JPWO2017090127A1 - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】外部磁界ノイズの影響を抑制し、精度よくトルクを測定することが可能なトルクセンサを提供する。
【解決手段】周方向に沿って極性の異なる複数の磁極３１１，３１２が形成され第１回転部材１１１と共に回転するリング磁石３１と、トーションバーの捩じれに応じて磁極３１１，３１２との位置関係が変化し伝達する磁束が変化するように構成された磁気ヨーク４１，４２と、環状部５１１，５２１から径方向外方に突出する対向部５１３，５２３を有し磁気ヨーク４１，４２の磁束を集める集磁リング５１，５２と、対向部５１３，５２３の間に配置された第１磁気検出素子６１と、径方向に開口を有する筒状に形成され、第１磁気検出素子６１と対向部５１３，５２３とを覆うシールド部材６３と、を備え、シールド部材６３は、第１磁気検出素子６１よりも径方向外方に突出しないように設けられている。

Description

本発明は、トルクセンサに関する。

従来、車両の電動パワーステアリング装置には、操舵トルクを検出可能なトルクセンサが設けられている（例えば、特許文献１参照）。

トルクセンサは、ステアリングシャフトの入力軸と出力軸とを連結するトーションバーの捩れ角度を検出することで、操舵トルクを検出するように構成されている。例えば、入力軸に周方向に沿って極性の異なる複数の磁極が形成された環状のリング磁石を設けると共に、出力軸にトーションバーの捩じれ応じてリング磁石との相対的な角度が変化し、当該相対的な角度の変化に伴って磁極との位置関係が変化し伝達する磁束が変化するように構成された磁路形成部材を設け、磁路形成部材により導かれた磁束を一対の集磁リングで集め、集磁リング間の磁束の変化を磁気検出素子で検出するように構成することで、トーションバーの捩れ角度、すなわち操舵トルクを検出することができる。

特許第５１９３１１０号公報

しかしながら、上述のような従来のトルクセンサでは、リング磁石で発生する磁束の一部や、外部機器で発生した磁束等（以下、外部磁界ノイズと呼称する）が、磁路形成部材や集磁リングを介さずに磁気検出素子に到達してしまい、トルク測定時の誤差の要因となってしまうという課題がある。

そこで、本発明は、外部磁界ノイズの影響を抑制し、精度よくトルクを測定することが可能なトルクセンサを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、トーションバーによって連結された第１回転部材と第２回転部材の連結部に配置されたトルクセンサであって、前記第１回転部材及び前記第２回転部材の回転軸線を中心とした周方向に沿って極性の異なる複数の磁極が形成され、前記第１回転部材と共に回転する環状のリング磁石と、前記トーションバーの捩じれに応じて前記磁極との位置関係が変化し伝達する磁束が変化するように構成された複数の磁路形成部材と、前記複数の磁路形成部材の磁束を集める一対の集磁リングと、前記一対の集磁リングの間の磁界の強度を検出可能なトルク検出用磁気検出素子と、を備え、前記一対の集磁リングは、前記リング磁石と同軸上に配置された環状部と、前記環状部の周方向における同じ位置から径方向外方に突出し、軸方向に対向するように設けられた対向部と、をそれぞれ有し、前記トルク検出用磁気検出素子は、前記両対向部の間に配置されており、強磁性体から構成されると共に、前記環状部の径方向に開口を有する筒状に形成され、前記トルク検出用磁気検出素子と前記両対向部とを覆うように前記集磁リングと離間して配置されるシールド部材を備え、前記シールド部材は、前記トルク検出用磁気検出素子よりも径方向外方に突出しないように設けられている、トルクセンサを提供する。

本発明によれば、外部磁界ノイズの影響を抑制し、精度よくトルクを測定することが可能なトルクセンサを提供できる。

本発明の一実施の形態に係るトルクセンサとしてのトルク操舵角センサが適用された電動パワーステアリング装置を示す模式図である。 トルク操舵角センサを示す側面図である。 図２Ａの下面図である。 トルク検出部の構成を示す斜視図である。 第１磁気ヨークを示す斜視図である。 第２磁気ヨークを示す斜視図である。 シールド部材の径方向に沿った長さＬｓを変化させたときの外部磁界ノイズの影響のシミュレーション結果を示すグラフ図である。 外部磁界の影響により第１磁気検出素子で検出される磁束密度をリラクタ角度に換算した角度誤差と、シールド部材の長さＬｓとの関係を示すグラフ図である。 シールド部材の長さＬｓを８ｍｍとした場合において、磁束解析によって得た磁束の向きを示す模式図である。 シールド部材の長さＬｓを０．５ｍｍとした場合において、磁束解析によって得た磁束の向きを示す模式図である。 端面距離Ｄとシールド部材の長さＬｓを変化させたとき、外部磁界ノイズの影響により第１磁気検出素子で検出される磁束密度の振幅のシミュレーション結果を示すグラフ図である。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

（電動ステアリング装置の構成）
図１は、本実施の形態に係るトルク操舵角センサ２が適用された電動パワーステアリング装置１を示す模式図である。なお、トルク操舵角センサ２は、本発明のトルクセンサの一態様である。

電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール１０に連結されたステアリングシャフト１１と、ステアリングシャフト１１に自在継手１２を介して連結されたインタミディエイトシャフト１３と、インタミディエイトシャフト１３に自在継手１４を介して連結されたピニオンシャフト１５と、ピニオンシャフト１５のピニオン歯１５０と噛み合うラック歯１６０が形成されたラック軸１６と、ステアリングホイール１０の操舵操作に際してステアリングシャフト１１に付与される操舵トルクに応じて操舵補助力を発生させる操舵補助機構１７と、ステアリングホイール１０の操舵角及び操舵トルクを検出するトルク操舵角センサ２と、を有している。

ラック軸１６は、図略のラックハウジングに支持され、ステアリングホイール１０の操舵操作に応じて車幅方向に移動する。転舵輪である左右前輪１９Ｌ，１９Ｒとラック軸１６とは、左右のタイロッド１８Ｌ，１８Ｒによって連結されている。ラック軸１６及びピニオンシャフト１５は、ラックアンドピニオン式の操舵機構を構成する。

本実施の形態では、操舵補助機構１７がラック軸１６に操舵補助力を付与するラックアシスト式の操舵補助機構であり、電動モータ１７０の回転力が例えばボールねじ機構によって直線方向の移動力に変換され、操舵補助力としてラック軸１６に付与される。ただし、操舵補助機構１７としては、ステアリングシャフト１１を支持するステアリングコラムに設けられ、電動モータ１７０の回転力を例えばウォームギヤ機構によって減速し、操舵補助力としてステアリングシャフト１１に付与するコラムアシスト式のものであってもよい。

操舵補助機構１７は、制御装置２０からモータ電流の供給を受け、このモータ電流に応じた操舵補助力を発生させる。制御装置２０は、後述する操舵トルク演算部２１ａと操舵角演算部２１ｂとからなりトルク操舵角センサ２の出力信号に基づいて操舵トルク及び操舵角を演算するトルク・操舵角演算部２１と、トルク・操舵角演算部２１の演算結果に基づいて付与すべき操舵補助力を演算する操舵補助力演算部２２と、操舵補助力演算部２２で演算された操舵補助力に応じたモータ電流を出力し、操舵補助機構１７の電動モータ１７０を駆動するモータ駆動回路２３とを有している。

操舵補助力演算部２２は、操舵トルクが大きいほど、また操舵角の時間的な変化に基づいて演算される操舵速度が高いほど、操舵補助機構１７によって操舵機構に付与される操舵補助力が大きくなるように演算を行う。また、トルク・操舵角演算部２１で演算された操舵角は、例えば車両の横滑り防止装置（ＥＳＣ : Electronic Stability Control）等における制御にも用いられる。

ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１０側の第１回転部材１１１と、インタミディエイトシャフト１３側の第２回転部材１１２とを有し、第１回転部材１１１と第２回転部材１１２とが、図示しないトーションバーによって連結されている。トルク操舵角センサ２は、第１回転部材１１１と第２回転部材１１２との連結部に配置されている。なお、本実施の形態では、トルク操舵角センサ２がステアリングシャフト１１に配置されているが、これに限らず、例えばピニオンシャフト１５にトルク操舵角センサ２を配置してもよい。

（トルク操舵角センサの構成）
次に、トルク操舵角センサ２の構成について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、ステアリングシャフト１１の軸方向におけるステアリングホイール１０側を「上」とし、その反対側（インタミディエイトシャフト１３側）を「下」として説明するが、この「上」又は「下」は、電動パワーステアリング装置１の使用状態における鉛直方向の上下を限定するものではない。

図２Ａはトルク操舵角センサ２を示す側面図、図２Ｂはその下面図である。

ステアリングシャフト１１の第１回転部材１１１及び第２回転部材１１２は、回転軸線Ｏを共有し、ステアリングホイール１０と共に回転する。第１回転部材１１１と第２回転部材１１２とは、ステアリングホイール１０の操舵トルクに応じて捩れ角度を生じるトーションバー（不図示）によって連結されている。トーションバーは、その軸方向における一方の端部が第１回転部材１１１に相対回転不能に連結され、他方の端部が第２回転部材１１２に相対回転不能に連結されている。トルク操舵角センサ２は、第１回転部材１１１と第２回転部材１１２の連結部に配置されている。

トルク操舵角センサ２は、操舵トルクを検出するためのトルク検出部２ａ、及び操舵角を検出するための操舵角検出部２ｂを有し、ステアリングシャフト１１をチルト調整可能に保持するコラムハウジング（不図示）に収容されている。コラムハウジングは、第１回転部材１１１の回転によって回転しない本発明の「非回転部材」の一態様である。

（トルク検出部２ａの構成）
図３Ａは、トルク検出部２ａの構成を示す斜視図、図３Ｂはその第１磁気ヨークを示す斜視図、図３Ｂは、その第２磁気ヨークを示す斜視図である。

図２Ａ，Ｂおよび図３Ａ〜Ｃに示すように、トルク検出部２ａは、第１回転部材１１１と共に回転する環状のリング磁石３１と、リング磁石３１による磁束の磁路を形成する複数の磁路形成部材（リラクタ）としての第１磁気ヨーク（第１リラクタ）４１及び第２磁気ヨーク（第２リラクタ）４２と、第１磁気ヨーク４１及び第２磁気ヨーク４２の磁束を集める１対の集磁リング５１，５２と、一対の集磁リング５１，５２の間の磁界の強度を検出可能な第１磁気検出素子６１と、を有し、第１磁気検出素子６１が検出した磁界の強度を基にステアリングホイール１０の操舵トルクを演算するように構成されている。第１磁気検出素子６１は、本発明のトルク検出用磁気検出素子の一態様である。

リング磁石３１には、回転軸線Ｏを中心とした周方向に沿って磁性の異なる複数の磁極が形成されている。本実施の形態では、４つのＮ極３１１及び４つのＳ極３１２からなる８つの磁極がリング磁石３１に形成されている。

集磁リング５１，５２は、リング磁石３１から軸方向（回転軸線方向）にずれた位置（ここでは下方）に配置されている。集磁リング５１，５２は、第１集磁リング５１と、第１集磁リング５１よりも上方に配置された第２集磁リング５２と、を有し、両集磁リング５１，５２よりもさらに上方に、リング磁石３１が配置されている。両集磁リング５１，５２は、両回転部材１１１，１１２の回転に伴って回転しないように、両回転部材１１１，１１２と離間して設けられており、コラムハウジング等の非回転部材に固定されている。

集磁リング５１，５２は、軸方向の幅が径方向の厚みよりも大きい円筒状に形成され、リング磁石３１と同軸上に配置された環状部５１１，５２１と、環状部５１１，５２１の周方向における同じ位置から径方向外方に突出し、軸方向に対向するように設けられた対向部５１３，５２３と、を有している。

ここでは、第１集磁リング５１の環状部５１１の上端部から上方に延在するように連結部５１２が一体に設けられ、連結部５１２から径方向外方に突出するように対向部５１３が一体に設けられている。また、第２集磁リング５２では、環状部５２１の下端部から下方に延在するように連結部５２２が一体に設けられ、連結部５２２から径方向外方に突出するように対向部５２３が一体に設けられている。両対向部５１３，５２３は、所定の間隔で軸方向に対向するように設けられており、両対向部５１３，５２３間に、トルク検出用磁気検出素子としての第１磁気検出素子６１が配置されている。

第１磁気検出素子６１は、例えばホール効果を利用して磁界の強度を検出するホールＩＣである。第１磁気検出素子６１の出力信号は、制御装置２０のトルク・操舵角演算部２１に出力される。

磁路形成部材としての第１磁気ヨーク４１及び第２磁気ヨーク４２は、樹脂等からなる保持部材（不図示）により保持され第２回転部材１１２に固定されており、第２回転部材１１２と共に回転するように設けられている。

第１磁気ヨーク４１は、リング磁石３１と第１集磁リング５１とを磁気的に結合させるように構成され、第２磁気ヨーク４２は、リング磁石３１と第２集磁リング５２とを磁気的に結合させるように構成されている。

第１磁気ヨーク４１は、リング磁石３１の軸方向端面に平行に対向する対向片４１１と、第１集磁リング５１の環状部５１１との間で磁束を受け渡しする受け渡し部４１３と、対向片４１１と受け渡し部４１３との間で磁束を伝達する伝達部４１２とを有している。伝達部４１２は、回転軸線Ｏと平行な軸方向伝達部４１２ａと、軸方向伝達部４１２ａの下端部から第１集磁リング５１の環状部５１１に向かって径方向に延びる径方向伝達部４１２ｂとからなる。受け渡し部４１３は、第１集磁リング５１の環状部５１１の内周面５１１ａと径方向に対向する板状に形成されている。

第２磁気ヨーク４２は、リング磁石３１の軸方向端面に平行に対向する対向片４２１と、第２集磁リング５２の環状部５２１との間で磁束を受け渡しする受け渡し部４２３と、対向片４２１と受け渡し部４２３との間で磁束を伝達する伝達部４２２とを有している。伝達部４２２と受け渡し部４２３とは、一枚の平板からなり、このうち第２集磁リング５２の環状部５２１の内周面５２１ａと対向する部分が受け渡し部４２３であり、受け渡し部４２３よりもリング磁石３１側の部分が伝達部４２２である。つまり、受け渡し部４２３は、第２集磁リング５２の環状部５２１の内周面５２１ａと径方向に対向する板状に形成されている。

両磁気ヨーク４１，４２は、ステアリングシャフト１１に操舵トルクが付与されていないときに、対向片４１１，４２１の中央部が、リング磁石３１のＮ極３１１とＳ極３１２との境界部に向かい合うように設けられている。この状態では、第１磁気検出素子６１で検出される磁界の強度は実質的にゼロとなる。

ここで、ステアリングシャフト１１に操舵トルクが付与されてトーションバーが捩じれると、この捩じれによって、リング磁石３１と第１及び第２磁気ヨーク４１，４２とが相対回転し、リング磁石３１の磁極（Ｎ極３１１及びＳ極３１２）に対する第１及び第２磁気ヨーク４１，４２の対向片４１１，４２１の対向位置がリング磁石３１の周方向にずれる。

例えばリング磁石３１が第１及び第２磁気ヨーク４１，４２に対して図３（ａ）の矢印Ａ方向に所定角度（例えば５°）回転すると、第１磁気ヨーク４１の対向片４１１と軸方向に対向するリング磁石３１の磁極のうち、Ｎ極３１１が占める割合がＳ極３１２よりも高くなる。また、第２磁気ヨーク４２の対向片４２１と軸方向に対向するリング磁石３１の磁極のうち、Ｓ極３１２が占める割合がＮ極３１１よりも高くなる。これにより、Ｎ極３１１から放出される磁束の一部が第１磁気ヨーク４１及び第１集磁リング５１を経て第１磁気検出素子６１を通過し、第２集磁リング５２及び第２磁気ヨーク４２を経てＳ極３１２に戻る。

一方、リング磁石３１が第１及び第２磁気ヨーク４１，４２に対して矢印Ａ方向とは逆方向に回転した場合には、第１磁気ヨーク４１の対向片４１１と軸方向に対向するリング磁石３１の磁極のうち、Ｓ極３１２が占める割合がＮ極３１１よりも高くなり、第２磁気ヨーク４２の対向片４２１と軸方向に対向するリング磁石３１の磁極のうち、Ｎ極３１１が占める割合がＳ極３１２よりも高くなる。これにより、第１磁気検出素子６１を上記とは逆方向に磁束が通過する。

第１磁気検出素子６１で検出される磁界の強度（絶対値）は、トーションバーの捩じれ量、すなわちリング磁石３１と磁気ヨーク４１，４２の相対的な角度（以下、リラクタ角度という）が大きくなるほど強くなる。このように、トーションバーの捩じれに応じてリラクタ角度が変化し、当該リラクタ角度の変化に伴って、磁気ヨーク４１，４２の磁極３１１，３１２との位置関係が変化し、集磁リング５１，５２に伝達する磁束が変化する。その結果、第１磁気検出素子６１で検出される磁界の強度が変化し、その磁界の方向がトーションバーの捩じれ方向に応じて切り替わることになる。

トルク・操舵角演算部２１は、第１磁気検出素子６１が検出した磁界の強度を基に、リング磁石３１と磁路形成部材（磁気ヨーク４１，４２）との相対的な角度であるリアクタ角度を求め、求めたリアクタ角度を基に、ステアリングホイール１０の操舵トルクを演算するように構成される。

また、本実施の形態では、第１磁気検出素子６１と両対向部５１３，５２３とを覆うように、シールド部材６３が設けられている。シールド部材６３の詳細については後述する。

（操舵角検出部２ｂの構成）
図２に示すように、操舵角検出部２ｂは、リング磁石３１と、リング磁石３１からの磁界を受ける位置に、基板８２に固定して配置された第２磁気検出素子６２と、第２の磁気検出素子６２にリング磁石３１とは異なる方向の磁界を生じさせるスライド磁石３２と、第１回転部材１１１の回転に伴ってスライド磁石３２を第２の磁気検出素子６２に対して接近及び離間する方向に移動させるスライド機構７と、第２磁気検出素子６２が検出した磁界の強度を基に、ステアリングホイール１０の操舵角を演算する操舵角演算部２１ｂと、を備えている。なお、リング磁石３１は、トルク検出部２ａの構成要素であると共に、操舵角検出部２ｂの構成要素でもある。

第２磁気検出素子６２は、第１回転部材１１１の回転によって回転しない非回転部材にリング磁石３１の外周面に対向して配置されている。第２磁気検出素子６２としては、リング磁石３１の径方向（Ｘ方向）、回転軸線Ｏと平行な軸方向（Ｙ方向）、および径方向と軸方向に垂直な接線方向（Ｚ方向）の３方向における磁界の強度を検出可能な３軸の磁気検出素子が用いられる。第２磁気検出素子６２とリング磁石３１との距離（径方向に沿った距離）は、例えば１５ｍｍである。

第２磁気検出素子６２は、Ｘ方向及びＺ方向の磁界を検出可能であることにより、リング磁石３１から受ける磁界を検出可能である。また、第２磁気検出素子６２は、回転軸線Ｏと平行なＹ方向の磁界を検出可能であることにより、スライド磁石３２から受ける磁界の強度を検出可能である。

第２磁気検出素子６２は、例えばホール効果を利用して磁界の強度を検出するホールＩＣである。第２磁気検出素子６２の出力信号は、制御装置２０のトルク・操舵角演算部２１に出力される。

スライド磁石３２は、第２磁気検出素子６２と軸方向（Ｙ方向）に対向して配置されている。スライド磁石３２は、その磁化方向が回転軸線Ｏと平行であり、軸方向（Ｙ方向）に沿って極性の異なる磁極（Ｎ極３２１およびＳ極３２２）が形成されている。これにより、スライド磁石３２は、第２磁気検出素子６２に対し、Ｘ方向及びＺ方向に発生する磁界を抑制するように構成されている。本実施の形態では、スライド磁石３２は、Ｎ極３２１が第２磁気検出素子６２に対向するように配置されている。

また、スライド磁石３２と第２磁気検出素子６２は、第１磁気検出素子６１との間に回転軸線Ｏを挟むように配置されている。これにより、スライド磁石３２の磁界が第１磁気検出素子６１による磁界強度の検出結果に影響を与えてしまうことが抑制されている。

スライド機構７は、第１回転部材１１１の回転に伴ってスライド磁石３２を軸方向（Ｙ方向）に沿って移動させるものである。スライド機構７は、スライド磁石３２を支持する支持部材としてのスライダ７１と、第１回転部材１１１と共に回転し、外周面にスライダ７１と噛み合う噛み合い部７００が螺旋状に形成された環状部材としてのスライド駆動部材７０と、を有している。図示していないが、スライド機構７は、コラムハウジング等の非回転部材に固定され、スライダ７１を回転軸線Ｏと平行に案内するガイド部材を有してもよい。スライド駆動部材７０およびスライダ７１は、例えばアルミニウムやオーステナイト系ステンレス等の非磁性金属もしくは硬質樹脂等の非磁性体からなる。

スライド駆動部材７０は、その内部に第１回転部材１１１が挿入される円筒状に形成され、第１回転部材１１１に固定されている。スライド駆動部材７０の下端部には、リング磁石３１が例えば接着によって固定されている。スライド駆動部材７０は、その下端部の外径が噛み合い部７００の外径よりも小さく形成され、この下端部における外周面にリング磁石３１が嵌着されている。

噛み合い部７００は、スライド駆動部材７０その外周面に一条の螺旋状の溝を設けることで形成されている。噛み合い部７００は、ステアリングホイール１０が左右の最大舵角まで操舵された場合にも、スライダ７１との噛み合いによりスライド磁石３２を第２の磁気検出素子６２に対して接近及び離間させる方向に移動させることが可能な範囲に形成されている。

スライダ７１は、スライド駆動部材７０の噛み合い部７００と噛み合うスライダ側噛み合い部（不図示）が内周面に形成された円環状のリング部７１１と、リング部７１１の周方向の一部から径方向外方に突出するように設けられ、スライド磁石３２を支持する支持部７１２と、を有している。スライド駆動部材７０が第１回転部材１１１と共に回転すると、噛み合い部７００とスライダ側噛み合い部の噛み合いにより、スライダ７１が上下に移動する。

操舵角検出部２ｂでは、スライダ７１に支持されたスライド磁石３２がスライダ７１と共に下方に移動すると、スライド磁石３２と第２磁気検出素子６２との距離が短くなり、第２磁気検出素子６２で検出されるＹ方向の磁界の強度が強くなる。一方、スライド磁石３２がスライダ７１と共に上方に移動すると、スライド磁石３２と第２磁気検出素子６２との距離が長くなり、第２磁気検出素子６２で検出されるＹ方向の磁界の強度が弱くなる。

他方、第２磁気検出素子６２は、リング磁石３１の外周面に対向して配置されているため、リング磁石３１が回転すると、リング磁石３１のＮ極３１１及びＳ極３１２が交互に第２の磁気検出素子６２に向かい合う。これにより、Ｘ方向とＺ方向の磁界の強度が周期的に変化する。ここでは、リング磁石３１においてＮ極３１１とＳ極３１２が４対設けられているため、Ｘ方向とＺ方向の磁界の強度の変化周期は９０°（±４５°）となる。

そこで、トルク・操舵角演算部２１は、第２磁気検出素子６２が検出した３方向の磁界の強度を基に、Ｘ方向とＺ方向の磁界の強度から、任意の周期内でのリング磁石３１の相対的な回転角度（以下、リング角度と呼称する）を求め、かつ、Ｙ方向の磁界の強度から、基準位置から何周期目の周期的変化であるか（以下、回転周期と呼称する）を求め、求めたリング角度と回転周期とから、基準位置からの操舵角を絶対角度として求めるように構成されている。

（シールド部材６３の説明）
さて、本実施の形態に係るトルク操舵角センサ２では、リング磁石３１で発生する磁束の一部や、外部機器で発生した磁束等の外部磁界ノイズが、第１磁気検出素子６１による磁界強度の検出結果に影響を与えてしまうことを抑制するためのシールド部材６３が備えられている。

シールド部材６３は、集磁リング５１，５２の環状部５１１，５２１の径方向に開口を有する筒状に形成され、第１磁気検出素子６１と両対向部５１３，５２３とを覆うように、集磁リング５１，５２と離間して配置されている。

シールド部材６３としては、強磁性体からなるものを用いることができ、例えば、鉄やパーマロイ等の軟磁性体からなるものを用いることができる。本実施の形態では、鉄からなるシールド部材６３を用いた。

ここでは、シールド部材６３を角筒状に形成したが、シールド部材６３の形状はこれに限定されず、例えば円筒状に形成されていてもよい。シールド部材６３は、例えばアルミニウムやオーステナイト系ステンレス等の非磁性金属もしくは硬質樹脂等の非磁性体からなる硬質樹脂等の非磁性体からなる支持部材（不図示）により、集磁リング５１，５２に支持され固定されている。

本実施の形態では、シールド部材６３は、第１磁気検出素子６１よりも径方向外方に突出しないように設けられている。これは、本発明者らが検討したところ、シールド部材６３を第１磁気検出素子６１よりも径方向外方に突出するように設けると、シールド部材６３による外部磁界ノイズの抑制効果が小さくなってしまうことを見出したためである。

一例として、軸方向における外径を７ｍｍ、内径を５ｍｍとし、軸方向と垂直方向（接線方向）における外径を８ｍｍ、内径を６ｍｍとした鉄製の角筒状のシールド部材６３を用い、シールド部材６３の環状部５１１，５２１側の端面である基端面と回転軸線Ｏとの距離（以下、端面距離という）Ｄを１９．４ｍｍとした場合において、シールド部材６３の径方向に沿った長さ（以下、単にシールド部材６３の長さという）Ｌｓを変化させたときの外部磁界ノイズの影響のシミュレーション結果を図４に示す。図４における縦軸は、外部磁界ノイズの影響（ここでは主にリング磁石３１による影響）により第１磁気検出素子６１で検出される磁束密度を表し、横軸はリング磁石３１の回転角度（リング角度）を表している。

なお、端面距離Ｄを１９．４ｍｍとした場合におけるシールド部材６３の基端面と環状部５１１，５２１の径方向に沿った距離ｄは１．５ｍｍである。また、対向部５１３，５２３および第１磁気検出素子６１の環状部５１１，５２１からの突出長（径方向に沿った長さ）は２ｍｍであり、シールド部材６３の長さＬｓが２．５ｍｍより大きいと、シールド部材６３が第１磁気検出素子６１よりも径方向外方に突出していることを表している。

また、外部磁界の影響により第１磁気検出素子６１で検出される磁束密度をリラクタ角度に換算した角度誤差と、シールド部材６３の長さＬｓとの関係を図５に示す。なお、図４および図５では、シールド部材６３を設けない場合（シールド無し）のシミュレーション結果も併せて示している。

図４および図５に示すように、シールド部材６３の長さＬｓを長くするほど、外部磁界ノイズの影響（ここではリング磁石３１による影響）が大きくなり、角度誤差も大きくなっていることが分かる。また、図４および図５より、シールド部材６３の長さＬｓを２．５ｍｍ以下とし、シールド部材６３が第１磁気検出素子６１よりも径方向外方に突出しないようにすることで、外部磁界ノイズの影響が大きく抑制され、角度誤差も小さくなっていることが分かる。なお、シールド部材６３を設けない場合については、シールド部材６３を設けた場合と比較して外部磁界ノイズの影響が大きく、角度誤差も大きくなっている

シールド部材６３の長さＬｓを８ｍｍおよび０．５ｍｍとしたそれぞれの場合において、磁束解析によって得た磁束の向きを模式的に図６および図７に示す。

図６に示すように、シールド部材６３の長さＬｓを８ｍｍとして、シールド部材６３を第１磁気検出素子６１よりも径方向外方に突出させた場合、リング磁石３１からの磁束はシールド部材６３の外側に集まり、シールド部材６３の内側（中空部）へと放出されている。このうち、第１磁気検出素子６１よりも径方向外方に突出した部分のシールド部材６３からシールド部材６３の内側へと放出された磁束が、第１磁気検出素子６１へと向かっており、これにより第１磁気検出素子６１で検出される磁束密度、すなわち外部磁界ノイズの影響により検出される磁束密度が大きくなっていると考えられる。

これに対して、図７に示すように、シールド部材６３の長さＬｓを０．５ｍｍと短くして、シールド部材６３を第１磁気検出素子６１よりも径方向外方に突出させないようにした場合、シールド部材６３からシールド部材６３の内側へと放出され第１磁気検出素子６１へと向かう磁束が低減され、外部磁界ノイズの影響が抑制されている。

このように、シールド部材６３を第１磁気検出素子６１よりも径方向外方に突出しないように設けることで、外部磁界ノイズの影響が抑制し、精度よくトルク測定を行うことが可能である。

さらに、シールド部材６３の長さＬｓを短くし、径方向において、第１磁気検出素子６１と両対向部５１３，５２３の一部のみを覆うようにシールド部材６３を設けることで、外部磁界ノイズの影響をより抑制することが可能である。換言すれば、シールド部材６３の長さＬｓを、第１磁気検出素子６１と両対向部５１３，５２３の径方向の長さよりも短くし、第１磁気検出素子６１と両対向部５１３，５２３の一部がシールド部材６３から露出（突出）した構成とすることで、第１磁気検出素子６１と両対向部５１３，５２３の全体をシールド部材６３で覆った場合と比較して、外部磁界ノイズの影響をより抑制することが可能になる。

また、第１磁気検出素子６１と両対向部５１３，５２３とが、シールド部材６３よりも径方向外方に突出するように構成することで、シールド部材６３からシールド部材６３の内側へと放出され第１磁気検出素子６１へと向かう磁束を低減でき、外部磁界ノイズの影響をより抑制することが可能である。

次に、端面距離Ｄを１８．４ｍｍ（ｄ＝０．５ｍｍ）、１８．９ｍｍ（ｄ＝１．０ｍｍ）、１９．４ｍｍ（ｄ＝１．５ｍｍ）、１９．９ｍｍ（ｄ＝１．５ｍｍ）としたそれぞれの場合について、シールド部材６３の長さＬｓを変化させたときの外部磁界ノイズの影響により第１磁気検出素子６１で検出される磁束密度の振幅をシミュレーションにより求めた。シミュレーション結果を図８にまとめて示す。

図８に示すように、端面距離Ｄを１８．４ｍｍとした場合には、シールド部材６３の長さＬｓを０．９ｍｍとしたときに外部磁界ノイズの影響が最少となる。同様に、端面距離Ｄを１８．９ｍｍとした場合にはＬｓ＝０．６ｍｍ、端面距離Ｄを１９．４ｍｍとした場合にはＬｓ＝０．４ｍｍ、端面距離Ｄを１９．９ｍｍとした場合にはＬｓ＝０．３ｍｍとすることで、外部磁界ノイズの影響を最少とすることができる。

図８のシミュレーション結果より、端面距離Ｄを大きくするほど（シールド部材６３を環状部５１１，５２１から離して配置するほど）シールド部材６３の長さＬｓを短くすることで、外部磁界ノイズの影響をより抑制可能となることが分かる。すなわち、端面距離Ｄ（あるいはシールド部材６３の基端と環状部５１１，５２１との径方向に沿った距離ｄ）に応じて、シールド部材６３の長さＬｓを適宜選択することで、外部磁界ノイズの影響を最少とすることが可能になる。

シールド部材６３の長さＬｓが短すぎると、シールド部材６３を精度良く製造することが困難となるため、シールド部材６３の長さＬｓは０．５ｍｍ以上とすることが望ましい。そのため、端面距離Ｄについては、シールド部材６３の長さＬｓが０．５ｍｍ以上で外部磁界ノイズの影響を最少となる１８．９ｍｍ以下（ｄ≦１ｍｍ）とすることがより望ましいといえる。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係るトルク操舵角センサ２では、強磁性体から構成されると共に、環状部５１１，５２１の径方向に開口を有する筒状に形成され、第１磁気検出素子６１と両対向部５１３，５２３とを覆うように集磁リング５１，５２と離間して配置されるシールド部材６３を備え、シールド部材６３は、第１磁気検出素子６１よりも径方向外方に突出しないように設けられている。

シールド部材６３を備えることで、リング磁石３１や外部機器等の磁束発生源から発生する磁束が第１磁気検出素子６１に影響を及ぼしてしまうことを抑制できる。また、シールド部材６３を第１磁気検出素子６１よりも径方向外方に突出しないように設けることで、シールド部材６３から放出された磁束が第１磁気検出素子６１を通過してしまうことを抑制できる。その結果、外部磁界ノイズの影響を抑制し、精度よくトルクを測定することが可能になる。

また、本実施の形態では、トルク検出部２ａに加えて操舵角検出部２ｂを備えたトルク操舵角センサ２を構成しているため、シールド部材６３を備えることで、操舵角検出部２ｂを構成するスライド磁石３２等の部材がトルク測定に悪影響を及ぼすことも抑制可能である。

本実施の形態によれば、シールド部材６３の長さＬｓとシールド部材６３を搭載する位置（端面距離Ｄ）を調整するのみで、外部磁界ノイズの影響を抑制可能であり、簡単な構造で高精度なトルク測定を実現できる。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］トーションバーによって連結された第１回転部材（１１１）と第２回転部材（１１２）の連結部に配置されたトルクセンサ（２）であって、前記第１回転部材（１１１）及び前記第２回転部材（１１２）の回転軸線を中心とした周方向に沿って極性の異なる複数の磁極（３１１，３１２）が形成され、前記第１回転部材（１１１）と共に回転する環状のリング磁石（３１）と、前記トーションバーの捩じれに応じて前記磁極（３１１，３１２）との位置関係が変化し伝達する磁束が変化するように構成された複数の磁路形成部材（４１，４２）と、前記複数の磁路形成部材（４１，４２）の磁束を集める一対の集磁リング（５１，５２）と、前記一対の集磁リング（５１，５２）の間の磁界の強度を検出可能なトルク検出用磁気検出素子（６１）と、を備え、前記一対の集磁リング（５１，５２）は、前記リング磁石（３１）と同軸上に配置された環状部（５１１．５２１）と、前記環状部（５１１，５２１）の周方向における同じ位置から径方向外方に突出し、軸方向に対向するように設けられた対向部（５１３，５２３）と、をそれぞれ有し、前記トルク検出用磁気検出素子（６１）は、前記両対向部（５１３，５２３）の間に配置されており、強磁性体から構成されると共に、前記環状部（５１１，５２１）の径方向に開口を有する筒状に形成され、前記トルク検出用磁気検出素子（６１）と前記両対向部（５１３，５２３）とを覆うように前記集磁リング（５１，５２）と離間して配置されるシールド部材（６３）を備え、前記シールド部材（６３）は、前記トルク検出用磁気検出素子（６１）よりも径方向外方に突出しないように設けられている、トルクセンサ（２）。

［２］前記シールド部材（６３）は、前記径方向において、前記トルク検出用磁気検出素子（６１）と前記両対向部（５１３，５２３）の一部のみを覆うように構成されている、［１］に記載のトルクセンサ（２）。

［３］前記トルク検出用磁気検出素子（６１）と前記両対向部（５１３，５２３）とが、前記シールド部材（６３）よりも径方向外方に突出するように構成されている、［２］に記載のトルクセンサ（２）。

［４］前記第１回転部材（１１１）の回転によって回転しない非回転部材に前記リング磁石（３１）の外周面に対向して配置され、前記リング磁石（３１）の径方向、前記回転軸線と平行な軸方向、および前記径方向と前記軸方向に垂直な接線方向の３方向における磁界の強度を検出可能な第２磁気検出素子（６２）と、前記第２磁気検出素子（６２）と前記軸方向に対向して配置されるスライド磁石（３２）と、前記第１回転部材（１１１）の回転に伴って前記スライド磁石（３２）を前記軸方向に移動させるスライド機構（７）と、をさらに備えた、［１］乃至［３］の何れか１項に記載のトルクセンサ（２）。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施の形態では、トルク検出部２ａと操舵角検出部２ｂとを備えたトルク操舵角センサ２について説明したが、操舵角検出部２ｂを省略しトルク測定のみが可能に構成されていてもよい。

１１１…第１回転部材
１１２…第２回転部材
２…トルク操舵角センサ（トルクセンサ）
３１…リング磁石
３１１…Ｎ極（磁極）
３１２…Ｓ極（磁極）
４１…第１磁気ヨーク（磁路形成部材）
４２…第２磁気ヨーク（磁路形成部材）
５１…第１集磁リング（集磁リング）
５２…第２集磁リング（集磁リング）
５１１，５２１…環状部
５１３，５２３…対向部
６１…第１磁気検出素子（トルク検出用磁気検出素子）
６３…シールド部材

Claims (4)

1. トーションバーによって連結された第１回転部材と第２回転部材の連結部に配置されたトルクセンサであって、
   前記第１回転部材及び前記第２回転部材の回転軸線を中心とした周方向に沿って極性の異なる複数の磁極が形成され、前記第１回転部材と共に回転する環状のリング磁石と、
   前記トーションバーの捩じれに応じて前記磁極との位置関係が変化し伝達する磁束が変化するように構成された複数の磁路形成部材と、
   前記複数の磁路形成部材の磁束を集める一対の集磁リングと、
   前記一対の集磁リングの間の磁界の強度を検出可能なトルク検出用磁気検出素子と、を備え、
   前記一対の集磁リングは、前記リング磁石と同軸上に配置された環状部と、前記環状部の周方向における同じ位置から径方向外方に突出し、軸方向に対向するように設けられた対向部と、をそれぞれ有し、
   前記トルク検出用磁気検出素子は、前記両対向部の間に配置されており、
   強磁性体から構成されると共に、前記環状部の径方向に開口を有する筒状に形成され、前記トルク検出用磁気検出素子と前記両対向部とを覆うように前記集磁リングと離間して配置されるシールド部材を備え、
   前記シールド部材は、前記トルク検出用磁気検出素子よりも径方向外方に突出しないように設けられている、
   トルクセンサ。
2. 前記シールド部材は、前記径方向において、前記トルク検出用磁気検出素子と前記両対向部の一部のみを覆うように構成されている、
   請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 前記トルク検出用磁気検出素子と前記両対向部とが、前記シールド部材よりも径方向外方に突出するように構成されている、
   請求項２に記載のトルクセンサ。
4. 前記第１回転部材の回転によって回転しない非回転部材に前記リング磁石の外周面に対向して配置され、前記リング磁石の径方向、前記回転軸線と平行な軸方向、および前記径方向と前記軸方向に垂直な接線方向の３方向における磁界の強度を検出可能な第２磁気検出素子と、
   前記第２磁気検出素子と前記軸方向に対向して配置されるスライド磁石と、
   前記第１回転部材の回転に伴って前記スライド磁石を前記軸方向に移動させるスライド機構と、をさらに備えた、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のトルクセンサ。

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