(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と出力軸のそれぞれを入力軸受と出力軸受のそれぞれを介してハウジングに支持し、
入力軸と出力軸のそれぞれに固定される第１と第２のコアとともに磁気回路を構成するトルク検出コイルをハウジングに設け、
入力軸と出力軸とを連結したトーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサにおいて、
温度補償コイルをハウジングに設け、該温度補償コイルと入力軸の間に前記入力軸受を設け、該温度補償コイルを該入力軸受に電磁結合してなることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記入力軸受が温度補償コイルのコイルボビンと入力軸の間に設けられる請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
ステアリングホイールが結合される入力軸と、電動モータに連動する出力軸とを有し、請求項１又は２に記載のトルクセンサの検出トルクにより電動モータを駆動する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】
本発明はトルクセンサ及び電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールが結合される入力軸と、出力軸とがトーションバーを介して連結され、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサにより検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクを出力軸に伝え、結果として、電動モータの発生トルクを運転者がステアリングホイールに加える操舵力に対するアシスト力として用いる。
【０００３】
従来のトルクセンサは、特許文献１に記載の如く、入力軸と出力軸のそれぞれを入力軸受と出力軸受のそれぞれを介してハウジングに支持し、入力軸と出力軸のそれぞれに固定される第１と第２のコアとともに磁気回路を構成するトルク検出コイルをハウジングに設け、入力軸と出力軸とを連結したトーションバーに作用するトルクを検出する。
【０００４】
また、特許文献１のトルクセンサでは、磁性材料からなる入力軸の外周円筒部とともに磁気回路を構成する温度補償コイルをハウジングに設け、トルク検出コイルと温度補償コイルの誘起電圧の差を求めることにより、周囲温度変化による誘起電圧を相殺し、トルクセンサの検出精度を向上する。
【特許文献１】特開2005-3462
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のトルクセンサでは、ハウジング軸方向で温度補償コイルの直上側傍に入力軸受を設け、温度補償コイルは入力軸の外周円筒部に電磁結合しており、以下の問題点がある。
【０００６】
(1)温度補償コイルの直上に入力軸受を設けており、温度補償コイルの磁気回路に入力軸受が磁気的に干渉して磁気特性を低下させることのないように磁気遮蔽を考慮する必要がある。
【０００７】
(2)入力軸受が、入力軸と出力軸の軸方向において、温度補償コイルを挟んで出力軸受の反対側に位置付けられるから、入力軸受と出力軸受の支持スパンが大きい。このため、入力軸と出力軸の同軸度を向上することに困難を伴ない、両者の回転偏心によりトルク検出精度を損なうおそれがある。
【０００８】
本発明の課題は、温度補償コイルの磁気特性を安定化し、トルクセンサの検出精度を向上することにある。
【０００９】
本発明の他の課題は、電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト精度を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、入力軸と出力軸のそれぞれを入力軸受と出力軸受のそれぞれを介してハウジングに支持し、入力軸と出力軸のそれぞれに固定される第１と第２のコアとともに磁気回路を構成するトルク検出コイルをハウジングに設け、入力軸と出力軸とを連結したトーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサにおいて、温度補償コイルをハウジングに設け、該温度補償コイルと入力軸の間に前記入力軸受を設け、該温度補償コイルを該入力軸受に電磁結合してなるようにしたものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記入力軸受が温度補償コイルのコイルボビンと入力軸の間に設けられるようにしたものである。
【００１２】
請求項３の発明は、ステアリングホイールが結合される入力軸と、電動モータに連動する出力軸とを有し、請求項１又は２に記載のトルクセンサの検出トルクにより電動モータを駆動する電動パワーステアリング装置である。
【発明の効果】
【００１３】
（請求項１）
(a)ハウジングに設けた温度補償コイルと入力軸の間に入力軸受を設け、温度補償コイルを入力軸受と直接電磁結合したから、入力軸受が温度補償コイルの磁気回路を構成しているので、入力軸受の該磁気回路への干渉を考慮する必要がない。従って、温度補償コイルの磁気特性を簡易に安定化できる。
【００１４】
(b)入力軸受が、入力軸と出力軸の軸方向において、温度補償コイルを挟んで出力軸受の反対側に位置するものでなく、温度補償コイルと同位置に位置付けられるから、入力軸受と出力軸受間の支持スパンを小さくできる。このため、入力軸と出力軸の同軸度が向上し、両者の回転偏心を抑えてトルク検出精度を向上できる。
【００１５】
（請求項２）
(c)入力軸受を温度補償コイルのコイルボビンに保持し、入力軸を安定的に支持できる。
【００１６】
（請求項３）
(d)電動パワーステアリング装置のトルクセンサにおいて、上述(a)〜(c)を実現できる。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト精度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図、図２はトルクセンサを拡大して示す断面図、図３はトルクセンサの模式図である。
【実施例】
【００１８】
電動パワーステアリング装置１０は、図１に示す如く、車体フレーム等に固定される第１ハウジング１１に第２ハウジング１２をボルト結合する。そして、ステアリングホイールが結合される入力軸１４と、出力軸１５をトーションバー１６を介して同軸結合し、入力軸１４は入力軸受１７を介して第２ハウジング１２に支持し、出力軸１５は出力軸受１８を介して第１ハウジング１１に支持する。
【００１９】
電動パワーステアリング装置１０は、出力軸１５にピニオン軸を連結し、ピニオン軸のピニオンに噛み合うラックを備えたラック軸をハウジングに左右動可能に支持する。出力軸１５の回転運動をピニオン軸を介してラック軸の直線運動に変換し、車輪を操舵する。
【００２０】
電動パワーステアリング装置１０は、第１ハウジング１１に電動モータ（不図示）を支持し、電動モータの出力軸にはウォームギヤ２１が結合され、ウォームギヤ２１に噛み合うウォームホイール２２を第１ハウジング１１と第２ハウジング１２の中で出力軸１５に固定してある。
【００２１】
電動パワーステアリング装置１０は、入力軸１４と出力軸１５の間にトルクセンサ３０を設けている。ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサ３０により検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクをウォームギヤ２１、ウォームホイール２２を介して出力軸１５に伝える。これにより、電動モータの発生トルクを運転者がステアリングホイールに加える操舵力に対するアシスト力として用いる。
【００２２】
しかるに、トルクセンサ３０は以下の如くに構成される（図２）。
入力軸１４は、磁性材料からなり、ハウジング１２の内部に位置して出力軸１５に同軸的に結合されている部分の側傍に、直径部Ａ、直径部Ｂを備え、直径部Ａの外周を円筒部１４Ａとし、直径部Ｂに円筒状の第１のコア４０を圧入固定的に取付けている。第１のコア４０の下端端面には周方向に等ピッチで形成された平面視矩形の多数の磁路形成部４０Ａを備える。
【００２３】
出力軸１５は、ハウジング１２の内部に位置して入力軸１４に同軸的に結合されている部分の外周に円筒状の第２のコア５０を圧入固定的に取付けている。第２のコア５０の上端部端面には、第１のコア４０の磁路形成部４０Ａに対向する、周方向に等ピッチで形成された平面視矩形の多数の磁路形成部５０Ａを備える。
【００２４】
ハウジング１２の内周には、磁性材料である焼結合金又は、プレス等からなる断面コ字形の第１の筒体６０と第２の筒体７０が挿入されている。
【００２５】
第１の筒体６０は、第１のコア４０と第２のコア５０の対向部分に跨るように、それらを囲んでハウジング１２に内嵌され、トルク検出コイル６１を収納する。６２はトルク検出コイル６１に接続された検出接続線である。
【００２６】
第１の筒体６０は第１のコア４０、第２のコア５０と磁気回路ａを構成し、この磁気回路ａは、第１の筒体６０と第１のコア４０の表面とのエアギャップａ1、第２のコア５０の表面とのエアギャップａ2、及び第１のコア４０と第２のコア５０の対向端面間のエアギャップａ3を経るように形成される。トルク検出コイル６１は第１のコア４０、第２のコア５０と電磁結合し、電磁結合状態に相応する電圧を誘致する。
【００２７】
第２の筒体７０は、入力軸１４の直径部Ａを囲んでハウジング１２に内嵌され、温度補償コイル７１を収納する。７２は温度補償コイル７１に接続された検出接続線である。
【００２８】
ここで、トルクセンサ３０は、温度補償コイル７１と入力軸１４の直径部Ａの間に磁性材料からなる前述の入力軸受１７を設けている。入力軸受１７は、外輪１７Ａを温度補償コイル７１の樹脂製コイルボビン７１Ａの内周段差面に嵌合保持し、内輪１７Ｂを入力軸１４の直径部Ａの外周段差面に嵌着し、入力軸１４を回転自在に支持する。第２の筒体７０は入力軸受１７（外輪１７Ａ）と磁気回路ｂを構成し、この磁気回路ｂは、第２の筒体７０と入力軸受１７（外輪１７Ａ）の表面とのエアギャップｂ1、ｂ2を経るように形成される。温度補償コイル７１と第２の筒体７０とは入力軸受１７（外輪１７Ａ）と電磁結合し、電磁結合状態に相応する電圧を誘起する。
【００２９】
トーションバー１６にトルクが作用していない場合には、トルク検出コイル６１と温度補償コイル７１の誘起電圧が等しくなるように、第１のコア４０、第２のコア５０、入力軸受１７の電磁結合状態を求め、第１のコア４０、第２のコア５０をそれぞれ位置決めする。入力軸受１７のサイズは、磁気回路ｂ中のエアギャップｂ1、ｂ2のそれぞれが磁界に与える影響、即ちそれぞれの磁気抵抗ｇｂ1、ｇｂ2の和が、磁気回路ａ中のエアギャップａ1、ａ2、ａ3のそれぞれが磁界に与える影響、即ちそれぞれの磁気抵抗ｇａ1、ｇａ2、ｇａ3の和と等しくなるように設定される。
【００３０】
従って、トルクセンサ３０にあっては、トルク検出コイル６１と温度補償コイル７１の誘起電圧の差を求めることにより、周囲温度変化による誘起電圧を相殺し、第１のコア４０と第２のコア５０の相対回転量に相応した電磁結合状態を検出し、トーションバー１６に作用したトルク、換言すればステアリングホイールに加えられた操舵トルクのみを検出可能にする。
【００３１】
本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)ハウジング１２に設けた温度補償コイル７１と入力軸１４の間に入力軸受１７を設け、温度補償コイル７１を入力軸受１７と直接電磁結合したから、入力軸受１７が温度補償コイル７１の磁気回路の一部を構成し、該磁気回路に干渉することがない。従って、温度補償コイル７１の磁気特性を簡易に安定化できる。
【００３２】
(b)入力軸受１７が、入力軸１４と出力軸１５の軸方向において、温度補償コイル７１を挟んで出力軸受の反対側に位置するものでなく、温度補償コイル７１と同位置に位置付けられるから、入力軸受１７と出力軸受１８間の支持スパンを小さくできる。このため、入力軸１４と出力軸１５の同軸度が向上し、両者の回転偏心を抑えてトルク検出精度を向上できる。
【００３３】
(c)入力軸受１７を温度補償コイル７１のコイルボビン７１Ａに保持し、温度補償コイル７１に近接して配置でき、入力軸１４を安定的に支持できる。
【００３４】
(d)電動パワーステアリング装置１０のトルクセンサ３０において、上述(a)〜(c)を実現できる。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト精度を向上できる。
【００３５】
尚、トルクセンサ３０は、第１のコア４０と第２のコア５０を以下の如くに構成している。
【００３６】
第１のコア４０は、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材４２を金型にセットし、この遮蔽材４２の周囲に、樹脂に鉄粉等の磁性材金属粉を混合した磁性材４１を鋳込んでインサートモールドしてなるものである。具体的には、遮蔽材４２は円筒状（円筒本体４２Ａ）をなし、下端部の周方向複数位置に歯４２Ｂを設け、相隣る歯４２Ｂの間の谷部４２Ｃに磁性材４１をモールドする。より具体的には、遮蔽材４２は円筒本体４２Ａの下端部の周方向複数か所からＬ形をなして径方向外方に突出する歯４２Ｂを形成し、歯４２Ｂの山部の下向き端面である平面視矩形端面を入力軸１４の中心軸に直交する平面に形成するとともに、円筒本体４２Ａの下端部の相隣る歯４２Ｂの間に谷部４２Ｃを形成し、磁性材４１を遮蔽材４２の円筒本体４２Ａの外周及び谷部４２Ｃの中にモールドする。磁性材４１は遮蔽材４２の円筒本体４２Ａの外周にモールドされる円筒本体４１Ａと、円筒本体４１Ａの下端部の周方向複数か所からＬ形をなして径方向内方に突出する装填部分４１Ｂを形成し、装填部分４１Ｂの下向き端面である平面視矩形端面を歯４２Ｂの山部の下向き端面そのものに合致させて入力軸１４の中心軸に直交する平面に形成する。
【００３７】
そして、第１のコア４０は、遮弊材４２の歯４２Ｂを磁性材４１に対する磁気的遮蔽部４０Ｂとする。第１のコア４０は、下端面の周方向で遮蔽材４２の遮蔽部４０Ｂ（歯４２Ｂ）が遮蔽する部分の側傍（相隣る遮蔽部４０Ｂ、４０Ｂに挟まれる平面視矩形部分）の磁性材４１の非遮蔽部（装填部分４１Ｂ）を、歯４２Ｂの山部の下向き端面そのものに合致させ、この非遮蔽部を前述の磁路形成部４０Ａとする。
【００３８】
このとき、第１のコア４０は、磁性材４１を遮蔽材４２の円筒本体４２Ａの下端部〜中間部の外周にモールドし、中間部〜上端部の外周にはモールドしない。第１のコア４０は、この遮蔽材４２の円筒本体４２Ａを入力軸１４の小径部Ｂに圧入する。
【００３９】
第２のコア５０は、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材５２を金型にセットし、この遮蔽材５２の周囲に、樹脂に鉄粉等の磁性材金属粉を混合した磁性材５１を鋳込でインサートモールドしてなるものである。具体的には、遮蔽材５２は円筒状（円筒本体５２Ａ）をなし、上端部の周方向複数位置に歯５２Ｂを設け、相隣る歯５２Ｂの間の谷部５２Ｃに磁性材５１をモールドする。より具体的には、遮蔽材５２は円筒本体５２Ａの上端部の周方向複数か所からＬ形をなして径方向外方に突出する歯５２Ｂを形成し、歯５２Ｂの山部の上向き端面である平面視矩形端面を出力軸１５の中心軸に直交する平面に形成するとともに、円筒本体５２Ａの上端部の相隣る歯５２Ｂの間に谷部５２Ｃを形成し、磁性材５１を遮蔽材５２の円筒本体５２Ａの外周及び谷部５２Ｃの中にモールドする。磁性材５１は遮蔽材５２の円筒本体５２Ａの外周にモールドされる円筒本体５１Ａと、円筒本体５１Ａの上端部の周方向複数か所からＬ形をなして径方向内方に突出する装填部分５１Ｂを形成し、装填部分５１Ｂの上向き端面である平面視矩形端面を歯５２Ｂの山部の上向き端面そのものに合致させて出力軸１５の中心軸に直交する平面に形成する。
【００４０】
そして、第２のコア５０は、遮弊材５２の歯５２Ｂを磁性材５１に対する磁気的遮蔽部５０Ｂとする。第２のコア５０は、上端面の周方向で遮蔽材５２の遮蔽部５０Ｂ（歯５２Ｂ）が遮蔽する部分の側傍（相隣る遮蔽部５０Ｂ、５０Ｂに挟まれる平面視矩形部分）の磁性材５１の非遮蔽部（装填部分５１Ｂ）を、歯５２Ｂの山部の上向き端面そのものに合致させ、この非遮蔽部を前述の磁路形成部５０Ａとする。
【００４１】
このとき、第２のコア５０は、磁性材５１を遮蔽材５２の円筒本体５２Ａの上端部〜中間部の外周にモールドし、中間部〜下端部の外周にはモールドしない。第２のコア５０は、この遮蔽材５２の円筒本体５２Ａを出力軸１５に圧入する。
【００４２】
第１のコア４０の磁路形成部４０Ａと第２のコア５０の磁路形成部５０Ａは適宜長離隔された対向関係をなす。本実施例において、第１のコア４０（磁性材４１、遮蔽材４２）と第２のコア５０（磁性材５１、遮蔽材５２）は内外径寸法、軸長寸法を同一とする同一形状とされている。
【００４３】
従って、本実施例にあっては以下の作用効果も奏する。
(a)第１と第２のコア４０、５０の端面に非磁性材料からなる遮蔽材４２、５２を設け、遮蔽材４２、５２の遮蔽部４０Ｂ、５０Ｂの側傍の磁性材の非遮蔽部を磁路形成部４０Ａ、５０Ａとした。第１のコア４０の磁路形成部４０Ａと第２のコア５０の磁路形成部５０Ａの間で生ずる磁束の通路は、図３（Ｂ）の実線矢印で示す如くに、第１のコア４０において相隣る遮蔽材４２の遮蔽部４０Ｂと遮蔽部４０Ｂに挟まれる範囲の磁路形成部４０Ａ、第２のコア５０において相隣る遮蔽材５２の遮蔽部５０Ｂと遮蔽部５０Ｂに挟まれる範囲の磁路形成部５０Ａに限定され、図３（Ｂ）の破線矢印で示す如くの遮蔽部４０Ｂ、５０Ｂの側に回り込むことを抑制される。このため、入力軸１４と出力軸１５の間のトーションバー１６のねじれに伴なう、第１のコア４０の磁路形成部４０Ａと第２のコア５０の磁路形成部５０Ａの重なり面積（磁束通過面積）の変化のみに応じた透磁率の変化量となり、トルク検出コイル６１の検出出力幅を増大でき、ひいては検出精度及び感度を向上できる。
【００４４】
(b)各コア４０、５０が、非磁性材料からなる遮蔽材４２、５２を、樹脂に磁性材金属粉を混合した磁性材４１、５１でインサートモールドしてなることにより、磁性材４１、５１と遮蔽材４２、５２のエアギャップをなくし、トルクセンサ３０の検出感度を向上できる。
【００４５】
(c)各コア４０、５０は、磁性材４１、５１と遮蔽材４２、５２の両部品の組立てのための寸法公差の管理の如くを不要とし、組立性を向上する。
【００４６】
(d)磁性材４１、５１は、磁性材金属粉を樹脂に混合したものを、金型にセットされた遮蔽材４２、５２の周囲にモールドするだけで成形され、低コストになる。
【００４７】
(e)第１のコア４０の遮蔽材４２を入力軸に圧入し、第２のコア５０の遮弊材５２を出力軸に圧入するものであり、各コア４０、５０の組付性を簡易にできる。
【００４８】
(f)各コア４０、５０は、金型にセットされた遮蔽材４２、５２の相隣る歯４２Ｂ、５２Ｂの間の谷部４２Ｃ、５２Ｃに磁性材４１、５１をモールドすることで、組立性を向上できる。
【００４９】
(g)各コア４０、５０が、磁性材４１、５１を遮蔽材４２、５２の円筒本体４２Ａ、５２Ａの外周及び谷部４２Ｃ、５２Ｃの中にモールドしてなるから、磁性材４１、５１と遮蔽材４２、５２の結合強度を軸方向及び周方向で強化できる。
【００５０】
(h)各コア４０、５０は、磁性材４１、５１を遮蔽材４２、５２の円筒本体の一端部〜中間部外周のみにモールドし、中間部〜他端部の外周にモールドしないから、金型にセットされた遮蔽材４２、５２のインサートモールド時の放熱性をその中間部〜他端部で良好にし、結果として遮弊材４２、５２のこの部分での熱ひずみを極小にし、入力軸又は出力軸への圧入寸法精度を向上し、各コア４０、５０の組付性を向上する。
【００５１】
(i)各コア４０、５０が互いに同一形状をなすことにより、各コア４０、５０を共通部品化できる。
【００５２】
(j)電動パワーステアリング装置１０のトルクセンサ３０において、上述(a)〜(i)を実現できる。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト精度を向上できる。
【００５３】
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本発明のコア４０、５０において、遮蔽材４２、５２は磁性材４１、５１（鉄等）より電気抵抗率が低い金属（アルミニウム、銅等）からなるものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図である。
【図２】図２はトルクセンサを拡大して示す断面図である。
【図３】図３はトルクセンサの模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  電動パワーステアリング装置
１１、１２  ハウジング
１４  入力軸
１５  出力軸
１６  トーションバー
１７  入力軸受
１８  出力軸受
３０  トルクセンサ
４０  第１のコア
５０  第２のコア
６１  トルク検出コイル
７１  温度補償コイル
７１Ａ  コイルボビン
【図１】
0004718955.tif 000002
【図２】
0004718955.tif 000003
【図３】
0004718955.tif 000004