JP2013127368A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 集磁部からの漏れ磁束を低減するトルクセンサを提供する。
【解決手段】 トルクセンサ１は、入力軸１１と出力軸１２とを同軸上に連結するトーションバー１３、入力軸１１に固定される多極磁石１４、出力軸１２に固定される一組の磁気ヨーク３１、３２、本体部７２１及び集磁部７３１から構成され一組の磁気ヨーク３１、３２から集磁部７３１に磁束を集める一組の集磁リング７０１、並びに、集磁部７３１間の磁界の強さを検出する磁気センサ４１を備える。集磁リング７０１の集磁部７３１は、磁気センサ４１が搭載される搭載部７５１、及び、本体部７２１から第１方向に延設され本体部７２１と搭載部７５１とを連結する連結部７４を有する。連結部７４の第２方向（仮想平面Ｖ上で第１方向と直交する方向）の幅は、搭載部７５１の第２方向の幅より短い。これにより、連結部７４の面積を小さくし、集磁部７３１からの漏れ磁束を可及的に低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸に加わる軸トルクを磁束密度の変化（磁界の強さ）として検出するトルクセンサに関する。

従来、電動パワーステアリング装置等において、回転軸の回転に伴う磁界の強さの変化を一組の集磁体間に設けられた磁気センサで検出することで軸トルクを検出するトルクセンサが知られている。特に、集磁体の中で磁気抵抗の低い集磁部に磁気センサが配置される構成では、磁束が集磁部に集中する。集磁部に集められた磁束は、一方の集磁部から対向する他方の集磁部に伝播し、その磁束を磁気センサが検出する。

例えば、特許文献１の図１には、１つの集磁リング（集磁体）に、２つの磁気センサに対応する２つの集磁部が形成される構成が開示されている。また、特許文献２、３の各図１には、１つの集磁リングに、３つの磁気センサに対応する３つの集磁部が形成される構成が開示されている。一方、特許文献４の図２には、集磁リングの径外方向に突出する１つの矩形状の集磁部が形成され、この集磁部に２つの磁気センサを隣接させて配置する構成が開示されている。

特開２００７−２６３８７１号公報 特開２００８−２３２７２８号公報 特開２００９−８００２００号公報 特開２００６−３８７６７号公報

ところで、集磁部に集められた磁束は、磁気センサのみに向かって伝播するわけではなく、磁気センサ以外の空間にも放射される。例えば特許文献１の構成では、集磁リングが集めた磁束の一部は、２つの集磁部間の空間にも放射される。空間に放射される磁束は、磁気センサに伝播されない「漏れ磁束」となり、漏れ磁束の分、磁気センサが有効に検出可能な磁束が減少するという問題がある。さらに、集磁部を３つ有する特許文献２、３の構成では、集磁部間の空間が２箇所になるため、漏れ磁束がさらに増加する。

一方、特許文献４の構成では、１つの集磁部に２つの磁気センサを隣接させており、集磁部間の空間への磁束の漏れは低減する。しかし、集磁リングとセンサ搭載部とを連結する連結部からも磁束は放射され、「漏れ磁束」となる。特許文献４の構成では、矩形状の集磁部は、２つの磁気センサに対応する比較的幅の広い連結部が形成されているため、この連結部からの漏れ磁束が増大する。さらに製造上の問題として、矩形状の集磁部を集磁リングに一体で形成する場合、集磁リングを円形に形成することが困難である。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、集磁部からの漏れ磁束を低減するトルクセンサを提供することにある。

請求項１に記載のトルクセンサは、トーションバー、多極磁石、一組の磁気ヨーク、一組の集磁体、磁気センサを備える。
トーションバーは、第１の軸と第２の軸とを同軸上に連結し、第１の軸と第２の軸との間に加わるトルクを捩じれ変位に変換する。
多極磁石は、第１の軸またはトーションバーの一端側に固定される。
一組の磁気ヨークは、多極磁石の径外側で第２の軸またはトーションバーの他端側に固定され、かつ軸方向にギャップを介して対向し、多極磁石が発生する磁界内に磁気回路を形成する。
一組の集磁体は、本体部、及び当該本体部の径外方向に突出して形成される集磁部から構成され、一組の磁気ヨークから集磁部に磁束を集める。
磁気センサは、集磁部に搭載され、集磁部間の磁界の強さを検出する磁気検出部を有する。

集磁体の集磁部は、磁気センサが搭載される搭載部、及び、本体部から第１方向に延設され本体部と搭載部とを連結する連結部を有する。そして、トーションバーの軸と直交する仮想平面上で第１方向と直交する方向を第２方向とすると、連結部の第２方向の幅は、搭載部の第２方向の幅より短い。

磁気センサの検出感度を向上する観点から、磁気センサは可及的に本体部に近接して設けられることが望ましい。しかし、磁気センサと他の部品との干渉を避けるため、或いは配線上の理由等から、磁気センサが搭載される搭載部と本体部との間に、連結部によって必要最小限の距離を隔てる必要がある。この連結部は、磁束が漏れる箇所となる。

そこで本発明の構成によれば、連結部の第２方向の幅は、搭載部の第２方向の幅よりも短く設定される。すなわち、連結部は、「くびれ形状」に形成される。これにより、第１方向の長さが一定値であれば、第２方向の幅を小さくすることで連結部の面積を減らし、集磁部からの漏れ磁束を可及的に低減することができる。よって、磁束が有効に検出され、磁気センサの検出磁束密度を増加させることができる。
なお、連結部は、第２方向に複数設けられてもよい。この場合、各連結部の第２方向の幅の合計を「連結部の第２方向の幅」と見なし、この幅が搭載部の第２方向の幅よりも短く設定されることが本発明の要件となる。

請求項２に記載の発明によると、一組の集磁体は、相対する搭載部が互いに近接するように、連結部が折り曲げられる。ここで、「互いに近接する」方向は、軸方向に限らず、径方向或いはその他の方向であってもよい。これにより、相対する搭載部間の磁気抵抗を低減し、磁気センサの検出感度を向上することができる。

請求項３に記載のトルクセンサは、磁気センサを複数備え、複数の磁気センサの磁気検出部が搭載部上で第２方向に並ぶように配置されている。
トルクセンサが磁気センサを複数備えることで、例えば、１つをトルク検出用、もう１つを故障判定用、残りを予備用とし、磁気センサの故障を判定したり、トルク検出用センサの故障時に予備用の磁気センサを用いて検出機能を維持したりすることができる。
また、複数の磁気センサの磁気検出部が搭載部上で第２方向に並ぶように配置すれば、本体部から各磁気センサの磁気検出部までの距離を可及的に均等にすることができる。したがって、複数の磁気センサの検出ばらつきを抑制することができる。

請求項４に記載の発明によると、搭載部は、隅部が角丸めされた多角形状、又は曲線で囲まれた形状で形成される。
磁束は特にエッジ部で漏れやすく、エッジの無い曲線形状部では比較的漏れにくいという性質がある。そこで、搭載部を請求項４に記載の形状とすることで、漏れ磁束をさらに低減することができる。

請求項５に記載の発明によると、第１方向は本体部の法線方向に相当し、第２方向は本体部の接線方向に相当する。
すなわち、集磁部は、トルクセンサの回転軸から放射方向に突出して形成される。これにより、集磁体は線対称形状に形成され、磁束がバランス良く伝播される。

本発明の第１実施形態によるトルクセンサの分解斜視図である。 本発明の第１実施形態によるトルクセンサが適用される電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 本発明の第１実施形態によるトルクセンサの（ａ）：動作原理を説明する要部模式図、（ｂ）：（ａ）のｂ−ｂ断面図である。 本発明の第１実施形態によるトルクセンサの（ａ）：動作原理を説明する要部模式図、（ｂ）：（ａ）のｂ−ｂ断面図である。 本発明の第１実施形態による集磁リングの（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。 本発明の第１実施形態および比較例の集磁リングにおける集磁部からの漏れ磁束を説明する説明図である。 本発明の（ａ）第１実施形態の変形例、（ｂ）第２実施形態による集磁リングの平面図である。 本発明の（ａ）第３実施形態、（ｂ）第４実施形態、（ｃ）第５実施形態による集磁リングの平面図である。 本発明の（ａ）第６実施形態、（ｂ）第７実施形態、（ｃ）第８実施形態による集磁リングの平面図である。 本発明の（ａ）第９実施形態、（ｂ）第１０実施形態による集磁リングの平面図である。 本発明の（ａ）第１１実施形態、（ｂ）１２実施形態による集磁リングの側面図である。 本発明の実施形態による搭載部の形状の変形例の図である。

以下、本発明の複数の実施形態によるトルクセンサを図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図２に示すように、本発明の第１実施形態によるトルクセンサ３は、例えば車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に適用される。

図２は、電動パワーステアリング装置５を備えたステアリングシステムの全体構成を示す。ハンドル９３に接続されたステアリングシャフト９４には操舵トルクを検出するためのトルクセンサ３が設置されている。ステアリングシャフト９４の先端にはピニオンギア９６が設けられており、ピニオンギア９６はラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が回転可能に連結されている。ステアリングシャフト９４の回転運動は、ピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換され、一対の車輪９８が操舵される。

トルクセンサ３は、ステアリングシャフト９４を構成する入力軸１１と出力軸１２との間に設けられ、ステアリングシャフト９４に加わる操舵トルクを検出してＥＣＵ６に出力する。ＥＣＵ６は、検出された操舵トルクに応じて電動モータ７の出力を制御する。電動モータ７が発生した操舵アシストトルクは、減速ギア９５を介して減速され、ステアリングシャフト９４に伝達される。

次に、トルクセンサ３の構成について、図１、図３〜図５を参照して説明する。
図１に示すように、トルクセンサ３は、トーションバー１３、多極磁石１４、一組の磁気ヨーク３１、３２、「一組の集磁体」としての一組の集磁リング７０１、及び磁気センサ４１等から構成される。
トーションバー１３は、一端側が「第１の軸」としての入力軸１１に、他端側が「第２の軸」としての出力軸１２に、それぞれ固定ピン１５で固定され、入力軸１１と出力軸１２とを回転軸Ｏの同軸上に連結する。トーションバー１３は、棒状の弾性部材であり、ステアリングシャフト９４に加わる操舵トルクを捩じれ変位に変換する。

円筒状の多極磁石１４は、入力軸１１に固定され、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁される。例えば本実施形態ではＮ極とＳ極との数は１２対、計２４極である（図３、図４参照）。なお他の実施形態では、多極磁石の磁極数は２４極に限らず偶数であればよい。

一組の磁気ヨーク３１、３２は、軟磁性体からなる環状体であり、多極磁石１４の径外側で出力軸１２に固定される。磁気ヨーク３１、３２は、それぞれ、多極磁石１４のＮ極およびＳ極と同数（本実施形態では１２個）の爪３１ａ、３２ａがリングの内縁に沿って全周に等間隔に設けられる。一方の磁気ヨーク３１の爪３１ａと他方の磁気ヨーク３２の爪３２ａとは、周方向にずれて交互に配置される。こうして、一方の磁気ヨーク３１と他方の磁気ヨーク３２とは、軸方向にエアギャップを介して対向している。一組の磁気ヨーク３１、３２は、多極磁石１４が発生する磁界内に磁気回路を形成する。
実施形態では、図３、図４に示すように、一組の磁気ヨーク３１、３２は、モールド樹脂３３によって一体にモールドされて、ヨークユニット３０を構成している。

ここで、多極磁石１４と一組の磁気ヨーク３１、３２とは、トーションバー１３に捩じれ変位が生じていない時、すなわち、入力軸１１と出力軸１２との間に操舵トルクが加わっていない時、磁気ヨーク３１、３２の爪３１ａ、３２ａの中心と多極磁石１４のＮ極とＳ極との境界とが一致するように配置されている。

一組の集磁リング７０１は、軟磁性体で形成され、本体部７２１および集磁部７３１から構成される。一組の集磁リング７０１において、本体部７２１および集磁部７３１は、互いに対向するように設けられる。本実施形態では、本体部７２１は、回転軸Ｏを中心として、磁気ヨーク３１、３２の径外方向に環状に設けられる。

集磁部７３１は、本体部７２１の径外方向に突出して形成され、連結部７４および搭載部７５１を有する。集磁リング７０１は、集磁部７３１に磁束を集める。
一組の集磁リング７０１の搭載部７５１の間には磁気センサ４１が搭載される。連結部７４は、本体部７２１と搭載部７５１とを連結する。本実施形態では、連結部７４は、相対する搭載部７５１の間に磁気センサ４１を挟持し得る程度に軸方向に互いに近接するように、折り曲げ部７４ａで折り曲げられている。（図５参照）

ここで、連結部７４が本体部７２１から延設される（延設線Ｘの）方向を「第１方向」という。また、回転軸Ｏと直交する仮想平面Ｖ（図１参照）上で第１方向と直交する方向を「第２方向」という。本実施形態では、第１方向は、回転軸Ｏからの放射方向、すなわち本体部７２１の法線方向に相当し、第２方向は、本体部７２１の接線方向に相当する。すると、連結部７４の第２方向の幅Ｗｃは、搭載部７５１の第２方向の幅Ｗｅより短く形成される。すなわち、連結部７４は、「くびれ形状」に形成される（図５参照）。

ところで、磁気センサ４１の検出感度を向上する観点から、磁気センサ４１は可及的に本体部７２１に近接して設けられることが望ましい。しかし、磁気センサ４１と他の部品との干渉を避けるため、或いは配線上の理由等から、搭載部７５１と本体部７２１との間に、連結部７４によって必要最小限の距離を隔てる必要がある。

磁気センサ４１は、両集磁部７３１の搭載部７５１の間に搭載され、両集磁部７３１の間に発生する磁束密度を磁気検出部４１ａが検出し、電圧信号に変換してリード線４２に出力する。磁気センサ４１として具体的には、ホール素子、磁気抵抗素子等を使用することができる。
本実施形態では、２つの磁気センサ４１は、磁気検出部４１ａが搭載部７５１上で第２方向に並ぶように配置されている。また、本実施形態では、図３、図４に示すように、一組の集磁リング７０１と磁気センサ４１とは、モールド樹脂４３によって一体にモールドされて、センサユニット４０を構成しているが、一体モールドしていなくてもよい。

この２つの磁気センサは、例えば一方をトルク検出用とし、他方を故障判定用とすることができる（特許文献１参照）。また、２つの磁気センサの検出方向を逆にし、それらの出力の差を求めることにより、振れ回り、磁気センサの温度特性及び軸方向の検出感度の各影響を相殺することができ、検出精度を高めることができる（特許文献4参照）。

次に、トルクセンサ３の作動について、図３、図４を参照して説明する。図３は、磁気ヨーク３２の爪３２ａが多極磁石１４のＮ極と対向している状態を示し、図４は、磁気ヨーク３２の爪３２ａが多極磁石１４のＳ極と対向している状態を示している。
なお、図３（ａ）、図４（ａ）は、ヨークユニット３０および多極磁石１４については平面図を示し、センサユニット４０については、集磁リング７０１に沿った断面図を示している。また、ヨークユニット３０中、爪３２ａのみを破線で示し、爪３１ａの図示を省略している。

まず、入力軸１１と出力軸１２との間に操舵トルクが加わっておらず、トーションバー１３に捩じれ変位が生じていない中立状態では、図３と図４との中間の状態となる。すなわち、磁気ヨーク３２の爪３２ａの中心と多極磁石１４のＮ極とＳ極との境界とが一致する。このとき、また、磁気ヨーク３１の爪３１ａの中心と多極磁石１４のＮ極とＳ極との境界とが一致する。
この状態では、磁気ヨーク３１、３２の爪３１ａ、３２ａには、多極磁石１４のＮ極とＳ極から同数の磁力線が出入りするため、一方の磁気ヨーク３１と他方の磁気ヨーク３２の内部でそれぞれ磁力線が閉ループを形成している。したがって、磁気ヨーク３１と磁気ヨーク３２との間のギャップに磁束が漏れることはなく、磁気センサ４１が検出する磁束密度はゼロとなる。

入力軸１１と出力軸１２との間に操舵トルクが印加されてトーションバー１３に捩じれ変位が生じると、入力軸１１に固定された多極磁石１４と出力軸１２に固定された一組の磁気ヨーク３１、３２との相対位置が周方向に変化する。これにより、図３または図４に示すように、爪３１ａ、３２ａの中心と多極磁石１４のＮ極とＳ極との境界とが周方向にずれるため、磁気ヨーク３１と磁気ヨーク３２には、それぞれ逆の極性を有する磁力線が増加する。

図３に示す位置では、磁気ヨーク３２にＮの極性を有する磁力線が増加し、対向する磁気ヨーク３１にＳの極性を有する磁力線が増加する結果、磁気センサ４１を図３（ｂ）の下方から上方に向かって通過する磁束密度Φ１が発生する。
図４に示す位置では、磁気ヨーク３２にＳの極性を有する磁力線が増加し、対向する磁気ヨーク３１にＮの極性を有する磁力線が増加する結果、磁気センサ４１を図４（ｂ）の上方から下方に向かって通過する磁束密度Φ２が発生する。

このように、磁気センサ４１を通過する磁束密度は、トーションバー１３の捩じれ変位量に略比例し、かつトーションバー１３の捩じれ方向に応じて極性が反転する。この磁束密度を磁気センサ４１が検出し、電圧信号として出力することで、トルクセンサ３は、入力軸１１と出力軸１２との間の操舵トルクを検出することができる。

続いて、本実施形態のトルクセンサ３の効果について比較例と対比しつつ説明する。
（１）本実施形態および比較例の集磁リングにおける集磁部からの漏れ磁束について、図６を参照して説明する。ここで、図６（ａ）は本実施形態、図６（ｂ）は特許文献１に記載の従来技術に相当する比較例、図６（ｃ）は特許文献４に記載の従来技術に相当する比較例である。

図６（ｂ）に示す比較例の集磁リング７８１は、本体部７２１から２つの集磁部７９１が延設されている。各集磁部７９１には磁気センサ４１が搭載されており、各集磁部７９１の幅は一定である。また、２つの集磁部７９１間には空間Ｓｐが形成される。
この構成では、集磁リング７８１が集めた磁束Φの一部は空間Ｓｐに放射され、「漏れ磁束」となる。また、本体部７２１と磁気センサ４１との間の連結部からも磁束が漏れる。磁束が漏れる領域を、「漏れ領域ＬＺ」として破線で図示する。漏れ領域ＬＺから漏れる磁束は、磁気センサ４１に伝播されない。したがって、磁気センサ４１が有効に検出可能な磁束が減少する。

図６（ｃ）に示す比較例の集磁リング７８２は、本体部７２１から１つの幅広の集磁部７９２が延設されている。集磁部７９２には２との磁気センサ４１が隣接して搭載されており、集磁部７９２の幅は一定である。
この構成では、図６（ｂ）のような集磁部間の空間への磁束の漏れは低減される。しかし、磁束Φが通過する経路の幅に対し、本体部７２１と磁気センサ４１との間の連結部の幅が過剰に広く、漏れ領域ＬＺが周方向に広がる。したがって、この連結部からの漏れ磁束が増大する。

上記の比較例に対し、図６（ａ）に示す本実施形態の集磁リング７０１は、集磁部７３１の連結部７４の第２方向の幅Ｗｃが搭載部７５１の第２方向の幅Ｗｅよりも短く形成される。そのため、磁束Φは、本体部７２１から比較的幅の狭い連結部７４を通って、磁気センサ４１に伝播される。
これにより、漏れ領域ＬＺの面積が可及的に小さくなるため、集磁部７３１からの漏れ磁束を可及的に低減することができる。よって、一組の磁気ヨーク３１、３２から集磁リング７０１に集められた磁束が有効に検出され、磁気センサ４１の磁束検出密度を増加させることができる。

（２）本実施形態の集磁リング７０１は、相対する搭載部７５１が軸方向に互いに近接するように、連結部７４が本体部７２１から折り曲げられる。これにより、相対する搭載部７５１間の磁気抵抗を低減し、磁気センサ４１の検出感度を向上することができる。

（３）本実施形態では、２つの磁気センサ４１は、磁気検出部４１ａが搭載部７５１上で第２方向に並ぶように配置されている。これにより、本体部７２１から各磁気センサ４１の磁気検出部４１ａまでの距離を可及的に均等にすることができる。したがって、２つの磁気センサ４１の検出ばらつきを抑制することができる。

（４）本実施形態では、集磁リング７０１の集磁部７３１は、本体部７２１の法線方向を第１方向として本体部７２１から延設されている。これにより、集磁リング７０１は対称形状に形成され、磁束がバランス良く伝播される。

次に、本発明の第１実施形態の変形例、第２〜第１２実施形態について、図７〜図１２を参照して説明する。これらの実施形態は、第１実施形態に対し、集磁リングにおける集磁部の形状、又は磁気センサの数や配置が異なる。その他、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

（第１実施形態の変形例）
図７（ａ）に示すように、第１実施形態の変形例の集磁リング７００は、集磁部７３０の搭載部７５０が２つの磁気センサ４１の全体を搭載しておらず、磁気センサ４１の周縁部の一部が搭載部７５２の外縁からはみ出している。ただし、磁気センサ４１の磁気検出部４１ａは、搭載部７５０内に配置されている。このように、磁気検出部４１ａが少なくとも搭載部７５０内に配置されていればよい。以下の実施形態についても同様である。

（第２実施形態）
図７（ｂ）に示すように、第２実施形態の集磁リング７０２は、本体部７２２が半円形状に形成されている。集磁部７３１の構成は、第１実施形態と実質的に同一である。
これにより、集磁リング７０２に磁気センサを組み付けたセンサユニットをトルクセンサの径方向から組み付けることができるため、組み付け性が向上する。
また、集磁リング７０２を、ヨークユニット３０の磁気ヨーク３１、３２のリング部の軸方向の間であって（図３、図４参照）、ヨークユニット３０の外径の内側に重なるように配置することができる。これにより、一組の集磁リング７０２は、半円形状の本体部７２２が磁気ヨーク３１、３２のリング部と軸方向で対向し、磁束が軸方向の比較的広い面積で伝播される。

（第３実施形態）
図８（ａ）に示すように、第３実施形態の集磁リング７０３は、集磁部７３３の連結部７４が搭載部７５３の第２方向の一方に偏って設けられている。このように、連結部７４と搭載部７５３とは必ずしも一軸上に対称に設けられなくてもよい。この例でも、連結部７４の第２方向の幅Ｗｃは、搭載部７５３の第２方向の幅Ｗｅより短い。

（第４実施形態）
図８（ｂ）に示すように、第４実施形態の集磁リング７０４は、集磁部７３４の連結部７４が搭載部７５４の第２方向の両端に２箇所設けられている。第３実施形態では、１つの連結部７４の第２方向の幅Ｗｃ’の２倍の値を「連結部の第２方向の幅Ｗｃ」と見なせば、この幅Ｗｃは、搭載部７５４の第２方向の幅Ｗｅよりも当然に短くなる。したがって、第１実施形態と同様、連結部７４からの漏れ磁束を低減することができる。

（第５実施形態）
図８（ｃ）に示すように、第５実施形態の集磁リング７０５は、集磁部７３５の搭載部７５５に２つの磁気センサ４１が第１方向に沿って配置されている。詳しくは、２つの磁気センサ４１の磁気検出部４１ａが第１方向に沿って配置されている。この例でも、連結部７４の第２方向の幅Ｗｃは、搭載部７５５の第２方向の幅Ｗｅより短い。
このように、複数の磁気センサ４１の磁気検出部４１ａは、必ずしも第２方向に沿って配置されなくてもよい。すなわち、例えば、複数の磁気検出部４１ａが第１方向に対して傾斜した方向に配置されてもよい。

（第６実施形態）
図９（ａ）に示すように、第６実施形態の集磁リング７０６は、集磁部７３６の搭載部７５６に３つの磁気センサ４１が第２方向に一列に配置されている。
この３つの磁気センサは、例えば１つをトルク検出用、もう１つを故障判定用、残りの１つを予備用とすることができる（特許文献２参照）。トルク検出用センサと故障判定用センサとの出力が同じであれば、トルク検出用センサの出力は正常と判断する。トルク検出用センサと故障判定用センサとの出力が異なり、予備用センサと故障判定用センサとの出力が同じであれば、トルク検出用センサが故障したと判断し、予備用センサの出力を制御に用いる。

第６実施形態では、３つの磁気センサ４１が連結部７４を基準として対称に配置されているため、本体部７２１から３つの磁気センサ４１までの距離を可及的に均等とし、検出ばらつきを抑制することができる。

（第７実施形態）
図９（ｂ）に示すように、第７実施形態の集磁リング７０７は、集磁部７３７の搭載部７５７に３つの磁気センサ４１が、連結部７４側に２つ、連結部７４の反対側に１つというように配置されている。搭載部７５７は、３つの磁気センサ４１の全体を含む四角形状に形成されている。磁気センサ４１が搭載されない部分は、漏れ領域ＬＺとなり得る。

（第８実施形態）
図９（ｃ）に示すように、第８実施形態の集磁リング７０８は、第７実施形態と同様、集磁部７３８の搭載部７５８に３つの磁気センサ４１が、連結部７４側に２つ、連結部７４の反対側に１つというように配置されている。搭載部７５８は、３つの磁気センサ４１の外形に沿った階段状に形成されている。これにより、第７実施形態に対し、漏れ領域ＬＺを最小限とすることができる。

（第９実施形態）
図１０（ａ）に示すように、第９実施形態の集磁リング７０９は、１つの磁気センサ４１を搭載する搭載部７５９を有する集磁部７３９が本体部７２１から２つ突出している。２つの集磁部７３９の延設線Ｘ１、Ｘ２の方向（第１方向）は、いずれも回転軸Ｏからの放射方向（本体部７２１の法線方向）である。そして、連結部７４の第２方向の幅Ｗｃは、搭載部７５９の第２方向の幅Ｗｅより短い。
このように、１つの搭載部７５９に搭載される磁気センサ４１の数が１つであっても、本発明による磁束漏れ低減効果を発揮することができる。

（第１０実施形態）
図１０（ｂ）に示すように、第１０実施形態の集磁リング７１０は、第１実施形態と実質的に同一の集磁部７３１の延設線Ｘの方向（第１方向）が、回転軸Ｏからの放射方向（本体部７２１の法線方向）とは異なる。この例でも、連結部７４の第２方向の幅Ｗｃは、搭載部７５１の第２方向の幅Ｗｅより短い。

（第１１、第１２実施形態）
上記第１〜第１０実施形態の一組の集磁リング７０１等は、いずれも集磁部７３１等が本体部７２１から仮想平面Ｖと平行に延び、集磁部同士が軸方向に対向するように形成されている（図５（ｂ）参照）。これに対し、集磁部を仮想平面Ｖに対して非平行に、言い換えれば、仮想平面Ｖに対して傾斜方向または直交方向に配置し、集磁部同士が軸方向以外の方向で対向するようにしてもよい。

例えば図１１（ａ）に示す第１１実施形態の一組の集磁リング７１１、７１２は、それぞれ本体部７２１から集磁部７６１、７６２が軸方向の互いに近づく方向に延びている。また、磁気センサ４１は、搭載面が図の縦向きになるように配置される。
なお、搭載部７５１の構成は第１実施形態と同様であり、２つの磁気センサ４１が第２方向に配列されている。また、連結部の第２方向の幅は、搭載部７５１の第２方向の幅より短い点も第１実施形態と同様である。
図の上側の集磁リング７１１の集磁部７６１は、搭載部７５１が磁気センサ４１の径外方向に配置されるように連結部７４１がクランク状に折り曲げられる。図の下側の集磁リング７１２の集磁部７６２は、搭載部７５１が磁気センサ４１の径内方向に配置されるように連結部７４２が真っ直ぐ延びる。こうして、集磁リング７１１の集磁部７６１と集磁リング７１２の集磁部７６２とは径方向に対向する。

一方、図１１（ｂ）に示す第１２実施形態の一組の集磁リング７１３、７１４は、それぞれ本体部７２１から集磁部７６３、７６４が一旦軸方向の互いに遠ざかる方向に突出し、そこからＵターンして軸方向の互いに近づく方向に延びている。また、磁気センサ４１は、搭載面が図の縦向きになるように配置される。その他の点は、第１１実施形態と同様である。
図の上側の集磁リング７１３の集磁部７６３は、搭載部７５１が磁気センサ４１の径外方向に配置されるように、連結部７４３が本体部７２１から比較的離れた所でＵターンする。図の下側の集磁リング７１４の集磁部７６４は、搭載部７５１が磁気センサ４１の径内方向に配置されるように、連結部７４４が本体部７２１から比較的近い所でＵターンする。こうして、集磁リング７１３の集磁部７６３と集磁リング７１４の集磁部７６４とは径方向に対向する。

これらの第１１、第１２実施形態は、連結部７４２を除き、連結部７４１、７４３、７４４の長さが長くなる分、漏れ磁束が発生しやすくなる。しかしながら、連結部７４１〜７４４の第２方向の幅は、搭載部７５１の第２方向の幅より短いため、この漏れ磁束は、最小限に抑制される。

また、第１１、第１２実施形態は、第１〜第１０実施形態に比べ、集磁部の回転軸Ｏからの最大半径を小さくすることができる。特に第１１実施形態は、最大半径Ｄ１を最小とすることができる。一方、第１２実施形態では、最大半径Ｄ２は第１１実施形態の最大半径Ｄ１より大きくなるものの、両本体部７２１間の軸方向距離Ｈ２を第１１実施形態の軸方向距離Ｈ１よりも小さくすることができる。したがって、適用されるトルクセンサのスペースに応じて、より適当な実施形態を選択することが望ましい。

（その他の実施形態）
図１２に搭載部の形状の変形例を示す。これらの変形例の搭載部は、隅部が角丸めされた多角形状、又は曲線で囲まれた形状で形成される。具体的には、図１２（ａ）には隅部７６ｒが角丸めされた四角形状の搭載部７６５、図１２（ｂ）には隅部７６ｒが角丸めされた三角形状７６６、図１２（ｃ）には円形状の搭載部７６７がそれぞれ示される。
磁束は特にエッジ部で漏れやすく、エッジの無い曲線形状部では比較的漏れにくいという性質がある。そこで、上記変形例のような形状とすることで、漏れ磁束をさらに低減することができる。

上記実施形態では、多極磁石１４が入力軸１１に、一組の磁気ヨーク３１、３２が出力軸１２に固定されるが、逆に、多極磁石１４が出力軸１２に、一組の磁気ヨーク３１、３２が入力軸１１に固定されてもよい。また、多極磁石１４がトーションバー１３の一端側に、一組の磁気ヨーク３１、３２がトーションバー１３の他端側に固定されてもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。例えば、電動パワーステアリング装置に限らず、軸トルクを検出する様々な装置に適用することができる。

３ ・・・トルクセンサ、
１１ ・・・入力軸（第１の軸）、
１２ ・・・出力軸（第２の軸）、
１３ ・・・トーションバー、
１４ ・・・多極磁石、
３１、３２・・・一組の磁気ヨーク、
４１ ・・・磁気センサ、
４１ａ ・・・磁気検出部、
７０１〜７１４・・・集磁リング（集磁体）、
７２１、７２２・・・本体部、
７３１〜７３９・・・集磁部、
７４ ・・・連結部、
７５１〜７６７・・・搭載部、
Ｏ ・・・回転軸、
Ｖ ・・・仮想平面、
Ｗｃ ・・・連結部の第２方向の幅、
Ｗｅ ・・・搭載部の第２方向の幅。

Claims (5)

1. 第１の軸と第２の軸とを同軸上に連結し、第１の軸と第２の軸との間に加わるトルクを捩じれ変位に変換するトーションバーと、
   前記第１の軸または前記トーションバーの一端側に固定される多極磁石と、
   前記多極磁石の径外側で前記第２の軸または前記トーションバーの他端側に固定され、かつ軸方向にギャップを介して対向し、前記多極磁石が発生する磁界内に磁気回路を形成する一組の磁気ヨークと、
   本体部、及び、当該本体部の径外方向に突出して形成される集磁部から構成され、前記一組の磁気ヨークから前記集磁部に磁束を集める一組の集磁体と、
   前記集磁部に搭載され、前記集磁部間の磁界の強さを検出する磁気検出部を有する磁気センサと、
   を備え、
   前記集磁部は、前記磁気センサが搭載される搭載部、及び、前記本体部から第１方向に延設され前記本体部と前記搭載部とを連結する連結部を有し、
   前記トーションバーの軸と直交する仮想平面上で前記第１方向と直交する方向を第２方向とすると、前記連結部の前記第２方向の幅は、前記搭載部の前記第２方向の幅より短いことを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記一組の集磁体は、相対する前記搭載部が互いに近接するように、前記連結部が折り曲げられることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 前記磁気センサを複数備え、複数の前記磁気センサの前記磁気検出部が前記搭載部上で前記第２方向に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のトルクセンサ。
4. 前記搭載部は、隅部が角丸めされた多角形状、又は曲線で囲まれた形状で形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のトルクセンサ。
5. 前記第１方向は前記本体部の法線方向に相当し、前記第２方向は前記本体部の接線方向に相当することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のトルクセンサ。

Images