WO2018190185A1 - 磁気検出装置、トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

磁気検出装置、トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置 Download PDF

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WO2018190185A1
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magnetic
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magnetic detection
substrate
shaft
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PCT/JP2018/014209
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前原　秀雄
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Ｋｙｂ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic detection device, a torque sensor including the magnetic detection device, and an electric power steering device including the torque sensor.
  • JP 2016-102671A discloses a magnetic detection device including a magnetic sensor surface-mounted on a substrate.
  • the magnetic detection device includes first and second magnetic flux collecting rings that collect magnetic flux in a magnetic flux collecting portion, and the magnetic sensor is disposed between the magnetic flux collecting portions of the first and second magnetic flux collecting rings.
  • a notch is formed in the substrate, and the magnetic sensor overlaps the notch.
  • An object of the present invention is to improve the assembling property while increasing the detection sensitivity of the magnetic detection device.
  • a magnetic detection device is disposed so as to sandwich a substrate having a penetration portion, a magnetic detection portion that is supported by the substrate overlapping the penetration portion, and the penetration portion and the magnetic detection portion.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the electric power steering apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of the rotating magnetic circuit unit.
  • FIG. 4 is a perspective view of the magnetic detection device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the magnetic detection device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of the magnetic sensor shown in FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view of the substrate shown in FIG.
  • the electric power steering apparatus 100 is mounted on a vehicle and assists the steering of the steering wheel 1 by a driver.
  • the electric power steering apparatus 100 includes a steering shaft 11 that rotates according to the rotation of the steering wheel 1 and a rack shaft 12 that snakes the wheels 2 according to the rotation of the steering shaft 11.
  • the rack shaft 12 is connected to the wheel 2 via the knuckle arm 3.
  • the steering shaft 11 has an input shaft 13 as a first shaft connected to the steering wheel 1 and an output shaft 15 as a second shaft connected to the input shaft 13 via a torsion bar 14.
  • a pinion gear 16 that meshes with the rack gear 12 a of the rack shaft 12 is formed on the output shaft 15, and the output shaft 15 and the rack shaft 12 are connected by meshing between the pinion gear 16 and the rack gear 12 a.
  • Steering torque generated by steering the steering wheel 1 is transmitted to the rack shaft 12 through the steering shaft 11.
  • the electric power steering apparatus 100 includes an assist mechanism 20 that assists the driver in steering.
  • the assist mechanism 20 includes an electric motor 21, a worm shaft 22 connected to the output shaft of the electric motor 21, a worm wheel 23 that meshes with the worm shaft 22, and a pinion shaft 24 connected to the worm wheel 23.
  • a pinion gear 25 that meshes with the rack gear 12a of the rack shaft 12 is formed on the pinion shaft 24, and the pinion shaft 24 and the rack shaft 12 are connected by meshing between the pinion gear 25 and the rack gear 12a.
  • the auxiliary torque generated by driving the electric motor 21 is transmitted to the rack shaft 12 through the worm shaft 22, the worm wheel 23 and the pinion shaft 24.
  • the steering torque of the steering wheel 1 and the auxiliary torque of the electric motor 21 are transmitted to the rack shaft 12 independently of each other.
  • Such an electric power steering apparatus 100 is also referred to as a “dual pinion type electric power steering apparatus”.
  • the electric power steering apparatus 100 further includes a torque sensor 30 that detects the steering torque input to the input shaft 13 and a controller 40 that controls the operation of the electric motor 21.
  • the torque sensor 30 and the controller 40 are electrically connected via a signal line 41.
  • the torque sensor 30 receives electric power from the controller 40 and outputs a signal corresponding to the detected steering torque to the controller 40.
  • the controller 40 controls the operation of the electric motor 21 based on the signal from the torque sensor 30. That is, the electric motor 21 generates auxiliary torque based on the steering torque detected by the torque sensor 30.
  • the input shaft 13 is rotatably supported by the first housing 51 via a bearing 11a
  • the output shaft 15 is rotatably supported by the second housing 52 via bearings 11b and 11c.
  • the output shaft 15 is formed with a hole 15a opened at the upper end surface thereof, and the lower end portion 13a of the input shaft 13 is inserted into the hole 15a.
  • a part of the input shaft 13 is formed hollow, and the torsion bar 14 is inserted into the input shaft 13.
  • An upper end portion 14 a of the torsion bar 14 is connected to the input shaft 13 via a pin 17.
  • the lower end portion 14 b of the torsion bar 14 protrudes from the lower end portion 13 a of the input shaft 13 and is inserted into a hole 15 b that opens at the bottom surface of the hole 15 a of the output shaft 15.
  • a serration is formed on the outer periphery of the lower end portion 14b of the torsion bar 14, and the torsion bar 14 and the output shaft 15 are connected via the serration.
  • the torsion bar 14 and the output shaft 15 are provided coaxially with the rotation center axis of the input shaft 13.
  • the torsion bar 14 transmits the steering torque input from the steering wheel 1 (see FIG. 1) to the input shaft 13 to the output shaft 15 and is torsionally deformed according to the steering torque.
  • a direction along the rotation center axis of the input shaft 13 is referred to as an “axial direction”
  • a radial direction around the rotation center axis of the input shaft 13 is referred to as a “radial direction”
  • the direction around the rotation center axis of the input shaft 13 is This direction is referred to as “circumferential direction”.
  • the torque sensor 30 is attached across the input shaft 13 and the output shaft 15.
  • the torque sensor 30 includes a magnetism generating unit 31 supported by the input shaft 13, a rotating magnetic circuit unit 32 supported by the output shaft 15, and a fixed magnetic circuit unit 33 fixed to the first housing 51. And having.
  • the magnetism generating unit 31 rotates with the input shaft 13, and the rotating magnetic circuit unit 32 rotates with the output shaft 15.
  • the magnetism generating unit 31 has an annular back yoke 31a fitted to the outer periphery of the input shaft 13, and a ring magnet 31b coupled to the lower end surface of the back yoke 31a.
  • the ring magnet 31b is a permanent magnet that generates magnetism along the axial direction, and has twelve magnetic poles formed with an equal width in the circumferential direction. That is, six N poles and six S poles are alternately formed in the circumferential direction on each end face of the ring magnet 31b.
  • Such a ring magnet 31b is also called a “multipolar magnet”, and is formed by applying a magnetic field in the axial direction to an annular hard magnetic body.
  • the back yoke 31a is made of a soft magnetic material and guides a magnetic flux between adjacent magnetic poles of the ring magnet 31b. Therefore, the magnetic force of the ring magnet 31b is concentrated on the side opposite to the back yoke 31a.
  • the rotating magnetic circuit unit 32 supports the first and second soft magnetic rings 32a and 32b via the first and second soft magnetic rings 32a and 32b and the mold resin 32d. And a support member 32c.
  • the support member 32 c is attached to the output shaft 15. In FIG. 3, the mold resin 32d is not shown.
  • the first soft magnetic ring 32a includes a first magnetic path ring part 32e surrounding the back yoke 31a of the magnetism generating part 31, and six first magnetic path column parts protruding downward in the axial direction from the first magnetic path ring part 32e. 32f and a first magnetic path tip 32g refracted radially inward from the lower end of each first magnetic path column 32f.
  • the first magnetic path tip 32g faces the lower end surface of the ring magnet 31b.
  • the second soft magnetic ring 32b protrudes upward in the axial direction from the first magnetic path ring portion 32e, a second magnetic path ring portion 32h that is spaced apart in the axial direction, and the second magnetic path ring portion 32h.
  • Each of the second magnetic path column portions 32i, and a second magnetic path tip portion 32j refracted radially inward from the upper end of each second magnetic path column portion 32i.
  • the second magnetic path tip 32j faces the lower end surface of the ring magnet 31b.
  • the first magnetic path front end portion 32g and the second magnetic path front end portion 32j are arranged on the same plane orthogonal to the rotation center axis of the torsion bar 14 alternately at equal intervals in the circumferential direction. Further, the first magnetic path tip portion 32g and the second magnetic path tip portion 32j are in a neutral state where no torque acts on the torsion bar 14, and the respective center lines extending in the radial direction are the N pole and S pole of the ring magnet 31b. Arranged to point to the boundary.
  • the N pole and S pole of the ring magnet 31b are magnetically short-circuited by the first magnetic path tip portion 32g and the second magnetic path tip portion 32j, and the magnetic flux of the ring magnet 31b is changed to the first magnetic path of the rotating magnetic circuit portion 32. It is not led to the ring part 32e and the second magnetic path ring part 32h.
  • the first magnetic path tip 32g faces the N pole with a larger area than the S pole
  • the second The magnetic path tip 32j faces the S pole with a larger area than the N pole.
  • the first magnetic path tip 32g faces the S pole with a larger area than the N pole and the second magnet.
  • the road tip 32j is opposed to the N pole with a larger area than the S pole.
  • the torsional deformation amount of the torsion bar 14 increases as the torque acting on the torsion bar 14 increases. Therefore, there is a large area difference in which the first magnetic path tip 32g faces the N pole and S pole of the ring magnet 31b, and an area difference in which the second magnetic path tip 32j faces the N pole and S pole of the ring magnet 31b. Thus, the magnetic flux guided from the ring magnet 31b to the first magnetic path ring portion 32e and the second magnetic path ring portion 32h of the rotating magnetic circuit portion 32 is increased.
  • the first magnetic path tip 32g and the second magnetic path tip 32j of the rotating magnetic circuit section 32 are changed from the ring magnet 31b to the first magnetic path according to the direction and magnitude of the torque acting on the torsion bar 14.
  • the direction and magnitude of the magnetic flux guided to the ring portion 32e and the second magnetic path ring portion 32h are changed.
  • the magnetism generating unit 31 is fixed to the input shaft 13 and the rotating magnetic circuit unit 32 is fixed to the output shaft 15
  • the magnetism generating unit 31 is fixed to the output shaft 15 and rotated so as to rotate together with the output shaft 15.
  • the magnetic circuit unit 32 may be fixed to the input shaft 13 so as to rotate together with the input shaft 13.
  • the fixed magnetic circuit section 33 includes a first magnetic flux collecting ring 33 a and a second magnetic flux collecting ring 33 b that are fixed to the inner peripheral surface of the first housing 51 by caulking.
  • the first magnetism collecting ring 33a is provided along the outer periphery of the first magnetic path ring portion 32e (see FIG. 3) of the rotating magnetic circuit portion 32. Therefore, the magnetic flux from the ring magnet 31b of the magnetism generating unit 31 is guided to the first magnetism collecting ring 33a through the first soft magnetic ring 32a of the rotating magnetic circuit unit 32.
  • the second magnetism collecting ring 33b is provided along the outer periphery of the second magnetic path ring portion 32h (see FIG.
  • the torque sensor 30 includes a magnetic detection device 60 that detects a magnetic flux guided from the magnetism generating unit 31 to the fixed magnetic circuit unit 33 through the rotating magnetic circuit unit 32.
  • a magnetic detection device 60 that detects a magnetic flux guided from the magnetism generating unit 31 to the fixed magnetic circuit unit 33 through the rotating magnetic circuit unit 32.
  • the magnetic detection device 60 includes a substrate 61, two magnetic sensors 62 mounted on the substrate 61, and a first collection for guiding magnetic flux from the fixed magnetic circuit unit 33 to the magnetic sensor 62.
  • substrate 61 is accommodated in the case 65 attached to the 1st housing 51 (refer FIG. 1).
  • the first magnetism collecting yoke 63 and the second magnetism collecting yoke 64 are held by a holder 66 fixed to the case 65.
  • the holder 66 is detachably provided on the case 65 along the substrate 61. In FIG. 4, the case 65 and the holder 66 are not shown.
  • the substrate 61 has a plurality of holes 61b through which the connection pins 65a supported by the case 65 are inserted.
  • a wiring (not shown) is formed on the surface 61a of the substrate 61 by patterning, and this wiring is electrically connected to the signal line 41 (see FIG. 1) via the connection pin 65a.
  • the magnetic sensor 62 includes a sensor main body 62a as a magnetic detection unit that detects magnetic flux density, and a plurality of terminals 62b that electrically connect the sensor main body 62a and the wiring of the substrate 61.
  • the sensor body 62a includes a Hall element (not shown) that outputs a voltage according to the magnetic flux density, and outputs a voltage according to the magnitude and direction of the magnetic flux density to the controller 40 (see FIG. 1) through the substrate 61.
  • the sensor body 62a is formed in a plate shape, and is provided on the substrate 61 substantially parallel to the substrate 61 so that the back surface 62d of the sensor body 62a faces the front surface 61a of the substrate 61.
  • the plurality of terminals 62b extend from both side surfaces of the sensor main body 62a to the substrate 61 and are fixed onto the wiring of the substrate 61 by solder. Thus, the sensor main body 62a is supported on the substrate 61 via the plurality of terminals 62b.
  • the reason why the two magnetic sensors 62 are provided in the magnetic detection device 60 is to diagnose a failure of the magnetic detection device 60 by comparing the voltage signals of the two.
  • the number of the magnetic sensors 62 may be one.
  • the first magnetism collecting yoke 63 includes a yoke body 63a formed in a substantially arc shape, a pair of leg portions 63b protruding from the yoke body 63a, and a claw portion (magnetic induction portion) 63c provided at the tip of each leg portion 63b. And have.
  • the second magnetism collecting yoke 64 includes a yoke body 64a formed in a substantially arc shape, a pair of leg portions 64b protruding from the yoke body 64a, and claw portions (magnetic induction) provided at the tips of the leg portions 64b. Part) 64c.
  • the inner peripheral surfaces of the yoke bodies 63a and 64a are in contact with the outer peripheral surfaces of the first and second magnetic flux collecting rings 33a and 33b of the fixed magnetic circuit unit 33, respectively. (See FIG. 2).
  • the yoke main body 63a and the yoke main body 64a are arranged with an interval in the axial direction.
  • the leg portion 63b and the leg portion 64b are bent outward in the radial direction from the opposing end surfaces of the yoke bodies 63a and 64a so that the distance between the leg portion 63b and the leg portion 64b decreases toward the tip.
  • the claw portion 63c and the claw portion 64c are formed in a flat plate shape, and are arranged in parallel with a space therebetween so as to sandwich the sensor main body 62a of the magnetic sensor 62 and the substrate 61.
  • the claw portion 63c faces the front surface 62c of the sensor body 62a with a gap
  • the claw portion 64c faces the back surface 61c of the substrate 61 with a gap.
  • the distance between the claw part 63c and the claw part 64c is narrower than the distance between the yoke body 63a and the yoke body 64a.
  • the claw part 63c and the claw part 64c are connected to the first and second magnetism collecting rings 33a,
  • the magnetic flux guided from 33b (see FIG. 2) to the yoke bodies 63a and 64a is guided to the sensor body 62a.
  • the magnetic detection device 60 detects the magnetic flux guided from the ring magnet 31b of the magnetism generating unit 31 to the fixed magnetic circuit unit 33 through the rotating magnetic circuit unit 32.
  • the substrate 61 has two through holes 61d as penetrating portions that penetrate between the front surface 61a and the back surface 61c.
  • the magnetic sensor 62 is disposed on the substrate 61 so that the sensor body 62a overlaps the through hole 61d, and the claw portion 63c and the claw portion 64c are disposed so as to sandwich the sensor body 62a and the through hole 61d.
  • a soft magnetic member 67 is provided inside the through hole 61d.
  • the soft magnetic member 67 is formed in substantially the same shape as the through hole 61d so as to close the through hole 61d.
  • the soft magnetic member 67 is made of a material having a small holding force and a high magnetic permeability, such as iron, silicon steel, permalloy, or an amorphous magnetic alloy.
  • the claw portion 64c of the second magnetism collecting yoke 64 faces the soft magnetic member 67 with a space therebetween. Therefore, between the claw part 63c and the claw part 64c, the first magnetic gap G1 between the claw part 63c and the soft magnetic member 67 and the second magnetic gap between the claw part 64c and the soft magnetic member 67 are provided. G2 is formed.
  • the first magnetic gap G1 and the second magnetic gap G2 are formed between the claw portion 63c and the claw portion 64c.
  • the sum of the first magnetic gap G1 and the second magnetic gap G2 is smaller than the magnetic gap G3 by the thickness of the soft magnetic member 67. Since the leakage magnetic flux is smaller as the magnetic gap is smaller, the leakage magnetic flux in the magnetic detection device 60 is smaller than when the soft magnetic member 67 is not provided in the through hole 61d. Since more magnetic flux passes through the sensor body 62a of the magnetic detection device 60, the detection sensitivity of the magnetic detection device 60 can be increased. Therefore, the influence of external factors such as noise can be reduced, and the detection accuracy of the magnetic detection device 60 can be increased.
  • the claw part 64c is inserted into the through hole 61d of the substrate 61 to reduce the distance between the claw part 63c and the claw part 64c. Is also possible. However, in order to insert the claw portion 64c into the through hole 61d, it is necessary to align the positions of the claw portion 64c and the through hole 61d with high accuracy. Assembling such a magnetic detection device requires advanced technology.
  • the soft magnetic member 67 is provided inside the through hole 61d of the substrate 61, the magnetic gap between the claw portion 63c and the claw portion 64c is narrowed by the soft magnetic member 67. Therefore, the leakage magnetic flux between the claw part 63c and the claw part 64c can be reduced without inserting the claw part 64c into the through hole 61d of the substrate 61. Thereby, assembly property can be improved, improving the detection sensitivity of the magnetic detection apparatus 60.
  • the soft magnetic member 67 has a first facing surface 67a facing the back surface 62d of the sensor main body 62a of the magnetic sensor 62 with a space therebetween.
  • the first facing surface 67 a is located inside the through hole 61 d of the substrate 61. Therefore, the soft magnetic member 67 is provided inside the through hole 61d without protruding from the surface 61a of the substrate 61 toward the sensor body 62a. Therefore, by managing the distance between the back surface 62d of the sensor main body 62a and the front surface 61a of the substrate 61, the magnetic sensor 62 can be mounted on the substrate 61 without contacting the sensor main body 62a and the soft magnetic member 67. Thereby, the assembly property of the magnetic detection apparatus 60 can be improved.
  • the soft magnetic member 67 has a second facing surface 67b that faces the claw portion 64c with a space therebetween.
  • the second facing surface 67 b is located inside the through hole 61 d of the substrate 61. Therefore, the soft magnetic member 67 is provided inside the through hole 61d without protruding from the back surface 61c of the substrate 61 toward the claw portion 64c. Therefore, by managing the distance between the claw portion 64c and the substrate 61, the substrate 61 and the magnetic sensor 62 are arranged between the claw portion 63c and the claw portion 64c without bringing the claw portion 64c into contact with the soft magnetic member 67. can do. Thereby, the assembly property of the magnetic detection apparatus 60 can be improved.
  • the first facing surface 67a is located inside the through hole 61d of the substrate 61” includes the case where the first facing surface 67a forms a flat surface without a step with the surface 61a of the substrate 61.
  • the second opposing surface 67b is located inside the through hole 61d of the substrate 61” includes the case where the second opposing surface 67b forms a flat surface without a step with the back surface 61c of the substrate 61.
  • a copper foil pattern 61e to which solder can adhere is formed at the opening edge of the through hole 61d.
  • the soft magnetic member 67 is fixed to the substrate 61 by solder (not shown) attached to the copper foil pattern 61e. Therefore, the soft magnetic member 67 can be fixed to the substrate 61 in the process of fixing the magnetic sensor 62 to the substrate 61 by soldering, and the number of assembly steps of the magnetic detection device 60 can be reduced.
  • both the magnetic sensor 62 and the soft magnetic member 67 are fixed to the substrate 61, relative movement between the magnetic sensor 62 and the soft magnetic member 67 can be prevented. Therefore, it is possible to prevent a decrease in detection accuracy due to a change in the interval between the magnetic sensor 62 and the soft magnetic member 67.
  • the substrate 61 is provided with a moisture-proof coating.
  • the moisture-proof coating is performed in a state where the magnetic sensor 62 and the soft magnetic member 67 are fixed to the substrate 61. That is, the magnetic sensor 62 and the soft magnetic member 67 are covered with the moisture-proof coating. Therefore, it is possible to prevent the soft magnetic member 67 from dropping from the substrate 61 while protecting the magnetic sensor 62 and the soft magnetic member 67 from moisture.
  • the through hole 61 d penetrates the substrate 61. Therefore, the deformation of the substrate 61 can be reduced as compared with the case where the notch penetrates the substrate 61. Therefore, the displacement of the sensor main body 62a accompanying the deformation of the substrate 61 can be reduced, and the detection accuracy of the magnetic detection device 60 can be increased.
  • the steering torque does not act on the torsion bar 14.
  • the first magnetic path tip 32g of the first soft magnetic ring 32a of the rotating magnetic circuit portion 32 and the second magnetic path tip 32j of the second soft magnetic ring 32b are respectively the N poles of the ring magnet 31b. And opposite to the S pole with the same area. Therefore, the magnetic flux from the ring magnet 31b is not guided to the first magnetic path ring portion 32e of the first soft magnetic ring 32a and the second magnetic path ring portion 32h of the second soft magnetic ring 32b. Magnetic flux from 31b is not guided.
  • the magnetic flux from the ring magnet 31b passes through the rotating magnetic circuit unit 32, the fixed magnetic circuit unit 33, and the first and second magnetic collecting yokes 63 and 64 of the magnetic detection device 60.
  • the magnetic sensor 62 is guided to the sensor body 62a.
  • the sensor body 62a outputs a voltage corresponding to the magnitude and direction of the magnetic flux density.
  • the sensor body 62a of the magnetic detection device 60 outputs a voltage corresponding to the magnitude and direction of the steering torque acting on the torsion bar 14. That is, the torque sensor 30 detects the magnitude and direction of the steering torque input to the steering wheel 1 based on the voltage output by the sensor main body 62a of the magnetic detection device 60. As described above, since the detection sensitivity of the magnetic detection device 60 can be increased, the detection accuracy of the torque sensor 30 can be increased.
  • the voltage from the torque sensor 30 is transmitted to the controller 40 through the signal line 41.
  • the controller 40 drives the electric motor 21 according to the voltage from the torque sensor 30.
  • the rack shaft 12 moves and the wheel 2 is snaked.
  • the electric power steering apparatus 100 assists the steering in accordance with the steering torque input to the steering wheel 1. Since the detection accuracy of the torque sensor 30 can be increased, the wheel 2 can be snaked with higher accuracy according to the torque input to the steering wheel 1 by the driver.
  • a solder paste is printed on the surface 61 a of the substrate 61.
  • the soft magnetic member 67 is disposed inside the through hole 61d and the magnetic sensor 62 is disposed on the surface 61a of the substrate 61, and the solder paste is heated to melt the solder paste.
  • the soft magnetic member 67 and the magnetic sensor 62 are fixed to the substrate 61 by cooling and solidifying the solder paste.
  • the substrate 61 is inserted into the case 65.
  • the connection pin 65 a is inserted into the hole 61 b of the substrate 61.
  • the wiring of the substrate 61 and the connection pins 65a are electrically connected by soldering.
  • the holder 66 to which the first magnetism collecting yoke 63 and the second magnetism collecting yoke 64 are attached in advance is attached to the case 65.
  • the sensor body of the magnetic sensor 62 is interposed between the claw portion 63 c of the first magnetic flux collecting yoke 63 and the claw portion 64 c of the second magnetic flux collecting yoke 64.
  • 62a and the soft magnetic member 67 are inserted.
  • the magnetic detection device 60 is assembled and manufactured.
  • the magnetic detection device 60 is disposed so as to sandwich a substrate 61 having a through hole 61d, a sensor main body 62a supported by the substrate 61 overlapping the through hole 61d, and the through hole 61d and the sensor main body 62a.
  • 31 is provided with a pair of claw portions 63c and 64c for guiding the magnetic flux from the sensor body 62a to the sensor main body 62a, and a soft magnetic member 67 provided at least partially inside the through hole 61d.
  • the soft magnetic member 67 has a first facing surface 67a facing the sensor main body 62a, and the first facing surface 67a is located inside the through hole 61d.
  • the first facing surface 67a of the soft magnetic member 67 is located inside the through hole 61d. Therefore, the soft magnetic member 67 is provided in the through hole 61d without protruding toward the sensor body 62a. Therefore, by managing the distance between the sensor main body 62a and the substrate 61, the sensor main body 62a can be mounted on the substrate 61 without bringing the sensor main body 62a and the soft magnetic member 67 into contact with each other.
  • the soft magnetic member 67 has a second facing surface 67b facing the one claw portion 64c, and the second facing surface 67b is located inside the through hole 61d.
  • the second facing surface 67b of the soft magnetic member 67 is located inside the through hole 61d. Therefore, the soft magnetic member 67 is provided in the through hole 61d without protruding toward the one claw portion 64c. Therefore, by managing the distance between the one claw portion 64c and the substrate 61, the substrate 61 and the sensor main body 62a are arranged between the pair of claw portions 63c and 64c without bringing the claw portion 64c into contact with the soft magnetic member 67. can do.
  • the soft magnetic member 67 is fixed to the substrate 61 with solder.
  • the soft magnetic member 67 is fixed to the substrate 61 with solder. Therefore, the soft magnetic member 67 can be fixed to the substrate 61 in the process of fixing the sensor main body 62a to the substrate 61 by soldering, and the number of assembly steps of the magnetic detection device 60 can be reduced.
  • the substrate 61 is provided with a moisture-proof coating, and the sensor body 62a and the soft magnetic member 67 are covered with the moisture-proof coating.
  • the sensor main body 62a and the soft magnetic member 67 are covered with a moisture-proof coating. Therefore, it is possible to prevent the soft magnetic member 67 from dropping from the substrate 61 while protecting the sensor main body 62a and the soft magnetic member 67 from moisture.
  • the through hole 61d penetrates the substrate 61.
  • the through hole 61 d penetrates the substrate 61. Therefore, the deformation of the substrate 61 can be reduced as compared with the case where the notch penetrates the substrate 61. Therefore, the displacement of the sensor main body 62a accompanying the deformation of the substrate 61 can be reduced, and the detection accuracy of the magnetic detection device 60 can be increased.
  • the torque sensor 30 is coupled to the magnetic detection device 60, the magnetic generator 31, the input shaft 13 that rotates together with the magnetic generator 31, and the input shaft 13, and twists according to the torque input to the input shaft 13.
  • a torsion bar 14 that is deformed, an output shaft 15 that is coupled to the torsion bar 14 and that rotates relative to the input shaft 13 in response to the torsional deformation of the torsion bar 14, and is supported by the output shaft 15.
  • a rotating magnetic circuit section 32 that changes the magnitude and direction of the magnetic flux guided from the magnetism generating section 31 to the pair of claw sections 63c and 64c in accordance with the relative rotation with the magnet 15.
  • the rotating magnetic circuit section 32 changes the magnitude and direction of the magnetic flux guided from the magnetism generating section 31 to the pair of claws 63c and 64c in accordance with the relative rotation between the input shaft 13 and the output shaft 15. Therefore, the magnetic detection device 60 detects the magnetic flux density that changes according to the torque applied to the torsion bar 14. Since the detection sensitivity of the magnetic detection device 60 can be increased, the influence of noise or the like can be reduced, and the detection accuracy of the torque sensor 30 can be increased.
  • the electric power steering apparatus 100 includes a torque sensor 30 and an electric motor 21 that operates based on the torque detected by the torque sensor 30 and rolls the wheel 2.
  • the electric motor 21 operates based on the torque detected by the torque sensor 30 to meander the wheel 2. Therefore, the wheel 2 is snaked based on the torque detected by the torque sensor 30. Since the detection accuracy of the torque sensor 30 can be increased, the wheel 2 can be snaked with higher accuracy according to the input torque.
  • the magnetic detection device 60 may be used for an angle sensor that detects an absolute rotation angle of the steering shaft 11.
  • the torque sensor 30 may be a torque angle sensor that detects an absolute rotation angle of the steering shaft 11 or may be a position sensor.
  • the through hole 61d penetrates the substrate 61, and the soft magnetic member 67 is provided inside the through hole 61d.
  • the substrate 61 may have a notch that opens in the outer peripheral surface of the substrate 61 while penetrating the front surface 61a and the back surface 61c, and the soft magnetic member 67 may be provided inside the notch. That is, the through portion formed in the substrate 61 may be a notch.
  • the entire soft magnetic member 67 is provided in the through hole 61d. However, a part of the soft magnetic member 67 may protrude from the through hole 61d. Specifically, the first facing surface 67a of the soft magnetic member 67 may be located outside the through hole 61d, and the soft magnetic member 67 may protrude toward the sensor body 62a. Further, the second facing surface 67b of the soft magnetic member 67 may be located outside the through hole 61d, and the soft magnetic member 67 may protrude toward the claw portion 64c. That is, it is sufficient that at least a part of the soft magnetic member 67 is provided inside the through hole 61d.
  • the soft magnetic member 67 faces the sensor main body 62a with a gap.
  • the soft magnetic member 67 may be in contact with the sensor main body 62a.
  • the first magnetic gap G1 between the claw portion 63c and the soft magnetic member 67 is further narrowed.
  • the leakage magnetic flux in the first magnetic gap G1 can be reduced, and the detection sensitivity of the magnetic detection device 60 can be increased. Therefore, the influence of external factors such as noise can be reduced, and the detection accuracy of the magnetic detection device 60 can be increased.
  • the soft magnetic member 67 is opposed to the claw portion 64c with a gap.
  • the soft magnetic member 67 may be in contact with the claw portion 64c. In this case, no magnetic gap is formed between the claw portion 64 c and the soft magnetic member 67. Therefore, the leakage magnetic flux between the pair of claw portions 63c and 64c can be reduced, and the detection sensitivity of the magnetic detection device 60 can be increased. Therefore, the influence of external factors such as noise can be reduced, and the detection accuracy of the magnetic detection device 60 can be increased.
  • the soft magnetic member 67 has substantially the same shape as the through hole 61d and closes the through hole 61d. However, the soft magnetic member 67 may not close the through hole 61 d, and a gap may be formed between the inner peripheral surface of the through hole 61 d and the outer peripheral surface of the soft magnetic member 67.
  • the dual pinion type electric power steering apparatus 100 in which the steering torque by the driver and the steering assist torque by the electric motor 21 are independently input to the rack shaft 12 has been described.
  • the present invention may be a single pinion type electric power steering apparatus in which the steering torque by the driver and the steering assist torque by the electric motor 21 are input to the rack shaft 12 via a common steering shaft.
  • the assist mechanism 20 is provided on the output shaft 15.
  • the electric motor 21 is connected to the pinion shaft 24 that meshes with the rack shaft 12 via the worm shaft 22 and the worm wheel 23, and the torque sensor 30 and the assist mechanism 20 are disposed in the vicinity of the rack shaft 12.
  • the electric power steering apparatus 100 has been described.
  • the present invention may be a column-type electric power steering device in which the output shaft 15 is connected to a pinion shaft that meshes with the rack shaft 12 via an intermediate shaft.
  • the present invention may be a steer-by-wire type electric power steering device in which the steering wheel 1 and the rack shaft 12 are not mechanically connected at normal time but mechanically connected at the time of failure.

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Abstract

磁気検出装置（６０）は、貫通孔（６１ｄ）を有する基板（６１）と、貫通孔（６１ｄ）に重複して基板（６１）に支持されるセンサ本体（６２ａ）と、貫通孔（６１ｄ）及びセンサ本体（６２ａ）を挟むように配置され、磁気発生部（３１）からの磁束をセンサ本体（６２ａ）に誘導する一対の爪部（６３ｃ，６４ｃ）と、少なくとも一部が貫通孔（６１ｄ）の内部に設けられる軟磁性部材（６７）と、を備える。

Description

磁気検出装置、トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置
　本発明は、磁気検出装置、当該磁気検出装置を備えるトルクセンサ、及び当該トルクセンサを備える電動パワーステアリング装置に関する。
　ＪＰ２０１６－１０２６７１Ａには、基板に表面実装された磁気センサを備える磁気検出装置が開示されている。この磁気検出装置は、磁束を集磁部に集める第１及び第２集磁リングを備え、磁気センサは、第１及び第２集磁リングの集磁部間に配置される。基板には切欠き部が形成され、磁気センサは切欠き部に重複する。第２集磁リングの集磁部を基板の切欠き部の内部に挿入することにより、第１及び第２集磁リングの集磁部間の磁気ギャップを小さくして磁気検出装置の検出感度を高めている。
　ＪＰ２０１６－１０２６７１Ａに開示される磁気検出装置を組み立てるには、切欠き部への集磁部の挿入が必要である。そのため、集磁部と切欠き部との位置を高い精度で合わせなければならず、磁気検出装置の組み立てに高度な技術が要求される。
　本発明は、磁気検出装置の検出感度を高めつつ組立性を向上させることを目的とする。
　本発明のある態様によれば、磁気検出装置は、貫通部を有する基板と、貫通部に重複して基板に支持される磁気検出部と、貫通部及び磁気検出部を挟むように配置され、磁気発生部からの磁束を磁気検出部に誘導する一対の磁気誘導部と、少なくとも一部が貫通部の内部に設けられる軟磁性部材と、を備える。
図１は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。 図２は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の一部断面図である。 図３は、回転磁気回路部の斜視図である。 図４は、本発明の実施形態に係る磁気検出装置の斜視図である。 図５は、本発明の実施形態に係る磁気検出装置の断面図である。 図６は、図５に示す磁気センサの周辺を示す拡大断面図である。 図７は、図５に示す基板の斜視図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態に係る磁気検出装置６０、トルクセンサ３０及び電動パワーステアリング装置１００について説明する。
　まず、図１を参照して、電動パワーステアリング装置１００について説明する。電動パワーステアリング装置１００は、車両に搭載され、ドライバによるステアリングホイール１の操舵を補助する。
　電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール１の回転に応じて回転するステアリングシャフト１１と、ステアリングシャフト１１の回転に応じて車輪２を転蛇するラックシャフト１２と、を有する。ラックシャフト１２は、ナックルアーム３を介して車輪２に連結される。
　ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１に連結される第１シャフトとしての入力シャフト１３と、入力シャフト１３にトーションバー１４を介して連結される第２シャフトとしての出力シャフト１５と、を有する。出力シャフト１５には、ラックシャフト１２のラックギア１２ａと噛合うピニオンギア１６が形成され、ピニオンギア１６とラックギア１２ａとの噛合いにより出力シャフト１５とラックシャフト１２とが連結される。ステアリングホイール１の操舵により生じる操舵トルクは、ステアリングシャフト１１を通じてラックシャフト１２に伝達される。
　また、電動パワーステアリング装置１００は、ドライバの操舵を補助するアシスト機構２０を備える。アシスト機構２０は、電動モータ２１と、電動モータ２１の出力シャフトに連結されるウォームシャフト２２と、ウォームシャフト２２と噛合うウォームホイール２３と、ウォームホイール２３に連結されるピニオンシャフト２４と、を備える。ピニオンシャフト２４には、ラックシャフト１２のラックギア１２ａと噛み合うピニオンギア２５が形成され、ピニオンギア２５とラックギア１２ａとの噛合いによりピニオンシャフト２４とラックシャフト１２とが連結される。電動モータ２１の駆動により生じる補助トルクは、ウォームシャフト２２、ウォームホイール２３及びピニオンシャフト２４を通じてラックシャフト１２に伝達される。
　このように、電動パワーステアリング装置１００では、ステアリングホイール１の操舵トルクと電動モータ２１の補助トルクとは、それぞれ独立してラックシャフト１２に伝達される。このような電動パワーステアリング装置１００は、「デュアルピニオン式電動パワーステアリング装置」とも呼ばれる。
　電動パワーステアリング装置１００は、入力シャフト１３に入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ３０と、電動モータ２１の動作を制御するコントローラ４０と、を更に備える。トルクセンサ３０とコントローラ４０とは信号線４１を介して電気的に接続される。トルクセンサ３０は、コントローラ４０から電力を受けるとともに、検出した操舵トルクに対応した信号をコントローラ４０へ出力する。コントローラ４０は、トルクセンサ３０からの信号に基づいて電動モータ２１の動作を制御する。つまり、電動モータ２１は、トルクセンサ３０により検出される操舵トルクに基づいて、補助トルクを発生する。
　図２に示すように、入力シャフト１３は、軸受１１ａを介して第１ハウジング５１に回転自在に支持され、出力シャフト１５は、軸受１１ｂ及び１１ｃを介して第２ハウジング５２に回転自在に支持される。出力シャフト１５にはその上端面に開口する穴１５ａが形成され、穴１５ａに入力シャフト１３の下端部１３ａが挿入される。
　入力シャフト１３の一部は中空に形成され、入力シャフト１３の内部にトーションバー１４が挿入される。トーションバー１４の上端部１４ａは、ピン１７を介して入力シャフト１３に連結される。トーションバー１４の下端部１４ｂは入力シャフト１３の下端部１３ａから突出し、出力シャフト１５の穴１５ａの底面に開口する穴１５ｂに挿入される。トーションバー１４の下端部１４ｂの外周にはセレーションが形成され、このセレーションを介してトーションバー１４と出力シャフト１５とが連結される。
　トーションバー１４及び出力シャフト１５は、入力シャフト１３の回転中心軸と同軸に設けられる。トーションバー１４は、ステアリングホイール１（図１参照）から入力シャフト１３に入力される操舵トルクを出力シャフト１５に伝達するとともに、その操舵トルクに応じて捩れ変形する。
　以下において、入力シャフト１３の回転中心軸に沿う方向を「軸方向」と称し、入力シャフト１３の回転中心軸を中心とする放射方向を「径方向」と称し、入力シャフト１３の回転中心軸周りの方向を「周方向」と称する。
　トルクセンサ３０は、入力シャフト１３と出力シャフト１５とに渡って取り付けられる。具体的には、トルクセンサ３０は、入力シャフト１３に支持される磁気発生部３１と、出力シャフト１５に支持される回転磁気回路部３２と、第１ハウジング５１に固定される固定磁気回路部３３と、を有する。磁気発生部３１は入力シャフト１３とともに回転し、回転磁気回路部３２は出力シャフト１５とともに回転する。
　磁気発生部３１は、入力シャフト１３の外周に嵌合する環状のバックヨーク３１ａと、バックヨーク３１ａの下端面に結合されるリング磁石３１ｂと、を有する。リング磁石３１ｂは軸方向に沿って磁気を発生する永久磁石であり、周方向に等しい幅で形成される１２個の磁極を有する。つまり、リング磁石３１ｂの各端面には、６個のＮ極と６個のＳ極が周方向に交互に形成される。このようなリング磁石３１ｂは、「多極磁石」とも呼ばれ、環状の硬磁性体にその軸方向に磁場を印加することによって形成される。
　バックヨーク３１ａは軟磁性材料によって形成され、リング磁石３１ｂの隣り合う磁極間で磁束を導く。そのため、リング磁石３１ｂの磁力は、バックヨーク３１ａとは反対側に集中する。
　図２及び図３に示すように、回転磁気回路部３２は、第１及び第２軟磁性リング３２ａ，３２ｂと、モールド樹脂３２ｄを介して第１及び第２軟磁性リング３２ａ，３２ｂを支持する支持部材３２ｃと、を備える。支持部材３２ｃは、出力シャフト１５に取り付けられる。なお、図３では、モールド樹脂３２ｄの図示が省略されている。
　第１軟磁性リング３２ａは、磁気発生部３１のバックヨーク３１ａを取り囲む第１磁路環部３２ｅと、第１磁路環部３２ｅから軸方向下向きに突出する６個の第１磁路柱部３２ｆと、各第１磁路柱部３２ｆの下端からそれぞれ径方向内向きに屈折する第１磁路先端部３２ｇと、を有する。第１磁路先端部３２ｇは、リング磁石３１ｂの下端面と対向する。第２軟磁性リング３２ｂは、第１磁路環部３２ｅと軸方向に間隔を空けて配置される第２磁路環部３２ｈと、第２磁路環部３２ｈから軸方向上向きに突出する６個の第２磁路柱部３２ｉと、各第２磁路柱部３２ｉの上端からそれぞれ径方向内向きに屈折する第２磁路先端部３２ｊと、を有する。第２磁路先端部３２ｊは、リング磁石３１ｂの下端面と対向する。
　第１磁路先端部３２ｇと第２磁路先端部３２ｊは、トーションバー１４の回転中心軸と直交する同一平面上に、周方向に交互に等間隔を空けて配置される。また、第１磁路先端部３２ｇと第２磁路先端部３２ｊは、トーションバー１４にトルクが作用しない中立状態で、径方向に延びるそれぞれの中心線がリング磁石３１ｂのＮ極とＳ極の境界を指すように配置される。そのため、リング磁石３１ｂのＮ極及びＳ極は第１磁路先端部３２ｇと第２磁路先端部３２ｊにより磁気的に短絡され、リング磁石３１ｂの磁束は回転磁気回路部３２の第１磁路環部３２ｅ及び第２磁路環部３２ｈに導かれない。
　トーションバー１４にトルクが所定の方向に作用して入力シャフト１３と出力シャフト１５とが相対回転すると、第１磁路先端部３２ｇがＳ極よりＮ極に大きな面積を持って対向するとともに第２磁路先端部３２ｊがＮ極よりＳ極に大きな面積を持って対向する。その結果、第１磁路先端部３２ｇと第２磁路先端部３２ｊによる磁気的な短絡が解除され、リング磁石３１ｂの磁束は回転磁気回路部３２の第１磁路環部３２ｅ及び第２磁路環部３２ｈに導かれる。
　トーションバー１４にトルクが逆方向に作用して入力シャフト１３と出力シャフト１５とが相対回転すると、第１磁路先端部３２ｇがＮ極よりＳ極に大きな面積を持って対向するとともに第２磁路先端部３２ｊがＳ極よりＮ極に大きな面積を持って対向する。その結果、リング磁石３１ｂの磁束は回転磁気回路部３２の第１磁路環部３２ｅ及び第２磁路環部３２ｈに逆向きに導かれる。
　トーションバー１４に作用するトルクが大きい程、トーションバー１４の捩れ変形量が大きくなる。そのため、第１磁路先端部３２ｇがリング磁石３１ｂのＮ極とＳ極に対峙する面積差、及び第２磁路先端部３２ｊがリング磁石３１ｂのＮ極とＳ極に対峙する面積差が大きくなり、リング磁石３１ｂから回転磁気回路部３２の第１磁路環部３２ｅ及び第２磁路環部３２ｈに導かれる磁束が大きくなる。
　このように、回転磁気回路部３２の第１磁路先端部３２ｇ及び第２磁路先端部３２ｊは、トーションバー１４に作用するトルクの向き及び大きさに応じてリング磁石３１ｂから第１磁路環部３２ｅ及び第２磁路環部３２ｈに導かれる磁束の向き及び大きさを変化させる。
　なお、磁気発生部３１を入力シャフト１３に固定し回転磁気回路部３２を出力シャフト１５に固定する構成に代えて、磁気発生部３１を出力シャフト１５と共に回転するように出力シャフト１５に固定し回転磁気回路部３２を入力シャフト１３と共に回転するように入力シャフト１３に固定する構成としてもよい。
　図２に示すように、固定磁気回路部３３は、第１ハウジング５１の内周面にかしめにより固定される第１集磁リング３３ａ及び第２集磁リング３３ｂを有する。第１集磁リング３３ａは、回転磁気回路部３２の第１磁路環部３２ｅ（図３参照）の外周に沿って設けられる。そのため、第１集磁リング３３ａには、磁気発生部３１のリング磁石３１ｂからの磁束が回転磁気回路部３２の第１軟磁性リング３２ａを通じて導かれる。同様に、第２集磁リング３３ｂは、回転磁気回路部３２の第２磁路環部３２ｈ（図３参照）の外周に沿って設けられる。そのため、第２集磁リング３３ｂには、磁気発生部３１のリング磁石３１ｂからの磁束が回転磁気回路部３２の第２軟磁性リング３２ｂを通じて導かれる。
　また、トルクセンサ３０は、磁気発生部３１から回転磁気回路部３２を通じて固定磁気回路部３３に導かれる磁束を検出する磁気検出装置６０を備える。以下では、図４から図７を参照して、磁気検出装置６０について詳しく説明する。
　図４及び図５に示すように、磁気検出装置６０は、基板６１と、基板６１に実装される２つの磁気センサ６２と、固定磁気回路部３３からの磁束を磁気センサ６２へ導く第１集磁ヨーク６３及び第２集磁ヨーク６４と、を備える。基板６１は、第１ハウジング５１（図１参照）に取り付けられるケース６５に収容される。第１集磁ヨーク６３及び第２集磁ヨーク６４は、ケース６５に固定されるホルダ６６により保持される。ホルダ６６は、ケース６５に基板６１に沿って着脱可能に設けられる。なお、図４では、ケース６５及びホルダ６６の図示が省略されている。
　基板６１には、ケース６５に支持される接続ピン６５ａが挿通する複数の孔６１ｂが形成される。基板６１の表面６１ａには配線（図示省略）がパターニングによって形成され、この配線は、接続ピン６５ａを介して信号線４１（図１参照）と電気的に接続される。
　磁気センサ６２は、磁束密度を検出する磁気検出部としてのセンサ本体６２ａと、センサ本体６２ａと基板６１の配線とを電気的に接続する複数の端子６２ｂと、を有する。センサ本体６２ａは、磁束密度に応じた電圧を出力するホール素子（図示省略）を含み、磁束密度の大きさ及び方向に応じた電圧を、基板６１を通じてコントローラ４０（図１参照）に出力する。
　センサ本体６２ａは板状に形成され、センサ本体６２ａの裏面６２ｄが基板６１の表面６１ａと対向するように基板６１と略平行に基板６１に設けられる。複数の端子６２ｂは、センサ本体６２ａの両側面から基板６１に延び、はんだにより基板６１の配線上に固定される。このように、センサ本体６２ａは、複数の端子６２ｂを介して基板６１に支持される。
　磁気検出装置６０に２つの磁気センサ６２を設けているのは、両者の電圧信号を比較することによって磁気検出装置６０の故障を診断するためである。換言すれば、磁気センサ６２を用いて磁気検出装置６０の故障を診断しない場合には、磁気センサ６２は１つであってもよい。
　第１集磁ヨーク６３は、略円弧状に形成されるヨーク本体６３ａと、ヨーク本体６３ａから突出する一対の脚部６３ｂと、各脚部６３ｂの先端に設けられる爪部（磁気誘導部）６３ｃと、有する。同様に、第２集磁ヨーク６４は、略円弧状に形成されるヨーク本体６４ａと、ヨーク本体６４ａから突出する一対の脚部６４ｂと、各脚部６４ｂの先端に設けられる爪部（磁気誘導部）６４ｃと、有する。磁気検出装置６０が第１ハウジング５１に取り付けられた状態では、ヨーク本体６３ａ，６４ａの内周面がそれぞれ固定磁気回路部３３の第１及び第２集磁リング３３ａ，３３ｂの外周面に接触する（図２参照）。
　ヨーク本体６３ａとヨーク本体６４ａとは、軸方向に間隔を空けて配置される。脚部６３ｂと脚部６４ｂは、先端に向うにつれ互いの間隔が狭まるようにヨーク本体６３ａ，６４ａの互いに対向する端面から径方向外側に向かって曲げられる。爪部６３ｃ及び爪部６４ｃは平板状に形成され、磁気センサ６２のセンサ本体６２ａ及び基板６１を挟むように互いに間隔を空けて平行に配置される。爪部６３ｃがセンサ本体６２ａの表面６２ｃと間隔を空けて対向し、爪部６４ｃが基板６１の裏面６１ｃと間隔を空けて対向する。
　爪部６３ｃと爪部６４ｃとの間隔はヨーク本体６３ａとヨーク本体６４ａとの間隔よりも狭く、爪部６３ｃと爪部６４ｃは、固定磁気回路部３３の第１及び第２集磁リング３３ａ，３３ｂ（図２参照）からヨーク本体６３ａ，６４ａに導かれた磁束をセンサ本体６２ａへ誘導する。これにより、磁気検出装置６０は、磁気発生部３１のリング磁石３１ｂから回転磁気回路部３２を通じて固定磁気回路部３３に導かれる磁束を検出する。
　図６及び図７に示すように、基板６１は、表面６１ａと裏面６１ｃとの間を貫通する貫通部としての貫通孔６１ｄを２つ有する。磁気センサ６２は、センサ本体６２ａが貫通孔６１ｄに重複するように基板６１に配置され、爪部６３ｃ及び爪部６４ｃは、センサ本体６２ａ及び貫通孔６１ｄを挟むように配置される。
　貫通孔６１ｄの内部には軟磁性部材６７が設けられる。軟磁性部材６７は、貫通孔６１ｄを塞ぐように、貫通孔６１ｄと略同じ形状に形成される。軟磁性部材６７は、保持力が小さく透磁率が大きい材料、例えば、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ、アモルファス磁性合金から形成される。
　第２集磁ヨーク６４の爪部６４ｃは、軟磁性部材６７と間隔を空けて対向する。そのため、爪部６３ｃと爪部６４ｃとの間には、爪部６３ｃと軟磁性部材６７との間の第１磁気ギャップＧ１と、爪部６４ｃと軟磁性部材６７との間の第２磁気ギャップＧ２とが形成される。
　仮に、軟磁性部材６７が貫通孔６１ｄの内部に設けられていない場合、爪部６３ｃと爪部６４ｃとの間には磁気ギャップＧ３が形成される。そのため、磁気ギャップＧ３の大きさに対応した漏れ磁束が爪部６３ｃと爪部６４ｃとの間で生じる。
　磁気検出装置６０では、前述のように、第１磁気ギャップＧ１及び第２磁気ギャップＧ２が爪部６３ｃと爪部６４ｃとの間に形成される。第１磁気ギャップＧ１と第２磁気ギャップＧ２との総和は、軟磁性部材６７の厚み分、磁気ギャップＧ３よりも小さい。磁気ギャップが小さいほど漏れ磁束は小さいので、磁気検出装置６０における漏れ磁束は、軟磁性部材６７が貫通孔６１ｄの内部に設けられていない場合と比較して小さい。磁気検出装置６０のセンサ本体６２ａをより多くの磁束が通過するので、磁気検出装置６０の検出感度を高めることができる。したがって、ノイズといった外因の影響を軽減することができ、磁気検出装置６０の検出精度を高めることができる。
　爪部６３ｃと爪部６４ｃとの間での漏れ磁束を低減する別の方法として、爪部６４ｃを基板６１の貫通孔６１ｄに挿入して爪部６３ｃと爪部６４ｃとの間隔を縮小することも考えられる。しかしながら、貫通孔６１ｄへ爪部６４ｃを挿入するには、爪部６４ｃと貫通孔６１ｄとの位置を高い精度で合わせる必要があり、このような磁気検出装置の組み立てには高度な技術が要求される。
　磁気検出装置６０では、基板６１の貫通孔６１ｄの内部に軟磁性部材６７が設けられるので、爪部６３ｃと爪部６４ｃとの間における磁気ギャップが軟磁性部材６７により狭められる。したがって、爪部６４ｃを基板６１の貫通孔６１ｄに挿入することなく爪部６３ｃと爪部６４ｃとの間における漏れ磁束を低減することができる。これにより、磁気検出装置６０の検出感度を高めつつ組立性を向上させることができる。
　軟磁性部材６７は、磁気センサ６２のセンサ本体６２ａの裏面６２ｄと間隔を空けて対向する第１対向面６７ａを有する。第１対向面６７ａは、基板６１の貫通孔６１ｄの内部に位置する。そのため、軟磁性部材６７は、基板６１の表面６１ａからセンサ本体６２ａに向って突出することなく貫通孔６１ｄの内部に設けられる。したがって、センサ本体６２ａの裏面６２ｄと基板６１の表面６１ａとの間隔を管理することにより、センサ本体６２ａと軟磁性部材６７とを接触させることなく磁気センサ６２を基板６１に実装することができる。これにより、磁気検出装置６０の組立性を向上させることができる。
　また、軟磁性部材６７は、爪部６４ｃと間隔を空けて対向する第２対向面６７ｂを有する。第２対向面６７ｂは、基板６１の貫通孔６１ｄの内部に位置する。そのため、軟磁性部材６７は、基板６１の裏面６１ｃから爪部６４ｃに向って突出することなく貫通孔６１ｄの内部に設けられる。したがって、爪部６４ｃと基板６１との間隔を管理することにより、爪部６４ｃと軟磁性部材６７とを接触させることなく爪部６３ｃと爪部６４ｃとの間に基板６１及び磁気センサ６２を配置することができる。これにより、磁気検出装置６０の組立性を向上させることができる。
　なお、「第１対向面６７ａが基板６１の貫通孔６１ｄの内部に位置する」とは、第１対向面６７ａが基板６１の表面６１ａとともに段差なく連続する平面を形成する場合も含む。同様に、「第２対向面６７ｂが基板６１の貫通孔６１ｄの内部に位置する」とは、第２対向面６７ｂが基板６１の裏面６１ｃとともに段差なく連続する平面を形成する場合を含む。
　貫通孔６１ｄの開口縁には、はんだが付着可能な銅箔パターン６１ｅが形成される。軟磁性部材６７は、銅箔パターン６１ｅに付着したはんだ（図示省略）により基板６１に固定される。そのため、はんだ付けにより磁気センサ６２を基板６１に固定する工程において軟磁性部材６７を基板６１に固定することができ、磁気検出装置６０の組立工数を減らすことができる。
　また、磁気センサ６２と軟磁性部材６７との両方が基板６１に固定されるので、磁気センサ６２と軟磁性部材６７との相対移動を防止することができる。したがって、磁気センサ６２と軟磁性部材６７との間隔の変動に起因する検出精度の低下を防止することができる。
　基板６１には、防湿コーティングが施される。防湿コーティングは、基板６１に磁気センサ６２及び軟磁性部材６７が固定された状態で行われる。つまり、磁気センサ６２及び軟磁性部材６７は、防湿コーティングにより覆われる。したがって、磁気センサ６２及び軟磁性部材６７を湿気から保護しつつ、軟磁性部材６７が基板６１から脱落するのを防止することができる。
　磁気検出装置６０では、貫通孔６１ｄが基板６１を貫通している。そのため、切欠きが基板６１を貫通する場合と比較して、基板６１の変形を軽減することができる。したがって、基板６１の変形に伴うセンサ本体６２ａの変位を軽減することができ、磁気検出装置６０の検出精度を高めることができる。
　次に、トルクセンサ３０による操舵トルクの検出、及び電動パワーステアリング装置１００による操舵の補助について、図１から図５を参照して説明する。
　ステアリングホイール１が操作されていない状態では、トーションバー１４には操舵トルクが作用しない。この中立状態では、回転磁気回路部３２の第１軟磁性リング３２ａの第１磁路先端部３２ｇと第２軟磁性リング３２ｂの第２磁路先端部３２ｊとは、それぞれリング磁石３１ｂのＮ極及びＳ極に同一の面積で対向する。そのため、リング磁石３１ｂからの磁束は第１軟磁性リング３２ａの第１磁路環部３２ｅ及び第２軟磁性リング３２ｂの第２磁路環部３２ｈに導かれず、磁気検出装置６０にはリング磁石３１ｂからの磁束が導かれない。
　ドライバがステアリングホイール１を操舵すると、トーションバー１４に操舵トルクが作用する。操舵トルクの大きさ及び方向に応じて、リング磁石３１ｂからの磁束は回転磁気回路部３２、固定磁気回路部３３、並びに磁気検出装置６０の第１集磁ヨーク６３及び第２集磁ヨーク６４を通じて磁気センサ６２のセンサ本体６２ａに導かれる。センサ本体６２ａは、磁束密度の大きさ及び方向に応じた電圧を出力する。
　このように、磁気検出装置６０のセンサ本体６２ａは、トーションバー１４に作用する操舵トルクの大きさ及び向きに応じた電圧を出力する。つまり、トルクセンサ３０は、磁気検出装置６０のセンサ本体６２ａにより出力される電圧に基づいて、ステアリングホイール１に入力される操舵トルクの大きさ及び向きを検出する。前述のように、磁気検出装置６０の検出感度を高めることができるので、トルクセンサ３０の検出精度を高めることができる。
　トルクセンサ３０からの電圧は、信号線４１を通じてコントローラ４０に伝達される。コントローラ４０は、トルクセンサ３０からの電圧に応じて電動モータ２１を駆動する。これにより、ラックシャフト１２が移動して車輪２が転蛇される。このように、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール１に入力される操舵トルクに応じて操舵を補助する。トルクセンサ３０の検出精度を高めることができるので、車輪２を、ドライバによりステアリングホイール１に入力されるトルクに応じてより高い精度で転蛇することができる。
　次に、磁気検出装置６０の製造方法について説明する。
　まず、基板６１の表面６１ａにはんだペーストを印刷する。その後、貫通孔６１ｄの内部に軟磁性部材６７を配置すると共に基板６１の表面６１ａに磁気センサ６２を配置し、はんだペーストを加熱してはんだペーストを溶かす。はんだペーストを冷却して固めることにより、軟磁性部材６７及び磁気センサ６２が基板６１に固定される。
　次に、基板６１をケース６５内に挿入する。このとき、基板６１の孔６１ｂに接続ピン６５ａを挿入する。その後、はんだ付けにより基板６１の配線と接続ピン６５ａとを電気的に接続する。
　次に、第１集磁ヨーク６３及び第２集磁ヨーク６４が予め取り付けられたホルダ６６をケース６５に取り付ける。このとき、ホルダ６６を基板６１に沿ってケース６５に挿入することにより、第１集磁ヨーク６３の爪部６３ｃと第２集磁ヨーク６４の爪部６４ｃとの間に磁気センサ６２のセンサ本体６２ａ及び軟磁性部材６７が挿入される。
　以上のようにして、磁気検出装置６０は組み立てられて製造される。
　以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
　磁気検出装置６０は、貫通孔６１ｄを有する基板６１と、貫通孔６１ｄに重複して基板６１に支持されるセンサ本体６２ａと、貫通孔６１ｄ及びセンサ本体６２ａを挟むように配置され、磁気発生部３１からの磁束をセンサ本体６２ａに誘導する一対の爪部６３ｃ，６４ｃと、少なくとも一部が貫通孔６１ｄの内部に設けられる軟磁性部材６７と、を備える。
　この構成では、基板６１の貫通孔６１ｄの内部に軟磁性部材６７の少なくとも一部が設けられる。そのため、一対の爪部６３ｃ，６４ｃ間における磁気ギャップが軟磁性部材６７により狭められる。したがって、基板６１の貫通孔６１ｄに爪部６３ｃ，６４ｃを挿入することなく一対の爪部６３ｃ，６４ｃ間における磁束漏れを軽減することができる。これにより、磁気検出装置６０の検出感度を高めつつ組立性を向上させることができる。
　また、磁気検出装置６０では、軟磁性部材６７は、センサ本体６２ａと対向する第１対向面６７ａを有し、第１対向面６７ａは、貫通孔６１ｄの内部に位置する。
　この構成では、軟磁性部材６７の第１対向面６７ａが貫通孔６１ｄの内部に位置する。そのため、軟磁性部材６７は、センサ本体６２ａに向って突出することなく貫通孔６１ｄに設けられる。したがって、センサ本体６２ａと基板６１との間隔を管理することにより、センサ本体６２ａと軟磁性部材６７とを接触させることなくセンサ本体６２ａを基板６１に実装することができる。
　また、磁気検出装置６０では、軟磁性部材６７は、一方の爪部６４ｃと対向する第２対向面６７ｂを有し、第２対向面６７ｂは、貫通孔６１ｄの内部に位置する。
　この構成では、軟磁性部材６７の第２対向面６７ｂが貫通孔６１ｄの内部に位置する。そのため、軟磁性部材６７は、一方の爪部６４ｃに向って突出することなく貫通孔６１ｄに設けられる。したがって、一方の爪部６４ｃと基板６１との間隔を管理することにより、爪部６４ｃと軟磁性部材６７とを接触させることなく一対の爪部６３ｃ，６４ｃ間に基板６１及びセンサ本体６２ａを配置することができる。
　また、磁気検出装置６０では、軟磁性部材６７は、はんだにより基板６１に固定されている。
　この構成では、軟磁性部材６７は、はんだにより基板６１に固定されている。そのため、はんだ付けによりセンサ本体６２ａを基板６１に固定する工程において軟磁性部材６７を基板６１に固定することができ、磁気検出装置６０の組立工数を減らすことができる。
　また、磁気検出装置６０では、基板６１には防湿コーティングが施され、センサ本体６２ａ及び軟磁性部材６７が防湿コーティングにより覆われる。
　この構成では、センサ本体６２ａ及び軟磁性部材６７が防湿コーティングにより覆われる。したがって、センサ本体６２ａ及び軟磁性部材６７を湿気から保護しつつ、軟磁性部材６７が基板６１から脱落するのを防止することができる。
　また、磁気検出装置６０では、貫通孔６１ｄが基板６１を貫通している。
　この構成では、貫通孔６１ｄが基板６１を貫通している。そのため、切欠きが基板６１を貫通する場合と比較して、基板６１の変形を軽減することができる。したがって、基板６１の変形に伴うセンサ本体６２ａの変位を軽減することができ、磁気検出装置６０の検出精度を高めることができる。
　また、トルクセンサ３０は、磁気検出装置６０と、磁気発生部３１と、磁気発生部３１と共に回転する入力シャフト１３と、入力シャフト１３に連結され、入力シャフト１３に入力されるトルクに応じて捩れ変形するトーションバー１４と、トーションバー１４に連結され、トーションバー１４の捩れ変形に応じて入力シャフト１３に対して相対回転する出力シャフト１５と、出力シャフト１５に支持され、入力シャフト１３と出力シャフト１５との相対回転に応じて磁気発生部３１から一対の爪部６３ｃ，６４ｃに導かれる磁束の大きさ及び方向を変化させる回転磁気回路部３２と、を備える。
　この構成では、回転磁気回路部３２が入力シャフト１３と出力シャフト１５との相対回転に応じて磁気発生部３１から一対の爪部６３ｃ，６４ｃに導かれる磁束の大きさ及び方向を変化させる。そのため、磁気検出装置６０は、トーションバー１４に加えられるトルクに応じて変化する磁束密度を検出する。磁気検出装置６０の検出感度を高めることができるので、ノイズ等による影響を軽減することができ、トルクセンサ３０の検出精度を高めることができる。
　また、電動パワーステアリング装置１００は、トルクセンサ３０と、トルクセンサ３０により検出されるトルクに基づいて動作し車輪２を転蛇する電動モータ２１と、を備える。
　この構成では、電動モータ２１は、トルクセンサ３０により検出されるトルクに基づいて動作し車輪２を転蛇する。そのため、車輪２は、トルクセンサ３０により検出されるトルクに基づいて転蛇される。トルクセンサ３０の検出精度を高めることができるので、車輪２を、入力されるトルクに応じてより高い精度で転蛇することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　（１）磁気検出装置６０は、ステアリングシャフト１１の絶対回転角度を検出するアングルセンサに用いられてもよい。トルクセンサ３０は、ステアリングシャフト１１の絶対回転角度を検出するトルクアングルセンサであってもよいし、ポジションセンサであってもよい。
　（２）上記実施形態では、貫通孔６１ｄが基板６１を貫通し、貫通孔６１ｄの内部に軟磁性部材６７が設けられる。しかし、基板６１が、表面６１ａと裏面６１ｃとを貫通しつつ基板６１の外周面に開口する切欠きを有し、切欠きの内部に軟磁性部材６７が設けられていてもよい。つまり、基板６１に形成される貫通部は、切欠きであってもよい。
　（３）上記実施形態では、軟磁性部材６７の全体が貫通孔６１ｄの内部に設けられる。しかし、軟磁性部材６７の一部が貫通孔６１ｄから出ていてもよい。具体的には、軟磁性部材６７の第１対向面６７ａが貫通孔６１ｄの外部に位置し、軟磁性部材６７がセンサ本体６２ａに向って突出していてもよい。また、軟磁性部材６７の第２対向面６７ｂが貫通孔６１ｄの外部に位置し、軟磁性部材６７が爪部６４ｃに向って突出していてもよい。つまり、軟磁性部材６７の少なくとも一部が貫通孔６１ｄの内部に設けられていればよい。
　（４）上記実施形態では、軟磁性部材６７がセンサ本体６２ａと間隔を空けて対向する。しかし、軟磁性部材６７は、センサ本体６２ａと接触していてもよい。この場合には、爪部６３ｃと軟磁性部材６７との間の第１磁気ギャップＧ１がより狭められる。第１磁気ギャップＧ１における漏れ磁束を減少させることができ、磁気検出装置６０の検出感度を高めることができる。したがって、ノイズといった外因の影響を軽減することができ、磁気検出装置６０の検出精度を高めることができる。
　（５）上記実施形態では、軟磁性部材６７が爪部６４ｃと間隔を空けて対向する。しかし、軟磁性部材６７は、爪部６４ｃと接触していてもよい。この場合には、爪部６４ｃと軟磁性部材６７との間に磁気ギャップが形成されない。したがって、一対の爪部６３ｃ，６４ｃ間における漏れ磁束を減少させることができ、磁気検出装置６０の検出感度を高めることができる。したがって、ノイズといった外因の影響を軽減することができ、磁気検出装置６０の検出精度を高めることができる。
　（６）上記実施形態では、軟磁性部材６７は、貫通孔６１ｄと略同じ形状を有し、貫通孔６１ｄを塞ぐ。しかし、軟磁性部材６７は、貫通孔６１ｄを塞いでいなくてもよく、貫通孔６１ｄの内周面と軟磁性部材６７の外周面との間に隙間が形成されていてもよい。
　（７）上記実施形態では、ドライバによる操舵トルクと電動モータ２１による操舵補助トルクとがそれぞれ独立してラックシャフト１２に入力されるデュアルピニオン式の電動パワーステアリング装置１００について説明した。しかし、本発明は、ドライバによる操舵トルクと電動モータ２１による操舵補助トルクとが共通のステアリングシャフトを介してラックシャフト１２に入力されるシングルピニオン式の電動パワーステアリング装置であってもよい。その場合には、アシスト機構２０は、出力シャフト１５に設けられる。
　（８）上記実施形態では、ラックシャフト１２と噛み合うピニオンシャフト２４にウォームシャフト２２及びウォームホイール２３を介して電動モータ２１が連結されトルクセンサ３０及びアシスト機構２０がラックシャフト１２の近傍に配置される電動パワーステアリング装置１００について説明した。しかし、本発明は、出力シャフト１５がラックシャフト１２に噛み合うピニオンシャフトにインターミディエートシャフトを介して連結されるコラム式の電動パワーステアリング装置であってもよい。また、本発明は、ステアリングホイール１とラックシャフト１２とが通常時は機械的に連結されずフェール時に機械的に連結されるステアバイワイヤ式の電動パワーステアリング装置であってもよい。
　本願は２０１７年４月１１日に日本国特許庁に出願された特願２０１７－０７８１２２に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (8)

  1. 　磁気検出装置であって、
    　貫通部を有する基板と、
    　前記貫通部に重複して前記基板に支持される磁気検出部と、
    　前記貫通部及び前記磁気検出部を挟むように配置され、磁気発生部からの磁束を前記磁気検出部に誘導する一対の磁気誘導部と、
    　少なくとも一部が前記貫通部の内部に設けられる軟磁性部材と、を備える
    磁気検出装置。
  2. 　請求項１に記載の磁気検出装置であって、
    　前記軟磁性部材は、前記磁気検出部と対向する第１対向面を有し、
    　前記第１対向面は、前記貫通部の内部に位置する
    磁気検出装置。
  3. 　請求項１に記載の磁気検出装置であって、
    　前記軟磁性部材は、前記一対の磁気誘導部の一方と対向する第２対向面を有し、
    　前記第２対向面は、前記貫通部の内部に位置する
    磁気検出装置。
  4. 　請求項１に記載の磁気検出装置であって、
    　前記軟磁性部材は、はんだにより前記基板に固定されている
    磁気検出装置。
  5. 　請求項１に記載の磁気検出装置であって、
    　前記基板には防湿コーティングが施され、
    　前記磁気検出部及び前記軟磁性部材が前記防湿コーティングにより覆われる
    磁気検出装置。
  6. 　請求項１に記載の磁気検出装置であって、
    　前記貫通部は、貫通孔である
    磁気検出装置。
  7. 　トルクセンサであって、
    　請求項１に記載の磁気検出装置と、
    　前記磁気発生部と、
    　前記磁気発生部と共に回転する第１シャフトと、
    　前記第１シャフトに連結され、前記第１シャフトに入力されるトルクに応じて捩れ変形するトーションバーと、
    　前記トーションバーに連結され、前記トーションバーの捩れ変形に応じて前記第１シャフトに対して相対回転する第２シャフトと、
    　前記第２シャフトに支持され、前記第１シャフトと前記第２シャフトとの相対回転に応じて前記磁気発生部から前記一対の磁気誘導部に導かれる磁束の大きさ及び方向を変化させる回転磁気回路部と、を備える
    トルクセンサ。
  8. 　電動パワーステアリング装置であって、
    　請求項７に記載のトルクセンサと、
    　前記トルクセンサにより検出されるトルクに基づいて動作し車輪を転蛇する電動モータと、を備える
    電動パワーステアリング装置。
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