(57)【要約】【課題】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】ステアリングに連動して回転する第一の回転体１１に第一の磁性体１５を、第二の回転体１２に第二の磁性体１６を各々固着すると共に、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６に磁石１８を回転可能に弾接させ、第一の回転体１１の回転に伴って回転する磁石１８の磁気の強弱や方向を、磁気検出素子２１が第一の磁性体１５と第二の磁性体１６を介して検出して回転トルクの検出を行うことによって、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
2010112817.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各々固着された連結体からなり、上記第一の回転体に第一の磁性体を、第二の回転体に第二の磁性体を各々固着すると共に、上記第一の磁性体と第二の磁性体に回転可能に弾接する磁石と、この磁石の磁気を検出する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、車両のパワーステアリング装置やブレーキ装置等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、ステアリングホイールを回転すると、これに伴って第一の回転体１が回転し、連結体３が捩じれた後、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いため、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が捩じれた後、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て、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、パワーステアリング装置やブレーキ装置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重い力で回転操作するようにし、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回転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、第一の回転体１に固着された磁石４Ａの回転角度を磁気検出素子６Ａが、第二の回転体２に固着された磁石４Ｂの回転角度を磁気検出素子６Ｂが各々検出し、これらの回転角度の角度差から制御手段７がステアリングの回転トルクを算出しており、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、補正等の演算処理を行う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、ステアリングに連動して回転する第一の回転体に第一の磁性体を、第二の回転体に第二の磁性体を各々固着すると共に、第一の磁性体と第二の磁性体に回転可能に弾接する磁石と、この磁石の磁気を検出する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、第一の回転体の回転に伴って回転する磁石の磁気の強弱や方向を、第一の磁性体と第二の磁性体を介して磁気検出素子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】
（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断面図、図２は同分解斜視図であり、同図において、１１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、１２はこの下方に配置された同じく略円筒状の第二の回転体で、第一の回転体１１と第二の回転体１２の間には、上端が第一の回転体１１に、下端が第二の回転体１２にピン１３Ａや１３Ｂによって各々固着された、トーションバー等の略円筒状で鋼等の連結体１４が設けられている。
【００２１】
そして、１５は略円筒状でパーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の軟磁性の第一の磁性体、１６は同じく第二の磁性体で、第一の磁性体１５の下方外周には、略円筒状でシリコーンゴムやウレタンゴム、エラストマー等の弾性体１７が固着されると共に、第一の磁性体１５が第一の回転体１１の下端に、第二の磁性体１６が第二の回転体１２の上端に、直径方向に所定の間隙を空けて各々固着されている。
【００２２】
また、１８は略円筒状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石で、例えば左半分がＮ極、右半分がＳ極に形成されると共に、磁石１８外周の一側面には縦方向に平坦部１８Ａが設けられている。
【００２３】
さらに、１９は略リング状で鋼等の非磁性の保持体で、この保持体１９が第二の磁性体１６内底面に固着されると共に、保持体１９上面に突出形成された複数の突起部１９Ａに複数の磁石１８が挿入され、これらの磁石１８の平坦部１８Ａが弾性体１７を介して第一の磁性体１５外周に、磁石１８の外周が第二の磁性体１６内周に各々回転可能に弾接している。
【００２４】
また、２０は紙フェノールやガラス入りエポキシ等の配線基板で、左右面には銅等の複数の配線パターン（図示せず）が形成されると共に、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２１が実装装着され、この磁気検出素子２１が第一の磁性体１５外周と第二の磁性体１６内周の間に配置されている。
【００２５】
そして、配線基板２０にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子２１に接続された制御手段２２が形成されて、回転トルク検出装置３０が構成されている。
【００２６】
なお、この磁石１８の平坦部１８Ａが、弾性体１７を介して第一の磁性体１５外周に弾接した中立位置の状態では、図３の部分平面図に示すように、例えば上方の磁石１８は左半分がＮ極、右半分がＳ極となっているため、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６の上方は磁石１８を中心として左半分がＮ極、右半分がＳ極の磁気となっている。
【００２７】
また、例えば左方の磁石１８は上半分がＳ極、下半分がＮ極となっているため、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６の左方は磁石１８を中心として、上半分がＳ極、下半分がＮ極となっており、同様に、右方の磁石１８の周囲は上半分がＮ極、下半分がＳ極、下方の磁石１８の周囲は右半分がＮ極、左半分がＳ極となっている。
【００２８】
つまり、これら四つの磁石１８の磁力が釣り合った状態となっており、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６の間には直径方向の磁束が発生していないため、これらの間隙に配置された磁気検出素子２１が検出する磁気は０となるように構成されている。
【００２９】
そして、このように構成された回転トルク検出装置３０が、第一の回転体１１や第二の回転体１２内にステアリング軸が挿通され、第一の回転体１１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２２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。
【００３０】
以上の構成において、ステアリングホイールを回転すると、これに伴って第一の回転体１１が回転し、連結体１４が捩じれた後、第一の回転体１１にやや遅れて第二の回転体１２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１１に対する第二の回転体１２の回転の遅れは少なく、停車時には回転トルクが大きいため、第二の回転体１２の回転の遅れが大きくなる。
【００３１】
また、この第一の回転体１１の回転に伴って、第一の磁性体１５外周と第二の磁性体１６内周に弾接した複数の磁石１８が回転し、例えば回転方向が時計回りの場合には、図４（ａ）の部分平面図に示すように、第二の磁性体１６にＮ極、第一の磁性体１５にＳ極が集磁され、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６の間には、直径方向に内向きの磁束が発生する。
【００３２】
なお、この時、上記のように回転トルクが小さい場合には、第一の磁性体１５に対する第二の磁性体１６の回転の遅れが少なく、回転トルクが大きい場合には遅れが大きくなるため、回転トルクが大きくなるほど磁石１８の回転量が大きくなり、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６の間に生じる内向きの磁束も大きくなる。
【００３３】
そして、このステアリングの回転トルクの大きさに応じて変化する、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６の間の磁気を磁気検出素子２１が検出し、この磁気の変化と連結体１４のばね定数から、制御手段２２が第一の磁性体１５と第一の回転体１１、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。
【００３４】
さらに、この制御手段２２からの回転トルクや、回転角度検出装置からの回転角度、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、車両のパワーステアリング装置やブレーキ装置等の様々な制御が行われる。
【００３５】
つまり、制御手段２２からの回転トルクに応じて、車両の走行や停車に合わせた制御、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重い力で回転操作するようにし、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回転操作を行えるように構成されている。
【００３６】
なお、上記とは逆に、ステアリングホイールを反時計方向へ回転操作した場合には、図４（ｂ）に示すように、複数の磁石１８が逆方向へ回転し、第一の磁性体１５にＮ極、第二の磁性体１６にＳ極が集磁されて、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６の間には、直径方向に外向きの磁束が発生し、この磁気とその方向を磁気検出素子２１が検出することによって、ステアリングホイールの回転トルクに加え、回転方向が検出できるようになっている。
【００３７】
すなわち、ステアリングに連動して回転する第一の回転体１１に第一の磁性体１５を、第二の回転体１２に第二の磁性体１６を各々固着すると共に、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６に磁石１８を回転可能に弾接させ、第一の回転体１１の回転に伴って回転する磁石１８の磁気の強弱や方向を、磁気検出素子２１が第一の磁性体１５と第二の磁性体１６を介して検出して回転トルクの検出を行うことによって、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ように構成されている。
【００３８】
つまり、背景技術の項で説明した構成のように、第一の回転体１１と第二の回転体１２の両方に略リング状の磁石等を設け、この各々の磁気を対向した磁気検出素子が各々検出し、これらの回転角度の各度差からステアリングの回転トルクを算出するのではなく、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６の間に磁石１８を回転可能に弾接させ、この磁気の強弱や方向によって回転トルクの検出を行うことで、誤差の累積が少なくなるため、補正等の演算処理が不要になると共に、高精度な回転トルクの検出が行えるようになっている。
【００３９】
そして、磁石１８の一側面に平坦部１８Ａを設け、これを第一の磁性体１５の外周に弾性体１７を介して弾接させることによって、ステアリングの回転角度が０度の中立位置での磁石１８の方向を、安定した状態で保持することができると共に、磁石１８の組込みも容易に行うことができる。
【００４０】
なお、以上の説明では、四つの磁石１８を第一の磁性体１５と第二の磁性体１６の上下左右位置に弾接させた構成について説明したが、さらに多くの磁石１８を用いることで、複数の磁石１８自体で閉磁路を形成できるため、中立位置での磁気検出がより安定したものになると共に、ステアリングを回転した際の、磁気の変化が大きなものとなり、さらに高精度な回転トルクの検出が可能となる。
【００４１】
また、以上の説明では、第一の磁性体１５の外周に弾性体１７を固着し、これに磁石１８を弾接させた構成について説明したが、第二の磁性体１６の内周に弾性体１７を固着し、これに磁石１８を弾接させた構成としてもよく、さらに、第一の磁性体１５外周と第二の磁性体１６内周の両方に弾性体１７を設けた構成とすれば、複数の磁石１８の回転をより安定した状態で行うことができる。
【００４２】
このように本実施の形態によれば、ステアリングに連動して回転する第一の回転体１１に第一の磁性体１５を、第二の回転体１２に第二の磁性体１６を各々固着すると共に、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６に磁石１８を回転可能に弾接させ、第一の回転体１１の回転に伴って回転する磁石１８の磁気の強弱や方向を、磁気検出素子２１が第一の磁性体１５と第二の磁性体１６を介して検出して回転トルクの検出を行うことによって、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。
【００４３】
なお、以上の説明では、略円筒状の第一の磁性体１５外周と第二の磁性体１６内周の間に、略円筒状の磁石１８を弾接させた構成について説明したが、磁石１８を略円柱状または略円盤状に形成した構成や、あるいは、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６を略リング状に形成し、この上下面の間に磁石１８を弾接させた構成としても本発明の実施は可能である。
【００４４】
また、以上の説明では、配線基板２０に制御手段２２を設け、この制御手段２２が磁気検出素子２１の磁気の変化と連結体１４のばね定数から、ステアリングの回転トルクを算出する構成について説明したが、制御手段２２を車両の電子回路に一体に設け、電子回路がこれらの演算を行う構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明による回転トルク検出装置は、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ものを実現することができ、主に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】
【００４６】
【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断面図
【図２】同分解斜視図
【図３】同部分平面図
【図４】同部分平面図
【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】
【００４７】
１１  第一の回転体
１２  第二の回転体
１３Ａ、１３Ｂ  ピン
１４  連結体
１５  第一の磁性体
１６  第二の磁性体
１７  弾性体
１８  磁石
１８Ａ  平坦部
１９  保持体
１９Ａ  突起部
２０  配線基板
２１  磁気検出素子
２２  制御手段
３０  回転トルク検出装置
【図１】
2010112817.tif 000003
【図２】
2010112817.tif 000004
【図３】
2010112817.tif 000005
【図４】
2010112817.tif 000006
【図５】
2010112817.tif 000007
【図６】
2010112817.tif 000008