(57)【要約】【課題】回転軸部材に生じるトルクと当該回転軸部材の回転を検出可能でありながら、大型化の抑制と検出精度の低下の抑制を実現しうる磁気検出装置を提供する。【解決手段】多極磁石２の磁束は、ステアリングシャフト１００に生じたトルクに応じて変化する。トルク検出部５は、多極磁石２からの磁束に応じた信号を出力する。磁石６３は、ステアリングシャフト１００の回転に応じて回転する。回転検出部６４は、ステアリングシャフト１００の径方向に沿って多極磁石２と並ぶように配置されており、磁石６３からの磁束に応じた信号を出力する。磁気シールド部材７は、磁石６３の回転軸Ａ上に位置する部分を有している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸部材に生じたトルクに応じて磁束が変化する第一磁気発生源と、
前記第一磁気発生源からの磁束に応じた第一検出信号を出力する第一検出部と、
前記回転軸部材の回転に応じて回転する第二磁気発生源と、
前記回転軸部材の径方向に沿って前記第一磁気発生源と並ぶように配置されており、前記第二磁気発生源からの磁束に応じた第二検出信号を出力する第二検出部と、
前記第二磁気発生源の回転軸上に位置する部分を有している磁気シールド部材と、
を備えている、
磁気検出装置。
【請求項２】
前記第二磁気発生源は、前記回転軸に沿う方向について前記第二検出部と前記磁気シールド部材の間に配置されている、
請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項３】
前記回転軸部材の径方向に沿う前記磁気シールド部材の幅は、同方向に沿う前記第二磁気発生源の幅よりも小さい、
請求項１または２に記載の磁気検出装置。
【請求項４】
前記第一磁気発生源から発生する磁束を集める集磁部材を備えており、
前記磁気シールド部材は、前記回転軸部材の軸方向から見て前記集磁部材と重ならないように配置されている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
【請求項５】
前記第一検出部と前記第二検出部は、共通の回路基板上に配置されている、
請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸部材に生じるトルクと当該回転軸部材の回転を磁気的に検出する磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、この種の磁気検出装置の一例として、車両に搭載されるトルクアングルセンサを開示している。トルクアングルセンサは、回転軸部材に生じるトルクを磁気的に検出するトルク検出部と、当該回転軸部材の回転を磁気的に検出するアングル検出部とを備えている。アングル検出部は、回転軸部材を挟んでトルク検出部の反対側に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２４２３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
小型化の観点からは、アングル検出部をトルク検出部に隣接するように配置することが望ましい。しかしながら、アングル検出部とトルク検出部の距離が短くなると、アングル検出部による磁気的検出に用いられる磁気発生源から生じる磁束が、トルク検出部による磁気的検出に影響を与え、検出精度の低下を招く場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、回転軸部材に生じるトルクと当該回転軸部材の回転を検出可能でありながら、大型化の抑制と検出精度の低下の抑制を実現しうる磁気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】
【０００６】
上記の目的を達成するための一態様は、磁気検出装置であって、
回転軸部材に生じたトルクに応じて磁束が変化する第一磁気発生源と、
前記第一磁気発生源からの磁束に応じた第一検出信号を出力する第一検出部と、
前記回転軸部材の回転に応じて回転する第二磁気発生源と、
前記回転軸部材の径方向に沿って前記第一磁気発生源と並ぶように配置されており、前記第二磁気発生源からの磁束に応じた第二検出信号を出力する第二検出部と、
前記第二磁気発生源の回転軸上に位置する部分を有している磁気シールド部材と、
を備えている。
【０００７】
回転軸部材の径方向に沿って第一磁気発生源と並ぶような位置に第二検出部が配置されることにより、磁気検出装置の大型化を抑制できる。他方、第一磁気発生源から生じる磁束が第二検出部に与える影響を無視できなくなる。また、第二検出部により検出される第二磁気発生源から生じる磁束が第一検出部に与える影響を無視できなくなる。
【０００８】
したがって、第一検出部を含む磁気回路と第二検出部を含む磁気回路の干渉を抑制しうる磁気シールド部材を設ける必要がある。磁気シールド部材は、磁束を吸着するという性質を有しているので、不要な磁束の伝播を阻止する機能を奏する一方、磁気検出素子により検出される磁束密度が低減してしまう現象を引き起こす。したがって、第一検出部と第二検出部の双方について所望の検出能力を確保しつつ、一方の磁気回路が他方の磁気回路に及ぼす干渉を抑制しうるように磁気シールド部材の配置、形状、大きさなどを決定する必要がある。
【０００９】
本願発明者は、そのような条件を満たしうる磁気シールド部材の配置、形状、大きさなどについて検討を重ねた結果、第二磁気発生源の回転軸上に位置する部分を有するように磁気シールド部材を配置することにより、第一検出部と第二検出部の双方について所望の検出能力を確保しつつ、磁気回路同士の干渉を抑制できることを見出した。
【００１０】
このような構成によれば、第二磁気発生源から生じる磁束の一部は、磁気シールド部材に吸着される。これにより、第二磁気発生源から生じる磁束が第一検出部による磁束密度の検出に与える影響を抑制できる。他方、第一磁気発生源から生じる磁束の一部もまた磁気シールド部材に吸着される。これにより、第一磁気発生源から生じる磁束が第二検出部による磁束密度の検出に与える影響を抑制できる。さらに、第二磁気発生源の回転面を含む位置に磁気シールド部材が配置される場合と比較すると、第二検出部により検出される磁束密度の低下を抑制できる。これらの相乗効果として、回転軸部材に生じるトルクと回転軸部材の回転の検出精度の低下を抑制できる。
【００１１】
上記の磁気検出装置は、以下のように構成されうる。
前記第二磁気発生源は、前記回転軸に沿う方向について前記第二検出部と前記磁気シールド部材の間に配置されている。
【００１２】
このような構成によれば、第二検出部により検出される磁束密度の低下抑制が容易になる。結果として、回転軸部材の回転の検出精度の低下の抑制が容易になる。
【００１３】
上記の磁気検出装置は、以下のように構成されうる。
前記回転軸部材の径方向に沿う前記磁気シールド部材の幅は、同方向に沿う前記第二磁気発生源の幅よりも小さい。
【００１４】
このような構成によっても、第二検出部により検出される磁束密度の低下抑制が容易になる。結果として、回転軸部材の回転の検出精度の低下の抑制が容易になる。
【００１５】
上記の磁気検出装置は、以下のように構成されうる。
前記第一磁気発生源から発生する磁束を集める集磁部材を備えており、
前記磁気シールド部材は、前記回転軸部材の軸方向から見て前記集磁部材と重ならないように配置されている。
【００１６】
このような構成によれば、集磁部材から生じる磁束の磁気シールド部材による過剰な吸着を抑制できる。したがって、第一検出部により検出される磁束密度の低下を抑制できる。結果として、回転軸部材に生じるトルク検出精度の低下の抑制が容易になる。
【００１７】
上記の磁気検出装置は、以下のように構成されうる。
前記第一検出部と前記第二検出部は、共通の回路基板上に配置されている。
【００１８】
このような構成によれば、第一検出部と第二検出部が回路基板を共用することによって磁気検出装置の大型化を抑制できる。また、磁気検出装置の組立作業性も向上する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、回転軸部材に生じるトルクと当該回転軸部材の回転を検出可能でありながら、大型化の抑制と検出精度の低下の抑制を実現しうる磁気検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施形態に係る磁気検出装置の外観を示している。
【図２】上記の磁気検出装置の外観を示している。
【図３】上記の磁気検出装置の内部構成を示している。
【図４】上記の磁気検出装置における磁気回路を模式的に示している。
【図５】上記の磁気検出装置の変形例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１は、一実施形態に係る磁気検出装置１を側方から見た外観を示している。図２の（Ａ）は、磁気検出装置１を上方から見た外観を示している。図２の（Ｂ）は、磁気検出装置１を下方から見た外観を示している。図３は、図２の（Ａ）における線III−IIIに沿う断面を矢印方向から見た構成を示している。なお、「側方」、「上方」および「下方」という表現は説明の便宜のために用いているに過ぎず、磁気検出装置１の使用時における姿勢を限定する意図はない。
【００２３】
磁気検出装置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、回転軸部材の一例である。
【００２４】
図３に示されるように、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。
【００２５】
図４は、磁気検出装置１における磁気回路を模式的に示している。磁気検出装置１は、多極磁石２を備えている。多極磁石２は、環形状を有している。多極磁石２においては、当該環形状の周方向についてＮ極とＳ極が交互に着磁されている。図３に示されるように、多極磁石２は、ステアリングシャフト１００の入力軸部１０１に装着される。
【００２６】
磁気検出装置１は、磁気ヨーク部材３を備えている。磁気ヨーク部材３は、上ヨーク３１、下ヨーク３２、およびスペーサ３３を含んでいる。上ヨーク３１は、環形状を有している。上ヨーク３１は、軟磁性体を含んでいる。下ヨーク３２は、環形状を有している。下ヨーク３２は、軟磁性体を含んでいる。スペーサ３３は、非磁性体を含んでいる。磁気ヨーク部材３は、スペーサ３３によって上ヨーク３１と下ヨーク３２がステアリングシャフト１００の軸方向に離間するように一体成形されている。
【００２７】
磁気ヨーク部材３は、全体として環形状を有している。磁気ヨーク部材３は、ステアリングシャフト１００の出力軸部１０２に装着される。磁気ヨーク部材３は、多極磁石２と同心状に配置される。多極磁石２の外周面と磁気ヨーク部材３の内周面は、間隙を挟んで対向している。
【００２８】
図４に示されるように、上ヨーク３１は、環形状の周方向に等間隔で配列された複数の上歯３１ａを有している。下ヨーク３２は、環形状の周方向に等間隔で配列された複数の下歯３２ａを有している。上記のように成形された磁気ヨーク部材３において、複数の上歯３１ａは下ヨーク３２に向かって延びており、各上歯３１ａの先端は、一対の下歯３２ａの間に配置される。複数の下歯３２ａは、上ヨーク３１に向かって延びており、各下歯３２ａの先端は、一対の上歯３１ａの間に配置される。
【００２９】
図３に示されるように、磁気検出装置１は、集磁ユニット４を備えている。集磁ユニット４は、上集磁部材４１、下集磁部材４２、およびスペーサ４３を含んでいる。上集磁部材４１は、環形状を有している。上集磁部材４１は、軟磁性体を含んでいる。下集磁部材４２は、環形状を有している。下集磁部材４２は、軟磁性体を含んでいる。スペーサ４３は、非磁性体を含んでいる。集磁ユニット４は、スペーサ４３によって上集磁部材４１と下集磁部材４２がステアリングシャフト１００の軸方向に離間するように、一体成形されている。
【００３０】
集磁ユニット４は、全体として環形状を有している。集磁ユニット４は、不図示の支持部材によって支持されており、多極磁石２および磁気ヨーク部材３と同心状に配置される。磁気ヨーク部材３の外周面と集磁ユニット４の内周面は、間隙を挟んで対向している。
【００３１】
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。したがって、多極磁石２と磁気ヨーク部材３が、集磁ユニット４の径方向内側において回転する。集磁ユニット４の位置は不変である。
【００３２】
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。
【００３３】
図４は、トーションバー１０３にねじれが生じていない状態における多極磁石２と磁気ヨーク部材３の位置関係を示している。上ヨーク３１の周方向における各上歯３１ａの中央部は、磁気ヨーク部材３の径方向から見て多極磁石２における着磁境界線上に位置している。同様に、下ヨーク３２の周方向における各下歯３２ａの中央部は、磁気ヨーク部材３の径方向から見て多極磁石２における着磁境界線上に位置している。
【００３４】
この場合、各上歯３１ａと各下歯３２ａには多極磁石２のＮ極とＳ極から同数の磁力線が出入りする。上ヨーク３１と下ヨーク３２の各内部で磁力線が閉ループを形成するので、磁気ヨーク部材３の外部に磁束が漏出しない。
【００３５】
ステアリングシャフト１００に操舵トルクが生じてトーションバー１０３がねじれ変形すると、多極磁石２と磁気ヨーク部材３の相対位置が、ステアリングシャフト１００の周方向に変化する。これにより、各上歯３１ａと各下歯３２ａの位置が上記の着磁境界線から当該周方向にずれる。
【００３６】
この場合、上ヨーク３１と下ヨーク３２には、それぞれ逆の極性を有する磁力線が増加する。その結果、両ヨーク間に磁束が発生する。すなわち、ステアリングシャフト１００に生じたトルクに応じて磁束が変化する。よって、多極磁石２と磁気ヨーク部材３は、第一磁気発生源の一例である。
【００３７】
上集磁部材４１は、上集磁片４１ａを有している。上集磁片４１ａは、上集磁部材４１の外周縁の一部から上集磁部材４１の径方向外側に向かって延びている。下集磁部材４２は、下集磁片４２ａを有している。下集磁片４２ａは、下集磁部材４２の外周縁の一部から下集磁部材４２の径方向外側に向かって延びている。図３に示されるように、上集磁片４１ａと下集磁片４２ａは、スペーサ４３によってステアリングシャフト１００の軸方向に離間されつつ対向している。
【００３８】
操舵トルクの発生に伴って磁気ヨーク部材３に発生した磁束は、上集磁部材４１と下集磁部材４２によって集められ、上集磁片４１ａと下集磁片４２ａに導かれる。
【００３９】
図３と図４に示されるように、磁気検出装置１は、トルク検出部５を備えている。トルク検出部５は、磁気ヨーク部材３からの磁束に応じたトルク検出信号を出力するように構成されている。トルク検出部５は、第一検出部の一例である。トルク検出信号は、第一検出信号の一例である。
【００４０】
具体的には、トルク検出部５は、ホール素子や磁気抵抗素子などの磁気検出素子を含んでいる。トルク検出部５は、集磁ユニット４の上集磁片４１ａと下集磁片４２ａの間に配置されている。トルク検出部５は、上集磁片４１ａと下集磁片４２ａの間に生じた磁束を検出し、当該磁束の密度に応じた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、ＥＣＵなどの制御装置に送られ、信号処理に供される。
【００４１】
図１から図３に示されるように、磁気検出装置１は、回転検出機構６を備えている。回転検出機構６は、第一歯車６１、第二歯車６２、磁石６３、および回転検出部６４を含んでいる。
【００４２】
第一歯車６１は、磁気ヨーク部材３と結合されている。したがって、ステアリングシャフト１００が回転すると、第一歯車６１は、磁気ヨーク部材３とともに回転する。
【００４３】
第二歯車６２は、ステアリングシャフト１００の径方向における第一歯車６１の外側に配置されている。第二歯車６２は、第一歯車６１と噛合している。ステアリングシャフト１００の回転に伴う第一歯車６１の回転は、第二歯車６２に伝達される。
【００４４】
磁石６３は、第二歯車６２と結合されている。したがって、磁石６３は、ステアリングシャフト１００の回転に応じて、回転軸Ａを中心に回転する。磁石６３は、第二歯車６２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、第二歯車６２の回転に伴って磁束の向きが変化する。換言すると、ステアリングシャフト１００の回転に応じて磁束が変化する。磁石６３は、第二磁気発生源の一例である。
【００４５】
回転検出部６４は、磁石６３からの磁束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。回転検出部６４は、ステアリングシャフト１００の径方向に沿って多極磁石２および磁気ヨーク部材３の少なくとも一方と並ぶように配置される。回転検出部６４は、磁石６３の回転軸Ａに沿う方向について磁石６３と対向するように配置される。回転検出部６４は、第二検出部の一例である。回転検出信号は、第二検出信号の一例である。
【００４６】
具体的には、回転検出部６４は、ホール素子や磁気抵抗素子などの磁気検出素子を含んでいる。回転検出部６４は、第二歯車６２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。
【００４７】
ステアリングシャフト１００の径方向に沿って多極磁石２および磁気ヨーク部材３の少なくとも一方と並ぶような位置に回転検出部６４が配置されることにより、磁気検出装置１の大型化を抑制できる。他方、多極磁石２や磁気ヨーク部材３から生じる磁束が回転検出部６４に与える影響を無視できなくなる。また、回転検出部６４により検出される磁石６３から生じる磁束がトルク検出部５に与える影響を無視できなくなる。
【００４８】
したがって、トルク検出部５を含む磁気回路と回転検出部６４を含む磁気回路の干渉を抑制しうる磁気シールド部材を設ける必要がある。磁気シールド部材は、磁束を吸着するという性質を有しているので、不要な磁束の伝播を阻止する機能を奏する一方、磁気検出素子により検出される磁束密度が低減してしまう現象を引き起こす。したがって、トルク検出部５と回転検出部６４の双方について所望の検出能力を確保しつつ、一方の磁気回路が他方の磁気回路に及ぼす干渉を抑制しうるように磁気シールド部材の配置、形状、大きさなどを決定する必要がある。本願発明者は、そのような条件を満たしうる磁気シールド部材の配置、形状、大きさなどについて検討を重ねた。
【００４９】
例えば、ステアリングシャフト１００の径方向における多極磁石２と磁石６３の間に磁気シールドの一部が位置するような配置が検討された。そのような例として、図４に二点鎖線で示される磁気シールド部材ＳＤの配置が挙げられる。磁気シールド部材ＳＤは、第二歯車６２の径方向外側から（すなわち磁石６３の回転面を含む位置において）磁石６３を包囲している。このような構成の場合、磁気回路同士の干渉抑制効果は認められたものの、回転検出部６４により検出される磁束密度の低下が顕著であり、不利益が利益を上回ると判断された。
【００５０】
本願発明者は、さらなる検討と試行の結果、磁石６３の回転軸Ａ上に位置する部分を有するように磁気シールド部材を配置することにより、トルク検出部５と回転検出部６４の双方について所望の検出能力を確保しつつ、磁気回路同士の干渉を抑制できることを見出した。図１、図２の（Ａ）、および図３においては、そのように配置された磁気シールド部材７の一例が示されている。磁気シールド部材７は、鉄などの磁性材料を含んでいる。前述の通り、磁気シールド部材７は、磁石６３の回転軸Ａ上に位置する部分を有するように配置されている。磁気シールド部材７は、不図示の支持部材を介して磁気検出装置１内の適宜の箇所に固定されている。
【００５１】
このような構成によれば、磁石６３から生じる磁束の一部は、磁気シールド部材７に吸着される。これにより、磁石６３から生じる磁束がトルク検出部５による磁束密度の検出に与える影響を抑制できる。他方、多極磁石２、磁気ヨーク部材３、および集磁ユニット４の少なくとも一つから生じる磁束の一部もまた磁気シールド部材７に吸着される。これにより、多極磁石２、磁気ヨーク部材３、および集磁ユニット４の少なくとも一つから生じる磁束が回転検出部６４による磁束密度の検出に与える影響を抑制できる。さらに、磁石６３の回転面を含む位置に磁気シールド部材が配置される場合と比較すると、回転検出部６４により検出される磁束密度の低下を抑制できる。これらの相乗効果として、ステアリングシャフト１００に生じるトルクとステアリングシャフト１００の回転の検出精度の低下を抑制できる。
【００５２】
図１と図３に示されるように、磁石６３は、磁石６３の回転軸Ａに沿う方向について回転検出部６４と磁気シールド部材７の間に配置されている。すなわち、磁気シールド部材７は、磁石６３を挟んで回転検出部６４の反対側に配置されている。
【００５３】
このような構成によれば、回転検出部６４により検出される磁束密度の低下抑制が容易になる。結果として、ステアリングシャフト１００の回転の検出精度の低下の抑制が容易になる。
【００５４】
図２の（Ａ）に示されるように、ステアリングシャフト１００の径方向に沿う磁気シールド部材７の幅Ｗ１は、同方向に沿う磁石６３の幅Ｗ２よりも小さい。
【００５５】
このような構成によっても、回転検出部６４により検出される磁束密度の低下抑制が容易になる。結果として、ステアリングシャフト１００の回転の検出精度の低下の抑制が容易になる。
【００５６】
図３に示されるように、磁気シールド部材７は、ステアリングシャフト１００の軸方向から見て上集磁部材４１および下集磁部材４２と重ならないように配置されている。
【００５７】
このような構成によれば、上集磁部材４１および下集磁部材４２から生じる磁束の磁気シールド部材７による過剰な吸着を抑制できる。したがって、トルク検出部５により検出される磁束密度の低下を抑制できる。結果として、ステアリングシャフト１００に生じるトルク検出精度の低下の抑制が容易になる。
【００５８】
図１、図３、および図４に示されるように、トルク検出部５と回転検出部６４は、共通の回路基板８上に配置されている。
【００５９】
このような構成によれば、トルク検出部５と回転検出部６４が回路基板８を共用することによって磁気検出装置１の大型化を抑制できる。また、磁気検出装置１の組立作業性も向上する。
【００６０】
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。
【００６１】
トルク検出部５と回転検出部６４の双方について所望の検出能力を確保しつつ、磁気回路同士の干渉を抑制できるのであれば、上記の実施形態における磁気シールド部材７に加えてあるいは代えて、図１と図３に破線で示されるように、回転検出部６４を挟んで磁石６３と反対側に磁気シールド部材７を配置してもよい。この場合においても、磁気シールド部材７は、磁石６３の回転軸Ａ上に位置する部分を含むように配置される。
【００６２】
上記の実施形態においては、トルク検出部５と回転検出部６４が、ステアリングシャフト１００の径方向に並ぶように配置されている。しかしながら、回転検出部６４がステアリングシャフト１００の径方向に沿って多極磁石２および磁気ヨーク部材３の少なくとも一方と並ぶように配置されていれば、図５に示されるような構成も採用されうる。
【００６３】
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、本発明に係る磁気検出装置１は、トルクと回転の双方の検出が必要とされる適宜の回転軸部材に適用されうる。
【符号の説明】
【００６４】
１：磁気検出装置、２：多極磁石、３：磁気ヨーク部材、４１：上集磁部材、４２：下集磁部材、５：トルク検出部、６３：磁石、６４：回転検出部、７：磁気シールド部材、８：回路基板、１００：ステアリングシャフト、Ａ：磁石の回転軸、Ｗ１：ステアリングシャフトの径方向に沿う磁気シールド部材の幅、Ｗ２：ステアリングシャフトの径方向に沿う磁石の幅
【図１】
2019113388.tif 000003
【図２】
2019113388.tif 000004
【図３】
2019113388.tif 000005
【図４】
2019113388.tif 000006
【図５】
2019113388.tif 000007