(57)【要約】【課題】インデックスセンサ用磁石による磁気干渉を抑制できて検出精度が高く且つ安価なトルクセンサを提供する。【解決手段】トルクセンサ２１が、第１軸１５に固定される第１磁石２７と、磁気ヨークコア２８，２９を樹脂部材３３でモールドした筒状の磁気ヨーク組立体３４と、磁気ヨークコアが誘導した第１磁石からの磁束を検出する第１磁気センサ３２とを備える。トルクセンサ２１が、磁気ヨーク組立体３４の内周３４ａに固定され第２軸１６が圧入固定される強磁性体製のカラー３５と、磁気ヨーク組立体３４の外周３４ｂに配置されたインデックスセンサ用の第２磁石３９とを備える。カラー３４の少なくとも一部が、磁気ヨーク組立体３４の軸方向Ｙに関して磁気ヨークコア２８，２９と第２磁石３９との間に配置される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーを介して同軸上に連結される第１軸および第２軸間の捩じれ変位に基づいてトルクを検出するトルクセンサであって、
前記第１軸に固定される円筒状の第１磁石と、
磁気ヨークコアと前記磁気ヨークコアをモールドした樹脂部材とを含み、前記第１磁石を取り囲む筒状の磁気ヨーク組立体と、
前記磁気ヨークコアが誘導した前記第１磁石からの磁束を検出する磁気センサと、
前記磁気ヨーク組立体の内周に固定され、前記第２軸が圧入固定される強磁性体製のカラーと、
前記磁気ヨーク組立体の外周に配置された、インデックスセンサ用の第２磁石と、を備え、
前記カラーの少なくとも一部が、前記磁気ヨーク組立体の軸方向に関して、前記磁気ヨークコアと前記第２磁石との間に配置されるトルクセンサ。
【請求項２】
請求項１において、前記磁気ヨーク組立体の軸方向に関して、前記カラーの全体が、前記磁気ヨークコアと前記第２磁石との間に配置されるトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトルクセンサおよび電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、電動パワーステアリング装置において、操舵部材と舵取機構とを連結するステアリングシャフトの途中に配置されたトルクセンサと、多回転するステアリングシャフトの回転数を検出するインデックスセンサとをステアリングシャフトの同軸上に配置する技術が提案されている。前記トルクセンサは、第１磁石部の側方に第１磁気センサを配置しており、前記インデックスセンサは、第２磁石の側方に第２磁気センサを配置している。
【０００３】
また、特許文献１では、第１磁気センサと第２磁石部との間に、磁性体で形成された板部材が設けられている。板部材によって、第２磁石から第１磁気センサへ向けて放射される磁束が低減される。したがって、インデックスセンサによるトルクセンサへの磁気干渉が低減され、トルクセンサの検出精度を高くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３７０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、板部材や、板部材を支持する構造が必要となるため、部品点数および組立工数が増加し、製造コストが高くなる。
本発明の目的は、インデックスセンサ用の磁石による磁気干渉を抑制して検出精度を高くすることができる安価なトルクセンサ及びこれを備える電動パワーステアリング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】
請求項１の発明は、トーションバー（１７）を介して同軸上に連結される第１軸（１５）および第２軸（１６）間の捩じれ変位に基づいてトルクを検出するトルクセンサ（２１）であって、前記第１軸に固定される円筒状の第１磁石（２７）と、磁気ヨークコア（２８，２９）と前記磁気ヨークコアをモールドした樹脂部材（３３；３３）とを含み、前記第１磁石を取り囲む筒状の磁気ヨーク組立体（３４）と、前記磁気ヨークコアが誘導した前記第１磁石からの磁束を検出する磁気センサ（３２）と、前記磁気ヨーク組立体の内周（３４ａ）に固定され、前記第２軸が圧入固定される強磁性体製のカラー（３５）と、前記磁気ヨーク組立体の外周（３４ｂ）に配置された、インデックスセンサ用の第２磁石（３９）と、を備え、前記カラーの少なくとも一部が、前記磁気ヨーク組立体の軸方向（Ｙ）に関して、前記磁気ヨークコアと前記第２磁石との間に配置されるトルクセンサ（２１；２１Ｐ）を提供する。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項２のように、前記磁気ヨーク組立体の軸方向に関して、前記カラーの全体が、前記磁気ヨークコアと前記第２磁石との間に配置されてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、インデックスセンサ用の第２磁石からの磁束が、強磁性体製のカラーに短絡される。したがって、第２磁石から磁気ヨークコア側への磁気干渉が抑制されて、トルクの検出精度が高くなる。また、磁気ヨーク組立体をステアリングシャフトに取り付けるために通例設けられているカラーが、磁気干渉を抑制する部材を兼用するとともに、磁気ヨーク組立体とインデックスセンサ用の第２磁石とを一体のユニットとして取り扱うことができるので、構造の簡素化を通じて、製造コストを安くすることができる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、磁気干渉の抑制に、カラーの全領域を用いることができるため、磁気干渉をより確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態のトルクセンサを備える電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１のトルクセンサの分解斜視図である。
【図３】図１の電動パワーステアリング装置の要部の断面図であり、トルクセンサとその周辺の構造を示している。
【図４】第１実施形態において、磁気ヨークコアと磁気ヨークコアをモールドした樹脂部材を含む磁気ヨーク組立体の概略斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図であり、トルクセンサとその周辺の構造を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、トルクセンサが自動車の電動パワーステアリング装置に適用された例に則して説明するが、本発明のトルクセンサは、電動パワーステアリング装置以外の他の装置や機器に適用することもできる。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のトルクセンサを備える電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【００１２】
図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結されるステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結される中間軸５とを備える。また、電動パワーステアリング装置１は、中間軸５に自在継手６を介して連結されているピニオン軸７と、ピニオン軸７の先端部に設けられたピニオン８に噛み合うラック９を形成して車両の左右方向に延びるラック軸１０とを有している。
【００１３】
ラック軸１０は、筒状のハウジング１１に軸方向移動可能に支持されている。ラック軸１０の両端部にはそれぞれタイロッド１２が連結されており、各タイロッド１２は、対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１３に連結されている。
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転は中間軸５等を介してピニオン８に伝達され、ピニオン８およびラック９によって、車両の左右方向に沿うラック軸１０の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１３の転舵が達成される。
【００１４】
ステアリングシャフト３は、連結軸１４を介して操舵部材２に連なる入力軸である第１軸１５と、自在継手４に連なる出力軸である第２軸１６と、第１軸１５および第２軸１６を同軸上に連結するトーションバー１７とを備える。第１軸１５および第２軸１６は、トーションバー１７を介して互いにトルク伝達可能であり、所定の範囲内で相対回転可能とされている。
【００１５】
電動パワーステアリング装置１は、ステアリングシャフト３の第２軸１６に、ウォームギヤ機構等の減速機構１８を介して動力を伝達する操舵補助用の電動モータ１９と、マイクロコンピュータを含むＥＣＵ（Electronic Control Unit)２０とを備える。電動モータ１９は、例えばブラシレスモータからなり、電動モータ１９には、モータロータの回転角を検出する回転角センサ１９ａが備えられている。
【００１６】
また、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材２に負荷される操舵トルクを検出すトルクセンサ２１と、トルクセンサ２１と一体に設けられたインデックスセンサ２２と、車速を検出する車速センサ２３とを備える。
トルクセンサ２１では、トーションバー１７のねじれに起因する第１軸１５と第２軸１６との相対回転変位量に基づく磁束変化から、ステアリングシャフト３に付与されるトルクを検出する。
【００１７】
ＥＣＵ２０は、トルクセンサ２１および車速センサ２３の検出結果に基づいて、操舵補助用の電動モータ１９を駆動制御する機能を有する。
ＥＣＵ２０が、操舵補助用の電動モータ１９を駆動すると、電動モータ１９の出力回転（動力）が、減速機構１８で減速されて第２軸１６へ伝達される。第２軸１６に伝えられた動力は、さらに中間軸５等を介して、ピニオン軸７、ラック軸１０、タイロッド１２およびナックルアーム等を含む転舵機構２４に伝えられ、運転者の操舵が補助される。
【００１８】
インデックスセンサ２２は、多回転する操舵部材２（ステアリングシャフト３）の位相が基準位置にあるときに、ＥＣＵ２０に対して、位置検出信号を出力する。ＥＣＵ２０は、インデックスセンサ２２からの位置検出信号の入力に基づいて、操舵部材２が何回転目にあるかを検出する機能を有する。
ＥＣＵ２０は、電動モータ１９に備えられる回転角センサ１９ａからの回転角検出信号と、インデックスセンサ２２からの位置検出信号とに基づいて、多回転する操舵部材２の操舵角を絶対角として検出する機能を有していてもよい。
【００１９】
図２は、トルクセンサ２１の分解斜視図であり、図３は電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。図２および図３に示すように、トーションバー１７の一端１７ａは、ピン２５を用いて第１軸１５に結合され、トーションバー１７の他端１７ｂは、ピン２６を用いて第２軸１６に結合されている。
トルクセンサ２１は、トルク検出用の多極磁石である第１磁石２７と、一対の軟磁性体製の磁気ヨークコア２８，２９と、磁気ヨークコア２８，２９からの磁束を誘導する一対の集磁リング３０，３１と、例えばホールＩＣからなるトルク検出用の第１磁気センサ３２とを備えている。
【００２０】
第１磁石２７は、第１軸１５の一端に一体回転可能に結合された多極着磁のリング状磁石であり、その周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。第１磁石２７の軸線と、第１軸１５の軸線とは、互いに一致している。
第１磁石２７の径方向外側に配置された一対の磁気ヨークコア２８，２９は、第１磁石２７に対して相対回転可能に第２軸１６の一端に結合されている。一対の磁気ヨークコア２８，２９は、互いに離隔して向き合うヨークコアリング２８ａ，２９ａと、ヨークコアリング２８ａ，２９ａの複数の周方向位置にそれぞれ配置された複数の爪２８ｂ，２９ｂとを有している。
【００２１】
図４に示すように、一対の磁気ヨークコア２８，２９は、それぞれの爪２８ｂ，２９ｂが周方向に適当な間隔でずれるように対向する状態で、筒状の樹脂部材３３にモールドされている。一対の磁気ヨークコア２８，２９は、筒状の樹脂部材３３にモールドされて筒状の磁気ヨーク組立体３４（磁気ヨークアセンブリ）を形成している。
図３およひ図４に示すように、磁気ヨーク組立体３４の内周３４ａ（樹脂部材３３の内周に相当）には、第２軸１６の一端が圧入固定される円筒状の強磁性体製のカラー３５が嵌合固定されている。カラー３５を構成する強磁性体としては、鉄、コバルト、ニッケルまたはそれらの合金を用いることができる。カラー３５は、磁気ヨーク組立体３４に対して、圧入により固定されてもよいし、接着剤を介して固定されてよい。また、カラー３５は、樹脂部材３３の樹脂成形時に金型内にインサートされて樹脂部材３３に固定されてもよい。
【００２２】
図３に示すように、磁気ヨークコア２８，２９を保持した磁気ヨーク組立体３４が、カラー３５を介して第２軸１６に取り付けられている。第１磁石２７及び磁気ヨークコア２８，２９が相対回転することによりヨークコアリング２８ａ，２９ａ間の磁束密度が変化するように構成されている。
図４に示すように、第１磁石２７に対向する、各磁気ヨークコア２８，２９の爪２８ｂ，２９ｂは、樹脂部材３３の内周から露出している。磁気ヨーク２８，２９は、第１軸１５および第２軸１６にトルクが加えられていない操舵中立状態において、それぞれの爪２８ｂ，２９ｂの先端が、第１磁石２７のＮ極及びＳ極の境界を指すように配置される。
【００２３】
図２および図３に示すように、一対の集磁リング３０，３１は、軟磁性体を用いて形成された環状の部材であり、磁気ヨーク２８，２９のそれぞれの径方向外側に、磁気ヨーク８，２９に対して相対回転可能に配置されており、磁気ヨーク２８，２９にそれぞれ磁気的に結合されている。
一対の集磁リング３０，３１は、環状の本体３０ａ，３１ａと、本体３０ａ，３１ａから径方向外方に延設される平板状の集磁板３０ｂ，３１ｂとを有している。一対の集磁リング３０，３１は、それぞれの集磁板３０ｂ，３１ｂが第１軸１５の軸方向Ｘに離間して対向するように配置されている。これら集磁板３０ｂ，３１ｂ間に、第１磁気センサ３２が挿入されている。
【００２４】
図３に示すように、一対の集磁リング３０，３１および第１磁気センサ３２が、筒状の樹脂部材３６内にモールドされている。樹脂部材３６は、磁気ヨーク組立体３４の樹脂部材３３を取り囲むように配置されている。樹脂部材３６は、筒状のセンサハウジング３７に固定されている。センサハウジング３７は、ステアリングシャフト３を挿通させて回転可能に支持する筒状のステアリングコラム３８の一部を形成している。
【００２５】
第１磁気センサ３２は、集磁板３０ｂ，３１ｂ間に生ずる磁束の密度を検出するものであり、集磁板３０ｂ，３１ｂ間に生ずる磁束のうち、軸方向Ｘに平行な成分に応じた出力（電位差）を生じるように配置されている。
ＥＣＵ２０は、第１磁気センサ３２からの出力信号の信号レベル（ホールＩＣの出力電圧）に基づいて、ステアリングシャフト３に入力された操舵トルクを算出する構成となっている。
【００２６】
図３および図４に示すように、インデックスセンサ２２は、磁気ヨーク組立体３４の外周３４ｂ（筒状の樹脂部材３３の外周に相当）に例えば接着剤を用いて固定された第２磁石３９と、集磁リング３０，３１および第１磁気センサ３２を保持する筒状の樹脂部材３６によって保持された第２磁気センサ４０とを備える。
第２磁石３９は、第２軸１６と一体回転する磁気ヨーク組立体３４の周方向Ｚ（図４を参照）の所定位置に配置されている。図３に示すように、第２磁気センサ４０は、センサハウジング３７に固定された樹脂部材３６の周方向の所定位置（基準位置）に配置されている。
【００２７】
第２軸１６が１回転する毎に、第２磁石３９が基準位置にある第２磁気センサ４０に対向することにより、インデックスセンサ２２が、ＥＣＵ２０に対して、位置検出信号を出力する。
磁気ヨーク組立体３４の軸方向Ｙに関して、カラー３５の少なくとも一部が、磁気ヨークコア２８，２９と第２磁石３９との間に配置されている。図３に示されているように、磁気ヨーク組立体３４の軸方向Ｙに関して、カラー３５の全体が、磁気ヨークコア２８，２９と第２磁石３９との間に配置されていてもよい。また、図示していないが、カラー３５の一部が、磁気ヨーク組立体３４の軸方向Ｙに関して、磁気ヨークコア２８，２９と第２磁石３９との間に配置されていてもよい。
【００２８】
また、第２磁石３９とカラー３５との距離Ｄ１が、第２磁石３９と磁気ヨークコア２９（一対の磁気ヨークコア２８，２９のうち第２磁石３９に近い側の磁気ヨークコア２９）との距離Ｄ２よりも小さくされている（Ｄ１＜Ｄ２）。
本実施形態によれば、インデックスセンサ２２用の第２磁石３９からトルクセンサ２１の磁気ヨークコア２８，２９への磁束が、強磁性体製のカラー３５に短絡される。したがって、第２磁石３９からトルクセンサ２１の磁気ヨークコア２８，２９側への磁気干渉が抑制されて、トルクの検出精度が高くなる。また、磁気ヨーク組立体３４をステアリングシャフト３（第２軸１６）に取り付けるために通例設けられているカラー３５が、磁気干渉を抑制する部材を兼用するので、磁気干渉を抑制する部材を別途設ける必要がなく、構造の簡素化を通じて製造コストを安くすることができる。
【００２９】
また、第２磁石３９とカラー３５との距離Ｄ１が、第２磁石３９と磁気ヨークコア２９（一対の磁気ヨークコア２８，２９のうち第２磁石３９に近い側の磁気ヨークコア２９）との距離Ｄ２よりも小さい（Ｄ１＜Ｄ２）。したがって、第２磁石３９から磁気ヨークコア２８，２９側への磁気干渉を確実に低減することができる。
また、第２磁石３９が、磁気ヨーク組立体３４（の樹脂部材３３）に固定されている。したがって、磁気ヨーク組立体３４とインデックスセンサ２２用の第２磁石３９とを一体のユニットとして取り扱うことができるので、構造を簡素化することができる。
【００３０】
また、図３のように、磁気ヨーク組立体３４の軸方向Ｙに関して、カラー３５の全体が、磁気ヨークコア２８，２９と第２磁石３９との間に配置される場合、磁気干渉の抑制に、カラー３５の全領域を用いることができる。このため、磁気干渉をより確実に低減することができる。
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態のトルクセンサ２１Ｐを備える電動パワーステアリング装置１Ｐの要部の断面図である。
【００３１】
図５の第２実施形態のトルクセンサ２１Ｐが、図３の第１実施形態のトルクセンサ２１と主に異なるのは、下記である。すなわち、第２実施形態では、磁気ヨーク組立体３４Ｐの軸方向Ｙに関して、カラー３５の一部が、インデックスセンサ２２Ｐ用の第２磁石３９Ｐと磁気ヨークコア２８，２９との間に配置されている。
また、第２磁石３９Ｐに設けられた凸部４１が、磁気ヨーク組立体３４Ｐの樹脂部材３３Ｐを径方向に挿通する挿通孔４２に挿入されて固定されている。また、第２磁石３９Ｐの凸部４１の端部は、カラー３５の外周に当接または近接している。
【００３２】
図５の第２実施形態の構成要素において、図３の第１実施形態の構成要素と同じ構成要素には、図３の第１実施形態の構成要素の参照符号と同じ参照符号を付してある。
第２実施形態によれば、インデックスセンサ２２Ｐ用の第２磁石３９Ｐからトルクセンサ２１Ｐの磁気ヨーク２８，２９への磁束が、強磁性体製のカラー３５に短絡される。したがって、第１実施形態のトルクセンサと同様の作用効果を奏することができる。
【００３３】
また、第２磁石３９Ｐの凸部４１を磁気ヨーク組立体３４Ｐの樹脂部材３３Ｐの挿通孔４２に挿入して固定するので、固定が確実である。
第２実施形態において、挿通孔４２は、樹脂部材３３Ｐを貫通しない有底のものであってもよい。
第２実施形態において、磁石粒や磁石の微粉とバインダとしての樹脂とが混ぜ合わされたものを磁気ヨーク組立体３４Ｐの挿通孔４２内で成形固化させて、ボンド磁石からなる第２磁石３９Ｐを形成してもよい。その場合、第２磁石の形成と、磁気ヨーク組立体への第２磁石の固定とを同時に行うことができて、組立性が良い。
【００３４】
本発明は各前記実施形態に限定されるものではなく、各磁気センサとして、ホールＩＣに代えて磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を用いるようにしてもよい。その他、本発明は、特許請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００３５】
１；１Ｐ…電動パワーステアリング装置、２…操舵部材、３…ステアリングシャフト、１５…第１軸、１６…第２軸、１７…トーションバー、１８…減速機構、１９…電動モータ、２０…ＥＣＵ、２１…トルクセンサ、２２…インデックスセンサ、２３…車速センサ、２４…転舵機構、２７…第１磁石、２８，２９…磁気ヨークコア、３０，３１…集磁リング、３２…第１磁気センサ、３３；３３Ｐ…樹脂部材、３４；３４Ｐ…磁気ヨーク組立体、３４ａ…内周、３４ｂ…外周、３９…第２磁石、４０…第２磁気センサ、Ｄ１，Ｄ２…距離、Ｙ…（磁気ヨーク組立体の）軸方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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