(57)【要約】【課題】主に自動車のステアリングの回転角度や回転トルクの検出等に用いられる回転角度・トルク検出装置に関し、誤差がなく、高精度で確実な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】第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３に装着された第二の磁石１４を、第一の磁石４に対向して配置された略リング状の第一の磁性体５と第二の磁性体６の、中間部側方に設けることによって、第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３に装着され回転する第二の磁石１４が、第一の磁性体５と第二の磁性体６の中間部側方の、第一の磁性体５と第二の磁性体６からほぼ等距離の位置に配置されているため、第二の磁石１４による第一の磁性体５と第二の磁性体６の磁束の変動がほぼ等分され、誤差なく回転トルクを検出でき、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能なものを得ることができる。【選択図】図１
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【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連結体を介して固着された第二の回転体と、上記第一の回転体または第二の回転体に装着された略円筒状の第一の磁石と、この第一の磁石に対向して配置された略リング状の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、上記第一の回転体または第二の回転体に形成された回転歯車と、この回転歯車に噛合した検出歯車と、この検出歯車に装着された第二の磁石と、この第二の磁石の磁気を検出する第二の磁気検出素子と、上記第一の磁気検出素子と第二の磁気検出素子に接続された制御手段からなり、上記第二の磁石を上記第一の磁性体と第二の磁性体の中間部側方に設けた回転角度・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角度や回転トルクの検出等に用いられる回転角度・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、従来の回転角度・トルク検出装置について、図４及び図５を用いて説明する。
【０００４】
図４は従来の回転角度・トルク検出装置の断面図、図５は同部分斜視図であり、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は第一の回転体１の下方に配置された略円筒状の第二の回転体、３は略円柱状の連結体で、連結体３上端に第一の回転体１が、下端に第二の回転体２が各々固着されている。
【０００５】
そして、４は略円筒状の第一の磁石で、上下左右に磁極の異なる複数のＮ極とＳ極が隣接して、円周方向に配列形成されると共に、この第一の磁石４が第二の回転体２の外周に固着されている。
【０００６】
また、５は略リング状の第一の磁性体、６は同じく第二の磁性体で、第一の磁性体５と第二の磁性体６が第一の磁石４外周に対向して、所定の間隙を空けて上下に重ねて配置されている。
【０００７】
さらに、７は略矩形状の第三の磁性体で、複数の第三の磁性体７が第一の回転体１内にインサート成形や圧入等によって、所定の角度間隔で放射状に配列されて、第一の磁石４と第一の磁性体５及び第二の磁性体６の間に配置されている。
【０００８】
また、８は上下面に複数の配線パターン（図示せず）が形成された配線基板で、上面には第一の磁石４と対向して、第一の磁性体５と第二の磁性体６の間に配設された、ホール素子等の第一の磁気検出素子９が実装装着されると共に、マイコン等の電子部品によって、第一の磁気検出素子９に接続された制御手段１０が形成されて、回転トルク検出部が構成されている。
【０００９】
そして、１１は第二の回転体２の外周下方に形成された回転歯車、１２は第一の検出歯車、１３は第二の検出歯車で、これらが各々異なる歯数に形成されると共に、回転歯車１１に第一の検出歯車１２と第二の検出歯車１３が各々噛合している。
【００１０】
さらに、この第一の検出歯車１２と第二の検出歯車１３の中央には、第二の磁石１４が各々保持部材やインサート成形等により装着されると共に、これらの第二の磁石１４と対向する配線基板８下面にはＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子等の、複数の第二の磁気検出素子１５が実装装着されている。
【００１１】
また、これらの回転歯車１１や第一の検出歯車１２、第二の検出歯車１３、第二の磁石１４、第二の磁気検出素子１５によって、回転角度検出部が形成されると共に、第二の磁気検出素子１５が制御手段１０に接続されて、回転角度・トルク検出装置が構成されている。
【００１２】
そして、このように構成された回転角度・トルク検出装置が、第一の回転体１や第二の回転体２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１０がコネクタやリード線（図示せず）等を介して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続される。
【００１３】
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の回転の遅れは大きくなる。
【００１４】
そして、この第一の回転体１の回転に伴って、これに固着された第三の磁性体７が回転し、これにやや遅れて第二の回転体２に固着された第一の磁石４も回転して、第一の磁気検出素子９が第一の磁性体５と第二の磁性体６、第三の磁性体７を介して、第一の磁石４のＮ極とＳ極の磁気の変化を検出し、これが制御手段１０へ入力される。
【００１５】
なお、この時、第一の磁気検出素子９が検出する磁気は、第三の磁性体７が固着された第一の回転体１に対し、第一の磁石４が固着された第二の回転体２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。
【００１６】
そして、この第一の磁性体５と第二の磁性体６を介して検出された第一の磁気検出素子９の磁気の強弱から、制御手段１０が第一の回転体１、即ちステアリング軸の回転トルクを算出して、これが車両本体の電子回路へ出力される。
【００１７】
さらに、第二の回転体２の回転に伴って、この外周下方に形成された回転歯車１１が回転するため、回転歯車１１に噛合した第一の検出歯車１２と第二の検出歯車１３が各々連動して回転する。
【００１８】
また、第一の検出歯車１２と第二の検出歯車１３の回転に伴って、これらの中央に装着された複数の第二の磁石１４も回転して、この変化する磁気を複数の第二の磁気検出素子１５が検出し、増減を繰返す正弦波や余弦波、または略鋸歯状の角度検出信号が制御手段１０へ入力される。
【００１９】
なお、この時、第一の検出歯車１２と第二の検出歯車１３とは歯数が異なっているため、複数の第二の磁気検出素子１５から出力される角度検出信号は、データ波形の傾き角度や形状が異なり、位相差のあるものとなって制御手段１０へ入力される。
【００２０】
そして、この第一の検出歯車１２と第二の検出歯車１３からの角度検出信号と、各々の歯車の歯数から、制御手段１０が所定の演算を行って回転歯車１１、即ちステアリング軸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、電子回路がこの回転角度や、上述した制御手段１０からの回転トルク等のデータを演算して、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。
【００２１】
つまり、制御手段１０から出力された回転角度や回転トルクに応じて、ステアリングホイールの回転操作角度に合わせたブレーキ装置の効き具合の制御や、ステアリングホイールを回転操作する力の制御等が、電子回路によって行われるように構成されているものであった。
【００２２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開２０１２−２５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、上記従来の回転角度・トルク検出装置においては、第一の磁性体５と第二の磁性体６を介して第一の磁気検出素子９が検出した磁気の強弱から、制御手段１０が回転トルクを算出するように形成されているが、第二の磁性体６の近傍には、第一の検出歯車１２や第二の検出歯車１３の中央に装着され、回転する第二の磁石１４が配置されているため、この磁気によって第二の磁石１４に近い第二の磁性体６の磁束が変動し、第一の磁気検出素子９が検出する磁気に誤差が生じてしまう場合があるという課題があった。
【００２５】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、誤差がなく、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度・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】
【００２６】
上記目的を達成するために本発明は、検出歯車に装着された第二の磁石を、第一の磁石に対向して配置された略リング状の第一の磁性体と第二の磁性体の、中間部側方に設けて回転角度・トルク検出装置を構成したものであり、検出歯車に装着され回転する第二の磁石が、第一の磁性体と第二の磁性体の中間部側方の、第一の磁性体と第二の磁性体からほぼ等距離の位置に配置されているため、第二の磁石による第一の磁性体と第二の磁性体の磁束の変動がほぼ等分され、誤差なく回転トルクを検出でき、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度・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】
【００２７】
以上のように本発明によれば、誤差がなく、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度・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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態による回転角度・トルク検出装置の断面図
【図２】同分解斜視図
【図３】同部分斜視図
【図４】従来の回転角度・トルク検出装置の断面図
【図５】同部分斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３を用いて説明する。
【００３０】
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。
【００３１】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態による回転角度・トルク検出装置の断面図、図２は同分解斜視図、図３は同部分斜視図であり、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で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、２は第一の回転体１の下方に配置された略円筒状の第二の回転体、３はトーションバー等の略円柱状で鋼等の連結体で、連結体３上端に第一の回転体１が、下端に第二の回転体２が各々固着されている。
【００３２】
そして、４は略円筒状でフェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の第一の磁石で、上下左右に磁極の異なる複数のＮ極とＳ極が隣接して、円周方向に配列形成されると共に、この第一の磁石４が第二の回転体２の外周に固着されている。
【００３３】
また、５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、６は同じく第二の磁性体で、第一の磁性体５と第二の磁性体６が第一の磁石４外周に対向して、所定の間隙を空けて上下に重ねて配置されている。
【００３４】
さらに、７は略矩形状でパーマロイや鉄、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の第三の磁性体で、複数の第三の磁性体７が第一の回転体１内にインサート成形や圧入等によって、所定の角度間隔で放射状に配列されて、第一の磁石４と第一の磁性体５及び第二の磁性体６の間に配置されている。
【００３５】
また、８は紙フェノールやガラス入りエポキシ等の配線基板で、上下面には銅箔等によって複数の配線パターン（図示せず）が形成され、下面には第一の磁石４と対向して、第一の磁性体５と第二の磁性体６の間に配設された、ホール素子やＧＭＲ素子等の複数の第一の磁気検出素子９が実装装着されると共に、マイコン等の電子部品によって、複数の第一の磁気検出素子９に接続された制御手段１０が形成されて、回転トルク検出部が構成されている。
【００３６】
そして、１１は第二の回転体２の外周下方に形成された回転歯車、２２は絶縁樹脂製の第一の検出歯車、２３は同じく第二の検出歯車で、第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３には、上方へ突出する略円柱状の保持部２２Ａと２３Ａが設けられると共に、回転歯車１１に第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３が各々噛合している。
【００３７】
なお、これらの歯車の直径及び歯数は、回転歯車１１が最も大きく、第一の検出歯車２２、第二の検出歯車２３の順に小さくなっており、例えば、回転歯車１１の歯数が４８、第一の検出歯車２２の歯数が３２、第二の検出歯車２３の歯数が２８となっている。
【００３８】
また、この第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３の保持部２２Ａと２３Ａ上面中央には、フェライトやＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金等の第二の磁石１４が各々保持部材やインサート成形等により装着されて、複数の第二の磁石１４が上下に重ねられた第一の磁性体５下端と第二の磁性体６上端の間隙の中間部側方の、第一の磁性体５と第二の磁性体６からほぼ等距離の位置になるように配置されている。
【００３９】
さらに、複数の第二の磁石１４と対向する配線基板８下面にはＡＭＲ（異方性磁気抵抗）素子等の、複数の第二の磁気検出素子１５が実装装着され、これらの回転歯車１１や第一の検出歯車２２、第二の検出歯車２３、第二の磁石１４、第二の磁気検出素子１５によって、回転角度検出部が形成されると共に、複数の第二の磁気検出素子１５が制御手段１０に接続されて、回転角度・トルク検出装置が構成されている。
【００４０】
そして、このように構成された回転角度・トルク検出装置が、第一の回転体１や第二の回転体２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１０がコネクタやリード線（図示せず）等を介して自動車本体の電子回路（図示せず）に接続される。
【００４１】
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。
【００４２】
そして、この第一の回転体１の回転に伴って、これに固着された第三の磁性体７が回転し、これにやや遅れて第二の回転体２に固着された第一の磁石４も回転して、複数の第一の磁気検出素子９が第一の磁性体５と第二の磁性体６、第三の磁性体７を介して、第一の磁石４のＮ極とＳ極の磁気の変化を検出し、これが制御手段１０へ入力される。
【００４３】
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、第一の磁石４と第一の磁性体５及び第二の磁性体６の間に配列された、複数の第三の磁性体７の中心が、第一の磁石４の隣接したＮ極とＳ極の中心にあるため、これらのＮ極からＳ極への磁力は各々釣り合った状態となっている。
【００４４】
したがって、複数の第三の磁性体７外方の、第一の磁性体５と第二の磁性体６の間にも磁束が発生しないため、これらの間に配設された複数の第一の磁気検出素子９が検出する磁気は０となっている。
【００４５】
これに対し、ステアリングホイールが右または左方向へ回転され、第一の磁石４や第三の磁性体７が回転して、第一の磁石４に対して第三の磁性体７の中心がずれた状態では、第三の磁性体７に第一の磁石４によって、Ｎ極からＳ極への閉磁路となった磁束が生じる。
【００４６】
また、同時に、第一の磁性体５と第二の磁性体６にも、第一の磁石４によってＮ極からＳ極への磁束が発生するため、この磁気を複数の第一の磁気検出素子９が検出し、これらの磁気の強弱に応じた所定の電圧波形が、トルク検出信号として制御手段１０へ出力される。
【００４７】
なお、この時、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、回転トルクが小さな場合には角度として１度前後、回転トルクが大きな場合には４度前後の遅れ角度になると共に、複数の第一の磁気検出素子９が検出する磁気は、第三の磁性体７が固着された第一の回転体１に対し、第一の磁石４が固着された第二の回転体２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いものとなる。
【００４８】
そして、この第一の磁性体５と第二の磁性体６、第三の磁性体７を介して検出された第一の磁気検出素子９の磁気の強弱から、制御手段１０が第一の回転体１、即ちステアリング軸の回転トルクを算出して、これが車両本体の電子回路へ出力される。
【００４９】
さらに、第二の回転体２の回転に伴って、この外周下方に形成された回転歯車１１が回転するため、回転歯車１１に噛合した第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３が各々連動して回転する。
【００５０】
そして、第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３の回転に伴って、これらの中央に装着された複数の第二の磁石１４も回転して磁気の方向が変化し、この複数の第二の磁石１４の磁気の方向を複数の第二の磁気検出素子１５が検出して、増減を繰返す正弦波や余弦波、または略鋸歯状の角度検出信号が制御手段１０へ入力される。
【００５１】
なお、この時、第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３は歯数が異なっているため、複数の第二の磁気検出素子１５から出力される角度検出信号は、データ波形の傾き角度や形状が異なり、位相差のあるものとなって制御手段１０へ入力される。
【００５２】
そして、この第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３からの二つの異なる角度検出信号と、各々の平歯車部の歯数から、制御手段１０が所定の演算を行って回転歯車１１、すなわちステアリングの回転角度を検出し、この回転角度信号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角度信号や、上述した制御手段１０からの回転トルク信号等のデータを演算して、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。
【００５３】
つまり、電子回路が車両の走行や停車状態に合わせ、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効きを緩めて、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効かせて、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な制御を行う。
【００５４】
あるいは、制御手段１０からの回転角度信号によって、ステアリングが大きく回転操作されている場合には、ブレーキ装置の効きを断続的にし、小さく回転操作されている場合には、ブレーキ装置を連続的に効かせる等の、ステアリングの回転に応じたブレーキ装置の制御等が行われる。
【００５５】
そして、この時、本発明においては、第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３に装着された第二の磁石１４が、第一の磁石４に対向した第一の磁性体５と第二の磁性体６の中間部側方に設けられ、第一の磁性体５と第二の磁性体６からほぼ等距離の位置に配置されているため、第二の磁石１４による第一の磁性体５と第二の磁性体６の磁束の変動がほぼ等分され、第一の磁気検出素子９が検出する磁気に誤差が生じないようになっている。
【００５６】
すなわち、第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３に、上方へ突出する略円柱状の保持部２２Ａと２３Ａを設け、この上面中央に複数の第二の磁石１４を各々装着して、これらの第二の磁石１４が上下に重ねられた第一の磁性体５下端と第二の磁性体６上端の、間隙の中間部側方に位置するように形成することで、第一の磁性体５と第二の磁性体６のいずれか一方のみが第二の磁石１４の磁気の影響を受け、磁束が変動することを防ぐように構成されている。
【００５７】
さらに、第一の磁性体５と第二の磁性体６の間に複数の第一の磁気検出素子９を設け、この複数の第一の磁気検出素子９によって第一の磁石４の磁気を検出することで、万が一、一方の第一の磁気検出素子９に破損や故障等が生じた場合でも、制御手段１０がこれらの故障等を検出することが可能なようになっている。
【００５８】
なお、以上の説明では、第一の回転体１に第三の磁性体７を、第二の回転体２に第一の磁石４を固着すると共に、第二の回転体２の外周下方に回転歯車１１を設け、これに第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３を各々噛合させた構成について説明したが、第一の回転体１に第一の磁石４を、第二の回転体２に第三の磁性体７を固着した構成や、回転歯車１１を第一の回転体１に設け、これに第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３を噛合させた構成としても、本発明の実施は可能である。
【００５９】
また、回転歯車１１に第一の検出歯車２２を噛合させ、この第一の検出歯車２２に第二の検出歯車２３を噛合させた構成や、あるいは回転歯車１１に第一の検出歯車２２か第二の検出歯車２３の、いずれか一方のみを噛合させた構成としてもよい。
【００６０】
このように本実施の形態によれば、第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３に装着された第二の磁石１４を、第一の磁石４に対向して配置された略リング状の第一の磁性体５と第二の磁性体６の、中間部側方に設けることによって、第一の検出歯車２２と第二の検出歯車２３に装着され回転する第二の磁石１４が、第一の磁性体５と第二の磁性体６の中間部側方の、第一の磁性体５と第二の磁性体６からほぼ等距離の位置に配置されているため、第二の磁石１４による第一の磁性体５と第二の磁性体６の磁束の変動がほぼ等分され、誤差なく回転トルクを検出でき、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能な回転角度・トルク検出装置を得ることができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明による回転角度・トルク検出装置は、誤差がなく、高精度で確実な回転角度と回転トルクの検出が可能なものを得ることができるという有利な効果を有し、主に自動車のステアリングの回転角度や回転トルクの検出用として有用である。
【符号の説明】
【００６２】
１  第一の回転体
２  第二の回転体
３  連結体
４  第一の磁石
５  第一の磁性体
６  第二の磁性体
７  第三の磁性体
８  配線基板
９  第一の磁気検出素子
１０  制御手段
１１  回転歯車
１４  第二の磁石
１５  第二の磁気検出素子
２２  第一の検出歯車
２２Ａ、２３Ａ  保持部
２３  第二の検出歯車
【図１】
2014065367.tif 000003
【図２】
2014065367.tif 000004
【図３】
2014065367.tif 000005
【図４】
2014065367.tif 000006
【図５】
2014065367.tif 000007