JP2009128181A - Torque detector, electric power steering apparatus, and claw pole manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化でき、なおかつ製造時の歩留まりが良く、低コスト化が可能なトルク検出器を提供する。
【解決手段】トルク検出器1において、センサヨーク30は、永久磁石20の軸方向に対向配置される。センサヨーク30は、周方向に環状に配置された複数のクローポールを有する径方向内側の第1のセンサヨーク部30aと径方向外側の第2のセンサヨーク部30bを有し、第1のセンサヨーク部30aのクローポール50と第2のセンサヨーク部30bのクローポール51は、同一円周上又は略同一円周上に交互に配置され、クローポール50の径方向内側端部は、両隣のクローポール51の径方向内側端部の内周まで周方向に延伸され、クローポール51の径方向外側端部は、両隣のクローポール50の径方向外側端部の外周まで周方向に延伸されている。
【選択図】図3Provided is a torque detector that can be reduced in size, has a good manufacturing yield, and can be reduced in cost.
In a torque detector, a sensor yoke is disposed so as to be opposed to the axial direction of a permanent magnet. The sensor yoke 30 includes a first sensor yoke portion 30a on the inner side in the radial direction and a second sensor yoke portion 30b on the outer side in the radial direction, each having a plurality of claw poles arranged annularly in the circumferential direction. The claw poles 50 of the yoke part 30a and the claw poles 51 of the second sensor yoke part 30b are alternately arranged on the same circumference or substantially the same circumference, and the radially inner ends of the claw poles 50 are adjacent to each other. The claw pole 51 extends in the circumferential direction to the inner periphery of the radially inner end, and the radially outer end of the claw pole 51 extends in the circumferential direction to the outer periphery of the radially outer end of the adjacent claw poles 50. Yes.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、トルク検出器(トルクセンサ)、電動パワーステアリング装置(EPS:Electric Power Steering)及びトルク検出器が有するクローポールの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a torque detector (torque sensor), an electric power steering device (EPS), and a claw pole manufacturing method included in the torque detector.
例えば電動パワーステアリング装置には、適正な補助操舵トルクを付加するために ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルク検出器が搭載されている。従来、トルク検出器として、特許文献1及び2に挙げたものが知られている。特許文献1に記載されたトルク検出器は、周方向に沿って多極着磁されたリング状の永久磁石の外周側と対向するように一対のリング状のセンサ部材が設けられ、これらセンサ部材間に配置された磁束検出器(磁気センサ)により検出された磁束に基づいて永久磁石側またはセンサ部材側に生じたトルクを検出している。また特許文献2に開示されたトルク検出器は、周方向に沿って多極着磁されたリング状の磁極ホイール(永久磁石)と対向するように、複数の歯を備えた一対の強磁性フラックスリングが設けられ、これらのフラックスリング間に配置された磁気センサにより検出された磁束に基づいて永久磁石側またはフラックスリング側に生じたトルクを検出している。
For example, an electric power steering device is equipped with a torque detector that detects the steering torque of the steering wheel in order to add an appropriate auxiliary steering torque. Conventionally, the torque detectors described in
しかしながら、特許文献1に記載されたトルク検出器では、磁束検出器の出力に基づいてトルクを検出するために、永久磁石が発生した磁束をセンサ部材が一定以上受ける必要があり、そのためにセンサ部材と永久磁石とが対向する面積を大きくする必要があった。
However, in the torque detector described in
このため、かかる特許文献1に記載されたトルク検出器では、センサ部材と永久磁石の軸方向の寸法を長くせざるを得ず、この結果、トルク検出器自体や当該トルク検出器を備える電動パワーステアリング装置を小型化し難くなっている。
For this reason, in the torque detector described in
また、特許文献2に記載されたトルク検出器では、永久磁石とフラックスリングが軸方向に対向しているため、上述の特許文献1の技術のような問題は生じないが、複雑な構造のフラックスリングを製造するにあたり歩留まりが悪く、低コスト化が難しくなっている。
Further, in the torque detector described in Patent Document 2, since the permanent magnet and the flux ring face each other in the axial direction, there is no problem as in the technique of
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、軸方向の寸法を小さくして小型化でき、なおかつ製造時の歩留まりが良く、低コスト化が可能なトルク検出器及び電動パワーステアリング装置、及び前記トルク検出器のクローポールの製造方法を提供することをその目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and can provide a torque detector and an electric power steering device that can be reduced in size by reducing the size in the axial direction, can be manufactured at a good yield, and can be reduced in cost. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a claw pole of the torque detector.
上記目的を達成するための本発明は、連結軸を介して同軸に連結された第1の軸及び第2の軸と、前記第1の軸または前記連結軸の一端に固定され、周方向に沿って多極着磁された環状の永久磁石と、前記第2の軸または前記連結軸の他端に固定され、前記永久磁石と共に磁気回路を形成するセンサヨークと、前記センサヨークに対向配置され、前記センサヨークからの磁束を誘導し、前記永久磁石及び前記センサヨークと共に前記磁気回路を形成する集磁ヨークと、前記集磁ヨークが誘導した磁束を検出する磁束検出器と、を有し、前記第1の軸及び第2の軸のうちいずれか一方へ加えられたトルクを前記磁束検出器の出力に基づいて検出するトルク検出器であって、前記センサヨークは、前記永久磁石の軸方向に対向配置され、前記センサヨークは、周方向に環状に配置された複数のクローポールを有する径方向内側の第1のセンサヨーク部と径方向外側の第2のセンサヨーク部を有し、前記第1のセンサヨーク部のクローポールと前記第2のセンサヨーク部のクローポールは、同一円周上又は略同一円周上に交互に配置され、前記第1のセンサヨーク部のクローポールの径方向内側端部は、両隣の第2のセンサヨーク部のクローポールの径方向内側端部の内周まで周方向に延伸され、前記第2のセンサヨーク部のクローポールの径方向外側端部は、両隣の第1のセンサヨーク部のクローポールの径方向外側端部の外周まで周方向に延伸されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a first shaft and a second shaft that are coaxially connected via a connecting shaft, and is fixed to one end of the first shaft or the connecting shaft in the circumferential direction. An annular permanent magnet magnetized along multiple poles, a sensor yoke fixed to the other end of the second shaft or the connecting shaft and forming a magnetic circuit with the permanent magnet, and disposed opposite to the sensor yoke A magnetic flux collecting yoke that induces magnetic flux from the sensor yoke and forms the magnetic circuit together with the permanent magnet and the sensor yoke, and a magnetic flux detector that detects the magnetic flux induced by the magnetic flux collecting yoke, A torque detector that detects torque applied to one of the first axis and the second axis based on an output of the magnetic flux detector, wherein the sensor yoke is in an axial direction of the permanent magnet Arranged opposite the The yoke has a first sensor yoke portion on the radially inner side and a second sensor yoke portion on the radially outer side having a plurality of claw poles arranged annularly in the circumferential direction. The claw poles and the claw poles of the second sensor yoke part are alternately arranged on the same circumference or substantially the same circumference, and the radially inner ends of the claw poles of the first sensor yoke part are adjacent to each other. The second sensor yoke portion is extended in the circumferential direction to the inner periphery of the radially inner end portion of the claw pole, and the radially outer end portion of the claw pole of the second sensor yoke portion is adjacent to the first sensor on both sides. The yoke portion is characterized by extending in the circumferential direction to the outer periphery of the radially outer end portion of the claw pole of the yoke portion.
本発明によれば、センサヨークを永久磁石の軸方向に対向配置したので、センサヨークと永久磁石の対向面積を広くしても、永久磁石やセンサヨークの軸方向の長さを短くできる。この結果、トルク検出器全体の軸方向の寸法も短くでき、センサ検出器を小型化できる。また、センサヨークがクローポールを用いて構成されるので、製造しやすく、この結果、製造時の歩留まりを向上し、低コスト化が図られる。さらに、第1のセンサヨーク部のクローポールと第2のセンサヨーク部のクローポールが周方向に延伸するので、クローポールを用いた場合であっても例えば集磁ヨークとセンサヨークとの対向面積が大きく減少することなく、この結果、集磁ヨークとセンサヨークとの間の高いパーミアンスが確保され、トルクを高い精度で検出できる。 According to the present invention, since the sensor yoke is disposed opposite to the axial direction of the permanent magnet, the axial length of the permanent magnet or the sensor yoke can be shortened even if the opposing area of the sensor yoke and the permanent magnet is increased. As a result, the axial dimension of the entire torque detector can be shortened, and the sensor detector can be miniaturized. In addition, since the sensor yoke is configured using a claw pole, it is easy to manufacture, and as a result, the yield at the time of manufacturing is improved and the cost is reduced. Further, since the claw pole of the first sensor yoke portion and the claw pole of the second sensor yoke portion extend in the circumferential direction, even when the claw pole is used, for example, the facing area between the magnetism collecting yoke and the sensor yoke As a result, high permeance is secured between the magnetism collecting yoke and the sensor yoke, and the torque can be detected with high accuracy.
前記第1のセンサヨーク部の隣り合うクローポールの延伸部は、その間の第2のセンサヨーク部のクローポールの径方向内側端部の中央付近まで延伸し、互いに近接し、前記第2のセンサヨーク部の隣り合うクローポールの延伸部は、その間の第1のセンサヨーク部のクローポールの径方向外側端部の中央付近まで延伸し、互いに近接していてもよい。かかる場合、例えば集磁ヨークとセンサヨークとの対向面積がさらに広くなり、集磁ヨークとセンサヨークとの間のパーミアンスを向上し、トルクの検出精度を向上できる。 The extending portions of the adjacent claw poles of the first sensor yoke portion extend to the vicinity of the center of the radially inner end of the claw pole of the second sensor yoke portion therebetween, and are close to each other. The extending portions of the adjacent claw poles of the yoke portion may extend to the vicinity of the center of the radially outer end portion of the claw pole of the first sensor yoke portion therebetween, and may be close to each other. In such a case, for example, the opposing area between the magnetism collecting yoke and the sensor yoke is further increased, the permeance between the magnetism collecting yoke and the sensor yoke can be improved, and the torque detection accuracy can be improved.
前記クローポールは、方形状で平板状の本体部と、前記本体部の径方向の端部から前記周方向に延伸した延伸部を有し、前記本体部と前記延伸部との接続部の内角には、R加工が施されていてもよい。クローポールの本体部と延伸部の接続部が鋭角であると、その部分に磁束が集中しやすくなり、磁気飽和が起こりやすくなる。本発明によれば、クローポールの本体部と延伸部の接続部の内角にR加工が施されるので、その接続部分に磁束が集中して磁気飽和が起こることが防止され、この結果、トルク検出器における回転角度と磁束密度とのリニアリティーが向上し、トルクの検出精度が向上する。 The claw pole has a rectangular and flat main body part, and an extending part extending in the circumferential direction from a radial end of the main body part, and an internal angle of a connection part between the main body part and the extending part R processing may be given to. When the connecting portion between the claw pole body and the extending portion has an acute angle, the magnetic flux tends to concentrate on that portion, and magnetic saturation is likely to occur. According to the present invention, the inner corner of the connecting portion between the claw pole body and the extending portion is subjected to R processing, so that magnetic flux is concentrated on the connecting portion to prevent magnetic saturation, resulting in torque. The linearity between the rotation angle and the magnetic flux density in the detector is improved, and the torque detection accuracy is improved.
前記集磁ヨークは、前記センサヨークの軸方向側に対向配置されていてもよい。 The magnetism collecting yoke may be disposed opposite to the axial side of the sensor yoke.
前記集磁ヨークは、前記センサヨークの径方向側に対向配置されていてもよい。かかる場合、集磁ヨークの分だけ、トルク検出器全体の軸方向の寸法を短くできるので、センサ検出器をさらに小型化できる。 The magnetism collecting yoke may be arranged to face the radial side of the sensor yoke. In this case, since the axial dimension of the entire torque detector can be shortened by the amount of the magnetic collecting yoke, the sensor detector can be further reduced in size.
前記集磁ヨークは、前記センサヨークの径方向の内側と外側に配置され、それぞれが軸方向に幅を有する筒状に形成されていてもよい。 The magnetism collecting yokes may be arranged on the inner side and the outer side in the radial direction of the sensor yoke, and each may be formed in a cylindrical shape having a width in the axial direction.
別の観点による本発明によれば、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、減速機により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、上記のいずれかのトルク検出器を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置が提供される。これにより、電動パワーステアリング装置の小型化や性能向上を図ることができる。 According to another aspect of the present invention, the electric power that generates auxiliary steering torque from the electric motor in response to the steering torque applied to the steering wheel, decelerates by the speed reducer, and transmits it to the output shaft of the steering mechanism. In the steering apparatus, an electric power steering apparatus including any one of the above torque detectors is provided. Thereby, size reduction and performance improvement of an electric power steering device can be achieved.
別の観点による本発明は、上記トルク検出器が有するクローポールの製造方法であって、打ち抜き加工により、上下が交互に入れ替わるように複数のクローポールを一列に形成することを特徴とする。この製造方法によれば、材料効率を飛躍的に向上できる。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a claw pole included in the torque detector, wherein a plurality of claw poles are formed in a row so as to be alternately switched by punching. According to this manufacturing method, the material efficiency can be dramatically improved.
本発明によれば、トルク検出器やそれを用いた電動パワーステアリングを小型化でき、なおかつ製造時の歩留まりを上げてコストを低減できる。 According to the present invention, the torque detector and the electric power steering using the torque detector can be reduced in size, and the manufacturing yield can be increased to reduce the cost.
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態に係るトルク検出器1の構成の概略を示す縦断面の説明図である。図2は、トルク検出器1の要部構成の概略を示す斜視図である。トルク検出器1は、例えばステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータにより補助操舵トルクを発生し、減速機により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置に用いられるものである。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view of a longitudinal section showing an outline of the configuration of the
トルク検出器1は、図1に示すようにねじり要素であるトーションバー(連結軸)10で連結された第1の軸11及び第2の軸12を備える。第1の軸11及び第2の軸12は円柱状に構成されており、それら中心軸及びトーションバー10の中心軸が一直線上に延在している。
As shown in FIG. 1, the
第1の軸11には、周方向に多極着磁された環状の永久磁石20がバックヨーク21を介して固定されている。永久磁石20には、図3に示すように周方向に沿って所定角度間隔で、N極とS極が交互に着磁されている。本実施の形態では、例えば永久磁石20に、22.5〔°〕間隔でN極とS極が着磁されている。したがって、永久磁石20は、合計16極の極数を有している。なお、永久磁石20を構成する磁石材料としては、フェライト磁石や希土類磁石、金属磁石、焼結磁石、プラスチック磁石、ゴム磁石などが使用可能である。
An annular
第2の軸12には、図1に示すように永久磁石20からの磁束を受ける、全体として環状のセンサヨーク30がモールド材である樹脂31によりモールドされた状態で取り付けられている。センサヨーク30は、永久磁石20の軸方向の片面に対向するように取り付けられている。センサヨーク30及び樹脂31は、第2の軸12に対し固定部材32を介して固定されている。
As shown in FIG. 1, an
センサヨーク30は、例えば図3及び図4に示すように径方向内側の第1のセンサヨーク部30aと、径方向外側の第2のセンサヨーク部30bを有している。第1のセンサヨーク部30aと第2のセンサヨーク部30b共に、周方向に環状に配置された複数のクローポール50、51によって構成されている。第1のセンサヨーク部30aのクローポール50と、第2のセンサヨーク部30bのクローポール51は、周方向に向けて略同一円周上に交互に配置されている。クローポール50は、クローポール51よりもわずかに内側に配置されている。
For example, as shown in FIGS. 3 and 4, the
第1のセンサヨーク部30aのクローポール50は、例えば図4に示すように略台形状で平板状の本体部50aと、当該本体部50aから周方向に円弧状に延びる延伸部50bを有している。本体部50aは、幅狭の一端部が径方向内側になり、幅広の他端部が径方向外側になるように配置されている。延伸部50bは、本体部50aの径方向内側端部から両隣のクローポール51の径方向内側端部の内側まで延伸している。延伸部50bは、例えば両隣のクローポール51の径方向内側端部の内側の中央付近まで延伸しており、隣り合うクローポール50の延伸部50b同士は、その間のクローポール51の内側の中央付近で近接している。また、本体部50aと延伸部50bとの接続部に形成される内角には、R加工50cが施されている。これにより、その本体部50aと延伸部50bの接続部分に磁束が集中し磁気飽和となることを防止できる。
The
第2のセンサヨーク部30bのクローポール51は、上記クローポール50と同様に、略台形状の本体部51aと、当該本体部51aから周方向に円弧状に延びる延伸部51bを有している。本体部51aは、幅狭の一端部が径方向内側になり、幅広の他端部が径方向外側になるように配置されている。延伸部51bは、本体部51aの径方向外側端部から両隣のクローポール50の径方向外側端部の外側まで延伸している。延伸部51bは、例えば両隣のクローポール50の外側端部の中央付近まで延伸しており、隣り合うクローポール51の延伸部51b同士は、その間のクローポール50の外側の中央付近で近接している。また、本体部51aと延伸部51bとの接続部に形成される内角には、R加工51cが施されている。これにより、本体部51aと延伸部51bの接続部分に磁束が集中し磁気飽和となることを防止できる。
Similar to the
クローポール50とクローポール51は、例えば8個ずつ配置され、合計が永久磁石20の極数と同じになっている。
For example, eight
なお、センサヨーク30と永久磁石20との軸方向から見たときの位置関係は、例えば図5及び図6のようになっている。つまり、図6に示すクローポール50の外側端部50dとクローポール51の内側端部51dが永久磁石20の径方向の端部の位置よりわずかに内側になっている。こうすることにより、クローポール50、51の隙間からの磁束の漏れを低減でき、トルク検出器1による磁束の検出範囲を大きくすることができる。この結果、トルク検出器1における回転角度と磁束密度のリニアリティーを向上できる。
The positional relationship between the
図1及び図2に示すようにセンサヨーク30の径方向の内側と外側には、センサヨーク30からの磁束を誘導する集磁ヨーク60が配置されている。集磁ヨーク60は、図2及び図3に示すようにセンサヨーク30の内側に位置する円筒状の第1の集磁ヨーク部60aと、センサヨーク30の外側に位置する円筒状の第2の集磁ヨーク部60bを有している。第1の集磁ヨーク部60aと第2の集磁ヨーク部60bは、センサヨーク30と同心円状に配置されている。第1の集磁ヨーク部60aは、第1のセンサヨーク部30aの内周面、つまりクローポール50の内周面に対向し、第2の集磁ヨーク部60bは、第2のセンサヨーク部30bの外周面、つまりクローポール51の外周面に対向している。本実施の形態では、クローポール50の内周面とクローポール51の外周面に、それぞれ延伸部50b、51bが形成されているため、第1の集磁ヨーク部60aと第1のセンサヨーク部30aとの対向面積と、第2の集磁ヨーク部60bと第2のセンサヨーク部30bとの対向面積が、延伸部50b、51bが形成されていないものに比べて大きくなっている。集磁ヨーク60は、図1に示すようにモールド材の樹脂61によってモールドされており、このモールド材の樹脂61を介して図示しない静止部材に取り付けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, magnetic collecting yokes 60 for guiding magnetic flux from the
なお、以上のようにセンサヨーク30は、集磁ヨーク60に対してラジアル対向し、永久磁石20に対してアキシアル方向に対向している。センサヨーク30と集磁ヨーク60は、図1に示したようにモールドされているが、センサヨーク30と集磁ヨーク60との対向面と、センサヨーク30と永久磁石20との対向面は、互いに露出している。
As described above, the
集磁ヨーク60には、図2及び図3に示すように集磁ヨーク60の磁束を集める磁束集中部70が形成されている。磁束集中部70は、第1の集磁ヨーク部60aの上端部から第2の集磁ヨーク部60bの外側まで径方向に延びる磁束集中部構成部70aと、第2の集磁ヨーク部60bの上端部から径方向の外側に延びる磁束集中部構成部70bを有している。磁束集中部構成部70a、70bは、同一直径上に対向配置され、磁束集中部構成部70aと70bとの間には、隙間が形成されている。この隙間に、磁束集中部70の磁束を検出する磁束検出器80が配置されている。
The magnetic
なお、磁束検出器80としては、ホール素子、MR素子、MI素子など、磁束の強さを検出できるものが用いられる。中でもホール素子としては出力信号を補正する回路を内蔵したホールICを使用した場合、磁石の熱減磁やオフセット、ゲイン補正等ができる。本実施形態の場合、二つの磁束検出器80を用いている。これは、二つの磁束検出器80を用いることにより、出力の差を取ることで感度を2倍にすることができ、ゼロ点のドリフトをキャンセルすることができる。また磁束検出器80を二つ用いることにより、センサ信号を2重化することができ、磁束検出の信頼性を向上できる。
As the
なお、磁束検出器80は、3つ以上用いてもよく、この場合には、磁束検出器80が一つ故障した場合においても、残りの正常な二つ以上の磁束検出器80によって信頼性の高いデータを得ることができる。
Note that three or more
次に、トルク検出器1の動作について説明する。このトルク検出器1における磁気回路の概略図を図7に示す。
Next, the operation of the
トルク検出器1では、図7(A)に示すように、センサヨーク30と永久磁石20との間の相対角度が「0」のときに、第1のセンサヨーク部30a、第2のセンサヨーク部30bの中心線が永久磁石20のN極及びS極の境界と軸方向に一致するように、第1及び第2のセンサヨーク部30a,30bが第1または第2の軸11、12に固定される。したがって、センサヨーク30と永久磁石20との間の相対角度が「0」のときには、第1及び第2のセンサヨーク部30a、30bにおける永久磁石20のN極と対向する部分の面積と、当該第1及び第2のセンサヨーク部30a、30bにおける永久磁石20のS極と対向する部分の面積とが同じになる。
In the
そして、この状態のときには、永久磁石20のN極から出た磁束が第1及び第2のセンサヨーク部30a、30bを通って永久磁石20のS極に入り込む。つまりセンサヨーク30と永久磁石20との間の相対角度が「0」のときには、第1及び第2のセンサヨーク部30a、30bに入る磁束数と、出て行く磁束数とが同じであるため、永久磁石20から出射した磁束は、集磁ヨーク60と磁束検出器80を通らない。
In this state, the magnetic flux emitted from the N pole of the
一方、トルク検出器1においては、図7(B)に示すように、図7(A)の状態からセンサヨーク30が永久磁石20に対して相対的に矢印xで示す右方向またはこれと逆の左方向に回転して、第1のセンサヨーク部30aが永久磁石20のN極部分またはS極部分のみと対向すると共に、第2のセンサヨーク部30bが永久磁石20のS極部分またはN極部分のみと対向した状態がセンサヨーク30と永久磁石20との間の相対角度が最大となる。
On the other hand, in the
そして、この状態のときには、第1及び第2のセンサヨーク部30a,30bに出入りする磁束数がバランスを失い、センサヨーク30が永久磁石20に対して相対的に右方向に回転したときには、永久磁石20のN極から出た磁束が第1のセンサヨーク部30aから第1の集磁ヨーク部60a、磁束集中部構成部70a、磁束検出器80、磁束集中部構成部70b、第2の集磁ヨーク部60b及び第2のセンサヨーク部30bを順次経由して永久磁石20のS極に入り込む。またセンサヨーク30が永久磁石20に対して相対的に左方向に回転したときには、永久磁石20のN極から出た磁束が第2のセンサヨーク部30bから第2の集磁ヨーク部60b、磁束集中部構成部70b、磁束検出器80、磁束集中部構成部70a、第1の集磁ヨーク部60a及び第1のセンサヨーク部30aを順次経由して永久磁石20のS極に入り込む。
In this state, the number of magnetic fluxes entering and exiting the first and second
また、センサヨーク30が永久磁石20に対して相対的に右方向に回転して、センサヨーク30と永久磁石20との間の相対角度が「0」と最大角度との間にあるときには、センサヨーク30と永久磁石20との間の相対角度に応じた磁束数の磁束が、第1のセンサヨーク部30aから第1の集磁ヨーク部60a、磁束集中部構成部70a、磁束検出器80、磁束集中部構成部70b、第2の集磁ヨーク部60b及び第2のセンサヨーク部30bを順次経由して永久磁石20のS極に入り込む。さらにセンサヨーク30が永久磁石20に対して相対的に左方向に回転して、センサヨーク30と永久磁石20との間の相対角度が「0」と最大角度との間にあるときには、センサヨーク30と永久磁石20との間の相対角度に応じた磁束数の磁束が、第2のセンサヨーク部30bから第2の集磁ヨーク部60b、磁束集中部構成部70b、磁束検出器80、磁束集中部構成部70a、第1の集磁ヨーク部60a及び第1のセンサヨーク部30aを順次経由して永久磁石20のS極に入り込む。
When the
この場合において、かかるトルク検出器1では、センサヨーク30と永久磁石20がそれぞれ第1または第2の軸11、12に固定されるとともに、第1の軸11及び第2の軸12がトーションバー10を介して接続されているため、第1の軸11と第2の軸12の間にねじりトルクが作用した場合、そのねじりトルクの大きさ(ねじりトルク量)及び向きが、センサヨーク30と永久磁石20との間の相対角度(向きも含む)として現れることになる。したがって、このとき磁束検出器80により検出される磁束密度及びその向きに基づいて、第1の軸11と第2の軸12との間に作用したねじりトルクの大きさ及び向きを検出することができる。
In this case, in the
以上の実施の形態によれば、センサヨーク30が永久磁石20の軸方向に対向配置されたので、センサヨーク30と永久磁石20の対向面積を広くしても、永久磁石20やセンサヨーク30の軸方向の長さを短くできる。この結果、トルク検出器1全体の軸方向の寸法を短くでき、センサ検出器1を小型化できる。また、センサヨーク30がクローポール50、51を用いて構成されるので、製造しやすくなり、この結果、製造時の歩留まりが向上され、低コスト化が図られる。さらに、第1のセンサヨーク部30aのクローポール50の内側端部と、第2のセンサヨーク部30bのクローポール51の外側端部が周方向に延伸しているので、センサヨーク30にクローポールを用いた場合であっても例えば集磁ヨーク60とセンサヨーク30との対向面積が大きく減少することがない。この結果、集磁ヨーク60とセンサヨーク30との間の高いパーミアンスが確保され、トルクを高い精度で検出できる。
According to the above embodiment, since the
また、第1のセンサヨーク部30aの隣り合うクローポール50の延伸部50bは、その間の第2のセンサヨーク部30bのクローポール51の径方向内側端部の中央付近まで延伸し、互いに近接している。また、第2のセンサヨーク部30bの隣り合うクローポール51の延伸部51bは、その間の第1のセンサヨーク部30aのクローポール50の径方向外側端部の中央付近まで延伸し、互いに近接している。この結果、集磁ヨーク60とセンサヨーク30との対向面積がさらに広くなり、集磁ヨーク60とセンサヨーク30との間のパーミアンスを向上し、トルクの検出精度を向上できる。
Further, the extending
クローポール50、51の本体部50a、51aと延伸部50b、51bとの接続部の内角には、R加工50c、51cが施されている。この結果、本体部50a、51aと延伸部50b、51bとの接続部に磁束が集まり磁気飽和が生じることが防止され、この結果、トルク検出器1における回転角度と磁束密度とのリニアリティーが向上し、トルクの検出精度を向上できる。
また、集磁ヨーク60は、センサヨーク30の径方向側に対向配置されているので、その分、トルク検出器1全体の軸方向の寸法を短くでき、センサ検出器1の小型化が図られる。
Further, since the
さらに、集磁ヨーク60は、センサヨーク30の径方向の内側と外側に配置され、それぞれが軸方向に幅を有する筒状に形成されたので、集磁ヨーク60とセンサヨーク30との対向面積を十分に確保できる。
Further, since the
ところで、本実施の形態にかかる第1と第2のセンサヨーク部30a、30bは、ほぼ同じ形状の複数のクローポール50、51により構成されているので、例えば図8に示すようにクローポール50、51を、打ち抜き加工により、平板状の材料90から上下が交互に入れ替わるように一列に形成してもよい。こうすることにより、環状に一体化したセンサヨークを作る場合に比べて、材料効率を飛躍的に向上できる。特に、材料としてニッケルを多量に含む高価な金属を使用する場合に、低コストの効果が大きい。
By the way, the first and second
以上の実施の形態では、集磁ヨーク60の第1の集磁ヨーク部60aと第2の集磁ヨーク部60bがセンサヨーク30の径方向に対向配置されていたが、軸方向に対向配置されていてもよい。かかる場合の一例を、図9を参考に説明する。なお、この例において、上記実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
In the above embodiment, the first magnetism collecting
集磁ヨーク60の第1の集磁ヨーク部60aと第2の集磁ヨーク部60bは、センサヨーク30を基準に永久磁石20の反対側に配置されている。つまり永久磁石20、センサヨーク30、集磁ヨーク60が軸方向に沿ってこの順で配置されている。第1の集磁ヨーク部60aは、延伸部50bのある第1のセンサヨーク部30aのクローポール50の内側端部上に配置される。第2の集磁ヨーク部60bは、延伸部51bのある第2のセンサヨーク部30bの外側端部上に配置される。このため、軸方向から見ると、集磁ヨーク部60a、60bは、クローポール50、51の延伸部50b、51bとそれぞれ重なった状態になる。
The first magnetism collecting
この例によっても、集磁ヨーク60とセンサヨーク30との対向面積が十分に確保できるので、集磁ヨーク60とセンサヨーク30との間の高いパーミアンスが確保され、トルクを高い精度で検出できる。
Also in this example, since the facing area between the
なお、以上の実施の形態において、クローポール50、51の本体部50a、51aは、台形状であったが、本発明はこれに限らず、他の形状であってもよい。
In addition, in the above embodiment, although the main-
また、以上の実施の形態で記載した永久磁石20の極数や、クローポール50、51の数は、これに限られず任意に選択できる。
Further, the number of poles of the
さらに以上の実施の形態では、磁束を有効に利用するためにバックヨーク21を介して永久磁石20を第1の軸11に取り付けたが、本発明はこれに限らず、永久磁石20を第1の軸11に直接取り付けてもよい。
Further, in the above embodiment, the
ところで、トルク検出器では、ヒステリシスを小さくすることが求められており、これを実現するために、従来は、センサヨーク等に、Niを含む軟磁性材料(例えばパーマロイ)等の高価であるが磁気特性の優れたものを用いて、塑性加工後に磁気焼鈍を行うのが一般的であった。これに対し、本発明に係るトルク検出器1では、センサヨーク30を構成するクローポール50、51が平板状で曲げ加工を含まないため、加工しても磁気特性が悪化しない。このため、少なくとも加工後に磁気焼鈍を行う必要がなく、コストを削減できる。
By the way, in the torque detector, it is required to reduce the hysteresis. In order to realize this, conventionally, a sensor yoke or the like is expensive, such as a soft magnetic material containing Ni (for example, permalloy), but magnetic. In general, magnetic annealing is performed after plastic working using a material having excellent characteristics. On the other hand, in the
また、本実施の形態に係るトルク検出器1において、センサヨーク30と集磁ヨーク60を比較すると、センサヨーク30の方が永久磁石20の近くに位置するため、集磁ヨーク60よりもセンサヨーク30の方が強い磁界に曝される。よって、集磁ヨーク60よりもセンサヨーク30に飽和磁束密度の大きい材料(例えば集磁ヨーク60にパーマロイC、センサヨーク30にパーマロイBや珪素鋼板など)を用いることで、より高精度にトルクを検出することができる。なお、センサヨーク30と集磁ヨーク60の両方に、パーマロイCに比べて保磁力がそれほど小さくないパーマロイBや珪素鋼板を使用すると、ヒステリシスが比較的大きくなってしまうが、集磁ヨーク60にNi含有量の高いパーマロイCを使用し、センサヨーク30にNi含有量のそれほど高くないパーマロイBを使用したり、珪素鋼板を使用することにより、ヒステリシスはそれほど大きくならず、ほぼ実用できるレベルになる。このように、集磁ヨーク60にパーマロイCを使用し、センサヨーク30にパーマロイBや珪素鋼板を使用することで、それほど性能を劣化させずに全体のコストを下げることができる。
Further, in the
次に、上記トルク検出器1を電動パワーステアリング装置に搭載する場合の一例について説明する。図10は、電動パワーステアリング装置100におけるトルク検出器1の周辺断面図を示す説明図である。
Next, an example in which the
例えば電動パワーステアリング装置100のステアリングホイール側の第2の軸としての入力軸101には、センサヨークアッセンブリ102が圧入等により固定されている。また、インターミッション側の第1の軸としての出力軸103には、磁石アッセンブリ104が圧入等により固定されている。入力軸101と出力軸103からなるシャフトアッセンブリ105は、ハウジング106に固定された集磁ヨークアッセンブリ107の内側に挿入されている。
For example, a
センサヨークアッセンブリ102は、例えば図11に示すように上述のセンサヨーク30と、入力軸101へ圧入固定するためのカラー108(図1における32)とを備え、これらが合成樹脂109(図1における31)によりモールドされて一体に固定されている。
For example, as shown in FIG. 11, the
なお、このとき、センサヨーク30は、全体がモールドされるのではなく、ラジアル方向に対向する集磁ヨークアッセンブリ107と、アキシアル方向に対向する磁石アッセンブリ104との対向面は露出している。
At this time, the
集磁ヨークアッセンブリ107は、図12に示すように上述の集磁ヨーク60が合成樹脂110(図1における61)によりモールドされている。但し、磁束検出器80の磁気検出素子が磁束集中部70間へ挿入できるように、合成樹脂110(図1における61)には、磁気検出素子を挿入するための孔111が開けられている。
As shown in FIG. 12, the magnetic flux collecting
磁石アッセンブリ104は、図13に示すように上述の永久磁石20と、それを固定する磁石ハウジング112(図1における21相当)からなる。永久磁石20は、通常の焼結磁石でも良いが、ボンド磁石やプラスチックマグネットを用いて磁石ハウジング112と一体成形してもよい。また、磁石ハウジング112(図1における21相当)を磁性体とすることで磁石のバックヨークとすることもできる。
As shown in FIG. 13, the
このように、電動パワーステアリング装置100に上述のトルク検出器1を適用することにより、電動パワーステアリング装置100を小型化できる。すなわち衝突時の衝撃吸収のためのEAストローク量を十分に取ることができる等の利点が得られ、EPSの性能を向上させることができる。
Thus, by applying the above-described
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the ideas described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs.
1 トルク検出器
10 トーションバー
11 第1の軸
12 第2の軸
20 永久磁石
30 センサヨーク
30a 第1のセンサヨーク部
30b 第2のセンサヨーク部
50、51 クローポール
60 集磁ヨーク
80 磁束検出器
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1の軸または前記連結軸の一端に固定され、周方向に沿って多極着磁された環状の永久磁石と、
前記第2の軸または前記連結軸の他端に固定され、前記永久磁石と共に磁気回路を形成するセンサヨークと、
前記センサヨークに対向配置され、前記センサヨークからの磁束を誘導して、前記永久磁石及び前記センサヨークと共に前記磁気回路を形成する集磁ヨークと、
前記集磁ヨークが誘導した磁束を検出する磁束検出器と、を有し、
前記第1の軸及び第2の軸のうちいずれか一方へ加えられたトルクを前記磁束検出器の出力に基づいて検出するトルク検出器であって、
前記センサヨークは、前記永久磁石の軸方向に対向配置され、
前記センサヨークは、周方向に環状に配置された複数のクローポールを有する径方向内側の第1のセンサヨーク部と径方向外側の第2のセンサヨーク部を有し、
前記第1のセンサヨーク部のクローポールと前記第2のセンサヨーク部のクローポールは、同一円周上又は略同一円周上に交互に配置され、
前記第1のセンサヨーク部のクローポールの径方向内側端部は、両隣の第2のセンサヨーク部のクローポールの径方向内側端部の内周まで周方向に延伸され、
前記第2のセンサヨーク部のクローポールの径方向外側端部は、両隣の第1のセンサヨーク部のクローポールの径方向外側端部の外周まで周方向に延伸されていることを特徴とする、トルク検出器。 A first shaft and a second shaft connected coaxially via a connecting shaft;
An annular permanent magnet fixed to one end of the first shaft or the connecting shaft and magnetized in multiple poles along the circumferential direction;
A sensor yoke fixed to the other end of the second shaft or the connecting shaft and forming a magnetic circuit with the permanent magnet;
A magnetism collecting yoke disposed opposite to the sensor yoke, for inducing a magnetic flux from the sensor yoke, and forming the magnetic circuit together with the permanent magnet and the sensor yoke;
A magnetic flux detector for detecting the magnetic flux induced by the magnetic flux collecting yoke,
A torque detector for detecting a torque applied to any one of the first axis and the second axis based on an output of the magnetic flux detector;
The sensor yoke is disposed opposite to the axial direction of the permanent magnet,
The sensor yoke has a first sensor yoke portion on the radially inner side and a second sensor yoke portion on the radially outer side having a plurality of claw poles arranged annularly in the circumferential direction,
The claw poles of the first sensor yoke part and the claw poles of the second sensor yoke part are alternately arranged on the same circumference or substantially the same circumference,
The radially inner end portion of the claw pole of the first sensor yoke portion is extended in the circumferential direction to the inner periphery of the radially inner end portion of the claw pole of the adjacent second sensor yoke portion,
The claw pole radially outer end of the second sensor yoke portion extends in the circumferential direction to the outer periphery of the claw pole radially outer end of the adjacent first sensor yoke portion. , Torque detector.
前記第2のセンサヨーク部の隣り合うクローポールの延伸部は、その間の第1のセンサヨーク部のクローポールの径方向外側端部の中央付近まで延伸し、互いに近接していることを特徴とする、請求項1に記載のトルク検出器。 The extension portions of the adjacent claw poles of the first sensor yoke portion extend to the vicinity of the center of the radially inner end portion of the claw pole of the second sensor yoke portion therebetween, and are close to each other.
The extending portions of the adjacent claw poles of the second sensor yoke portion extend to the vicinity of the center of the radially outer end of the claw pole of the first sensor yoke portion therebetween, and are close to each other. The torque detector according to claim 1.
前記本体部と前記延伸部との接続部の内角には、R加工が施されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載のトルク検出器。 The claw pole has a rectangular and flat body part, and an extending part extending in the circumferential direction from a radial end of the body part,
The torque detector according to claim 1 or 2, wherein an R angle is applied to an inner angle of a connection portion between the main body portion and the extending portion.
請求項1〜6のいずれかに記載のトルク検出器を備えることを特徴とする、電動パワーステアリング装置。 In the electric power steering device that generates auxiliary steering torque from the electric motor in response to the steering torque applied to the steering wheel, decelerates by the reducer, and transmits it to the output shaft of the steering mechanism.
An electric power steering apparatus comprising the torque detector according to claim 1.
打ち抜き加工により、上下が交互に入れ替わるように複数のクローポールを一列に形成することを特徴とする、クローポールの製造方法。 A method of manufacturing a claw pole included in the torque detector according to claim 1,
A method of manufacturing a claw pole, wherein a plurality of claw poles are formed in a row so that the top and bottom are alternately switched by punching.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2007303315A JP2009128181A (en) | 2007-11-22 | 2007-11-22 | Torque detector, electric power steering apparatus, and claw pole manufacturing method |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR101553960B1 (en) | 2012-03-16 | 2015-09-17 | 알프스 덴키 가부시키가이샤 | Angle detecting apparatus and torque detecting apparatus using the same |
| KR20160027367A (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-10 | 엘지이노텍 주식회사 | Stator and torque angle sensor module using the same |
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-
2007
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