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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 池田幸雄
出願日 2014年11月17日 (6年0ヶ月経過) 出願番号 2014-233008
公開日 2016年5月26日 (4年6ヶ月経過) 公開番号 2016-095280
状態 特許登録済
技術分野 トルクの測定 電気磁気的手段を用いた長さ、角度等の測定 操向制御装置 パワーステアリング機構
主要キーワード 角度用 インサート形成 軟磁性部材 検出用磁石 分岐形 磁気的干渉 リング状磁石 ネオジウム磁石
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図面 (7)

課題

小型化が可能で、回転検出部の磁石トルク検出部の磁石との間の磁束の干渉を考慮することなく高精度に回転軸に加わるトルク回転位置を検出する。

解決手段

車両用検出装置1は、入力軸11と出力軸12とを結合するトーションバー13によって伝達されるトルクとその回転位置を検出するものであって、入力軸11に設けられた環状の磁石20と、この磁石20のN極及びS極にそれぞれ結合され、回転軸の軸方向に沿って延出するヨーク21〜24と、ヨーク21〜24に対して磁気的に結合するように所定の間隙で入力軸12に設けられたヨーク25,26と、ヨーク21,23に対して所定の間隙で磁気的に結合されたガイドリング27と、ヨーク22,24に対して所定の間隙で磁気的に結合されたガイドリング28と、ガイドリング27,28間に発生する磁束密度を検出する磁気検出素子35、磁石20の回転に伴い変化する磁束密度を検出する回転検出部36とを備える。

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ている。一対のインデックスセンサ用磁石は、共に第2磁気センサ側がN極を向くように配設されている。そして、インデックスセンサは、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、回転検出部の磁石とトルク検出部の磁石との間の磁束の干渉を考慮することなく高精度に回転軸に加わるトルクと回転位置を検出する。車両用検出装置1は、入力軸11と出力軸12とを結合するトーションバー13によって伝達されるトルクとその回転位置を検出するものであって、入力軸11に設けられた環状の磁石20と、この磁石20のN極及びS極にそれぞれ結合され、回転軸の軸方向に沿って延出するヨーク21〜24と、ヨーク21〜24に対して磁気的に結合するように所定の間隙で入力軸12に設けられたヨーク25,26と、ヨーク21,23に対して所定の間隙で磁気的に結合されたガイドリング27と、ヨーク22,24に対して所定の間隙で磁気的に結合されたガイドリング28と、ガイドリング27,28間に発生する磁束密度を検出する磁気検出素子35、磁石20の回転に伴い変化する磁束密度を検出する回転検出部36とを備える。

目的

本発明は、小型化が可能で、回転検出部の磁石とトルク検出部の磁石との間の磁束の干渉を考慮することなく高精度にステアリング軸(回転軸)に加わるトルクとステアリング軸の回転位置を検出することの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
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1の回転軸と第2の回転軸とを結合し、前記第1の回転軸と前記第2の回転軸との間で伝達されるトルクに応じて捩じれる軸状の弾性部材と、前記第1の回転軸と共に回転するように設けられた環状の磁石と、前記第1の回転軸及び前記磁石と共に回転し、前記磁石の一方の磁極に対して磁気的に結合するように前記磁石の外周面に配置され、前記磁石の一端面から前記第1の回転軸の軸方向に沿って延出するように設けられた第1の軟磁性部材と、前記第1の回転軸及び前記磁石と共に回転し、前記磁石の他方の磁極に対して磁気的に結合するように前記磁石の外周面に配置され、前記磁石の一端面から前記第1の回転軸の軸方向に沿って延出するように設けられた第2の軟磁性部材と、前記第2の回転軸と共に回転するように設けられ、前記第1及び第2の軟磁性部材に対して磁気的に結合するように所定の間隙をもって配置された第3の軟磁性部材と、回転する前記第1の軟磁性部材に対して磁気抵抗が変化しないように所定の間隙をもって磁気的に結合される第4の軟磁性部材と、回転する前記第2の軟磁性部材に対して磁気抵抗が変化しないように所定の間隙をもって磁気的に結合される第5の軟磁性部材と、前記第4及び第5の軟磁性部材間に発生する磁束密度を検出する磁気検出素子と、前記磁石の側方に配置され、前記磁石の回転に伴い変化する磁束密度を検出することによって、前記第1の回転軸の回転角を検出する回転検出部と、を備えた車両用検出装置

請求項2

前記第1の軟磁性部材は、その内周面が前記磁石の外周面に固着され、前記磁石の一端面から前記第1の回転軸の軸方向に沿って前記第2の回転軸側に延出する第1の延出部を備え、前記第2の軟磁性部材は、その内周面が前記磁石の外周面に固着され、前記磁石の前記一端面から前記第1の回転軸の軸方向に沿って前記第2の回転軸側に延出する第2の延出部を備え、前記第3の軟磁性部材は、前記第1の延出部の下面に対向し、前記第1の延出部と同じ形状をした第1の円弧部と、前記第2の延出部の下面に対向し、前記第2の延出部と同じ形状をした第2の円弧部と、前記第1の円弧部と前記第2の円弧部を接続する第3の円弧部を備え、前記第4の軟磁性部材は、その内周面が前記第1の延出部の外周面から所定の間隙を持って対向するように形成されたリング形状をし、前記第5の軟磁性部材は、その内周面が前記第2の延出部の外周面から所定の間隙を持って対向するように形成されたリング形状をしている、請求項1に記載の車両用検出装置。

請求項3

それぞれ対向する前記第1の延出部及び前記第1の円弧部、並びに前記第2の延出部及び前記第2の円弧部が、前記第1の回転軸の周方向に分割されている、請求項1又は2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。
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ている。一対のインデックスセンサ用磁石は、共に第2磁気センサ側がN極を向くように配設されている。そして、インデックスセンサは、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。

先行技術

0005

特開2010−237082号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかし、従来の車両用検出装置では、トルクセンサの円環状の第1磁石部がステアリング軸の周囲を取り囲むように配置され、インデックスセンサの第2磁石部がステアリング軸に取り付けられた円筒状のカラーに配置されているため、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。

0007

そこで、本発明は、小型化が可能で、回転検出部の磁石とトルク検出部の磁石との間の磁束の干渉を考慮することなく高精度にステアリング軸(回転軸)に加わるトルクとステアリング軸の回転位置を検出することの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

0008

本発明は、上記課題を解決することを目的として、第1の回転軸と第2の回転軸とを結合し、前記第1の回転軸と前記第2の回転軸との間で伝達されるトルクに応じて捩じれる軸状の弾性部材と、前記第1の回転軸と共に回転するように設けられた環状の磁石と、前記第1の回転軸及び前記磁石と共に回転し、前記磁石の一方の磁極に対して磁気的に結合するように前記磁石の外周面に配置され、前記磁石の一端面から前記第1の回転軸の軸方向に沿って延出するように設けられた第1の軟磁性部材と、前記第1の回転軸及び前記磁石と共に回転し、前記磁石の他方の磁極に対して磁気的に結合するように前記磁石の外周面に配置され、前記磁石の一端面から前記第1の回転軸の軸方向に沿って延出するように設けられた第2の軟磁性部材と、前記第2の回転軸と共に回転するように設けられ、前記第1及び第2の軟磁性部材に対して磁気的に結合するように所定の間隙をもって配置された第3の軟磁性部材と、回転する前記第1の軟磁性部材に対して磁気抵抗が変化しないように所定の間隙をもって磁気的に結合される第4の軟磁性部材と、回転する前記第2の軟磁性部材に対して磁気抵抗が変化しないように所定の間隙をもって磁気的に結合される第5の軟磁性部材と、前記第4及び第5の軟磁性部材間に発生する磁束密度を検出する磁気検出素子と、前記磁石の側方に配置され、前記磁石の回転に伴い変化する磁束密度を検出することによって、前記第1の回転軸の回転角を検出する回転検出部と、を備えた車両用検出装置を提供する。

発明の効果

0009

本発明に係る車両用検出装置によれば、小型化が可能で、回転検出部の磁石とトルク検出部の磁石との間の磁束の干渉を考慮することなく高精度にステアリング軸(回転軸)に加わるトルクとステアリング軸の回転位置を検出することが可能である。

図面の簡単な説明

0010

本実施の形態に係る車両用検出装置1の外観構成を示す斜視図である。
この実施の形態に係る車両用検出装置1の構成例を示す図であり、図1のA−A線(2点鎖線)の断面図である。
車両用検出装置1における磁気回路の構成例を示す分解斜視図である。
車両用検出装置1の動作を説明するための図であり、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り、図1に対応するものである。
図1の第1から第4のヨーク21〜24と、第5及び第6のヨーク25,26との位置関係を示す図である。
図4の第1から第4のヨーク21〜24と、第5及び第6のヨーク25,26との位置関係を示す図である。

実施例

0011

[実施の形態]
図1は、本実施の形態に係る車両用検出装置1の外観構成を示す斜視図である。図1において、各構成部品を保持する部材及びステアリング軸等については図示を省略してある。図2は、この実施の形態に係る車両用検出装置1の構成例を示す図であり、図1のA−A線(2点鎖線)の断面図である。なお、以下の説明において、ステアリング軸に平行な方向を軸方向A、ステアリング軸に直交する方向を径方向Bという。

0012

この車両用検出装置1は、ステアリングホイール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に加わ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。車両用検出装置1は、例えば車両に搭載され、運転者ハンドルに付与する操舵トルク及びステアリング軸の回転数(車輪の向き)を検出するために用いられる。車両の操舵系には、操舵操作を補助する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操舵輪前輪)を転舵するためのアシストトルクを出力する。

0013

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第1の回転軸となる入力軸11と、電動パワーステアリング装置側に接続される第2の回転軸となる出力軸12と、入力軸11と出力軸12とを連結する弾性部材となるトーションバー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。入力軸11、出力軸12、及びトーションバー13は、鉄系金属等の磁性材料からなる。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15によって出力軸12と相対回転不能に固定されている。

0014

(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検出用磁石20と、この検出用磁石20の各磁極の中央付近の外周面に固定された第1の軟磁性部材となる第1及び第3のヨーク並びに第2の軟磁性部材となる第2及び第4のヨーク21〜24と、回転する第1及び第3のヨーク21,23の周囲を取り囲むように車体側に固定された環状の第4の軟磁性部材となる第1のガイドリング27と、回転する第2及び第4のヨーク22,24の周囲を取り囲むように車体側に固定された環状の第5の軟磁性部材となる第2のガイドリング28と、第1及び第3のヨーク21,23の下端面に所定の間隙部を持って離間して配置された円弧状の第3の軟磁性部材となる第5のヨーク25と、第2及び第4のヨーク22,24の下端面に所定の間隙部を持って離間して配置された円弧状の第3の軟磁性部材となる第6のヨーク26と、第1及び第2のガイドリング27,28の間に配置された磁気検出素子35と、検出用磁石20及び第1〜第4のヨーク21〜24を保持するモールド樹脂から形成された保持部材29と、第1及び第2のガイドリング27,28及び磁気検出素子35を保持するモールド樹脂から形成された保持部材30と、第5及び第6のヨーク25,26を保持するモールド樹脂から形成された保持部材31とを備える。

0015

第1及び第2のガイドリング27,28及び磁気検出素子35は、この保持部材30にインサート形成されている。保持部材30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、第1及び第2のガイドリング27,28及び磁気検出素子35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。

0016

検出用磁石20は、ステアリング軸10の入力軸11の周囲に固定的に取り付けられた環状磁石で構成される。検出用磁石20は、ステアリング軸10の入力軸11と一体に回転するように配置されている。検出用磁石20は、図1において、ステアリング軸10の周方向に沿って、N極−S極−N極−S極が形成された4極構成永久磁石で構成される。図2においては、右側(磁気検出素子35側)にN極、その反対側の左側にS極が形成される2極構成とみなせる。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。

0017

第1及び第3のヨーク21,23は、検出用磁石20のN極の中央付近の外周面の下半分に固着される。第1及び第3のヨーク21,23は、ステアリング軸10と共に回転する。第1及び第3のヨーク21,23は、第1のガイドリング27に磁気的に結合するように、検出用磁石20の下端面からステアリング軸10の径方向Bに沿って延出し、そこからステアリング軸10の軸方向Aに沿って出力軸12側に延出し、そこからステアリング軸10の軸中心に沿って延出した略コの字形をし、さらにそこからステアリング軸10の軸方向Aに沿って出力軸12側に延出した第1の延出部で構成される。この軸方向Aに沿って出力軸12側に延出している第1の延出部はさらに2つの分岐してあり、それぞれの分岐部を有する。第1及び第3のヨーク21,23の回転時に、第1及び第3のヨーク21,23と第1のガイドリング27との間は所定の間隙を維持し、回転によって磁気抵抗が変化しないように配置されている。

0018

同じく、第2及び第4のヨーク22,24は、検出用磁石20のS極の中央付近の外周面の下半分に固着される。第2及び第4のヨーク22,24は、ステアリング軸10と共に回転する。第2及び第4のヨーク22,24は、第1のガイドリング27に対して磁気的に結合しないように、検出用磁石20の外周面からステアリング軸10の軸方向Aに沿って出力軸12側に延出し、そこからステアリング軸10の径方向Bに沿って延出し、さらにそこからステアリング軸10の軸方向Aに沿って出力軸12側に延出し、第2のガイドリング28に対して磁気的に結合するような略Z形状の第2の延出部で構成される。この軸方向Aに沿って出力軸12側に延出している第2の延出部はさらに2つの分岐してあり、それぞれの分岐部を有する。第2及び第4のヨーク22,24の回転時に、第2及び第4のヨーク22,24と第2のガイドリング28との間は所定の間隙を維持し、回転によって磁気抵抗が変化しないように配置されている。

0019

一方、第5及び第6のヨーク25,26は、保持部材31にインサート成形されている。保持部材31は、ステアリング軸10の出力軸12の周囲に固定的に取り付けられている。これによって、第5及び第6のヨーク25,26は、ステアリング軸10の出力軸12と一体に回転するように配置される。

0020

磁気検出素子35は、本実施の形態では、ホール素子を用いて構成され、磁束密度の検出方向が互いに逆向きとなるように配置された1対の素子で構成されている。磁気検出素子35は、磁束密度の検出方向が互いに逆向きとなるように1対の素子を配置することによって、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の検出精度を高めるようにしてある。

0021

(回転検出部3の構成)
回転検出部3は、上述の検出用磁石20と、この検出用磁石20の側方の斜め上方であって、保持部材29,30の上方に配置された角度用磁気検出素子36とから構成される。ここで、「側方」とは、径方向Bの外方をいう。

0022

角度用磁気検出素子36は、入力軸11の回転に伴い回転する検出用磁石20の磁極(N極又はS極)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。角度用磁気検出素子36は、保持部材30にインサート成形されていてもよい。保持部材30は、コラムハウジングを介して車体に固定されているので、ステアリング軸10が回転しても、角度用磁気検出素子36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。

0023

角度用磁気検出素子36は、磁束密度の変化の検出方向をステアリング軸10に直交する径方向B及びこの径方向Bに直交する方向の2軸方向としている。ここで、「径方向B」及び「この径方向Bに直交する方向」とは、それぞれの方向において±10°以内の誤差を含むものである。角度用磁気検出素子36は、例えばホール素子を用いるが、MR素子GIG素子、GMR素子等の他の素子を用いてもよい。

0024

(磁気回路の構成)
図3は、車両用検出装置1における磁気回路の構成例を示す分解斜視図である。図3において、図2のステアリング軸10、保持部材29,30,31の図示は省略してある。

0025

検出用磁石20は、実施の形態では、上述のようにステアリング軸10の周方向に沿ったN極−S極−N極−S極となる4極構成の磁石で構成される。

0026

第1及び第3のヨーク21,23は、入力軸11及び検出用磁石20と共に回転するように設けられている。第1及び第3のヨーク21,23は、検出用磁石20の外周面であって、一方の磁極(図ではN極)のほぼ中央付近(検出用磁石20のN極とS極との境界間のほぼ中間位置)の下側半分に固着されている。第1及び第3のヨーク21,23は、上述のように略コの字形をした部分と、軸方向Aに沿って出力軸12側に延出している第1の延出部となる、分岐形成された分岐部21a,21b,23a,23bとから構成される。第1及び第3のヨーク21,23の略コの字形をした部分の外周面は、第1のガイドリング27の内周面から所定の間隙を持って対向するように形成されている。

0027

第2及び第4のヨーク22,24は、入力軸11及び検出用磁石20と共に回転するように設けられている。第2及び第4のヨーク22,24は、検出用磁石20の外周面であって、一方の磁極(図ではS極)のほぼ中央付近(検出用磁石20のN極とS極との境界間のほぼ中間位置)の下側半分に固着されている。第2及び第4のヨーク22,24は、上述のように全体的に略Z形状をしており、軸方向Aに沿って出力軸12側に延出している第2の延出部となる、分岐形成された分岐部22a,22b,24a,24bを有する。第2及び第4のヨーク22,24の分岐部22a,22b,24a,24bの外周面は、第2のガイドリング28の内周面から所定の間隙を持って対向するように形成されている。

0028

第1のガイドリング27は、ステアリング軸10の軸方向Aにおいて、その内周面が第1及び第3のヨーク21,23の略コの字形をした部分の外周面に対向するように配置されている。第1のガイドリング27は、トーションバー13を中心軸として同心円状に形成されて第1及び第3のヨーク21,23の略コの字形をした部分の外周から所定の間隙を持って配置される環状部270と、環状部270から径方向外側に突出した突出部271と、突出部271における環状部270とは反対側の一端から第2のガイドリング28側に延出した延出部272と、延出部272における突出部271とは反対側の一端から環状部270の径方向外側(実施の形態では、突出部271に平行な方向)に突出し、後述する第2のガイドリング28の対向部283に対向する対向部273を一体に有している。

0029

第2のガイドリング28は、その内周面が第2及び第4のヨーク22,24の分岐部22a,22b,24a,24bの外周面に対向するように配置されている。第2のガイドリング28は、トーションバー13を中心軸として同心円状に形成されて第2及び第4のヨーク22,24の分岐部22a,22b,24a,24bの外周から所定の間隙を持って配置される環状部280と、環状部280から径方向外側に突出した突出部281と、突出部281における環状部280とは反対側の一端から第1のガイドリング27側に延出した延出部282と、延出部282における突出部281とは反対側の一端から環状部280の径方向外側(実施の形態では、突出部281に平行な方向)に突出し、第1のガイドリング27の対向部273に対向する対向部283を一体に有している。

0030

第1及び第2のガイドリング27,28の突出部271,281、延出部272,282、対向部273,283については、打ち抜き加工によって環状部270,280から外側に延出するように成形された長方形部を、折り曲げ加工することによって容易に製造することができる。

0031

第5のヨーク25は、第1のヨーク21の第1の延出部となる分岐部21a,21bの下面にそれぞれ対向し、この分岐部21a,21bと同じ形状(内周面及び外周面が等しい形状)をした第1の円弧部25a,25bと、第2のヨーク22の第2の延出部となる分岐部22a,22bの下面にそれぞれ対向し、この分岐部22a,22bと同じ形状(内周面及び外周面が等しい形状)をした第2の円弧部25c,25dと、内周面及び外周面とがそれぞれ異なる第1の円弧部25a,25bと第2の円弧部25c,25dとを下部側で接続する半径の異なる略半円状の第3の円弧部25eとから形成される。

0032

第6のヨーク26は、第3のヨーク23の分岐部23a,23bの下面にそれぞれ対向し、この分岐部23a,23bと同じ形状(内周面及び外周面が等しい形状)をした第1の円弧部26a,26bと、第4のヨーク24の分岐部24a,24bの下面にそれぞれ対向し、この分岐部24a,24bと同じ形状(内周面及び外周面が等しい形状)をした第2の円弧部26c,26dと、内周面及び外周面とがそれぞれ異なる第1の円弧部26a,26bと第2の円弧部26c,26dとを下部側で接続する半径の異なる略半円状の第3の円弧部26eとから形成される。

0033

第5及び第6のヨーク25,26の第3の円弧部25e,26eの下面は、それぞれ共通している。第5及び第6のヨーク25,26の各円弧部25a,25b,25c,25d,26a,26b,26c,26dの下面からの高さは、それぞれ等しくなるように形成してある。

0034

第1のガイドリング27の対向部273と第2のガイドリング28の対向部283との間には、磁気検出素子35が配置されている。

0035

検出用磁石20で発生した磁束の経路すなわち第1から第3の磁路M1,M2,M3は、次のように構成される。第1の磁路M1は、図3二点鎖線で示すように、検出用磁石20のN極20a,20c→第1及び第3のヨーク21,23→第1のガイドリング27→第2のガイドリング28→第2及び第4のヨーク22,24→検出用磁石20のS極となる。第2の磁路M2は、検出用磁石20のN極20a→第1のヨーク21→第5のヨーク25→第2のヨーク22→検出用磁石20のS極20bとなる。第3の磁路M3は、検出用磁石20のN極20c→第3のヨーク23→第6のヨーク26→第4のヨーク24→検出用磁石20のS極20dとなる。なお、実施の形態では、検出用磁石20のN極から放出される磁束のうち、この磁路M1,M2,M3を経由せずに検出用磁石20のS極に入る磁束は、無視できるほど小さい。

0036

(車両用検出装置の動作)
図4は、車両用検出装置1の動作を説明するための図であり、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り、図1に対応するものである。これに対して、図1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ものである。図4においても、各構成部品を保持する部材及びステアリング軸等については図示を省略してある。

0037

ステアリング軸10が回転操舵されると、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。すると、検出用磁石20、第1から第4のヨーク21〜24は、回転操舵された回転方向に即して回転する。一方、第5及び第6のヨーク25,26は、トーションバー13に生じた捩れによって、遅れて回転するようになるので、図4に示すように回転位置が第1から第4のヨーク21〜24に対して相対的に変位するようになる。

0038

図5A及び図5Bは、図1及び図4の第1から第4のヨーク21〜24と、第5及び第6のヨーク25,26との位置関係を示す図であり、他の構成部品を省略して示すものである。図5Aに示すように、トーションバー13に捩じれが発生していない状態では、第1及び第3のヨーク21,23の分岐部21a,21b,23a,23bのそれぞれの下面と第5及び第6のヨーク25,26の第1の円弧部25a,25b,26a,26bの上面とがそれぞれ対向する面積、及び第2及び第4のヨーク22,24の分岐部22a,22b,24a,24bのそれぞれの下面と第5及び第6のヨーク25,26の第2の円弧部25c,25d,26c,26dの上面とがそれぞれ対向する面積は最大を示す。これが、トーションバー13に捩じれが発生し、第1から第4のヨーク21〜24に対して第5及び第6のヨーク25,26が相対的に変位すると、図5Bに示すように、第1及び第3のヨーク21,23の分岐部21a,21b,23a,23bのそれぞれの下面と第5及び第6のヨーク25,26の第1の円弧部25a,25b,26a,26bの上面とが対向する面積、及び第2及び第4のヨーク22,24の分岐部22a,22b,24a,24bのそれぞれの下面と第5及び第6のヨーク25,26の第2の円弧部25c,25d,26c,26dの上面とがそれぞれ対向する面積がそれぞれ減少するようになる。

0039

これによって、磁路M2,M3において、検出用磁石20のN極から第1及び第3のヨーク21,23を経由して第5及び第6のヨーク25,26に対して供給される磁束の磁束密度が急激に低くなる。一方、これに伴って磁路M1において、検出用磁石20のN極から第1及び第3のヨーク21,23を経由して第1のガイドリング27に対して供給される磁束の磁束密度が急激に高くなる。したがって、磁気検出素子35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、磁路M1を通過する磁束密度の変化量として検出することが可能となる。

0040

(実施の形態の作用及び効果)
以上説明した実施の形態によれば、以下のような作用及び効果が得られる。

0041

(1)磁気検出素子35は、磁路M1に対して直列に配置されており、磁路M2,M3に対しては並列に配置されているため、磁気検出素子35で検出される磁束の大きさは、第1及び第3のヨーク21,23の分岐部21a,21b,23a,23bの下面と第5及び第6のヨーク25,26の第1の円弧部25a,25b,26a,26bの上面とがそれぞれ対向する面積、及び第2及び第4のヨーク22,24の分岐部22a,22b,24a,24bのそれぞれの下面と第5及び第6のヨーク25,26の第2の円弧部25c,25d,26c,26dの上面とがそれぞれ対向する面積の大きさに依存するようになる。これによって、磁気検出素子35は、入力軸11に作用するトルク量に応じて、高精度に磁束の変化量を検出することが可能となる。

0042

(2)磁気検出素子35は、磁路M1に対して直列に配置されており、磁路M2,M3に対しては並列に配置されているため、第1及び第3のヨーク21,23と第5のヨークとの間の磁気抵抗、及び第2及び第4のヨーク22,24と第6のヨークとの間の磁気抵抗がそれぞれ変化した場合でも、磁路M1,M2,M3全体を流れる磁束密度が変化しにくくなるため、角度用磁気検出素子36に与える影響を抑制することができる。

0043

(3)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。

0044

(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。

0045

[1]第1の回転軸(11)と第2の回転軸(12)とを結合し、前記第1の回転軸(11)と前記第2の回転軸(12)との間で伝達されるトルクに応じて捩じれる軸状の弾性部材(13)と、前記第1の回転軸(11)と共に回転するように設けられた環状の磁石(20)と、前記第1の回転軸(11)及び前記磁石(20)と共に回転し、前記磁石(20)の一方の磁極(N極)に対して磁気的に結合するように前記磁石(20)の外周面に配置され、前記磁石(20)の一端面から前記第1の回転軸(11)の軸方向に沿って延出するように設けられた第1の軟磁性部材(21,23)と、前記第1の回転軸(11)及び前記磁石(20)と共に回転し、前記磁石(20)の他方の磁極(S極)に対して磁気的に結合するように前記磁石(20)の外周面に配置され、前記磁石(20)の一端面から前記第1の回転軸(11)の軸方向に沿って延出するように設けられた第2の軟磁性部材(22,24)と、前記第2の回転軸(12)と共に回転するように設けられ、前記第1及び第2の軟磁性部材(21,22,23,24)に対して磁気的に結合するように所定の間隙をもって配置された第3の軟磁性部材(25,26)と、回転する前記第1の軟磁性部材(21,23)に対して磁気抵抗が変化しないように所定の間隙をもって磁気的に結合される第4の軟磁性部材(27)と、回転する前記第2の軟磁性部材(22,24)に対して磁気抵抗が変化しないように所定の間隙をもって磁気的に結合される第5の軟磁性部材(28)と、前記第4及び第5の軟磁性部材(27,28)間に発生する磁束密度を検出する磁気検出素子(35)と、前記磁石(20)の側方に配置され、前記磁石(20)の回転に伴い変化する磁束密度を検出することによって、前記第1の回転軸(11)の回転角を検出する回転検出部(36)と、を備えた車両用検出装置(1)。

0046

[2]前記第1の軟磁性部材(21,23)は、その内周面が前記磁石(20)の外周面に固着され、前記磁石(20)の一端面から前記第1の回転軸の軸方向に沿って前記第2の回転軸(12)側に延出する第1の延出部(21a,21b,23a,23b)を備え、前記第2の軟磁性部材(22,24)は、その内周面が前記磁石(20)の外周面に固着され、前記磁石(20)の前記一端面から前記第1の回転軸(11)の軸方向に沿って前記第2の回転軸(12)側に延出する第2の延出部(22a,22b,24a,24c)を備え、前記第3の軟磁性部材(25,26)は、前記第1の延出部(21a,21b,23a,23b)の下面に対向し、前記第1の延出部(21a,21b,23a,23b)と同じ形状をした第1の円弧部(25a,25b,26a,26b)と、前記第2の延出部(22a,22b,24a,24c)の下面に対向し、前記第2の延出部(22a,22b,24a,24c)と同じ形状をした第2の円弧部(25c,25d,26c,26d)と、前記第1の円弧部(25a,25b,26a,26b)と前記第2の円弧部(25c,25d,26c,26d)を接続する第3の円弧部(25e,26e)を備え、前記第4の軟磁性部材(27)は、その内周面が前記第1の延出部(21a,21b,23a,23b)の外周面から所定の間隙を持って対向するように形成されたリング形状をし、前記第5の軟磁性部材(28)は、その内周面が前記第2の延出部(22a,22b,24a,24c)の外周面から所定の間隙を持って対向するように形成されたリング形状をしている、前記[1]に記載の車両用検出装置(1)。

0047

[3]それぞれ対向する前記第1の延出部(21a,21b,23a,23b)及び前記第1の円弧部(25a,25b,26a,26b)、並びに前記第2の延出部(22a,22b,24a,24c)及び前記第2の円弧部(25c,25d,26c,26d)が、前記第1の回転軸の周方向に分割されている、前記[1]又は[2]に記載の車両用検出装置(1)。

0048

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。

0049

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、検出用磁石20を二対の磁極(N極及びS極)からなる4極構成としたが、2極又は6極以上のリング状磁石で構成してもよい。この場合、第1から第4のヨークに対応したヨークを、検出用磁石の極数及びN極とS極との境界間に対応して、それぞれの磁極毎に設けるようにすればよい。

0050

また、上記実施の形態では、磁気検出素子35及び角度用磁気検出素子36により磁束を検出しているが、磁気検出素子35及び角度用磁気検出素子36の数や形状について特に制限はない。

0051

また、上記実施の形態では、第1及び第3のヨーク21,23の外周面が第1のガイドリング27の内周面から所定の間隙を持って対向するように形成しているが、回転によって磁気的結合が変化しないように所定の間隙をもって配置してあればよいので、第1及び第3のヨーク21,23から径方向Bに延出する個所の下面が第1のガイドリング27の上面に、又は第1及び第3のヨーク21,23から径方向Bに延出する個所の上面が第1のガイドリング27の下面に、又は第1及び第3のヨーク21,23から径方向Bに延出する個所が第1のガイドリング27の上面及び下面をそれぞれ挟み込むように配置してあってもよい。このように上面及び/又は下面に配置する場合は、第1及び第3のヨーク21,23の形状は円弧状に限定されるものではなく、磁気的結合が変化しない形状であればよい。

0052

また、上記実施の形態では、第2及び第4のヨーク22,24の外周面が第2のガイドリング28の内周面から所定の間隙を持って対向するように形成しているが、回転によって磁気的結合が変化しないように所定の間隙をもって配置してあればよいので、第2及び第4のヨーク22,24の略Z形状から径方向Bに延出する個所を設け、その下面が第2のガイドリング27の上面に、又は第2及び第4のヨーク22,24の略Z形状から径方向Bに延出する個所の上面が第2のガイドリング28の下面に、又は第2及び第4のヨーク22,24の略Z形状から径方向Bに延出する個所が第2のガイドリング28の上面及び下面をそれぞれ挟み込むように配置してあってもよい。このように上面及び/又は下面に配置する場合は、第2及び第4のヨーク22,24の形状は円弧状に限定されるものではなく、磁気的結合が変化しない形状であればよい。

0053

上記実施の形態では、角度用磁気検出素子36を検出用磁石20の側方であって保持部材29,30の上方に配置しているが、トルク検出部2を構成する第1から第6のヨーク21〜26、並びに第1及び第2のガイドリング27,28からの磁気的干渉の影響を受け難い場所であれば、これ以外の場所でもよい。

0054

また、上記実施の形態では、操舵角すなわち回転角を検出する場合について説明したが、ステアリング軸10の回転数を検出する手段を設けることによって、ステアリング軸10の絶対的な回転位置を検出するようにしてもよい。

0055

上記実施の形態では、第1から第6のヨーク21〜26のそれぞれ対向する個所が周方向に2分割してある場合について説明したが、分割していなくてもよいし、さらに多分割してあってもよい。さらに、第1から第6のヨーク21〜26のそれぞれ対向する個所を径方向Bに沿って分割し、対向するヨークの一方に周方向に沿った溝(凹部)を設け、他方にこの溝(凹部)内に所定の間隙を持って進入するような凸部を設けることによって、それぞれのヨークの対向面積を拡大するようにしてもよい。

0056

1…車両用検出装置
10…ステアリング軸
11…入力軸
12…出力軸
13…トーションバー(弾性部材)
2…トルク検出部
20…検出用磁石
21…第1のヨーク(第1の軟磁性部材)
22…第2のヨーク(第2の軟磁性部材)
23…第3のヨーク(第1の軟磁性部材)
24…第4のヨーク(第2の軟磁性部材)
25…第5のヨーク(第3の軟磁性部材)
26…第6のヨーク(第3の軟磁性部材)
27…第1のガイドリング(第4の軟磁性部材)
28…第2のガイドリング(第5の軟磁性部材)
21a,21b,23a,23b…第1の延出部(分岐部)
22a,22b,24a,24b…第2の延出部(分岐部)
25a,25b,26a,26b…第1の円弧部
25c,25d,26c,26d…第2の円弧部
25e,26e…第3の円弧部
29,30,31…保持部材
3…回転検出部
35…磁気検出素子
36…角度用磁気検出素子
M1,M2,M3…磁路

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