JP6217608B2 - 磁気検出装置、および、これを用いたトルクセンサ - Google Patents

Description

本発明は、磁気検出装置、および、これを用いたトルクセンサに関する。

従来、トーションバーの捩れ変位に伴って変化する磁束密度を検出することによりトルクを検出する非接触式のトルクセンサが知られている。例えば、特許文献１では、磁気検出器を回路基板に支持するためのサポート部材を備える。

特開２０１４−１４９１８号公報

磁気検出器を基板に対して表面実装せず、基板表面に対して垂直等に設ける場合、磁気検出器が傾くことにより、検出誤差を生じる虞がある。また、特許文献１のように、磁気検出器を基板に支持するための部材を別途設けると、部品点数が増大する。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出精度を向上可能な磁気検出装置、および、これを用いたトルクセンサを提供することにある。

本発明の磁気検出装置は、第１集磁部材と、第２集磁部材と、基板と、磁気センサと、集磁部保持部材と、基板保持部材と、を備える。
第１集磁部材は、第１集磁部を有する。第２集磁部材は、第１集磁部と所定の間隔で対向する第２集磁部を有する。
基板には、外縁に開口する切欠部が形成される。
磁気センサは、磁気検出素子、封止部、および、端子部を有する。磁気検出素子は、第１集磁部と第２集磁部とで形成される磁界を検出する。封止部は、磁気検出素子を封止する。端子部は、封止部から突出して形成され、基板と接続される。磁気センサは、封止部の少なくとも一部が切欠部と重複する箇所に表面実装される。
集磁部保持部材は、第１集磁部材、および、第２集磁部材を保持する。基板保持部材は、基板を保持する。

第１集磁部は、磁気センサの基板と反対側の面である素子表面と対向する箇所に配置される。
第２集磁部は、磁気センサの基板側の面である素子裏面と対向する箇所であって、少なくとも一部が切欠部に配置される。
集磁部保持部材には、基板保持部材を収容する収容部が形成される。

本発明では、磁気センサを基板に表面実装することにより、磁気センサを保持する部材を別途に設けることなく、第１集磁部と第２集磁部との間に配置することができるので、部品点数を低減することができる。また、磁気センサを基板に表面実装せずに設ける場合と比較し、素子面積の大型化が可能であるので、磁気センサに磁気検出素子以外の演算回路等の回路を一体に設けることができる。
また本発明では、基板に切欠部を設け、第２集磁部が切欠部に配置される。これにより、切欠部を設けない場合と比較し、第１集磁部と第２集磁部との間の距離である磁気回路ギャップを小さくすることができるので、漏れ磁束を低減可能であり、検出精度が向上する。

また、トルクセンサは、磁気検出装置と、トーションバーと、多極磁石と、磁気ヨークとを備える。
トーションバーは、第１の軸と第２の軸とが同軸となるように連結し、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に固定される。
磁気ヨークは、第２の軸またはトーションバーの他端に固定され、多極磁石が発生する磁界内に磁気回路を形成する。
第１集磁部材および第２集磁部材は、磁気ヨークからの磁束を第１集磁部および第２集磁部に集める。
これにより、磁気検出装置は、第１の軸と第２の軸との間に加わるトルクを適切に検出することができる。

本発明の第１実施形態のトルクセンサが適用されるステアリングシステム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分解斜視図である。 本発明の第１実施形態による多極磁石、磁気ヨーク、および、磁気検出装置の位置関係を説明する分解斜視図である。 本発明の第１実施形態による磁気検出装置を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態による磁気検出装置を示す側面図である。 図５のＶＩ方向矢視図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 本発明の第１実施形態による集磁ユニットの断面図である。 本発明の第１実施形態による集磁ユニットとセンサユニットとの組み付けを説明する斜視図である。 本発明の第１実施形態による集磁リングと基板との組み付けを説明する斜視図である。 本発明の第１実施形態による集磁リング、集磁リング保持部材、および、基板を説明する模式的な側面図である。 本発明の第１実施形態による集磁部と基板との位置関係を説明する平面図である。 本発明の第１実施形態によるセンサユニットを示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態による基板および磁気センサを示す側面図である。 図１４のＸＶ方向矢視図である。 図１４のＸＶＩ方向矢視図である。 図１４のＸＶＩＩ方向矢視図である。 本発明の第１実施形態による基板を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態による基板を示す平面図である。 本発明の第１実施形態による磁気センサの構成を説明するブロック図である。 本発明の第２実施形態による基板を示す平面図である。 本発明の第３実施形態による基板を示す平面図である。 本発明の第４実施形態による基板を示す平面図である。 本発明の第５実施形態による集磁リング、集磁リング保持部材、および、基板を説明する模式的な側面図である。 本発明の第６実施形態による集磁リング、集磁リング保持部材、および、基板を説明する模式的な側面図である。 本発明の第７実施形態による集磁リング、集磁リング保持部材、および、基板を説明する模式的な側面図である。 本発明の第８実施形態による集磁リング、および、基板を説明する模式的な側面図である。 本発明の参考例による基板および磁気センサを示す側面図である。

以下、本発明による磁気検出装置、および、これを用いたトルクセンサを図面に基づいて説明する。なお、以下、複数の実施形態において、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）
本発明の第１実施形態を図１〜図２０に示す。なお、各図はいずれも模式的な図である。後述の実施形態に係る図面についても同様である。図１に示すように、トルクセンサ１０は、例えば車両のステアリング操作を補助するための電動パワーステアリング装置８０に適用される。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置８０を備えたステアリングシステム９０の全体構成を示す。ハンドル９１は、ステアリングシャフト９２と接続される。
ステアリングシャフト９２は、第１の軸としての入力軸１１および第２の軸としての出力軸１２を有する。入力軸１１は、ハンドル９１と接続される。入力軸１１と出力軸１２との間には、ステアリングシャフト９２に加わるトルクを検出するトルクセンサ１０が設けられる。出力軸１２の入力軸１１と反対側の先端には、ピニオンギア９６が設けられる。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が連結される。
これにより、運転者がハンドル９１を回転させると、ハンドル９１に接続されたステアリングシャフト９２が回転する。ステアリングシャフト９２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、ラック軸９７の変位量に応じた角度に一対の車輪９８が操舵される。

電動パワーステアリング装置８０は、運転者によるハンドル９１の操舵を補助する補助トルクを出力するモータ８１、減速ギア８２、および、制御装置（以下、「ＥＣＵ」という。）８５等を備える。図１では、モータ８１とＥＣＵ８５とが別体となっているが、一体としてもよい。
減速ギア８２は、モータ８１の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝達する。すなわち本実施形態の電動パワーステアリング装置８０は、所謂「コラムアシストタイプ」であるが、モータ８１の回転をラック軸９７に伝える所謂「ラックアシストタイプ」としてもよい。
ＥＣＵ８５は、トルクセンサ１０から出力される操舵トルクを取得し、検出された操舵トルクに応じ、モータ８１の駆動を制御する。

図２に示すように、トルクセンサ１０は、入力軸１１、出力軸１２、トーションバー１３、多極磁石１５、磁気ヨーク１６、および、磁気検出装置１等を備える。図２においては、後述するヨーク保持部材１９、集磁リング保持部材２５、および、基板保持部材３１等を省略した。
トーションバー１３は、一端側が入力軸１１に、他端側が出力軸１２に、それぞれ固定ピン１４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９２に加わるトルクを捩れ変位に変換する。
多極磁石１５は、円筒状に形成され、入力軸１１に固定される。多極磁石１５は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁される。本実施形態では、Ｎ極およびＳ極の数は１２対、計２４極である。

図２および図３に示すように、磁気ヨーク１６は、樹脂等の非磁性材により形成されるヨーク保持部材１９に保持され、多極磁石１５が発生する磁界内に磁気回路を形成する。本実施形態では、磁気ヨーク１６は、ヨーク保持部材１９にインサート成形される。
磁気ヨーク１６は、入力軸１１側に設けられる第１ヨーク１７および出力軸１２側に設けられる第２ヨーク１８を有する。第１ヨーク１７および第２ヨーク１８は、ともに軟磁性体により環状に形成され、多極磁石１５の径方向外側にて、出力軸１２に固定される。
第１ヨーク１７は、リング部１７１および爪１７５を有する。爪１７５は、リング部１７１の内縁に沿って全周に等間隔で設けられる。第２ヨーク１８は、リング部１８１および爪１８５を有する。爪１８５は、リング部１８１の内縁に沿って全周に等間隔で設けられる。

爪１７５、１８５は、多極磁石１５の極対数と同数（本実施形態では１２）であり、爪１７５と爪１８５とは、周方向にずれて交互に配置され、第１ヨーク１７と第２ヨーク１８とがエアギャップを介して対向している。
トーションバー１３に捩れ変位が生じていない場合、すなわちステアリングシャフト９２に操舵トルクが加わっていないとき、爪１７５、１８５の中心と、多極磁石１５のＮ極とＳ極との境界とが一致するように配置される。

図４〜図１３に示すように、磁気検出装置１は、集磁ユニット２０、および、センサユニット３０を備える。
集磁ユニット２０は、第１集磁部材としての第１集磁リング２１、第２集磁部材としての第２集磁リング２２、および、集磁部保持部材としての集磁リング保持部材２５を有する。
図２および図３に示すように、集磁リング２１、２２は、磁気ヨーク１６の径方向外側に配置され、磁気ヨーク１６からの磁束を集める。第１集磁リング２１は入力軸１１側に設けられ、第２集磁リング２２は出力軸１２側に設けられる。第１集磁リング２１および第２集磁リング２２は、インサート成形等により、集磁リング保持部材２５に保持される。

図１０等に示すように、第１集磁リング２１は、軟磁性体で形成され、略環状に形成されるリング部２１１、および、リング部２１１から径方向外側に突出した２つの集磁部２１５から構成される。第２集磁リング２２は、第１集磁リング２１と同様、軟磁性体で形成され、略環状に形成されるリング部２２１、および、リング部２２１から径方向外側に突出した２つの集磁部２２５から構成される。本実施形態では、第１集磁リング２１と第２集磁リング２２とは、略同様の形状であり、集磁部２１５が「第１集磁部」に対応し、集磁部２２５が「第２集磁部」に対応する。
第１集磁リング２１の集磁部２１５と、第２集磁リング２２の集磁部２２５とは、対向する面が略平行となるように設けられる。集磁部２１５、２２５の間には、後述する磁気センサ４５が配置される。

図４〜図９に示すように、集磁リング保持部材２５は、樹脂等の非磁性材により形成され、リング保持部２５１、収容部としてのセンサユニット収容部２５５、および、取付部２５８から構成される。
リング保持部２５１は、略環状に形成される。リング保持部２５１の径方向内側には、集磁リング２１、２２の集磁部２１５、２２５の間隔が所定の間隔となるように、リング部２１１、２２１が離間して埋設される。このとき、少なくとも集磁部２１５、２２５の互いに対向する面は、集磁リング保持部材２５から露出する。図８に示すように、第１集磁リング２１の集磁部２１５は、集磁部２２５と反対側がリング保持部２５１に埋設され、第２集磁リング２２の集磁部２２５は、集磁部２１５から所定距離だけ離間するようにリング保持部２５１の内部にて突出して配置される。リング保持部２５１の径方向外側には、外部からの磁気を遮蔽するための磁気遮蔽部材２６が設けられる。

センサユニット収容部２５５には、センサユニット３０が収容される。図７〜図９に示すように、センサユニット収容部２５５には、リング保持部２５１と反対側に開口２５６が形成される。図９に示すように、開口２５６は、集磁リング２１、２２の径方向外側に向くように形成される。

図８に示すように、センサユニット収容部２５５の内壁には、センサユニット３０の挿入方向に沿って形成されるリブ２５７が設けられる。
図４、図５および図６に示すように、センサユニット収容部２５５の外周には、外部からの磁気を遮蔽するための磁気遮蔽部材２７が設けられる。
なお、図８は、図７の集磁ユニット２０を示す図である。

取付部２５８は、リング保持部２５１とセンサユニット収容部２５５との間に設けられる。取付部２５８は、集磁リング２１、２２のリング部２１１、２２１の接線方向に延びて形成される。取付部２５８には、孔部２５９が形成される。孔部２５９には図示しないねじ等が挿入され、このねじ等により、磁気検出装置１がハウジング等の他の部材に固定される。

図９、図１２および図１３に示すように、センサユニット３０は、基板保持部材３１、蓋部材３２、配線部材３５、基板４０、および、磁気センサ４５等を有し、矢印Ｙ１で示すように、開口２５６側からセンサユニット収容部２５５に挿入、固定される。換言すると、図１０および図１１に示すように、磁気センサ４５は、集磁リング２１、２２の径方向外側から、集磁部２１５、２２５の間に挿入される。なお、図１１においては、集磁リング保持部材２５を模式的に記載している。

基板保持部材３１は、樹脂等の非磁性材により形成される。基板保持部材３１の基板４０が固定される側の面である基板固定面３１１には、柱状部３１２が形成される。また、基板保持部材３１の側面３１５には、位置決め溝３１６が形成される。位置決め溝３１６には、センサユニット収容部２５５のリブ２５７が挿入される。これにより、センサユニット収容部２５５に対して、センサユニット３０が位置決めされる。
図７に示すように、基板保持部材３１には、配線部材３５を開口２５６と反対側へ誘導する配線誘導部３１８が形成される。

図１２および図１３に示すように、蓋部材３２は、樹脂等の非磁性材により、センサユニット収容部２５５の開口を覆うように形成される。蓋部材３２は、嵌合等により、基板保持部材３１と固定される。蓋部材３２には、配線取出部３２１、および、配線誘導部３２８が形成される。

図７および図１３等に示すように、配線部材３５は、基板接続部３５１、緩衝部３５２、および、集合部３５５から構成される。基板接続部３５１は、基板４０の配線挿通孔４２（図１５等参照）に挿入される。
緩衝部３５２は、配線誘導部３１８に引っ掛けられ、センサユニット収容部２５５の開口２５６と反対側に導かれる。また、緩衝部３５２は、配線誘導部３２８に引っ掛けられ、開口２５６側に取り出される。基板接続部３５１よりも奥側に配線誘導部３２８を設け、センサユニット３０を挿抜する際の引っ張り荷重を配線誘導部３２８にて受けることにより、基板接続部３５１と基板４０との接続箇所に引っ張り荷重が作用することによる配線部材３５と基板４０との電気的接続の破損を抑制することができる。
複数の配線部材３５は、集合部３５５にて集合して配線取出部３２１から取り出される。配線部材３５の基板接続部３５１と反対側の端部は、ＥＣＵ８５と接続される。

図９〜図１９に示すように、基板４０は、略矩形の平板状に形成され、外縁に開口する切欠部４１が形成される。本実施形態では、切欠部４１は、集磁ユニット２０に挿入するときに先端側となる一端４０１に開口する。切欠部４１は、磁気センサ４５の個数に応じて形成される。本実施形態では、切欠部４１は、略矩形状に、２つ形成される。

また、基板４０には、配線挿通孔４２、および、固定孔４３が形成される。配線挿通孔４２には、配線部材３５の基板接続部３５１が挿入され、はんだ等により電気的に接続される。固定孔４３には、基板保持部材３１の柱状部３１２が挿入され、熱かしめ等により固定される。これにより、基板４０は、基板保持部材３１に固定される。
基板４０には、チップコンデンサ４４、および、磁気センサ４５が表面実装される。チップコンデンサ４４は、ノイズ除去等に用いられる。

磁気センサ４５は、後述する回路部５０を封止する封止部４６、および、端子部４７を有し、基板４０の切欠部４１が形成される箇所に表面実装される。詳細には、磁気センサ４５は、封止部４６の少なくとも一部が、切欠部４１と重複するように基板４０に実装される。磁気センサ４５は基板４０に表面実装されるので、磁気センサ４５を保持するための部材を設けることなく、集磁部２１５、２２５の間の所望の箇所に配置することができる。また、磁気センサ４５を表面実装することにより、磁気センサ４５のチップ面積の大型化が可能であるので、後述する磁気検出素子５１１、５２１以外の回路部品を一体に設けることができる。

封止部４６は、平面視略矩形に形成される。図１７に示すように、封止部４６の幅（図１７の紙面左右方向の長さ）は、切欠部４１の幅よりも大きく形成される。すなわち、封止部４６の端子部４７側の端部４６５は、切欠部４１の端部よりも、長さＬの分、切欠部４１の外側に形成される。
端子部４７は、封止部４６の長辺側から突出して形成され、はんだ等により基板４０と電気的に接続される。本実施形態では、封止部４６の幅が切欠部４１の幅より大きく形成されるので、端子部４７と基板４０との接続に用いるはんだのスペースが確保され、接続の信頼性を向上することができる。
図１７は、図１４のＸＶＩＩ方向矢視図であって、時計方向に９０°回転されている。また、図１７において、１つの磁気センサ４５に係る箇所を記載し、他の部分の記載を省略した。

図１２、図１４〜図１６に示すように、磁気センサ４５の基板４０と反対側の面である素子表面４５１と対向する箇所には、第１集磁リング２１の集磁部２１５が配置される。素子表面４５１と集磁部２１５との間には、接触しない程度の隙間Ｇ１が形成される（図１４参照）。
また、切欠部４１には、第２集磁リング２２の集磁部２２５が挿入される。磁気センサ４５の基板４０側の面である素子裏面４５２と集磁部２２５との間には、接触しない程度の隙間Ｇ２が形成される（図１４参照）。なお、隙間Ｇ１、Ｇ２は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。

図２８に示す参考例では、基板４９には切欠部４１が形成されていないので、基板４９と集磁部２２５との間には、接触しない程度の隙間Ｇ３を設ける必要がある。ここで、磁気センサ４５の厚みをＤ１、基板の厚みをＤ２とすると、集磁部２１５、２２５間の距離である磁気回路ギャップＧは、Ｄ１＋Ｄ２＋Ｇ１＋Ｇ３となり、磁気センサを表面実装しない場合と比較し、基板４９の厚みＤ２の分、大きくなり、漏れ磁束が増加する。

そこで本実施形態では、基板４０に切欠部４１を設け、切欠部４１に集磁部２２５を挿入しているので、磁気回路ギャップＧは、Ｄ１＋Ｇ１＋Ｇ２となる。すなわち、切欠部４１に集磁部２２５を配置することにより、図２８に示す参考例と比較して基板の厚みＤ２の分、磁気回路ギャップＧを小さくできるので、磁気センサを表面実装しない場合と同程度の磁気回路を形成できる。

図２０に示すように、磁気センサ４５は、回路部５０を有する。
回路部５０は、第１回路５１０、第２回路５２０、および、チェック回路５３０を有する。
第１回路５１０は、磁気検出素子（図中「Ｈａｌｌ」と記す。）５１１、Ａ／Ｄ変換部５１２、演算部（図中「ＤＳＰ」と記す。）５１３、Ｄ／Ａ変換部５１４、３つの記憶部（図中「ＥＥＰＲＯＭ１〜３」と記す。）５１５、５１６、５１７を有する。
第２回路５２０は、磁気検出素子５２１、Ａ／Ｄ変換部５２２、演算部５２３、Ｄ／Ａ変換部５２４、３つの記憶部５２５、５２６、５２７を有する。
本実施形態では、第１回路５１０を出力用、第２回路５２０を比較用とする。第１回路５１０と第２回路５２０とは、下１桁の数字が同じである場合、実質的に同様の構成であるので、第１回路５１０を中心に説明し、第２回路５２０に係る説明は適宜省略する。

磁気検出素子５１１は、ホール素子であって、集磁部２１５、２２５間の磁束を検出する。図１２、図１５および図１６に示すように、磁気検出素子５１１、５２１は、素子表面４５１側から見たとき、集磁部２１５、２２５が配置される領域内に配置される。これにより、集磁部２１５、２２５間の磁束を適切に検出することができる。

ここで、磁気検出素子５１１による操舵トルクの検出について説明する。
本実施形態では、集磁部２１５、２２５の間に磁気検出素子５１１、５２１が配置される。入力軸１１と出力軸１２との間に操舵トルクが印加されていないとき、第１ヨーク１７の爪１７５および第２ヨーク１８の爪１８５の中心が、多極磁石１５のＮ極とＳ極との境界に一致するように配置される。このとき、爪１７５、１８５には、多極磁石１５のＮ極およびＳ極から同数の磁力線が出入りするため、第１ヨーク１７と第２ヨーク１８との内部で、それぞれ磁力線が閉ループを形成する。そのため、ヨーク１７、１８間のギャップに磁束が漏れることがなく、磁気検出素子５１１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に捩れ変位が生じると、入力軸１１に固定された多極磁石１５と、出力軸１２に固定されたヨーク１７、１８との相対位置が周方向にずれる。その結果、磁気検出素子５１１を通過する磁束密度は、トーションバー１３の捩れ変位量に略比例し、かつ、トーションバー１３の捩れ方向に応じて極性が反転する。磁気検出素子５１１は、磁気センサ４５の厚み方向（例えば図１４の紙面左右方向）、すなわち集磁部２１５、２２５の面と直交する方向に通る磁界の強さを検出する。磁気検出素子５１１は、検出した磁界の強さを電圧信号としてＡ／Ｄ変換部５１２へ出力する。

Ａ／Ｄ変換部５１２は、磁気検出素子５１１から入力された電圧信号をＡ／Ｄ変換し、演算部５１３へ出力する。
演算部５１３は、例えばデジタルシグナルプロセッサ等のコンピュータにより構成され、記憶部５１５、５１６、５１７に記憶された情報、および、Ａ／Ｄ変換部５１２から入力された信号を用い、入力軸１１および出力軸１２に生じるトルクを演算する。
Ｄ／Ａ変換部５１４は、演算部５１３の演算結果をＤ／Ａ変換し、チェック回路５３０へ出力する。

記憶部５１５、５１６、５１７は、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリにより構成される。記憶部５１５、５１６、５１７には、磁気検出素子５１１の温度補正のためのパラメータ等が記憶されている。記憶部５１５、５１６、５１７には、正常であれば同一のデータが記憶されている。

本実施形態では、１つの磁気検出素子５１１に対して記憶部５１５〜５１７が３つ設けられており、記憶部についても冗長構成となっている。具体的には、演算部５１３において、記憶部５１５〜５１７から読み出したデータを比較し、多数決により用いるパラメータを決めることで、記憶部５１５〜５１７内のパラメータの冗長性を確保している。記憶部５１５から読み出されたパラメータをＰ１、記憶部５１６から読み出されたパラメータをＰ２、記憶部５１７から読み出されたパラメータをＰ３とすると、例えば、Ｐ１≠Ｐ２＝Ｐ３であれば、演算部５１３では、Ｐ１を異常判定し、Ｐ２、Ｐ３を用いて演算を行う。

チェック回路５３０は、判定部５３１、および、出力部５３２を有する。
判定部５３１では、第１回路５１０から出力された演算結果である第１演算結果Ｅ１、および、第２回路５２０から出力された演算結果である第２演算結果Ｅ２について、異常判定を行う。

出力部５３２は、判定部５３１の判定結果に応じた出力信号をＥＣＵ８５へ出力する。第１演算結果Ｅ１が正常である場合、出力部５３２は、第１演算結果Ｅ１を出力する。第１演算結果Ｅ１または第２演算結果Ｅ２の一方が正常であり、他方が異常であると判定された場合、出力部５３２は、正常である第１演算結果Ｅ１または第２演算結果Ｅ２の一方に応じた信号を出力部５３２へ出力する。
また、第１演算結果Ｅ１および第２演算結果Ｅ２が共に異常であると判定された場合、出力部５３２は、磁気センサ４５から通常出力されない電圧信号を出力信号としてＥＣＵ８５へ出力する。これにより、磁気センサ４５内にて自身の異常を判定するとともに、磁気センサ４５に異常が生じていることをＥＣＵ８５へ通知することができる。

以上詳述したように、本発明の第１実施形態による磁気検出装置１は、第１集磁リング２１と、第２集磁リング２２と、基板４０と、磁気センサ４５と、を備える。
第１集磁リング２１は、集磁部２１５を有する。
第２集磁リング２２は、集磁部２１５と所定の間隔で対向する集磁部２２５を有する。
基板４０は、外縁４０１に開口する切欠部４１が形成される。

磁気センサ４５は、磁気検出素子５１１、５２１、封止部４６、および、端子部４７を有する。磁気検出素子５１１、４２１は、集磁部２１５、２２５とで形成される磁界を検出する。封止部４６は、磁気検出素子５１１、５２１を封止する。端子部４７は、封止部４６から突出して形成され、基板４０と接続される。磁気センサ４５は、封止部４６の少なくとも一部が切欠部４１と重複する箇所に表面実装される。
集磁部２１５は、磁気センサ４５の基板４０と反対側の面である素子表面４５１と対向する箇所に配置される。集磁部２２５は、磁気センサ４５の基板４０側の面である素子裏面４５２と対向する箇所であって、少なくとも一部が切欠部４１に配置される。

本実施形態では、磁気センサ４５を基板４０に表面実装することにより、磁気センサ４５を保持する部材を別途に設けることなく、集磁部２１５、２２５間に配置することができるので、部品点数を低減することができる。また、磁気センサ４５を基板４０に表面実装せずに設ける場合と比較し、素子面積の大型化が可能であるので、磁気センサ４５に磁気検出素子５１１、５２１以外の演算回路等の回路を一体に設けることができる。
また、本実施形態では、基板４０に切欠部４１を設け、集磁部２２５が切欠部４１に配置される。これにより、切欠部４１を設けない場合と比較し、集磁部２１５、２２５間の距離である磁気回路ギャップＧを小さくすることができるので、漏れ磁束を低減可能であり、検出精度が向上する。

磁気検出素子５１１、５２１は、素子表面４５１側または素子裏面４５２側から見たとき、集磁部２１５、２２５と重複する領域に設けられる。これにより、集磁部２１５、２２５の磁界の強さを適切に検出することができる。
なお、換言すると、磁気センサ４５の磁気検出素子５１１、５２１が設けられる以外の領域は、集磁部２１５、２２５と重複する領域に設ける必要はない。

端子部４７が突出して形成される側の封止部４６の端部４６５は、切欠部４１の外側に配置される。
これにより、例えば端子部４７と基板４０とをはんだ等の接続部材により接続する場合、接続部材のスペースを確保することができるので、基板４０と磁気センサ４５との接続不良を低減することができる。

磁気検出装置１は、第１集磁リング２１および第２集磁リング２２を保持する集磁リング保持部材２５をさらに備える。本実施形態では、集磁リング保持部材２５は、第１集磁リング２１および第２集磁リング２２を一体に保持する。これにより、第１集磁リング２１を保持する部材と、第２集磁リング２２を保持する部材とを別体とする場合と比較し、部品点数を低減することができる。

磁気検出装置１は、基板４０を保持する基板保持部材３１をさらに備える。
集磁リング保持部材２５には、基板保持部材３１を収容するセンサユニット収容部２５５が形成される。また、センサユニット収容部２５５は、第１集磁リング２１および第２集磁リング２２の外側（本実施形態では径方向外側）に設けられ、第１集磁リング２１および第２集磁リング２２と反対側に開口２５６が形成される。
基板保持部材３１は、開口２５６からセンサユニット収容部２５５に挿入される。
これにより、基板４０が固定された基板保持部材３１を集磁リング保持部材２５に適切に組み付けることができる。

磁気検出装置１は、配線部材３５をさらに備える。配線部材３５は、基板４０と接続される基板接続部３５１を有し、基板４０と他の装置（本実施形態ではＥＣＵ８５）とを接続する。
配線部材３５は、基板接続部３５１よりも開口２５６と反対側に形成される配線誘導部３２８に引っ掛けられ、基板接続部３５１と反対側の端部が開口２５６から取り出される。
配線部材３５を配線誘導部３２８に引っ掛けることにより、配線誘導部３２８が基板保持部材３１を収容部に挿抜する際の引っ張り荷重を受ける。これにより、配線部材３５と基板４０との接続箇所にかかる引っ張り荷重を低減することができるので、配線部材３５と基板４０との接続箇所の破損を防止することができる。

基板保持部材３１のセンサユニット収容部２５５と対向する面である側面３１５には、位置決め溝３１６が形成される。また、センサユニット収容部２５５の基板保持部材３１と対向する面には、位置決め溝３１６に挿入されるリブ２５７が形成される。
これにより、センサユニット収容部２５５と基板保持部材３１とを適切に位置決めすることができる。

磁気センサ４５は、複数（本実施形態では２つ）の磁気検出素子５１１、５２１、演算部５１３、５２３、および、判定部５３１を有する。
演算部５１３、５２３は、磁気検出素子５１１、５２１ごとに設けられる。
判定部５３１は、演算部５１３、５２３の演算結果に基づいて異常判定を行う。

本実施形態では、磁気センサ４５が、演算部５１３、５２３および判定部５３１を有しているので、磁気センサ４５自身で異常判定を行うことができる。また、磁気センサ４５が、複数の磁気検出素子５１１、５２１および、これに対応して設けられる演算部５１３、５２３を有する冗長構成となっているので、演算回路の一部に異常が生じたとしても、正常である系統の検出値を用いた制御（本実施形態では、検出された操舵トルクに基づく電動パワーステアリング装置８０の制御）を継続することができる。

また、磁気センサ４５には、対応する演算部５１３、５２３での演算に用いられるパラメータが記憶される３以上の記憶部５１５〜５１７、５２５〜５２７が、演算部５１３、５２３ごとに設けられる。
本実施形態では、記憶部５１５〜５１７、５２５〜５２７も冗長構成となっている。すなわち、１つの演算部５１３、５２３に対して３つ以上の記憶部５１５〜５１７、５２５〜５２７を設けることで、多数決により、パラメータの冗長性を確保している。

トルクセンサ１０は、磁気検出装置１と、トーションバー１３と、多極磁石１５と、磁気ヨーク１６と、を備える。
トーションバー１３は、入力軸１１と出力軸１２とが同軸となるように連結し、入力軸１１と出力軸１２との間に加わるトルクを捩れ変位に変換する。多極磁石１５は、入力軸１１またはトーションバー１３の一端に固定される。磁気ヨーク１６は、出力軸１２またはトーションバー１３の他端に固定され、多極磁石１５が発生する磁界内に磁気回路を形成する。

第１集磁リング２１および第２集磁リング２２は、磁気ヨーク１６からの磁束を集磁部２１５、２２５に集める。
これにより、磁気検出装置１は、入力軸１１と出力軸１２との間に加わるトルクを適切に検出することができる。

（第２、第３、第４実施形態）
本発明の第２実施形態〜第４実施形態は、基板の切欠部の形状が異なっている以外は上記実施形態と同様である。
図２１に示す第２実施形態では、基板６０の切欠部６１は、円弧状に形成される。図２１の例に限らず、切欠部を例えば半円形としてもよい。
図２２に示す第３実施形態では、基板６２の切欠部６３は、三角形状に形成される。三角形に限らず、切欠部を多角形状としてもよい。
図２３に示す第４実施形態では、基板６４の切欠部６５は、略長円形状に形成される。

切欠部について補足しておくと、切欠部は、集磁部２１５、２２５の少なくとも一部を収容可能な形状であれば、どのようであってもよく、１つの基板に形成される複数の切欠部の形状が異なっていてもよい。また、切欠部の数は、磁気センサ４５の数に応じて形成され、２つに限らず、１つでもよいし、３つ以上であってもよい。また、切欠部の位置は、第１実施形態〜第４実施形態に例示したように、一辺側に集中していてもよいし、多辺に分散していてもよい。なお、切欠部が複数の辺に分散して形成される場合、後述の第５実施形態等のように、磁気センサ４５の両側から集磁リング２１、２２を挟み込んで組み付ける。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図２４に示す。図２４は、第１実施形態の図１１と対応する図である。後述の図２５〜図２７についても同様である。
図２４に示すように、本実施形態の集磁リング保持部材１２５は、樹脂等の非磁性材により形成され、第１保持部材１２６と第２保持部材１２７とに分割されている。第１保持部材１２６には、第１集磁リング２１が埋設され、第２保持部材１２７には、第２集磁リング２２が埋設される。

図２４中に矢印Ｙ２で示すように、本実施形態では、第１保持部材１２６を磁気センサ４５の素子表面４５１側から、第２保持部材１２７を磁気センサ４５の素子裏面４５２側から挟み込むようにして組み付ける。このとき、上記実施形態と同様、第２集磁リング２２の集磁部２２５が基板４０の切欠部４１に配置されるようにする。

本実施形態では、集磁リング保持部材１２５は、第１集磁リング２１を保持する第１保持部材１２６と、第２集磁リング２２を保持する第２保持部材１２７とに分割されている。
これにより、磁気センサ４５を素子表面４５１側および素子裏面４５２側から挟んで組み付ける形態とすることができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、第１実施形態と同様の基板４０を例として説明したが、第２実施形態〜第４実施形態のものを用いてもよい。後述の第６実施形態〜第８実施形態についても同様である。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図２５に示す。
図２５に示すように、本実施形態は、第１集磁部材としての第１集磁リング６１０、および、第２集磁部材としての第２集磁リング６２０の形状が上記実施形態と異なる。集磁リング６１０、６２０の機能等は、上記実施形態と同様である。後述の集磁リング６５０についても同様である。

第１集磁リング６１０は、軟磁性体で形成され、略環状に形成されるリング部６１１、リング部６１１から径方向外側に突出する中間部６１２、および、中間部６１２のリング部６１１と反対側から第２集磁リング６２０側に折り曲げて形成される集磁部６１５から構成される。本実施形態では、上記実施形態と同様、中間部６１２および集磁部６１５は、２つ形成される。

第２集磁リング６２０は、軟磁性体で形成され、略環状に形成されるリング部６２１、リング部６２１から径方向外側に突出する中間部６２２、および、中間部６２２のリング部６２１と反対側から第１集磁リング６１０側に折り曲げて形成される集磁部６２５から構成される。本実施形態では、上記実施形態と同様、中間部６２２および集磁部６２５は、２つ形成される。

第１集磁リング６１０の集磁部６１５と、第２集磁リング６２０の集磁部６２５とは、対向する面が略平行となるように設けられ、集磁部６１５、６２５の間には、磁気センサ４５が配置される。本実施形態では、集磁部６１５が「第１集磁部」に対応し、集磁部６２５が「第２集磁部」に対応する。

第１集磁リング６１０の中間部６１２の長さと、第２集磁リング６２０の中間部６２２の長さとは、異なっている。本実施形態では、第１集磁リング６１０の中間部６１２の方が、第２集磁リング６２０の中間部６２２より長いが、中間部６１２よりも中間部６２２が長くなるように形成してもよい。

集磁リング６１０、６２０は、集磁リング保持部材６３０に一体に保持される。集磁リング保持部材６３０には、基板６０が挿入される挿入部６３１が形成される。挿入部６３１は、集磁部６１５、６２５の間であって、第２集磁リング６２０側に開口するように形成される。
矢印Ｙ３で示すように、基板４０は第２集磁リング６２０側から挿入され、磁気センサ４５が集磁部６１５、６２５の間に配置される。このとき、上記実施形態と同様、第２集磁リング６２０の集磁部６２５は、基板４０の切欠部４１に配置されるようにする。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態は、第６実施形態の変形例である。
図２６に示すように、本実施形態では、集磁リング保持部材６４０は、第５実施形態のように、第１保持部材６４１と第２保持部材６４２とに分割されている。第１保持部材６４１には、第１集磁リング６１０が埋設され、第２保持部材６４２には、第２集磁リング６２０が埋設される。

本実施形態では、矢印Ｙ４で示すように、集磁部６１５を磁気センサ４５の素子表面４５１側から、集磁部６２５を磁気センサ４５の素子裏面４５２側から挟み込むようにして組み付ける。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。

（第８実施形態）
本発明の第８実施形態を図２７に示す。
図２７に示すように、本実施形態の第１集磁部材としての第１集磁リング６５０は、２つに分割されており、本体部６５１と、分割部６５５と、を有する。本体部６５１は、略環状に形成されるリング部６５２、および、リング部６５２の径方向外側に突出して形成される突出部６５３から構成される。本実施形態では、突出部６５３は、２つ設けられる。

分割部６５５は、連結部６５６、および、第１集磁部としての集磁部６５７から構成され、全体として略Ｌ字状に形成される。分割部６５５は、突出部６５３のそれぞれに対応して設けられる。すなわち、本実施形態では、分割部６５５は、２つ設けられ、分割部保持部材６５９により保持される。
連結部６５６は、矢印Ｙ５で示す方向に組み付けられると、突出部６５３と当接するように形成される。

集磁部６５７は、連結部６５６が突出部６５３と当接する側と反対側から折り曲げて形成される。第１集磁リング６５０の集磁部６５７と、第２集磁リング６２０の集磁部６２５とは、組み付けられたとき、対向する面が略平行となるように設けられ、集磁部６５７、６２５の間には、接触しない程度に離間して、磁気センサ４５が配置される。

図２７では、集磁リング保持部材の記載を省略しているが、第１集磁リング６５０の本体部６５１と第２集磁リング６２０とを第１実施形態のように１つの保持部材にて保持してもよいし、第５実施形態のように別個の保持部材にて保持してもよい。
このように構成しても、上記実施形態と同様に効果を奏する。

（他の実施形態）
（ア）磁気センサ
上記実施形態では、２つの磁気センサが設けられる。他の実施形態では、磁気センサは１つでもよいし、３つ以上であってもよい。また、基板の切欠部、ならびに、第１集磁部および第２集磁部は、磁気センサの個数、および、配置箇所に応じて形成される。
また、上記実施形態では、１つの磁気センサは、２つの磁気検出素子を有する。他の実施形態では、１つの磁気センサに設けられる磁気検出素子は、１つでもよいし、３つ以上でもよい。また、演算部は、磁気検出素子ごとに設けられることが望ましいが、いくつであってもよい。

上記実施形態では、記憶部は、１つの演算部に対して３つ設けられる。他の実施形態では、１つの演算部に対して４つ以上設けてもよい。また、１つの演算部に対して１つまたは２つであってもよい。また、複数の演算部に対して、共通の記憶部を設けてもよい。
さらにまた、磁気センサは、磁気検出素子および出力部を有していればよく、演算部、記憶部、Ａ／Ｄ変換部、Ｄ／Ａ変換部、記憶部、および、判定部の少なくとも一部を省略してもよい。

（イ）基板保持部材、集磁部保持部材
第１実施形態では、センサユニット収容部の内壁にリブが形成され、基板保持部材の側壁に位置決め溝が形成される。他の実施形態では、センサユニット収容部側に位置決め溝を形成し、基板保持部材側にリブを形成してもよい。また、リブおよび位置決め溝は、センサユニットの挿抜方向に延びる形状に限らず、どのような形状としてもよい。

（ウ）トルクセンサ
上記実施形態のトルクセンサでは、第１の軸が入力軸であり、第２の軸が出力軸である。他の実施形態では、第１の軸を出力軸とし、第２の軸を入力軸としてもよい。すなわち、出力軸側に多極磁石を設け、入力軸側に磁気ヨークを設けてもよい。
上記実施形態では、磁気検出装置は、トルクセンサに適用される。他の実施形態では、磁気検出装置をトルクセンサ以外の装置に適用してもよい。また、上記実施形態では、トルクセンサは、電動パワーステアリング装置に適用され、操舵トルクを検出する。他の実施形態では、トルクセンサを電動パワーステアリング装置以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら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可能である。

１・・・磁気検出装置
１０・・・トルクセンサ
２１、６１０、６５０・・・第１集磁リング（第１集磁部材）
２１５、６１５、６５７・・・集磁部（第１集磁部）
２２、６２０・・・第２集磁リング（第２集磁部材）
２２５、６２５・・・集磁部（第２集磁部）
４０、６０、６２、６４・・・基板
４１、６１、６３、６５・・・切欠部
４５・・・磁気センサ

Claims (11)

1. 第１集磁部（２１５、６１５、６５７）を有する第１集磁部材（２１、６１０、６５０）と、
   前記第１集磁部と所定の間隔で対向する第２集磁部（２２５、６２５）を有する第２集磁部材（２２、６２０）と、
   外縁（４０１）に開口する切欠部（４１、６１、６３、６５）が形成される基板（４０、６０、６２、６４）と、
   前記第１集磁部と前記第２集磁部とで形成される磁界を検出する磁気検出素子（５１１、５２１）、前記磁気検出素子を封止する封止部（４６）、および、前記封止部から突出して形成され前記基板と接続される端子部（４７）を有し、前記封止部の少なくとも一部が前記切欠部と重複する箇所に表面実装される磁気センサ（４５）と、
   前記第１集磁部材、および、前記第２集磁部材を保持する集磁部保持部材（２５、１２５、６３０、６４０）と、
   前記基板を保持する基板保持部材（３１）と、
   を備え、
   前記第１集磁部は、前記磁気センサの前記基板と反対側の面である素子表面（４５１）と対向する箇所に配置され、
   前記第２集磁部は、前記磁気センサの前記基板側の面である素子裏面（４５２）と対向する箇所であって、少なくとも一部が前記切欠部に配置され、
   前記集磁部保持部材には、前記基板保持部材を収容する収容部（２５５）が形成されることを特徴とする磁気検出装置（１）。
2. 前記磁気検出素子は、前記素子表面側または前記素子裏面側から見たとき、前記第１集磁部および前記第２集磁部と重複する領域に設けられることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
3. 前記端子部が突出して形成される側の前記封止部の端部（４６５）は、前記切欠部の外側に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気検出装置。
4. 前記集磁部保持部材（２５、６３０）は、前記第１集磁部材および前記第２集磁部材を一体に保持す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磁気検出装置。
5. 前記集磁部保持部材（１２５、６４０）は、前記第１集磁部材を保持する第１保持部材（１２６、６４１）と、前記第２集磁部材を保持する第２保持部材（１２７、６４２）とに分割されてい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磁気検出装置。
6. 前記収容部は、前記第１集磁部材および前記第２集磁部材の外側に設けられ、前記第１集磁部材および前記第２集磁部材と反対側に開口（２５６）が形成され、
   前記基板保持部材は、前記開口から前記収容部に挿入されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
7. 前記基板と接続される基板接続部（３５１）を有し、前記基板と他の装置（８５）とを接続する配線部材（３５）をさらに備え、
   前記配線部材は、前記基板接続部よりも前記開口と反対側に形成される配線誘導部（３２８）に引っ掛けられ、前記基板接続部と反対側の端部が前記開口から取り出されることを特徴とする請求項６に記載の磁気検出装置。
8. 前記収容部の前記基板保持部材と対向する面、または、前記基板保持部材の前記収容部と対向する面の一方には、位置決め溝（３１６）が形成され、他方には前記位置決め溝に挿入されるリブ（２５７）が形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
9. 前記磁気センサは、複数の前記磁気検出素子、および、前記磁気検出素子ごとに設けられる演算部（５１３、５２３）、および、前記演算部の演算結果に基づいて異常判定を行う判定部（５３１）を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁気検出装置。
10. 前記磁気センサには、対応する前記演算部での演算に用いられるパラメータが記憶される３以上の記憶部（５１５〜５１７、５２５〜５２７）が、前記演算部ごとに設けられることを特徴とする請求項９に記載の磁気検出装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の磁気検出装置と、
    第１の軸（１１）と第２の軸（１２）とが同軸となるように連結し、前記第１の軸と前記第２の軸との間に加わるトルクを捩れ変位に変換するトーションバー（１３）と、
    前記第１の軸または前記トーションバーの一端に固定される多極磁石（１５）と、
    前記第２の軸または前記トーションバーの他端に固定され、前記多極磁石が発生する磁界内に磁気回路を形成する磁気ヨーク（１６）と、
    を備え、
    前記第１集磁部材および前記第２集磁部材は、前記磁気ヨークからの磁束を前記第１集磁部および前記第２集磁部に集めることを特徴とするトルクセンサ（１０）。

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