相対角度検出装置および相対角度検出装置の製造方法
【課題】製造するために用いられる材料量が低減された軟磁性体を備える装置を提供する。
【解決手段】２つの回転軸の相対角度を検出する相対角度検出装置であって、２つの回転軸の一方の回転軸である第１の回転軸１２０に設けられた磁石２２と、磁石２２により形成される磁界内となるように２つの回転軸の他方の回転軸である第２の回転軸１３０に設けられ、磁石２２とともに磁気回路を形成するヨーク３０と、磁気回路の磁束密度を検出する磁気センサ４０と、を備え、ヨーク３０は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形されている。
【解決手段】２つの回転軸の相対角度を検出する相対角度検出装置であって、２つの回転軸の一方の回転軸である第１の回転軸１２０に設けられた磁石２２と、磁石２２により形成される磁界内となるように２つの回転軸の他方の回転軸である第２の回転軸１３０に設けられ、磁石２２とともに磁気回路を形成するヨーク３０と、磁気回路の磁束密度を検出する磁気センサ４０と、を備え、ヨーク３０は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対角度検出装置および相対角度検出装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動パワーステアリング装置に用いられるトルク検出装置（相対角度検出装置）の製造歩留まりを向上する技術が提案されている。
例えば、特許文献１に記載のトルク検出器は、以下のように構成されている。すなわち、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、第１の軸または連結軸の一端に固定された永久磁石と、第２の軸または連結軸の他端に固定され、永久磁石と共に磁気回路を形成する一対のセンサヨークと、永久磁石及びセンサヨークと共に磁気回路を形成する一対の集磁ヨークと、センサヨーク及び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、一対のセンサヨークは、平板部材から一対の帯状のセンサヨーク部材がそれぞれ打ち抜かれ、一対の帯状のセンサヨーク部材が各々環状に湾曲させられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６８７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁石とともに磁気回路を形成するヨークなどの軟磁性体に用いられる材料は一般的に高価であるため、安価な装置を得るためには、軟磁性体を製造するための材料量は少ないことが望ましい。
本発明は、製造するために用いられる材料量が低減された軟磁性体を備える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】
【０００５】
かかる目的のもと、本発明は、２つの回転軸の相対角度を検出する相対角度検出装置であって、前記２つの回転軸の一方の回転軸に設けられた硬磁性体と、前記硬磁性体により形成される磁界内となるように前記２つの回転軸の他方の回転軸に設けられ、当該硬磁性体とともに磁気回路を形成する軟磁性体と、前記磁気回路の磁束密度を検出する検出手段と、を備え、前記軟磁性体は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形されていることを特徴とする相対角度検出装置である。
【０００６】
ここで、前記軟磁性体の材料となる磁性粉末には、ニッケルが含まれているとよい。また、前記軟磁性体の材料となる磁性粉末には、ニッケルが４０％以上含まれているとよい。
また、前記軟磁性体は、前記硬磁性体の外形よりも大きな孔が内側に形成された円板状の円環部と、当該円環部における当該硬磁性体側の部位から前記一方の回転軸の軸方向に突出するように形成された突起部と、を有し、前記突起部における外側の部位は、先端部側から前記円環部の方へ行くに従って徐々に拡径しているとともに、当該突起部における内側の部位は、前記硬磁性体に対する距離が当該先端部側から当該円環部にかけて同じであるとよい。
【０００７】
また、他の観点から捉えると、本発明は、同軸的に配置された２つの回転軸の一方の回転軸に設けられた硬磁性体と、当該硬磁性体により形成される磁界内となるように当該２つの回転軸の他方の回転軸に設けられ、当該硬磁性体とともに磁気回路を形成する軟磁性体と、当該磁気回路の磁束密度を検出する検出手段とを備え、当該２つの回転軸の相対角度を検出する相対角度検出装置の製造方法であって、前記軟磁性体は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形にて製造することを特徴とする相対角度検出装置の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、軟磁性体を製造するのに用いる材料量を低減させることができ、安価な装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の外観図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図３】電動パワーステアリング装置の断面図である。
【図４】図３におけるＸ部の拡大図である。
【図５】実施の形態に係る相対角度検出部の主要部品の概略構成図である。
【図６】相対角度検出部を、図３におけるＹ方向から見た図である。
【図７】トルク検出部の出力部が出力する第１のトルク信号および第２のトルク信号と、操舵トルクとの関係を示す図である。
【図８】ステアリング装置のＥＣＵの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態（実施の形態）について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００の外観図である。図２は、電動パワーステアリング装置１００の概略構成図である。図３は、電動パワーステアリング装置１００の断面図である。なお、図２においては、後述するＥＣＵ１０のカバー１５を省略して示している。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置（以下、「ステアリング装置」と称す。）１００は、コラムアシスト式の装置であり、右ハンドル仕様の、例えば自動車などの乗り物に適用される装置である。ステアリング装置１００は、ステアリングホイール（図示せず）に連結されたステアリングシャフト１０１と、このステアリングシャフト１０１の回転半径方向の周囲を覆うステアリングコラム１０５と、を備えている。
【００１１】
また、ステアリング装置１００は、後述するウォームホイール１５０およびウォームギヤ１６１を収納するギヤボックス１１０と、ステアリングコラム１０５およびギヤボックス１１０を、乗り物の本体フレームに直接的または間接的に固定するブラケット１０６と、を備えている。
また、ステアリング装置１００は、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする力を付与する電動モータ１６０と、電動モータ１６０の作動を制御する制御装置の一例としての電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する場合もある。）１０と、運転者の操舵トルクＴを検出するトルク検出装置２０と、を備えている。
【００１２】
ステアリングシャフト１０１は、上端がステアリングホイール（図示せず）に連結される第１の回転軸１２０と、この第１の回転軸１２０とトーションバー１４０を介して同軸的に連結された第２の回転軸１３０とを有している。第２の回転軸１３０には、例えば圧入などによりウォームホイール１５０が固定されている。このウォームホイール１５０は、ギヤボックス１１０に固定された電動モータ１６０の出力軸に連結されたウォームギヤ１６１と噛み合っている。
【００１３】
ギヤボックス１１０は、第１の回転軸１２０を回転可能に支持する第１部材１１１と、第２の回転軸１３０を回転可能に支持するとともに第１部材１１１に例えばボルトなどにより結合される第２部材１１２と、を有している。第１部材１１１は、電動モータ１６０を取り付ける部位であるモータ取付部１１１ａと、ＥＣＵ１０を取り付ける部位であるＥＣＵ取付部１１１ｂと、を有している。
【００１４】
以上のように構成されたステアリング装置１００においては、トルク検出装置２０が、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対回転角度に基づいて操舵トルクＴを検出し、ＥＣＵ１０が、検出された操舵トルクＴに基づいて電動モータ１６０の駆動を制御し、その回転駆動力をウォームギヤ１６１、ウォームホイール１５０を介して第２の回転軸１３０に伝達する。これにより、電動モータ１６０の発生トルクが、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする。
【００１５】
次に、トルク検出装置２０について詳述する。
トルク検出装置２０は、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対回転角度を検出する相対角度検出部２１と、相対角度検出部２１が検出した相対回転角度に基づいて操舵トルクＴを検出するトルク検出部５０と、を有している。
【００１６】
先ずは、相対角度検出部２１について説明する。
図４は、図３におけるＸ部の拡大図である。図５は、実施の形態に係る相対角度検出部２１の主要部品の概略構成図である。図６は、相対角度検出部２１を、図３におけるＹ方向から見た図である。なお、図６においては、ブラケット６０は省略している。
相対角度検出部２１は、第１の回転軸１２０に取り付けられる硬磁性体の一例としての磁石２２と、磁石２２が形成する磁界内に配置され、磁石２２とともに磁気回路を形成する軟磁性体の一例としてのヨーク３０を有している。また、相対角度検出部２１は、磁石２２およびヨーク３０にて形成される磁気回路中の磁束密度を検出する磁気センサ４０と、ヨーク３０を支持するブラケット６０と、を有している。
【００１７】
磁石２２は、円筒状であり、図５に示すように、第１の回転軸１２０の周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されるとともに周方向に着磁されている。この磁石２２は、カラー２３を介して第１の回転軸１２０に取り付けられている。つまり、磁石２２がカラー２３に固定されており、カラー２３が第１の回転軸１２０に固定されている。そして、磁石２２は第１の回転軸１２０とともに回転する。なお、磁石２２の第１の回転軸１２０の軸方向の長さは、ヨーク３０の長さよりも長い。
【００１８】
ヨーク３０は、第１のヨーク３１と、第２のヨーク３２と、を有している。
第１のヨーク３１は、磁石２２の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第１の円環部３１ａと、この第１の円環部３１ａから第１の回転軸１２０の軸方向（以下、単に「軸方向」と称する場合もある。）に伸びるように形成された複数の第１の突起部３１ｂとを有している。第１の突起部３１ｂは、磁石２２の周方向には、この磁石２２の外周面に沿うように湾曲している。
第２のヨーク３２は、磁石２２の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第２の円環部３２ａと、この第２の円環部３２ａから軸方向に伸びるように形成された複数の第２の突起部３２ｂとを有している。第２の突起部３２ｂは、磁石２２の周方向には、この磁石２２の外周面に沿うように湾曲している。
【００１９】
第１のヨーク３１の第１の突起部３１ｂおよび第２のヨーク３２の第２の突起部３２ｂは、磁石２２のＮ極およびＳ極と同数形成されている。つまり、磁石２２のＮ極およびＳ極がそれぞれ例えば１２個である場合には、第１の突起部３１ｂも１２個形成されており、第２の突起部３２ｂも１２個形成されている。そして、この第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂは、第１の回転軸１２０の回転半径方向においては、図４，図６に示すように、磁石２２の外周面と対向するようにこの外周面よりもやや外側に配置されており、その第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂの磁石２２と対向する面は、第１の回転軸１２０の回転軸に直交する方向に見ると長方形である。第１の突起部３１ｂと第２の突起部３２ｂとは、第１の回転軸１２０の周方向に交互に配置されている。
【００２０】
そして、本実施の形態に係るトルク検出装置２０においては、トーションバー１４０に操舵トルクＴが加わっていない状態、つまりトーションバー１４０に捩れが生じていない中立状態のときに、図６に示すように、第１の回転軸１２０の周方向において、時計回転方向に見た場合に磁石２２のＮ極とＳ極との境界線と第１のヨーク３１の第１の突起部３１ｂの周方向の中心が一致するように配置されている。
【００２１】
第２のヨーク３２の第２の突起部３２ｂは、中立状態のときに、第１の回転軸１２０の周方向において、図６に示すように、時計回転方向に見た場合に磁石２２のＳ極とＮ極との境界線と第２の突起部３２ｂの周方向の中心が一致するように配置されている。そして、トーションバー１４０に操舵トルクＴが加わってトーションバー１４０に捩れが生じ、第１の突起部３１ｂが磁石２２のＮ極あるいはＳ極と対向する場合に、第２の突起部３２ｂは、第１の突起部３１ｂが対向する磁極とは異なる極性の磁極に対向する。
【００２２】
ブラケット６０は、第２の回転軸１３０の軸方向に伸びる薄肉円筒状の軸方向部位６１と、軸方向部位６１から第２の回転軸１３０の回転半径方向に伸びる円板状の半径方向部位６２とを有する。そして、ブラケット６０の軸方向部位６１が第２の回転軸１３０に圧入、溶接、カシメあるいはねじ止めされることにより、軸方向部位６１が第２の回転軸１３０に固定されている。これにより、ヨーク３０は、第２の回転軸１３０に固定される。
【００２３】
磁気センサ４０は、後述するトルク検出部５０の検出用基板５０ａを介してギヤボックス１１０に固定されており、軸方向において、第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａと第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａとの間に配置されている。磁気センサ４０は、第１のヨーク３１と第２のヨーク３２との間の磁束密度を検出し、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センサであり、磁気抵抗素子、ホールＩＣ、ホール素子などを例示することができる。
【００２４】
次に、トルク検出部５０について説明する。
トルク検出部５０は、ステアリングホイールに操舵トルクＴが付与されておらず、トーションバー１４０に捩れが生じていない中立状態のときの磁気センサ４０の出力値である基準値を記憶する記憶部５１（図８参照）と、この記憶部５１に記憶された基準値と磁気センサ４０の出力値とに基づいて操舵トルクＴに応じた電気信号（本実施の形態においては電圧信号）であるトルク信号を出力する出力部５２（図８参照）とを備えている。
出力部５２は、磁気センサ４０から取得した値と記憶部５１に記憶された基準値との差を演算するとともに、演算することにより得た値に応じた値であり、かつ相関関係がある２つの電圧信号である第１のトルク信号Ｔ１，第２のトルク信号Ｔ２を出力する。
【００２５】
図７は、トルク検出部５０の出力部５２が出力する第１のトルク信号Ｔ１および第２のトルク信号Ｔ２と、操舵トルクＴとの関係を示す図である。
図７においては、横軸に操舵トルクＴ、縦軸に第１のトルク信号Ｔ１の第１の電圧Ｖ１および第２のトルク信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２を示している。横軸は、操舵トルクＴが零の状態、言い換えれば、トーションバー１４０の捩れ量が零の状態を中点にし、右方向の操舵トルクＴをプラス、左方向の操舵トルクＴをマイナスとしている。
そして、本実施の形態に係るトルク検出部５０の出力部５２は、図７に示すように、第１のトルク信号Ｔ１が示す第１の電圧Ｖ１および第２のトルク信号Ｔ２が示す第２の電圧Ｖ２が、最大電圧ＶＨｉと最小電圧ＶＬｏとの間で変化するように出力する。なお、最大電圧ＶＨｉは、トルク検出部５０が第１のトルク信号Ｔ１,第２のトルク信号Ｔ２として出力可能な出力上限値よりわずかに低く、最小電圧ＶＬｏは、出力可能な出力下限値よりわずかに高く設定される。
【００２６】
図７の実線で示すように、第１のトルク信号Ｔ１は、操舵トルクＴの右方向への大きさが増加（トーションバー１４０の右方向への回転量が増加）するのに伴って電圧が上昇する特性を有する。すなわち、ステアリングホイールが右方向に回転すると第１のトルク信号Ｔ１の第１の電圧Ｖ１が上昇する。他方、図７の破線で示すように、第２のトルク信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２は、第１のトルク信号Ｔ１と逆の特性（負の相関関係）を有し、操舵トルクＴの右方向への大きさが増加するのに伴って電圧が低下する特性を有する。すなわち、ステアリングホイールが右方向に回転すると第２のトルク信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２が低下する。
【００２７】
そして、中点では第１のトルク信号Ｔ１の第１の電圧Ｖ１と第２のトルク信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２とが等しい電圧(以下、「中点電圧Ｖｃ」と称する場合がある)となるように構成されている。中点電圧Ｖｃは、例えば、最大電圧ＶＨｉと最小電圧ＶＬｏの中間の電圧（Ｖｃ＝（ＶＨｉ＋ＶＬｏ）／２)である。
さらに、操舵トルクＴの変化に対する第１のトルク信号Ｔ１の変化の割合と第２のトルク信号Ｔ２の変化の割合(絶対値)は等しく、同じ操舵トルクＴを示す第１のトルク信号Ｔ１の第１の電圧Ｖ１と第２のトルク信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２を合計した合計電圧が常に予め定められた所定電圧（２Ｖｃ）となる特性を有する。
【００２８】
トルク検出部５０は、図２，図３に示した、算術論理演算回路が実装された検出用基板５０ａにて構成される。出力部５２は、検出用基板５０ａに接続されたリード線５０ｂを介して第１のトルク信号Ｔ１，第２のトルク信号Ｔ２を出力する。リード線５０ｂは、ＥＣＵ１０の後述する制御基板１２に接続されている。また、検出用基板５０ａは、リード線５０ｂを介して、電源電圧およびＧＮＤ電圧が供給される。
【００２９】
次に、ＥＣＵ１０について詳述する。
図８は、ステアリング装置１００のＥＣＵ１０の概略構成図である。
ＥＣＵ１０には、上述したトルク検出装置２０からの出力信号、車速センサ（不図示）にて検出された車速が出力信号に変換された車速信号ｖなどが入力される。
そして、ＥＣＵ１０は、トルク検出装置２０からの出力信号をトルク信号Ｔｄに変換する変換部２１５と、変換部２１５から出力されたトルク信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１６０が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部２２０と、目標電流算出部２２０が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御などを行う制御部２３０とを有している。
【００３０】
変換部２１５は、トルク検出装置２０から出力された第１のトルク信号Ｔ１および第２のトルク信号Ｔ２からトルク検出装置２０に異常が生じているか否かを診断するとともに、異常が生じていない場合には、第１のトルク信号Ｔ１を操舵トルクＴに応じたデジタル信号であるトルク信号Ｔｄに変換するとともに、変換したトルク信号Ｔｄを、目標電流算出部２２０へ向けて出力する。
【００３１】
目標電流算出部２２０は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部（不図示）と、電動モータ１６０の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部（不図示）と、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部（不図示）とを備えている。また、目標電流算出部２２０は、ベース電流算出部、イナーシャ補償電流算出部、ダンパー補償電流算出部などからの出力に基づいて目標電流を決定する目標電流決定部（不図示）と、トルク信号Ｔｄの位相補償を行う位相補償部（不図示）を備えている。そして、目標電流算出部２２０は、変換部２１５から出力されたトルク信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１６０が供給するのに必要となる目標電流を算出する。
【００３２】
制御部２３０は、電動モータ１６０の作動を制御するモータ駆動制御部（不図示）と、電動モータ１６０を駆動させるモータ駆動部（不図示）と、電動モータ１６０に実際に流れる実電流Ｉｍ（不図示）を検出するモータ電流検出部（不図示）とを有している。
モータ駆動制御部は、目標電流算出部２２０にて最終的に決定された目標電流と、モータ電流検出部にて検出された電動モータ１６０へ供給される実電流Ｉｍとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部（不図示）と、電動モータ１６０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ信号生成部（不図示）とを有している。
【００３３】
モータ駆動部は、所謂インバータであり、スイッチング素子として６個の独立したトランジスタ（ＦＥＴ）（不図示）を備え、６個の中から選択した２個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させることにより、電動モータ１６０の駆動を制御する。
モータ電流検出部は、モータ駆動部に接続されたシャント抵抗（不図示）の両端に生じる電圧から電動モータ１６０に流れる実電流Ｉｍの値を検出して、検出した実電流Ｉｍをモータ電流信号Ｉｍｓ（不図示）に変換して出力する。
【００３４】
上述したＥＣＵ１０の変換部２１５、目標電流算出部２２０および制御部２３０は、電子部品が実装されたＥＣＵ用基板１１（図２、図３参照）にて構成される。ＥＣＵ用基板１１は、目標電流算出部２２０、モータ駆動制御部、モータ電流検出部などを構成する、マイクロコンピュータやその周辺機器が実装された制御基板１２（図２参照）と、モータ駆動部を構成する、電動モータ１６０を駆動制御するトランジスタなどが実装されたパワー基板１３（図２参照）と、を備えている。制御基板１２には、トルク検出部５０のリード線５０ｂが挿入される挿入孔１２ａ（図２参照）が形成されている。パワー基板１３には、電動モータ１６０に挿入されて電動モータ１６０の巻き線端子（不図示）に電気的に接続されるモータ端子１８が取り付けられている。
【００３５】
また、ＥＣＵ１０は、制御基板１２をギヤボックス１１０の第１部材１１１に取り付けるためのフレーム１４（図２参照）と、制御基板１２、パワー基板１３およびフレーム１４などを覆うカバー１５（図１参照）と、を備えている。
フレーム１４は、絶縁性樹脂によりインサート成形され、複数の導電線からなる配線パターンを有し、制御基板１２とパワー基板１３とを電気的に接続する。このフレーム１４には、自動車などの乗り物に搭載されるバッテリや、この乗り物に搭載される各種の機器とのネットワーク（ＣＡＮ）などに接続するための接続コネクタ１６が取り付けられている（図１，図２参照）。
【００３６】
次に、トルク検出装置２０のヨーク３０について詳述する。
ヨーク３０は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料の射出成形体である。つまり、ヨーク３０は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形されている。磁性粉末は、Ｎｉ（ニッケル）が４０重量％以上、残部がＦｅ（鉄）の組成を有するＦｅ−Ｎｉ合金である。
ヨーク３０は、金属製のブラケット６０とともに射出成形される。つまり、ヨーク３０およびブラケット６０は、金型内に挿入したブラケット６０の周りに磁性粉末が混合（分散）されていない合成樹脂を注入するとともに、ヨーク３０の部位には磁性粉末が混合（分散）された合成樹脂を注入する二色成形にて一体成形されている。これにより、第１のヨーク３１、第２のヨーク３２およびブラケット６０は、一部品となった状態で、第２の回転軸１３０に固定されている。
【００３７】
磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いた射出成形では、例えば鋼板をプレス加工する場合と比べて、より複雑な形状を成形型にて成形できることから、ヨーク３０の形状の自由度が増す。したがって、射出成形することで、プレス加工あるいは切削加工を施すことなく、より複雑な形状にすることが可能となる。言い換えれば、射出成形することで、プレス加工あるいは切削加工では必要となるスクラップ量を低減しつつ、より複雑な形状の物を成形することが可能となる。また、射出成形することにより、容易にヨーク３０を大量生産することが可能となる。
【００３８】
したがって、本実施の形態に係るヨーク３０のように、ヨーク３０を射出成形することで、同じ形状の物を射出成形以外の方法で製造する場合よりも、ヨーク３０を製造するのに必要となる材料量を少なくすることができる。つまり、Ｎｉ（ニッケル）などを含む高価な材料の量を低減させることができる。これにより、相対角度検出部２１、ひいてはトルク検出装置２０を安価に製造することが可能となる。
【００３９】
また、本実施の形態に係るヨーク３０では、射出成形することでヨーク３０の形状の自由度が増すことに鑑み、効率よい磁気回路を実現するべく以下の形状としている。
すなわち、ヨーク３０の第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａから軸方向に伸びるように形成された第１の突起部３１ｂの外周側の部位３１ｃは、先端部側から基端部側、すなわち第１の円環部３１ａの方へ行くに従って徐々に拡径している。他方、第１の突起部３１ｂの内周側の部位３１ｄの磁石２２に対する距離は、先端部側から基端部側にかけて同じである。同様に、ヨーク３０の第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａから軸方向に伸びるように形成された第２の突起部３２ｂの外周側の部位３２ｃは、先端部側から基端部側、すなわち第２の円環部３２ａの方へ行くに従って徐々に拡径している。他方、第２の突起部３２ｂの内周側の部位３２ｄの磁石２２に対する距離は、先端部側から基端部側にかけて同じである。
【００４０】
以上のように形成されたヨーク３０においては、第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）の外周側の部位３１ｃ（３２ｃ）が先端部側から第１の円環部３１ａ（第２の円環部３２ａ）の方へ行くに従って徐々に拡径していることから、第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）から第１の円環部３１ａ（第２の円環部３２ａ）に向かう磁力線、第１の円環部３１ａ（第２の円環部３２ａ）から第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）に向かう磁力線が通り易くなる。
【００４１】
また、第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）の内周側の部位３１ｄ（３２ｄ）の磁石２２に対する距離が先端部側から基端部側にかけて同じであることから、例えば先端部側から基端部側にかけて磁石２２から徐々に離れて外側に向かう形状の物と比べると、第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）が磁石２２と対向する領域は大きい。それゆえ、磁石２２とヨーク３０との間で出入りする磁力線の量が多くなる。
【００４２】
以上のことより、本実施の形態に係るヨーク３０によれば、本実施の形態に係るヨーク３０を用いない場合に比べて、磁石２２およびヨーク３０にて形成される磁気回路中の磁束密度をより大きくすることができ、磁気センサ４０にて検出する磁束密度をより大きくすることができる。その結果、トルク検出装置２０にて操舵トルクＴをより精度高く検出することが可能となる。
【００４３】
言い換えれば、第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）の外周側の部位３１ｃ（３２ｃ）が先端部側から第１の円環部３１ａ（第２の円環部３２ａ）の方へ行くに従って徐々に拡径し、および／または第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）の内周側の部位３１ｄ（３２ｄ）の磁石２２に対する距離が先端部側から基端部側にかけて同じであれば、そうでない形状と比べて、第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）および／または第１の円環部３１ａ（第２の円環部３２ａ）の肉厚を薄くしたとしても磁気回路中の磁束密度を同じにすることが可能となる。これにより、トルク検出装置２０による検出精度を低下させることなく、ヨーク３０の大きさを小さくすることができる。その結果、安価でかつ車両搭載性に優れたトルク検出装置２０を得ることが可能となる。
【００４４】
また、本実施の形態に係るヨーク３０の材料として用いる磁性粉末にはＮｉ（ニッケル）が含まれているので、保持力が低く、ヒステリシスを小さくすることが可能となる。磁性粉末におけるＮｉ（ニッケル）の含有率が４０重量％以上であると、ヒステリシスを小さくする効果が顕著に現れることから、Ｎｉ（ニッケル）の含有率は、４０重量％以上であるとよい。ヒステリシスを小さくすることで、トルク検出装置２０の検出精度をより高めることが可能となる。
【００４５】
なお、上述の実施の形態においては、ヨーク３０を、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形する点について説明したが、特に限定されることなく、他の軟磁性部材を、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形してもよい。
例えば、トルク検出装置２０が、ヨーク３０の第１のヨーク３１および第２のヨーク３２それぞれの外側に、第１のヨーク３１および第２のヨーク３２それぞれに近接して配置され、第１のヨーク３１および第２のヨーク３２それぞれから磁束を誘導する一対の誘導部材を備えている場合には、この一対の誘導部材を、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形するとよい。射出成形することで一対の誘導部材を製造するのに必要な材料量を少なくすることができるとともに、形状の自由度も増すことが可能となる。
【００４６】
また、上述の実施の形態においては、ヨーク３０を、金属製のブラケット６０とともに二色成形にて一体成形する点について説明したが、特に限定されることはない。例えば、ヨーク３０を、先に、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形しておき、その後、このヨーク３０とブラケット６０とを金型内にセットした状態で磁性粉末が混合（分散）されていない合成樹脂を注入して一体化してもよい。逆に、ヨーク３０を最後に射出成形してもよい。つまり、ヨーク３０の形状をした型と、ブラケット６０とを金型内にセットした状態で磁性粉末が混合（分散）されていない合成樹脂を注入した後に、ヨーク３０の形状をした型を取り出し、その後、ヨーク３０の部位に磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を注入してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０…ＥＣＵ、２０…トルク検出装置、２１…相対角度検出部、２２…磁石、３０…ヨーク、４０…磁気センサ、５０…トルク検出部、６０…ブラケット、１００…電動パワーステアリング装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対角度検出装置および相対角度検出装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動パワーステアリング装置に用いられるトルク検出装置（相対角度検出装置）の製造歩留まりを向上する技術が提案されている。
例えば、特許文献１に記載のトルク検出器は、以下のように構成されている。すなわち、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、第１の軸または連結軸の一端に固定された永久磁石と、第２の軸または連結軸の他端に固定され、永久磁石と共に磁気回路を形成する一対のセンサヨークと、永久磁石及びセンサヨークと共に磁気回路を形成する一対の集磁ヨークと、センサヨーク及び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、一対のセンサヨークは、平板部材から一対の帯状のセンサヨーク部材がそれぞれ打ち抜かれ、一対の帯状のセンサヨーク部材が各々環状に湾曲させられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６８７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁石とともに磁気回路を形成するヨークなどの軟磁性体に用いられる材料は一般的に高価であるため、安価な装置を得るためには、軟磁性体を製造するための材料量は少ないことが望ましい。
本発明は、製造するために用いられる材料量が低減された軟磁性体を備える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】
【０００５】
かかる目的のもと、本発明は、２つの回転軸の相対角度を検出する相対角度検出装置であって、前記２つの回転軸の一方の回転軸に設けられた硬磁性体と、前記硬磁性体により形成される磁界内となるように前記２つの回転軸の他方の回転軸に設けられ、当該硬磁性体とともに磁気回路を形成する軟磁性体と、前記磁気回路の磁束密度を検出する検出手段と、を備え、前記軟磁性体は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形されていることを特徴とする相対角度検出装置である。
【０００６】
ここで、前記軟磁性体の材料となる磁性粉末には、ニッケルが含まれているとよい。また、前記軟磁性体の材料となる磁性粉末には、ニッケルが４０％以上含まれているとよい。
また、前記軟磁性体は、前記硬磁性体の外形よりも大きな孔が内側に形成された円板状の円環部と、当該円環部における当該硬磁性体側の部位から前記一方の回転軸の軸方向に突出するように形成された突起部と、を有し、前記突起部における外側の部位は、先端部側から前記円環部の方へ行くに従って徐々に拡径しているとともに、当該突起部における内側の部位は、前記硬磁性体に対する距離が当該先端部側から当該円環部にかけて同じであるとよい。
【０００７】
また、他の観点から捉えると、本発明は、同軸的に配置された２つの回転軸の一方の回転軸に設けられた硬磁性体と、当該硬磁性体により形成される磁界内となるように当該２つの回転軸の他方の回転軸に設けられ、当該硬磁性体とともに磁気回路を形成する軟磁性体と、当該磁気回路の磁束密度を検出する検出手段とを備え、当該２つの回転軸の相対角度を検出する相対角度検出装置の製造方法であって、前記軟磁性体は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形にて製造することを特徴とする相対角度検出装置の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、軟磁性体を製造するのに用いる材料量を低減させることができ、安価な装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の外観図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図３】電動パワーステアリング装置の断面図である。
【図４】図３におけるＸ部の拡大図である。
【図５】実施の形態に係る相対角度検出部の主要部品の概略構成図である。
【図６】相対角度検出部を、図３におけるＹ方向から見た図である。
【図７】トルク検出部の出力部が出力する第１のトルク信号および第２のトルク信号と、操舵トルクとの関係を示す図である。
【図８】ステアリング装置のＥＣＵの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態（実施の形態）について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１００の外観図である。図２は、電動パワーステアリング装置１００の概略構成図である。図３は、電動パワーステアリング装置１００の断面図である。なお、図２においては、後述するＥＣＵ１０のカバー１５を省略して示している。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置（以下、「ステアリング装置」と称す。）１００は、コラムアシスト式の装置であり、右ハンドル仕様の、例えば自動車などの乗り物に適用される装置である。ステアリング装置１００は、ステアリングホイール（図示せず）に連結されたステアリングシャフト１０１と、このステアリングシャフト１０１の回転半径方向の周囲を覆うステアリングコラム１０５と、を備えている。
【００１１】
また、ステアリング装置１００は、後述するウォームホイール１５０およびウォームギヤ１６１を収納するギヤボックス１１０と、ステアリングコラム１０５およびギヤボックス１１０を、乗り物の本体フレームに直接的または間接的に固定するブラケット１０６と、を備えている。
また、ステアリング装置１００は、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする力を付与する電動モータ１６０と、電動モータ１６０の作動を制御する制御装置の一例としての電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する場合もある。）１０と、運転者の操舵トルクＴを検出するトルク検出装置２０と、を備えている。
【００１２】
ステアリングシャフト１０１は、上端がステアリングホイール（図示せず）に連結される第１の回転軸１２０と、この第１の回転軸１２０とトーションバー１４０を介して同軸的に連結された第２の回転軸１３０とを有している。第２の回転軸１３０には、例えば圧入などによりウォームホイール１５０が固定されている。このウォームホイール１５０は、ギヤボックス１１０に固定された電動モータ１６０の出力軸に連結されたウォームギヤ１６１と噛み合っている。
【００１３】
ギヤボックス１１０は、第１の回転軸１２０を回転可能に支持する第１部材１１１と、第２の回転軸１３０を回転可能に支持するとともに第１部材１１１に例えばボルトなどにより結合される第２部材１１２と、を有している。第１部材１１１は、電動モータ１６０を取り付ける部位であるモータ取付部１１１ａと、ＥＣＵ１０を取り付ける部位であるＥＣＵ取付部１１１ｂと、を有している。
【００１４】
以上のように構成されたステアリング装置１００においては、トルク検出装置２０が、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対回転角度に基づいて操舵トルクＴを検出し、ＥＣＵ１０が、検出された操舵トルクＴに基づいて電動モータ１６０の駆動を制御し、その回転駆動力をウォームギヤ１６１、ウォームホイール１５０を介して第２の回転軸１３０に伝達する。これにより、電動モータ１６０の発生トルクが、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする。
【００１５】
次に、トルク検出装置２０について詳述する。
トルク検出装置２０は、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対回転角度を検出する相対角度検出部２１と、相対角度検出部２１が検出した相対回転角度に基づいて操舵トルクＴを検出するトルク検出部５０と、を有している。
【００１６】
先ずは、相対角度検出部２１について説明する。
図４は、図３におけるＸ部の拡大図である。図５は、実施の形態に係る相対角度検出部２１の主要部品の概略構成図である。図６は、相対角度検出部２１を、図３におけるＹ方向から見た図である。なお、図６においては、ブラケット６０は省略している。
相対角度検出部２１は、第１の回転軸１２０に取り付けられる硬磁性体の一例としての磁石２２と、磁石２２が形成する磁界内に配置され、磁石２２とともに磁気回路を形成する軟磁性体の一例としてのヨーク３０を有している。また、相対角度検出部２１は、磁石２２およびヨーク３０にて形成される磁気回路中の磁束密度を検出する磁気センサ４０と、ヨーク３０を支持するブラケット６０と、を有している。
【００１７】
磁石２２は、円筒状であり、図５に示すように、第１の回転軸１２０の周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されるとともに周方向に着磁されている。この磁石２２は、カラー２３を介して第１の回転軸１２０に取り付けられている。つまり、磁石２２がカラー２３に固定されており、カラー２３が第１の回転軸１２０に固定されている。そして、磁石２２は第１の回転軸１２０とともに回転する。なお、磁石２２の第１の回転軸１２０の軸方向の長さは、ヨーク３０の長さよりも長い。
【００１８】
ヨーク３０は、第１のヨーク３１と、第２のヨーク３２と、を有している。
第１のヨーク３１は、磁石２２の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第１の円環部３１ａと、この第１の円環部３１ａから第１の回転軸１２０の軸方向（以下、単に「軸方向」と称する場合もある。）に伸びるように形成された複数の第１の突起部３１ｂとを有している。第１の突起部３１ｂは、磁石２２の周方向には、この磁石２２の外周面に沿うように湾曲している。
第２のヨーク３２は、磁石２２の外径よりも大きな径の孔が内側に形成された円板状の第２の円環部３２ａと、この第２の円環部３２ａから軸方向に伸びるように形成された複数の第２の突起部３２ｂとを有している。第２の突起部３２ｂは、磁石２２の周方向には、この磁石２２の外周面に沿うように湾曲している。
【００１９】
第１のヨーク３１の第１の突起部３１ｂおよび第２のヨーク３２の第２の突起部３２ｂは、磁石２２のＮ極およびＳ極と同数形成されている。つまり、磁石２２のＮ極およびＳ極がそれぞれ例えば１２個である場合には、第１の突起部３１ｂも１２個形成されており、第２の突起部３２ｂも１２個形成されている。そして、この第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂは、第１の回転軸１２０の回転半径方向においては、図４，図６に示すように、磁石２２の外周面と対向するようにこの外周面よりもやや外側に配置されており、その第１の突起部３１ｂおよび第２の突起部３２ｂの磁石２２と対向する面は、第１の回転軸１２０の回転軸に直交する方向に見ると長方形である。第１の突起部３１ｂと第２の突起部３２ｂとは、第１の回転軸１２０の周方向に交互に配置されている。
【００２０】
そして、本実施の形態に係るトルク検出装置２０においては、トーションバー１４０に操舵トルクＴが加わっていない状態、つまりトーションバー１４０に捩れが生じていない中立状態のときに、図６に示すように、第１の回転軸１２０の周方向において、時計回転方向に見た場合に磁石２２のＮ極とＳ極との境界線と第１のヨーク３１の第１の突起部３１ｂの周方向の中心が一致するように配置されている。
【００２１】
第２のヨーク３２の第２の突起部３２ｂは、中立状態のときに、第１の回転軸１２０の周方向において、図６に示すように、時計回転方向に見た場合に磁石２２のＳ極とＮ極との境界線と第２の突起部３２ｂの周方向の中心が一致するように配置されている。そして、トーションバー１４０に操舵トルクＴが加わってトーションバー１４０に捩れが生じ、第１の突起部３１ｂが磁石２２のＮ極あるいはＳ極と対向する場合に、第２の突起部３２ｂは、第１の突起部３１ｂが対向する磁極とは異なる極性の磁極に対向する。
【００２２】
ブラケット６０は、第２の回転軸１３０の軸方向に伸びる薄肉円筒状の軸方向部位６１と、軸方向部位６１から第２の回転軸１３０の回転半径方向に伸びる円板状の半径方向部位６２とを有する。そして、ブラケット６０の軸方向部位６１が第２の回転軸１３０に圧入、溶接、カシメあるいはねじ止めされることにより、軸方向部位６１が第２の回転軸１３０に固定されている。これにより、ヨーク３０は、第２の回転軸１３０に固定される。
【００２３】
磁気センサ４０は、後述するトルク検出部５０の検出用基板５０ａを介してギヤボックス１１０に固定されており、軸方向において、第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａと第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａとの間に配置されている。磁気センサ４０は、第１のヨーク３１と第２のヨーク３２との間の磁束密度を検出し、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センサであり、磁気抵抗素子、ホールＩＣ、ホール素子などを例示することができる。
【００２４】
次に、トルク検出部５０について説明する。
トルク検出部５０は、ステアリングホイールに操舵トルクＴが付与されておらず、トーションバー１４０に捩れが生じていない中立状態のときの磁気センサ４０の出力値である基準値を記憶する記憶部５１（図８参照）と、この記憶部５１に記憶された基準値と磁気センサ４０の出力値とに基づいて操舵トルクＴに応じた電気信号（本実施の形態においては電圧信号）であるトルク信号を出力する出力部５２（図８参照）とを備えている。
出力部５２は、磁気センサ４０から取得した値と記憶部５１に記憶された基準値との差を演算するとともに、演算することにより得た値に応じた値であり、かつ相関関係がある２つの電圧信号である第１のトルク信号Ｔ１，第２のトルク信号Ｔ２を出力する。
【００２５】
図７は、トルク検出部５０の出力部５２が出力する第１のトルク信号Ｔ１および第２のトルク信号Ｔ２と、操舵トルクＴとの関係を示す図である。
図７においては、横軸に操舵トルクＴ、縦軸に第１のトルク信号Ｔ１の第１の電圧Ｖ１および第２のトルク信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２を示している。横軸は、操舵トルクＴが零の状態、言い換えれば、トーションバー１４０の捩れ量が零の状態を中点にし、右方向の操舵トルクＴをプラス、左方向の操舵トルクＴをマイナスとしている。
そして、本実施の形態に係るトルク検出部５０の出力部５２は、図７に示すように、第１のトルク信号Ｔ１が示す第１の電圧Ｖ１および第２のトルク信号Ｔ２が示す第２の電圧Ｖ２が、最大電圧ＶＨｉと最小電圧ＶＬｏとの間で変化するように出力する。なお、最大電圧ＶＨｉは、トルク検出部５０が第１のトルク信号Ｔ１,第２のトルク信号Ｔ２として出力可能な出力上限値よりわずかに低く、最小電圧ＶＬｏは、出力可能な出力下限値よりわずかに高く設定される。
【００２６】
図７の実線で示すように、第１のトルク信号Ｔ１は、操舵トルクＴの右方向への大きさが増加（トーションバー１４０の右方向への回転量が増加）するのに伴って電圧が上昇する特性を有する。すなわち、ステアリングホイールが右方向に回転すると第１のトルク信号Ｔ１の第１の電圧Ｖ１が上昇する。他方、図７の破線で示すように、第２のトルク信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２は、第１のトルク信号Ｔ１と逆の特性（負の相関関係）を有し、操舵トルクＴの右方向への大きさが増加するのに伴って電圧が低下する特性を有する。すなわち、ステアリングホイールが右方向に回転すると第２のトルク信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２が低下する。
【００２７】
そして、中点では第１のトルク信号Ｔ１の第１の電圧Ｖ１と第２のトルク信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２とが等しい電圧(以下、「中点電圧Ｖｃ」と称する場合がある)となるように構成されている。中点電圧Ｖｃは、例えば、最大電圧ＶＨｉと最小電圧ＶＬｏの中間の電圧（Ｖｃ＝（ＶＨｉ＋ＶＬｏ）／２)である。
さらに、操舵トルクＴの変化に対する第１のトルク信号Ｔ１の変化の割合と第２のトルク信号Ｔ２の変化の割合(絶対値)は等しく、同じ操舵トルクＴを示す第１のトルク信号Ｔ１の第１の電圧Ｖ１と第２のトルク信号Ｔ２の第２の電圧Ｖ２を合計した合計電圧が常に予め定められた所定電圧（２Ｖｃ）となる特性を有する。
【００２８】
トルク検出部５０は、図２，図３に示した、算術論理演算回路が実装された検出用基板５０ａにて構成される。出力部５２は、検出用基板５０ａに接続されたリード線５０ｂを介して第１のトルク信号Ｔ１，第２のトルク信号Ｔ２を出力する。リード線５０ｂは、ＥＣＵ１０の後述する制御基板１２に接続されている。また、検出用基板５０ａは、リード線５０ｂを介して、電源電圧およびＧＮＤ電圧が供給される。
【００２９】
次に、ＥＣＵ１０について詳述する。
図８は、ステアリング装置１００のＥＣＵ１０の概略構成図である。
ＥＣＵ１０には、上述したトルク検出装置２０からの出力信号、車速センサ（不図示）にて検出された車速が出力信号に変換された車速信号ｖなどが入力される。
そして、ＥＣＵ１０は、トルク検出装置２０からの出力信号をトルク信号Ｔｄに変換する変換部２１５と、変換部２１５から出力されたトルク信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１６０が供給するのに必要となる目標電流を算出する目標電流算出部２２０と、目標電流算出部２２０が算出した目標電流に基づいてフィードバック制御などを行う制御部２３０とを有している。
【００３０】
変換部２１５は、トルク検出装置２０から出力された第１のトルク信号Ｔ１および第２のトルク信号Ｔ２からトルク検出装置２０に異常が生じているか否かを診断するとともに、異常が生じていない場合には、第１のトルク信号Ｔ１を操舵トルクＴに応じたデジタル信号であるトルク信号Ｔｄに変換するとともに、変換したトルク信号Ｔｄを、目標電流算出部２２０へ向けて出力する。
【００３１】
目標電流算出部２２０は、目標電流を設定する上で基準となるベース電流を算出するベース電流算出部（不図示）と、電動モータ１６０の慣性モーメントを打ち消すための電流を算出するイナーシャ補償電流算出部（不図示）と、モータの回転を制限する電流を算出するダンパー補償電流算出部（不図示）とを備えている。また、目標電流算出部２２０は、ベース電流算出部、イナーシャ補償電流算出部、ダンパー補償電流算出部などからの出力に基づいて目標電流を決定する目標電流決定部（不図示）と、トルク信号Ｔｄの位相補償を行う位相補償部（不図示）を備えている。そして、目標電流算出部２２０は、変換部２１５から出力されたトルク信号Ｔｄに基づいて目標補助トルクを算出し、この目標補助トルクを電動モータ１６０が供給するのに必要となる目標電流を算出する。
【００３２】
制御部２３０は、電動モータ１６０の作動を制御するモータ駆動制御部（不図示）と、電動モータ１６０を駆動させるモータ駆動部（不図示）と、電動モータ１６０に実際に流れる実電流Ｉｍ（不図示）を検出するモータ電流検出部（不図示）とを有している。
モータ駆動制御部は、目標電流算出部２２０にて最終的に決定された目標電流と、モータ電流検出部にて検出された電動モータ１６０へ供給される実電流Ｉｍとの偏差に基づいてフィードバック制御を行うフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部（不図示）と、電動モータ１６０をＰＷＭ駆動するためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ信号生成部（不図示）とを有している。
【００３３】
モータ駆動部は、所謂インバータであり、スイッチング素子として６個の独立したトランジスタ（ＦＥＴ）（不図示）を備え、６個の中から選択した２個のトランジスタのゲートを駆動してこれらのトランジスタをスイッチング動作させることにより、電動モータ１６０の駆動を制御する。
モータ電流検出部は、モータ駆動部に接続されたシャント抵抗（不図示）の両端に生じる電圧から電動モータ１６０に流れる実電流Ｉｍの値を検出して、検出した実電流Ｉｍをモータ電流信号Ｉｍｓ（不図示）に変換して出力する。
【００３４】
上述したＥＣＵ１０の変換部２１５、目標電流算出部２２０および制御部２３０は、電子部品が実装されたＥＣＵ用基板１１（図２、図３参照）にて構成される。ＥＣＵ用基板１１は、目標電流算出部２２０、モータ駆動制御部、モータ電流検出部などを構成する、マイクロコンピュータやその周辺機器が実装された制御基板１２（図２参照）と、モータ駆動部を構成する、電動モータ１６０を駆動制御するトランジスタなどが実装されたパワー基板１３（図２参照）と、を備えている。制御基板１２には、トルク検出部５０のリード線５０ｂが挿入される挿入孔１２ａ（図２参照）が形成されている。パワー基板１３には、電動モータ１６０に挿入されて電動モータ１６０の巻き線端子（不図示）に電気的に接続されるモータ端子１８が取り付けられている。
【００３５】
また、ＥＣＵ１０は、制御基板１２をギヤボックス１１０の第１部材１１１に取り付けるためのフレーム１４（図２参照）と、制御基板１２、パワー基板１３およびフレーム１４などを覆うカバー１５（図１参照）と、を備えている。
フレーム１４は、絶縁性樹脂によりインサート成形され、複数の導電線からなる配線パターンを有し、制御基板１２とパワー基板１３とを電気的に接続する。このフレーム１４には、自動車などの乗り物に搭載されるバッテリや、この乗り物に搭載される各種の機器とのネットワーク（ＣＡＮ）などに接続するための接続コネクタ１６が取り付けられている（図１，図２参照）。
【００３６】
次に、トルク検出装置２０のヨーク３０について詳述する。
ヨーク３０は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料の射出成形体である。つまり、ヨーク３０は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形されている。磁性粉末は、Ｎｉ（ニッケル）が４０重量％以上、残部がＦｅ（鉄）の組成を有するＦｅ−Ｎｉ合金である。
ヨーク３０は、金属製のブラケット６０とともに射出成形される。つまり、ヨーク３０およびブラケット６０は、金型内に挿入したブラケット６０の周りに磁性粉末が混合（分散）されていない合成樹脂を注入するとともに、ヨーク３０の部位には磁性粉末が混合（分散）された合成樹脂を注入する二色成形にて一体成形されている。これにより、第１のヨーク３１、第２のヨーク３２およびブラケット６０は、一部品となった状態で、第２の回転軸１３０に固定されている。
【００３７】
磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いた射出成形では、例えば鋼板をプレス加工する場合と比べて、より複雑な形状を成形型にて成形できることから、ヨーク３０の形状の自由度が増す。したがって、射出成形することで、プレス加工あるいは切削加工を施すことなく、より複雑な形状にすることが可能となる。言い換えれば、射出成形することで、プレス加工あるいは切削加工では必要となるスクラップ量を低減しつつ、より複雑な形状の物を成形することが可能となる。また、射出成形することにより、容易にヨーク３０を大量生産することが可能となる。
【００３８】
したがって、本実施の形態に係るヨーク３０のように、ヨーク３０を射出成形することで、同じ形状の物を射出成形以外の方法で製造する場合よりも、ヨーク３０を製造するのに必要となる材料量を少なくすることができる。つまり、Ｎｉ（ニッケル）などを含む高価な材料の量を低減させることができる。これにより、相対角度検出部２１、ひいてはトルク検出装置２０を安価に製造することが可能となる。
【００３９】
また、本実施の形態に係るヨーク３０では、射出成形することでヨーク３０の形状の自由度が増すことに鑑み、効率よい磁気回路を実現するべく以下の形状としている。
すなわち、ヨーク３０の第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａから軸方向に伸びるように形成された第１の突起部３１ｂの外周側の部位３１ｃは、先端部側から基端部側、すなわち第１の円環部３１ａの方へ行くに従って徐々に拡径している。他方、第１の突起部３１ｂの内周側の部位３１ｄの磁石２２に対する距離は、先端部側から基端部側にかけて同じである。同様に、ヨーク３０の第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａから軸方向に伸びるように形成された第２の突起部３２ｂの外周側の部位３２ｃは、先端部側から基端部側、すなわち第２の円環部３２ａの方へ行くに従って徐々に拡径している。他方、第２の突起部３２ｂの内周側の部位３２ｄの磁石２２に対する距離は、先端部側から基端部側にかけて同じである。
【００４０】
以上のように形成されたヨーク３０においては、第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）の外周側の部位３１ｃ（３２ｃ）が先端部側から第１の円環部３１ａ（第２の円環部３２ａ）の方へ行くに従って徐々に拡径していることから、第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）から第１の円環部３１ａ（第２の円環部３２ａ）に向かう磁力線、第１の円環部３１ａ（第２の円環部３２ａ）から第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）に向かう磁力線が通り易くなる。
【００４１】
また、第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）の内周側の部位３１ｄ（３２ｄ）の磁石２２に対する距離が先端部側から基端部側にかけて同じであることから、例えば先端部側から基端部側にかけて磁石２２から徐々に離れて外側に向かう形状の物と比べると、第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）が磁石２２と対向する領域は大きい。それゆえ、磁石２２とヨーク３０との間で出入りする磁力線の量が多くなる。
【００４２】
以上のことより、本実施の形態に係るヨーク３０によれば、本実施の形態に係るヨーク３０を用いない場合に比べて、磁石２２およびヨーク３０にて形成される磁気回路中の磁束密度をより大きくすることができ、磁気センサ４０にて検出する磁束密度をより大きくすることができる。その結果、トルク検出装置２０にて操舵トルクＴをより精度高く検出することが可能となる。
【００４３】
言い換えれば、第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）の外周側の部位３１ｃ（３２ｃ）が先端部側から第１の円環部３１ａ（第２の円環部３２ａ）の方へ行くに従って徐々に拡径し、および／または第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）の内周側の部位３１ｄ（３２ｄ）の磁石２２に対する距離が先端部側から基端部側にかけて同じであれば、そうでない形状と比べて、第１の突起部３１ｂ（第２の突起部３２ｂ）および／または第１の円環部３１ａ（第２の円環部３２ａ）の肉厚を薄くしたとしても磁気回路中の磁束密度を同じにすることが可能となる。これにより、トルク検出装置２０による検出精度を低下させることなく、ヨーク３０の大きさを小さくすることができる。その結果、安価でかつ車両搭載性に優れたトルク検出装置２０を得ることが可能となる。
【００４４】
また、本実施の形態に係るヨーク３０の材料として用いる磁性粉末にはＮｉ（ニッケル）が含まれているので、保持力が低く、ヒステリシスを小さくすることが可能となる。磁性粉末におけるＮｉ（ニッケル）の含有率が４０重量％以上であると、ヒステリシスを小さくする効果が顕著に現れることから、Ｎｉ（ニッケル）の含有率は、４０重量％以上であるとよい。ヒステリシスを小さくすることで、トルク検出装置２０の検出精度をより高めることが可能となる。
【００４５】
なお、上述の実施の形態においては、ヨーク３０を、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形する点について説明したが、特に限定されることなく、他の軟磁性部材を、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形してもよい。
例えば、トルク検出装置２０が、ヨーク３０の第１のヨーク３１および第２のヨーク３２それぞれの外側に、第１のヨーク３１および第２のヨーク３２それぞれに近接して配置され、第１のヨーク３１および第２のヨーク３２それぞれから磁束を誘導する一対の誘導部材を備えている場合には、この一対の誘導部材を、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形するとよい。射出成形することで一対の誘導部材を製造するのに必要な材料量を少なくすることができるとともに、形状の自由度も増すことが可能となる。
【００４６】
また、上述の実施の形態においては、ヨーク３０を、金属製のブラケット６０とともに二色成形にて一体成形する点について説明したが、特に限定されることはない。例えば、ヨーク３０を、先に、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形しておき、その後、このヨーク３０とブラケット６０とを金型内にセットした状態で磁性粉末が混合（分散）されていない合成樹脂を注入して一体化してもよい。逆に、ヨーク３０を最後に射出成形してもよい。つまり、ヨーク３０の形状をした型と、ブラケット６０とを金型内にセットした状態で磁性粉末が混合（分散）されていない合成樹脂を注入した後に、ヨーク３０の形状をした型を取り出し、その後、ヨーク３０の部位に磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を注入してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０…ＥＣＵ、２０…トルク検出装置、２１…相対角度検出部、２２…磁石、３０…ヨーク、４０…磁気センサ、５０…トルク検出部、６０…ブラケット、１００…電動パワーステアリング装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの回転軸の相対角度を検出する相対角度検出装置であって、
前記２つの回転軸の一方の回転軸に設けられた硬磁性体と、
前記硬磁性体により形成される磁界内となるように前記２つの回転軸の他方の回転軸に設けられ、当該硬磁性体とともに磁気回路を形成する軟磁性体と、
前記磁気回路の磁束密度を検出する検出手段と、
を備え、
前記軟磁性体は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形されていることを特徴とする相対角度検出装置。
【請求項２】
前記軟磁性体の材料となる磁性粉末には、ニッケルが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の相対角度検出装置。
【請求項３】
前記軟磁性体の材料となる磁性粉末には、ニッケルが４０％以上含まれていることを特徴とする請求項１に記載の相対角度検出装置。
【請求項４】
前記軟磁性体は、前記硬磁性体の外形よりも大きな孔が内側に形成された円板状の円環部と、当該円環部における当該硬磁性体側の部位から前記一方の回転軸の軸方向に突出するように形成された突起部と、を有し、
前記突起部における外側の部位は、先端部側から前記円環部の方へ行くに従って徐々に拡径しているとともに、当該突起部における内側の部位は、前記硬磁性体に対する距離が当該先端部側から当該円環部にかけて同じであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の相対角度検出装置。
【請求項５】
同軸的に配置された２つの回転軸の一方の回転軸に設けられた硬磁性体と、当該硬磁性体により形成される磁界内となるように当該２つの回転軸の他方の回転軸に設けられ、当該硬磁性体とともに磁気回路を形成する軟磁性体と、当該磁気回路の磁束密度を検出する検出手段とを備え、当該２つの回転軸の相対角度を検出する相対角度検出装置の製造方法であって、
前記軟磁性体は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形にて製造することを特徴とする相対角度検出装置の製造方法。
【請求項１】
２つの回転軸の相対角度を検出する相対角度検出装置であって、
前記２つの回転軸の一方の回転軸に設けられた硬磁性体と、
前記硬磁性体により形成される磁界内となるように前記２つの回転軸の他方の回転軸に設けられ、当該硬磁性体とともに磁気回路を形成する軟磁性体と、
前記磁気回路の磁束密度を検出する検出手段と、
を備え、
前記軟磁性体は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形されていることを特徴とする相対角度検出装置。
【請求項２】
前記軟磁性体の材料となる磁性粉末には、ニッケルが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の相対角度検出装置。
【請求項３】
前記軟磁性体の材料となる磁性粉末には、ニッケルが４０％以上含まれていることを特徴とする請求項１に記載の相対角度検出装置。
【請求項４】
前記軟磁性体は、前記硬磁性体の外形よりも大きな孔が内側に形成された円板状の円環部と、当該円環部における当該硬磁性体側の部位から前記一方の回転軸の軸方向に突出するように形成された突起部と、を有し、
前記突起部における外側の部位は、先端部側から前記円環部の方へ行くに従って徐々に拡径しているとともに、当該突起部における内側の部位は、前記硬磁性体に対する距離が当該先端部側から当該円環部にかけて同じであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の相対角度検出装置。
【請求項５】
同軸的に配置された２つの回転軸の一方の回転軸に設けられた硬磁性体と、当該硬磁性体により形成される磁界内となるように当該２つの回転軸の他方の回転軸に設けられ、当該硬磁性体とともに磁気回路を形成する軟磁性体と、当該磁気回路の磁束密度を検出する検出手段とを備え、当該２つの回転軸の相対角度を検出する相対角度検出装置の製造方法であって、
前記軟磁性体は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形にて製造することを特徴とする相対角度検出装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−８８１４０（Ｐ２０１３−８８１４０Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２６０１９（Ｐ２０１１−２２６０１９）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００１４６０１０）株式会社ショーワ (715)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００１４６０１０）株式会社ショーワ (715)
【Ｆターム（参考）】
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