(57)【要約】【課題】簡易な磁場検出構造でトルクを検出可能なトルク検出装置を提供する。【解決手段】第一変換機構２は、ステアリングシャフト１００の入力軸部１０１の回転を直線運動に変換する。第一磁石３は、磁場を発生し、第一変換機構２により直線運動する。第一磁場検出部４は、第一磁石３との距離に応じた第一検出信号Ｓ１を出力する。第二変換機構５は、ステアリングシャフト１００の出力軸部１０２の回転を直線運動に変換する。第二磁石６は、磁場を発生し、第二変換機構５により直線運動する。第二磁場検出部７は、第二磁石６との距離に応じた第二検出信号Ｓ２を出力する。トルク検出部８は、第一検出信号Ｓ１と第二検出信号Ｓ２の差分に基づいて入力軸部１０１に加わるトルクを検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一回転部材の回転を直線運動に変換する第一変換機構と、
磁場を発生し、前記第一変換機構により直線運動する第一磁場発生源と、
前記第一磁場発生源との距離に応じた第一検出信号を出力する第一磁場検出部と、
第二回転部材の回転を直線運動に変換する第二変換機構と、
磁場を発生し、前記第二変換機構により直線運動する第二磁場発生源と、
前記第二磁場発生源との距離に応じた第二検出信号を出力する第二磁場検出部と、
前記第一検出信号と前記第二検出信号の差分に基づいて前記第一回転部材に加わるトルクを検出するトルク検出部と、
を備えている、
トルク検出装置。
【請求項２】
前記第一変換機構は、前記第一回転部材に係合される歯車を含んでおり、
前記歯車は、前記第一回転部材の回転量を検出するために使用される歯車である、
請求項１に記載のトルク検出装置。
【請求項３】
前記第一磁場検出部は、第一ホール素子を含んでおり、
前記第一ホール素子の感磁面は、前記第一磁場発生源の直線運動の方向と交差する向きに沿って延びている、
請求項１または２に記載のトルク検出装置。
【請求項４】
前記第一磁場検出部は、第一磁気抵抗素子を含んでおり、
前記第一磁気抵抗素子の感磁面は、前記第一磁場発生源の直線運動の方向に沿う向きに延びている、
請求項１または２に記載のトルク検出装置。
【請求項５】
前記第二磁場検出部は、第二ホール素子を含んでおり、
前記第二ホール素子の感磁面は、前記第二磁場発生源の直線運動の方向と交差する向きに沿って延びている、
請求項１から４のいずれか一項に記載のトルク検出装置。
【請求項６】
前記第二磁場検出部は、第二磁気抵抗素子を含んでおり、
前記第二磁気抵抗素子の感磁面は、前記第二磁場発生源の直線運動の方向に沿う向きに延びている、
請求項１から４のいずれか一項に記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転部材に生じるトルクを磁気的に検出するトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されたトルク検出装置は、回転部材として車両に搭載されるステアリングシャフトに生じるトルクを検出する。ステアリングシャフトは、トーションバーにより連結された入力軸部と出力軸部を備えている。トーションバーは、ねじれ変形が可能な弾性部材である。入力軸部は、ステアリングホイールなどの操舵部材に接続される。出力軸部は、パワーステアリング機構のギア機構に接続される。
【０００３】
入力軸部に入力される操舵力によっては、ステアリングシャフトに操舵トルクが生じる。これにより、トーションバーがねじれ変形し、入力軸部と出力軸部の間にステアリングシャフトの周方向に沿う相対変位が生じる。
【０００４】
上記のトルク検出装置は、多極磁石、磁気ヨーク、および集磁ヨークを備えている。例えば、多極磁石は入力軸部に結合され、磁気ヨークは出力軸部に結合される。集磁ヨークは、ステアリングシャフトの軸方向から多極磁石と磁気ヨークを挟み込むように配置される。多極磁石と磁気ヨークは、入力軸部と出力軸部の間に相対変位が生じていないときは磁気ヨークの外部に磁束が漏出しないように構成されている。他方、入力軸部と出力軸部の間に相対変位が生じると、磁気ヨークの外部に磁束が漏出する。トルク検出装置は、集磁ヨークを介してこの磁束を検出することによって、ステアリングシャフトに生じたトルクを検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１９０８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のトルク検出装置は、多極磁石、磁気ヨーク、および集磁ヨークを用いて磁気回路を構成する必要があるので、磁場検出構造の複雑化が避けられない。
【０００７】
本発明の目的は、簡易な磁場検出構造でトルクを検出可能なトルク検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための一態様は、トルク検出装置であって、
第一回転部材の回転を直線運動に変換する第一変換機構と、
磁場を発生し、前記第一変換機構により直線運動する第一磁場発生源と、
前記第一磁場発生源との距離に応じた第一検出信号を出力する第一磁場検出部と、
第二回転部材の回転を直線運動に変換する第二変換機構と、
磁場を発生し、前記第二変換機構により直線運動する第二磁場発生源と、
前記第二磁場発生源との距離に応じた第二検出信号を出力する第二磁場検出部と、
前記第一検出信号と前記第二検出信号の差分に基づいて前記第一回転部材に加わるトルクを検出するトルク検出部と、
を備えている。
【０００９】
このような構成によれば、トルクに伴う磁束密度の変化を、複雑な磁気回路を必要とすることなく簡易な構造で検出できる。また、トルクの検出は二つの磁場検出部からの検出信号の差分に基づくので、僅かな磁束密度の変化を捉えやすい。したがって、簡易な磁場検出構造で第一回転部材に加わるトルクを検出可能なトルク検出装置を提供できる。
【００１０】
上記のトルク検出装置は、以下のように構成されうる。
前記第一変換機構は、前記第一回転部材に係合される歯車を含んでおり、
前記歯車は、前記第一回転部材の回転量を検出するために使用される歯車である。
【００１１】
このような構成によれば、第一回転部材の回転量を検出するための構成の一部を利用して第一回転部材と第二回転部材の間に生じるトルクを検出できる。したがって、空間の利用効率が高まり、トルク検出装置の大型化を抑制できる。
【００１２】
上記のトルク検出装置は、以下のように構成されうる。
前記第一磁場検出部は、第一ホール素子を含んでおり、
前記第一ホール素子の感磁面は、前記第一磁場発生源の直線運動の方向と交差する向きに沿って延びている。
【００１３】
あるいは、上記のトルク検出装置は、以下のように構成されうる。
前記第一磁場検出部は、第一磁気抵抗素子を含んでおり、
前記第一磁気抵抗素子の感磁面は、前記第一磁場発生源の直線運動の方向に沿う向きに延びている。
【００１４】
上記のトルク検出装置は、以下のように構成されうる。
前記第二磁場検出部は、第二ホール素子を含んでおり、
前記第二ホール素子の感磁面は、前記第二磁場発生源の直線運動の方向と交差する向きに沿って延びている。
【００１５】
あるいは、上記のトルク検出装置は、以下のように構成されうる。
前記第二磁場検出部は、第二磁気抵抗素子を含んでおり、
前記第二磁気抵抗素子の感磁面は、前記第二磁場発生源の直線運動の方向に沿う向きに延びている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡易な磁場検出構造でトルクを検出可能なトルク検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態に係るトルク検出装置の構成を模式的に示している。
【図２】上記のトルク検出装置の一部の構成を模式的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
添付の図面を参照しつつ、実施形態例について以下詳細に説明する。
【００１９】
図１は、一実施形態に係るトルク検出装置１の構成を模式的に示している。図２の（Ａ）は、トルク検出装置１を図１における矢印IIAの方向から見た構成を模式的に示している。図２の（Ｂ）は、トルク検出装置１を図１における矢印IIBの方向から見た構成を模式的に示している。
【００２０】
トルク検出装置１は、例えば車両のパワーステアリング装置におけるステアリングシャフト１００に装着される。ステアリングシャフト１００は、入力軸部１０１、出力軸部１０２、およびトーションバー１０３を含んでいる。入力軸部１０１と出力軸部１０２は、トーションバー１０３を介して連結されている。トーションバー１０３は、ねじれ変形が可能な弾性部材である。入力軸部１０１は、ステアリングホイールなどの操舵部材に接続される。出力軸部１０２は、パワーステアリング装置のギア機構に接続される。入力軸部１０１は、第一回転部材の一例である。出力軸部１０２は、第二回転部材の一例である。
【００２１】
トルク検出装置１は、第一変換機構２を備えている。第一変換機構２は、ステアリングシャフト１００の入力軸部１０１の回転運動を直線運動に変換する機構である。第一変換機構２は、第一メイン歯車２１、第一サブ歯車２２、第一スライダ２３、および第一リンク２４を含んでいる。
【００２２】
第一メイン歯車２１は、ステアリングシャフト１００の入力軸部１０１に係合されている。したがって、ステアリングシャフト１００が回転すると、第一メイン歯車２１も共に回転する。
【００２３】
第一サブ歯車２２は、ステアリングシャフト１００の径方向における第一メイン歯車２１の外側に配置されている。第一サブ歯車２２は、第一メイン歯車２１と噛合している。ステアリングシャフト１００の回転に伴う第一メイン歯車２１の回転は、第一サブ歯車２２に伝達される。
【００２４】
第一スライダ２３は、第一レール２３１と第一ホルダ２３２を備えている。第一レール２３１は、直線状に延びている。第一レール２３１の延びる方向は適宜に定められうる。第一ホルダ２３２は、第一レール２３１に支持されている。第一ホルダ２３２は、第一レール２３１上を往復動可能である。
【００２５】
第一リンク２４は、第一サブ歯車２２と第一ホルダ２３２を連結している。第一リンク２４は、いわゆるクランクスライダ機構を構成している。第一リンク２４は、第一サブ歯車２２の回転運動を、第一レール２３１上における第一ホルダ２３２の直線運動に変換する。
【００２６】
したがって、ステアリングシャフト１００の入力軸部１０１の回転は、第一メイン歯車２１を介して第一サブ歯車２２に伝達され、第一サブ歯車２２の回転が第一ホルダ２３２の直線運動に変換される。
【００２７】
トルク検出装置１は、第一磁石３を備えている。第一磁石３は、磁場を発生する部材である。第一磁石３は、第一スライダ２３の第一ホルダ２３２に保持されている。したがって、ステアリングシャフト１００の入力軸部１０１が回転すると、第一磁石３は、第一変換機構２により直線運動する。第一磁石３は、第一磁場発生源の一例である。
【００２８】
なお、第一磁石３は、磁化により強磁性やフェリ磁性を示す磁性体であれば、適宜の部材で置き換えられうる。当該部材もまた、第一磁場発生源の一例である。
【００２９】
トルク検出装置１は、第一磁場検出部４を備えている。第一磁場検出部４は、第一磁場検出素子４１を含んでいる。第一磁場検出素子４１は、第一磁石３から生じる磁束の密度を検出可能な位置に配置されている。具体的には、第一磁場検出素子４１は、ステアリングシャフト１００の入力軸部１０１の回転に伴って直線運動する第一磁石３との距離が変化する位置に配置されている。
【００３０】
本例においては、第一磁場検出素子４１はホール素子（第一ホール素子の一例）である。第一磁場検出素子４１の第一感磁面４１ａは、第一磁石３の直線運動の方向と交差する向きに沿って延びている。
【００３１】
したがって、ステアリングシャフト１００の入力軸部１０１の回転に伴い、第一磁場検出素子４１により検出される磁束密度が変化する。第一磁場検出素子４１は、検出された磁束密度に対応する第一検出信号Ｓ１を出力する。
【００３２】
トルク検出装置１は、第二変換機構５を備えている。第二変換機構５は、ステアリングシャフト１００の出力軸部１０２の回転運動を直線運動に変換する機構である。第二変換機構５は、第二メイン歯車５１、第二サブ歯車５２、第二スライダ５３、および第二リンク５４を含んでいる。
【００３３】
第二メイン歯車５１は、ステアリングシャフト１００の出力軸部１０２に係合されている。したがって、ステアリングシャフト１００が回転すると、第二メイン歯車５１も共に回転する。
【００３４】
第二サブ歯車５２は、ステアリングシャフト１００の径方向における第二メイン歯車５１の外側に配置されている。第二サブ歯車５２は、第二メイン歯車５１と噛合している。ステアリングシャフト１００の回転に伴う第二メイン歯車５１の回転は、第二サブ歯車５２に伝達される。
【００３５】
第二スライダ５３は、第二レール５３１と第二ホルダ５３２を備えている。第二レール５３１は、直線状に延びている。第二レール５３１の延びる方向は適宜に定められうる。第二ホルダ５３２は、第二レール５３１に支持されている。第二ホルダ５３２は、第二レール５３１上を往復動可能である。
【００３６】
第二リンク５４は、第二サブ歯車５２と第二ホルダ５３２を連結している。第二リンク５４は、いわゆるクランクスライダ機構を構成している。第二リンク５４は、第二サブ歯車５２の回転運動を、第二レール５３１上における第二ホルダ５３２の直線運動に変換する。
【００３７】
したがって、ステアリングシャフト１００の出力軸部１０２の回転は、第二メイン歯車５１を介して第二サブ歯車５２に伝達され、第二サブ歯車５２の回転が第二ホルダ５３２の直線運動に変換される。
【００３８】
トルク検出装置１は、第二磁石６を備えている。第二磁石６は、磁場を発生する部材である。第二磁石６は、第二スライダ５３の第二ホルダ５３２に保持されている。したがって、ステアリングシャフト１００の出力軸部１０２が回転すると、第二磁石６は、第二変換機構５により直線運動する。第二磁石６は、第二磁場発生源の一例である。
【００３９】
なお、第二磁石６は、磁化により強磁性やフェリ磁性を示す磁性体であれば、適宜の部材で置き換えられうる。当該部材もまた、第二磁場発生源の一例である。
【００４０】
トルク検出装置１は、第二磁場検出部７を備えている。第二磁場検出部７は、第二磁場検出素子７１を含んでいる。第二磁場検出素子７１は、第二磁石６から生じる磁束の密度を検出可能な位置に配置されている。具体的には、第二磁場検出素子７１は、ステアリングシャフト１００の出力軸部１０２の回転に伴って直線運動する第二磁石６との距離が変化する位置に配置されている。
【００４１】
本例においては、第二磁場検出素子７１はホール素子（第二ホール素子の一例）である。第二磁場検出素子７１の第二感磁面７１ａは、第二磁石６の直線運動の方向と交差する向きに沿って延びている。
【００４２】
したがって、ステアリングシャフト１００の出力軸部１０２の回転に伴い、第二磁場検出素子７１により検出される磁束密度が変化する。第二磁場検出素子７１は、検出された磁束密度に対応する第二検出信号Ｓ２を出力する。
【００４３】
トルク検出装置１は、ステアリングシャフト１００にトルクが生じていない場合、すなわち入力軸部１０１と出力軸部１０２の間に相対変位が生じていない場合に第一検出信号Ｓ１と第二検出信号Ｓ２が一致するように構成されている。本例においては、ステアリングシャフト１００にトルクが生じていない場合、第一磁石３と第一磁場検出素子４１の第一感磁面４１ａの間の距離は、第二磁石６と第二磁場検出素子７１の第二感磁面７１ａの間の距離と一致している。
【００４４】
操舵部材を通じて入力軸部１０１に操舵力が入力されると、ステアリングシャフト１００全体が回転する。入力軸部１０１に入力される操舵力によっては、ステアリングシャフト１００に操舵トルクが生じる。これにより、トーションバー１０３がねじれ変形し、入力軸部１０１と出力軸部１０２の間にステアリングシャフト１００の周方向に沿う相対変位が生じる。
【００４５】
このとき、第一磁石３と第一磁場検出素子４１の第一感磁面４１ａの間の距離は、第二磁石６と第二磁場検出素子７１の第二感磁面７１ａの間の距離と一致しなくなる。したがって、第一磁場検出部４から出力される第一検出信号Ｓ１と第二磁場検出部７から出力される第二検出信号Ｓ２が一致しなくなる。
【００４６】
トルク検出装置１は、トルク検出部８を備えている。トルク検出部８は、第一磁場検出部４から出力された第一検出信号Ｓ１と第二磁場検出部７から出力された第二検出信号Ｓ２に基づいて、ステアリングシャフト１００の入力軸部１０１に加わるトルクを検出するように構成されている。具体的には、トルク検出部８は、第一検出信号Ｓ１と第二検出信号Ｓ２の差分に基づいて当該トルクを検出するように構成されている。
【００４７】
トルク検出部８は、例えばマイクロコンピュータにより実現されうる。この場合、トルク検出部８は、プロセッサ８１とメモリ８２を含んでいる。プロセッサ８１としては、ＣＰＵやＭＰＵが例示されうる。メモリ８２としては、ＲＯＭやＲＡＭが例示されうる。ＲＯＭには、上記の処理を実行するプログラムが記憶されうる。プロセッサ８１は、ＲＯＭ上に記憶されたプログラムの少なくとも一部を指定してＲＡＭ上に展開し、ＲＡＭと協働して以下に説明される処理を実行しうる。
【００４８】
トルク検出部８は、トルク検出信号を出力するように構成されている。トルク検出信号は、上記の処理を通じて検出されたトルクの大きさに対応している。トルク検出信号は、ＥＣＵなどの制御装置に送られ、信号処理に供される。
【００４９】
このような構成によれば、トルクに伴う磁束密度の変化を、複雑な磁気回路を必要とすることなく簡易な構造で検出できる。また、トルクの検出は二つの磁場検出部からの検出信号の差分に基づくので、僅かな磁束密度の変化を捉えやすい。したがって、簡易な磁場検出構造でステアリングシャフト１００に生じるトルクを検出可能なトルク検出装置１を提供できる。
【００５０】
トルク検出装置１は、回転検出機構９を備えうる。回転検出機構９は、ステアリングシャフト１００の回転量を検出する機構である。回転検出機構９は、磁石９１と回転検出部９２を含んでいる。また、第一変換機構２における第一メイン歯車２１と第一サブ歯車２２も回転検出機構９の一部を構成している。
【００５１】
磁石９１は、第一サブ歯車２２と結合されている。したがって、磁石９１は、ステアリングシャフト１００の回転に応じて回転する。磁石９１は、第一サブ歯車２２の径方向に磁束を発生させるように配置されている。したがって、第一サブ歯車２２の回転に伴って磁束の向きが変化する。
【００５２】
回転検出部９２は、磁石９１から生じる磁束の密度を検出可能な位置に配置されている。回転検出部９２は、ホール素子や磁気抵抗素子などの磁場検出素子を含んでいる。回転検出部９２は、第一サブ歯車２２の回転に応じて変化する磁束密度を検出し、当該磁束密度に応じた回転検出信号を出力するように構成されている。回転検出信号は、ＥＣＵなどの制御装置に送られ、信号処理に供される。
【００５３】
このような構成によれば、ステアリングシャフト１００の回転量を検出するための構成の一部を利用してステアリングシャフト１００に生じるトルクを検出できる。したがって、空間の利用効率が高まり、トルク検出装置１の大型化を抑制できる。
【００５４】
回転検出機構９は、第二変換機構５の第二メイン歯車５１と第二サブ歯車５２を利用して構成してもよい。
【００５５】
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の実施形態に係る構成は、本発明の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。
【００５６】
上記の実施形態においては、第一変換機構２は、いわゆるクランクスライダ機構を含んでいる。しかしながら、ステアリングシャフト１００の入力軸部１０１の回転を第一磁石３の直線運動に変換できるのであれば、第一変換機構２は、カムクランク機構、ラックピニオン機構、ウォームラック機構などを含むように構成されうる。
【００５７】
上記の実施形態においては、第二変換機構５は、いわゆるクランクスライダ機構を含んでいる。しかしながら、ステアリングシャフト１００の出力軸部１０２の回転を第二磁石６の直線運動に変換できるのであれば、第二変換機構５は、カムクランク機構、ラックピニオン機構、ウォームラック機構などを含むように構成されうる。
【００５８】
上記の実施形態においては、第一磁場検出部４の第一磁場検出素子４１は、ホール素子である。しかしながら、第一磁場検出素子４１は、磁気抵抗素子で置き換えられうる（第一磁気抵抗素子の一例）。この場合、第一磁気抵抗素子の第一感磁面４１ａは、第一磁石３の直線運動の方向に沿う向きに延びる。
【００５９】
上記の実施形態においては、第二磁場検出部７の第二磁場検出素子７１は、ホール素子である。しかしながら、第二磁場検出素子７１は、磁気抵抗素子で置き換えられうる（第二磁気抵抗素子の一例）。この場合、第二磁気抵抗素子の第二感磁面７１ａは、第二磁石６の直線運動の方向に沿う向きに延びる。
【００６０】
上記の実施形態においては、第一磁場検出部４と第二磁場検出部７は、入力軸部１０１と出力軸部１０２の間に相対変位が生じていない場合に、第一検出信号Ｓ１と第二検出信号Ｓ２が一致するように構成されている。しかしながら、入力軸部１０１と出力軸部１０２の間に相対変位が生じていない場合の第一検出信号Ｓ１と第二検出信号Ｓ２に基づいて、入力軸部１０１と出力軸部１０２の間に相対変位が生じていないことをトルク検出部８が検出可能であれば、第一磁場検出部４からの第一検出信号Ｓ１と第二磁場検出部７からの第二検出信号Ｓ２は、一致していなくてもよい。例えば、第一検出信号Ｓ１と第二検出信号Ｓ２は、互いに逆の位相を有する二つの信号であってもよいし、所定の角度だけ位相がずれている二つの信号であってもよい。
【００６１】
トルク検出部８の機能の少なくとも一部は、車両に搭載されているＥＣＵなどの制御装置によって実現されてもよい。
【００６２】
上記の実施形態においては、回転軸部材として車両のステアリングシャフト１００を例示した。しかしながら、本発明に係るトルク検出装置１は、トルクの検出が必要とされる適宜の回転部材に適用されうる。
【符号の説明】
【００６３】
１：トルク検出装置、２：第一変換機構、２１：第一メイン歯車、２２：第一サブ歯車、３：第一磁石、４：第一磁場検出部、４１：第一磁場検出素子、４１ａ：第一感磁面、５：第二変換機構、６：第二磁石、７：第二磁場検出部、７１：第二磁場検出素子、７１ａ：第二感磁面、８：トルク検出部、９：回転検出機構、１００：ステアリングシャフト、１０１：入力軸部、１０２：出力軸部、Ｓ１：第一検出信号、Ｓ２：第二検出信号
【図１】
2019113441.tif 000003
【図２】
2019113441.tif 000004