(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】第一及び第二の磁性体１５、１６の下方に、磁石１３に対向する第三及び第四の磁性体１７、１８を設けると共に、この間に第二の磁気検出素子２４を配設することによって、第一及び第二の磁性体１５、１６に加え、第三及び第四の磁性体１７、１８によっても磁石の磁気を検出することで、各磁性体や磁石１３に欠けや割れ等の破損が生じた場合でも、制御手段２５が複数の磁気の変化からこれらの故障を検知することができるため、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
2010151739.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、この第一の回転体に固着された磁石と、上記第一の回転体の下方に配置された第二の回転体と、この第二の回転体に上記磁石に対向して固着された第一及び第二の磁性体と、この第一及び第二の磁性体の間に配設された第一の磁気検出素子と、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、上記第一及び第二の磁性体の下方に、上記磁石に対向する第三及び第四の磁性体を設けると共に、この第三及び第四の磁性体の間に第二の磁気検出素子を配設した回転トルク検出装置。
【請求項２】
第二の磁性体と第三の磁性体を一体に形成した請求項１記載の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装置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８及び図９を用いて説明する。
【０００４】
図８は従来の回転トルク検出装置の側面図、図９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は略円筒状の磁石で、Ｎ極とＳ極が例えば２０〜４０度前後の角度間隔で交互に形成された磁石２が、第一の回転体１の外周下端に固着されている。
【０００５】
そして、３は略円筒状の第二の回転体、４は内周に複数の突起部４Ａが形成された第一の磁性体、５は第一の磁性体４とは異なる箇所に複数の突起部５Ａが形成された第二の磁性体で、第二の回転体３が第一の回転体１の下方に配置されると共に、第一の磁性体４と第二の磁性体５がスペーサ６を介して、磁石２に対向して第二の回転体３上端に各々固着されている。
【０００６】
また、７は第一の回転体１と第二の回転体３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２との対向面には、第一の磁性体４と第二の磁性体５の間に配設された、ホール素子等の磁気検出素子８が装着されている。
【０００７】
さらに、配線基板７にはマイコン等の電子部品によって、磁気検出素子８に接続された制御手段９が形成されると共に、第一の回転体１と第二の回転体３の間には、上端が第一の回転体１に、下端が第二の回転体３に各々固着されたトーションバー等の略円柱状の連結体１０が設けられて、回転トルク検出装置が構成されている。
【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３にステアリング軸が装着されて、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９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１０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３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３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３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と第二の回転体３の回転に伴って、これらに固着された磁石２と、これにやや遅れて第一の磁性体４と第二の磁性体５も回転し、所定間隔で交互に形成された磁石２のＮ極とＳ極の磁気の変化を、磁気検出素子８が第一の磁性体４と第二の磁性体５の突起部４Ａと５Ａを介して検出し、これが制御手段９へ入力される。
【００１１】
なお、この時、磁気検出素子８が検出する磁気は、磁石２が固着された第一の回転体１に対し、第一の磁性体４と第二の磁性体５が固着された第二の回転体３の、回転の遅れが少ない場合には磁気が弱く、回転の遅れが大きな場合には磁気が強くなる。
【００１２】
そして、この第一の磁性体４と第二の磁性体５を介して検出された磁気検出素子８の磁気の強弱から、制御手段９がステアリングの回転トルクを算出して、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、万が一、第一の磁性体４や第二の磁性体５の突起部４Ａや５Ａ、あるいは磁石２に欠けや割れ等の破損が生じた場合、これを検知することができないため、制御手段９が算出するステアリングの回転トルクに、誤差が生じてしまう場合がある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、以下の構成を有するものである。
【００１８】
本発明の請求項１に記載の発明は、第一及び第二の磁性体の下方に、磁石に対向する第三及び第四の磁性体を設けると共に、この第三及び第四の磁性体の間に第二の磁気検出素子を配設して回転トルク検出装置を構成したものであり、第一及び第二の磁性体に加え、第三及び第四の磁性体によっても磁石の磁気を検出することで、各磁性体や磁石に欠けや割れ等の破損が生じた場合でも、制御手段が複数の磁気の変化からこれらの故障を検知することができるため、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。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第二の磁性体と第三の磁性体を一体に形成したものであり、構成部品数を少なくし、簡易な構成で安価に回転トルク検出装置を形成することができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００２０】
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】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７を用いて説明する。
【００２２】
（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ポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製の第一の回転体、１２は略円筒状で銅やアルミニウム等の保持体、１３は略円筒状または略リング状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の磁石で、このＮ極とＳ極が例えば３０度や１５度前後の所定の角度間隔で、周方向に交互に形成された磁石１３が、保持体１２の外周下端に固着されると共に、この保持体１２の外周上方が第一の回転体１１の内周上方に固着されている。
【００２３】
また、１４は略円筒状でポリブチレンテレフタレート等の絶縁樹脂製の第二の回転体、１５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、１６は同じく第二の磁性体で、第二の回転体１４が第一の回転体１１の下方に配置されると共に、第一の磁性体１５の内周には複数の舌片状の突起部１５Ａが、第二の磁性体１６の内周には突起部１５Ａとは異なる箇所に複数の突起部１６Ａが、例えば６個あるいは１２個ずつ各々形成されている。
【００２４】
さらに、１７は第一の磁性体１５や第二の磁性体１６と同様な第三の磁性体、１８は同じく第四の磁性体で、この第三の磁性体１７と第四の磁性体１８が第一の磁性体１５と第二の磁性体１６の下方に配置されると共に、これらの内周には突起部１５Ａや１６Ａと同様に、複数の舌片状の突起部１７Ａと１８Ａが各々形成され、これらが磁石１３外周と所定の間隙を空けて対向している。
【００２５】
そして、１９と２０、２１は略リング状で銅やアルミニウムまたは絶縁樹脂製のスペーサで、これらのスペーサ１９や２０、２１を介して第一の磁性体１５と第二の磁性体１６、第三の磁性体１７と第四の磁性体１８が、磁石１３に対向して第二の回転体１４上端に各々固着されている。
【００２６】
また、２２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１１と第二の回転体１４の側方にほぼ平行に配置され、磁石１３との対向面には、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６の間に配設された、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素子等の第一の磁気検出素子２３と、同じく第三の磁性体１７と第四の磁性体１８の間に配設された第二の磁気検出素子２４が各々実装装着されている。
【００２７】
さらに、配線基板２２にはマイコン等の電子部品によって、第一の磁気検出素子２３と第二の磁気検出素子２４に接続された制御手段２５が形成されると共に、第一の回転体１１と第二の回転体１４の間には、ピン（図示せず）等によって上端が第一の回転体１１に、下端が第二の回転体１４に各々固着されたトーションバー等の略円柱状で鋼等の連結体２６が設けられて、回転トルク検出装置が構成されている。
【００２８】
そして、このように構成された回転トルク検出装置が、第一の回転体１１や第二の回転体１４にステアリング軸が装着されて、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２５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。
【００２９】
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２６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１４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１４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１４の回転の遅れが大きくなる。
【００３０】
そして、この第一の回転体１１と第二の回転体１４の回転に伴って、これらに固着された磁石１３と、これにやや遅れて第一の磁性体１５と第二の磁性体１６、及び第三の磁性体１７と第四の磁性体１８も回転し、所定間隔で交互に形成された磁石１３のＮ極とＳ極の磁気の変化を、第一の磁気検出素子２３と第二の磁気検出素子２４が第一の磁性体１５と第二の磁性体１６、及び第三の磁性体１７と第四の磁性体１８を介して各々検出し、これが制御手段２５へ入力される。
【００３１】
つまり、ステアリングホイールが回転操作されず中立位置で、車両が直進状態にある場合には、図３（ａ）の部分側面図に示すように、各磁性体内周の複数の突起部１５Ａや１８Ａと、これとは異なる箇所に形成された複数の突起部１６Ａや１７Ａの中心が、磁石１３の所定の角度間隔で交互に形成されたＮ極とＳ極の中心に各々あるため、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、及び第三の磁性体１７と第四の磁性体１８の間には磁束が発生せず、これらの間に配設された第一の磁気検出素子２３と第二の磁気検出素子２４が検出する磁気は各々０となっている。
【００３２】
これに対し、例えば左方向へステアリングホイールが回転され、磁石１３に対して各磁性体が遅れて回転した場合には、図３（ｂ）に示すように、突起部１５Ａと１８ＡがＮ極、突起部１６Ａと１７ＡがＳ極の極性となるため、第一の磁性体１５から第二の磁性体１６、及び第四の磁性体１８から第三の磁性体１７への方向の磁束が各々発生し、この磁気を磁気検出素子２３と２４が検出する。
【００３３】
また、これとは逆に右方向へ回転された場合には、図３（ｃ）に示すように、突起部１５Ａと１８ＡがＳ極、突起部１６Ａと１７ＡがＮ極の極性となるため、第二の磁性体１６から第一の磁性体１５、及び第三の磁性体１７から第四の磁性体１８への方向の磁束が各々発生し、この磁気を第一の磁気検出素子２３と第二の磁気検出素子２４が検出する。
【００３４】
すなわち、第一の回転体１１と第二の回転体１４の、左または右方向への回転に伴って、第一の磁気検出素子２３からは、図４（ａ）の波形図に示すような磁気信号Ｌが、第二の磁気検出素子２４からは図４（ｂ）に示すような、磁気信号Ｌとは極性が逆となった磁気信号Ｍが、各々制御手段２５へ出力される。
【００３５】
そして、この各磁性体を介して検出された第一の磁気検出素子２３と第二の磁気検出素子２４の磁気の強弱から、制御手段２５がステアリング軸の回転トルクを算出して、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装置等の車両の様々な制御が行われる。
【００３６】
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。
【００３７】
また、この時、上記のように、第一の磁気検出素子２３からは磁気信号Ｌが、第二の磁気検出素子２４からはこれとは逆極性の磁気信号Ｍが各々出力されるため、制御手段２５がこれを演算して、万が一、各磁性体の突起部１５Ａや１６Ａ、１７Ａ、１８Ａ、あるいは磁石１３等に欠けや割れ等の破損が生じた場合には、これらの故障を検知することが可能なようになっている。
【００３８】
すなわち、磁気信号ＬとＭは逆極性であるため、制御手段２５がこれを加算した場合、正常な状態ではこれらの和は常に０となるはずであるが、上記のような破損が生じた場合にはこれが０とならないことから、制御手段２５がこうした故障の検知を行い、例えばエラー信号を電子回路へ出力して、警報や警告灯等によって運転者に故障を知らせるように構成されている。
【００３９】
なお、上記のように逆極性の磁気信号ＬとＭから故障を検知する以外にも、他の様々な方法、例えば各々の中立の０位置をずらすように構成し、この位相差のある磁気信号によって制御手段２５が演算を行って、故障の検知を行うように構成することも可能である。
【００４０】
さらに、図５の部分側面図に示すように、第三の磁性体１７と第四の磁性体１８の突起部１７Ｂと１８Ｂを、第一の磁性体１５と第二の磁性体１６の突起部１５Ａと１６Ａよりも、幅寸法の小さな形状とすることで、中立の０位置近傍での高感度な磁気検出を行うことができる。
【００４１】
つまり、このように突起部１７Ｂと１８Ｂを形成することで、第三の磁性体１７と第四の磁性体１８の間の第二の磁気検出素子２４の磁気信号は、図４（ｃ）に示すような、磁気信号Ｍに比べ傾きの大きな、すなわち回転角度に対して磁気の変化の大きな磁気信号Ｎとなり、中立の０位置近傍での感度の良好な検出を行うようにすることができる。
【００４２】
このように本実施の形態によれば、第一及び第二の磁性体１５、１６の下方に、磁石１３に対向する第三及び第四の磁性体１７、１８を設けると共に、この間に第二の磁気検出素子２４を配設することによって、第一及び第二の磁性体１５、１６に加え、第三及び第四の磁性体１７、１８によっても磁石の磁気を検出することで、各磁性体や磁石１３に欠けや割れ等の破損が生じた場合でも、制御手段２５が複数の磁気の変化からこれらの故障を検知することができるため、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】
また、図６の部分側面図に示すように、第三の磁性体１７に代えて、第二の磁性体１６と第四の磁性体１８の間に第二の磁気検出素子２４を配設、すなわち第二の磁性体１６と第三の磁性体１７を一体に形成することによって、構成部品数を少なくし、簡易な構成で安価に回転トルク検出装置を形成することが可能となる。
【００４４】
なお、以上の説明では、Ｎ極とＳ極が周方向に交互に形成された一つの磁石１３外周に、各磁性体の内周に設けた複数の突起部１５Ａや１６Ａ、１７Ａ、１８Ａを対向させた構成について説明したが、図７の部分側面図に示すように、上端と下端がＮ極とＳ極に、所定の角度間隔で交互に形成された二つの磁石１３Ａを用いると共に、この磁石１３Ａの上下に複数の突起部１５Ａや１６Ａ、１７Ｂ、１８Ｂを対向させた構成としても、本発明の実施は可能である。
【００４５】
さらに、以上の説明では、各磁性体の内周に複数の舌片状の突起部１５Ａ、１８Ａや、これらとは異なる箇所に複数の突起部１６Ａ、１７Ａを設けた構成や、幅寸法の小さな突起部１７Ｂや１８Ｂを設けた構成について説明したが、これらの一方を矩形状、他を台形状あるいは三角形状とする等、突起部を様々な形状としても本発明の実施は可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
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、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】
【００４７】
【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】同部分側面図
【図４】同波形図
【図５】同部分側面図
【図６】同部分側面図
【図７】同部分側面図
【図８】従来の回転トルク検出装置の側面図
【図９】同分解斜視図
【符号の説明】
【００４８】
１１  第一の回転体
１２  保持体
１３  磁石
１４  第二の回転体
１５  第一の磁性体
１５Ａ、１６Ａ、１７Ａ、１７Ｂ、１８Ａ、１８Ｂ  突起部
１６  第二の磁性体
１７  第三の磁性体
１８  第四の磁性体
１９、２０、２１  スペーサ
２２  配線基板
２３  第一の磁気検出素子
２４  第二の磁気検出素子
２５  制御手段
２６  連結体
【図１】
2010151739.tif 000003
【図２】
2010151739.tif 000004
【図３】
2010151739.tif 000005
【図４】
2010151739.tif 000006
【図５】
2010151739.tif 000007
【図６】
2010151739.tif 000008
【図７】
2010151739.tif 000009
【図８】
2010151739.tif 000010
【図９】
2010151739.tif 000011