WO2005108943A1 - トルク検出装置 - Google Patents

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WO2005108943A1
WO2005108943A1 PCT/JP2005/008513 JP2005008513W WO2005108943A1 WO 2005108943 A1 WO2005108943 A1 WO 2005108943A1 JP 2005008513 W JP2005008513 W JP 2005008513W WO 2005108943 A1 WO2005108943 A1 WO 2005108943A1
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WO
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magnetic
magnetic flux
flux collecting
ring
torque
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/008513
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yoshitomo Tokumoto
Toshiharu Ishihara
Takanori Hamada
Naoki Nakane
Original Assignee
Jtekt Corporation
Denso Corporation
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Publication date
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Priority claimed from JP2004165725A external-priority patent/JP2005345284A/ja
Application filed by Jtekt Corporation, Denso Corporation filed Critical Jtekt Corporation
Priority to EP05739153A priority Critical patent/EP1752749A4/en
Priority to US11/579,948 priority patent/US7568400B2/en
Publication of WO2005108943A1 publication Critical patent/WO2005108943A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/104—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving permanent magnets

Definitions

  • the present invention relates to a tonnolek detecting device used for detecting a steering torque applied to a steering member for steering in an electric power steering device, for example.
  • a steering device In an electric power steering device that drives an electric motor for assisting steering in response to a rotation operation of a steering member such as a steering wheel and transmits the rotational force of the electric motor to a steering mechanism to assist the steering, a steering device is used. It is necessary to detect the steering torque applied to the steering member in order to use it for drive control of the auxiliary electric motor, and for this detection, a steering shaft that connects the steering member and the steering mechanism is conventionally provided in the middle. The used torque detector is used.
  • a steering shaft to be detected is divided into a first shaft and a second shaft which are coaxially connected, and a steering torque is applied to the steering shaft by rotating the steering member.
  • a relative angular displacement is generated between the first axis and the second axis by the action of the steering torque, and the steering torque is detected using the relative angular displacement as a medium.
  • the connection between the first shaft and the second shaft is made via a small diameter torsion bar having a controlled torsional spring constant for producing a predetermined relative angular displacement in accordance with the torque applied thereto.
  • the detection of the relative angular displacement between the first and second axes has conventionally been realized by various means.
  • One of them is a cylindrical magnet that rotates integrally with the first axis and a second axis.
  • a torque detecting device that is configured to detect the relative angular displacement by utilizing a change in a magnetic circuit between the cylindrical magnet and the yoke ring. Reference 1).
  • the yoke ring that rotates integrally with the second shaft is configured by arranging a plurality of magnetic pole claws extending in the axial direction on one side of a yoke main body having a ring shape in the circumferential direction. Are fixed to the second shaft as a set of two arranged alternately.
  • the cylindrical magnet that rotates integrally with the first shaft is a multi-pole magnet that has the same number of sets of magnetic poles as the magnetic pole claws of the yoke ring arranged in the circumferential direction.
  • the yoke ring is fixed to the first shaft while being positioned so as to be aligned on the boundary between the magnetic pole claw forces N and S poles of the yoke ring.
  • a magnetic flux collection ring force for collecting magnetic fluxes generated in the two yoke rings is disposed so as to closely surround the outside of each yoke main body.
  • These magnetic flux collecting rings are provided with magnetic flux collecting protrusions projecting outward in the radial direction, and a magnetic element such as a Hall element is provided between the magnetic flux collecting projections facing each other with a predetermined air gap therebetween.
  • a magnetic sensor using a sensing element is provided.
  • the magnetic flux collection ring is disposed around the yoke ring, when a vehicle-mounted speaker or the like having a permanent magnet is disposed near the torque detecting device, the permanent magnet such as the vehicle-mounted speaker is provided. Since a detection error may occur due to the influence of the magnetic field generated by the force, for example, the entire torque detecting device is covered with a magnetic shielding member, or the housing that houses and supports the first and second shafts is a magnetic shielding member. This is considered to be the power to eliminate detection errors due to the external magnetic field by coating.
  • Patent Document 1 JP 2003-149062 A
  • the torque detecting device configured as described above is used for detecting the steering torque of a vehicle, it is necessary to take measures against the failure of the magnetic sensor.
  • the magnetic flux collecting projections are protruded, and each magnetic sensor is arranged between the magnetic flux collecting projections, and a failure judgment is performed by comparing outputs of these magnetic sensors.
  • FIG. 22 is an explanatory diagram of a problem of the conventional torque detecting device.
  • Reference numeral 6 in the figure denotes a magnetic flux collecting ring, which has magnetic flux collecting protrusions 60, 60 projecting radially outward at appropriate distances around the circumference.
  • Numerals 7 and 7 in the figure denote magnetic sensors, which are projectingly supported on one surface of the common circuit board 70 in parallel with each other.
  • FIG. 22 shows a planar positional relationship of the magnetic sensors 7, 7 with respect to the magnetic flux collecting projections 60, 60, and illustration of the magnetic flux collecting projections 60, 60 located above the magnetic sensors 7, 7 is omitted. I have.
  • FIG. 22 (a) shows a state where the magnetic sensors 7, 7 are correctly positioned with respect to the magnetic flux collecting protrusions 60, 60.
  • the respective magnetic detection areas 72, 72 are located inside the respective magnetic flux collecting projections 60, 60, and the positioning force is also positioned so as to coincide with the center in the width direction.
  • This positioning is performed by adjusting the position of the circuit board 70 with respect to the magnetic flux collecting ring 6 so that the insertion positions of the magnetic sensors 7, 7 between the respective magnetic flux collecting protrusions 60, 60 are indicated by X in the figure.
  • the adjustment is performed in the radial direction of the magnetic ring 6 (the insertion direction of the magnetic sensors 7 and 7) and the tangential direction indicated by Y in the figure (the direction orthogonal to the insertion direction of the magnetic sensors 7 and 7).
  • FIG. 22 (b) shows a state where the circuit board 70 is incorrectly positioned in the radial direction X with respect to the magnetic flux collecting ring 6, and the magnetic sensors 7 and 7 Regions 72 and 72 are also displaced in the width direction from the center of magnetic flux collecting protrusions 60 and 60. If position adjustment is further performed in this state by mistake in the tangential direction Y, as shown in FIG. The magnetic detection area 72 of the magnetic sensor 7 is outside the magnetic flux collecting protrusion 60, and a highly accurate torque detection value cannot be obtained in this state.
  • the torque detection sensitivity depends on the magnitude of the output change of the magnetic sensor.
  • the air gap between the magnets and the magnets should be as small as possible, and the materials for the cylindrical magnet, yoke ring and magnet.
  • the magnetic flux density itself detected by the sensor is increased, and the detection sensitivity is improved by taking measures such as adopting a magnetic sensor capable of obtaining high output.
  • the magnetic shielding area covered by the magnetic shielding member when the entire torque detecting device is covered with a magnetic shielding member, or when the housing that accommodates and supports the first and second shafts is covered with a magnetic shielding member, the magnetic shielding area covered by the magnetic shielding member.
  • the cost increases relatively and the cost increases.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a main object of the present invention is to easily perform positioning of a magnetic sensor with respect to a magnetic flux collecting protrusion, and to improve detection sensitivity of the magnetic sensor by processing and processing.
  • An object of the present invention is to provide a torque detecting device which can be increased without increasing the number of assembling steps and which can realize both high detection accuracy and high detection sensitivity.
  • the torque detecting device is characterized in that the cylindrical magnet that rotates integrally with one of the first shaft and the second shaft coaxially connected to the first shaft and the first shaft in a magnetic field formed by the cylindrical magnet.
  • a set of two yoke rings that rotate integrally with the other of the second shaft, a set of two magnetic flux collection rings that separately surround the outside of the yoke ring, and an outward facing outer periphery of each magnetic flux collection ring.
  • a magnetic sensor disposed between the opposing surfaces of the magnetic flux collecting protrusions protruding from the magnetic head, and a torque applied to the first and second axes based on a magnetic flux density between the magnetic flux collecting protrusions detected by the magnetic sensor.
  • the magnetic flux collecting projections are provided at a plurality of locations on the circumference of the magnetic flux collecting ring so as to be substantially parallel to each other, and each of the magnetic flux collecting projections is provided between opposing surfaces of the magnetic flux collecting projections.
  • the magnetic sensor is inserted.
  • the magnetic flux collecting projections are provided at a plurality of locations on the circumference of the magnetic flux collecting ring surrounding the outside of the yoke ring in a direction substantially parallel to each other instead of the radial direction at each position. Then, a separate magnetic sensor is inserted between the opposing surfaces of the magnetic flux collecting projections and positioned, and torque detection is performed based on the detection results of these magnetic sensors.
  • a positional relationship between the magnetic flux collecting protrusion and the magnetic sensor is hardly affected by the displacement of the magnetic sensor in the insertion direction along the projecting direction of the magnetic flux collecting protrusion, and the positional relationship in the direction orthogonal to the insertion direction is small.
  • the desired positional relationship can be realized by the position adjustment, and the number of assembling steps can be reduced without lowering the torque detection accuracy.
  • the magnetic flux collecting projection according to the first invention has a rectangular shape, and the length T in the protruding direction and the width T in the direction orthogonal to the protruding direction are determined by the magnetic field.
  • the size of the magnetic flux collecting projection is appropriately set with respect to the size of the magnetic detection area of the magnetic sensor by utilizing the fact that the magnetic sensor is easily positioned with respect to the magnetic flux collecting projection.
  • the torque detection device is characterized in that the cylindrical magnet that rotates integrally with one of the first shaft and the second shaft coaxially connected to the first shaft and the first shaft in a magnetic field formed by the cylindrical magnet.
  • a set of two yoke rings that rotate integrally with the other of the second shaft, a set of two magnetic flux collection rings that separately surround the outside of the yoke ring, and an outward facing outer periphery of each magnetic flux collection ring.
  • a magnetic sensor disposed between the opposing surfaces of the magnetic flux collecting protrusions protruding from the magnetic head, and a torque applied to the first and second axes based on a magnetic flux density between the magnetic flux collecting protrusions detected by the magnetic sensor.
  • the magnetic flux collecting protrusion is provided between these opposing surfaces so as to have a width capable of inserting a plurality of magnetic sensors arranged in the circumferential direction of the magnetic flux collecting ring. It is characterized by the following.
  • a magnetic flux collecting protrusion protruding outward on the outer periphery of the magnetic flux collecting ring is provided.
  • a plurality of magnetic sensors arranged in the circumferential direction are provided between the opposing surfaces of the magnetic flux collecting protrusions, and torque detection is performed based on the detection results of these magnetic sensors.
  • the outputs of the plurality of magnetic sensors facing the common magnetic flux collecting projection are almost equally affected by disturbances such as magnetism and temperature, and a decrease in detection accuracy caused by the disturbance is suppressed to a small extent. Based on this, it is possible to improve the accuracy of torque detection.
  • a torque detecting device is characterized in that the edge of the magnetic flux collecting projection in the first to third inventions is bent in a direction away from the facing surface.
  • the edges of the magnetic flux collecting projections facing each other are bent away from the facing surface to reduce the concentration of the magnetic flux at the edges and to reduce the concentration of the magnetic flux at the central portion serving as the detection area of the magnetic sensor. Increase the magnetic flux density and improve the torque detection sensitivity.
  • the torque detecting device is characterized in that one of the magnetic flux collecting rings in the first to fourth aspects of the present invention is provided with an adjusting means for moving one of the magnetic flux collecting rings toward and away from the other, and for increasing or decreasing the facing interval of each magnetic flux collecting projection.
  • one of the magnetic flux collection rings is moved toward and away from the other, so that the magnetic sensor can be easily positioned in a state in which the distance between the magnetic flux collection protrusions is increased, and the magnetic flux after the positioning is achieved.
  • the proximity of the magnetic ring By adjusting the proximity of the magnetic ring, the opposing distance between the magnetic flux collecting protrusions is reduced as much as possible, the magnetic flux density between the opposing surfaces is increased, and the output of the magnetic sensor is increased to improve the torque detection sensitivity.
  • a torque detection device is characterized in that it comprises three or more magnetic sensors according to the first to fifth inventions, and a determination means for determining whether these detection values are correct or not based on a majority rule. .
  • three or more magnetic sensors are used, for example, by comparing the difference between the respective detected values, and determining that the detected value of the magnetic sensor having a significant difference from the other is erroneous. By doing so, the presence or absence of a failure of the magnetic sensor is reliably determined.
  • the torque detecting device is provided around the outer periphery of the magnetic circuit forming member provided on the rotating body and collects magnetic flux generated by the magnetic circuit forming member; And a detecting unit for detecting a torque applied to the rotating body based on a magnetic flux density collected by the magnetic flux collecting ring, wherein the magnetic flux collection ring has a magnetic shielding layer on an outer peripheral side.
  • the magnetic shielding layer since the magnetic shielding layer is provided on the outer peripheral side of the magnetic flux collection ring for collecting the magnetic flux generated by the magnetic circuit forming member, the external magnetic field affects the magnetic flux collection of the magnetic flux collection ring. And a detection error due to an external magnetic field can be reduced. Since the magnetic shielding layer covers the outer peripheral side of the magnetic flux collection ring, the magnetic shielding layer can reduce the magnetic shielding area of the magnetic shielding layer.
  • the magnetic shielding layer is externally fitted to the magnetic flux collection ring, forms an annular shape with one location on the circumference open, and extends radially from somewhere on the circumference. It is made of a non-magnetic plate having an outwardly extending portion.
  • the non-magnetic plate can be formed as compared with the case where the non-magnetic plate is formed into an annular shape. Area can be reduced.
  • the torque detecting device is a torque detecting device, which is arranged side by side in the axial direction at a distance from the outer periphery of a magnetic circuit forming member provided on the rotating body and collects magnetic flux generated by the magnetic circuit forming member.
  • a tonnolek detecting device including a magnetic flux collecting ring and a detecting unit that detects a torque applied to the rotating body based on a magnetic flux density collected by each magnetic flux collecting ring
  • the magnetic flux collecting ring is located at one position on a periphery.
  • a magnetic shielding layer that magnetically shields the outer peripheral side and the end face of the magnetic flux collecting ring, and a part of the convex piece, in a cylindrical shape having a convex piece extending radially outward;
  • the magnetic shielding layer is arranged so that the end face on the outer peripheral side of the magnetic flux collection ring and the outer side in the axial direction and a part of the convex piece (the outer side in the axial direction on the side where the detecting unit is not disposed) are provided. Because of the coating, the magnetic shielding area of the magnetic shielding layer can be reduced.
  • a torque detecting device is characterized in that the magnetic flux collecting ring and the magnetic shielding layer are molded with a synthetic resin material.
  • the magnetic flux collection ring and the magnetic shielding layer are molded, The number of parts can be reduced, and the number of assembly work steps can be reduced.
  • the assembly including positioning of the magnetic sensor with respect to the magnetic flux collecting protrusion is performed. Man-hours can be reduced, and the influence of disturbance on the magnetic sensor can be reduced. High-accuracy and high-sensitivity torque detection can be realized easily and with low cost. It becomes.
  • the air gap between these magnetic flux collecting projections can be increased or decreased by moving the magnetic flux collecting ring toward and away from the magnetic flux collecting ring. Therefore, the output of the magnetic sensor disposed in the air gap is large. However, the torque detection sensitivity and the torque detection accuracy can be improved. According to the sixth aspect, the detection value of the magnetic sensor is correctly or incorrectly determined based on the majority rule using three or more magnetic sensors. The present invention has excellent effects, for example, it is possible to prevent the use of the detected luke value beforehand.
  • the seventh and ninth inventions it is possible to reduce the influence of an external magnetic field on the magnetic flux collection of the magnetic flux collection ring, to reduce a detection error due to the external magnetic field, and to reduce the force of the magnetic shielding layer.
  • the shielding area can be reduced, and the cost of the torque detection device can be reduced.
  • the eighth invention it is possible to obtain two magnetic shielding layers from a strip-shaped non-magnetic plate, so that the non-magnetic plate can be formed in an annular shape from a non-magnetic plate. Therefore, the area of the magnetic shield layer can be reduced, and the cost of the magnetic shielding layer itself, and hence the cost of the torque detection device, can be reduced.
  • the number of components can be reduced, and the number of assembly work steps can be reduced.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a torque detection device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an assembled state of the torque detecting device according to the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a circumferential positional relationship between a magnetic pole claw of a yoke ring and a magnetic pole of a cylindrical magnet.
  • FIG. 4 is an external perspective view of a magnetic flux collection ring.
  • FIG. 5 is a plan view showing a positional relationship between a magnetic flux collecting protrusion and a magnetic sensor.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of a recommended size of a magnetic flux collecting protrusion.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of an action by an edge shape of a magnetic flux collecting projection.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing a desirable support structure of the magnetic sensor.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of a fail determination unit when three magnetic sensors are used.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing Embodiment 2 of the torque detector according to the present invention.
  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing an assembled state of the torque detector shown in FIG. 10.
  • FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing Embodiment 3 of the torque detector according to the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration of a torque detection device according to the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic exploded perspective view of a torque detection device according to the present invention.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram of a magnetic circuit generated when the rotating body rotates in one direction.
  • FIG. 16 is an enlarged sectional view of a magnetic flux collecting ring part of the torque detecting device according to the present invention.
  • FIG. 17 is a side view of a magnetic flux collection ring portion of the torque detection device according to the present invention.
  • FIG. 18 is an exploded perspective view of a magnetic flux collection ring part of the torque detection device according to the present invention.
  • FIG. 19 is an explanatory view showing a step of forming a magnetic shielding layer of the torque detection device according to the present invention.
  • FIG. 20 is an enlarged cross-sectional view showing an example in which the magnetic flux collection ring and the magnetic shielding layer of the torque detection device according to the present invention are molded with a synthetic resin material.
  • FIG. 21 is an enlarged sectional view showing an example in which the torque detection device according to the present invention is used in an electric power steering device.
  • FIG. 22 is an explanatory diagram of a problem of a conventional tonnoleku detection device.
  • Adjustment nut (Adjustment means)
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of Embodiment 1 of a tonnoleku detection device according to the present invention
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an assembled state.
  • the torque detection device detects tonnoleks added to two shafts (first shaft 1 and second shaft 2) as rotating bodies coaxially connected through a torsion bar 3,
  • a cylindrical magnet 4 that rotates integrally with the first shaft 1 and a pair of yoke rings 5 and 5 that rotate integrally with the second shaft 2 are arranged so as to individually surround the outside of the yoke rings 5 and 5.
  • the torsion bar 3 is configured by connecting thick and short connecting portions 30, 30 for connecting to the first shaft 1 and the second shaft 2 at both ends of a small-diameter round bar. .
  • the first shaft 1 and the second shaft 2 are provided with connection holes 10 and 20 at the respective shaft centers where the connection portions 30 and 30 can be fitted.
  • the first shaft 1 and the second shaft 2 The connection by the torsion bar 3 is performed by fitting the connecting portions 30 and 30 at both ends of the torsion bar 3 into the connecting holes 10 and 20 of the first and second shafts 1 and 2, respectively, and performing positioning in the circumferential direction described later. This is realized by connecting the connecting pins 11 and 21 together.
  • the cylindrical magnet 4 that rotates integrally with the first shaft 1 and the yoke rings 5 and 5 that rotate integrally with the second shaft 2 constitute a magnetic circuit forming member. It is configured as a multi-pole magnet in which a plurality of magnetic poles (each of a plurality of N poles 40, 40 ... and S poles 41, 41 ⁇ ⁇ ⁇ ) are juxtaposed in the circumferential direction. And is coaxially fitted and fixed to the first shaft 1 via the mold resin 42.
  • the yoke rings 5, 5, which rotate integrally with the second shaft 2, are provided with a plurality of axially extending magnetic pole claws 51, 51,...
  • the magnetic pole claws 51, 51 ... have a triangular shape narrowed toward the extended end, and the two yoke rings 5, 5 face the protruding sides of the respective magnetic pole claws 51, 51 ...
  • the boss is formed by alternately arranging in the circumferential direction, and is integrated by covering the outside thereof with a mold resin 52 formed in a cylindrical shape and extending the mold resin 52 to one side. It is coaxially fitted and fixed to the shaft end of the second shaft 2 via the portion 53.
  • the yoke rings 5, 5 configured as described above are cylindrical in which the inner surfaces of the respective yoke bodies 50 having the magnetic pole claws 51, 51... Are fitted and fixed to the first shaft 1 as shown in FIG. It is assembled so as to face the outer peripheral surface of the magnet 4 with a slight air gap.
  • FIG. 3 is an illustration showing the circumferential positional relationship between the magnetic pole claws 51, 51 of the two yoke rings 5, 5 and the N poles 40, 40 and the S poles 41, 41 of the cylindrical magnet 4.
  • FIG. FIG. 3 (b) shows the positional relationship at the time of assembly, and as shown in this figure, the yoke rings 5, 5 and the cylindrical magnet 4 have respective magnetic pole claws 51, 51,. It is positioned in the circumferential direction so as to coincide with the boundary between the N pole 40 and the S pole 41 lined up above. This positioning is realized by adjusting the circumferential positions of the cylindrical magnet 4 and the yoke rings 5 and 5, together with the two shafts 1 and 2, when the first shaft 1 and the second shaft 2 are connected by the torsion bar 3.
  • the magnetic pole claws 51, 51... Of the two yoke rings 5, 5 are located between the N pole 40 and the S pole 41 adjacent to each other on the circumference of the cylindrical magnet 4. It will be located under the same conditions in the formed magnetic field, and connect the bases of these pole claws 51, 51 ...
  • the magnetic flux generated in the yoke bodies 50, 50 is the same.
  • the sign of the magnetic flux generated at this time is determined according to the direction of the relative angular displacement generated between the cylindrical magnet 4 and the yoke rings 5 and 5, that is, between the first shaft 1 and the second shaft 2, and
  • the magnetic flux density corresponds to the magnitude of the relative angular displacement.
  • the magnetic flux collecting rings 6, 6 for collecting the magnetic flux generated in the yoke rings 5, 5 are circular rings made of a magnetic material having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the yoke main body 50, and extend in the circumferential direction. Magnetic collecting projections 60, 60 extending in the axial direction and bending the distal end outward in the radial direction are provided at two places that are appropriately spaced apart from each other. Such magnetic flux collection rings 6 and 6 are positioned coaxially so that the protruding sides of each of the two magnetic flux collection protrusions 60 and 60 face each other, and the bent portions of the respective tips face each other with a predetermined air gap.
  • Magnetic sensors 7 and 7 each using a magnetic sensing element such as a Hall element are arranged between the two magnetic flux collecting protrusions 60 and 60 of the magnetic flux collecting rings 6 and 6, respectively.
  • the magnetic sensors 7 and 7 are protruded and supported by separate leads 71 on one surface of a common circuit board 70 having peripheral circuits such as a power supply circuit and a signal processing circuit.
  • the magnet 61 is supported by a mold resin 62 connected to a part of the cylinder 61, and is positioned within an air gap secured between the magnetic flux collecting protrusions 60.
  • Magnetic sensor 7, 7 outputs an output corresponding to the magnetic flux density leaking into each air gap, and this output is taken out to the outside via the circuit board 7.
  • the magnetic flux density detected by the magnetic sensors 7 and 7 changes according to the magnetic flux generated in the yoke bodies 50 and 50 corresponding to the respective magnetic flux collection rings 6 and 6, and the magnetic flux generated in the yoke bodies 50 and 50 Occur according to the relative displacement of the cylindrical magnet 4 with respect to the cylindrical magnet 4, that is, the relative angular displacement between the first axis 1 and the second axis 2. It is applied to the second axis 2 and corresponds to the direction and magnitude of the rotational torque causing the relative angular displacement, and is applied to the first axis 1 and the second axis 2 based on the output change of the magnetic sensors 7 and 7. Rotation torque can be detected.
  • FIG. 4 is an external perspective view of the main part of the magnetic flux collecting ring 6, and as shown in this figure and FIG. 1, the magnetic flux collecting protrusions 60, 60 are located in the radial direction of the magnetic flux collecting ring 6 at the respective projecting positions.
  • the magnetism collecting ring 6 is provided so as to project in parallel with each other along the radial direction of the magnetic flux collecting ring 6 at an intermediate position between the two.
  • FIG. 5 is a plan view showing a positional relationship between the magnetic flux collecting protrusions 60 and the magnetic sensors 7 and 7.
  • the magnetic flux collecting protrusions 60, 60 are protrudingly provided at appropriate positions on the circumference of the magnetic flux collecting ring 6 so as to be parallel to each other, and the magnetic sensors 7, 7 share a common circuit. It is projectingly supported on one surface of the substrate 70 so as to be parallel to each other, and is inserted between the opposing surfaces of the magnetic flux collecting projections 60, 60 along these projecting directions.
  • FIG. 5 shows the positional relationship of the magnetic sensors 7 and 7 on the magnetic flux collecting protrusions 60 and 60 of one magnetic flux collecting ring 6, and the other magnetic flux collecting and magnetic magnets 7 and 7 overlap with each other. The illustration of the projections 60 is omitted.
  • FIG. 5 (a) shows a state where the magnetic sensors 7, 7 are correctly positioned with respect to the magnetic flux collecting protrusions 60, 60.
  • the magnetic sensors 7, 7 have the magnetic detection areas 72, 72, which are located at substantially the center portions, inside the magnetic flux collecting protrusions 60, 60, respectively.
  • This positioning is performed by adjusting the position of the circuit board 70 supporting the magnetic sensors 7 and 7 with respect to the magnetic flux collecting ring 6 having the magnetic flux protrusions 60 and 60.
  • the circuit board 70 is erroneously positioned relative to the magnetic flux collecting ring 6 in the radial direction of the magnetic flux collecting ring 6 shown as X in the drawing, that is, in the insertion direction of the magnetic sensors 7 and 7.
  • the adjusted state is shown.
  • the magnetic flux collecting projections 60 are projected in parallel with each other, and the magnetic sensors 7 and 7 positioned with respect to these are also parallel to one surface of the substrate 70.
  • the magnetic sensing areas 72, 72 of the magnetic sensors 7, 7 are displaced in the longitudinal direction of the magnetic flux collecting projections 60, 60 even in the state shown in FIG. 5 (b). Only in the width direction, it is possible to maintain a state of being substantially aligned with the center. Even in this state, the above-described leakage magnetic flux can be correctly detected, and high-accuracy torque detection becomes possible.
  • the position is erroneously adjusted further in the tangential direction of the magnetic flux collection ring 6 indicated by Y in the drawing, that is, in the direction orthogonal to the insertion direction of the magnetic sensors 7 and 7 (Fig. 5C).
  • the magnetic detection areas 72, 72 of the magnetic sensors 7, 7 should keep the overlapping state with the magnetic flux collecting projections 60, 60 within the half width of these magnetic flux collecting projections 60, 60. This makes it possible to detect tonnoke with high accuracy.
  • the torque detecting device it is possible to detect the tonnolek with high accuracy without forcing the precise position adjustment of the magnetic sensors 7, 7 with respect to the magnetic flux collecting protrusions 60, 60 of the magnetic flux collecting ring 6. It is possible to greatly reduce the number of assembling steps including the position adjustment.
  • the planar size of the magnetic flux collecting projections 60 and 60 can be reduced. Since the output of the magnetic sensors 7 and 7 is proportional to the magnetic flux density between the magnetic flux collecting protrusions 60 and 60 where they are positioned, reducing the size of the magnetic flux collecting protrusions 60 and 60 improves the output of the magnetic sensors 7 and 7. That is, it is effective for improving the torque detection sensitivity.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of a recommended size of the magnetic flux collecting protrusion 60.
  • the length T in the projecting direction and the width T in the direction perpendicular to the projecting direction of the magnetic flux collecting protrusion 60 having a rectangular shape as shown in this figure are magnetic.
  • edges 66, 66 of the magnetic flux collecting protrusions 60, 60 protruding from the magnetic flux collecting ring 6 are respectively opposed to the magnetic flux collecting protrusions 60, 60 of the other magnetic flux collecting ring 6 facing each other as shown in FIG. It is bent in a direction away from 60, and by providing such an edge shape, the output of the magnetic sensors 7, 7, that is, the torque detection sensitivity can be improved.
  • FIG. 7 is an explanatory view of the action due to the edge shape of the magnetic flux collecting protrusions 60, 60.
  • Fig. 7 (a) shows that the magnetic flux collecting protrusions 60, 60 facing each other have flat edges.
  • FIG. 7 (b) shows a case where the edges 66, 66 of the magnetic flux collecting protrusions 60, 60 have the bent shape shown in FIG. 4, respectively.
  • the magnetic flux collecting protrusions 60 When the magnetic flux collecting protrusions 60 have flat edges, the air gap between them is uniform over the entire width, and the magnetic flux density between the magnetic flux collecting protrusions 60 is as shown in FIG. As shown in Fig. 7, the distribution state is concentrated near the edge, and the magnetic flux density at the central part of the magnetic flux collecting protrusions 60, which is the detection area of the magnetic sensor, is low, and the output of the magnetic sensor is small.
  • the magnetic flux collecting projections 60 have the edges 66, 66 bent away from each other, the air gap near these edges 66, 66 is larger than the air gap at the center. Become. Accordingly, the magnetic flux density between the magnetic flux collecting protrusions 60, 60 has a distribution in which the concentration near the edge is reduced as shown in FIG. The output of the magnetic sensor is gathered at the center of the protrusions 60, 60, and the output S of the torque sensor based on this output can be increased.
  • the positional relationship between the magnetic sensors 7 and 7 supported on the common circuit board 70 is properly maintained.
  • the magnetic sensors 7 and 7 are unstablely supported by the leads 71 and 71 which also serve as the power, signal, and ground wires. There is a possibility that madness will occur.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing a preferable support structure of the magnetic sensors 7 and 7.
  • the magnetic sensors 7 and 7 supported by the respective leads 71 and 71 on the circuit board 70 are different from each other.
  • the spacer 73 is attached so as to maintain the positional relationship between the magnetic sensors 7 and 7.
  • the spacer 73 is a clip made of an insulating material such as a resin, and the vicinity of the bases of the magnetic sensors 7 and 7 is collectively provided. It is attached to hold. According to this support structure, the displacement of the magnetic sensors 7 and 7 at the time of assembly can be prevented beforehand, and the above-described positioning with respect to the magnetic flux collecting protrusions 60 and 60 can be accurately performed.
  • one of the two magnetic sensors 7 and 7 is used for the above-described torque detection, and the other is used for the fail determination.
  • the outputs of the magnetic sensors 7 and 7 are compared with time, and when there is a clear power difference between the two, for example, a magnetic sensor showing an unsteady output change before and after the difference. 7 is performed according to the procedure for determining that it is in the failed state.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of a fail determination unit when three magnetic sensors are used.
  • the outputs of the three magnetic sensors 7, 7, and 7 are output from two CPUs for performing a torque calculation.
  • V, V, and V the difference between them, that is, V — V, V — V, and V -V
  • Each of the operations is performed, and a fail determination is performed based on a multiple decision principle from a combination that can obtain a result that greatly deviates from zero among these differences. For example, if V-V and V-V of the difference calculated as described above deviate from zero, the output V included in both of these differences is obtained.
  • the reason why the two CPUs 74 and 75 perform the same fail determination is to prevent malfunction of the CPUs 74 and 75 themselves.
  • the CPUs 74 and 75 are connected so that information can be exchanged between the CPUs 74 and 75, and the results of the fail determination in the respective CPUs 74 and 75 are constantly compared in the CPUs 74 and 75. Only when the results match, the above-described calculation is performed using the normal output among the outputs V, V, and V of the three magnetic sensors 7, 7, and 7.
  • the torque value obtained by this calculation is output from one CPU (CPU 74 in the figure).
  • One of the CPUs 74 and 75 may be replaced by an analog circuit including an arithmetic circuit for individually calculating the output difference described above, and a comparison circuit for comparing the outputs of these arithmetic circuits. Noh.
  • the three output sensors 7, 7, 7 are provided with three magnetism collecting protrusions 60, 60, 60 at three locations on the circumference of the magnetism collecting rings 6, 6, so that they are arranged between these facing surfaces. do it.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing Embodiment 2 of the torque detecting device according to the present invention
  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing an assembled state.
  • one magnetic flux collecting protrusion 63 is provided on the outer circumference of the magnetic flux collecting rings 6 and 6 with a predetermined width in the circumferential direction and is outwardly provided.
  • Two magnetic sensors 7, 7 are arranged in an air gap secured between the magnetic projections 63, 63, and a leakage magnetic flux between the magnetic collecting projections 63, 63 is detected by these.
  • the configuration of the other parts is the same as that of the torque detection device shown in FIGS. 1 and 2, and the corresponding components are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. Omit
  • the positioning of the two magnetic sensors 7 and 7 between the opposing surfaces of the wide magnetic flux collecting projections 63 and 63 can be easily performed without complicated position adjustment. Accordingly, it is possible to detect tonnolek with high accuracy while greatly reducing the number of assembly steps including the position adjustment. Further, in this embodiment, since the outputs of the magnetic sensors 7 and 7 correspond to the leakage magnetic flux between the common magnetic flux collecting protrusions 63 and 63, the steady-state error between the two outputs can be suppressed to a small value. The accuracy of the determination can be increased, and the effects of disturbances such as magnetism and temperature on the two magnetic sensors 7 and 7 become substantially the same, so that a decrease in detection accuracy due to these effects can be suppressed slightly.
  • the output of the magnetic sensors 7 and 7 is the average density of the leakage magnetic flux over the entire area of the opposing surfaces of the magnetic flux collecting protrusions 63 and 63, so that the output was compared with the configuration shown in FIGS. 1 and 2.
  • the obtained output level is low and the torque detection sensitivity is low.
  • the magnetic sensors 7 and 7 are arranged. It is effective to make the air gap between the magnetic protrusions 60, 60 (or the magnetic collecting protrusions 63, 63) as small as possible.
  • FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing Embodiment 3 of the torque detector according to the present invention.
  • the magnetic flux collecting ring 6 at the upper position in the drawing is integrally held inside one side of a resin-made holding cylinder 64. It is fitted and fixed to the housing 8 via the holding cylinder 64.
  • the magnetism collecting ring 6 at the lower position is held inside the other side of the holding cylinder 64 so as to be movable in the axial direction, and the lower end edge of the magnetism collecting ring 6 is formed at the same side opening of the holding cylinder 64.
  • the adjusting nut (adjusting means) 65 is screwed into the abutment.
  • the configuration of the other parts is the same as that of the torque detecting device shown in FIG. 2, and the corresponding components are denoted by the same reference numerals as in FIG. 2, and detailed description of the configuration and operation is omitted.
  • Such adjustment of the air gap is performed after positioning the magnetic sensor 7 between the magnetic flux collecting protrusions 60, 60, and thereby the air gap between the magnetic flux collecting protrusions 60, 60 is reduced by the thickness of the magnetic sensor 7.
  • the positioning of the magnetic sensor 7 can be easily performed in the wide air gap secured between the magnetic flux collecting protrusions 60 before the above-described adjustment, and the number of assembly parts can be reduced. .
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration of the tonnolek detection device according to the present invention
  • FIG. 14 is a schematic exploded perspective view
  • FIG. 15 is an explanatory diagram of a magnetic circuit generated when the rotating body rotates in one direction.
  • the torque detecting device A is disposed at an outer periphery of the magnetic circuit forming member 12 of the first shaft 1 and the second shaft 2 coaxially connected by the torsion bar 3, and is spaced apart in the axial direction.
  • Two magnetic flux collecting rings 6, 6 for collecting the magnetic flux generated by the circuit forming member 12, magnetic shielding layers 9, 9 for magnetically shielding the magnetic flux collecting rings 6, 6 from an external magnetic field, and magnetic flux collecting rings 6, 9, respectively.
  • a magnetic sensor 7 as a detecting unit for detecting the torque applied to the first shaft 1 based on the magnetic flux density collected by the A circuit board 70 connected to the magnetic sensor 7 by leads 71 is provided.
  • the magnetic circuit forming member 12 has a plurality of cylindrical magnets 4 attached to the outer periphery of the first shaft 1, and is disposed around the outer periphery of the cylindrical magnet 4, and is externally fixed to the second shaft 2. It consists of two yoke rings 5, 5.
  • the first shaft 1 and the second shaft 2 constitute a rotating body.
  • the cylindrical magnet 4 is a multipolar magnetized ring in which N poles and S poles are alternately magnetized at a plurality of circumferential positions, and is externally fixed to the outer peripheral portion of the first shaft 1. ing.
  • the yoke rings 5, 5 extend from the two annular plate portions 54, 54 facing each other in the axial direction of the second shaft 2 and the inner peripheral portions of the annular plate portions 54, 54 in directions approaching each other. It has a plurality of magnetic pole claws 51, 51, and is configured to change the magnetic flux density between the yoke rings 5, 5 by rotating relative to the cylindrical magnet 4.
  • the magnetic pole claws 51, 51 are arranged at equal intervals so as to alternately engage in the circumferential direction, and the yoke rings 5, 5 are molded from a synthetic resin material in a state where the magnetic pole claws 51, 51 alternately engage. Thus, a molded body 55 is obtained.
  • FIG. 16 is an enlarged sectional view of the magnetic flux collecting ring portion
  • FIG. 17 is a side view of the magnetic flux collecting ring portion
  • FIG. 18 is an exploded perspective view of the magnetic flux collecting ring portion.
  • the magnetic flux collecting rings 6 and 6 extend one radial direction outward in the radial direction, and have a cylindrical shape having magnetic flux collecting protrusions 60 and 60 arranged on both sides of the magnetic sensor 7.
  • the projections 60, 60 are configured so that magnetic flux is collected.
  • the magnetic flux collection rings 6 and 6 are formed of a magnetic plate such as an iron plate.
  • the magnetic shielding layers 9, 9 are cylindrical covering portions 91, 91 for covering the outer peripheral side of the magnetic flux collecting rings 6, 6, and ring-shaped covering portions 92, 92 for covering one end surface of the magnetic flux collecting rings 6, 6. And ring members 94, 94 having a plate-shaped covering portion 93 covering the outer surface of the magnetic flux collecting protrusions 60, 60.
  • the ring members 94, 94 are externally fitted to the magnetic flux collecting rings 6, 6.
  • the magnetic flux collecting rings 6, 6 on which the annular bodies 94, 94 are fitted are supported by a synthetic resin case 13 as a support member.
  • the magnetic shielding layers 9 and 9 are formed of a non-magnetic material such as a silicon steel plate, but the material is not particularly limited.
  • the case 13 includes an annular portion 13b having a through hole 13a corresponding to the inner peripheral surface of the magnetic flux collecting rings 6, 6, and a radially outwardly extending portion from the outer peripheral portion of the annular portion 13b to form the housing portion 13c.
  • the ring 13b and the housing 13c communicate with each other through a communication hole 13e.
  • the magnetic flux collecting rings 6, 6 are fixedly fitted in the ring portion 13b, and the magnetic flux collecting protrusions 60, 60 of the magnetic flux collecting rings 6, 6 are fixed thereto. It is arranged in the communication hole 13e.
  • the circuit board 70 is attached to the housing 13c with small screws.
  • a lid 14 is attached to the open end of the rectangular tube portion 13d to the outside with a small screw or the like.
  • the magnetic sensor 7 is composed of a Hall element whose electric characteristics (resistance) change due to the action of a magnetic field.
  • the magnetic sensor 7 responds to changes in the magnetic flux density generated between the magnetic flux collecting protrusions 60 of the magnetic flux collecting rings 6, 6.
  • the detection signal is configured to change, and the detection signal is given to the circuit board 70.
  • the magnetic sensor 7 is not limited to a Hall element, but may be a magneto-sensitive element such as a magnetoresistive element (MR element) whose electric characteristics (resistance) change due to the action of a magnetic field. Les ,.
  • MR element magnetoresistive element
  • the torque detecting device configured as described above includes a cylindrical covering portion 91, 91 that covers the outer peripheral side of the magnetic flux collecting rings 6, 6, which collects the magnetic flux generated by the magnetic circuit forming member 12, and a magnetic flux collecting ring. Ring-shaped coatings 92, 92 covering one end face of 6, 6 and plate-shaped coatings covering a part of the magnetic flux collecting projections 60, 60 Since the magnetic shielding layers 9 and 9 having the portion 93 are provided, it is possible to reduce the influence of the external magnetic field on the magnetic flux collection of the magnetic flux collection rings 6 and 6, and to reduce the detection error due to the external magnetic field.
  • the magnetic shielding layers 9 and 9 cover a part of the magnetic collecting rings 6 and 6 without covering the entire surface of the magnetic collecting rings 6 and 6, the magnetic shielding area of the magnetic shielding layers 9 and 9 is reduced. The cost of the magnetic shielding layers 9 and 9 and the cost of the torque detecting device can be reduced.
  • FIG. 19 is an explanatory view showing a step of forming the magnetic shielding layer of the torque detecting device.
  • the magnetic shielding layers 9 and 9 are formed of a non-magnetic plate such as a silicon steel plate.
  • This molding has, for example, the force S shown in FIG. 19A and FIG.
  • the central part of a square non-magnetic plate is punched into an annular plate (c), one punched annular plate 9a is formed (d), and this punched annular plate 9a is formed into a cylindrical shape. (e).
  • (b) is a strip-shaped non-magnetic plate, which is punched into a strip on both sides in the width direction (f), two punched strips 9b, 9b are formed (g), and each punched strip 9b , 9b are curved to form an annular shape (cylindrical coating 91) with one opening in the circumferential direction, and an extension (plate-shaped coating) that extends radially outward from halfway in the circumferential direction. (H).
  • the two magnetic shielding layers 9 and 9 can be formed by a strip-shaped non-magnetic plate. The area required to remove the non-magnetic plate can be reduced, and the bending force of the non-magnetic plate can be easily reduced. , 9 can reduce the cost of itself.
  • the punched band plates 9b, 9b have a flat shape. It is good also as a corrugated plate shape which forms an uneven
  • FIG. 20 is an enlarged cross-sectional view showing an example in which the magnetic flux collecting rings 6, 6 and the magnetic shielding layers 9, 9 of the torque detecting device are molded with a synthetic resin material.
  • the magnetic flux collecting rings 6, 6 hold the magnetic shielding layers 9, 9 shown in FIGS. 16 to 18 by external fitting, and the magnetic flux collecting rings 6, 6 provided with the magnetic shielding layers 9, 9 are used for molding.
  • the magnetism collecting rings 6 and 6 and the magnetic shielding layers 9 and 9 are molded with the mold layer 15 by injecting a synthetic resin material of the same system as the synthetic resin of the case into the cavity while being arranged in the mold cavity.
  • the magnetic flux collecting rings 6, 6 and the magnetic shielding layers 9, 9 become one part, so that the number of assembling steps during the assembling work can be reduced, the assembling workability can be improved, and the work such as omission of assembling can be achieved. Errors can be reduced, and the cost of the torque detector can be reduced.
  • FIG. 21 is an enlarged sectional view showing an example in which the torque detection device is used for an electric power steering device.
  • the torque detecting device A manufactured as described above is used for, for example, an electric power steering device for a vehicle.
  • This electric power steering apparatus includes an input shaft 22 (first shaft 1) connected to a steering wheel, an output shaft 23 (second shaft 2) coaxially connected to the input shaft 22 by a torsion bar 3, and an input shaft 22.
  • a housing 27 that surrounds the shaft 22 and the output shaft 23 and rotatably supports the input shaft 22 and the output shaft 23 by three bearings 24, 25, 26, and an electric motor for steering assistance attached to the housing 27.
  • a control unit (not shown) using a microprocessor. Then, the magnetic sensor 7 detects the rotational torque applied to the input shaft 22 by steering the steering wheel by the torsion generated in the torsion bar 3 and converts the detected torque into a voltage signal by the circuit board 70.
  • the drive of the electric motor 28 is controlled by an instruction signal output from the control unit, The output shaft 23 rotates via the speed reduction mechanism 29.
  • the housing 27 includes a cylindrical portion 27a surrounding the input shaft 22 and the output shaft 23, a mounting seat 27b protruding from one portion of an outer peripheral portion of the cylindrical portion 27a, and a mounting seat 27b for mounting the case 13; 27b penetrating in the radial direction, and a through hole 27c for arranging the magnetic flux collection rings 6, 6 in the cylindrical portion 27a; It has a mating groove 27d, and the case 13 is mounted on the mounting seat 27b.
  • the ring 13b is inserted into the cylindrical portion 27a from the through hole 27c that opens in the radial direction of the housing 27, and the ring 13b is engaged with the fitting groove 27d, whereby the magnetic flux is collected.
  • the positions of the rings 6 and 6 in the cylindrical portion 27a are determined, and the rectangular cylindrical portion 13d of the case 13 is mounted on the mounting seat 27b.
  • the input shaft 22 and the output shaft 23 are inserted into the cylindrical portion 27a from the axial direction of the housing 27, and the cylindrical magnet 4 and the yoke ring 5 are placed inside the magnetism collecting rings 6, 6. Is placed.
  • the magnetic shielding layers 9 and 9 are formed of a non-magnetic plate such as a silicon steel plate. Alternatively, it may be formed by coating the magnetic flux collecting rings 6 and 6 with a non-magnetic plate formed in a shape corresponding to the magnetic flux collecting rings 6 and 6.
  • the torque detection device according to the present invention can be used not only for an electric power steering device but also for devices other than the electric power steering device.

Abstract

　集磁突起に対する磁気センサの位置決めを簡易に実施することができ、磁気センサの検出感度を、加工及び組立て工数の増加を招来することなく高めることが可能なトルク検出装置を提供する。 　集磁リング６，６の外周面における各２つの集磁突起60，60の突設方向を、夫々の位置での径方向ではなく、互いに略平行をなす方向とし、一方の集磁リング６の集磁突起60，60と、他方の集磁リング６の集磁突起60，60との対向面間のエアギャップ内に、回路基板70に支持された磁気センサ７，７を集磁突起60，60の突設方向に沿って挿入して位置決めする構成とする。

Description

明 細 書
トルク検出装置
技術分野
[0001] 本発明は、例えば、電動パワーステアリング装置において、操舵のために操舵部材 に加えられる操舵トルクを検出すべく用いられるトノレク検出装置に関する。
背景技術
[0002] ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じて操舵補助用の電動モータ を駆動し、該電動モータの回転力を舵取機構に伝えて操舵を補助する電動パワース テアリング装置においては、操舵補助用の電動モータの駆動制御に用いるべく操舵 部材に加えられる操舵トルクを検出する必要があり、この検出のために従来から、操 舵部材と舵取機構とを連絡するステアリング軸の中途に構成されたトルク検出装置が 用いられている。
[0003] このトルク検出装置は、検出対象となるステアリング軸を同軸上に連結された第 1軸 と第 2軸とに分割し、操舵部材の回転操作によりステアリング軸に操舵トルクが加えら れたとき、この操舵トルクの作用により第 1軸及び第 2軸間に相対角変位が生じるよう にし、この相対角変位を媒介として前記操舵トルクを検出する構成としてある。なお第 1軸と第 2軸との連結は、これらに加わるトルクに応じて所定の相対角変位を生じさせ るべぐ捩りばね定数が管理された細径のトーシヨンバーを介してなされている。
[0004] 第 1 ,第 2軸間の相対角変位の検出は、従来から種々の手段にて実現されており、 そのうちの一つとして、第 1軸と一体回転する円筒磁石と、第 2軸と一体回転するョー クリングとを備え、この円筒磁石とヨークリングとの間の磁気回路の変化を利用して前 記相対角変位を検出するように構成されたトルク検出装置がある（例えば、特許文献 1参照）。
[0005] 第 2軸と一体回転するヨークリングは、リング形状を有するヨーク本体の一側に軸方 向に延びる磁極爪を周方向に複数等配して構成され、夫々の磁極爪を周方向に交 互に位置させた 2個を一組として第 2軸に固定されている。また第 1軸と一体回転する 円筒磁石は、ヨークリングの磁極爪と同数組の磁極を周方向に並設してなる多極磁 石であり、前記ヨークリングの磁極爪力 N, S極の境界上に整合するように位置決め して第 1軸に固定されている。
[0006] 2個のヨークリングの外側には、これらに発生する磁束を集める集磁リング力 夫々 のヨーク本体の外側を近接して囲繞するように配置されている。これらの集磁リングは 、径方向外向きに突設された集磁突起を備えており、所定のエアギャップを隔てて相 互に対向するこれらの集磁突起の間に、ホール素子等の磁気検知素子を用いてな る磁気センサが配してある。
[0007] 以上の構成により第 1軸と第 2軸とに操舵トルクが加わり、両軸間に相対角変位が 生じた場合、一組のヨークリングの磁極爪と円筒磁石の磁極との周方向の位置関係 が互いに逆向きに変化し、この位置変化に応じた各別のヨークリング内の磁束変化 により、夫々の集磁突起間のエアギャップに漏洩する磁束が増減することとなり、この 増減に応じた前記磁気センサの出力変化を取り出すことにより第 1，第 2軸に加わるト ルク (操舵トルク）を検出すること力 Sできる。
[0008] また、集磁リングはヨークリングの周りに配置されるため、トルク検出装置の近くに永 久磁石を備えた車搭スピーカ等が配設されている場合、車搭スピーカ等の永久磁石 力 発生する磁界の影響により検出誤差が生ずる可能性があるため、例えばトルク検 出装置の全体を磁気遮蔽部材により被覆、又は前記第 1，第 2軸を収容支持したハ ウジングを磁気遮蔽部材により被覆することにより、外部磁界による検出誤差をなくす ること力と考えられる。
特許文献 1 :特開 2003— 149062号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] さて、以上の如く構成されたトルク検出装置を車両の操舵トルクの検出に用いる場 合、磁気センサのフェイル対策が必要であり、従来から、集磁リングの周上の複数か 所に集磁突起を突設し、これらの集磁突起の間に各別の磁気センサを配して、これ らの磁気センサの出力比較によりフェイル判定を行って対応している。
[0010] このように複数の磁気センサを備える場合、これらは、電源回路、出力処理回路等 の周辺回路が形成された回路基板を共用するのが合理的であり、該回路基板上に 相互に近接して支持された磁気センサを、各別の集磁突起間に正しく位置決めして 固定する組み付けがなされている力 このとき、集磁突起は、集磁リングの周上に径 方向外向きに突設されているため、正確な位置決めが難しいという問題があった。
[0011] 図 22は従来のトルク検出装置の問題点の説明図である。図中の 6は、集磁リングで あり、周上の適長離れた位置に径方向外向きに突設された集磁突起 60， 60を備えて いる。また図中の 7， 7は磁気センサであり、共通の回路基板 70の一面に互いに平行 をなして突設支持されている。なお図 22には、集磁突起 60, 60に対する磁気センサ 7 , 7の平面的な位置関係が示してあり、磁気センサ 7， 7よりも上位置にある集磁突起 60, 60の図示は省略してある。
[0012] 図 22 (a)には、集磁突起 60， 60に対して磁気センサ 7， 7が正しく位置決めされた状 態が示されており、本図に示す如く磁気センサ 7， 7は、夫々の磁気検知域 72， 72が 各別の集磁突起 60， 60の内側となり、し力、も幅方向の中央に一致するように位置決め される。この位置決めは、集磁リング 6に対して回路基板 70を位置調整することにより 、各別の集磁突起 60, 60間への磁気センサ 7, 7の挿入位置を、図中に Xとして示す 集磁リング 6の径方向（磁気センサ 7， 7の挿入方向）、及び図中に Yとして示す接線 方向（磁気センサ 7, 7の挿入方向と直交する方向）に調整する手順にて行われる。
[0013] 図 22 (b)には、集磁リング 6に対して回路基板 70が、径方向 Xに誤って位置決めさ れた状態が示されており、このとき磁気センサ 7, 7の磁気検知域 72, 72は、集磁突起 60, 60の中央から幅方向にも位置ずれし、この状態で更に接線方向 Yに誤って位置 調整がなされた場合、図 22 (c)に示す如ぐ一方の磁気センサ 7の磁気検知域 72が 集磁突起 60の外側に外れ、この状態下にて高精度のトルク検出値は得られない。
[0014] このように従来のトルク検出装置においては、集磁リングに対する磁気センサの位 置決めに際し、 2方向の正確な位置調整が必要であり、この位置調整を含めた組立 てに多大の工数を要することとなる。
[0015] 更に、以上の如く構成されたトルク検出装置においては、トルクの検出感度が磁気 センサの出力変化の大きさに依存するため、従来から、ヨークリングと円筒磁石及び 集磁リングとの間のエアギャップ、並びに集磁突起間のエアギャップを可及的に小さ くし、また、円筒磁石、ヨークリング及び集磁リングの材料を適正に選定して、磁気セ ンサにより検出される磁束密度自体を高め、更には、高出力が得られる磁気センサを 採用する等の対策により検出感度の向上を図るようにしている。
[0016] し力 ながら、エアギャップを小さくするには、円筒磁石、ヨークリング及び集磁リン グの形状精度を高め、またこれらの位置決めを伴う組立精度を高めることが必要であ り、加工及び組立て工数の増加を招来するという問題があり、また、円筒磁石、ヨーク リング及び集磁リングの材料の適正化、並びに高出力の磁気センサの採用も製品コ ストの上昇を伴うという問題がある。
[0017] また、トルク検出装置の全体を磁気遮蔽部材により被覆、又は前記第 1 ,第 2軸を収 容支持したハウジングを磁気遮蔽部材により被覆した場合、磁気遮蔽部材が被覆す る磁気遮蔽面積が比較的多くなり、コスト高になるという問題がある。
[0018] 本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は集磁突起に対す る磁気センサの位置決めを簡易に実施することができ、また磁気センサの検出感度 を、加工及び組立て工数の増加を招来することなく高めることができ、高い検出精度 と検出感度とを併せて実現することが可能なトルク検出装置を提供することにある。
[0019] また、他の目的は外部磁界による検出誤差を低減でき、し力も、磁気遮蔽面積を少 なくすることができるトルク検出装置を提供することにある。また、他の目的は集磁リン グ自体のコストを低減することができるトルク検出装置を提供する点にある。また、他 の目的は集磁リング及び磁気遮蔽部材の組込作業性を向上することができるトノレク 検出装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0020] 第 1発明に係るトルク検出装置は、同軸上に連結された第 1軸及び第 2軸の一方と 一体回転する円筒磁石と、該円筒磁石が形成する磁界内にて前記第 1軸及び第 2 軸の他方と一体回転する 2個一組のヨークリングと、該ヨークリングの外側を各別に囲 繞する 2個一組の集磁リングと、夫々の集磁リングの外周に外向きに突設された集磁 突起の対向面間に配された磁気センサとを備え、該磁気センサが検出する前記集磁 突起間の磁束密度に基づいて前記第 1軸及び第 2軸に加わるトルクを検出するトノレ ク検出装置において、前記集磁突起は、前記集磁リングの周上の複数か所に互いに 略平行をなして突設してあり、これらの集磁突起の対向面間の夫々に突設方向に沿 つて前記磁気センサが挿入してあることを特徴とする。
[0021] 第 1発明においては、ヨークリングの外側を囲繞する集磁リングの周上の複数か所 に、夫々の位置での径方向ではなぐ互いに略平行をなす方向に集磁突起を突設し 、これらの集磁突起の対向面間に各別の磁気センサを揷入して位置決めし、これら の磁気センサの検出結果に基づレ、てトルク検出を行わせる。このような集磁突起と磁 気センサとの位置関係は、集磁突起の突設方向に沿った磁気センサの揷入方向の 位置ずれの影響を殆ど受けず、揷入方向と直交する方向の位置調整によって所望 の位置関係を実現することができ、トルク検出精度の低下を来すことなく組立て工数 の削減を図ることができる。
[0022] 第 2発明に係るトルク検出装置は、第 1発明における集磁突起が、矩形形状を有し 、突設方向の長さ T及び突設方向と直交する方向の幅 Tを、前記磁気センサの検
1 2
知域の長さ E及び幅 E に対して下記の条件を満たすべく寸法設定してあることを特
1 2
徴とする。
0. 1mmく Γ — E < lOmm
1 1
0. 1mmく Γ — E < lOmm
2 2
[0023] 第 2発明においては、集磁突起に対する磁気センサの位置決めが容易であること を利用して、集磁突起のサイズを磁気センサの磁気検知域の大きさに対して適正に 寸法設定し、集磁突起間にて磁気センサにより検知される磁束密度を大とし、磁気セ ンサの出力を高めてトルク検出感度の向上を図る。
[0024] 第 3発明に係るトルク検出装置は、同軸上に連結された第 1軸及び第 2軸の一方と 一体回転する円筒磁石と、該円筒磁石が形成する磁界内にて前記第 1軸及び第 2 軸の他方と一体回転する 2個一組のヨークリングと、該ヨークリングの外側を各別に囲 繞する 2個一組の集磁リングと、夫々の集磁リングの外周に外向きに突設された集磁 突起の対向面間に配された磁気センサとを備え、該磁気センサが検出する前記集磁 突起間の磁束密度に基づいて前記第 1軸及び第 2軸に加わるトルクを検出するトノレ ク検出装置において、前記集磁突起は、これらの対向面間に前記集磁リングの周方 向に並ぶ複数の磁気センサを揷入可能な幅を有して突設してあることを特徴とする。
[0025] 第 3発明においては、集磁リングの外周に外向きに突設してある集磁突起を、集磁 リングの周方向に広幅の突起とし、これらの集磁突起の対向面間に周方向に並べた 複数の磁気センサを配し、これらの磁気センサの検出結果に基づいてトルク検出を 行わせる。共通の集磁突起に対面する複数の磁気センサの出力は、磁気、温度等 の外乱に対して略同一の影響を受けており、外乱に起因する検出精度の低下を小さ く抑え、この出力に基づくトルク検出精度の向上を図ることができる。
[0026] 第 4発明に係るトルク検出装置は、第 1〜第 3発明における集磁突起の端縁が、対 向面から離れる向きに屈曲させてあることを特徴とする。
[0027] 第 4発明においては、互いに対向する集磁突起の端縁を対向面から離れる向きに 屈曲させ、端縁部における磁束の集中を緩和して、磁気センサの検知域となる中央 部における磁束密度を高め、トルク検出感度の向上を図る。
[0028] 第 5発明に係るトルク検出装置は、第 1〜第 4発明における集磁リングの一方を他 方に向けて接離させ、夫々の集磁突起の対向間隔を増減調節する調節手段を備え ることを特 ί数とする。
[0029] 第 5発明においては、集磁リングの一方を他方に向けて接離させ、集磁突起の対 向間隔を拡げた状態で磁気センサの位置決めを容易に行わせると共に、位置決め 後の集磁リングの接近調節により集磁突起の対向間隔を可及的に減じ、対向面間の 磁束密度を高め、磁気センサの出力を増してトルク検出感度を向上させる。
[0030] 第 6発明に係るトルク検出装置は、第 1〜第 5発明における磁気センサを 3個以上 備え、これらの検出値の正誤を多数決原理により判定する判定手段を備えることを特 徴とする。
[0031] 第 6発明においては、 3個以上の磁気センサを用い、例えば、夫々の検出値の差を 比較して、他と有意差が生じている磁気センサの検出値が誤りであると判定すること により、磁気センサのフェイルの有無を確実に判定する。
[0032] 第 7発明に係るトルク検出装置は、回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周 りに配置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁リングと、該集磁リ ングが集めた磁束密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部と を備えるトルク検出装置において、前記集磁リングは外周側に磁気遮蔽層を有する ことを特徴とする。 [0033] 第 7発明にあっては、磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁リングの外 周側に磁気遮蔽層が設けられているため、集磁リングの磁束集めに外部磁界が影響 することを低減でき、外部磁界による検出誤差を低減できる。し力も、磁気遮蔽層は 集磁リングの外周側を被覆しているため、磁気遮蔽層の磁気遮蔽面積を少なくする こと力 Sできる。
[0034] 第 8発明に係るトルク検出装置は、前記磁気遮蔽層は、前記集磁リングに外嵌され 、周上の 1か所が開放された円環状をなし、周上の途中から径方向外向きに延出さ れた延出部を有する非磁性板からなることを特徴とする。
[0035] 第 8発明にあっては帯板状の非磁性板から 2つの磁気遮蔽層を得ることが可能であ るため、非磁性板から円環状に成形される場合に比べて非磁性板の取り除き面積を 少なくすることができる。
[0036] 第 9発明に係るトルク検出装置は、回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周 りに軸長方向へ離隔して並置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める 2 つの集磁リングと、各集磁リングが集めた磁束密度に基づいて前記回転体に加わつ たトルクを検出する検出部とを備えるトノレク検出装置において、前記集磁リングは周 上の 1か所から径方向外向きに延出された凸片を有する円筒形をなし、該集磁リング の外周側及び端面と、前記凸片の一部とを磁気的に遮蔽する磁気遮蔽層を有する ことを特徴とする。
[0037] 第 9発明にあっては、磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁リングの外 周側及び軸長方向の外側となる端面と、凸片の一部（検出部が配置されない側の軸 長方向の外側となる面）とに磁気遮蔽層が設けられているため、集磁リングの磁束集 めに外部磁界が影響することを低減でき、外部磁界による検出誤差を低減できる。し 力、も、磁気遮蔽層は集磁リングの外周側及び軸長方向の外側となる端面と、凸片の 一部（検出部が配置されない側の軸長方向の外側となる面）とを被覆しているため、 磁気遮蔽層の磁気遮蔽面積を少なくすることができる。
[0038] 第 10発明に係るトルク検出装置は、前記集磁リング及び前記磁気遮蔽層が合成樹 脂材料によってモールドされていることを特徴とする。
[0039] 第 10発明にあっては、集磁リング及び磁気遮蔽層がモールドされているため、部 品点数を削減でき、組込作業工程数を削減できる。
発明の効果
[0040] 第 1乃至第 4発明に係るトルク検出装置においては、集磁リングの周上での集磁突 起の突設態様を適正化したから、集磁突起に対する磁気センサの位置決めを含む 組立て工数を削減することができ、また磁気センサに対する外乱の影響を軽減するこ とができ、高精度及び高感度でのトルク検出を、簡易に、し力、も低コストにて実現する ことが可能となる。
[0041] 第 5発明によれば、集磁リングの接離移動によりこれらの集磁突起間のエアギャップ を増減調節可能としたから、このエアギャップ内に配される磁気センサの出力を大と し、トルク検出感度及びトルク検出精度を向上させることができる。 第 6発明によれ ば、 3個以上の磁気センサを用いて多数決原理により磁気センサの検出値の正誤判 定を行ったから、磁気センサのフェイルの有無を確実に判定することができ、誤ったト ルク検出値の使用を未然に防止することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏 する。
[0042] 第 7発明及び第 9発明によれば、集磁リングの磁束集めに外部磁界が影響すること を低減でき、外部磁界による検出誤差を低減でき、し力、も、磁気遮蔽層の磁気遮蔽 面積を少なくすることができ、トルク検出装置のコストを低減できる。
[0043] 第 8発明によれば、帯板状の非磁性板から 2つの磁気遮蔽層を得ることが可能であ るため、非磁性板から円環状に成形される場合に比べて非磁性板の取り除き面積を 少なくすることができ、磁気遮蔽層自体のコスト、ひいてはトルク検出装置のコストを 低減できる。
[0044] 第 10発明によれば、集磁リング及び磁気遮蔽層がモールドされているため、部品 点数を削減でき、組込作業工程数を削減できる。
図面の簡単な説明
[0045] [図 1]本発明に係るトルク検出装置の実施の形態 1の分解斜視図である。
[図 2]本発明に係るトルク検出装置の組立て状態を示す縦断面図である。
[図 3]ヨークリングの磁極爪と円筒磁石の磁極との周方向の位置関係を示す説明図 である。 [図 4]集磁リングの外観斜視図である。
[図 5]集磁突起と磁気センサとの位置関係を示す平面図である。
[図 6]集磁突起の推奨サイズの説明図である。
[図 7]集磁突起の端縁形状による作用の説明図である。
[図 8]磁気センサの望ましい支持構造を示す説明図である。
[図 9]3つの磁気センサを用いた場合のフェイル判定手段の構成例を示すブロック図 である。
[図 10]本発明に係るトルク検出装置の実施の形態 2を示す分解斜視図である。
[図 11]図 10に示すトルク検出装置の組立て状態を示す縦断面図である。
[図 12]本発明に係るトルク検出装置の実施の形態 3を示す縦断面図である。
[図 13]本発明に係るトルク検出装置の構成を示す断面図である。
[図 14]本発明に係るトルク検出装置の模式的分解斜視図である。
[図 15]回転体が一方向に回転した場合に発生する磁気回路の説明図である。
[図 16]本発明に係るトルク検出装置の集磁リング部分の拡大断面図である。
[図 17]本発明に係るトルク検出装置の集磁リング部分の側面図である。
[図 18]本発明に係るトルク検出装置の集磁リング部分の分解斜視図である。
[図 19]本発明に係るトルク検出装置の磁気遮蔽層の成形工程を示す説明図である。
[図 20]本発明に係るトルク検出装置の集磁リング及び磁気遮蔽層が合成樹脂材料に よってモールドされた例を示す拡大断面図である。
[図 21]本発明に係るトルク検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた例を示 す拡大断面図である。
[図 22]従来のトノレク検出装置の問題点の説明図である。
符号の説明
1 第 1軸（回転体）
2 第 2軸（回転体）
3 トーシヨンバー
4 円筒磁石 (磁気回路形成部材）
5 ヨークリング (磁気回路形成部材） 6 集磁リング
7 磁気センサ（検出部）
40 N極（磁極）
41 S極（磁極）
60 集磁突起
65 調節ナット (調節手段）
66 端縁
A トルク検出装置
9 磁気遮蔽層
93 延出部 (板形被覆部）
発明を実施するための最良の形態
[0047] 以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態 1
図 1は、本発明に係るトノレク検出装置の実施の形態 1の分解斜視図、図 2は、組立 て状態を示す縦断面図である。
[0048] 本発明に係るトルク検出装置は、トーシヨンバー 3を介して同軸上に連結された回 転体としての 2つの軸（第 1軸 1及び第 2軸 2)に加わるトノレクを検出対象とし、第 1軸 1 と一体回転する円筒磁石 4と、第 2軸 2と一体回転する 2個一組のヨークリング 5， 5と を備え、ヨークリング 5, 5の外側を各別に囲繞するように配置され、夫々のヨークリン グ 5, 5内に生じる磁束を集める集磁リング 6, 6と、これらの集磁リング 6, 6間に後述 の如く配設された複数（図においては 2つ）の検出部としての磁気センサ 7， 7とを備 えて構成されている。
[0049] トーシヨンバー 3は、細径の丸棒の両端に、第 1軸 1及び第 2軸 2との連結のための 太径短寸の連結部 30， 30を連設して構成されている。第 1軸 1及び第 2軸 2は、前記 連結部 30, 30の内嵌が可能な連結孔 10, 20を夫々の軸心部に備えており、第 1軸 1と 第 2軸 2とのトーシヨンバー 3による連結は、該トーシヨンバー 3両端の連結部 30, 30を 第 1 ,第 2軸 1 , 2の連結孔 10, 20に夫々嵌め込み、後述する周方向の位置決めを行 つた後、各別の連結ピン 11, 21の打設により一体化せしめて実現されている。 [0050] このように連結された第 1軸 1と第 2軸 2とに回転トルクが加えられた場合、この回転 トルクの作用によりトーシヨンバー 3が捩れ変形し、第 1軸 1と第 2軸 2との間には、前 記回転トルクに対応する大きさを有する相対角変位が生じる。
[0051] 第 1軸 1と一体回転する円筒磁石 4、及び第 2軸 2と一体回転するヨークリング 5, 5 は磁気回路形成部材を構成しており、円筒磁石 4は、図 1に示す如ぐ周方向に複数 の磁極（各複数の N極 40， 40…及び S極 41, 41■·■)を並設してなる多極磁石として構 成されており、端面及び内面を適宜の厚さを有するモールド樹脂 42により覆レ、、該モ 一ルド樹脂 42を介して第 1軸 1に同軸的に嵌合固定されている。
[0052] 第 2軸 2と一体回転するヨークリング 5, 5は、図 1に示す如ぐリング形をなすヨーク 本体 50の内面に、軸方向に延びる複数の磁極爪 51， 51…を、周方向に等配して構 成された磁性材料製の円環である。磁極爪 51， 51…は、延設端に向けて縮幅された 三角形状を有しており、 2個のヨークリング 5， 5は、夫々の磁極爪 51， 51…の突設側 を対向させ、周方向に交互に並べた状態で位置決めし、これらの外側を円筒形に成 形されたモールド樹脂 52により覆って一体化され、該モールド樹脂 52を一側に延長 して形成されたボス部 53を介して第 2軸 2の軸端部に同軸的に嵌合固定されている。
[0053] 以上の如く構成されたヨークリング 5, 5は、図 2に示す如ぐ磁極爪 51, 51…を備え る夫々のヨーク本体 50の内面が第 1軸 1に嵌合固定された円筒磁石 4の外周面にわ ずかなエアギャップを隔てて対向するように組み付けられている。
[0054] 図 3は、 2個のヨークリング 5, 5の磁極爪 51, 51…と円筒磁石 4の N極 40, 40…及び S極 41, 41…との周方向の位置関係を示す説明図である。図 3 (b)には、組み付け時 の位置関係が示されており、本図に示す如くヨークリング 5, 5と円筒磁石 4とは、夫々 の磁極爪 51， 51…が円筒磁石 4の周上に並ぶ N極 40と S極 41との境界と一致するよう に周方向に位置決めされている。この位置決めは、トーシヨンバー 3による第 1軸 1と 第 2軸 2との連結に際し、両軸 1 , 2と共に円筒磁石 4及びヨークリング 5, 5の周方向 位置を調整することにより実現される。
[0055] このような組み付け状態において、 2個のヨークリング 5, 5の磁極爪 51, 51…は、円 筒磁石 4の周上において互いに相隣する N極 40と S極 41との間に形成される磁界内 に同一の条件下にて位置することとなり、これらの磁極爪 51， 51…の基部を連絡する ヨーク本体 50, 50内に生じる磁束は同一となる。
[0056] このように実現されたヨークリング 5, 5夫々の磁極爪 51, 51…と円筒磁石 4の N極 40 及び S極 41の境界との間の位置関係は、円筒磁石 4が固定された第 1軸 1とヨークリン グ 5, 5が固定された第 2軸 2との間にトーシヨンバー 3の捩れを伴って生じる相対角変 位に応じて、図 3 (a)又は図 3 (c)に示す如く互いに逆向きに変化し、一方のヨークリ ング 5の磁極爪 51， 51…と他方のヨークリング 5の磁極爪 51 , 51…とには、夫々逆の極 性を有する磁力線が増加し、夫々のヨーク本体 50， 50に正負の磁束が発生する。こ のとき発生する磁束の正負は、円筒磁石 4とヨークリング 5, 5との間、即ち、第 1軸 1と 第 2軸 2との間に生じる相対角変位の向きに応じて定まり、正負の磁束の密度は、前 記相対角変位の大きさに対応する。
[0057] このようにヨークリング 5, 5に発生する磁束を集める集磁リング 6, 6は、ヨーク本体 50の外径よりもやや大きい内径を有する磁性材料製の円環であり、周方向に適長離 隔した 2か所に、軸長方向に延び、先端部を径方向外向きに屈曲成形してなる集磁 突起 60, 60を備えている。このような集磁リング 6, 6は、各 2つの集磁突起 60, 60の突 設側を対向させ、夫々の先端の屈曲部が所定のエアギャップを隔てて対面するよう に同軸上に位置決めされ、この状態を保って樹脂製の保持筒 61の内側に一体化さ れており、該保持筒 61を介して図 2に一部を示すハウジング 8の内部に保持させ、夫 々の集磁リング 6, 6の内周面が各別のヨークリング 5, 5のヨーク本体 50, 50の外周面 に近接対向するように組み付けられている。
[0058] 集磁リング 6, 6の各 2つの集磁突起 60, 60の間には、ホール素子等の磁気検知素 子を用いてなる磁気センサ 7, 7が夫々配してある。この磁気センサ 7, 7は、電源回 路、信号処理回路等の周辺回路を備える共通の回路基板 70の一面に、各別のリード 71により突設支持されており、該回路基板 70と共に前記保持筒 61の一部に連設され たモールド樹脂 62に坦設され、集磁突起 60, 60間に確保されたエアギャップ内に位 置決めされている。
[0059] 以上の構成により集磁リング 6, 6には、夫々に近接して回転するヨーク本体 50， 50 の内部に発生する磁束が誘導され、この磁束は、集磁突起 60， 60の先端に集束され 、夫々に対向する集磁突起 60, 60との間のエアギャップに漏れ出す。磁気センサ 7， 7は、夫々のエアギャップに漏れ出す磁束密度に対応する出力を発し、この出力が、 回路基板 7を経て外部に取り出される。
[0060] このように磁気センサ 7, 7により検出される磁束密度は、夫々の集磁リング 6, 6に 対応するヨーク本体 50, 50に生じる磁束によって変化し、ヨーク本体 50, 50における 発生磁束は、円筒磁石 4に対する夫々の相対変位、即ち、第 1軸 1と第 2軸 2との間 の相対角変位に応じて生じるから、磁気センサ 7, 7の出力は、第 1軸 1及び第 2軸 2 に加えられ、前記相対角変位を生じさせる回転トルクの方向及び大きさに対応するも のとなり、磁気センサ 7, 7の出力変化に基づいて第 1軸 1及び第 2軸 2に加わる回転 トルクを検出することができる。
[0061] 本発明に係るトルク検出装置の特徴は、集磁リング 6， 6の夫々における集磁突起 60, 60の突設態様にある。図 4は、集磁リング 6の要部の外観斜視図であり、本図及 び図 1に示す如く集磁突起 60， 60は、夫々の突設位置における集磁リング 6の径方 向ではなぐ両者の中間位置における集磁リング 6の径方向に沿って、互いに平行を なして突設されている。
[0062] 図 5は、このような集磁突起 60, 60と磁気センサ 7, 7との位置関係を示す平面図で ある。前述の如く集磁突起 60, 60は、集磁リング 6の周上の適長離れた位置に、互い に平行をなす向きに突設されており、また磁気センサ 7, 7は、共通の回路基板 70の 一面に互いに平行をなして突設支持され、集磁突起 60, 60の対向面間の夫々に、こ れらの突設方向に沿って挿入されている。なお図 5には、一方の集磁リング 6の集磁 突起 60, 60の上での磁気センサ 7, 7の位置関係が示されており、磁気センサ 7, 7の 上部に重なる他方の集磁突起 60, 60の図示は省略してある。
[0063] 図 5 (a)には、集磁突起 60， 60に対して磁気センサ 7， 7が正しく位置決めされた状 態が示されている。本図に示す如く磁気センサ 7， 7は、夫々の略中央部に存在する 磁気検知域 72, 72が集磁突起 60， 60の内側となり、し力も夫々の集磁突起 60, 60の 幅方向中央に一致するように位置決めされることにより、前述した漏洩磁束を正しく 検知することができ、高精度でのトルク検出が可能となる。この位置決めは、集磁突 起 60, 60を備える集磁リング 6に対して、磁気センサ 7, 7を支持する回路基板 70を位 置調整して行われる。 [0064] 図 5 (b)には、集磁リング 6に対して回路基板 70が、図中に Xとして示す集磁リング 6 の径方向、即ち、磁気センサ 7, 7の挿入方向に誤って位置調整された状態が示され ている。本発明に係るトノレク検出装置においては、集磁突起 60, 60が互いに平行を なして突設されており、これらに対して位置決めされる磁気センサ 7, 7もまた、基板 70 の一面に互いに平行をなして突設支持されているから、図 5 (b)に示す状態において も磁気センサ 7, 7の磁気検知域 72， 72は、集磁突起 60， 60の長さ方向に位置ずれす るのみであり、幅方向においては略中央に整合した状態を保つことができ、この状態 においても前述した漏洩磁束を正しく検知することができ、高精度でのトルク検出が 可能となる。
[0065] この状態で更に、図中に Yとして示す集磁リング 6の接線方向、即ち、磁気センサ 7 , 7の揷入方向と直交する方向に誤って位置調整がなされた図 5 (c)に示す状態に おいても、磁気センサ 7, 7の磁気検知域 72， 72は、集磁突起 60， 60との重なり状態を 、これらの集磁突起 60, 60の半幅の範囲内において保つことができ、高精度でのトノレ ク検出が可能となる。
[0066] 従って、本発明に係るトルク検出装置においては、集磁リング 6の集磁突起 60, 60 に対する磁気センサ 7, 7の正確な位置調整を強いることなく高精度でのトノレク検出 が可能となり、前記位置調整を含めた組立て工数を大幅に削減することが可能となる
[0067] 一方、集磁突起 60, 60と磁気センサ 7, 7との間の位置決めが容易であることから、 集磁突起 60, 60の平面的なサイズを小さくすることが可能である。磁気センサ 7, 7の 出力は、これらが位置決めされる集磁突起 60, 60間の磁束密度に比例するから、集 磁突起 60, 60の小サイズ化は、磁気センサ 7, 7の出力の向上、即ち、トルク検出感 度の向上に有効である。
[0068] 図 6は、集磁突起 60の推奨サイズの説明図である。本図に示す如ぐ矩形形状を有 する集磁突起 60の突設方向の長さ T及び突設方向と直交する方向の幅 T は、磁気
1 2 センサ 7の磁気検知域 72の長さ E及び幅 E に対して下記の条件を満たすべく寸法
1 2
設定することにより高い検出感度を得ることができる。
0. 1mmく T — E く 10mm 0. 1mmく T — E く 10mm
[0069] また集磁リング 6に突設された集磁突起 60, 60の端縁 66, 66は、図 4に示す如ぐ夫 々に対向する他方の集磁リング 6の集磁突起 60, 60から離れる向きに屈曲させてあり 、このような端縁形状を備えることにより、磁気センサ 7， 7の出力向上、即ち、トルク検 出感度の向上を図ることができる。
[0070] 図 7は、以上の如き集磁突起 60, 60の端縁形状による作用の説明図であり、図 7 (a )は、互いに対向する集磁突起 60, 60が平坦な端縁を有する場合を、図 7 (b)は、集 磁突起 60, 60の端縁 66， 66が、図 4に示す屈曲形状を有する場合を夫々示している
[0071] 集磁突起 60, 60が平坦な端縁を有する場合、これらの間のエアギャップは、全幅に 亘つて均等となり、集磁突起 60, 60間の磁束密度は、図 7 (a)に示すように端縁近傍 に集中する分布状態を示し、磁気センサによる検知域となる集磁突起 60, 60の中央 部における磁束密度は低ぐ磁気センサの出力は小さくなる。
[0072] 一方、集磁突起 60， 60が夫々から離れる向きに屈曲する端縁 66, 66を有する場合、 これらの端縁 66, 66近傍のエアギャップは、中央部のエアギャップよりも大となる。従 つて、集磁突起 60, 60間の磁束密度は、図 7 (b)に示す如ぐ端縁近傍の集中が緩 和された分布となり、この緩和分が磁気センサによる検知域となる集磁突起 60, 60の 中央部に集まり、磁気センサの出力は大となり、この出力に基づくトルク検出感度を 高めること力 Sできる。
[0073] 更に、集磁突起 60, 60に対する磁気センサ 7, 7の前述した位置決めを正しく行わ せるには、共通の回路基板 70上に支持された磁気センサ 7, 7の位置関係が正しく保 たれている必要があるが、磁気センサ 7, 7の支持は、電源線、信号線及びグランド線 を兼ねるリード 71 , 71により不安定になされており、例えば、組み付け時における外力 の作用により位置関係に狂レ、が生じる虞れがある。
[0074] 図 8は、磁気センサ 7, 7の望ましい支持構造を示す説明図であり、本図においては 、回路基板 70上に各別のリード 71 , 71により支持された磁気センサ 7, 7にスぺーサ 73 を取り付け、磁気センサ 7, 7の相互間の位置関係を保つようにしている。スぺーサ 73 は、樹脂等の絶縁材料製のクリップとし、両磁気センサ 7， 7の基部の近傍を一括して 掴持するように取り付けられている。この支持構造によれば、組み付け時における磁 気センサ 7, 7の位置ずれを未然に防止することができ、集磁突起 60, 60に対する前 述した位置決めを正確に行わせることができる。
[0075] 以上の実施の形態において、 2つの磁気センサ 7, 7は、一方を前述したトルク検出 のために用い、他方は、フェイル判定のために用いられている。このフェイル判定は、 磁気センサ 7, 7の出力を経時的に比較し、両者間に明ら力、な差が存在するとき、例 えば、その前後に非定常な出力変化を示している磁気センサ 7がフェイル状態にある と判定する手順により行われる。
[0076] このようなフェイル判定は、磁気センサ 7を 3個以上備え、以下の如き判定手段を構 成することにより、一層確実に行わせることができる。図 9は、 3つの磁気センサを用い た場合のフェイル判定手段の構成例を示すブロック図である。
[0077] 図示の如く 3つの磁気センサ 7， 7, 7の出力は、トルク演算を行うための 2つの CPU
74, 75に与えられている。 CPU74, 75においては、 3つの磁気センサ 7, 7, 7の出力
V , V , Vを用い、これら相互間の差、即ち、 V —V、 V —V及び V -Vを夫
1 2 3 1 2 2 3 3 1 々演算し、これらの差のうち、ゼロを大きく外れる結果が得られる組み合わせから、多 数決原理によりフェイル判定が行われる。例えば、前述の如く演算される差のうち、 V -Vと V -Vとがゼロから外れている場合、これらの差の両方に含まれる出力 V
1 2 3 1 1 力 Sフェイル出力であり、この出力 Vを発している磁気センサ 7がフェイル状態にあると
1
判定することができる。
[0078] 2つの CPU74, 75において同様のフェイル判定を行っているのは、 CPU74, 75自 体の誤作動防止のためである。 CPU74, 75は、相互間での情報の授受が可能に接 続されており、夫々の CPU74, 75におけるフェイル判定の結果は、両 CPU74, 75に おいて常時比較されており、両者の判定の結果が一致した場合にのみ、 3つの磁気 センサ 7, 7, 7の出力 V , V , Vのうち、正常な出力を用いて前述した演算が行わ
1 2 3
れ、この演算により得られたトルク値力 一方の CPU (図においては CPU74)から出 力される構成となっている。
[0079] なお CPU74, 75の一方は、前述した出力差を各別に演算する演算回路、これらの 演算回路の出力を比較する比較回路を含むアナログ回路により置き換えることも可 能である。また 3つの出力センサ 7, 7, 7は、集磁リング 6, 6の周上の各 3か所に集磁 突起 60, 60, 60を突設し、これらの対向面間に配するようにすればよい。
[0080] 実施の形態 2
図 10は、本発明に係るトルク検出装置の実施の形態 2を示す分解斜視図、図 11は 、組立て状態を示す縦断面図である。このトルク検出装置は、集磁リング 6, 6の外周 に、各一つの集磁突起 63, 63が、周方向に所定の幅を有して外向きに突設されてお り、これらの集磁突起 63， 63間に確保されたエアギャップ内に 2つの磁気センサ 7， 7 を配し、これらにより集磁突起 63， 63間の漏洩磁束を検出する構成となっている。他 の部分の構成は、図 1及び図 2に示すトルク検出装置と同様であり、対応する構成部 材に図 1及び図 2と同一の参照符号を付して構成及び動作の詳細な説明を省略する
[0081] この実施の形態においても、広幅の集磁突起 63， 63の対向面の間への 2つの磁気 センサ 7, 7の位置決めを、煩雑な位置調整を必要とせずに容易に行わせることがで き、前記位置調整を含めた組立て工数を大幅に削減しながら高精度でのトノレク検出 が可能となる。更にこの実施の形態においては、磁気センサ 7, 7の出力が、共通の 集磁突起 63, 63間の漏洩磁束に対応するから、両出力間の定常誤差を小さく抑える ことができ、前述したフェイル判定の精度を高めることが可能となり、また、 2つの磁気 センサ 7, 7に対する磁気、温度等の外乱の影響が略同一となり、これらの影響による 検出精度の低下を軽微に抑えることができる。
[0082] 一方、磁気センサ 7、 7の出力は、広幅を有する集磁突起 63, 63の対向面の全域に 亘る漏洩磁束の平均密度となるから、図 1及び図 2に示す構成に比較した場合、得ら れる出力レベルが低ぐトルク検出感度が低くなる。なおこの実施の形態においても、 図 4に示す如き端縁の屈曲処理によりトルク検出感度の向上を図ることが可能である
[0083] 以上の実施の形態に示すトルク検出装置において、磁気センサ 7, 7の出力レベル を高め、トルク検出感度及び検出精度の向上を図るためには、磁気センサ 7, 7が配 される集磁突起 60、 60 (又は集磁突起 63, 63)間のエアギャップを可及的に小さくす ることが有効である。 [0084] 実施の形態 3
図 12は、本発明に係るトルク検出装置の実施の形態 3を示す縦断面図である。この トルク検出装置において、 2個 1組の集磁リング 6, 6のうち、図中の上位置にある集磁 リング 6は、樹脂製の保持筒 64の一側内部に一体に保持され、この保持筒 64を介し てハウジング 8に内嵌固定されている。一方、下位置にある集磁リング 6は、保持筒 64 の他側内部に軸長方向への移動自在に保持され、この集磁リング 6の下端縁は、保 持筒 64の同側開口部に螺合された調節ナット (調節手段) 65に当接させてある。なお 、他の部分の構成は、図 2に示すトルク検出装置と同様であり、対応する構成部材に 図 2と同一の参照符号を付して構成及び動作の詳細な説明を省略する。
[0085] 以上の構成により、調節ナット 65の螺進操作がなされた場合、下位置にある集磁リ ング 6が押圧され、保持筒 64の内部にて軸長方向の上向きに移動して上位置にある 集磁リング 6に近付くこととなり、夫々の周上に前述の如く突設された集磁突起 60, 60 の対向面間のエアギャップを減じるように調整することができる。
[0086] このようなエアギャップの調整は、集磁突起 60, 60間に磁気センサ 7を位置決めした 後に実施され、これにより集磁突起 60, 60間のエアギャップを、磁気センサ 7の厚さを 下限とする最小値に設定することができ、トルク検出感度及び検出精度の向上を図る ことが可能となる。また磁気センサ 7の位置決めを、前述した調整前の集磁突起 60， 60間に確保された広いエアギャップ内にて容易に行わせることができ、組み付けェ 数の削減を図ることが可能となる。
[0087] 実施の形態 4
図 13は本発明に係るトノレク検出装置の構成を示す断面図、図 14は模式的分解斜 視図、図 15は回転体が一方向に回転した場合に発生する磁気回路の説明図である
[0088] トルク検出装置 Aは、トーシヨンバー 3により同軸的に連結された第 1軸 1及び第 2軸 2が有する磁気回路形成部材 12の外周りに軸長方向へ離隔して配置され、該磁気 回路形成部材 12が発生した磁束を集める 2つの集磁リング 6， 6と、各集磁リング 6, 6 を外部磁界と磁気的に遮蔽する磁気遮蔽層 9, 9と、各集磁リング 6, 6が集めた磁束 密度に基づいて第 1軸 1に加わったトルクを検出する検出部としての磁気センサ 7と、 該磁気センサ 7にリード 71により接続された回路基板 70とを備えている。尚、磁気回 路形成部材 12は、第 1軸 1の外周部に取着された複数の円筒磁石 4と、該円筒磁石 4の外周りに配置され、第 2軸 2に外嵌固定された 2つのヨークリング 5, 5とからなる。 また、第 1軸 1及び第 2軸 2は回転体を構成している。
[0089] 円筒磁石 4は複数の周方向位置に N極と S極とが交互に着磁された多極着磁のリ ングになっており、第 1軸 1の外周部に外嵌固定されている。
[0090] ヨークリング 5， 5は第 2軸 2の軸線方向に離隔して向き合う 2つの環板部 54， 54及び 環板部 54, 54の内周部から互いに接近する方向へ延出された複数の磁極爪 51 , 51 を有しており、円筒磁石 4と相対回転することによりヨークリング 5, 5間の磁束密度が 変化するように構成されている。また、磁極爪 51 , 51は周方向に交互に嚙み合うよう に等間隔に配置されており、磁極爪 51 , 51が交互に嚙み合う状態でヨークリング 5, 5 が合成樹脂材料によりモールドされ、モールド体 55になっている。
[0091] 図 16は集磁リング部分の拡大断面図、図 17は集磁リング部分の側面図、図 18は集 磁リング部分の分解斜視図である。
集磁リング 6, 6は周方向の 1か所力 径方向外向きに延出され、前記磁気センサ 7 の両側に配置された集磁突起 60, 60を有する円筒形をなしており、集磁突起 60， 60 に磁束が集まるように構成されている。また、集磁リング 6, 6は鉄板等の磁性板を成 形してなる。
[0092] 磁気遮蔽層 9, 9は集磁リング 6， 6の外周側を被覆する筒形被覆部 91， 91と、集磁 リング 6, 6の一方の端面を被覆する環形被覆部 92, 92と、集磁突起 60, 60の外面部 を被覆する板形被覆部 93とを有する環体 94, 94からなり、該環体 94, 94が集磁リング 6, 6に外嵌されている。環体 94, 94が外嵌された集磁リング 6， 6は支持部材としの合 成樹脂製のケース 13に支持されている。また、磁気遮蔽層 9, 9は珪素鋼板等の非磁 性材により形成されているが、その材料は特に制限されない。
[0093] ケース 13は集磁リング 6， 6の内周面に対応する貫通孔 13aを有する環部 13bと、該 環部 13bの外周部から径方向外方へ延出され、収容部 13cを有する有底の角筒部 13dとを有しており、環部 13b及び収容部 13cが連通孔 13eにより連通している。環 部 13bには集磁リング 6， 6が内嵌固定され、該集磁リング 6, 6の集磁突起 60, 60が 連通孔 13eに配置されている。また、収容部 13cに回路基板 70が小ねじにより取付け られている。また、角筒部 13dの外部への開口端には蓋体 14が小ねじ等により取付 けられる。
[0094] 磁気センサ 7は磁界の作用により電気的特性 (抵抗）が変化するホール素子からな り、集磁リング 6, 6の集磁突起 60， 60間に発生する磁束密度の変化に応じて検出信 号が変わるように構成されており、検出信号は回路基板 70に与えられる。尚、磁気セ ンサ 7はホール素子である他、磁気抵抗効果素子 (MR素子）等、磁界の作用により 電気的特性 (抵抗）が変化する感磁素子であればよぐホール素子に制限されなレ、。
[0095] 以上のように構成されたトルク検出装置は、磁気回路形成部材 12が発生した磁束 を集める集磁リング 6， 6の外周側を被覆する筒形被覆部 91， 91と、集磁リング 6, 6の 一方の端面を被覆する環形被覆部 92， 92と、集磁突起 60, 60の一部（検出部が配置 されない側の軸長方向の外側となる面）を被覆する板形被覆部 93とを有する磁気遮 蔽層 9, 9が設けられているため、外部磁界が集磁リング 6, 6の磁束集めに影響する ことを低減でき、外部磁界による検出誤差を低減できる。また、磁気遮蔽層 9， 9は集 磁リング 6, 6の全面を被覆することなぐ集磁リング 6, 6の一部を被覆しているため、 磁気遮蔽層 9, 9の磁気遮蔽面積を少なくすることができ、磁気遮蔽層 9, 9のコスト、 ひいてはトルク検出装置のコストを低減できる。
[0096] 図 19はトルク検出装置の磁気遮蔽層の成形工程を示す説明図である。磁気遮蔽 層 9, 9は珪素鋼板等の非磁性板が成形される。この成形は例えば図 19の (a)と図 19 の (b)と力 Sある。（a)は四角形の非磁性板の中央部を環板状に打抜き (c)、 1つの打抜 環板 9aを成形し (d)、この打抜環板 9aを円筒状に成形してある (e)。
[0097] (b)は帯板状の非磁性板の幅方向両側を帯板状に打抜き (f)、 2つの打抜帯板 9b， 9bを成形し (g)、各打抜帯板 9b, 9bを湾曲させることにより周方向の 1か所が開放され た円環状 (筒形被覆部 91)をなし、周方向の途中から径方向外向きに延出された延 出部 (板形被覆部 93)を有する形状に成形してある (h)。このように (b)は帯板状の非 磁性板により 2つの磁気遮蔽層 9, 9を成形することができるため、 (a)のように四角形 の非磁性板から円環状に成形される場合に比べて非磁性板の取り除き面積を少なく することができ、し力も、非磁性板の曲げ成形を簡易に行うことができ、磁気遮蔽層 9 , 9自体のコストを低減できる。
[0098] また、図 19の (b)のように帯板状の非磁性板により磁気遮蔽層 9, 9を成形する場合 、打抜帯板 9b, 9bは扁平状とする他、 (i)のように凹凸条をなす波板状としてもよい。 このように打抜帯板 9b， 9bを波板状とすることにより、外部磁界の吸収性を高めるこ とができる。即ち、磁束は凸部に集まる性質があるため、磁気遮蔽効果を高めること ができる。
[0099] 図 20はトルク検出装置の集磁リング 6， 6及び磁気遮蔽層 9， 9が合成樹脂材料によ つてモールドされた例を示す拡大断面図である。集磁リング 6， 6には図 16〜図 18に 示す磁気遮蔽層 9, 9が外嵌により保持されており、この磁気遮蔽層 9， 9が設けられ た集磁リング 6, 6を成形用型のキヤビティに配置した状態でケースの合成樹脂と同 系統の合成樹脂材料を前記キヤビティに注入することにより集磁リング 6， 6及び磁 気遮蔽層 9, 9をモールド層 15でモールドする。このモールドにより集磁リング 6， 6及 び磁気遮蔽層 9, 9は 1つの部品となるため、組立て作業時の組立て工数を削減でき 、組立て作業性を向上でき、しかも、組込みもれ等の作業ミスを低減でき、ひいてはト ルク検出装置のコストを低減できる。
[0100] 図 21はトルク検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた例を示す拡大断面 図である。以上のように製造されたトルク検出装置 Aは例えば車両用の電動パワース テアリング装置に用いられる。この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイ一 ルに繋がる入力軸 22 (第 1軸 1)及び該入力軸 22にトーシヨンバー 3により同軸的に連 結された出力軸 23 (第 2軸 2)と、入力軸 22及び出力軸 23を取り囲み、 3つの軸受 24, 25, 26により入力軸 22及び出力軸 23を回転自在に支持するハウジング 27と、該ハウ ジング 27に取着された操舵補助用の電動モータ 28と、該電動モータ 28の駆動軸の回 転力を出力軸 23に伝動する減速機構 29と、トルク検出装置 Aと、該トルク検出装置 A の回路基板 70及び電動モータ 28の駆動回路に接続されるマイクロプロセッサを用い てなる制御部（図示せず）とを備えている。そして、ステアリングホイールを操舵するこ とにより入力軸 22に加わる回転トルクをトーシヨンバー 3に生じる捩れによって磁気セ ンサ 7が検出し、検出トルクを回路基板 70で電圧信号に変換した後、前記制御部に 加えられ、該制御部から出力される指示信号により電動モータ 28が駆動制御され、 減速機構 29を介して出力軸 23が回転する。
[0101] ハウジング 27は入力軸 22及び出力軸 23を取り囲む筒部 27aと、該筒部 27aの外周 部一個所に突設され、ケース 13を取着するための取着座 27bと、該取着座 27bを径 方向へ貫通し、集磁リング 6， 6を筒部 27a内に配置するための貫通孔 27cと、該貫 通孔 27cに連なり、ケース 13の環部 13bに対応して湾曲する嵌合溝 27dとを有してお り、取着座 27bにケース 13が取着されている。
[0102] このケース 13はハウジング 27の径方向に開口する貫通孔 27cから筒部 27a内に環 部 13bを揷入し、該環部 13bを嵌合溝 27dに係合させることにより、集磁リング 6, 6の 筒部 27a内での位置を決め、ケース 13の角筒部 13dが取着座 27bに取着される。こ のケース 13を取着した後、入力軸 22及び出力軸 23がハウジング 27の軸長方向から筒 部 27a内に挿入され、円筒磁石 4及びヨークリング 5が集磁リング 6， 6の内側に配置 される。
[0103] 尚、以上説明した実施の形態では磁気遮蔽層 9， 9を珪素鋼板等の非磁性板により 成形したが、その他、磁気遮蔽層 9, 9は非磁性材を集磁リング 6, 6にコーティングす ることにより形成してもよいし、また、集磁リング 6, 6に対応した形状に形成された非 磁性板を集磁リング 6， 6に貼付ることにより形成してもよい。
産業上の利用可能性
[0104] 本発明に係るトルク検出装置は、電動パワーステアリング装置に使用する他、電動 パワーステアリング装置以外の装置に使用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 同軸上に連結された第 1軸及び第 2軸の一方と一体回転する円筒磁石と、該円筒 磁石が形成する磁界内にて前記第 1軸及び第 2軸の他方と一体回転する 2個一組の ヨークリングと、該ヨークリングの外側を各別に囲繞する 2個一組の集磁リングと、夫々 の集磁リングの外周に外向きに突設された集磁突起の対向面間に配された磁気セン サとを備え、該磁気センサが検出する前記集磁突起間の磁束密度に基づいて前記 第 1軸及び第 2軸に加わるトノレクを検出するトノレク検出装置において、
前記集磁突起は、前記集磁リングの周上の複数か所に互いに略平行をなして突設 してあり、これらの集磁突起の対向面間の夫々に突設方向に沿って前記磁気センサ が挿入してあることを特徴とするトルク検出装置。
[2] 前記集磁突起は、矩形形状を有し、突設方向の長さ T及び突設方向と直交する
1
方向の幅 Tを、前記磁気センサの検知域の長さ E及び幅 E に対して下記の条件を
2 1 2 満たすべく寸法設定してある請求項 1記載のトノレク検出装置。
0. 1mmく Γ — E < lOmm
1 1
0. 1mmく Γ — E < lOmm
2 2
[3] 同軸上に連結された第 1軸及び第 2軸の一方と一体回転する円筒磁石と、該円筒 磁石が形成する磁界内にて前記第 1軸及び第 2軸の他方と一体回転する 2個一組の ヨークリングと、該ヨークリングの外側を各別に囲繞する 2個一組の集磁リングと、夫々 の集磁リングの外周に外向きに突設された集磁突起の対向面間に配された磁気セン サとを備え、該磁気センサが検出する前記集磁突起間の磁束密度に基づいて前記 第 1軸及び第 2軸に加わるトノレクを検出するトノレク検出装置において、
前記集磁突起は、これらの対向面間に前記集磁リングの周方向に並ぶ複数の磁気 センサを揷入可能な幅を有して突設してあることを特徴とするトノレク検出装置。
[4] 前記集磁突起の端縁は、対向面から離れる向きに屈曲させてある請求項 1乃至請 求項 3のレ、ずれかに記載のトノレク検出装置。
[5] 前記集磁リングの一方を他方に向けて接離させ、夫々の集磁突起の対向間隔を増 減調節する調節手段を備える請求項 1乃至請求項 4のいずれかに記載のトルク検出 装置。
[6] 前記磁気センサを 3個以上備え、これらの検出値の正誤を多数決原理により判定 する判定手段を備える請求項 1乃至請求項 5のいずれかに記載のトルク検出装置。
[7] 回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに配置され、該磁気回路形成部 材が発生した磁束を集める集磁リングと、該集磁リングが集めた磁束密度に基づいて 前記回転体に加わったトルクを検出する検出部とを備えるトノレク検出装置において、 前記集磁リングは外周側に磁気遮蔽層を有することを特徴とするトルク検出装置。
[8] 前記磁気遮蔽層は、前記集磁リングに外嵌され、周上の 1か所が開放された円環 状をなし、周上の途中力 径方向外向きに延出された延出部を有する非磁性板から なる請求項 7記載のトルク検出装置。
[9] 回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに軸長方向へ離隔して並置され、 該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める 2つの集磁リングと、各集磁リングが集 めた磁束密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部とを備える トルク検出装置において、前記集磁リングは周上の 1か所力 径方向外向きに延出さ れた凸片を有する円筒形をなし、該集磁リングの外周側及び端面と、前記凸片の一 部とを磁気的に遮蔽する磁気遮蔽層を有することを特徴とするトノレク検出装置。
[10] 前記集磁リング及び前記磁気遮蔽層が合成樹脂材料によってモールドされている 請求項 7乃至 9のいずれか一つに記載のトノレク検出装置。
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