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技術 車両用検出装置

出願人 日立金属株式会社
発明者 片岡裕太池田幸雄堀田健作
出願日 2013年10月24日 (7年1ヶ月経過) 出願番号 2013-220882
公開日 2015年4月27日 (5年7ヶ月経過) 公開番号 2015-081880
状態 特許登録済
技術分野 トルクの測定 感知要素の出力の伝達及び変換
主要キーワード 回転ヨーク 固定ヨーク ネオジウム磁石 回転検出用 トルク検出用 磁性板 フェライト磁石 コラムハウジング
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

課題

小型化が可能で、回転検出部からトルク検出部への磁束の干渉を抑制することができる車両用検出装置を提供する。

解決手段

車両用検出装置1は、ステアリング軸10が受けるトルクを検出するトルク検出部2と、ステアリング軸10の回転を検出する回転検出部3とを備え、回転検出部3は、ステアリング軸10の側方に配置されたヨーク31と、ステアリング軸10に対してヨーク31を一体に保持する非磁性保持部材32と、ステアリング軸10の側方に配置され、ヨーク31に磁束を及ぼす回転検出用磁石33と、ステアリング軸10の回転に伴いヨーク31が回転検出用磁石33に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化を検出する磁気検出素子34とを有し、保持部材32は、ヨーク31をステアリング軸10から磁気的に離間させて保持する。

概要

背景

従来、車両のステアリング軸回転軸)に加わるトルクとステアリング軸の回転数を検出する車両用検出装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

この車両用検出装置は、ステアリング軸に加わるトルクを磁気的に検出するトルクセンサトルク検出部)と、ステアリング軸の回転数を磁気的に検出するインデックスセンサ回転検出部)とを備える。

トルクセンサは、ステアリング軸の周囲を取り囲むように配置された円環状の第1磁石部と、第1磁石部の側方に配置された第1磁気センサとを備え、ステアリング軸に組み込まれたトーションバーの捩じり角度を第1磁石部によって形成される磁束密度の変化として検出する。

インデックスセンサは、ステアリング軸に取り付けられた円筒状のカラーと、ステアリング軸と一体に回転するようにカラーの外周に密接して配置されたヨークと、ヨークの側方にカラーの周方向に沿って配置された一対のインデックスセンサ用磁石からなる第2磁石部と、一対のインデックスセンサ用磁石の間に配置された第2磁気センサとを備え、ステアリング軸の回転を第2磁石部によって形成される磁束密度の変化として検出する。

そして車両用検出装置は、インデックスセンサの第2磁石部とトルクセンサの第1磁気センサとの間に、第2磁石部から放射される磁束の方向を第1磁気センサの検出方向と異なる方向に変化させる磁性板を配置して構成されている。この磁性板により、第2磁石部から放射された磁束がトルクセンサの第1磁気センサに干渉してトルクセンサの検出精度が低下することを抑制している。

概要

小型化が可能で、回転検出部からトルク検出部への磁束の干渉を抑制することができる車両用検出装置を提供する。車両用検出装置1は、ステアリング軸10が受けるトルクを検出するトルク検出部2と、ステアリング軸10の回転を検出する回転検出部3とを備え、回転検出部3は、ステアリング軸10の側方に配置されたヨーク31と、ステアリング軸10に対してヨーク31を一体に保持する非磁性保持部材32と、ステアリング軸10の側方に配置され、ヨーク31に磁束を及ぼす回転検出用磁石33と、ステアリング軸10の回転に伴いヨーク31が回転検出用磁石33に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化を検出する磁気検出素子34とを有し、保持部材32は、ヨーク31をステアリング軸10から磁気的に離間させて保持する。

目的

本発明は、小型化が可能で、回転検出部からトルク検出部への磁束の干渉を抑制することができる車両用検出装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

操舵操作によって回転する回転軸が受けるトルク磁気的に検出するトルク検出部と、前記回転軸の回転を磁気的に検出する回転検出部とを備え、前記回転検出部は、前記回転軸の側方に配置された磁性体と、非磁性の材料からなり、前記回転軸に対して前記磁性体を一体に保持する保持部材と、前記回転軸の側方に配置され、前記磁性体に磁束を及ぼす磁石と、前記回転軸の回転に伴い前記磁性体が前記磁石に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化を検出する磁気検出素子とを有し、前記保持部材は、前記磁性体を前記回転軸から磁気的に離間させて保持する車両用検出装置

請求項2

前記磁気検出素子は、前記磁性体との間に前記磁石を挟む位置に配置された、請求項1に記載の車両用検出装置。

請求項3

前記回転検出部は、前記回転軸の周囲を取り囲むように配置された円筒状の磁性部材をさらに備え、前記磁性体は、前記磁性部材の側方に前記磁性部材から離間して配置された強磁性体である、請求項1又は2に記載の車両用検出装置。

請求項4

前記磁石は、一対の磁極が前記回転軸に直交する方向に配置され、前記磁気検出素子は、前記磁束密度の変化の検出方向が前記回転軸に直交する方向である、請求項1乃至3の何れか1項に記載の車両用検出装置。

技術分野

0001

本発明は、車両の回転軸に加わるトルクと回転軸の回転数を検出する車両用検出装置に関する。

背景技術

0002

従来、車両のステアリング軸(回転軸)に加わるトルクとステアリング軸の回転数を検出する車両用検出装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

0003

この車両用検出装置は、ステアリング軸に加わるトルクを磁気的に検出するトルクセンサトルク検出部)と、ステアリング軸の回転数を磁気的に検出するインデックスセンサ回転検出部)とを備える。

0004

トルクセンサは、ステアリング軸の周囲を取り囲むように配置された円環状の第1磁石部と、第1磁石部の側方に配置された第1磁気センサとを備え、ステアリング軸に組み込まれたトーションバーの捩じり角度を第1磁石部によって形成される磁束密度の変化として検出する。

0005

インデックスセンサは、ステアリング軸に取り付けられた円筒状のカラーと、ステアリング軸と一体に回転するようにカラーの外周に密接して配置されたヨークと、ヨークの側方にカラーの周方向に沿って配置された一対のインデックスセンサ用磁石からなる第2磁石部と、一対のインデックスセンサ用磁石の間に配置された第2磁気センサとを備え、ステアリング軸の回転を第2磁石部によって形成される磁束密度の変化として検出する。

0006

そして車両用検出装置は、インデックスセンサの第2磁石部とトルクセンサの第1磁気センサとの間に、第2磁石部から放射される磁束の方向を第1磁気センサの検出方向と異なる方向に変化させる磁性板を配置して構成されている。この磁性板により、第2磁石部から放射された磁束がトルクセンサの第1磁気センサに干渉してトルクセンサの検出精度が低下することを抑制している。

先行技術

0007

特開2010−237082号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかし、従来の車両用検出装置では、インデックスセンサの第2磁石部から放射される磁束のうち、カラーを介してステアリング軸に流れて第1磁気センサ側に影響する磁束に対しては対策が取られておらず、インデックスセンサとトルクセンサとの間の距離が短いと、インデックスセンサ用磁石の磁界の強度によっては、トルクセンサの検出精度に影響を与えるおそれがあった。この場合、例えばインデックスセンサをトルクセンサから離すことにより、インデックスセンサからトルクセンサへの磁束の干渉を低減することができるが、装置の大型化を招来してしまうこととなる。

0009

そこで、本発明は、小型化が可能で、回転検出部からトルク検出部への磁束の干渉を抑制することができる車両用検出装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

本発明は、上記課題を解決することを目的として、操舵操作によって回転する回転軸が受けるトルクを磁気的に検出するトルク検出部と、前記回転軸の回転を磁気的に検出する回転検出部とを備え、前記回転検出部は、前記回転軸の側方に配置された磁性体と、非磁性の材料からなり、前記回転軸に対して前記磁性体を一体に保持する保持部材と、前記回転軸の側方に配置され、前記磁性体に磁束を及ぼす磁石と、前記回転軸の回転に伴い前記磁性体が前記磁石に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化を検出する磁気検出素子とを有し、前記保持部材は、前記磁性体を前記回転軸から磁気的に離間させて保持する車両用検出装置を提供する。

発明の効果

0011

本発明によれば、小型化を可能としながら、回転検出部からトルク検出部への磁束の干渉を抑制することができる。

図面の簡単な説明

0012

本発明の実施の形態に係る車両用検出装置の構成例を示す断面図である。
比較例を示し、回転検出部のヨークをカラーに接触させた状態の磁束の流れを示す断面図である。
本実施の形態のトルク検出部の動作を説明するための図であり、(a)はトーションバーに捩じれが発生していない状態を示す斜視図、(b)はトーションバーに捩じれが発生した状態を示す斜視図である。
本実施の形態の回転検出部の動作を説明するための図であり、(a)はヨークが磁石に最も近づいた状態を示す断面図、(b)はヨークが磁石から離れた状態を示す断面図である。

実施例

0013

[実施の形態]
図1は、本発明の実施の形態に係る車両用検出装置の構成例を示す断面図である。

0014

この車両用検出装置1は、ステアリングホイールの操舵操作によって回転する回転軸としてのステアリング軸10が受ける操舵トルクを磁気的に検出するトルク検出部2と、ステアリング軸10の回転を磁気的に検出する回転検出部3とを備える。車両の操舵系には、操舵操作を補助する図略の電動パワーステアリング装置が設けられ、車両用検出装置1が検出した操舵トルク及びステアリング軸の回転数(車輪の向き)に応じて電動パワーステアリング装置の電動モータが車輪を転舵するためのトルクを出力する。

0015

ステアリング軸10は、ステアリングホイールに接続され、操舵力が入力される入力軸11と、電動パワーステアリング装置側に接続される出力軸12と、入力軸11と出力軸12とを連結するトーションバー13とを備え、図示しないコラムハウジングの内部に回転可能に支持されている。トーションバー13は、ステアリングホイール側の一方の端部がピン14によって入力軸11と相対回転不能に固定され、他方の端部がピン14によって出力軸12と相対回転不能に固定されている。

0016

(トルク検出部2の構成)
トルク検出部2は、入力軸11の周囲を取り囲むように入力軸11に固定された円筒状のトルク検出用磁石20と、入力軸11に固定された環状の第1の回転ヨーク21と、出力軸12に固定された環状の第2の回転ヨーク22と、第1の回転ヨーク21の外側に空隙を設けて配置された第1の固定ヨーク23と、第2の回転ヨーク22の外側に空隙を設けて配置された第2の固定ヨーク24と、第1の固定ヨーク23及び第2の固定ヨーク24との間に配置された第1の磁気検出素子25A及び第2の磁気検出素子25B(図1では第1の磁気検出素子25Aのみを示す。)と、第1及び第2の固定ヨーク23,24を保持するモールド樹脂から形成された保持部材26とを備える。

0017

第1及び第2の固定ヨーク23,24、第1及び第2の磁気検出素子25A,25B、及び保持部材26は、コラムハウジングを介して車体に固定されている。

0018

トルク検出用磁石20は、ステアリング軸10の軸方向Aの端部に一対の磁極(N極及びS極)が形成されている。トルク検出用磁石20は、本実施の形態では、図1において上側にN極、下側にS極が形成された永久磁石である。トルク検出用磁石20としては、例えばフェライト磁石ネオジウム磁石等を用いることができる。

0019

第1及び第2の磁気検出素子25A,25Bは、本実施の形態では、ホール素子を用い、磁束密度の検出方向25aが互いに逆向きとなるように配置されている。この配置により、ホール素子の温度特性及び軸方向Aの検出感度の影響を相殺し、車両用検出装置1の検出精度を高めている。

0020

(回転検出部3の構成)
回転検出部3は、入力軸11の周囲を取り囲むように入力軸11に固定された円筒状の磁性部材としてのカラー30と、カラー30の側方に入力軸11及びカラー30から磁気的に離間して配置された強磁性体としてのヨーク31と、入力軸11に対してカラー30及びヨーク31を一体に保持する保持部材32と、入力軸11の側方に配置され、ヨーク31に磁束を及ぼす回転検出用磁石33と、回転検出用磁石33のヨーク31と反対側に配置され、入力軸11の回転に伴いヨーク31が回転検出用磁石33に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化を検出する磁気検出素子34とを備える。ここで、「側方」とは、径方向の外方をいう。また、「磁気的に離間」とは、両者の間に空気及び又は非磁性材が介在して互いに離れていることをいう。

0021

保持部材32は、非磁性の材料からなる。本実施の形態では、保持部材32がモールド樹脂から形成され、カラー30及びヨーク31が保持部材32にインサート成形されている。この保持部材32は、ヨーク31をカラー30から離間して保持している。すなわち、カラー30の外周面と、この外周面に対向するヨーク31の対向面との間には、保持部材32の樹脂が介在している。なお、カラー30とヨーク31との間に空間が形成されていてもよい。

0022

回転検出用磁石33は、入力軸11に直交する方向(径方向)Bの端部に一対の磁極が形成されている。回転検出用磁石33は、本実施の形態では、図1において入力軸11側にN極、入力軸11と反対側にS極が形成された永久磁石である。回転検出用磁石33としては、例えばフェライト磁石、ネオジウム磁石等を用いることができる。

0023

磁気検出素子34は、磁束密度の検出方向34aが入力軸11に直交する方向である。つまり、磁気検出素子34は、入力軸11の軸方向Aに直交する方向(径方向)Bの磁束の磁束密度を検出する。また、磁気検出素子34は、ヨーク31との間に回転検出用磁石33を挟む位置に配置されている。この磁気検出素子34として、具体的にはホール素子を用いることができる。なお、磁気検出素子34としては、MR素子GI素子GMR素子等の他の磁気検出素子を用いてもよい。

0024

回転検出用磁石33及び磁気検出素子34は、コラムハウジングを介して車体に固定されている。つまり、ステアリング軸10が回転しても、回転検出用磁石33及び磁気検出素子34はステアリング軸10と共に回転せず、その位置が固定されている。

0025

カラー30は、ネジ止めや圧入等の固定手段によって入力軸11に相対回転不能及び軸方向移動不能に固定されている。カラー30は、鉄等の磁性体から形成され、その軸方向Aの長さは、ヨーク31の軸方向Aの長さよりも長く形成されている。このカラー30によって、入力軸11に流入する磁束が低減されている。

0026

ヨーク31は、例えば径方向Bの長さが軸方向Aの長さよりも長い直方体状に形成されている。なお、ヨーク31は、立方体状や円柱状、あるいは周方向に長い直方体状等、その他の形状でもよい。

0027

ヨーク31とカラー30との間の距離dは、0.1mm以上であることが好ましい。距離dが0.1mm未満であると、ヨーク33からカラー30に流入する磁束が多くなってしまう。

0028

図2は、比較例を示す。この比較例は、図1に示す構成において、ヨーク31をカラー30に接触させたものである。図2に示すように、ヨーク31とカラー30とが直接接触していると、回転検出用磁石33から放射される磁束33bがステアリング軸10を通ってトルク検出部2の第1及び第2の磁気検出素子25A,25Bに干渉し、検出精度を低下させるおそれがあるので、好ましくない。

0029

(トルク検出部2の動作)
図3は、トルク検出部2の動作を説明するための図であり、(a)はトーションバー13に捩じれが発生していない状態を示す斜視図、(b)はトーションバー13に捩じれが発生した状態を示す斜視図である。

0030

図3(a)に示すように、第1の回転ヨーク21は、環状の本体部210と、本体部210から軸方向Aに突出して形成された複数(本実施の形態では10個)の突起部211とを一体に有する。同様に、第2の回転ヨーク22は、環状の本体部220と、本体部220から軸方向Aに突出して形成された複数(第1の回転ヨーク21の突起部211と同数)の突起部221とを一体に有する。

0031

第1の固定ヨーク23は、第1の回転ヨーク21の本体部210と径方向Bに対向する内面を有する環状の環状部230と、環状部230から軸方向Aに延出して形成された延出部231と、延出部231の先端部から外方(トーションバー13から離間する方向)に向かって突出した突出部232とを一体に有する。同様に、第2の固定ヨーク24は、第2の回転ヨーク22の本体部220と径方向Bに対向する内面を有する環状の環状部240と、環状部240から軸方向Aに延出して形成された延出部241と、延出部241の先端部から外方に向かって突出した突出部242とを一体に有する。

0032

トルク検出部2における磁気回路は、図1に示すように、第1の磁路H1と第2の磁路H2とからなる磁路Hによって構成されている。第1の磁路H1は、トルク検出用磁石20と、第1及び第2の回転ヨーク21,22とで構成される。第2の磁路H2は、トルク検出用磁石20と、第1及び第2の回転ヨーク22,23の本体部220,230と、第1及び第2の固定ヨーク23,24とで構成される。

0033

入力軸11にトルクが作用してトーションバー13に捩じれが生じると、この捩じれに応じて第1の回転ヨーク21が第2の回転ヨーク22に対して相対的に変位し、図3(b)に示すように、第1の回転ヨーク21の突起部211の先端面211aと第2の回転ヨーク22の突起部221の先端面221aとが対向する面積が減少する。これにより、図1に示す第1の磁路H1における磁気抵抗が大きくなり、第1の磁路H1を流れる磁束の磁束密度が小さくなる。図1に示す第2の磁路H2における磁気抵抗は、入力軸11に作用するトルクの有無に関係なく一定であるため、第1の磁路H1の磁束密度の低下によって、第2の磁路H2の磁束密度が高くなる。

0034

したがって、第1及び第2の磁気検出素子25A,25Bは、トーションバー13の捩じれ量、すなわち入力軸11から出力軸12に伝達される操舵力(操舵トルク)を、第2の磁路H2の磁束密度の変化量として検出することが可能である。

0035

(回転検出部3の動作)
図4は、回転検出部3の動作を説明するための図であり、(a)はヨーク31が回転検出用磁石33に最も近づいた状態を示す断面図、(b)はヨーク31が回転検出用磁石33から離れた状態を示す断面図である。なお、図4に示す磁束33aは、回転検出用磁石33から放射される磁束の経路の一例を模式的に示すものである。

0036

ステアリング軸10が回転し、図4(a)に示すようにヨーク31が回転検出用磁石33に最も近づいた状態では、回転検出用磁石33から放射された磁束がヨーク31を通って、もしくはヨーク31及びカラー30を通って、磁気検出素子34を通過する。その結果、磁気検出素子34によって検出される磁束密度が増大する。

0037

さらにステアリング軸10が回転し、図4(b)に示すようにヨーク31が回転検出用磁石33から離れた状態になると、回転検出用磁石33から放射された磁束は、その磁気抵抗の増大により、磁気検出素子34を通過する磁束密度が小さくなる。このようにステアリング軸10の回転に伴ってヨーク31が回転検出用磁石33に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化が磁気検出素子34によって検出される。そして磁気検出素子34は、磁束密度に応じた検出信号を図示しないコンパレータに出力する。コンパレータは、磁気検出素子34からの検出信号と閾値とを比較し、検出信号が閾値を超えたときにステアリング軸10が1回転したことを示す回転信号を出力する。

0038

(第1の実施の形態の作用及び効果)
上記した第1の実施の形態によれば、以下に示す作用及び効果が得られる。

0039

(1)回転検出部3のヨーク31をステアリング軸10及びカラー30から磁気的に離間して配置しているので、ヨーク31とカラー30との間の磁気抵抗が、例えば比較例として図2に示したようにヨーク31とカラー30とを接触させた場合に比較して大きくなり、回転検出用磁石33から放射される磁束33aがヨーク31、カラー30、及びステアリング軸10を通ってトルク検出部2にほとんど到達しない。このため、回転検出用磁石33から放射される磁束がトルク検出部2の第1及び第2の磁気検出素子25A,25Bに干渉してしまうことを抑制できる。

0040

(2)回転検出部3をトルク検出部2に近接して配置することができるので、車両用検出装置1を小型化することが可能となる。

0041

(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

0042

[1]操舵操作によって回転する回転軸(10)が受けるトルクを磁気的に検出するトルク検出部(2)と、前記回転軸(10)の回転を磁気的に検出する回転検出部(3)とを備え、前記回転検出部(3)は、前記回転軸(10)の側方に配置された磁性体(31)と、非磁性の材料からなり、前記回転軸(10)に対して前記磁性体(31)を一体に保持する保持部材(32)と、前記回転軸(10)の側方に配置され、前記磁性体(10)に磁束を及ぼす磁石(33)と、前記回転軸(10)の回転に伴い前記磁性体(31)が前記磁石(33)に対して接近又は離間することによる磁束密度の変化を検出する磁気検出素子(34)とを有し、前記保持部材(32)は、前記磁性体(31)を前記回転軸(10)から磁気的に離間させて保持する車両用検出装置(1)。

0043

[2]前記磁気検出素子(34)は、前記磁性体(31)との間に前記磁石(33)を挟む位置に配置された、前記[1]に記載の車両用検出装置(1)。

0044

[3]前記回転検出部(3)は、前記回転軸(10)の周囲を取り囲むように配置された円筒状の磁性部材(30)をさらに備え、前記磁性体(31)は、前記磁性部材(30)の側方に前記磁性部材(30)から離間して配置された強磁性体である、前記[1]又は[2]に記載の車両用検出装置(1)。

0045

[4]前記磁石(33)は、一対の磁極が前記回転軸(10)に直交する方向に配置され、前記磁気検出素子(34)は、前記磁束密度の変化の検出方向(34a)が前記回転軸(10)に直交する方向である、前記[1]乃至[3]の何れか1つに記載の車両用検出装置(1)。

0046

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

0047

例えば、上記実施の形態では、入力軸11とヨーク31との間にカラー30を介在させたが、カラー30を省いてもよい。

0048

1…車両用検出装置
2…トルク検出部
3…回転検出部
10…ステアリング軸(回転軸)
20…トルク検出用磁石
26…保持部材
30…カラー(磁性部材)
31…ヨーク(磁性体)
32…保持部材
33…回転検出用磁石
34…磁気検出素子

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