(57)【要約】【課題】トルク検出コイルと温度補償コイルを有するトルクセンサにおいて、検出精度を向上すること。【解決手段】トルクセンサ３０において、入力軸１４の外周に設けられる円筒部１４Ａと、入力軸１４に固定され、磁路形成部３１Ａを端面に形成した第１の円筒３１と、出力軸１５に固定され、第１の円筒３１の磁路形成部３１Ａに対向する磁路形成部３２Ａを端面に形成した第２の円筒３２と、第１と第２の円筒３１、３２とともに磁気回路ａを構成しているトルク検出コイル３５を収納する第１の筒体３３と、入力軸１４の円筒部１４Ａとともに磁気回路ｂを構成している温度補償コイル３６を収納した第２の筒体３４とを有するもの。【選択図】  図２
2005003462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
入力軸と出力軸の一方の外周に設けられ、磁性材料からなる円筒部と、
入力軸に固定され、磁路形成部を端面に形成した磁性材料からなる第１の円筒と、
出力軸に固定され、第１の円筒の磁路形成部に対向する磁路形成部を端面に形成した磁性材料からなる第２の円筒と、
第１と第２の円筒とともに磁気回路を構成しているトルク検出コイルを収納する第１の筒体と、
前記円筒部とともに磁気回路を構成している温度補償コイルを収納した第２の筒体とを有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記円筒部を入力軸自体にて構成する請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記円筒部を入力軸と出力軸の一方に嵌合した円筒リングにて構成する請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記第１の円筒と第２の円筒が互いに同一形状をなしている請求項１〜３のいずれかに記載のトルクセンサ。
【請求項５】
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１〜４のいずれか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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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１に固定され、磁路形成部（歯）２Ａを端面に形成した磁性材料からなる第１の円筒２と、出力軸３に固定され、第１の円筒２の磁路形成部２Ａに対向する磁路形成部（歯）４Ａを端面に形成した磁性材料からなる第２の円筒４と、第１と第２の円筒２、４とともに磁気回路ａを構成しているトルク検出コイル５Ａを収納する第１の筒体５と、第１の円筒２とともに磁気回路ｂを構成している温度補償コイル６Ａを収納した第２の筒体６とを有し、入力軸１と出力軸３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（図５）。
【０００４】
【特許文献１】
実登録２５８３９７４（３頁、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のトルクセンサでは、第１の円筒２がトルク検出コイル５Ａのための磁気回路ａの構成要素になるとともに、温度補償コイル６Ａのための磁気回路ｂの構成要素にもなっている。このため、トルク検出コイル５Ａの磁気回路ａと温度補償コイル６Ａの磁気回路ｂが同一の構成要素たる第１の円筒２の内部で干渉し、結果としてトルクセンサの検出精度を損なうおそれがある。
【０００６】
本発明の課題は、トルク検出コイルと温度補償コイルを有するトルクセンサにおいて、検出精度を向上することにある。
【０００７】
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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、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、入力軸と出力軸の一方の外周に設けられ、磁性材料からなる円筒部と、入力軸に固定され、磁路形成部を端面に形成した磁性材料からなる第１の円筒と、出力軸に固定され、第１の円筒の磁路形成部に対向する磁路形成部を端面に形成した磁性材料からなる第２の円筒と、第１と第２の円筒とともに磁気回路を構成しているトルク検出コイルを収納する第１の筒体と、前記円筒部とともに磁気回路を構成している温度補償コイルを収納した第２の筒体とを有するようにしたものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記円筒部を一方の軸自体にて構成するようにしたものである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の発明において更に、前記円筒部を入力軸と出力軸の一方に嵌合した円筒リングにて構成するようにしたものである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１〜３の発明において更に、前記第１の円筒と第２の円筒が互いに同一形状をなしているようにしたものである。
【００１２】
請求項５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１〜４のいずれか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。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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はトルクセンサを示す模式図、図４は温度補償コイルのための磁気回路を示す断面図、図５は従来のトルクセンサを示す模式図である。
【００１４】
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は軸受１７を介して第２ハウジング１２に支持し、出力軸１５は軸受１８を介して第１ハウジング１１に支持する。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、大径部Ａ、小径部Ｂを備え、大径部Ａの外周を円筒部１４Ａとし、小径部Ｂに磁性材料からなる第１の円筒３１を圧入固定的に取付けている。第１の円筒３１の下部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３１Ａを備える。
【００１９】
ここで、第１の円筒３１にあっては、下部端面の周方向に矩形の多数の歯４１を形成し、歯４１の山部の平面視矩形の頂面を入力軸１４の中心軸に直交する平面に形成する。そして、第１の円筒３１の下部端面の一部である歯４１の谷部に、ステンレス鋼、アルミニウム、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材５１の平面視矩形の遮蔽部５１Ａを隙間なく嵌着している（図３）。第１の円筒３１の端面の周方向で、遮蔽材５１の遮蔽部５１Ａが遮蔽する部分の側傍（相隣る遮蔽部５１Ａ、５１Ａに挟まれる平面視矩形部分）の非遮蔽部は、歯４１の山部の頂面そのものに合致し、この非遮蔽部を前述の磁路形成部３１Ａとする。遮蔽材５１は、遮蔽部５１Ａの裏面に突設した突起５１Ｂを、第１の円筒３１の歯４１の谷部底面に設けた嵌合溝に圧入固定的に嵌合する。
【００２０】
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、磁性材料からなる第２の円筒３２を圧入固定的に取付けている。第１の円筒３１と第２の円筒３２は、入力軸１４と出力１５の軸方向に並置される。第２の円筒３２の上部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３２Ａを備える。
【００２１】
ここで、第２の円筒３２にあっては、上部端面の周方向に矩形の多数の歯４２を形成し、歯４２の山部の平面視矩形の頂面を出力軸１５の中心軸に直交する平面に形成する。そして、第２の円筒３２の上部端面の一部である歯４２の谷部に、ステンレス鋼、アルミニウム、樹脂等の非磁性材料からる遮蔽材５２の平面視矩形の遮蔽部５２Ａを隙間なく嵌着している（図３）。第２の円筒３２の端面の周方向で、遮蔽材５２の遮蔽部５２Ａが遮蔽する部分の側傍（相隣る遮蔽部５２Ａ、５２Ａに挟まれる平面視矩形部分）の非遮蔽部は、歯４２の山部の頂面そのものに合致し、この非遮蔽部を前述の磁路形成部３２Ａとする。遮蔽材５２は、遮蔽部５２Ａの裏面に突設した突起５２Ｂを、第２の円筒３２の歯４２の谷部底面に設けた嵌合溝に圧入固定的に嵌合する。
【００２２】
第１の円筒３１の磁路形成部３１Ａと第２の円筒３２の磁路形成部３２Ａは適宜長離隔された対向関係をなす。本実施形態において、第１の円筒３１と第２の円筒３２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。
【００２３】
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３３と第２の筒体３４が挿入されている。
【００２４】
第１の筒体３３は、第１の円筒３１と第２の円筒３２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３５を収納する。３５Ａはトルク検出コイル３５に接続された測定用コードである。第１の筒体３３は第１の円筒３１、第２の円筒３２と磁気回路ａを構成し、この磁気回路ａは、第１の筒体３３と第１の円筒３１の表面とのエアギャップａ１、第２の円筒３２の表面とのエアギャップａ２、及び第１の円筒３１と第２の円筒３２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３５は第１の円筒３１、第２の円筒３２と電磁結合し、電磁結合状態に相応する電圧を誘致する。
【００２５】
第２の筒体３４は、入力軸１４の円筒部１４Ａを囲んでハウジング１２に内嵌され、温度補償コイル３６を収納する。３６Ａは温度補償コイル３６に接続された測定用コードである。第２の筒体３４は円筒部１４Ａと磁気回路ｂを構成し（図４）、この磁気回路ｂは、第２の筒体３４と円筒部１４Ａ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３６は円筒部１４Ａと電磁結合し、電磁結合状態に相応する電圧を誘起する。
【００２６】
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３５と温度補償コイル３６の誘起電圧が等しくなるように、第１の円筒３１、第２の円筒３２、円筒部１４Ａの電磁結合状態を求め、第１の円筒３１、第２の円筒３２をそれぞれ位置決めする。円筒部１４Ａの外径は、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。
【００２７】
従って、トルクセンサ３０にあっては、トルク検出コイル３５と温度補償コイル３２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の円筒３１と第２の円筒３２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を検出可能にする。
【００２８】
本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
（１）トルク検出コイル３５のための磁気回路ａは第１と第２の円筒３１、３２を用いて構成され、温度補償コイル３６のための磁気回路ｂは入力軸１４の円筒部１４Ａを用いて構成される．従って、トルク検出コイル３５の磁気回路ａと温度補償コイル３６の磁気回路ｂは、同一構成要素を共用することがなく、両磁気回路ａ、ｂの直接的な干渉を生ずることがないから、トルクセンサ３０の検出精度を向上できる。
【００２９】
（２）温度補償コイル３６のための磁気回路ｂを構成する入力軸１４の円筒部１４Ａを入力軸１４自体にて構成することにより、構成の簡素を図ることができる。温度補償コイル３６の電気特性（インダクタンス）の調整は、入力軸１４自体の外径寸法の調整で行なうことができ、容易である。但し、入力軸１４自体の外周に、電気特性調整用の溝加工を施しても良い。
【００３０】
（３）第１の円筒３１が、温度補償コイル３６のための磁気回路ｂを構成しないから、トルク検出コイル３５の上半部に対応するだけで足り小型化でき、トルク検出コイル３５の下半部に対応する第２の円筒３２と同様の短尺体で足りる。さらに、第１と第２の円筒３１、３２を互いに同一形状として、共通部品化できる。
【００３１】
（４）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（１）〜（３）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。
【００３２】
尚、本発明の実施に際しては、温度補償コイル３６のための磁気回路ｂを構成する入力軸１４の外周の円筒部１４Ａとして、入力軸１４の外周そのものによらず、入力軸１４の外周に嵌合した磁性材料からなる円筒リングにて構成しても良いし、出力軸１５の外周に円筒部を設けて、その対応部に温度補償コイルを配置しても良い。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態を図面により記述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態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。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、トルク検出コイルと温度補償コイルを有するトルクセンサにおいて、検出精度を向上できる。
【００３５】
また、本発明によれば、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できる。
【図面の簡単な説明】
【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はトルクセンサを示す模式図である。
【図４】図４は温度補償コイルのための磁気回路を示す断面図である。
【図５】図５は従来のトルクセンサを示す模式図である。
【符号の説明】
１０  電動パワーステアリング装置
１４  入力軸
１４Ａ  円筒部
１５  出力軸
１６  トーションバー
３０  トルクセンサ
３１  第１の円筒
３１Ａ  磁路形成部
３２  第２の円筒
３２Ａ  磁路形成部
３３  第１の筒体
３４  第２の筒体
３５  トルク検出コイル
３６  温度補償コイル
【図１】
2005003462.tif 000003
【図２】
2005003462.tif 000004
【図３】
2005003462.tif 000005
【図４】
2005003462.tif 000006
【図５】
2005003462.tif 000007