(57)【要約】【課題】検出対象物である回転部材の軸端を用いずに、検出部が被検出部に対して非接触に配設され、レイアウト上のデッドスペース（他の部品が配されていない空所）を有効活用することができる角度センサおよび電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】検出対象物の回転角度を検出する角度センサにおいて、検出対象物である回転軸と、該回転軸の外周に固定的に取り付けられたウォームホイールと、回転軸に連動して回転するリング磁石と、該リング磁石が発生させる磁界の向きを検出する磁気検出素子とを備え、リング磁石をウォームホイールに一体に取り付けた。【選択図】図７
2008298531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象物の回転角度を検出する角度センサであって、
前記検出対象物である回転軸と、
該回転軸の外周に固定的に取り付けられたウォームホイールと、
前記回転軸に連動して回転するリング磁石と、
該リング磁石が発生させる磁界の向きを検出する磁気検出素子と
を備え、
前記リング磁石は、前記ウォームホイールに一体に取り付けられたことを特徴とする角度センサ。
【請求項２】
前記ウォームホイールは、樹脂によって形成された樹脂ギア部を備え、かつ、
前記リング磁石は、前記樹脂ギア部と一体に成形された請求項１に記載の角度センサ。
【請求項３】
前記リング磁石は、前記樹脂ギア部に内蔵されている請求項２に記載の角度センサ。
【請求項４】
前記ウォームホイールは、少なくともいずれか一方面に円周方向に沿って形成された凹溝を有し、かつ、
前記リング磁石および前記磁気検出素子は、前記ウォームホイールの前記凹溝内に配設された請求項１に記載の角度センサ。
【請求項５】
検出対象物の回転角度を検出する角度センサであって、
前記検出対象物である回転軸と、
該回転軸の外周に固定的に取り付けられたウォームホイールと、
該ウォームホイールに形成された樹脂ギア部と、
該樹脂ギア部の一部の樹脂に磁性粉を混入して形成された着磁部と、
該着磁部が発生させる磁界の向きを検出する磁気検出素子と
を備えたことを特徴とする角度センサ。
【請求項６】
前記ウォームホイールは、少なくともいずれか一方面に円周方向に沿って形成された凹溝を有し、かつ、
前記着磁部は、前記ウォームホイールの前記凹溝の周側面に形成されるとともに、
前記磁気検出素子は、前記ウォームホイールの凹溝内に配設された請求項５に記載の角度センサ。
【請求項７】
トルクセンサで検出された操舵トルクに基づいて、電動モータの回転力を減速機構を介してステアリングシャフトに伝達することにより、操舵を補助するようにした電動パワーステアリング装置において、
前記請求項１ないし６のいずれか一項に記載の角度センサを、前記ステアリングシャフトに連結されたステアリングホイールによる操舵状態を検出する手段として用い、
前記請求項１ないし６のいずれか一項に記載の回転軸を、前記ステアリングシャフトとして用い、かつ、
前記請求項１ないし６のいずれか一項に記載のウォームホイールを、前記減速機構を構成する一要素として用いたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出対象物である回転部材の回転角度を検出する角度センサ、および該角度センサを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、車両に搭載される電動パワーステアリング装置などでは、ステアリングホイールの操舵状態を検出する必要があるため、ステアリングシャフトの回転角（舵角）を検出する角度センサ（舵角センサ）が配設されている。
【０００３】
従来より、このような角度センサとして、軸端を用いて回転角を検出するタイプのものと、軸端を用いずに回転角を検出するタイプのものが知られている。
【０００４】
前者の角度センサとして、例えば特許文献１には、非回転側部材に配置された磁気センサアレイと、該磁気センサアレイに対向して回転する回転側部材の軸端に配置された磁石とを備え、磁気センサアレイからの出力から磁石の回転角度を算出するように構成された回転検出装置が開示されている。
【０００５】
一方、後者の角度センサとして、例えば特許文献２には、中央部にステアリングの軸と係合する係合部が設けられている回転歯車と、該回転歯車に噛合する第一の検出歯車と、該第一の検出歯車に噛合する第二の検出歯車と、該一および第二の歯車のそれぞれの中央部に装着された磁石と、各磁石に対向するように配された磁気検出素子とを備え、各磁石の磁気の方向変化を磁気検出素子で検出して、回転歯車の回転角度を検出するように構成された回転角度検出装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２３４５３０号公報
【特許文献２】特開２００６−２９２４５２号公報
【特許文献３】再公表２００４／００４９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の回転検出装置（以下、角度センサ）では、回転側部材の軸端を用いる必要があるため、検出部の配置が制約されてしまうという問題があった。特に、電動パワーステアリング装置では、ステアリングシャフトを構成する回転部材の各軸端には、ユニバーサルジョイントやラック・ピニオン機構などが設けられているため、ステアリングシャフトの回転角度を検出するための角度センサを、上記特許文献１のように回転部材の軸端に配設することは困難であった。
【０００８】
また、上記特許文献２の回転角度検出装置（以下、角度センサ）では、複数の歯車からなる減速機を介して回転角度を検出する構成のため、歯と歯とを噛合させるために形成されたバックラッシの影響を避けることができない、という問題があった。
【０００９】
ところで、上述のような角度センサが搭載される電動パワーステアリング装置では、特許文献３に開示されるように、車両の衝突時に乗員を保護するため、法規上もしくは安全上、ステアリングコラムにエネルギ吸収機構を備える必要があった。このエネルギ吸収機構は、ステアリングシャフトと該ステアリングシャフトを回転自在に支持するステアリングコラムとを、それぞれ２つの部材（アウターシャフトとインナーシャフト、ならびにアウターコラムとインナーコラム）から構成し、衝突時に、アウターシャフトやアウターコラムを軸方向に所定の範囲内で移動可能にしている。
【００１０】
ちなみに、エネルギの吸収量は、衝撃によって作用する力と上記移動可能なストロークの積で決まるので、乗員への衝撃力を小さくして、障害を軽減するには、ストロークをできるだけ長く確保することが重要である。
【００１１】
ところが、コラム型の電動パワーステアリング装置では、ステアリングシャフトの軸方向に減速機やトルクセンサを設ける必要があるとともに、ユニバーサルジョイントと減速機ユニットとの間にステアリングシャフト（出力軸）が露出するスペースを設けて、角度センサを配設しなければならない。そのため、ストロークは、車体のスペースから一定の長さに制限されてしまい、限られたスペースの中で、エネルギ吸収機構の十分なストローク長さを確保するのが難しい、という問題があった。
【００１２】
そこで、例えば特許文献３には、乗員を保護するためのエネルギ吸収機能を損なうことなく、ステアリングシャフトに角度センサを装着できるようにした電動パワーステアリング装置が開示されている。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、検出対象物である回転部材の軸端を用いずに、検出部が被検出部に対して非接触に配設され、レイアウト上のデッドスペース（他の部品が配されていない空所）を有効活用することができる角度センサおよび電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の上記目的は、検出対象物の回転角度を検出する角度センサにおいて、前記検出対象物である回転軸と、該回転軸の外周に固定的に取り付けられたウォームホイールと、前記回転軸に連動して回転するリング磁石と、該リング磁石が発生させる磁界の向きを検出する磁気検出素子とを備え、前記リング磁石が、前記ウォームホイールに一体に取り付けられたことにより、達成される。
【００１５】
また、上記目的は、前記ウォームホイールが、樹脂によって形成された樹脂ギア部を備え、かつ、前記リング磁石が、前記樹脂ギア部と一体に成形されたことにより、効果的に達成される。
【００１６】
また、上記目的は、前記リング磁石が、前記樹脂ギア部に内蔵されていることにより、効果的に達成される。
【００１７】
また、上記目的は、前記ウォームホイールが、少なくともいずれか一方面に円周方向に沿って形成された凹溝を有し、かつ、前記リング磁石および前記磁気検出素子が、前記ウォームホイールの前記凹溝内に配設されたことにより、効果的に達成される。
【００１８】
また、上記目的は、検出対象物の回転角度を検出する角度センサにおいて、前記検出対象物である回転軸と、該回転軸の外周に固定的に取り付けられたウォームホイールと、該ウォームホイールに形成された樹脂ギア部と、該樹脂ギア部の一部の樹脂に磁性粉を混入して形成された着磁部と、該着磁部が発生させる磁界の向きを検出する磁気検出素子とを備えることにより、達成される。
【００１９】
また、上記目的は、前記ウォームホイールが、少なくともいずれか一方面に円周方向に沿って形成された凹溝を有し、かつ、前記着磁部が、前記ウォームホイールの前記凹溝の周側面に形成されるとともに、前記磁気検出素子が、前記ウォームホイールの凹溝内に配設されたことにより、効果的に達成される。
【００２０】
さらに、上記目的は、トルクセンサで検出された操舵トルクに基づいて、電動モータの回転力を減速機構を介してステアリングシャフトに伝達することにより、操舵を補助するようにした電動パワーステアリング装置において、前記角度センサを前記ステアリングシャフトに連結されたステアリングホイールによる操舵状態を検出する手段として用い、前記回転軸を前記ステアリングシャフトとして用い、かつ、前記ウォームホイールを前記減速機構を構成する一要素として用いたことにより、効果的に達成される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る角度センサによると、被検出部であるリング磁石が、ウォームホイールに一体に取り付けられ、磁気検出素子がリング磁石から生じる磁界の向きを検出する構成になっている。この構成により、ウォームホイール周辺のスペースを有効利用することができ、かつ、検出対象物である回転軸の回転角度を非接触で検出することができるので、バックラッシ等による検出誤差の影響を受けずに高精度な検出を実現することができる。その上、本発明に係る角度センサは、従来の角度センサより部品点数が削減されて簡易化された構造になっているので、製造コストおよび組立作業の軽減を図ることができる。
【００２２】
また、本発明に係る角度センサによれば、リング磁石をウォームホイールの樹脂ギアと一体成形することにより、リング磁石を確実にウォームホイールに固定することができ、かつ、ウォームホイールの芯金部によるシールド効果を得ることができる。
【００２３】
また、本発明に係る角度センサによれば、リング磁石をウォームホイールの樹脂ギアに内蔵することにより、リング磁石を配設するためのスペースを省略することができ、かつ、ウォームホイールの芯金部をリング磁石を支持するバックヨークとして有効利用することができる。
【００２４】
また、本発明に係る角度センサによれば、ウォームホイールの樹脂ギア部の一部の樹脂に磁性粉を混入して着磁部を形成し、この着磁部を被検出部として用いることにより、リング磁石を別途用意する必要がなくなり、部品点数をより削減することができる。
【００２５】
さらに、本発明に係る角度センサによれば、ウォームホイールのいずれか一方面に円周方向に沿って形成された凹溝に、リング磁石（または着磁部）と磁気検出素子とを設けることにより、ウォームホイール周辺のスペースをより有効活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照にしながら本発明の実施形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態に係る角度センサを備えた電動パワーステアリング装置の概略構成を示す機構図である。同図において、電動パワーステアリング装置１の操舵機構は、先端部に取り付けられたステアリングホイール２の操舵操作に応じて回転するステアリングシャフト３と、該ステアリングシャフト３の他端部側にユニバーサルジョイント４，５を介して連結され、ステアリングシャフト２の回転運動をラック軸の直線運動に変換するラック・ピニオン機構６と、該ラック・ピニオン機構６のラック軸の動きを操向車輪に伝達するタイロッド７とから構成されている。
【００２８】
また、電動パワーステアリング装置１のコラム部には、ステアリングホイール２を介してステアリングシャフト３に入力された操舵トルクを検出するトルクセンサ８と、操舵機構の回転角（操舵角）を検出する角度センサ９と、減速機構１０を介してステアリングシャフト３に連結された操舵補助用の電動モータ１１とが設けられている。
【００２９】
電動モータ１１の駆動は、制御回路などを搭載したコントロールユニット（ＥＣＵ）１２によって制御される。このコントロールユニット１２には、バッテリ１３から電力が供給されるとともに、イグニションキー１４からイグニションキー信号が入力される。そして、コントロールユニット１２は、トルクセンサ８で検出された操舵トルク値Ｔ、角度センサ９で検出された操舵角Ｓ、および車速センサ１５で検出された車速Ｖなどに基づいて、操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに応じて電動モータ１１に供給する駆動電流を制御する。
【００３０】
［第１実施形態］
図２は、本発明の第１実施形態に係る角度センサを概略的に示す斜視図であり、図３は、その概略断面図である。
【００３１】
これらの図において、減速機構１０の一要素を構成するウォームホイール１６は、ステアリングシャフト３の外周に圧入等によって固定され、ステアリングシャフト３と一体に回転するように取り付けられている。このウォームホイール１６には、電動モータの出力軸に連結されたウォーム（図示せず）が噛合され、電動パワーステアリング装置１の減速機構１０を構成している。
【００３２】
ウォームホイール１６は、ステアリングシャフト３に一体回転可能に結合される環状の芯金部１７と、芯金部１７の周囲を取り囲んでギア歯を形成する合成樹脂製の樹脂ギア部１８とを備えている。なお、芯金部１７は、樹脂ギア部１８の樹脂成形の際に、金型内にインサートされて樹脂ギア部１８と一体に成形される。
【００３３】
また、ウォームホイール１６の一方面（図３の右側面）には、角度センサ９の被検出部である環状のリング磁石１９が一体に取り付けられている。このリング磁石１９は、図４に示すように、Ｎ極とＳ極とからなる２極着磁パターンを有し、ステアリングシャフト３およびウォームホイール１６と一体に回転する。
【００３４】
また、リング磁石１９の周側面（本実施形態では外周面）に対向する所定の位置には、角度センサ９の検出部として、リング磁石１９が発生する磁界の方向を検出する磁気検出素子２０が配設されている。この磁気検出素子２０は、例えばＡＭＲ素子（異方性磁気抵抗素子）などであり、ステアリングシャフト３の回転に連動してリング磁石１９が回転することにより生じる磁界の方向変化を検出する。
【００３５】
このような構成からなる角度センサ９では、被検出部であるリング磁石１９がステアリングシャフト３と一体に回転することにより変化する磁界の方向を、磁気検出素子２０によって検出することによって、ステアリングシャフト３の回転角度、すなわちステアリングシャフト３に連結されたステアリングホイール２の操舵状態を検出するようになっている。そして、磁気検出素子２０によって検出された回転角度信号（操舵角信号）は、磁気検出素子２０と電気的に接続されたＥＣＵ１２に出力され、ＥＣＵ１２が電動モータ１１に供給する駆動電流を制御する際に参照される。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係る角度センサ９では、被検出部であるリング磁石１９が、ウォームホイール１６に一体的に取り付けられ、検出部であるリング磁石１９の外周面に対向する所定の位置に磁気検出素子２０が配設されていることにより、ステアリングシャフト３の軸方向における角度センサの設置スペースを省スペース化することができ、ウォームホイール１６の周辺のスペースを有効利用することができる。
【００３７】
また、本実施形態に係る角度センサ９では、リング磁石１９と磁気検出素子２０とによって、検出対象物であるステアリングシャフト３の回転角度を非接触で検出することができるので、バックラッシなどによる検出誤差の影響を受けずに高精度な検出を実現することができる。その上、本実施形態に係る角度センサ９は、従来の角度センサより部品点数が削減された簡易な構成であるため、製造コストおよび組立作業の軽減を図ることができる。
【００３８】
なお、図３で示した角度センサでは、磁気検出素子２０は、リング磁石１９の外周面に対向する所定の位置に配設されているが、これに限定されず、例えばリング磁石１９の内周面に対向する所定の位置に配設されていてもよい。この配置構造の場合、リング磁石１９が磁気検出素子２０に対して磁気シールドとして作用することできるので、より高精度な回転角度検出を実現することができる。
【００３９】
また、樹脂ギア部１８の樹脂成形の際に、上述した芯金部１７と同様、リング磁石１９を樹脂ギア部１８と一体に成形し、ウォームホイール１６に対して確実に固定されるようにしてもよい。
【００４０】
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係る角度センサを概略的に示す断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４１】
同図に示すように、本実施形態に係る角度センサ９Ａでは、ウォームホイール１６Ａの樹脂ギア部１８Ａに、被検出部であるリング磁石１９Ａが埋め込まれ、該リング磁石１９Ａを内蔵した樹脂ギア部１８Ａの外周面に対向する所定の位置に、検出部である磁気検出素子２０Ａが配設されている。リング磁石１９Ａは、図４に示すように、Ｎ極とＳ極とからなる２極着磁パターンを有し、ステアリングシャフト３およびウォームホイール１６Ａと一体に回転する。
【００４２】
このような構成からなる角度センサ９Ａによれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得られることはもとより、リング磁石１９Ａをウォームホイール１６Ａの樹脂ギア部に内蔵することによって、リング磁石１９Ａの取付スペースを別途確保する必要がなくなり、ウォームホイール１６Ａの周辺のスペースをより有効活用することができ、かつ、ウォームホイール１６Ａの芯金部１７Ａをリング磁石１９Ａを支持するバックヨークとして有効利用することができる。
【００４３】
また、本実施形態に係る角度センサ９Ａでは、リング磁石１９Ａの表面がウォームホイール１６Ａの樹脂ギア部１８Ａによって被覆されているため、割れやすい焼結磁石等をリング磁石１９Ａとして用いたとしても、その破損を防止することができる。すなわち、耐蝕性、耐酸性に優れているが脆く割れやすいという焼結磁石の欠点を克服して、リング磁石１９Ａとして適用することができる。
【００４４】
［第３実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態に係る角度センサを概略的に示す断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４５】
本実施形態に係る角度センサ９Ｂでは、ウォームホイール１６Ｂの樹脂ギア部１８Ｂの一部（図６では、ウォームホイール１６Ｂの右側面の突部）が、樹脂ギア部１８Ｂの基材である樹脂に磁性粉を混入して形成された着磁部２１になっている。この着磁部２１は、Ｎ極とＳ極とからなる２極着磁パターンを有し、ステアリングシャフト３およびウォームホイール１６Ｃと一体に回転して角度センサ９Ｂの被検出部として作用する。また、この着磁部２１の外周面に対向する所定の位置には、着磁部２１が発生させる磁界の向きを検出する磁気検出素子２０Ｂが配設されている。
【００４６】
このような構成からなる角度センサ９Ｂによれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得られることはもとより、磁性粉を含有する着磁部２１を被検出部として用いることにより、上述したリング磁石１９を別途用意する必要がなくなり、部品点数をより削減することができる。
【００４７】
なお、本実施形態の角度センサ９Ｂでは、樹脂ギア部１８Ｂの一部のみが、樹脂基材に磁性粉を含有した着磁部２１になっているが、これに限定されず、例えば樹脂ギア部１８Ｂを形成する全体の樹脂基材に磁性粉を含有させてもよい。
【００４８】
［第４実施形態］
図７は、本発明の第４実施形態に係る角度センサを概略的に示す断面図である。なお、同図において、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４９】
同図に示すように、本実施形態に係る角度センサ９Ｃでは、ウォームホイール１６Ｃの一方面（図７の右側面）に円周方向に沿って凹溝２２が形成され、該凹溝２２の内周側面には、被検出部であるリング磁石１９Ｃが一体に取り付けられている。このリング磁石１９Ｃは、図４に示すように、Ｎ極とＳ極とからなる２極着磁パターンを有し、ステアリングシャフト３およびウォームホイール１６Ｃと一体に回転する。また、このリング磁石１９Ｃの外周面に対向する凹溝２２内の所定の位置には、リング磁石１９Ｃが発生させる磁界の向きを検出する磁気検出素子２０Ｃが配設されている。
【００５０】
このような構成からなる本実施形態に係る角度センサ９Ｃによれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得られることはもとより、ウォームホイール１６Ｃの周辺のスペースをより有効活用することができる。
【００５１】
なお、本実施形態の角度センサ９Ｃでは、リング磁石１９Ｃは、凹溝２２の内周側面に取り付けられているが、これに限定されず、例えば凹溝２２の外周側面に取り付けられていてもよい。また、このリング磁石１９Ｃを設けずに、凹溝２２の内周側面または外周側面の樹脂基材に磁性粉を含有させて着磁部を形成し、この着磁部を角度センサ９Ｃの被検出部としてもよい。
【００５２】
さらに、磁気検出素子２０Ｃをリング磁石１９Ｃまたは上述した着磁部の内側に配置することで、磁気検出素子２０Ｃに対してシールド効果を持たせることができる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態に係る角度センサを備えた電動パワーステアリング装置の概略構成を示す機構図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る角度センサを概略的に示す斜視図である。
【図３】図２の角度センサの概略断面図である。
【図４】図２の角度センサのリング磁石を示す正面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る角度センサを概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る角度センサを概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る角度センサを概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１      電動パワーステアリング装置
２      ステアリングホイール
３      ステアリングシャフト
８      トルクセンサ
９      角度センサ
１０      減速機構
１１      電動モータ
１６      ウォームホイール
１８      樹脂ギア部
１９      リング磁石
２０      磁気検出素子
２１      着磁部
２２      凹溝
【図１】
2008298531.tif 000003
【図２】
2008298531.tif 000004
【図３】
2008298531.tif 000005
【図４】
2008298531.tif 000006
【図５】
2008298531.tif 000007
【図６】
2008298531.tif 000008
【図７】
2008298531.tif 000009