JP2009192248A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石や磁気センサを備えたトルク検出装置の一部の構成を利用して回転角検出機能を持たせ、トルクの検出と回転角の検出との双方をコンパクト且つ安価な構成で行う。
【解決手段】トルク検出装置２３は、トーションバー１１を介して連結された第１の軸部１０と第２の軸部１３との間の捩れ角に対応した磁束を発生させる磁気装置と、この磁気装置が発生する磁束を検出するトルク検出用磁気センサ４８とを備え、磁気装置は、周方向交互に異なる磁極を有し、且つ、第１の軸部と一体的に回転する永久磁石２５を備える。さらに、トルク検出装置２３は、第１の軸部１０の回転角を検出する回転角検出部２２を備え、回転角検出部２２が、第１の軸部１０の回転に対応して変化する永久磁石２５の磁束を検出する回転角検出用磁気センサ２８を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば車両のパワーステアリング装置において、操舵軸に加わるトルクを検出するために用いられるトルク検出装置に関する。

例えば、自動車では、電動式又は油圧式のパワーステアリング装置が、ステアリングホイールから操向車輪に至る操舵系に連結されており、パワーステアリング装置から操舵系に操舵補助力を付与することでドライバーの操舵負担を軽減している。このパワーステアリング装置には、操舵動作に応じた適切な操舵補助力を与えるために、操舵系に加えられるトルクを検出するトルク検出装置やステアリングホイールの操舵角度を検出する舵角検出装置等が設けられている。

トルク検出装置として、下記特許文献１には、ステアリングホイールに接続された入力軸に、Ｎ極とＳ極を周方向交互に配した永久磁石を一体回転可能に設け、この入力軸にトーションバーを介して連結された出力軸に、永久磁石の磁界内に配置されるリング状の磁気ヨークを設け、ステアリング操作に伴うトーションバーの捩れによって永久磁石と磁気ヨークとが相対的に回転したときに変化する磁気ヨークの磁束を磁気センサによって検出し、その検出信号からトルクを求めるものが開示されている。

舵角検出装置として、下記特許文献２には、電動パワーステアリング装置の減速機に回転型ポテンショメータを設け、減速機内のウォームホイールの側面に渦巻き溝を形成し、この渦巻き溝にポテンショメータの揺動アームを係合させると共に、ウォームホイールの回転に応じて揺動アームを揺動回転させて、ステアリングシャフトの回転角を検出するようにしたものが開示されている。

特開２００３−１４９０６２号公報 特開２００５−１１４６７６号公報

特許文献１に開示されたトルク検出装置は、操舵トルクしか検出することができず、特許文献２に開示された舵角検出装置は、操舵角しか検出することができない。そのため、パワーステアリング装置に両方の検出機能を備えるには、トルク検出装置と舵角検出装置との双方をそれぞれ個別に備えなければならない。そのため、広い設置スペースが必要になるとともにコストも高くなる。
また、特許文献２に開示された舵角検出装置では、渦巻き溝を形成することができる範囲が、ウォームホイールの側面の面積内に制限されるため、検出可能な舵角にも当然に制限が生じる。通常、ステアリングホイールの使用回転角度は、左右に２〜２．５回転（計４〜５回転）程度であるが、製造過程等では試験的にそれ以上回転させる場合があり、特許文献１の技術では、上記制限によって所望の通りにステアリングホイールを回すことができない場合がある。
また、ポテンショメータの揺動アームは渦巻き溝に係合しているので、これらの摩耗により耐久性や検出精度が低下したり、揺動アームが渦巻き溝を跳び越えて正規の位置から外れ、誤作動したりする恐れがある。

本発明は、永久磁石や磁気センサ等を備えたトルク検出装置の一部の構成を利用して回転角検出機能を持たせることにより、トルクの検出と回転角の検出との双方をコンパクト且つ安価な構成で行い、しかも、検出可能な回転角の制限が少なく、摩耗による耐久性低下を生じないようにすることができるトルク検出装置を提供することを目的とする。

本発明のトルク検出装置は、トーションバーを介して連結された第１の軸部と第２の軸部との間の捩れ角に対応した磁束を発生させる磁気装置と、この磁気装置が発生する磁束を検出するトルク検出用磁気センサとを備え、前記磁気装置が、周方向交互に異なる磁極を有し、且つ、前記第１の軸部と一体的に回転する永久磁石を備えているトルク検出装置において、
前記第１の軸部の回転角を検出する回転角検出部を備え、
前記回転角検出部が、前記第１の軸部の回転に対応して変化する前記永久磁石の磁束を検出する回転角検出用磁気センサを有していることを特徴とする。

この構成によれば、回転角検出部が、第１の軸部の回転に対応して変化する永久磁石の磁束を回転角検出用磁気センサにより検出しているので、その検出信号から第１の軸部の回転角を求めることができる。そして、回転角検出部は、トルク検出装置の一部の構成（永久磁石）を利用して構成されているので、トルクの検出に加えて回転角の検出をコンパクト且つ安価な構成で行うことができる。また、回転角検出用磁気センサは、永久磁石の磁束を非接触で検出するので、検出可能な回転角の制限が少なくなり、また、摩耗等によって耐久性が低下することもない。

前記磁気装置が、前記第２の軸部と一体的に回転するとともに前記永久磁石により形成される磁界内に配置されることによって磁束を発生させ、且つ、前記永久磁石との周方向の相対的な位相ずれに伴って前記磁束を変化させるトルク検出用磁気ヨークを更に有している場合、前記永久磁石は、前記トルク検出用磁気ヨークよりも軸方向に延長した部分を有し、前記回転角検出用磁気センサは、前記永久磁石の前記延長した部分に対応して配置されることが好ましい。
この構成によれば、トルク検出装置の永久磁石を軸方向に延長し、この延長部分に対応して回転角検出用磁気センサを配置するという簡単な構造の変更によって、回転角検出部を設けることが可能となる。

前記回転角検出部が、前記永久磁石により形成される磁界内に配置されることによって磁束を発生させ、且つ、前記永久磁石との周方向の相対的な位相ずれにより前記磁束を変化させる回転角検出用磁気ヨークを備えており、前記回転角検出用磁気センサが、前記回転角検出用磁気ヨークにより発生される磁束を検出するように構成されていることが好ましい。
このような舵角検出用磁気ヨークを備えることによって、永久磁石の複数の磁極に亘る磁束を集めて回転検出用磁気センサで検出することができるので、検出精度の向上を図ることができる。

本発明によれば、永久磁石や磁気センサ等を備えたトルク検出装置の一部の構成を利用して回転角検出機能を持たせることにより、トルクの検出と回転角の検出との双方をコンパクト且つ安価な構成で行うことができ、しかも、回転角検出部を、検出可能な回転角の制限が少なく、摩耗による耐久性低下等が生じないように構成することができる。

図１は、本発明に係るトルク検出装置２３を備えた電動パワーステアリング装置１の縦断面図である。この電動パワーステアリング装置１は、図示しないステアリングホイール（操舵部材）に連結された操舵軸９を備えている。操舵軸９は、入力軸（第１の軸部）１０と、出力軸（第２の軸部）１３と、入力軸１０と出力軸１３とを同軸心状に連結するトーションバー（連結軸部）１１とを有している。

入力軸１０は筒形状に形成され、その中空部にトーションバー１１の上半部が遊嵌され、トーションバー１１の上端部はピン１２により入力軸１０に連結されている。トーションバー１１の下半部は、筒形状の出力軸１３の中空部に遊嵌され、トーションバー１１の下端部はピン１４により出力軸１３に連結されている。出力軸１３の中空部の上部には、入力軸１０の下部が遊嵌されている。出力軸１３は、図示しない舵取機構に連結されている。

入力軸１０は、軸受１５により電動パワーステアリング装置１のハウジング１６に回転自在に支持され、出力軸１３は、軸受１７，１８によりハウジング１６に回転自在に支持されている。出力軸１３には、ウォームホイール１９が一体回転可能に固定され、ウォームホイール１９には、図示しない操舵補助モータのモータ軸に連結されたウォーム２０が噛合している。なお、操舵補助モータは、ブラシレスモータ等の電動モータからなり、トルク検出装置２３によって検出されたトルクに応じた操舵補助力を出力するように、制御部（図示略）によって制御される。

ハウジング１６には、センサハウジング３５が取り付けられ、このセンサハウジング３５にトルク検出装置２３が設けられている。図２は、トルク検出装置２３の一部を拡大して示す縦断面図である。
センサハウジング３５は、図２に示すように、筒形状の円筒部３５ａと、この円筒部３５ａの一側部に形成された取付部３５ｂとを有しており、電動パワーステアリング装置１のハウジング１６（図１参照）内に側方から挿入され、取付部３５ｂがボルト等によりハウジング１６に固定されている。

図２に示すように、トルク検出装置２３は、トルク検出部２４と、舵角検出部（回転角検出部）２２とを有している。トルク検出部２４は、入力軸１０に同軸心状に固定された筒形状の永久磁石２５と、永久磁石２５の磁界内で永久磁石２５の外周面に対して適当な隙間をあけて配置された軟磁性体からなる２つの環状のトルク検出用磁気ヨーク４６，４６と、各トルク検出用磁気ヨーク４６，４６に対応して、その外周に配置された軟磁性体からなる２つの集磁リング４７，４７と、２つの集磁リング４７，４７の間に配置されたトルク検出用磁気センサ４８と、を備えている。

永久磁石２５は円筒形状に形成され、各１２極のＮ極及びＳ極（合計２４極）が周方向に同じ幅（同じ中心角）で交互に着磁されている（図４、図５参照）。永久磁石２５は、入力軸１０（図２参照）の外周面に嵌合され、入力軸１０とともに回転する。
図３（ｂ）は、トルク検出用磁気ヨーク４６，４６、集磁リング４７，４７、及びトルク検出用磁気センサ４８の斜視図である。２つのトルク検出用磁気ヨーク４６，４６は、互いに平行で軸方向に離間して配置され、内周縁に、永久磁石２５のＮ極及びＳ極と同じ数の、各１２個の磁極爪５１を周方向等間隔に備えている。磁極爪５１は、先細り形状、例えば、正面視で２等辺三角形状に形成されている。一方のトルク検出用磁気ヨーク４６の磁極爪５１と、他方のトルク検出用磁気ヨーク４６の磁極爪５１とは、周方向に位置がずらされるとともに、一方のトルク検出用磁気ヨーク４６の２つの磁極爪５１の中間に、他方のトルク検出用磁気ヨーク４６の磁極爪５１が入り込むように配置されている。したがって、両トルク検出用磁気ヨーク４６，４６の磁極爪５１は、周方向等間隔に配置される。なお、磁極爪５１は、三角形状に限らず四角形状等の他の形状に形成することもできる。

図２に示すように、２つのトルク検出用磁気ヨーク４６，４６は、円筒形状のモールド樹脂（連結体）５２に覆われて一体化され、各トルク検出用磁気ヨーク４６の磁極爪５１は、モールド樹脂５２の内周面に露出している。
モールド樹脂５２の下端には、カラー３８が固定されている。このカラー３８は、モールド樹脂５２内の下端に嵌合された円筒部３８ａと、円筒部３８ａの下端から径方向外方に突出する環状の鍔部３８ｂとを有している。円筒部３８ａは出力軸１３の上端外周面に圧入され、鍔部３８ｂは出力軸１３の大径部１３ａに当て止めされている。したがって、モールド樹脂５２は、出力軸１３に一体回転可能に取り付けられている。

図３（ｂ）に示すように、２つの集磁リング４７，４７は、リング状に形成されるとともに互いに平行で軸方向に離間して配置されている。２つの集磁リング４７，４７は、それぞれ径方向外方に突出する集磁部５３，５３を備え、これらは互いに対向しており、両集磁部５３，５３のギャップには、トルク検出用磁気センサ４８が配置されている。そして、図２に示すように、集磁リング４７，４７及びトルク検出用磁気センサ４８は、センサハウジング３５に一体的にモールドされている。

トルク検出用磁気センサ４８は、一方の集磁リング４７と他方の集磁リング４７との間に生じる磁束密度を検出するものであり、例えば、ホールＩＣ、ホール素子、磁気抵抗素子等が用いられている。トルク検出用磁気センサ４８は、検出した磁束密度を電気信号（例えば電圧信号）に変換して出力する。トルク検出用磁気センサ４８のリード線は円筒部３５ａから突出しており、取付部３５ｂに固定された基盤３６に接続されている。

モールド樹脂５２は、センサハウジング３５の円筒部３５ａ内に挿入され、モールド樹脂５２の筒内には、入力軸１０及び永久磁石２５が挿通されている。モールド樹脂５２の下部外周面とセンサハウジング３５の下端内周面とは、シール部材２１Ｂで封止され、塵埃の侵入が防止されている。

トルク検出部２４は、トーションバー１１のねじれを検出することによって操舵トルクを求めるものであり、入力軸１０にトルクが加えられないとき、トルク検出用磁気ヨーク４６の各磁極爪５１は、図４（ｂ）に示すように、その中心が永久磁石２５のＮ極とＳ極の境界に配置されている。この際、磁極爪５１は、永久磁石２５のＮ極及びＳ極に対向する面積が等しくなり、Ｎ極から入る磁束とＳ極へ出る磁束とが等しくなるので、上下のトルク検出用磁気ヨーク４６間には磁束は生じない。したがって、トルク検出用磁気センサ４８で検出する磁束密度は０となる。

入力軸１０に一方向のトルクが加えられたとき、トーションバー１１にねじれが生じ、入力軸１０と出力軸１３とが相対回転する。このとき、永久磁石２５が入力軸１０に固定されているのに対し、トルク検出用磁気ヨーク４６は出力軸１３に固定されているので、図４（ａ）（ｃ）に示すように、トルク検出用磁気ヨーク４６の磁極爪５１が永久磁石２５に対して周方向に位相がずれる。

この場合、図４（ａ）に示すように、上側のトルク検出用磁気ヨーク４６の磁極爪５１に対向するＮ極の面積がＳ極より大きくなると、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束よりも大きくなる。また、下側のトルク検出用磁気ヨーク４６の磁極爪５１に対向するＮ極の面積がＳ極より小さくなると、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より小さくなる。その結果、上側のトルク検出用磁気ヨーク４６から下側のトルク検出用磁気ヨーク４６への磁束が生じる。この際の磁束密度は極磁爪５１に対するＮ極及びＳ極の面積の差が大きいほど大きくなる。

逆に、図４（ｃ）に示すように、上側のトルク検出用磁気ヨーク４６の磁極爪５１に対向するＮ極の面積がＳ極より小さくなると、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束よりも小さくなる。また、下側のトルク検出用磁気ヨーク４６の磁極爪５１に対向するＮ極の面積がＳ極より大きくなると、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より大きくなる。その結果、下側のトルク検出用磁気ヨーク４６から上側のトルク検出用磁気ヨーク４６への磁束が生じる。この際の磁束密度は極磁爪５１に対するＮ極及びＳ極の面積の差が大きいほど大きくなる。

このようにして上下のトルク検出用磁気ヨーク４６，４６に生じた磁束は、図２に示すように、それぞれ対応する集磁リング４７，４７に誘導され、集磁リング４７，４７に設けられた集磁部５３，５３に集中する。そして、上下の集磁部５３，５３の間に発生する磁束密度をトルク検出用磁気センサ４８で検出することにより、トルク検出用磁気ヨーク４６，４６の全周で発生する磁束密度を検出することができる。

図５は、ある磁極爪５１が永久磁石２５回りに相対移動する様子を示す概略図である。永久磁石２５は、１２個のＮ極と１２個のＳ極とを備えているので、隣接する１組のＮ極及びＳ極の中心角θは、３０°となっている。そのため、ある磁極爪５１が永久磁石２５に対して３０°（±１５°）周方向に移動すると、トルク検出用磁気ヨーク４６に発生する磁束密度に１周期の変化が現れる。

図６は、トーションバー１１のねじれ角（電気角）と、トルク検出用磁気ヨーク４６に生じる磁束密度の変化（トルク検出用磁気センサ４８の出力）との関係を示すグラフである。トルク検出用磁気センサ４８の出力は、前述のように永久磁石２５と磁極爪５１との間の３０°（機械角）の相対回転によって１周期の変化（電気角±１８０°）が現れる。トルク検出用磁気センサ４８によって検出される磁束密度は、入力軸１０に加えられたトルクに応じて変化するため、検出した磁束密度に基づいて、加えられたトルクを検出することができる。具体的には、トルク検出装置２３は、トルク検出用磁気センサ４８の出力から操舵軸９に加えられるトルクを求める演算手段（トルク演算手段）（図示略）を備えている。この演算手段は、トルク検出装置２３が備える制御部或いは車両が備える制御部（ＥＣＵ等）に備わっている。この演算手段はメモリーを含み、このメモリーには、トルクとトルク検出用磁気センサ４８の出力とを対応づけたテーブル（又はマップ）が予め記憶されている。そして、演算手段は、トルク検出用磁気センサ４８の出力を得たとき、この出力に対応するトルクをテーブルから求める。

図２に示すように、トルク検出装置２３には、操舵軸９の舵角（回転角）を検出する舵角検出部２２が設けられている。この舵角検出部２２は、トルク検出部２４の永久磁石２５を利用し、操舵軸９の回転に対応する永久磁石２５の磁束を検出するものである。具体的に、永久磁石２５は、モールド樹脂５２のトルク検出用磁気ヨーク４６よりも上方へ突出する延長部分２５ａを有しており、舵角検出部２２は、この延長部分２５ａの外周側に適当な隙間をあけて配置された、軟磁性体からなる２つの環状の舵角検出用磁気ヨーク２６（２６Ａ，２６Ｂ）と、各舵角検出用磁気ヨーク２６に対応してその外周側に配置された２つの舵角検出用磁気センサ２８（２８Ａ，２８Ｂ）とを備えている。舵角検出用磁気ヨーク２６及び舵角検出用磁気センサ２８は、トルク検出用磁気センサ４８の上方で、センサハウジング３５に一体的にモールドされることによって一定位置に固定されている。

図３（ａ）は、舵角検出用磁気ヨーク２６及び舵角検出用磁気センサ２８の斜視図である。舵角検出用磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂは、トルク検出用磁気ヨーク４６（図３（ｂ）参照）と同一の形状であり、同一の部品が用いられている。２つの舵角検出用磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂは、互いに平行で軸方向に離間して配置されている。各舵角検出用磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂの内周縁には、他方の舵角検出用磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂへ向けて突出する複数の磁極爪３１，３１が周方向に等間隔に形成されている。磁極爪３１，３１の数は、永久磁石２５のＮ極及びＳ極と同じ数に設定され、本実施の形態では、各舵角検出用磁気ヨーク２６に１２個の磁極爪３１が設けられている。

各磁極爪３１は、先細り形状、例えば、正面視で２等辺三角形状に形成されている。一方の舵角検出用磁気ヨーク２６Ａの磁極爪３１と、他方の舵角検出用磁気ヨーク２６Ｂの磁極爪３１とは周方向に位置がずらされ、一方の舵角検出用磁気ヨーク２６Ａの２つの磁極爪３１の間に他方の舵角検出用磁気ヨーク２６Ｂの磁極爪３１が入り込むように配置されている。図２に示すように、各舵角検出用磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂの磁極爪３１は、センサハウジング３５の内周面に露出している。
なお、センサハウジング３５の円筒部３５ａは、集磁リング４７を配置した下側部分よりも舵角検出用磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂを配置した上側部分の内径が小さくされ、舵角検出用磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂは、円筒部３５ａの小さい内径部分に一体的にモールドされている。これによって、トルク検出用磁気ヨーク４６と同一の部品を用いて舵角検出用磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂを構成し、舵角検出用磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂを永久磁石２５に近づけて、検出感度を向上できるようになっている。

舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂは、各舵角検出用磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂに生じる磁束密度を検出するものであり、例えば、ホールＩＣ、ホール素子、磁気抵抗素子等が用いられている。舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂは、検出した磁束密度を電気信号（例えば電圧信号）に変換して出力する。
図２に示すように、センサハウジング３５の上端内周面と永久磁石２５の上端外周面との間は、シール部材２１Ａにより封止され、塵埃の侵入が防止されている。舵角検出用磁気センサ２８のリード線は円筒部３５ａから突出しており、取付部３５ｂに固定された回路基盤３６に接続されている。

下側の舵角検出用磁気ヨーク２６Ｂについて説明する。図７（ｂ）に示すように、下側の舵角検出用磁気ヨーク２６Ｂの磁極爪３１は、ステアリングホイールを中立位置にした状態（ステアリングホイールを切っていない状態）で、その中心が永久磁石２５のＮ極とＳ極との境界に一致するように配置されている。そのため、磁極爪３１には、Ｎ極及びＳ極から同数の磁力線が出入りし、下側の舵角検出用磁気センサ２８Ｂで検出する磁束密度は０となる。

ステアリングホイールを操作し、入力軸１０及び永久磁石２５が回転すると、図７（ａ）（ｃ）に示すように、下側の舵角検出用磁気ヨーク２６Ｂの磁極爪３１の中心がＮ極とＳ極の境界から左右方向（周方向）にずれる。したがって、下側の舵角検出用磁気ヨーク２６Ｂに発生する磁束に変化が生じる。例えば、図７（ａ）に示すように、下側の舵角検出用磁気ヨーク２６Ｂの磁極爪３１に対向するＮ極の面積がＳ極よりも小さくなると、Ｎ極から磁極爪３１に入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より小さくなる。また、図７（ｃ）に示すように、下側の舵角検出用磁気ヨーク２６Ｂの磁極爪３１に対向するＮ極の面積がＳ極よりも大きくなると、Ｎ極から磁極爪３１に入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より大きくなる。
下側の舵角検出用磁気センサ２８Ｂは、このように変化する舵角検出用磁気ヨーク２６Ｂの磁束密度を検出する。

図５に示したように、永久磁石２５は、１２個のＮ極と１２個のＳ極とを備え、隣接する１組のＮ極及びＳ極の中心角θは３０°であるので、下側の舵角検出用磁気ヨーク２６Ｂのある磁極爪３１が永久磁石２５に対して３０°（±１５°）周方向に移動すると、舵角検出用磁気ヨーク２６Ｂに発生する磁束密度に１周期の変化が現れる。

図８（ａ）のグラフは、下側の舵角検出用磁気ヨーク２６Ｂに生じる磁束密度を検出する下側の舵角検出用磁気センサ２８Ｂの出力信号を示しており、磁極爪３１が永久磁石２５に対して３０°移動することによって、この舵角検出用磁気センサ２８Ｂは、１周期の正弦波を出力する。
操舵軸９の回転角が０°のとき、下側の舵角検出用磁気ヨーク２６Ｂの磁極爪３１は図７（ｂ）に示すように中心がＮ極とＳ極との間に配置されるので、図８（ａ）に示すように下側の舵角検出用磁気センサ２８Ｂの出力信号は０になる。そして、操舵軸９が左右方向（±方向）に回転すると、図７（ａ）（ｃ）に示すように磁極爪３１が相対的に左右方向に移動するので、図８（ａ）に示すように下側の舵角検出用磁気センサ２８Ｂの出力信号が増減する。

次に、上側の舵角検出用磁気ヨーク２６Ａについて説明する。図７（ｂ）に示すように、上側の舵角検出用磁気ヨーク２６Ａは、下側の舵角検出用磁気ヨーク２６Ｂに対して若干周方向に位相をずらして配置されており、ステアリングホイールを中立位置にした状態で、その磁極爪３１の中心がＮ極とＳ極との境界よりややＮ極側に偏った位置に配置されている。図８（ｂ）のグラフは、上側の舵角検出用磁気ヨーク２６Ａの磁束密度を検出する上側の舵角検出用磁気センサ２８Ａの出力信号を示しており、上側の舵角検出用磁気ヨーク２６Ａの磁束密度は、下側の舵角検出用磁気ヨーク２６Ｂの磁束密度（図８（ａ））に対して位相がずれた状態で変化していることがわかる。

舵角検出部２２は、２つの舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂの出力から操舵軸９の回転角（舵角）を求める演算手段（舵角演算手段）（図示略）を備えている。この演算手段は、トルク検出装置２３が備える制御部或いは車両が備える制御部（ＥＣＵ等）に設けられている。この演算手段はメモリーを含み、このメモリーには、操舵軸９の回転角と、舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂの出力とを対応づけたテーブル（又はマップ）が予め記憶されている。このテーブルは、図８に示すように、例えば回転角がαであるときに、２つの舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂの出力が「ｂ」及び「−ａ」であることを記録したものである。したがって、例えば、下側の舵角検出用磁気センサ２８Ｂの出力が「−ａ」である場合、操舵軸９の回転角は２つの角度「α」，「β」を取り得るが、上側の舵角検出用磁気センサ２８Ａの出力が「ｂ」であれば回転角は「α」であると判別することができ、上側の舵角検出用磁気センサ２８Ａの出力が「−ｃ」であれば、回転角は「β」であると判別することができる。

また、舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂは、操舵軸９の３０°の回転で１周期の信号を出力するので、演算手段は、３０°の範囲で操舵軸９の絶対回転角度を検出することができる。操舵軸９が３０°以上回転したとき、演算手段は、通電時を基準として舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂが何周期分の信号を出力したかをカウントし、舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂの出力からテーブルを参照して取得した絶対回転角と、３０°にカウント数を乗じた角度とを加算することによって回転角を求めることができる。

操舵補助モータがブラシレスモータである場合、このブラシレスモータには、出力軸の回転位置（角度）を検出するためのレゾルバやホール素子等の回転位置検出センサが設けられている。したがって、この回転位置検出センサの検出値と舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂの検出値とを用いた従来公知の方法により、操舵軸９の３０°以上の回転角を検出することも可能である。
具体的には、操舵補助モータの出力軸と操舵軸９とは、ウォームホイール１９及びウォーム２０（図１参照）からなる減速ギヤの減速比に応じた所定の関係で回転するため、操舵軸９の３０°以上の回転角については、当該関係によって対応づけられた舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂの検出値と回転位置検出センサの検出値とを予め演算手段のメモリにテーブル（又はマップ）として記憶しておき、このテーブルを参酌して操舵軸９の回転角を求めることができる。

以上説明したように本実施の形態では、トルク検出装置２３が舵角を検出する舵角検出部２２を備えている。そして、この舵角検出部２２は、トルク検出部２４に用いられる永久磁石２５の回転に伴う磁束密度の変化を舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂにより検出するものであるので、少ない追加部品によって簡単な構成でトルク検出装置２３に舵角検出部２２を設けることができる。

永久磁石２５の延長部２５ａの外周は、舵角検出用磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂで囲まれているので、永久磁石２５の全周の磁束を舵角検出用磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂで集磁することができ、舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂによって精度よく磁束を検出することができる。なお、延長部２５ａの外周全周ではなく、外周の一部を囲むように舵角検出用磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂを構成することも可能である。

また、本実施の形態では、非接触型の磁気センサ２８を用いて舵角を検出しているので、従来技術のようにセンサ等の摩耗が生じることがなく、耐久性及び検知精度を向上することができる。
本実施の形態では、舵角検出部２２とトルク検出部２４とが軸方向に並べて配置されているので、舵角検出部２２及びトルク検出装置２３を全体として径方向にコンパクトに構成することができる。

永久磁石２５やセンサハウジング３５は、舵角検出部２２とトルク検出部２４とに共用されているので、部品点数減を図ることができる。また、舵角検出用磁気ヨーク２６とトルク検出用磁気ヨーク４６とは、同じ部品を用いて構成されているので、部品の種類を少なくし、製造コストを低減することができる。

ところで、車両が走行する路面には、轍等の凹凸や凍結などの様々な外乱が存在し、このような外乱はステアリング操作に悪影響を及ぼす。したがって、このような路面状態を運転者に素早く知らせることは、安全運転を促す意味で非常に有意義である。
このような実情に鑑み、本実施の形態の電動パワーステアリング装置は、車両が走行している路面状態を判断する機能を制御部が備えており、この判断を行うためにトルク検出用磁気センサ４８や舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂの出力信号を利用している。すなわち、本実施の形態の電動パワーステアリング装置は、操舵軸９に加えられるトルクを検出するトルク検出部２４と、操舵軸９の回転角を検出する舵角検出部２２と、トルク検出部２４の検出値と舵角検出部２２の検出値との関係に基づいて路面の状態を判断する制御部とを備えている。

具体的には、次の方法により路面状態を判断する。まず、車両の走行中、トルク検出用磁気センサ４８の出力Ａと舵角検出用磁気センサ２８の出力Ｂとが制御部に入力されると、制御部において、トルク検出用磁気センサ４８の出力Ａに所定の係数γを掛けた値（Ａ・γ）と、舵角検出用磁気センサ２８の出力Ｂに所定の係数ηを掛けた値（Ｂ・η）とが比較される。係数γ、ηは、正常な運転状況（路面状態）で（Ａ・γ）＜（Ｂ・η）の条件が満たされるような値として設定される。
そして、（Ａ・γ）及び（Ｂ・η）の値が、（Ａ・γ）＞（Ｂ・η）の関係になったとき、操舵角は小さいが大きなトルクがかかっていると考えられるので、路面に何らかの外乱がある、例えば路面に轍等の凹凸があることによって操舵方向とは逆向きにタイヤが左右に振れる力を受けている状況であると判断する。
また、（Ａ・γ）＝０、且つ、（Ｂ・η）＞０になった場合、操舵しているにも関わらず操舵トルクがかかっていないので、この場合も路面に何らかの外乱がある、例えば凍結した路面でタイヤが滑っている状況や、轍等によって操舵方向と同じ向きにタイヤが左右に振れる力を受けている状況であると判断する。

さらに、トルク検出用磁気センサ４８の出力Ａの微分値Ａ′に係数γを掛けた値（Ａ′・γ）と、舵角検出用磁気センサ２８の出力Ｂの微分値Ｂ′に係数ηを掛けた値（Ｂ′・η）とを比較し、前者の方が大きい場合には、キックバック入力が発生している、例えば不整路、段差、石等の障害物上を走行することによって、操舵方向に強い衝撃が鋭く伝わっていると判断する。
このように路面の状況を判断し、何らかの外乱の存在が明らかになった場合、制御部は、その旨を警報等によってドライバーに伝え、注意を促す。また、外乱に対抗するステアリングホイールの操作支援を行うように、制御部によって操舵補助モータを制御してもよい。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、適宜設計変更可能である。例えば、次のように実施することができる。
トルク検出部２４は、集磁リング４７を省略し、上下のトルク検出用磁気ヨーク４６，４６間の磁束の変化を直接トルク検出用磁気センサ４８によって検出する構成とすることができる。また、舵角検出部２２は、舵角検出用磁気ヨーク２６Ａ，２６Ｂを省略し、永久磁石２５の磁束の変化を直接舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂによって検出する構成とすることができる。ただし、この場合は、上下の舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂを互いに周方向にずれた位置（機械角で３０°内の範囲）に配置する必要がある。

永久磁石２５に着磁されるＮ極及びＳ極の数は適宜変更可能である。上記実施の形態では、ＮＳ各１２極（計２４極）の着磁が施されているが、ＮＳ各６極（合計１２極）としてもよい。この場合、舵角検出用磁気センサ２８Ａ，２８Ｂは、６０°（±３０°）の回転角（機械角）で１周期の信号を出力するので、当該６０°の絶対回転角を直接的に検出することができる。

永久磁石２５は、舵角検出部２２で用いる部分（延長部２５ａ）と、トルク検出部２４で用いる部分とで、Ｎ極及びＳ極の数を変えるように構成してもよい。例えば、舵角検出部２２で用いる部分は、Ｎ極及びＳ極を６極ずつ（合計１２極）とし、トルク検出装置２３で用いる部分は、Ｎ極及びＳ極を１２極ずつ（合計２４極）とすることができる。これによって、それぞれの特性に応じた適切な検出を行うことができる。

前述の実施の形態では、トルク検出部２４と舵角検出部２２とを１つのセンサハウジング３５に設けているが、個別のセンサハウジングに設けることもできる。
また、永久磁石２５は出力軸に一体回転可能に設けることができ、トルク検出用磁気ヨークは入力軸と一体回転可能に設けることができる。この場合、出力軸１３が第一の軸部を構成し、入力軸１０が第２の軸部を構成することになる。

本発明の実施の形態に係る舵角検出部を備えた電動パワーステアリング装置の縦断面図である。 トルク検出装置を拡大して示す縦断面図である。 （ａ）は舵角検出用磁気ヨーク及び舵角検出用磁気センサの斜視図、（ｂ）は、トルク検出用磁気ヨーク、集磁リング、及びトルク検出用磁気センサの斜視図である。 トルク検出部において磁気ヨークに生じる磁束密度の変化を説明する概略正面図である。 ある磁極爪が永久磁石回りに相対移動する様子を示す概略図である。 トーションバーのねじれ角と、トルク検出用磁気センサの出力との関係を示すグラフである。 舵角検出部において磁気ヨークに生じる磁束密度の変化を説明する概略正面図である。 操舵軸の回転角度とトルク検出用磁気センサの出力との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
９ 操舵軸
１０ 入力軸（第１の軸部）
１１ トーションバー
１３ 出力軸（第２の軸部）
２２ 舵角検出部
２３ トルク検出装置
２４ トルク検出部
２５ 永久磁石
２６ 舵角検出用磁気ヨーク
２８ 舵角検出用磁気センサ
４６ トルク検出用磁気ヨーク
４８ トルク検出用磁気センサ

Claims (3)

1. トーションバーを介して連結された第１の軸部と第２の軸部との間の捩れ角に対応した磁束を発生させる磁気装置と、この磁気装置が発生する磁束を検出するトルク検出用磁気センサとを備え、前記磁気装置が、周方向交互に異なる磁極を有し、且つ、前記第１の軸部と一体的に回転する永久磁石を備えているトルク検出装置において、
   前記第１の軸部の回転角を検出する回転角検出部を備え、
   前記回転角検出部が、前記第１の軸部の回転に対応して変化する前記永久磁石の磁束を検出する回転角検出用磁気センサを有していることを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記磁気装置が、前記第２の軸部と一体的に回転するとともに前記永久磁石により形成される磁界内に配置されることによって磁束を発生させ、且つ、前記永久磁石との周方向の相対的な位相ずれに伴って前記磁束を変化させるトルク検出用磁気ヨークを更に有しており、
   前記永久磁石が、前記トルク検出用磁気ヨークよりも軸方向に延長した部分を有しており、
   前記回転角検出用磁気センサが、前記永久磁石の前記延長した部分に対応して配置されている請求項１記載のトルク検出装置。
3. 前記回転角検出部が、前記永久磁石により形成される磁界内に配置されることによって磁束を発生させ、且つ、前記永久磁石との周方向の相対的な位相ずれにより前記磁束を変化させる回転角検出用磁気ヨークを備えており、
   前記回転角検出用磁気センサが、前記回転角検出用磁気ヨークが発生する磁束を検出するように構成されている請求項１又は２記載のトルク検出装置。

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