CN103424216B - 扭矩传感器 - Google Patents

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Abstract

提供一种扭矩传感器，其包括扭杆（13）、多极磁体（14）、一对磁轭（31、32）以及沿周向方向设置的一对磁传感器（41‑46），该一对磁轭（31、32）在径向方向上位于多极磁体的外侧并且在由多极磁体产生的磁场中提供磁路。每个磁传感器包括用于检测在磁路中产生的磁通密度的感磁部分（410‑460）并且将检测信号输出至外部计算装置（91）。磁传感器将检测信号输出至外部计算装置使得计算装置计算磁传感器的输出之和或输出之差，从而抵消由产生自多极磁体并且直接到达感磁部分的磁通量所引起的输出变化。

Description

扭矩传感器
技术领域
本公开涉及一种用于根据磁通密度（磁场强度）的变化检测施加于转动轴的轴扭矩的扭矩传感器。
背景技术
已经已知一种用于检测电动助力转向装置等中的轴扭矩的扭矩传感器。例如，在专利文献1中描述的扭矩传感器中，当在扭杆中产生扭力以将输入轴联接至输出轴时，固定至扭杆的磁传感器检测到由多极磁体与磁轭之间在周缘方向上的相对位置的改变而产生的磁通量以由此检测轴扭矩。文中，多极磁体具有在周缘方向上以给定的磁化角的间隔交替地磁化的N极和S极。例如，专利文献1中描述的扭矩传感器设置有12对N极和12对S极，即，共计24对磁极。
扭矩传感器是用于检测在多极磁体和磁轭的在周缘方向上的相对位置的传感器。因此，当多极磁体和磁轭与磁传感器成整体地转动时，即，当在多极磁体和磁轭的在周缘方向上的相对位置不改变时，磁传感器的输出需要恒定。
但是，事实上，在专利文献1中描述的扭矩传感器中，当多极磁体和磁轭成整体地转动时，输出根据转动角度变化。例如，在多极磁体具有12对N极和12对S极的情形中，对于一周，产生有12个周期的输出上的变化。输出上的变化变成使转动角度的检测精确度降低的因素。
【专利文献1】JP-A-2003-149062（对应于US2002/0189371）
发明内容
本公开的目的是提供一种扭矩传感器，扭矩传感器根据磁通密度 （磁场强度）的改变检测施加于转动轴的轴扭矩。在扭矩传感器中，当多极磁体和磁轭成整体地转动时，由离开多极磁体并且直接到达感磁部分的磁通量所产生的输出上的变化减小。
根据本公开的第一方面，扭矩传感器包括：扭杆，所述扭杆用于在第一轴与第二轴之间进行同轴联接，以及用于将施加在所述第一轴与所述第二轴之间的扭矩转化为扭转位移；多极磁体，所述多极磁体固定至所述第一轴或者固定至所述扭杆的一端侧，并且具有沿着所述多极磁体的周向方向每隔预定的磁化角交替地磁化的多个N极和多个S极；一对磁轭，所述一对磁轭固定至所述第二轴或者固定至所述扭杆的另一端侧，所述一对磁轭在所述多极磁体的径向方向上布置在所述多极磁体的外侧，所述一对磁轭在所述多极磁体的轴向方向上具有间隙地相互面对，并且，所述一对磁轭在由所述多极磁体生成的磁场中提供磁路；以及一对磁传感器，所述一对磁传感器沿着所述周向方向设置，其中：每个磁传感器包括用于检测在所述磁路中产生的磁通密度的感磁部分；每个磁传感器将由所述感磁部分检测的检测信号输出至外部计算装置；以及所述一对磁传感器将所述检测信号输出至所述外部计算装置使得所述计算装置计算所述一对磁传感器的输出之和或者输出之差，从而抵消由产生自所述多极磁体并且直接到达所述感磁部分的磁通量所引起的输出变化。
在上述扭矩传感器中，当多极磁体与磁轭成整体地转动时，各个磁传感器的输出上的变化相对于转动角在相同方向上增大或者减小。因此，通过计算磁传感器的输出之差，可以抵消输出上的变量。通过此方式，根据该扭矩传感器，外部计算装置计算一对磁传感器的输出之和或者输出之差，由此能够抵消输出变化。因此，该扭矩传感器可以提高转动角的检测精确度。
根据本公开的第二方面，扭矩传感器包括：扭杆，所述扭杆用于在第一轴与第二轴之间进行同轴联接，以及用于将施加在所述第一轴与所述第二轴之间的扭矩转化为扭转位移；多极磁体，所述多极磁体固定至所述第一轴或者固定至所述扭杆的一端侧，并且具有沿着所述多极磁体的周向方向交替地磁化的多个N极和多个S极；一对磁轭，所述一对磁轭固定至所述第二轴或者固定至所述扭杆的另一端侧，所述一对磁轭在所述多极磁体的径向方向上布置在所述多极磁体的外侧，所述一对磁轭 在所述多极磁体的轴向方向上具有间隙地相互面对，并且，所述一对磁轭在由所述多极磁体生成的磁场中提供磁路；磁传感器，所述磁传感器在所述径向方向上布置在所述一对磁轭的外侧，并且所述磁传感器包括用于检测在所述磁路中产生的磁通密度的感磁部分；以及磁屏蔽构件，所述磁屏蔽构件由软磁性材料制成，其中：所述磁屏蔽构件在所述轴向方向上布置在所述一对磁轭之间；所述磁屏蔽构件在所述径向方向上布置在所述多极磁体的外侧且在所述感磁部分的内侧；以及所述磁屏蔽构件屏蔽产生自所述多极磁体并且直接到达所述磁传感器的所述感磁部分的磁通量。
在上述传感器中，可以防止磁通量离开多极磁体并且不通过磁轭而是通过空间直接到达磁传感器，并且由此减小输出变化。
根据本公开的第三方面，扭矩传感器包括：扭杆，所述扭杆用于在第一轴与第二轴之间进行同轴联接，以及用于将施加在所述第一轴与所述第二轴之间的扭矩转化为扭转位移；多极磁体，所述多极磁体固定至所述第一轴或者固定至所述扭杆的一端侧，并且具有沿着所述多极磁体的周向方向交替地磁化的多个N极和多个S极；一对磁轭，所述一对磁轭固定至所述第二轴或者固定至所述扭杆的另一端侧，所述一对磁轭在所述多极磁体的径向方向上布置在所述多极磁体的外侧，所述一对磁轭在所述多极磁体的轴向方向上具有间隙地相互面对，并且，所述一对磁轭在由所述多极磁体生成的磁场中提供磁路；一对集磁体，所述一对集磁体中的每一个包括主体主体部分和集磁部分，所述集磁部分在所述多极磁体的径向方向上向所述主体部分的外侧突出，以便收集从所述一对磁轭进入所述集磁部分的磁通量；磁传感器，所述磁传感器具有感磁部分，所述感磁部分设置在所述一对集磁体的所述集磁部分之间并且检测在所述磁路中产生的磁通密度，所述磁传感器呈平板状，所述感磁部分设置在呈平板状的所述磁传感器中；以及间隔件，所述间隔件用于调整所述感磁部分与所述磁传感器之间的距离，使得在所述磁传感器中的所述感磁部分设置成与所述一对集磁体的所述集磁部分的距离相等。
在上述传感器中，由离开多极磁体并且不通过磁轭而是通过空间直接到达磁传感器的磁通量引起的输出变化倾向于在集磁部分的轴向方向上的中间位置处变为零。因此，通过将感磁部分通过间隔件布置在集磁部分的轴向方向上的中间位置处，可以减小输出上的变化。
附图说明
本公开的上述和其它目的、特征以及优点从参照附图作出的以下具体描述中将变得更清楚。附图中：
图1为示出根据第一实施方式的扭矩传感器的立体分解图的图示；
图2为示出根据第一实施方式的扭矩传感器所属的电动助力转向装置的大体构造的图示；
图3A为示出根据第一实施方式的扭矩传感器的截面图的图示，并且图3B为当从由图3A中的箭头IIIB示出的方向上观察时的扭矩传感器的图示；
图4为示出扭矩传感器的（从图3A中的方向IV观察时的）正视图从而示出根据第一实施方式的扭矩传感器的中立状态的图示；
图5A为示出扭矩传感器的正视图从而示出根据第一实施方式的扭矩传感器中的多极磁体在左侧方向上转动的状态的图示，并且图5B为示出扭矩传感器的正视图从而示出多极磁体在右侧方向上转动的状态的图示；
图6A和6B为示出根据第一实施方式的扭矩传感器的输出特性的图示；
图7A为示出根据第二实施方式的扭矩传感器的平面图的图示，并且图7B为示出当从由图7A中的箭头VIIB示出的方向上观察时的扭矩传感器的视图的图示；
图8A为示出根据第三实施方式的扭矩传感器的平面图的图示，并且图8B为示出当从由图8A中的箭头VIIIB示出的方向上观察时的扭矩传感器的视图的图示；
图9A为示出根据第四实施方式的扭矩传感器的正视图的图示，并且图9B为示出沿着图9A中的线IXB-IXB截取的扭矩传感器的截面图的图示，并且图9C为示出当从由图9A中的箭头IXC示出的方向上观察时的扭矩传感器的视图的图示；
图10为示出根据第五实施方式的扭矩传感器的立体分解图的图示；
图11为根据本公开的第六实施方式的扭矩传感器的立体分解图。
图12A为示出根据第六实施方式的扭矩传感器的沿着图13中的线XIIA-XIIA截取的扭矩传感器截面图的图示，并且图12B为示出当从由图12A中的箭头XIIB示出的方向上观察时的扭矩传感器的展开图的图示；
图13为示出扭矩传感器的示意图从而示出根据第六实施方式的扭矩传感器的中立状态的图示；
图14A和14B为示出根据第六实施方式的扭矩传感器的输出特性的图示；
图15A为示出根据第七实施方式的扭矩传感器的平面图的图示，并且图15B为示出当从由图15A中的箭头XVB示出的方向上观察的扭矩传感器的展开图的图示；
图16A为示出根据第八实施方式的扭矩传感器的平面图的图示，并且图16B为示出当从由图16A中的箭头XVIB示出的方向上观察的扭矩传感器的展开图的图示；
图17A为示出根据第九实施方式的扭矩传感器的平面图的图示，并且图17B为示出当从由图17A中的箭头XVIIB示出的方向上观察的扭矩传感器的展开图的图示；
图18A为示出根据第十实施方式的扭矩传感器的平面图的图示，并且图18B为示出当从由图18A中的箭头XVIIIB示出的方向上观察的扭矩传感器的展开图的图示；
图19为示出根据第十一实施方式的扭矩传感器的立体分解图的图示；
图20为示出根据第十一实施方式的扭矩传感器的截面图的图示；
图21为示出扭矩传感器的正视图从而示出根据第十一实施方式的扭矩传感器的中立状态的图示；
图22A为示出扭矩传感器的正视图从而示出在根据第十一实施方式的扭矩传感器中的多极磁体在左侧方向上转动的状态的图示，并且图22B为示出扭矩传感器的正视图从而示出多极磁体在右侧方向上转动的状态的图示；
图23为示出扭矩传感器的示意图从而示出根据第十一实施方式的磁屏蔽构件的操作的图示；
图24为示出根据第十一实施方式的扭矩传感器的输出特性的图示；
图25为示出根据第十二实施方式的扭矩传感器的截面图的图示；
图26为示出根据第十三实施方式的扭矩传感器的截面图的图示；
图27为示出扭矩传感器的（当从图26中的XXVII方向上观察的）正视图从而示出根据第十三实施方式的扭矩传感器的中立状态的图示；
图28为示出根据第十四实施方式的扭矩传感器的截面图的图示；
图29为示出根据第十五实施方式的扭矩传感器的立体分解图的图示；
图30A为示出根据第十五实施方式的扭矩传感器的截面图的图示，并且图30B为示出当从由图30A中的箭头XXXB示出的方向上观察的扭矩传感器的视图的图示；
图31A为示出扭矩传感器的（当从图30A中的XXXIA的方向上观察的）正视图从而示出根据第十五实施方式的扭矩传感器的中立状态的图示，并且图31B为示出图31A中的部分XXXIB的放大图的图示。
图32为示出根据第十五实施方式的扭矩传感器的输出特性的图示；
图33为示出根据第十六实施方式的扭矩传感器的放大图的图示；
图34为示出扭矩传感器的正视图从而示出根据第十七实施方式的扭矩传感器的中立状态的图示。
具体实施方式
本发明的发明人要明确的是，输出的变化由离开多极磁体并且不穿过磁轭而是穿过空间直接到达磁传感器的磁通量产生。就此点而言，本发明的发明人提供一种用于根据在磁通密度上的改变来检测施加于转动轴的轴扭矩的扭矩传感器。
下文中，将基于附图对根据本公开的多个实施方式的扭矩传感器进行描述。在多个实施方式中，将通过相同附图标记指示基本上相同的构 造，并且将忽略其描述。
【施加于电动助力转向装置的扭矩传感器的常规构造】
首先，将对本公开的各个实施方式的扭矩传感器的共同构造进行描述。关于扭矩传感器的附图标记，将使用第一实施方式的扭矩传感器101作为典型示例。
如图2中所示，根据本公开的实施方式的扭矩传感器101施加于用于辅助车辆的转向操作的电动助力转向装置。
图2示出了具有电动助力转向装置90的转向系统的常规构造。转动轴94连接至方向盘93，方向盘93设置有扭矩传感器101，扭矩传感器101用于检测方向盘扭矩。转动轴94具有小齿轮96，小齿轮96布置在转动轴94的顶端处，并且小齿轮96与齿条轴97接合。齿条轴97具有一对轮98，一对轮98通过转向横拉杆等可旋转地联接至齿条轴97的两端。转向轴94的转动运动通过小齿轮96转化为齿条轴97的线性运动，由此，一对轮98进行转向。
扭矩传感器101插置在输入轴11和输出轴12之间，输入轴11和输出轴12构成转向轴94，并且扭矩传感器101检测施加于转向轴94的转向扭矩并且将检测的转向扭矩输出至ECU91。ECU91根据检测的转向扭矩控制马达92的输出。由马达92产生的转向辅助扭矩通过减速齿轮95减速并且传输至转向轴94。
接下来，将参照第一实施方式的图1和图3A至5B对各个实施方式的扭矩传感器共同的构造进行描述。
如图1中所示，扭矩传感器（101）由扭杆13、多极磁体14、一组磁轭31、32、一组集磁环（502）、磁传感器41等构成。文中，扭矩传感器和一对集磁环在实施方式中附图标记有所不同，并且由此，扭矩传感器和一对集磁环的附图标记将围在括号中。
扭杆13具有一端侧和另一端侧，分别地，一端侧固定至作为“第一轴”的输入轴11并且另一端侧通过固定销15固定至作为“第二轴”的输出轴12，由此与转动轴O同轴地将输入轴11联接至输出轴12。扭杆13是杆状弹性构件并且将施加于转向轴94的方向盘扭矩转化为扭转位移。
形状类似于圆筒的多极磁体14固定至输入轴11并且具有在周缘方向上交替磁化的N极和S极。例如，在本实施方式中，N极的数量和S极的数量各为12对磁极，即，共计24对磁极。
一组磁轭31、32是由软磁性材料制成的环形体并且在多极磁体14的径向方向上的外侧上固定至输出轴12。磁轭31、32中的每一个具有沿着环的内边缘以等间距形成在整周上的、与多极磁体14的N极和S极数量相同（在本实施方式中为12个）的爪315、325。一个磁轭31的爪315和另一个磁轭32的爪325交替地设置从而在周缘方向上轮换。在此方式中，所述一个磁轭31在轴向方向上具有空气隙地与另一磁轭32相对。所述一组磁轭31、32在由多极磁体14生成的磁场中形成磁路。
文中，当扭转位移不形成在扭杆13中时，即，方向盘扭矩不施加在输入轴11与输出轴12之间时，多极磁体14和一组磁轭31、32设置成使得磁轭31、32的爪315、325的中心与在多极磁体14的N极与S极之间的边界重合。
所述一组集磁环（502）由软磁性材料形成并且包括本体部分（56）、联接部分（57）、以及集磁部分（521、522）。所述一组集磁环（502）以在扭杆13的轴向方向上彼此相对的这种方式布置，扭杆13的轴向方向是图1中的上下方向，并且所述一组集磁环（502）在集磁部分（521、522）中收集所述一组磁轭31、32的磁通量。
至少一个磁传感器41布置在集磁部分（521、522）之间。磁传感器41将穿过感磁部分410的磁通密度转化为电压信号并且将电压信号输出至引线49。特别地，霍尔元件、磁阻元件等可以用作磁传感器41。
下文中，针对实施方式中的每一个，对所述一组集磁环、磁传感器等的特定构造和该构造引入的操作和作用进行描述。
【通过一对磁传感器的输出之和或者输出之差抵消输出上的变化的实施方式】
下文要描述的本公开的第一实施方式至第十实施方式“通过一对磁传感器的输出之和或者输出之差”抵消在输出中的变化。另外，在第一实施方式至第十实施方式中，ECU91起“计算装置”的作用。
第一实施方式至第十实施方式分成三组：（1）第一实施方式至第五 实施方式的组、（2）第六实施方式至第九实施方式的组、以及（3）第十实施方式。
在第一实施方式至第五实施方式的组中，实施方式包括在集磁环的一个集磁部分中的一对磁传感器，并且该实施方式通过一对磁传感器的输出之和抵消在输出上的变化。将参照图1和图3A至图10对第一实施方式至第五实施方式进行描述。
（第一实施方式）
参照图1和图3A至图5B对第一实施方式的特定构造进行描述。第一实施方式的扭矩传感器101的一组集磁环502由半圆形主体部分56、从主体部分56上沿径向方向向外突出的集磁部分52、以及联接部分57构成，并且在集磁部分52中收集磁轭31、32的磁通量，其中，联接部分57中的每一个将主体部分56联接至集磁部分52。
如图4及图5A和5B中所示，一组集磁环502的主体部分56在轴向方向上插置在一组磁轭31、32之间。文中，主体部分56形成半圆形形状并且由此可以从在磁轭31、32的径向方向上的外侧进行组装。
另外，如图3A和3B中所示，主体部分56以半圆的外边缘与磁轭31、32的外围重合的方式形成，使得当主体部分56在轴向方向上投影时，主体部分56与磁轭31、32重叠。
如图3A中所示，在中立状态中，集磁部分52的周缘方向上的中心与多极磁体14的S极对应。更具体地，集磁部分52和联接部分57相对于在周缘方向上的中心平面Uc对称地布置，中心平面Uc包括扭杆13的轴线O和S极的周缘方向上的中心。
另外，关于所述一组集磁环502的集磁部分52，当对图1中示出的上部集磁部分与下部集磁部分进行区分时，数字“1”后缀于上部集磁部分的附图标记并且数字“2”后缀于下部集磁部分的附图标记，下文要描述的第二实施方式至第五实施方式中亦如此。
如图3B中所示，两个磁传感器41、42在周缘方向上彼此相邻地安装在集磁部分521和集磁部分522之间。磁传感器41、42中的每一个构造成板状的IC封装的形状，感磁部分（410或者420）用树脂模塑成型在其中。特别地，磁传感器41、42中的每一个是霍尔元件或者磁阻 元件的IC封装。
文中，通常商业上可获得的磁传感器的感磁部分布置在偏离IC封装的厚度方向上的中心的位置处。在第一实施方式至第十实施方式中，假设使用此构造的磁传感器。另外，在第一实施方式至第十实施方式中，假设包含在一个实施方式中的多个磁传感器在IC封装的外尺寸上、IC封装的感磁部分的布置上、以及感磁部分的磁性能上彼此等同。
在本实施方式中，两个磁传感器41、42彼此相邻地设置成使得扭杆13的轴向方向是厚度方向并且IC封装的外边缘相对于在周缘方向上的中心平面Uc对称。另外，磁传感器41的感磁部分410相对于穿过在厚度方向上的中心位置的轴向方向上的中心平面V向集磁部分521侧偏移，并且磁传感器42的感磁部分420相对于在轴向方向上的中心平面V向集磁部分522侧偏移。换言之，磁传感器41、42设置成使得感磁部分410、420相对于轴向方向上的中心平面V彼此对称。
根据上文描述的构造，本实施方式的磁传感器41和磁传感器42形成本公开中的“一对磁传感器”。
此处，参照图4、图5A和5B对扭矩传感器101的作用进行描述。
图4示出了中立状态，在中立状态中，方向盘扭矩不施加在输入轴11与输出轴12之间，并且，在中立状态中，由此扭转位移没有发生在扭杆13中。在此时，可以看见S极在图4中示出的多极磁体14的正面的中心处。另外，磁轭31、32的爪315、325的中心与在多极磁体14的N极和S极之间的边界重合。
在此状态中，相同数量的磁力线从多极磁体14的N极和S极进出磁轭31、32的爪315、325，使得磁力线在一个磁轭31和另一磁轭32中的每一个中形成闭合回路。因此，磁通量不会漏进磁轭31和磁轭32之间的间隙中并且由此，由磁传感器41、42中的每一个检测的磁通密度变为零。
当方向盘扭矩施加在输入轴11和输出轴12之间从而在扭杆13中产生扭转位移时，固定至输入轴11的多极磁体14与固定至输出轴12的一组磁轭31、32之间的相对位置在周缘方向上改变。图5A和图5B示出多极磁体14从中立状态相对于磁轭31、32转动的状态。图5A示出了多极磁体14在从正面观察时的左方向上转动了7.5°的状态，而图 5B示出了多极磁体14在从正面观察时的右方向上转动了7.5°的状态。
在图5A中示出的状态中，磁轭31的爪315与N极相对并且磁轭32的爪325与S极相对。在图5B中示出的状态中，磁轭31的爪315与S极相对并且磁轭32的爪325与N极相对。由于此原因，磁轭31和磁轭32分别具有在数量上增加的磁极性相反的磁力线。
因此，穿过磁传感器41、42的磁通密度几乎与扭杆13的扭转位移的量成比例并且根据扭杆13的扭转方向在磁极性上相反。磁传感器41检测磁通密度并且将检测的磁通密度输出为电压信号，由此，扭矩传感器201检测在输入轴11与输出轴12之间的方向盘扭矩。
顺便提及，在上文描述的构造的扭矩传感器201中，期望当多极磁体14和磁轭31、32成整体地转动时，磁传感器41、42的输出分别是恒定的。但是，实际上，磁传感器41、42的输出受不通过磁轭31、32而是通过空间并直接到达磁传感器41、42的感磁部分410、420的磁通量的影响而变化。
本实施方式的多极磁体14具有12对S极和12对N极，使得，如图6B中所示，输出上的变化以30°的周期呈现。
因此，本实施方式的扭矩传感器101的特征在于，输出的变化由“一对磁传感器”的磁传感器41、42之间的输出之差抵消。
将参照图6A和6B对本实施方式的“一对磁传感器”的输出特性进行描述。
磁传感器41、42以感磁部分410、420在轴向方向上相对于在轴向方向上的中心平面V彼此对称的方式设置，使得基于施加于扭杆13的扭矩或者基于扭转角的磁传感器41的输出S1和磁传感器42的输出S2相对于转动角呈倾斜之势反向。另一方面，考虑到，在周缘方向上的中心平面Uc上的来自多极磁体14的磁极的磁通量穿过空间并且通常到达感磁部分410、420，使得当多极磁体14和磁轭31、32成整体地转动时，各个磁传感器41、42的相对于转动角的输出上的变化在相同方向上增大或者减小。
此处，当假设：磁传感器41、42的输出的中心值是E1、E2；输出变化的值是δ（相对于转动角可变）；并且输出变化的振幅是±δmax， 一对磁传感器41、42的输出S1、S2由下列公式（1）、（2）表达。
S1=E1+δ…公式（1）
S2=E2+δ…公式（2）
ECU91通过下式（3）计算输出S1与输出S2之间的差值的半值。
E=（S1–S2）/2=（E1–E2）/2…公式（3）
通过此方式，可以抵消输出上的变化。
通过此方式，在本实施方式的扭矩传感器101中，一对磁传感器41、42将检测信号输出至外ECU91使得“ECU91计算在一对磁传感器41、42之间的输出之差以由此抵消由从多极磁体14直接到达感磁部分410、420的磁通量产生的输出变化”。因此，当多极磁体14和磁轭31、32成整体地转动时，可以提高转动角的检测精确度。
另外，本实施方式设置有一组集磁环502并且由此可以在集磁部分52中高效地收集磁轭31、32的磁通量。所述一组集磁环502的主体部分56形成半圆形形状并且由此可以从磁轭31、32的径向方向上的外侧进行组装，因此与形成环形形状的集磁环相比，这样可以提高组装性能。
另外，所述一对集磁环502的主体部分56在轴向方向上插置在磁轭31、32之间，并且当主体部分56在轴向方向上投影时，主体部分56与磁轭31、32重叠，由此可以增加所收集的磁通量的量。
接下来，将参照图7A和7B、图8A和8B、以及图9A、9B和9C对本公开的第二实施方式、第三实施方式、以及第四实施方式进行描述。这些实施方式在插置于集磁部分之间的磁传感器的数量和布置上不同于第一实施方式。另外，正如第一实施方式的情形，当多极磁体14和磁轭31、32成整体地转动，可以通过计算在一对磁传感器之间的输出之差来抵消在输出上的变化。
（第二实施方式）
如图7A和7B中所示，在第二实施方式的扭矩传感器102中，三个磁传感器41、42、43呈直线地安装在集磁环503的集磁部分531、532之间，集磁环503的集磁部分531、532相对于在周缘方向上的中心平面Uc彼此对称地布置。彼此相邻地布置的磁传感器41和磁传感器42 设置成使得感磁部分410、420在轴向方向上相对于轴向方向上的中心平面V对称。另外，彼此相邻地布置的磁传感器42和磁传感器43设置成使得感磁部分420、430在轴向方向上相对于在轴向方向上的中心平面V彼此对称。通过这种方式，磁传感器41和磁传感器42形成“一对磁传感器”，并且磁传感器42和磁传感器43形成“一对磁传感器”。
文中，磁传感器43相当于“第三磁传感器”。通过这种方式，当在两端上的磁传感器41、43中的一个失效时，“一对磁传感器”由剩余的两个磁传感器构成。由此，可以产生与第一实施方式中相同的效果，并且由此，可以提高可靠性。
（第三实施方式）
如图8A和8B中所示，在第三实施方式的扭矩传感器103的集磁环504中，与第二实施方式的集磁环503相比，在集磁部分541、542之间还安装有与磁传感器43相邻的第四磁传感器44。磁传感器43和磁传感器44设置成使得磁检测部分430、440在轴向方向上相对于在轴向方向上的中心平面V彼此对称，由此形成“一对磁传感器”。
文中，磁传感器44相当于“第四磁传感器”。通过这种方式，当四个磁传感器41至44中的任一个失效时，“一对磁传感器”由剩余磁传感器构成，使得可以产生如第一实施方式中相同的效果。因此，可以进一步提高可靠性。
（第四实施方式）
如图9A、9B、以及9C中所示，在第四实施方式的扭矩传感器104中，四个磁传感器41、42、45、46在周缘方向上每两个一起成两条直线地安装在集磁环505的集磁部分551、552之间，集磁环505的集磁部分551、552相对于在周缘方向上的中心平面Uc彼此对称地布置。磁传感器41和磁传感器42形成“一对磁传感器”。另外，在周缘方向上彼此相邻的磁传感器45和磁传感器46以感磁部分450、460在轴向方向上相对于在轴向方向上的中心平面V彼此对称的方式设置并且形成“一对磁传感器”。另外，在径向方向上彼此相邻地布置的磁传感器41和磁传感器45以它们的感磁部分410、450在轴向方向上相对于在轴向方向上的中心平面V彼此对称的方式设置，并且在径向方向上彼此相邻布置的磁传感器42和磁传感器46以它们的感磁部分420、460在轴向 方向上相对于在轴向方向上的中心平面V彼此对称的方式设置。
通过这种方式，如第三实施方式的情形，即使四个磁传感器41、42、45、46中的任一个失效时，“一对磁传感器”由剩余磁传感器构成，使得可以产生如在第一实施方式中的相同效果。因此，可以进一步提高可靠性。
（第五实施方式）
如图10中所示，在第五实施方式的扭矩传感器105中，如与第一实施方式的扭矩传感器101相比，替代每一个都具有形成半圆形形状的主体部分56的一组集磁环502，使用了每一个都具有形成环形形状的主体部分58的一组集磁环506。如第一实施方式的情形，两个磁传感器41、42成直线地安装在集磁环506的集磁部分521、522之间。另外，在此实施方式中，如第一实施方式的情形，可以抵消在输出上的变化。
在第一实施方式至第五实施方式中，集磁环的一个集磁部分设置有多个磁传感器，多个磁传感器形成“一对磁传感器”。与此相反，在接下来的第六实施方式至第十实施方式中，集磁环设置有多个集磁部分并且一个集磁部分安装有一个磁传感器，由此形成“一对磁传感器”。在第六实施方式至第九实施方式中，输出上的变化由一对磁传感器的输出的总量抵消，然而，在第十实施方式中，输出上的变化由一对磁传感器之间的输出上的差值抵消。将参照图11至图18B对第六实施方式至第十实施方式进行描述。
（第六实施方式）
参照图11至图13，对第六实施方式的特定构造进行描述。第六实施方式的扭矩传感器106的一组集磁环602中的每一个由半圆形主体部分66、在径向方向上从主体部分66上突出的两个集磁部分61、62、以及联接部分67构成，联接部分67用于将主体部分66联接至相应的集磁部分61、62。
如图12A中所示，在中立状态中，集磁部分61、62与多极磁体14的彼此相邻的S极和N极相对。更具体地，集磁部分61布置在周缘方向上的中心平面U1上，该中心平面U1包括扭杆13的轴线O和所述S极的周缘方向上的中心，然而，集磁部分62布置在周缘方向上的中心平面U2上，该中心平面U2包括扭杆13的轴线O和所述N极的周缘 方向上的中心。
在第七实施方式至第十实施方式的构造的描述中，“集磁部分与S极或者N极相对”的装置是与此构造相同的构造。
另外，关于一组集磁环602的集磁部分61、62，当将上部集磁部分与图11中示出的下部集磁部分区别开时，数字“1”后缀于上部集磁部分的附图标记并且数字“2”后缀于下部集磁部分的附图标记，这同样适用于要在下文描述的第七实施方式至第十实施方式。
集磁部分61、62在轴向方向上分别地具有磁传感器41、42。如图12B中所示，磁传感器41、42以感磁部分410、420布置在轴向方向上的相同位置的方式设置。在本实施方式中，感磁部分410、420两者相对于通过磁传感器41、42的厚度方向上的中心位置的轴向方向上的中心平面V都位于集磁部分611、612侧。
另外，感磁部分410、420的在周缘方向上的中心分别包括在周缘方向上的中心平面U1、U2中。第七实施方式至第十实施方式在此点上也是相同的。
如上文描述的，多极磁体14的在中立状态与集磁部分61、62相对的磁极是彼此相邻的N极和S极，使得在感磁部分410和感磁部分420之间的角间隔θ1-2与多极磁体14的磁化角θm相等。在此方面，本实施方式的多极磁体14具有12个S极的磁极对和12个N极的磁极对，并且因此，磁化角θm相当于15°。
根据上文描述的构造，本公开的磁传感器41和磁传感器42形成“一对磁传感器”。
将参照图14A和14B对本实施方式的“一对磁传感器”的输出特性进行描述。
在磁传感器41、42中，感磁部分410、420的位置在轴向方向上彼此相等，使得基于施加于扭杆13的扭矩或者基于扭转角的磁传感器41的输出S1和磁传感器42的输出S2彼此相等。另一方面，磁传感器41、42在多极磁体14的磁极上彼此不同。因此，当多极磁体14和磁轭31、32成整体转动时，各磁传感器41、42的输出上的变化相对于转动角沿相反方向增大或者减小。
此处，当假设：磁传感器41、42的输出的中心值是E；在输出变化的值是δ（相对于转动角可变）；以及输出变化的振幅是±δmax，一对磁传感器41、42的输出S1、S2由以下公式（4）、（5）表示。
S1=E1+δ…公式（4）
S2=E2-δ…公式（5）
ECU91通过以下公式（6）计算输出S1和输出S2的总和的半值。
E=（S1+S2）/2=2E/2…公式（6）
通过这种方式，可以抵消输出上的变化。
通过这种方式，在本实施方式的扭矩传感器106中，一对磁传感器41、42将检测信号输出至外部ECU91使得“ECU91计算磁传感器41、42的输出的总和以由此抵消因磁通量从多极磁体14直接地到达感磁部分410、420所产生的输出上的变化”。因此，当多极磁体14和磁轭31、32成整体地转动时，可以提高转动角的检测精确度。
另外，由集磁环602的形状和布置产生的作用与第一实施方式中的相同。
随后，将参照图15A和15B、图16A和16B、以及图17A和17B对本公开的第七实施方式、第八实施方式、以及第九实施方式进行描述。这些实施方式在布置在集磁环中的集磁部分的数量和布置上不同于第六实施方式。另外，如第六实施方式的情形，当多极磁体14和磁轭31、32成整体地转动时，通过计算一对磁传感器的输出的总量，可以抵消输出上的变化。
（第七实施方式）
如图15A和15B中所示，在第七实施方式的扭矩传感器107中，集磁环603设置有三个集磁部分61、62、63。集磁部分61、62、63分别布置在周缘方向上的中心平面U1、U2、U3上，并且在中立状态中分别与多极磁体14的彼此相邻的S极、N极、以及S极相对。磁传感器41、42、43分别设置在集磁部分61、62、63中使得感磁部分410、420、430在轴向方向上的相同位置处。
另外，在感磁部分410与感磁部分420之间的角间隔θ1-2和在感 磁部分420和感磁部分430之间的角间隔θ2-3分别等于多极磁体14的磁化角θm。通过这种方式，磁传感器41和磁传感器42形成“一对磁传感器”，并且磁传感器42和磁传感器43形成“一对磁传感器”。
此处，磁传感器43相当于“第三磁传感器”。通过这种方式，当在两端上的磁传感器41、43中的任一者失效时，“一对磁传感器”由剩余两个磁传感器构成并且因此可以产生与第六实施方式中相同的效果。因此，可以提高可靠性。
（第八实施方式）
如图16A和16B中所示，第八实施方式的扭矩传感器108的集磁环604与第七实施方式的集磁环603相比还设置有第四集磁部分64。集磁部分64布置在周缘方向上的中心平面U4上并且在中立状态中与多极磁体14的N极相对，该N极和与集磁部分63相对的S极相邻。安装在集磁部分64中的磁传感器44设置成使得感磁部分440与磁传感器41、42、43的感磁部分410、420、430在轴向方向上处于相同位置。另外，在感磁部分430与感磁部分440之间的角间隔θ3-4也等于多极磁体14的磁化角θm。通过这种方式，磁传感器43和磁传感器44形成“一对磁传感器”。
此处，磁传感器44相当于“第四磁传感器”。通过这种方式，当四个磁传感器41至44中的任一个失效，“一对磁传感器”由剩余两个磁传感器构成并且由此可以产生与第六实施方式中相同的效果。因此，可以进一步提高可靠性。
（第九实施方式）
如图17A和17B中所示，在第九实施方式的扭矩传感器109中，集磁环605设置有两个集磁部分61、64。集磁部分61、64布置在周缘方向上的中心平面U1、U4上并且在中立状态中与多极磁体14的其间设置有一个N极和一个S极的S极和N极相对。安装在集磁部分61中的磁传感器41和安装在集磁部分64中的磁传感器44以其感磁部分410、440在轴向方向上处于相同位置的方式设置。
另外，在感磁部分410与感磁部分440之间的角间隔θ1-4是多极磁体14的磁化角θm的三倍。换言之，尽管在第六实施方式至第八实施方式中，磁传感器的感磁部分之间的角间隔与多极磁体14的磁化角 θm的比值是“1”，但在第九实施方式中，该比值为1的奇数倍。
通过这种方式，在一对磁传感器的感磁部分之间的角间隔是多极磁体14的磁化角θm的奇数倍的情形中，该一对磁传感器与彼此不同的磁极相对。因此，如果一对磁传感器设置成感磁部分在轴向方向上处于相同位置，那么当多极磁体14和磁轭31、32成整体地转动时，各磁传感器的输出变化关于转动角度在相反的方向上增大或者减小。由此，通过计算磁传感器的输出之和，可以抵消输出上的变化。
另外，当一对磁传感器设置成其感磁部分之间的角间隔为多极磁体14的磁化角θm的奇数（三或者更多）倍时，与角间隔等于多极磁体14的磁化角θm的情况相比，可以进一步将磁传感器彼此分开并且因此可以减小磁通量的泄漏的影响。
接下来，将参照图18A和18B对本公开的第十实施方式进行描述。
（第十实施方式）
如图18A和18B中所示，在第十实施方式的扭矩传感器110中，集磁环606设置有两个集磁部分61、63。集磁部分61、63布置在周缘方向上的中心平面U1、U3上并且在中立状态中与多极磁体14的其间设置有一个N极的S极和S极相对。安装在集磁部分61中的磁传感器41和安装在集磁部分63中的磁传感器43设置成使得其感磁部分410、430在轴向方向上相对于在轴向方向上的中心平面V彼此对称。
另外，在感磁部分410与感磁部分430之间的角间隔θ1-3等于多极磁体14的磁化角θm的两倍。换言之，尽管在第六实施方式至第九实施方式中，磁传感器的感磁部分之间的角间隔与多极磁体14的磁化角θm的比值是奇数倍，但在第十实施方式中，该比值变为偶数倍。
通过这种方式，在一对磁传感器的感磁部分之间的角间隔是多极磁体14的磁化角θm的偶数倍的情形中，该一对磁传感器分别与相同类型的磁极相对。因此，如果一对磁传感器以其感磁部分在轴向方向上相对于在轴向方向上的中心平面V彼此对称的方式设置，那么当多极磁体14和磁轭31、32成整体地转动时，各磁传感器的输出变化关于转动角在相同的方向上增大或者减小。由此，可以通过计算磁传感器之间的输出上的差值抵消输出上的变化。
（通过一对磁传感器的输出之和或者输出之差抵消输出上的变化的实施方式的改型示例）
具有一对磁传感器并且用于通过一对磁传感器的输出之和或者输出之差抵消输出上的变化的扭矩传感器不需要设置有作为“一组集磁体”的一组集磁环。
（用于通过使用磁屏蔽构件减小输出上的变化的实施方式）
接下来，参照图19至图28，对用于通过使用磁屏蔽构件减小输出上的变化的本公开的第十一实施方式至第十四实施方式进行描述。
（第十一实施方式）
参照图19至23，对第十一实施方式的特定构造进行描述。第十一实施方式的扭矩传感器201的一组集磁环501中的每一个由半圆形主体部分56、集磁部分51、以及联接部分57构成并且在集磁部分51中收集磁轭31、32的磁通量，集磁部分51沿径向方向从主体部分56突出，联接部分57用于将主体部分56联接至集磁部分51。该一组集磁环501相当于“一组集磁体”。
如图21和图22中所示，该组集磁环501的主体部分56在轴向方向上插置在一组磁轭31、32之间。此处，主体部分56形成半圆形形状并且因此可以从磁轭31、32的径向方向上的外侧组装。
另外，如图20中所示，主体部分56以半圆形的外边缘与磁轭31、32的外围重合的方式形成，使得当主体部分56沿轴向方向投影时，主体部分56与磁轭31、32重合。
另外，另外，关于所述一组集磁环501的集磁部分51，当对图19中示出的上部集磁部分与下部集磁部分进行区分时，数字“1”后缀于上部集磁部分的附图标记并且数字“2”后缀于下部集磁部分的附图标记，下文要描述的第十二实施方式至第十四实施方式中亦如此。
如图19、图21、以及图22A和22B中所示，磁传感器41插置在集磁部分511与集磁部分512之间。磁传感器41构造成板状IC封装的形状，感磁部分410用树脂模塑成型于其中。特别地，磁传感器41是霍尔元件或者磁阻元件的IC封装。
扭矩传感器201的特征在于包括形成环形形状的磁屏蔽构件71。磁 屏蔽构件71由诸如铁和透磁合金的软磁性材料形成并且在轴向方向上布置在一组磁轭31、32之间且在径向方向上布置在多极磁体14的磁化周缘面外侧和磁传感器41的感磁部分410内侧。
另外，在本实施方式中，磁屏蔽构件71在径向方向上布置在磁轭31、32的爪315、325外侧和感磁环501的主体部分56的内边缘内侧。换言之，磁屏蔽构件71在径向方向上布置在偏离一组感磁环501的主体部分56的位置处。
再进一步地，在本实施方式中，磁屏蔽构件71布置在磁屏蔽构件71可以与多极磁体14或者磁轭31、32一起转动的一侧上。
文中，将参照图21和图22对扭矩传感器201的作用进行描述。
图21示出了中立状态，在中立状态中，方向盘扭矩不施加在输入轴11与输出轴12之间，并且因此，在中立状态中，扭转位移没有在扭杆13中产生。此时，S极可见于在图21中示出的多极磁体14的正面的中心处。另外，磁轭31、32的爪315、325的中心与多极磁体14的N极和S极之间的边界重合。
在此状态中，相同数量的磁力线从多极磁体14的N极和S极进出磁轭31、32的爪315、325，使得磁力线在一个磁轭31和另一磁轭32中的每一者中形成闭合回路。因此，磁通量不泄漏到磁轭31与磁轭32之间的缝隙中并且因此由磁传感器41检测的磁通密度为零。
当方向盘扭矩施加在输入轴11与输出轴12之间以由此在扭杆13中产生扭转位移时，在固定至输入轴11的多极磁体14与固定至输出轴12的一组磁轭31、32之间的相对位置在周缘方向上改变。图22A和图22B示出了多极磁体14从中立状态相对于磁轭31、32转动的状态。图22A示出了多极磁体14在从正面观察时的左方向上转动了7.5°，而图22B示出了多极磁体14在从正面观察时的右方向上转动了7.5°。
在图22A中示出的状态中，磁轭31的爪315与N极相对并且磁轭32的爪325与S极相对。在图22B中示出的状态中，磁轭31的爪315与S极相对并且磁轭32的爪325与N极相对。由此，磁轭31和磁轭32分别具有在数量上增加的磁极性相反的磁力线。
因此，穿过磁传感器41的磁通密度几乎与扭杆13的扭转位移的量 成比例并且根据扭杆13的扭转方向在磁极性上相反。磁传感器41检测磁通密度并且将检测的磁通密度输出为电压信号，由此，扭矩传感器201检测在输入轴11与输出轴12之间的方向盘扭矩。
参照图23，通过磁传感器41检测的磁通量ФD离开多极磁体14的N极并且穿过磁轭31和集磁环501的集磁部分511进入磁传感器41。然后，磁通量ФD穿过磁传感器41、集磁环501的集磁部分512、以及磁轭32并且去往在与多极磁体14的附图中示出的部分不同的部分处的S极。
顺便提及，在上文描述的构造的扭矩传感器201中，期望当多极磁体14和磁轭31、32成整体地转动时，磁传感器41的输出恒定。但是，在未设置磁屏蔽构件71的情形中，在图23中以虚线示出的磁通量ФR离开多极磁体14并且不通过磁轭31、32而是通过空间直接到达磁传感器41的感磁部分410。磁传感器41的输出受磁通量ФR的影响而改变。
因此，在本实施方式中，设置磁屏蔽构件71以由此屏蔽离开多极磁体14并且直接去往磁传感器41的磁通量ФR。当这通过图像表达时，从多极磁体14辐射进空间的磁通量ФR’碰撞磁屏蔽构件71并且被磁屏蔽构件71反弹，使得磁通量ФR’不能达到磁传感器41。
参照图23，可以假设磁屏蔽构件71布置在最佳位置处。显然，磁屏蔽构件71需要在轴向方向上布置在磁轭31、32之间。具体地，令人满意地是，磁屏蔽构件71包括在轴向方向上的某一范围内的磁传感器41。
不言而喻，磁屏蔽构件71需要布置成比磁轭31、32的爪315、325更靠近磁传感器41侧，即，需要在径向方向上布置在爪315、325的外侧上。另外，如果磁屏蔽构件71在径向方向上与一组集磁环501的主体部分56重叠，则构造出离开集磁环501的一个主体部分56、穿过磁屏蔽构件71并且进入另一主体部分56的磁路径。然后，收集在集磁环501中的磁通量的一部分泄漏至此路径，由此使得进入磁传感器41中的磁通量减少。为了防止此问题，需要磁屏蔽构件71在径向方向上布置在偏离该一组集磁环501的主体部分56的位置处。
根据上文描述的构造，本实施方式的扭矩传感器201设置有磁屏蔽构件71，使得磁屏蔽构件71可以屏蔽离开多极磁体14并且直接进入磁 传感器41的磁通量。因此，如图24所示，当多极磁体14和磁轭31、32成整体地转动时，可以减小输出上的变化。
文中，在本实施方式中，磁屏蔽构件71布置在磁屏蔽构件71可以与多极磁体14或者磁轭31、32一起转动的一侧上，使得与磁传感器41相对并且执行防护功能的部分随着转动在周缘方向上改变。因此，磁屏蔽构件71需要形成为遍及整周的环的形状。
另外，在本实施方式中设置有一组集磁环501并且因此可以有效地在集磁部分51中收集磁轭31、32的磁通量。所述一组集磁环501的主体部分56分别地形成半圆形的形状并且可以从磁轭31、32的径向方向上的外侧组装，因此与环形集磁环相比可以提高组装性能。
再者，所述一组集磁环501的主体部分56在轴向方向上布置在磁轭31与磁轭32之间，并且当主体部分56在轴向方向上进行投影时主体部分56与磁轭31、32重叠，由此可以提高收集的磁通量的量。
随后，将参照图25至28对第十二实施方式至第十四实施方式进行描述。在这些实施方式中，磁屏蔽构件的在轴向方向上的布置与第十一实施方式中的相同，并且磁屏蔽构件的在径向方向上的布置和形状不同于第十一实施方式中的布置和形状。
（第十二实施方式）
如图25中所示，如第十一实施方式的情形，第十二实施方式的扭矩传感器202设置有形成环形的磁屏蔽构件72。磁屏蔽构件72布置在磁屏蔽构件72可以与多极磁体14或者磁轭31、32一起转动的一侧上。
另外，磁屏蔽构件72在径向方向上布置在集磁环501的主体部分56的外边缘的外侧上且在磁传感器41的感磁部分410的内侧上。在此情形中，磁屏蔽构件72的一部分在径向方向上与集磁环501的联接部分57重叠但是磁屏蔽构件72的大部分布置于在径向方向上偏离集磁环501的主体部分56的位置处。根据此构造，可以产生与在第十一实施方式中的相同效果。
（第十三实施方式和第十四实施方式）
第十三实施方式的扭矩传感器203设置有磁屏蔽构件73，磁屏蔽构件73形成半环的形状，即字母C的形状。磁屏蔽构件73不是布置在转 动侧而是与磁传感器41一起布置在固定侧上，这不同于第十一实施方式和第十二实施方式。在磁屏蔽构件73布置在固定侧上的情形中，仅需要扭矩传感器203具有能够仅在周缘方向上的磁传感器41侧上实现屏蔽功能的部分，使得磁屏蔽构件73如此地形成字母C的形状。
简言之，在磁屏蔽构件布置在固定侧上的情形中，如在图28中示出的第十四实施方式的扭矩传感器204的情形中，仅必要的是，最小尺寸的磁屏蔽构件74至少布置在与磁传感器41的范围对应的范围中，换言之，磁屏蔽构件74的在周缘方向上的宽度Ws不小于磁传感器41的在周缘方向上的宽度Wd。通过以最小尺寸形成磁屏蔽构件74，可以减小部件成本。
（使用磁屏蔽构件的实施方式的改型示例）
通过磁屏蔽构件屏蔽离开多极磁体14并且直接去往磁传感器41的磁通量的扭矩传感器不总是需要具有作为“一组集磁体”的一组集磁环。在像第十实施方式和第十一实施方式这样的扭矩传感器不具有一组集磁环的情形中，不需要考虑磁屏蔽装置需要与集磁环重叠。
【通过使用间隔件减小输出上的变化的实施方式】
接下来，将参照图29至图34对用于通过使用间隔件减小输出上的变化的本公开的第十五实施方式至第十七实施方式进行描述。
（第十五实施方式）
首先，参照图29至图32对第十五实施方式进行描述。在图29中示出的扭矩传感器205中，在附图中的上侧中示出的输入轴11侧上的集磁环507包括主体部分561、联接部分571、以及集磁部分511，而在附图中的下侧中示出的输出轴12侧上的集磁环507包括主体部分562、联接部分572、以及集磁部分512。下文中，为了将集磁部分511与集磁部分512区分开，集磁部分511被称为“第一集磁部分”并且集磁部分512被称为“第二集磁部分”。
一对集磁环507对应于“一组集磁体”。
如图29至图31B中所示，不仅有磁传感器41还有间隔件81插置在第一集磁部分511与第二集磁部分512之间。在本实施方式中，间隔件81插置在第一集磁部分511与磁传感器41之间。间隔件81由非磁 性材料例如树脂形成。
磁传感器41以板状的IC封装的形式构造而成，感磁部分410用树脂模塑成型在其中。特别地，磁传感器41是霍尔元件或者磁阻元件的IC封装。文中，在通常商业上可获得的磁传感器中，感磁部分布置在偏离IC封装的传感器厚度中的中心的位置处。例如，在本实施方式中，如图30B及图31A和31B中所示，感磁部分410布置在偏离磁传感器41的厚度方向上的中心并朝向第一集磁部分511侧的位置处。
因此，将具有适当厚度的间隔件81插置在第一集磁部分511与磁传感器41之间，由此，将感磁部分410设置在与第一感磁部分511和第二感磁部分512等距离的位置处。换言之，在图30B及图31A和31B中，从第一集磁部分511至感磁部分410的距离d1被调整成等于从第二集磁部分512至感磁部分410的距离d2。
间隔件81由非磁性材料例如树脂形成并且在磁特征上等同于磁传感器41的IC封装的用树脂模塑成型的部分。因此，如果距离d1等于距离d2，第一集磁部分511与感磁部分410之间的磁关系变得等同于第二集磁部分512与感磁部分410之间的磁关系。
如图32中所示，在距离d1不同于d2的情形中，根据距离d1和距离d2中哪一个较大的情况，当多极磁体14和磁轭31、32成整体地转动时，关于转动角在相反方向上产生输出上的变化。与此相反，在本实施方式中，通过使用间隔件81将距离d1调整为等于距离d2，可以减小输出上的变化。
顺便提及，如图31A和31B中所示，当限定包括感磁部分410并且垂直于扭矩传感器205的轴线的假想平面D时，在集磁环507中，不仅集磁部分511、512相对于假想平面D对称地形成，而且主体部分561、562也相对于假想平面D对称地形成，使得从主体部分561、562至假想平面D的距离e1、e2彼此相等。另外，多极磁体14也相对于假想平面D彼此对称地定位，使得从多极磁体14的轴向方向上的两端至感磁部分410的距离f1、f2彼此相等。
但是，防止输出上的变化的作用可以通过“感磁部分410位于距第一集磁部分511和第二集磁部分512等距离的位置处”的构造产生并且集磁环507的主体部分561、562的对称性和多极磁体14的对称性不具 有重要意义。因此，代替第十五实施方式，可以使用接下来的第十六实施方式和第十七实施方式。
（第十六实施方式和第十七实施方式）
如图33中所示，在第十六实施方式的扭矩传感器206中，集磁环508的主体部分563、564相对于假想平面D彼此不对称。换言之，从附图中的上侧上的主体部分563至假想平面D的距离e1不同于从附图中的下侧上的主体部分564至假想平面D的距离e3。
另外，如图34中所示，在第十七实施方式的扭矩传感器207中，多极磁体14相对于假想平面D不对称。换言之，从多极磁体14的上端至假想平面D的距离f1不同于从多极磁体14的下端至假想平面D的距离f3。
但是，在第十六实施方式和第十七实施方式两者中，从第一集磁部分511至感磁部分410的距离d1等于从第二集磁部分512至感磁部分410的距离d2。因此，如第十五实施方式的情形中，可以减小输出上的变化。
（使用间隔件的实施方式的改型示例）
间隔件的数量不限于一个而是多个间隔件可以彼此联合。例如，具有不同厚度的间隔件可以分别插置在第一集磁部分511与磁传感器41之间和第二集磁部分512与磁传感器41之间。在此情形中，感磁部分410可以通过使用厚度不同的两个间隔件而设置在集磁部分511、512的中心处。
可替代地，还建议，特别制造感磁部分410设置在厚度方向上的中心处的IC封装。在此情形中，从本公开的想法的观点看，可以理解，IC封装的用树脂模塑成型的零件的一部分包括本公开的间隔件。
【根据本公开用于减小输出上的变化的扭矩传感器的其它实施方式】
（A）多极磁体的磁极的数量不总是局限于12对磁极或者24对磁极。另外，与此对应的磁轭31、32的爪315、325的数量不总是局限于12。
（B）上文描述中的N极和S极可以颠倒。
（C）在上文描述的实施方式中，“多极磁体和布置在多极磁体的端部上的一组磁轭”固定至扭杆13的输入轴11侧并且“一组中间磁轭”固定至扭杆13的输出轴12侧。与此相反，“多极磁体和布置在多极磁体的端部上的一组磁轭”可以固定至扭杆13的输出轴12侧并且“一组中间磁轭”可以固定至扭杆13的输入轴11侧。
本公开不限制于上文描述的实施方式而是可以在不脱离本公开的主旨的范围内以多种模式付诸实践。例如，本公开可以不仅应用于电动助力转向装置还可以应用于多种检测轴扭矩用的装置。
上文的公开具有下列方面。
根据本公开的第一方面，扭矩传感器包括：扭杆，扭杆用于在第一轴和第二轴之间进行同轴地联接并且用于将施加在第一轴与第二轴之间的扭矩转化为扭转位移；多极磁体，多极磁体固定至第一轴或者扭杆的一端侧并且具有多个N极和多个S极，该多个N极和多个S极沿着多极磁体的周向方向每隔预定的磁化角交替地磁化；一对磁轭，该一对磁轭固定至第二轴或者扭杆的另一端侧、在多极磁体的径向方向上布置在多极磁体的外侧、在多极磁体的轴向方向上具有间隙地彼此面对、以及在由多极磁体产生的磁场中提供磁路；以及一对磁传感器，该一对磁传感器沿着周向方向设置。每一个磁传感器包括感磁部分，感磁部分用于检测磁路中产生的磁通密度。每一个磁传感器将由感磁部分检测的检测信号输出至外部计算设备。该一对磁传感器将检测信号输出至外部计算装置，使得计算装置计算一对磁传感器的输出之和或者输出之差从而抵消由产生自多极磁体并且直接到达感磁部分的磁通量所引起的输出变化。
在上述扭矩传感器中，当多极磁体和磁轭成整体地转动时，各个磁传感器的输出上的变化相对于转动角在相同方向上增加或者减小。因此，通过计算磁传感器的输出之差，可以抵消输出上的变化。以此方式，根据该扭矩传感器，外部计算装置计算一对磁传感器的输出之和或者输出之差，由此能够抵消输出上的变化。因此，该扭矩传感器可以提高转动角的检测精确度。
可替代地，一对磁传感器可以彼此相邻设置。感磁部分设置在相对于一对磁传感器的在轴向方向上的中心位置彼此对称的位置处，并且一 对磁传感器将检测信号输出至计算装置使得计算装置计算一对磁传感器的输出之差。另外，一对磁传感器可以包括第一磁传感器和第二磁传感器，第一磁传感器具有第一感磁部分，第二磁传感器具有第二感磁部分，并且扭矩传感器还可以包括：第三磁传感器。第三磁传感器与第二磁传感器相邻地设置；并且第三磁传感器包括第三感磁部分，第三感磁部分相对于第二磁传感器与第三磁传感器之间的在轴向方向上的中心位置设置在与第二磁传感器的第二感磁部分对称的位置处。另外，扭矩传感器还可以包括第四磁传感器，第四磁传感器设置成与第三磁传感器相邻。第四磁传感器包括第四感磁部分，第四感磁部分相对于第三磁传感器与第四磁传感器之间的在轴向方向上的中心位置设置在与第三磁传感器的第三感磁部分对称的位置处。
可替代地，一对磁传感器可以设置成使得感磁部分之间的角间隔等于多极磁体的磁化角或者为多极磁体的磁化角的奇数倍，并且感磁部分设置成在轴向方向上距扭杆的一端侧高度相同，并且一对磁传感器将检测信号输出至计算装置，使得计算装置计算一对磁传感器的输出之和。在此情形中，当多极磁体和磁轭成整体地转动时，各个磁传感器的输出上的变化相对于转动角在相反方向上增大和减小。因此，通过计算磁传感器的输出之和，可以消除输出上的变化。通过这种方式，根据本公开的扭矩传感器，外部计算装置计算一对磁传感器的输出之和或者输出之差，由此能够抵消输出上的变化。因此，本公开的扭矩传感器可以提高转动角的检测精确度。另外，一对磁传感器可以以感磁部分之间的角间隔等于多极磁体的磁化角的方式设置。一对磁传感器可以包括第一磁传感器和第二磁传感器，第一磁传感器具有第一感磁部分，第二磁传感器具有第二感磁部分，并且扭矩传感器还可以包括第三磁传感器，第三磁传感器与第二磁传感器相邻。第三磁传感器包括第三感磁部分，第三感磁部分以在第二感磁部分与第三感磁部分之间的角间隔等于多极磁体的磁化角的方式设置，并且第二感磁部分和第三感磁部分设置成在轴向方向上距离扭杆的一端侧的高度相同。另外，扭矩传感器还可以包括第四磁传感器，第四磁传感器设置成与第三磁传感器相邻。第四磁传感器包括第四感磁部分，第四感磁部分以在第三感磁部分与第四感磁部分之间的角间隔等于多极磁体的磁化角的方式设置，并且第三感磁部分和第四感磁部分设置成在轴向方向上距离扭杆的一端侧的高度相同。
可替代地，一对磁传感器可以以在感磁部分之间的角间隔为多极磁体的磁化角的三倍或者更大的方式设置。
可替代地，一对磁传感器可以以在感磁部分之间的角间隔为多极磁体的磁化角的偶数倍的方式设置，并且感磁部分相对于一对磁传感器的轴向方向上的中心位置设置在彼此对称的位置处，并且一对磁传感器将检测信号输出至计算装置使得计算装置计算一对磁传感器的输出之差。在此情形中，当多极磁体和磁轭成整体地转动时，各个磁传感器的输出上的变化相对于转动角在相同方向上增大或者减小。因此，通过计算磁传感器的输出之差，可以抵消输出上的变化。通过这种方式，根据本公开的扭矩传感器，外部计算装置计算一对磁传感器的输出之和或者输出之差，由此能够抵消输出上的变化。因此，本公开的扭矩传感器可以提高转动角的检测精确度。
根据本公开的第二方面，扭矩传感器包括：扭杆，扭杆用于第一轴与第二轴之间的同轴联接并且用于将施加在第一轴与第二轴之间的扭矩转化为扭转位移；多极磁体，多极磁体固定至第一轴或者扭杆的一端侧并且具有多个N极和多个S极，该多个N极和多个S极沿着多极磁体的周向方向交替地磁化；一对磁轭，该一对磁轭固定至第二轴或扭杆的另一端侧、在多极磁体的径向方向上布置在多极磁体的外侧上、在多极磁体的轴向方向上具有间隙地彼此面对、以及在由多极磁体生成的磁场中提供磁路；磁传感器，磁传感器在径向方向上布置在一对磁轭的外侧上并且包括感磁部分，感磁部分用于检测磁路中生成的磁通密度；以及磁屏蔽构件，磁屏蔽构件由软磁性材料制成。磁屏蔽构件在轴向方向上布置在一对磁轭之间。磁屏蔽构件在径向方向上布置在多极磁体的外侧上且在感磁部分的内侧上。磁屏蔽构件屏蔽产生自多极磁体并且直接到达磁传感器的感磁部分的磁通量。
在上文的传感器中，可以防止磁通量离开多极磁体并且不通过磁轭而是通过空间直接到达磁传感器，由此使输出上的变化减小。
可替代地，磁屏蔽构件可以呈环形形状，并且磁屏蔽构件可与多极磁体或者一对磁轭一起相对于磁传感器旋转。另外，扭矩传感器还可以包括：用于收集从一对磁轭进入磁传感器的磁通量的一对集磁体。磁屏蔽构件在径向方向上布置在距离多极磁体的中心不同于一对集磁体的一段距离处。
可替代地，磁屏蔽构件可以固定至磁传感器。磁屏蔽构件至少布置在周向方向的与磁传感器的范围相对应的范围内。
根据本公开的第三方面，扭矩传感器包括：扭杆，扭杆用于第一轴与第二轴之间的同轴联接并且用于将施加在第一轴与第二轴之间的扭矩转化为扭转位移；多极磁体，多极磁体固定至第一轴或者扭杆的一端侧并且具有多个N极和多个S极，该多个N极和多个S极沿着多极磁体的周向方向交替地磁化；一对磁轭，该一对磁轭固定至第二轴或扭杆的另一端侧、在多极磁体的径向方向上布置在多极磁体的外侧上、在多极磁体的轴向方向上具有间隙地彼此面对、以及在由多极磁体生成的磁场中提供磁路；一对集磁体，该一对集磁体中的每一个包括主体部分和集磁部分，集磁部分沿多极磁体的径向方向向主体部分的外侧突出，用于收集从一对磁轭进入集磁部分中的磁通量；磁传感器，磁传感器具有感磁部分，感磁部分设置在一对集磁体的集磁部分之间并且检测磁路中生成的磁通密度，磁传感器呈平板状，感磁部分设置在其中；以及间隔件，间隔件用于调整感磁部分与磁传感器之间的距离使得磁传感器中的感磁部分设置在与一对集磁体的集磁部分距离相同的位置处。
在上述传感器中，由离开多极磁体并且不通过磁轭而是通过空间并直接到达磁传感器的磁通量引起的输出上的变化倾向于在集磁部分的轴向方向上的中间位置处变为零。因此，通过将感磁部分通过间隔件布置在集磁部分的轴向方向上的中间位置处，可以减小输出上的变化。
尽管已经参照本公开的实施方式对本公开进行了描述，可以理解，本公开并不限于这些实施方式和构造。本公开意于覆盖各种改型和等同配置。另外，尽管给出多种组合和构造，但是包括或多或少或者仅单个元件的其它组合和构造也在本公开的精神和范围内。

Claims (11)

1.一种扭矩传感器，所述扭矩传感器包括：
扭杆(13)，所述扭杆(13)用于在第一轴(11)与第二轴(12)之间进行同轴联接，以及用于将施加在所述第一轴(11)与所述第二轴(12)之间的扭矩转化为扭转位移；
多极磁体(14)，所述多极磁体(14)固定至所述第一轴(11)或者固定至所述扭杆(13)的一端侧，并且具有沿着所述多极磁体的周向方向每隔预定的磁化角交替地磁化的多个N极和多个S极；
一对磁轭(31、32)，所述一对磁轭(31、32)固定至所述第二轴(12)或者固定至所述扭杆(13)的另一端侧，所述一对磁轭(31、32)在所述多极磁体(14)的径向方向上布置在所述多极磁体(14)的外侧，所述一对磁轭(31、32)在所述多极磁体(14)的轴向方向上具有间隙地相互面对，并且，所述一对磁轭(31、32)在由所述多极磁体(14)生成的磁场中提供磁路；以及
一对磁传感器(41-46)，所述一对磁传感器(41-46)沿着所述周向方向设置，其中：
每个磁传感器(41-46)包括用于检测在所述磁路中产生的磁通密度的感磁部分(410-460)；
每个磁传感器(41-46)将由所述感磁部分(410-460)检测的检测信号输出至外部计算装置(91)；
所述一对磁传感器(41-46)将所述检测信号输出至所述外部计算装置(91)使得所述计算装置(91)计算所述一对磁传感器(41-46)的输出之和或者输出之差，从而抵消由产生自所述多极磁体(14)并且直接到达所述感磁部分(410-460)的磁通量所引起的输出变化；
所述一对磁传感器(41-44)设置成使得所述感磁部分(410-440)之间的角间隔等于所述多极磁体(14)的所述磁化角或者为所述多极磁体(14)的所述磁化角的奇数倍，并且所述感磁部分(410-440)在所述轴向方向上设置在距离所述扭杆(13)的所述一端侧相同的高度处；并且
所述一对磁传感器(41-44)将所述检测信号输出至所述计算装置(91)使得所述计算装置(91)计算所述一对磁传感器(41-44)的输出之和。
2.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其中：
所述一对磁传感器(41-44)设置成使得所述感磁部分(410-440)之间的角间隔等于所述多极磁体(14)的所述磁化角。
3.根据权利要求2所述的扭矩传感器，
所述一对磁传感器(41-44)包括具有第一感磁部分(410)的第一磁传感器(41)和具有第二感磁部分(420)的第二磁传感器(42)，所述扭矩传感器还包括：
第三磁传感器(430)，所述第三磁传感器(430)与所述第二磁传感器(43)相邻，其中：
所述第三磁传感器(43)包括第三感磁部分(430)，所述第三感磁部分(430)设置成使得所述第二感磁部分(420)与所述第三感磁部分(430)之间的角间隔等于所述多极磁体(14)的所述磁化角，所述第二感磁部分(420)和所述第三感磁部分(430)在所述轴向方向上设置在距离所述扭杆(13)的所述一端侧相同的高度处。
4.根据权利要求3所述的扭矩传感器，所述扭矩传感器还包括：
第四磁传感器(44)，所述第四磁传感器(44)设置成与所述第三磁传感器(43)相邻，其中：
所述第四磁传感器(44)包括第四感磁部分(440)，所述第四感磁部分(440)设置成使得所述第三感磁部分(430)与所述第四感磁部分(440)之间的角间隔等于所述多极磁体(14)的所述磁化角，并且所述第三感磁部分(430)和所述第四感磁部分(440)在所述轴向方向上设置在距离所述扭杆(13)的所述一端侧相同的高度处。
5.根据权利要求1所述的扭矩传感器，其中：
所述一对磁传感器(41、44)设置成使得所述感磁部分(410、440)之间的角间隔为所述多极磁体(14)的所述磁化角的三倍或者更大。
6.一种扭矩传感器，所述扭矩传感器包括：
扭杆(13)，所述扭杆(13)用于在第一轴(11)与第二轴(12)之间进行同轴联接，以及用于将施加在所述第一轴(11)与所述第二轴(12)之间的扭矩转化为扭转位移；
多极磁体(14)，所述多极磁体(14)固定至所述第一轴(11)或者固定至所述扭杆(13)的一端侧，并且具有沿着所述多极磁体的周向方向每隔预定的磁化角交替地磁化的多个N极和多个S极；
一对磁轭(31、32)，所述一对磁轭(31、32)固定至所述第二轴(12)或者固定至所述扭杆(13)的另一端侧，所述一对磁轭(31、32)在所述多极磁体(14)的径向方向上布置在所述多极磁体(14)的外侧，所述一对磁轭(31、32)在所述多极磁体(14)的轴向方向上具有间隙地相互面对，并且，所述一对磁轭(31、32)在由所述多极磁体(14)生成的磁场中提供磁路；以及
一对磁传感器(41-46)，所述一对磁传感器(41-46)沿着所述周向方向设置，其中：
每个磁传感器(41-46)包括用于检测在所述磁路中产生的磁通密度的感磁部分(410-460)；
每个磁传感器(41-46)将由所述感磁部分(410-460)检测的检测信号输出至外部计算装置(91)；
所述一对磁传感器(41-46)将所述检测信号输出至所述外部计算装置(91)使得所述计算装置(91)计算所述一对磁传感器(41-46)的输出之和或者输出之差，从而抵消由产生自所述多极磁体(14)并且直接到达所述感磁部分(410-460)的磁通量所引起的输出变化；
所述一对磁传感器(41、43)设置成使得所述感磁部分(410、430)之间的角间隔为所述多极磁体(14)的所述磁化角的偶数倍，并且所述感磁部分(410、430)设置在相对于所述一对磁传感器(41、43)的在所述轴向方向上的中心位置彼此对称的位置处；以及
其中，所述一对磁传感器(41、43)将所述检测信号输出至所述计算装置(91)使得所述计算装置(91)计算所述一对磁传感器(41、43)的输出之差。
7.一种扭矩传感器，所述扭矩传感器包括：
扭杆(13)，所述扭杆(13)用于在第一轴(11)与第二轴(12)之间进行同轴联接，以及用于将施加在所述第一轴(11)与所述第二轴(12)之间的扭矩转化为扭转位移；
多极磁体(14)，所述多极磁体(14)固定至所述第一轴(11)或者固定至所述扭杆(13)的一端侧，并且具有沿着所述多极磁体的周向方向交替地磁化的多个N极和多个S极；
一对磁轭(31、32)，所述一对磁轭(31、32)固定至所述第二轴(12)或者固定至所述扭杆(13)的另一端侧，所述一对磁轭(31、32)在所述多极磁体(14)的径向方向上布置在所述多极磁体(14)的外侧，所述一对磁轭(31、32)在所述多极磁体(14)的轴向方向上具有间隙地相互面对，并且，所述一对磁轭(31、32)在由所述多极磁体(14)生成的磁场中提供磁路；
磁传感器(41)，所述磁传感器(41)在所述径向方向上布置在所述一对磁轭(31、32)的外侧，并且所述磁传感器(41)包括用于检测在所述磁路中产生的磁通密度的感磁部分(410)；以及
磁屏蔽构件(71、72、73、74)，所述磁屏蔽构件(71、72、73、74)由软磁性材料制成，其中：
所述磁屏蔽构件(71、72、73、74)在所述轴向方向上布置在所述一对磁轭(31、32)之间；
所述磁屏蔽构件(71、72、73、74)在所述径向方向上布置在所述多极磁体(14)的外侧且在所述感磁部分(410)的内侧；以及
所述磁屏蔽构件(71、72、73、74)遮蔽产生自所述多极磁体(14)并且直接到达所述磁传感器(41)的所述感磁部分(410)的磁通量。
8.根据权利要求7所述的扭矩传感器，其中，
所述磁屏蔽构件(71、72)呈环形形状；
所述磁屏蔽构件(71、72)能够与所述多极磁体(14)或者所述一对磁轭(31、32)一起相对于所述磁传感器(41)转动。
9.根据权利要求8所述的扭矩传感器，所述扭矩传感器还包括：
一对集磁体(501)，所述一对集磁体(501)用于收集从所述一对磁轭(31、32)进入所述磁传感器(41)的磁通量，其中：
所述磁屏蔽构件(71、72)在所述径向方向上布置在距离所述多极磁体(14)的中心不同于所述一对集磁体(501)的距离处。
10.根据权利要求7所述的扭矩传感器，其中：
所述磁屏蔽构件(73、74)固定至所述磁传感器(41)；以及
所述磁屏蔽构件(73、74)至少布置在所述周向方向的与所述磁传感器(41)的范围相对应的范围内。
11.一种扭矩传感器，所述扭矩传感器包括：
扭杆(13)，所述扭杆(13)用于在第一轴(11)与第二轴(12)之间进行同轴联接，以及用于将施加在所述第一轴(11)与所述第二轴(12)之间的扭矩转化为扭转位移；
多极磁体(14)，所述多极磁体(14)固定至所述第一轴(11)或者固定至所述扭杆(13)的一端侧，并且具有沿着所述多极磁体的周向方向交替地磁化的多个N极和多个S极；
一对磁轭(31、32)，所述一对磁轭(31、32)固定至所述第二轴(12)或者固定至所述扭杆(13)的另一端侧，所述一对磁轭(31、32)在所述多极磁体(14)的径向方向上布置在所述多极磁体(14)的外侧，所述一对磁轭(31、32)在所述多极磁体(14)的轴向方向上具有间隙地相互面对，并且，所述一对磁轭(31、32)在由所述多极磁体(14)生成的磁场中提供磁路；
一对集磁体(507-508)，所述一对集磁体(507-508)中的每一个包括主体部分(561-564)和集磁部分(511-512)，所述集磁部分(511-512)在所述多极磁体(14)的径向方向上向所述主体部分(561-564)的外侧突出，以便收集从所述一对磁轭(31、32)进入所述集磁部分(511-512)的磁通量；
磁传感器(41)，所述磁传感器(41)具有感磁部分(410)，所述感磁部分(410)设置在所述一对集磁体(507-508)的所述集磁部分(511-512)之间并且检测在所述磁路中产生的磁通密度，所述磁传感器(41-46)呈平板状，所述感磁部分(410-460)设置在呈平板状的所述磁传感器(41-46)中；以及
间隔件(81)，所述间隔件(81)用于调整所述感磁部分(410-460)与所述磁传感器(41-46)之间的距离，使得在所述磁传感器(41-46)中的所述感磁部分(410-460)设置成与所述一对集磁体(507-508)的所述集磁部分(511-512)的距离相等。
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