JP6886067B2 - トルク検出装置、及び、磁気センサモジュール - Google Patents

Description

本発明は、トルク検出装置、及び、トルク検出装置に用いられる磁気センサモジュールに関する。

従来、多極磁石とヨークとの相対的回転によって生ずる磁束の変化を磁気センサで検出し、磁気センサの出力信号に基づいて、トーションバーに加わるトルクを検出するトルク検出装置が知られている。また、この種のトルク検出装置において、ヨークの磁束を集めて磁気センサに誘導する磁束誘導部材を用いた構成が知られている。

例えば特許文献１に開示された構成では、磁束誘導部材に相当する集磁リングは、多極磁石（またはヨーク）の中心軸から集磁リングの内縁部までの距離が、多極磁石（またはヨーク）の中心軸と磁気センサとを結ぶ方向において最大となるように形成されている。これにより、トルクが一定の状態で、多極磁石とヨークとが同期して回転する時に磁気回路に生ずる磁束の周期的変動が抑制される。以下、本明細書では、この磁束の周期的変動によるノイズを「振れ回りノイズ」という。

特開２０１２−２３７７２７号公報

この種のトルク検出装置では、磁気センサの出力電圧がアンプで増幅されて制御装置に伝送されるため、信号を大きく、且つノイズを小さくすることによりＳＮ比を向上させることが重要である。しかし、特許文献１の構成では、磁気センサの近くの部位において磁束誘導部材とヨークとの軸方向の対向面積が相対的に小さくなり、実施形態によっては、磁束誘導部材とヨークとの対向面積が０となっている。そのため、磁気センサから離れた部分で磁束誘導部材とヨークとを対向させ磁束を集める場合、磁気センサ近傍で集める場合よりも磁気抵抗が高くなるため、センサに集められる磁束量が減少する。したがって、振れ回りノイズが小さくなるとともに信号も小さくなることから、ＳＮ比の向上が見込めないという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気センサが検出する磁束のＳＮ比を向上させるトルク検出装置、及び、そのトルク検出装置に用いられる磁気センサモジュールを提供することにある。

本発明のトルク検出装置は、トーションバー（１３）と、多極磁石（１４）と、一組のヨーク（３１、３２）と、一つ以上の磁束誘導部材（５１２、５２２）と、一つ以上の磁気センサ（７１、７２）と、を備える。トーションバーは、第１軸（１１）と第２軸（１２）とを同軸上に連結し、第１軸と第２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軸またはトーションバーの一端側に固定され、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配置されている。一組のヨークは、軟磁性体で形成され、多極磁石の径外側で第２軸またはトーションバーの他端側に固定され、軸方向に互いに対向し、多極磁石の磁界内に磁気回路を形成する。

磁束誘導部材は、軟磁性体で形成され、少なくとも一方のヨークと本体（６０）が対向し、磁気回路の磁束を誘導する。磁気センサは、前記磁束誘導部材の本体、又は、当該本体から分岐した延接部（６１、６２）に設置され、磁束誘導部材により誘導された磁束を検出する。ここで、ヨークの軸方向の投影において、磁気センサが一つの場合、磁気センサとヨークの中心軸とを結び、磁気センサが複数の場合、複数の磁気センサの中間位置とヨークの中心軸とを結ぶ仮想直線を基準線（Ｘ）とする。また、基準線を挟み、磁束誘導部材の本体とヨークとの対向範囲におけるヨークの周方向両端に対応する部位を磁束誘導部材の本体の周端部（６３、６４）と定義する。

磁束誘導部材は、本体における磁気センサの設置部位又は延接部への分岐部位で、周端部に比べ、「磁束誘導部材とヨークとの間の単位面積当たりの磁気パーミアンス」が大きくなるように構成されている。

磁束誘導部材の本体は、基準線に対して対称であり、且つ、基準線上でヨークの中心軸に対し磁気センサとは反対側に位置する点を中心とし、ヨークの中心軸を中心とする円弧よりも曲率が小さい同心円弧を対辺とする帯状に形成されている。これにより、磁気センサが検出する信号が大きくなるため、ＳＮ比を向上させることができる。

この構成では、磁束誘導部材の本体における磁気センサの設置部位又は延接部への分岐部位からヨークの中心軸までの距離は、周端部からヨークの中心軸までの距離よりも短くなる。

また、トルク検出装置が基準線に対して対称に配置される二つの磁気センサを備える構成では、磁束誘導部材の基準線側から二つの磁気センサに向かって磁束が分岐することにより、磁気センサに伝播されるノイズが低減すると考えられる。その結果、磁気センサが検出する磁束のＳＮ比をより向上させることができる。

本発明は、また、上記のトルク検出装置に用いられ、磁束誘導部材及び磁気センサが、一体に構成されている磁気センサモジュールとして提供される。例えば磁気センサモジュールは、一体に樹脂モールドされることにより構成される。この磁気センサモジュールは、トルク検出装置を構成する部品として独立して製造販売されることができ、トルク検出装置に用いられたときＳＮ比を向上させる効果を奏する。

各実施形態（磁気センサモジュールは第１実施形態）によるトルク検出装置の分解斜視図。 各実施形態のトルク検出装置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。 第１実施形態の磁気センサモジュールの（ａ）平面図、（ｂ）側面図。 第１実施形態の磁気センサモジュールの軸方向断面図。 （ａ）第１実施形態における基準線からの距離と磁気パーミアンスとの相関図、（ｂ）第１実施形態による振れ回り変動の低減を説明する図。 第１実施形態の磁束誘導部材による製造歩留まり向上を説明する図。 第２実施形態の磁気センサモジュールの平面図。 第３実施形態の磁気センサモジュールの（ａ）平面図、（ｂ）側面図。 第４実施形態の磁気センサモジュールの（ａ）平面図、（ｂ）側面図。 第４実施形態の磁気センサモジュールの軸方向断面図。 第５実施形態の磁気センサモジュールの軸方向断面図。 第６実施形態の磁気センサモジュールの軸方向断面図。 第７実施形態の磁気センサモジュール及びヨークの（ａ）平面図、（ｂ）側面図。 第７実施形態の磁気センサモジュール及びヨークの軸方向断面図。 第８実施形態の磁気センサモジュールの（ａ）平面図、（ｂ）側面図。 第９実施形態の磁気センサモジュールの平面図。 第１０実施形態の磁気センサモジュールの（ａ）平面図、（ｂ）側面図。 第１０実施形態における基準線からの距離と磁気パーミアンスとの相関図。 第１１実施形態の磁気センサモジュールの平面図。 第１２実施形態の磁気センサモジュールの平面図。 第１３実施形態の磁気センサモジュールの（ａ）平面図、（ｂ）軸方向断面図。 第１４実施形態の磁気センサモジュールの（ａ）平面図、（ｂ）軸方向断面図。 その他の実施形態のヨークの（ａ）平面図、（ｂ）部分斜視図。 ヨークの爪からリングへの磁束の流れを示す参考図。

以下、トルク検出装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。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。
以下の第１〜第１４実施形態のうち、第２実施形態、及び、第２実施形態との組み合わせが可能な形態が「特許請求の範囲に記載の発明を実施するための形態」に相当し、それ以外は参考形態に相当する。
本実施形態のトルク検出装置は、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。

最初に図２を参照し、各実施形態のトルク検出装置が適用される電動パワーステアリング装置の概略構成について説明する。なお、図２に示す電動パワーステアリング装置９０はコラムアシスト式であるが、ラックアシスト式電動パワーステアリング装置にも同様に適用可能である。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検出装置１０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。

トルク検出装置１０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ＥＣＵ９１に出力する。ＥＣＵ９１は、検出された操舵トルクに応じて、モータ９２の出力を制御する。モータ９２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。

ここで、トルク検出装置１０が二つの磁気センサ７１、７２を備え、操舵トルクとして二つの値ｔｒｑ１、ｔｒｑ２を出力する形態は第１〜第１０実施形態等に対応する。ＥＣＵ９１の制御に用いるトルク情報を冗長出力する構成とすることで、仮に磁気センサや演算回路の故障により一方のトルク情報が使用不能となっても、ＥＣＵ９１は、他方のトルク情報を用いてモータ９２の駆動を継続することができる。そのため、このような冗長構成は、高い信頼性が要求される電動パワーステアリング装置９０において特に有効である。ただし、第１１、第１２実施形態のように、トルク検出装置１０は一つの磁気センサ７１を備える構成としてもよい。

次に、トルク検出装置１０の全体構成について、図１、図２を参照して説明する。図２に示すように、トルク検出装置１０は、トーションバー１３、多極磁石１４、一組のヨーク３１、３２、一つ以上の磁束誘導部材５１、５２、及び、一つ以上の磁気センサ７１、７２等から構成される。また、一つ以上の磁束誘導部材５１、５２及び一つ以上の磁気センサ７１、７２を含むユニットを磁気センサモジュール５０と表す。

ここで、構成部材の形状を模式的に示す図２では、各実施形態の磁気センサモジュールを包括する符号として「５０」を用い、各実施形態の磁束誘導部材を包括する符号として「５１、５２」を用いる。一方、第１実施形態の磁束誘導部材の形状を具体的に表した図１では、第１実施形態の磁気センサモジュールの符号「５０１」、及び、第１実施形態の磁束誘導部材の符号「５１１、５２１」を用いる。このように各実施形態は、磁束誘導部材５１、５２の具体的形状や磁気センサ７１、７２の数が異なる。ただし、この部分での説明では、図１における磁束誘導部材５１１、５２１の詳細な形状には言及せず、トルク検出装置１０の全体構成のみを参照する。

図１、図２に示すように、トーションバー１３は、一端側が「第１軸」としての入力軸１１に、他端側が「第２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とを中心軸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。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配置されている。本実施形態では、Ｎ極とＳ極とが各８極、計１６極が２２．５°間隔で配置されている。

一組のヨーク３１、３２は、軟磁性体で環状に形成され、多極磁石１４の径外側で出力軸１２に固定され、軸方向にギャップを介して互いに対向している。一組のヨーク３１、３２は、それぞれ、多極磁石１４のＮ極及びＳ極と同数の爪３３、３４が環の内縁に沿って全周に等間隔に設けられる。一方のヨーク３１の爪３３と他方のヨーク３２の爪３４とは、周方向にずれて交互に配置される。こうして、一組のヨーク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。

トーションバー１３に捩じれ変位が加わると、多極磁石１４と一組のヨーク３１、３２との相対回転に伴って磁気回路を通る磁束が変化し、その磁束を検出することで回転角度の情報が得られる。その検出原理は特許文献１（特開２０１２−２３７７２７号公報）の図５、図６等に記載されている。

トーションバー１３、多極磁石１４、及び、一組のヨーク３１、３２は同軸に構成されるため、それらのいずれを基準として中心軸Ｏが定義されてもよい。本明細書では、磁束誘導部材５１、５２との対向関係が着目されるヨーク３１、３２を基準として、基本的に「ヨーク３１、３２の中心軸Ｏ」と記載する。

また、実施形態の説明では、トーションバー１３、多極磁石１４、一組のヨーク３１、３２等の軸方向及び径方向を、単に「軸方向」及び「径方向」という。また、図面の説明における平面図は軸方向の第１軸１１側から視た図を意味し、側面図は径方向から視た図を意味する。「平面視にて」は、「軸方向の投影において」と同義である。

磁束誘導部材５１、５２は、軟磁性体で形成され、一組のヨーク３１、３２のうち少なくとも一方のヨークと軸方向または径方向で本体６０が対向し、磁気回路の磁束を磁気センサ７１、７２に誘導する。第１４実施形態を除く多くの実施形態では、一組の磁束誘導部材５１、５２が備えられる。

以下、説明の便宜上、図１、図２において第１軸１１側に配置されるヨーク３１及び磁束誘導部材５１を「上側のヨーク３１」及び「上側の磁束誘導部材５１」という。また、第２軸１２側に配置されるヨーク３２及び磁束誘導部材５２を「下側のヨーク３２」及び「下側の磁束誘導部材５２」という。上側の磁束誘導部材５１は上側のヨーク３１と対向し、下側の磁束誘導部材５２は下側のヨーク３２と対向する。第１３実施形態を除く多くの実施形態では、一組のヨーク３１、３２は軸方向に対称に配置され、軸方向に互いに対向する。

図１に示すように、第１実施形態の一組の磁束誘導部材５１１、５２１は、本体６０から分岐した二組の延接部６１、６２を有している。詳しくは、延接部６１、６２は、本体６０からヨーク３１、３２の径方向外側に延びる。二つの磁気センサ７１、７２は、それぞれ延接部６１、６２の間に配置される。延接部６１、６２は、磁気センサ７１、７２が間に配置される部分においてギャップが最小となるように、軸方向に段差を有している。例えば磁束誘導部材５１、５２がプレス成形される場合、延接部６１、６２の段差は、板金を折り曲げること等によって形成可能である。

磁気センサ７１、７２は、一組のヨーク３１、３２から磁束誘導部材５１、５２により誘導された磁束を検出して電圧信号に変換し、リード線７３、７４を経由して外部のＥＣＵ９１に出力する。例えば磁気センサ７１、７２は、ホール素子、磁気抵抗素子等が樹脂モールドされた略直方体のＩＣパッケージで構成されている。

以上の構成のトルク検出装置において、トーションバー１３に加わるトルクが一定の状態で、多極磁石１４とヨーク３１、３２とが同期して回転する時に、磁気回路を通る磁束が周期的に変動する。この磁束の周期的変動は、磁気センサ７１、７２からＥＣＵ９１への出力信号に対し「振れ回りノイズ」となり得る。

ここで、ヨークの爪からリングへの磁束の流れを示す参考図である図２４を参照し、振れ回りノイズについて説明する。磁束源となる多極磁石１４に面するヨーク３１、３２の爪３３、３４との距離によって、ヨーク３１、３２のリング部分には磁束密度の差が生じる。つまり、爪３３、３４に近い部分では磁束密度が高くなり、爪３３、３４から離れた部分では磁束密度が小さくなる。

そのため、多極磁石１４とヨーク３１、３２とが同期して回転する場合、ヨーク３１、３２のリング間の特定の位置に配置された磁気センサでは、回転に伴った磁束の変動が検知される。さらに、回転に伴って、爪３３、３４同士の間から漏れる漏れ磁束が加わり、磁束の変動が大きくなる。これが振れ回りノイズとして磁気センサで検出される。このように、磁気センサで検出される信号に比べ振れ回りノイズが相対的に大きくなると、ＳＮ比が低下することとなる。

このノイズに対し、特許文献１の従来技術では、中心軸Ｏと磁気センサとを結ぶ方向において、中心軸Ｏから集磁リング（ずなわち、本実施形態の磁束誘導部材）の内縁部までの距離が最大となるように、集磁リングの形状が決められている。例えば集磁リングは、中心軸Ｏと磁気センサとを結ぶ方向が長径となる楕円弧状に形成されている。このように磁気センサを多極磁石から遠ざけることで、磁束変動による磁気センサへの影響を抑制しようとしている。

しかし、特許文献１の構成では、磁気センサの近くの部位において磁束誘導部材とヨークとの軸方向の対向面積が相対的に小さくなり、実施形態によっては、磁束誘導部材とヨークとの対向面積が０となっている。そのため、磁気センサから離れた部分で磁束誘導部材とヨークとを対向させ磁束を集める場合、磁気センサ近傍で集める場合よりも磁気抵抗が高くなるため、センサに集められる磁束量が減少する。したがって、振れ回りノイズが小さくなるとともに信号も小さくなることから、ＳＮ比の向上が見込めないという問題がある。

そこで本実施形態は、基本的に、磁気センサの近傍の部位ほど信号を大きくしつつ振れ回りノイズを抑制することで、磁気センサが検出する磁束のＳＮ比を向上させることを目的とする。ただし、例外的に第１０実施形態は、信号を大きくすることなくノイズの抑制効果のみによってＳＮ比を向上させるものである。

また、一部の実施形態では、さらなる目的として、磁気センサモジュール５０の小型化及び組み付け性の向上を図る。例えば特許文献１に開示された半環状の集磁リングは、トーションバー１３や多極磁石１４を中に通す必要のある環状の集磁リングに比べ、径方向から組み付け可能である点で組み付け性に優れる。一部の実施形態では、径方向から組み付け可能というだけでなく、磁気センサモジュール５０を小型化し、製造歩留まりを向上させると共に、部品管理のスペース低減や組み付け性の一層の向上を図る。

次に、図３（ａ）〜図２２（ｂ）を参照し、実施形態毎に磁気センサモジュール５０の詳細な構成を説明する。以下の第１〜第９実施形態について、磁気センサモジュールの符号は、「５０」に続く３桁目に実施形態の番号を付し、一組の磁束誘導部材の符号は、「５１」、「５２」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。第１０〜第１４実施形態については、磁気センサモジュールの符号は、「５５」に続く３桁目に順に「１」〜「４」を付す。また、第１０〜第１３実施形態について、一組の磁束誘導部材の符号は、「５６」、「５７」に続く３桁目に順に「０」〜「３」を付す。第１４実施形態については、片側のみの磁束誘導部材の符号を「５６４」とする。

各実施形態の磁気センサモジュールの構成は、原則として、平面図、側面図、軸方向断面図の三図によって示す。ただし、いずれかの図が前出の実施形態と実質的に同じである場合、適宜、前出の図を援用する。また、明細書中、例えば「平面視にて」とは、「平面図を視たとき」の意味である。第１実施形態では、図３（ａ）が平面図、図３（ｂ）が側面図、図４が軸方向断面図である。「平面図」は、厳密には上側の磁束誘導部材５１の上部で多極磁石１４及びヨーク３１、３２の爪３３、３４を切断した径方向断面図であるが、磁束誘導部材５１の視点から「平面図」と記す。また、径方向断面視にて実際に環が見えるのは下側のヨーク３２のみであるが、説明の都合上、上側のヨーク３１を含めて符号を「３１、３２」と付す。

各平面図には、中心軸Ｏを通って左右方向に延びる「基準線Ｘ」が記載される。図３（ａ）等、二つの磁気センサ７１、７２を備える構成の図では、基準線Ｘは、二つの磁気センサ７１、７２の中間位置と中心軸Ｏとを結ぶ仮想直線と定義される。言い換えれば、二つの磁気センサ７１、７２は、基準線Ｘに対して対称に配置される。図１９等、一つの磁気センサ７１を備える構成の図では、基準線Ｘは、一つの磁気センサ７１と中心軸Ｏとを結ぶ仮想直線と定義される。また、各平面図は、トーションバー１３に捩じれ変位が加わっていない中立状態の図である。中立状態では、磁極（図３（ａ）の例ではＳ極）の中心線が基準線Ｘに一致する。

側面図は、基準線Ｘに沿って、磁気センサモジュール５０を径方向外側から視た図である。二点鎖線は爪３３、３４の外形を示す。側面図では、トーションバー１３、多極磁石１４の図示を省略する。軸方向断面図は、中心軸Ｏ及び基準線Ｘを含む平面での断面図である。軸方向断面図ではトーションバー１３の図示を省略し、多極磁石１４は外形線のみを示す。

（第１実施形態）
図３（ａ）、図３（ｂ）、図４を参照し、第１実施形態について説明する。第１実施形態の磁気センサモジュール５０１では、平面視にて、磁束誘導部材５１１、５２１の本体は、基準線Ｘに対して対称な長方形帯状に形成されている。磁束誘導部材５１１、５２１の中心軸Ｏ側の辺は、ヨーク３１、３２の内部で基準線Ｘに直交する直線である。

磁束誘導部材５１１、５２１は、本体６０から径方向外側に延びる延設部６１、６２を有しており、「本体６０における延接部６１、６２への分岐部位」をＳ部と記す。「延接部６１、６２への分岐部位」は、実質的に磁気センサ７１、７２の近傍を意味する。なお、「Ｓ部」は多極磁石１４のＳ極と同じ記号であるが、それらの区別は自明であり、混同のおそれはない。

また、基準線Ｘを挟み、磁束誘導部材５１１、５２１の本体６０とヨーク３１、３２との対向範囲におけるヨーク３１、３２の周方向両端に対応する部位を「本体６０の周端部６３、６４」と定義し、図中、破線ハッチングで示す。周端部６３、６４は、「本体６０とヨーク３１、３２との対向範囲における周方向両端」に「対応する」部位であって、周端部６３、６４自体がヨーク３１、３２との対向範囲に直接含まれていなくてもよい。例えば周端部６３、６４は、直接的な対向範囲よりも外側、すなわち基準線Ｘから離れた側において、「直接的な対向範囲における周方向両端」に対応していればよい。Ｓ部から中心軸Ｏまでの距離ｄｓは、周端部６３、６４から中心軸Ｏまでの距離ｄｅよりも短い。

側面視及び軸方向断面視にて、磁束誘導部材５１１、５２１は、軸方向の内側において一定のギャップでヨーク３１、３２の環状面に対向し、その対向面積は、磁気センサ７１、７２に近い中間部６５で相対的に大きく、周端部６３、６４に向かうほど小さくなる。延設部６１、６２への分岐部位であるＳ部では、周端部６３、６４に比べ対向面積が大きいため、磁束誘導部材５１１、５２１とヨーク３１、３２との間の単位面積当たりの磁気パーミアンスが大きくなる。

ここで、「単位面積当たり」の意味は、部位毎に磁気パーミアンスを比較する範囲の面積を同一とすることを明確に記すことにある。以下の実施形態の説明では、都度の「単位面積当たり」の記載を省略し、「磁気パーミアンス」とは「単位面積当たりの磁気パーミアンス」を意味するものとして解釈する。

二つの磁気センサ７１、７２は、それぞれ延接部６１、６２の間に配置される。延接部６１、６２は、磁気センサ７１、７２が間に配置される部分においてギャップが最小となるように軸方向に折り曲げられ、段差を有している。このような延接部６１、６２の構成は、以下の第２〜第７、第９〜第１１実施形態において共通である。

次に図５（ａ）、図５（ｂ）、図６を参照し、第１０実施形態を除く各実施形態の磁気センサモジュール５０の作用効果について説明する。まず、信号が大きくなる理由を説明する。図５（ａ）に、磁束誘導部材５１、５２とヨーク３１、３２との間の磁気パーミアンスについて、基準線Ｘからの距離または回転角度と磁気パーミアンスとの相関図を示す。磁気パーミアンスＰは、材の透磁率μ、対向面積Ａ、ギャップ長Ｌを用いて、式（１）で表される。
Ｐ＝μ（Ａ／Ｌ） ・・・（１）

ここで、磁束誘導部材５１、５２は単一の軟磁性材質で形成されることを前提とすると、磁束誘導部材５１、５２とヨーク３１、３２との対向面積Ａが大きいほど、又は、ギャップ長Ｌが短いほど、磁気パーミアンスＰは大きくなる。

第１実施形態等では、磁束誘導部材５１、５２とヨーク３１、３２とのギャップは一定であるが、対向面積が中間部６５から周端部６３、６４に向かうほど小さくなる。一方、後述の第３実施形態等では、磁束誘導部材５１、５２とヨーク３１、３２との対向面積は一定であるが、ギャップが中間部６５から周端部６３、６４に向かうほど大きくなる。したがって、いずれの実施形態でも、中間部６５の磁気パーミアンスが周端部６３、６４の磁気パーミアンスよりも大きくなる。その相関特性は、図５（ａ）中、Ｐ１のような直線、Ｐ２のような変曲点の無い単純な曲線、Ｐ３のようなＳ字曲線或いはステップ状の折れ線等、どのような特性であってもよい。

ところで、特許第５０９０１６２号公報及び米国特許ＵＳ７，６４４，６３５号明細書には、「磁束誘導部材とヨークとの間の磁気パーミアンスが、相対的半径及び角度位置とは独立に決められる」構成が開示されている。これは、基準線Ｘからの距離によらず磁気パーミアンスが一定となる特性を有することを意味する。この特性を比較例として、図５（ａ）に破線で示す。本実施形態の特性は、基準線Ｘからの距離または回転角度に応じて磁気パーミアンスが変化するという点で、比較例の特性とは明らかに異なるものである。

そして、第１０実施形態を除く各実施形態では、磁気センサ７１、７２は、中間部６５の近くの本体６０、又は、本体６０から分岐した延設部６１、６２に設置される。ここで、「設置される」には、延接部６１、６２に近接した位置に磁気センサ７１、７２が非接触で配置される形態を含み、必ずしも磁気センサ７１、７２が延設部６１、６２に接触することを意味しない。磁束誘導部材５１、５２の本体６０における磁気センサ７１、７２の設置部位又は延接部６１、６２への分岐部位は、実質的に「磁気センサ７１、７２の近傍」を意味する。そして、磁束誘導部材５１、５２は、本体６０における磁気センサ７１、７２の設置部位又は延接部６１、６２への分岐部位で、周端部６３、６４に比べ、「磁束誘導部材５１、５２とヨーク３１、３２との間の単位面積当たりの磁気パーミアンス」が大きくなるように構成されている。これにより、磁気センサ７１、７２の信号を大きくすることができる。

次に、振れ回りノイズが低減する理由を説明する。特許文献１等の従来技術のトルク検出装置では、集磁リングの形状は、ヨークのリングに沿った円環状、半円状、半楕円状等に形成されている。これらの形状では、集磁リングの広範囲の部分から磁気センサ部分に磁束を集めてくることになるため、信号がある程度大きくなると同時に、各部位の磁束変動も集めてしまい、その結果、大きな振れ回り変動が生じる。一方、第１０実施形態を除く各実施形態では、磁気センサ７１、７２から離れた周端部６３、６４で、ヨーク３１、３２と磁束誘導部材５１、５２との間の磁気パーミアンスが低下するように構成されている。

第１実施形態の図３（ａ）において、特に、磁気パーミアンスが大きいＳ部で、ヨーク３１、３２と磁束誘導部材５１１、５２１との間に磁束が流れる。そして、磁束誘導部材５１１、５２１に流れ込んだ磁束は、破線矢印Ｂで示すように、周端部６３、６４に向かって漏れ広がるように流れていく。これは、従来技術のトルク検出装置の集磁リングと違い、磁束誘導部材５１１、５２１の周端部６３、６４では、磁束密度が低く、磁気抵抗が小さい状態になっているためである。これにより、延設部６１、６２を通って磁気センサ７１、７２側に流れる磁束の変動が抑制、つまり磁束が平滑化される効果が生まれる。

例えば、多極磁石１４の磁極が二つのヨーク３１、３２の爪３３、３４の間にある中立状態、すなわちトルクが加わっていない状態で、従来技術の集磁リングは、磁束を集めるだけであり、大きな振れ回りノイズが発生する。それに対し、第１実施形態の磁束誘導部材５１１、５２１は、集めた磁束の変動を抑える構造となっているため、図５（ｂ）に示すように振れ回りノイズの変動が小さくなる。加えて、二つの磁気センサ７１、７２を備える構成では、ヨーク３１、３２から誘導された磁束は基準線Ｘ側から二つの磁気センサ７１、７２に向かって分岐し、周端部６３、６４に向かって広がっていく。この作用により、伝播される振れ回りノイズを低減させることができる。

なお、磁気センサ７１、７２の信号についても、集められる磁束量に対して最も寄与度の高い磁気センサ７１、７２の近傍で、磁束誘導部材５１１、５２１とヨーク３１、３２との間の磁気パーミアンスが大きくされて磁束が集められるため、信号の低下に対する影響は小さい。以上のことから、第１０実施形態を除く各実施形態では、従来技術に対し、大きな信号（Ｓ）を得つつ、振れ回りノイズ（Ｎ）を抑制することが可能となる。よって、磁気センサ７１、７２が検出する磁束のＳＮ比を向上させることができる。

次に図６を参照し、第１実施形態の磁束誘導部材５１１、５１２を用いることによる製造歩留まり向上について説明する。例えば板金材料をプレスで打ち抜いて二枚の磁束誘導部材５１１、５１２を取る場合、延設部６１、６２が向かい合うように本体６０を並べ、互いに凹凸が嵌り合うようにレイアウトする。延設部６１、６２と反対側の辺は直線であるため、二枚の磁束誘導部材５１１、５１２を取るために使用される材料の幅はＷ１となる。

比較のため、第３実施形態における円弧状の磁束誘導部材５１３、５２３を二点鎖線で示す。この形態では二枚の磁束誘導部材５１１、５１２を取るために幅Ｗ３の材料を使用する必要があり、ムダが大きい。これに対し、第１実施形態では材料のムダを最小限に抑えることができ、製造歩留まりが向上する。また、磁束誘導部材５１１、５２１は基準線Ｘ方向の幅が小さいため、図３（ａ）に示す幅Ｗｉｎのスペースで、ブロック矢印ＩＮのようにスライドさせてトルク検出装置１０に組み付けることができる。したがって、例えば半環状の磁束誘導部材を組み付ける場合に比べ、さらに組み付け性を向上させることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の磁気センサモジュール５０２について、側面図及び軸方向断面図は第１実施形態の図３（ｂ）及び図４を援用する。図７の平面図において、下側の磁束誘導部材を含め、磁束誘導部材の符号を「５１２，５２２」と記す。

図７に示すように、第２実施形態の磁気センサモジュール５０２では、平面視にて、磁束誘導部材５１２、５２２の本体は、基準線Ｘに対して対称な同心円弧を対辺とする帯状に形成されている。この同心円弧は、基準線Ｘ上で中心軸Ｏに対し磁気センサ７１、７２とは反対側に位置する点Ｑを中心とし、中心軸Ｏを中心とする円弧よりも曲率が小さい。第１実施形態と同様に、本体６０における延設部６１、６２への分岐部位であるＳ部から中心軸Ｏまでの距離ｄｓは、周端部６３、６４から中心軸Ｏまでの距離ｄｅよりも短い。

磁束誘導部材５１２、５２２は、軸方向の内側において一定のギャップでヨーク３１、３２と対向する。その対向面積は、磁気センサ７１、７２に近い中間部６５で相対的に大きく、周端部６３、６４に向かうほど小さくなる。延設部６１、６２への分岐部位では、周端部６３、６４に比べ対向面積が大きいため、磁束誘導部材５１２、５２２とヨーク３１、３２との間の磁気パーミアンスが大きくなる。したがって、第２実施形態は、第１実施形態と同様にＳＮ比向上効果を奏する。なお、磁束誘導部材の中心軸Ｏ側の辺が直線である第１実施形態は、第２実施形態の点Ｑが無限遠に存在し、円弧の曲率が無限小となる特殊な形態として解釈される。

（第３実施形態）
第３実施形態の磁気センサモジュール５０３について、軸方向断面図は第１実施形態の図４を援用する。図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、第３実施形態の磁気センサモジュール５０３では、平面視にて、磁束誘導部材５１３の本体は、中心軸Ｏを中心とする同心円弧を対辺とする帯状に形成されている。磁束誘導部材５１３、５２３は、軸方向の内側においてヨーク３１、３２と対向し、その対向面積はヨーク３１、３２の周方向について一定である。

側面視にて、磁束誘導部材５１３、５２３とヨーク３１、３２との軸方向のギャップは、磁気センサ７１、７２に近い中間部６５でのギャップｇｃから周端部６３、６４でのギャップｇｅまで、周端部６３、６４に向かうほど大きくなる。延設部６１、６２への分岐部位では、周端部６３、６４に比べギャップが小さいため、磁束誘導部材５１３、５２３とヨーク３１、３２との間の磁気パーミアンスが大きくなる。したがって、第３実施形態は、第１実施形態と同様にＳＮ比向上効果を奏する。

（第４実施形態）
図９（ａ）、図９（ｂ）、図１０に示すように、第４実施形態の磁気センサモジュール５０４では、磁束誘導部材５１４、５２４の本体は、平面視にてヨーク３１、３２の外形より径方向外側に位置し、且つ、基準線Ｘに対して対称な長方形帯状に形成されている。磁束誘導部材５１４、５２４の中心軸Ｏ側の辺は、基準線Ｘに直交する直線である。したがって、第４実施形態は、第１実施形態と同様に小型化、歩留まり向上の効果を奏する。

側面視及び軸方向断面視にて、磁束誘導部材５１４、５２４は、径方向においてヨーク３１、３２の側面と対向する。対向部分の軸方向の高さは一定である。磁束誘導部材５１４、５２４とヨーク３１、３２との径方向のギャップは、磁気センサ７１、７２に近い中間部６５から周端部６３、６４に向かうほど大きくなる。延設部６１、６２への分岐部位では、周端部６３、６４に比べギャップが小さいため、磁束誘導部材５１４、５２４とヨーク３１、３２との間の磁気パーミアンスが大きくなる。したがって、第４実施形態は、第１実施形態と同様にＳＮ比向上効果を奏する。

（第５、第６実施形態）
図１１、図１２に、第５、第６実施形態の磁気センサモジュール５０５、５０６の軸方向断面図を示す。第５、第６実施形態は、磁束誘導部材とヨークとの対向構成に係る他のバリエーションである。第５、第６実施形態の磁束誘導部材５１５、５２５、５１６、５２６の本体の平面視形状は、第１、第４実施形態のような長方形帯状、又は、第２実施形態のような円弧を対辺とする帯状のいずれでもよい。

第１実施形態の磁束誘導部材５１１、５２１等が軸方向の内側においてヨーク３１、３２の環状面と対向するのに対し、図１１に示すように、第５実施形態の磁束誘導部材５１５、５２５は、軸方向の外側に配置され、軸方向の外側においてヨーク３１、３２の環状面と対向する。また、図１２に示すように、第６実施形態の磁束誘導部材５１６、５２６は、軸方向の外側及び径方向において、ヨーク３１、３２の環状面及び側面と対向する。このように、各実施形態の磁束誘導部材は、ヨーク３１、３２に対し軸方向、径方向、又は、その両方向を適宜組み合わせて対向するように配置されればよい。

（第７実施形態）
図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１４に示すように、第７実施形態の磁気センサモジュール５０７では、磁束誘導部材５１７、５２７の本体は、平面視にて、ヨーク３１、３２の外形より径方向外側に位置し、且つ、中心軸Ｏを中心とする同心円弧を対辺とする帯状に形成されている。

側面視及び軸方向断面視にて、ヨーク３１、３２の周縁部に軸方向高さを確保する壁部３５が形成されている。なお、壁部３５の形成に代えて、単純にヨーク３１、３２の板厚を厚くしてもよい。磁束誘導部材５１７、５２７は、径方向においてヨーク３１、３２の側面と対向し、その径方向のギャップは一定である。また、磁束誘導部材５１７、５２７の本体の軸方向高さは、磁気センサ７１、７２に近い中間部６５から周端部６３、６４に向かうほど小さくなる。したがって、磁束誘導部材５１７、５２７とヨーク３１、３２との対向面積は、中間部６５から周端部６３、６４に向かうほど小さくなる。延設部６１、６２への分岐部位（Ｓ部）では、周端部６３、６４に比べ対向面積が大きいため、磁束誘導部材５１７、５２７とヨーク３１、３２との間の磁気パーミアンスが大きくなる。したがって、第７実施形態は、第１実施形態と同様にＳＮ比向上効果を奏する。

（第８実施形態）
第８実施形態の磁気センサモジュール５０８について、軸方向断面図を省略する。図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように、第８実施形態の磁気センサモジュール５０６では、磁束誘導部材５１８、５２８は長方形帯状の本体のみで構成され、延設部６１、６２を有していない。磁束誘導部材５１８、５２８において、軸方向に互いに近接するように折り曲げられたセンサ保持部６６、６７の間に磁気センサ７１、７２が配置される。この形態では、本体６０における磁気センサ７１、７２の設置部位が実質的に「磁気センサ７１、７２の近傍」に相当する。第８実施形態は、第１実施形態と同様にＳＮ比向上効果を奏する他、磁気センサモジュール５０６をより小型にすることができる。

（第９実施形態）
第９実施形態の磁気センサモジュール５０９について、側面図及び軸方向断面図を省略する。図１６の平面図において、下側の磁束誘導部材を含め、磁束誘導部材の符号を「５１９、５２９」と記す。図１６に示すように、第９実施形態の磁気センサモジュール５０９では、磁束誘導部材５１９、５２９は、それぞれ、基準線Ｘの一方側と他方側とに分割して形成される。それ以外の点では、第９実施形態は第１実施形態と同様である。第９実施形態では、第１実施形態の効果に加え、中間部６５を省くことで磁束誘導部材の製造歩留まりをより向上させることができる。なお、第９実施形態では、二つの磁気センサ７１、７２、又は四つ以上の偶数個の磁気センサが基準線Ｘに対して対称に配置される構成が前提となる。

（第１０実施形態）
第１０実施形態の磁気センサモジュール５１０について、軸方向断面図は第１実施形態の図４を援用する。図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示すように、第１０実施形態の磁気センサモジュール５５０では、磁束誘導部材５６０、５７０は、第１実施形態の磁束誘導部材５１１、５２１に対し、延設部６１、６２が周端部６３、６４近くに設けられている点が異なる。つまり、第１０実施形態では、延接部６１、６２への分岐部位であるＳ部での磁束誘導部材５６０、５７０とヨーク３１、３２との対向面積が中間部６５に比べて小さくなっている。なお、第８実施形態のように延接部が設けられず、磁気センサ７１、７２が本体６０に直接設置されてもよい。

図５（ａ）に対応する図１８に示すように、第１０実施形態では、基準線Ｘからの距離または回転角度と磁気パーミアンスとの相関図において、磁気センサ７１、７２は、周端部６３、６４の近くに配置される。したがって、第１０実施形態の磁束誘導部材５６０、５７０は、本体６０における延接部６１、６２への分岐部位であるＳ部で、基準線Ｘ上の部位に比べ、磁束誘導部材５６０、５７０とヨーク３１、３２との間の磁気パーミアンスが小さくなるように構成されている。また、「磁束誘導部材とヨークとの間の磁気パーミアンスが、相対的半径及び角度位置とは独立に決められる」、すなわち、基準線Ｘからの距離によらず磁気パーミアンスが一定となる比較例の特性とは異なるという点では、第１０実施形態は第１実施形態と共通する。

ＳＮ比を向上させるという観点から考えると、第１０実施形態は、第１実施形態のように信号を大きくするという効果は奏しない。ただし、ヨーク３１、３２から誘導された磁束は、破線矢印Ｍに示すように、基準線Ｘ側から二つの磁気センサ７１、７２に向かって分岐する。これにより、伝播される振れ回りノイズを低減させることができる。よって、第１０実施形態においても、磁気センサ７１、７２が検出する磁束のＳＮ比が向上する。なお、このような特性上、第１０実施形態は、第９実施形態と同様に、二つ以上の偶数個の磁気センサが基準線Ｘに対して対称に配置される構成が前提となる。

（第１１、第１２実施形態）
磁気センサ７１、７２を二つ備える上記第１〜第１０実施形態に対し、磁気センサモジュールは、一つの磁気センサが基準線Ｘ上に配置される構成としてもよい。ここでは、第１及び第８実施形態に対し磁気センサを一つに変更した実施形態を第１１及び第１２実施形態として説明する。

第１１実施形態の磁気センサモジュール５５１について、側面図及び軸方向断面図を省略する。図１９の平面図において、下側の磁束誘導部材を含め、磁束誘導部材の符号を「５６１、５７１」と記す。図１９に示すように、磁束誘導部材５６１、５７１は、第１実施形態の磁束誘導部材５１１、５２１に対し、一つの磁気センサ７１に対応する一つの延設部６１が形成される点が異なる。

第１２実施形態の磁気センサモジュール５５２について、側面図及び軸方向断面図を省略する。図２０の平面図において、下側の磁束誘導部材を含め、磁束誘導部材の符号を「５６２、５７２」と記す。図２０に示すように、磁束誘導部材５６２、５７２は、第８実施形態の磁束誘導部材５１８、５２８に対し、一つの磁気センサ７１に対応する一つのセンサ保持部６６が形成される点が異なる。

このように、二つの磁気センサ７１、７２を備えることを前提とした第９、第１０実施形態を除き、各実施形態の磁気センサモジュールに適用される磁気センサの数は、一つでも二つでもよく、或いは三つ以上であってもよい。具体的には、適用される磁気センサの数に応じて磁束誘導部材の延設部またはセンサ保持部の数が調整されればよい。

（第１３実施形態）
上記実施形態ではいずれも、磁気センサ７１、７２は、略直方体のＩＣパッケージの広い面が軸に直交するように（いわゆる横向きに）配置されている。これに対し図２１（ａ）、図２１（ｂ）に示す第１３実施形態の磁気センサモジュール５５３は、略直方体のＩＣパッケージの広い面が軸に平行となるように（いわゆる縦向きに）配置される。なお、図２１（ａ）では、周端部６３、６４の符号及びハッチングの記載を省略する。

例えば磁束誘導部材５６３、５７３の本体は、第４実施形態と同様に、平面視にて、ヨーク３１、３２の外形より径方向外側に位置し、且つ、基準線Ｘに対して対称な長方形帯状に形成されており、ヨーク３１、３２と径方向に対向する。上側の磁束誘導部材５６３から下向きに曲がって延びる延設部６１１は磁気センサ７１の径方向外側を保持する。下側の磁束誘導部材５７３から上向きに曲がって延びる延設部６１２は磁気センサ７１の径方向内側を保持する。第１３実施形態は、例えばリード線７３の取り出し方向を軸方向としたい場合等に有効である。なお、第１３実施形態は、磁気センサが一つの構成にも適用可能である。

（第１４実施形態）
上記実施形態ではいずれも、一組のヨークのそれぞれと対向する一組の磁束誘導部材が設けられる。これに対し図２２（ａ）、図２２（ｂ）に示す第１４実施形態の磁気センサモジュール５５４では、磁束誘導部材は、一方のヨーク側にのみ設けられ、他方のヨーク側には設けられない。例えば磁束誘導部材５６４は、一組のヨーク３１、３２の軸方向の間に配置され、上端部が上側のヨーク３１と対向する。磁気センサ７１は、磁束誘導部材５６４の下端部と下側のヨーク３２との間に配置される。すなわち、磁気センサ７１の下面は、磁束誘導部材を介することなく、下側のヨーク３２から直接磁束が伝達される。このように、磁束誘導部材は、必ずしも一組のヨークのそれぞれと対向するように一組設けられなくてもよい。なお、第１４実施形態は、磁気センサが一つの構成にも適用可能である。

（その他の実施形態）
（ａ）上記実施形態の図１等では、一組のヨーク３１、３２は一定幅の環状であり、爪３３、３４は、ヨーク３１、３２の内周から軸方向に折れ曲がるように形成されている。これに対し、図２３（ａ）、図２３（ｂ）に示す一組のヨーク３６、３７は、隣接する爪３８、３９同士の間の部分で環の内側が切り欠かれ環の幅が狭くなっている。言い換えれば、爪３８、３９は、環から径内方向へ突出してから軸方向に折れ曲がるように形成されている。これにより、爪３８、３９部分の磁気回路の面積を拡大し、ヨーク３６、３７に集められる磁束を増大させることができる。

（ｂ）上記実施形態の磁束誘導部材５１、５２は単一の軟磁性材質で形成されることを前提とし、ヨーク３１、３２との対向面積又はギャップの差によって、部位による磁気パーミアンスを変化させている。この他、式（１）によると、透磁率μの異なる二種以上の材質を貼り合わせて磁束誘導部材を構成することにより、部位による磁気パーミアンスを変化させることも理論的には可能である。

（ｃ）上記実施形態では、多極磁石１４が入力軸１１に、一組のヨーク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。

（ｄ）本発明のトルク検出装置は、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。

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、そ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。

１０ ・・・トルク検出装置、
１１ ・・・入力軸（第１軸）、 １２ ・・・出力軸（第２軸）、
１３ ・・・トーションバー、 １４ ・・・多極磁石、
３１、３２・・・一組のヨーク、
５０（５０２）・・・磁気センサモジュール、
５１（５１２）、５２（５２２）・・・磁束誘導部材、
６０ ・・・本体、 ６１、６２・・・延設部、 ６３、６４・・・周端部、
７１、７２・・・磁気センサ、 Ｘ・・・基準線。

Claims (7)

1. 第１軸（１１）と第２軸（１２）とを同軸上に連結し、前記第１軸と前記第２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（１３）と、
   前記第１軸または前記トーションバーの一端側に固定され、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配置されている多極磁石（１４）と、
   軟磁性体で形成され、前記多極磁石の径外側で前記第２軸または前記トーションバーの他端側に固定され、軸方向に互いに対向し、前記多極磁石の磁界内に磁気回路を形成する一組のヨーク（３１、３２）と、
   軟磁性体で形成され、少なくとも一方の前記ヨークと本体（６０）が対向し、前記磁気回路の磁束を誘導する一つ以上の磁束誘導部材（５１２、５２２）と、
   前記磁束誘導部材の本体、又は、当該本体から分岐した延接部（６１、６２）に設置され、前記磁束誘導部材により誘導された磁束を検出する一つ以上の磁気センサ（７１、７２）と、
   を備え、
   前記ヨークの軸方向の投影において、
   前記磁気センサが一つの場合、前記磁気センサと前記ヨークの中心軸とを結び、前記磁気センサが複数の場合、複数の前記磁気センサの中間位置と前記ヨークの中心軸とを結ぶ仮想直線を基準線（Ｘ）とし、
   前記基準線を挟み、前記磁束誘導部材の本体と前記ヨークとの対向範囲における前記ヨークの周方向両端に対応する部位を前記磁束誘導部材の本体の周端部（６３、６４）と定義すると、
   前記磁束誘導部材は、本体における前記磁気センサの設置部位又は前記延接部への分岐部位で、前記周端部に比べ、前記磁束誘導部材と前記ヨークとの間の単位面積当たりの磁気パーミアンスが大きくなるように構成されており、
   前記磁束誘導部材の本体は、前記基準線に対して対称であり、且つ、前記基準線上で前記ヨークの中心軸に対し前記磁気センサとは反対側に位置する点を中心とし、前記ヨークの中心軸を中心とする円弧よりも曲率が小さい同心円弧を対辺とする帯状に形成されているトルク検出装置。
2. 前記基準線に対して対称に配置される二つの前記磁気センサを備える請求項１に記載のトルク検出装置。
3. 前記磁束誘導部材は、少なくとも前記ヨークの軸方向において、前記ヨークと対向する請求項１または２に記載のトルク検出装置。
4. 前記一組のヨークのそれぞれと対向する一組の前記磁束誘導部材を備える請求項１〜３のいずれか一項に記載のトルク検出装置。
5. 各前記磁束誘導部材は、本体から前記ヨークの径方向外側に延びる前記延接部を有し、
   前記磁気センサは、一組の前記磁束誘導部材の前記延接部の間に配置される請求項４に記載のトルク検出装置。
6. 一組の前記磁束誘導部材の前記延接部は、前記磁気センサが間に配置される部分においてギャップが最小となるように、前記ヨークの軸方向に段差を有している請求項５に記載のトルク検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のトルク検出装置に用いられ、
   前記磁束誘導部材及び前記磁気センサが一体に構成されている磁気センサモジュール。

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