第二の回転体で、第一の回転体１と第二の回転体２の間には、上端が第一の回転体１に、下端が第二の回転体２に各々固着されたトーションバー等の略円筒状の連結体３が設けられている。
【０００５】
そして、４Ａと４Ｂは略リング状の磁石で、例えば２０〜４０度前後の角度間隔でＮ極とＳ極が交互に形成されると共に、この磁石４Ａが第一の回転体１の外周下端に、磁石４Ｂが第二の回転体２の外周上端に各々固着されている。
【０００６】
また、５は第一の回転体１と第二の回転体２の側方にほぼ平行に配置された配線基板で、左右面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、磁石４Ａと４Ｂとの対向面には、ＡＭＲ(異方性磁気抵抗)素子等の磁気検出素子６Ａと６Ｂが各々装着されている。
【０００７】
さらに、配線基板５にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子６Ａと６Ｂに接続された制御手段７が形成されて、回転トルク検出装置１０が構成されている。
【０００８】
そして、このような回転トルク検出装置１０が回転角度検出装置等と共に、第一の回転体１や第二の回転体２、連結体３内にステアリング軸が挿通され、第一の回転体１がステアリング軸に固着されて、自動車のステアリングホイール下方に装着されると共に、制御手段７がコネクタやリード線（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続される。
【０００９】
以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って第一の回転体１が回転し、連結体３が捩れた後、第一の回転体１にやや遅れて第二の回転体２が回転するが、この時、例えば車両が走行時には回転トルクが小さいため、第一の回転体１に対する第二の回転体２の回転の遅れは少なく、停車時には回転トルクが大きなため、第二の回転体２の回転の遅れが大きくなる。
【００１０】
そして、この第一の回転体１や第二の回転体２の回転に伴って、これらの外周に固着された略リング状の磁石４Ａと４Ｂも回転し、所定間隔で交互に形成されたＮ極とＳ極の極性が変化して、この極性の変化から磁気検出素子６Ａと６Ｂが磁石４Ａと４Ｂの回転角度を検出し、これが制御手段７へ入力される。
【００１１】
なお、この時、上記のように第一の回転体１の回転に対し、連結体３を介して固着された第二の回転体２は、連結体３が捩れた後、第一の回転体１にやや遅れて回転するため、磁気検出素子６Ａから出力される磁石４Ａの回転角度信号と、磁気検出素子６Ｂから出力される磁石４Ｂの回転角度信号は位相差のあるものとなって制御手段７へ入力される。
【００１２】
そして、この磁気検出素子６Ａと６Ｂからの磁石４Ａと４Ｂの回転角度信号によって、制御手段７がステアリングの回転トルクを算出し、これが自動車本体の電子回路へ出力され、電子回路がこの回転トルクやステアリングの回転角度、あるいは車体の各部に装着された速度センサ等からの様々なデータを演算して、パワーステアリング装置やブレーキ等の車両の様々な制御が行われる。
【００１３】
つまり、例えば、車両が走行中でステアリングの回転トルクが小さな場合には、パワーステアリング装置の利きを緩めて、ステアリングホイールをある程度大きな力で操作するようにし、車両が停車していてステアリングの回転トルクが大きな場合には、パワーステアリング装置を大きく利かせて、軽い力でもステアリングホイールの操作を行えるように構成されているものであった。
【００１４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００７−２５６１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記従来の回転トルク検出装置においては、磁石４Ａの回転角度を磁気検出素子６Ａが、磁石４Ｂの回転角度を磁気検出素子６Ｂが各々検出し、これらの回転角度から制御手段７がステアリングの回転トルクを算出しているため、磁石４Ａと４Ｂの各々の回転角度の検出誤差により、制御手段７の回転トルクの算出に誤差が生じ易いため、これに補正等を加えることが必要になってしまうという課題があった。
【００１６】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、高精度で確実な回転トルクの検出が可能な回転トルク検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために本発明は、下面に突出部が形成された第一の磁性体を、ステアリングに連動して回転する第一の回転体に、上面に突出部が形成された第二の磁性体を、第一の回転体に連結体で固着された第二の回転体に各々固着すると共に、これら第一の磁性体と第二の磁性体の側方に磁石と磁気検出素子を設けて回転トルク検出装置を構成したものであり、回転に伴って第一の磁性体と第二の磁性体の突出部の対向面積が変化し、これに応じて変化する側方の磁石の磁気の強弱や方向を、磁気検出素子が検出することによって回転トルクの検出を行っているため、検出誤差が少なく、高精度で確実な回転トルクの検出が可能な回転トルク検出装置を得ることができるという作用を有するものである。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明によれば、高精度で確実な回転トルクの検出が可能な回転トルク検出装置を実現することができるという有利な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を用いて説明する。
【００２０】
なお、背景技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。
【００２１】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による回転トルク検出装置の側面図、図２は同分解斜視図であり、同図において、１は略円筒状でステアリングに連動して回転する鋼等の第一の回転体、２はこの下方に配置された略円筒状の第二の回転体で、第一の回転体１と第二の回転体２の間には、上端が第一の回転体１に、下端が第二の回転体２の各々固着された、トーションバー等の略円筒状で鋼等の連結体３が設けられている。
【００２２】
そして、１１は略リング状でパーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の第一の磁性体、１２は同じく第二の磁性体で、第一の磁性体１１下面には下方へ延出する複数の突出部１１Ａが、第二の磁性体１２上面には上方へ延出する複数の突出部１２Ａが各々形成されると共に、第一の磁性体１１が第一の回転体１の外周下端に、第二の磁性体１２が第二の回転体２の外周上端に、複数の突出部１１Ａと１２Ａが所定の空隙で対向するように各々固着されている。
【００２３】
また、１４は略角柱状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石で、この磁石１４が例えばＮ極を上方向、Ｓ極を下方向にして、第一の磁性体１１と第二の磁性体１２の側方に所定の間隙を空けて配置されている。
【００２４】
さらに、１５は紙フェノールやガラス入りエポキシ等の配線基板で、左右面に複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、第一の回転体１と第二の回転体２の側方にほぼ平行に配置され、磁石１４中間部との対向面には、垂直方向の磁気を検出するホール素子や、水平方向の磁気を検出するＧＭＲ素子等の磁気検出素子１６が実装装着されている。
【００２５】
そして、配線基板１５にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子１６に接続された制御手段１７が形成されて、回転トルク検出装置２０が構成されている。
【００２６】
つまり、この中立位置の状態では、図３（ａ）の部分側面図に示すように、複数の突出部１１Ａと１２Ａが同じ対向面積で向かい合っているため、磁界が磁石１４左方に形成されて、磁石１４の磁気Ｍ１は第一の磁性体１１と第二の磁性体１２側に流れ、右方には殆んど磁界が形成されないため、磁気検出素子１６が検出する磁気Ｍ２は弱いものとなっている。
【００２７】
また、図１や図２において、２１は外周に平歯車部が形成された略リング状で絶縁樹脂または金属製の回転歯車、２２は同じく第一の検出歯車、２３も同じく第二の検出歯車で、回転歯車２１が第一の回転体１の外周上端に固着されると共に、この回転歯車２１に第一の検出歯車２２が、第一の検出歯車２２に第二の検出歯車２３が各々噛合している。
【００２８】
なお、これらの歯車の直径及び歯数は、回転歯車２１が最も大きく、第一の検出歯車２２、第二の検出歯車２３の順に、あるいは第二の検出歯車２３、第一の検出歯車２２の順に、小さなものとなっている。
【００２９】
そして、この第一の検出歯車２２の中央には磁石２４Ａが、第二の検出歯車２３の中央には磁石２４Ｂが、各々インサート成形等により装着されると共に、これらの上方にほぼ平行に配置された配線基板２５の、磁石２４Ａと２４Ｂとの対向面には、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子等の磁気検出素子２６Ａと２６Ｂが各々装着されている。
【００３０】
さらに、配線基板２５にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子２６Ａや２６Ｂに接続された制御手段２７が形成されて、回転角度検出部２０Ａが構成されている。
【００３１】
つまり、本実施の形態においては、ステアリングの回転トルクを検出する回転トルク検出装置２０に、ステアリングの回転角度を検出する回転角度検出部２０Ａが一体に形成された構成となっている。
【００３２】
そして、このように構成された回転トルク検出装置２０が、第一の回転体１や第二の回転体２、連結体３内にステアリング軸が挿通され、第一の回転体１がステアリング軸に固着されて、自動車のステアリングホイール下方に装着されると共に、制御手段１７と２７がコネクタやリード線（図示せず）等を通して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続される。
【００３３】
以上の構成において、ステアリングを回転すると、これに伴って第一の回転体１が回転し、この上端に固着された回転歯車２１が回転するため、回転歯車２１に噛合した第一の検出歯車２２、及び第一の検出歯車２２に噛合した第二の検出歯車２３が連動して回転する。
【００３４】
そして、第一の検出歯車２２や第二の検出歯車２３の回転に伴って、これらの中央に装着された磁石２４Ａや２４Ｂの磁気の方向が変化し、これを磁気検出素子２６Ａや２６Ｂが検出して、増減を繰返す正弦波や余弦波、または略鋸歯状の検出信号が制御手段２７へ入力される。
【００３５】
なお、この時、第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３の歯数は異なっているため、磁気検出素子２６Ａから出力される回転角度信号と、磁気検出素子２６Ｂから出力される回転角度信号とは、データ波形の形状が異なり位相差のあるものとなって制御手段２７へ入力される。
【００３６】
そして、制御手段２７がこの波形の異なる二つの回転角度信号、及び回転歯車２１に対する第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３の各平歯車部の歯数から、回転歯車２１の回転角度を演算、つまり、ステアリングの回転角度を検出し、これが自動車本体の電子回路へ出力される。
【００３７】
また、この時、ステアリングと第一の回転体１の回転に伴って、連結体３が捩れた後、第一の回転体１にやや遅れて第二の回転体２が回転するが、この時、例えば車両が走行時には回転トルクが小さいため、第一の回転体１に対する第二の回転体２の回転の遅れは少なく、停車時には回転トルクが大きなため、第二の回転体２の回転の遅れが大きくなる。
【００３８】
そして、この第一の回転体１や第二の回転体２の回転に伴って、これらの外周に固着された略リング状の第一の磁性体１１と第二の磁性体１２も回転するが、上記のように、第二の磁性体１２は第一の磁性体１１よりもやや遅れて回転するため、図３（ｂ）に示すように、複数の突出部１１Ａと１２Ａの位置がずれ、これらの対向面積が変化する。
【００３９】
このため、磁石１４から左方の第一の磁性体１１と第二の磁性体１２側に流れる磁気Ｍ１が、中立位置の状態に比べて弱まり、逆に右方に形成される磁界が大きくなって、磁気検出素子１６が検出する磁気Ｍ２が強いものとなり、この磁気の変化から制御手段１７が第一の磁性体１１と第一の回転体１、すなわちステアリングの回転トルクを算出し、これが自動車本体の電子回路へ出力される。
【００４０】
そして、この制御手段１７からの回転トルクや、制御手段２７からの回転角度、あるいは車体の各部に装着された速度センサ等からの様々なデータを電子回路が演算して、パワーステアリング装置やブレーキ等の車両の様々な制御が行われる。
【００４１】
つまり、例えば、制御手段１７からの回転トルクによって、車両の走行や停車に合わせて、ステアリングホイールの操作力を調整するパワーステアリング装置の制御や、制御手段２７からの回転角度によって、ステアリングホイールの回転に応じたブレーキ制御等が行われるように構成されている。
【００４２】
また、この時、回転トルクの検出を上記のように、第一の回転体１の外周に固着された第一の磁性体１１と、第一の回転体１よりもやや遅れて回転する第二の回転体２の外周に固着された第二の磁性体１２の、下面と上面に各々形成された複数の突出部１１Ａと１２Ａの、対向面積の変化に応じた磁石１４の磁気の変化によって行っているため、検出誤差が少なく、確実な回転トルクの検出が可能なようになっている。
【００４３】
すなわち、ステアリングの回転に伴って、所定の間隙で配置された複数の突出部１１Ａと１２Ａの対向面積が変化し、これに応じて変化する磁石１４の磁気の変化を磁気検出素子１６が検出すると共に、この一つの磁気検出素子１６からの磁気信号によって、制御手段１７がステアリングの回転トルクを算出しているため、検出誤差が少なくなると共に、制御手段１７が複雑な演算や補正等を行うことなく、高精度で確実な回転トルクの検出を行えるように構成されている。
【００４４】
また、Ｎ極とＳ極が所定の角度間隔で交互に形成された磁石や、複数の磁気検出素子等を用いることなく、棒状の磁石１４や一つの磁気検出素子１６で回転トルク検出装置２０を形成することによって、装置を簡易で安価に構成することができるようになっている。
【００４５】
さらに、図４の部分側面図に示すように、第一の磁性体１１と第二の磁性体１２の側方に、略Ｌ字状でパーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の複数のヨーク２８を配置し、このヨーク２８の間に磁石１４Ａと磁気検出素子１６Ａを上下に配列した構成とすれば、磁石１４Ａの磁気がヨーク２８を介して効率良く第一の磁性体１１と第二の磁性体１２に伝わるため、磁気もれが少なくなり、より確実に回転トルクを検出することができる。
【００４６】
また、第一の磁性体１１下面の突出部１１Ａと第二の磁性体１２上面の突出部１２Ａを各々傾斜面に形成し、この傾斜面同士を対向させるようにすれば、平面で対向させた場合に比べ、第一の磁性体１１と第二の磁性体１２の回転時の磁気の変化が大きくなるため、さらに高精度に回転トルクの検出を行うことが可能となる。
【００４７】
このように本実施の形態によれば、下面に突出部１１Ａが形成された第一の磁性体１１を、ステアリングに連動して回転する第一の回転体１に、上面に突出部１２Ａが形成された第二の磁性体１２を、第一の回転体１に連結体３で固着された第二の回転体２に各々固着すると共に、これら第一の磁性体１１と第二の磁性体１２の側方に磁石１４と磁気検出素子１６を設けることによって、回転に伴って第一の磁性体１１と第二の磁性体１２の突出部１１Ａと１２Ａの対向面積が変化し、これに応じて変化する側方の磁石１４の磁気の強弱や方向を、磁気検出素子１６が検出して回転トルクの検出を行っているため、検出誤差が少なく、高精度で確実な回転トルクの検出が可能な回転トルク検出装置を得ることができるものである。
【００４８】
なお、以上の説明では、回転歯車２１に第一の検出歯車２２を、第一の検出歯車２２に第二の検出歯車２３を各々噛合させて、回転角度検出部２０Ａを形成した構成について説明したが、第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３の両方を、回転歯車２１に噛合させた構成や、あるいは、いずれか一方のみを回転歯車２１に噛合させた構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明による回転トルク検出装置は、高精度で確実な回転トルクの検出が可能なものを実現することができ、自動車のステアリングの回転トルクの検出等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態による回転トルク検出装置の側面図
【図２】同分解斜視図
【図３】同部分側面図
【図４】同他の実施の形態による部分側面図
【図５】従来の回転トルク検出装置の側面図
【図６】同分解斜視図
【符号の説明】
【００５１】
１  第一の回転体
２  第二の回転体
３  連結体
１１  第一の磁性体
１１Ａ、１２Ａ  突出部
１２  第二の磁性体
１４、１４Ａ  磁石
１５  配線基板
１６、１６Ａ  磁気検出素子
１７  制御手段
２０  回転トルク検出装置
２０Ａ  回転角度検出部
２１  回転歯車
２２  第一の検出歯車
２３  第二の検出歯車
２４Ａ、２４Ｂ  磁石
２５  配線基板
２６Ａ、２６Ｂ  磁気検出素子
２７  制御手段
２８  ヨーク
【図１】
2010014462.tif 000003
【図２】
2010014462.tif 000004
【図３】
2010014462.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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