JP2008216019A - トルクセンサ及び電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】着磁が容易で着磁工数を低減できるとともに、着磁強度のばらつきを少なくできて、磁石表面の破損を防止可能とする。
【解決手段】トルクセンサに、第１及び第２の軸間に同軸上に連結された弾性部材と、第１の軸又は弾性部材の一端側に固定され、軸方向に２極に着磁された磁石と、それぞれ磁石の周側面と対向するように、かつ磁石の軸方向と平行に複数の爪部が設けられ、当該爪部が交互に位置するように磁石の軸方向の両端に固定された一対の磁石側磁性体と、第２の軸又は弾性部材の他端側に連結され、磁石及び一対の磁石側磁性体と共に磁気回路を形成し、一対の磁石側磁性体との間の相対位置が変化したときに、磁気回路に発生する磁束密度が変化する構造を有する磁性体部と、磁気回路に発生する磁束密度を検出する磁気検出素子とを設けるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車の電動式パワーステアリング装置（ＥＰＳ）などのように、回転動力を伝達する機構における捩れトルクの状態を測定するトルクセンサ及びこれを備えた電動式パワーステアリング装置の改良に関する。

回転動力を伝達する機構における捩れトルクの状態を測定するトルクセンサとして、下記特許文献１及び特許文献２に開示されたものが知られている。

これらトルクセンサは、例えば、２つの磁気センサを用い、それぞれ極性の異なった出力信号を作動増幅した出力結果から電圧変化としてのネジで角度を測定すると共に、かかる電圧変化の異常検出により、これら２つの磁気センサの異常状態を検出可能にするものである。
特許第２７４１３８８号公報 特開２００３−１４９０６２号公報

しかしながら、かかる特許文献１及び特許文献２に開示されたトルクセンサにおいては、磁石を多極着磁するなどの必要があり、着磁工数が多く、製造が煩雑になる問題があった。また、これらトルクセンサにおいては、多極に着磁する必要があるために着磁強度にばらつきが生じ、トルクセンサとしての測定精度が劣化するという問題もあった。

さらに特許文献１及び特許文献２に開示されたトルクセンサにおいては、磁石表面と対向する磁性体との間の隙間を狭くする必要があるため、磁石表面に保護層を設けることができず、組み立て不良による接触などによって磁石表面が破損しやすいなどの問題もあり、改善が望まれていた。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、製造が容易で測定精度が高く、かつ損傷が発生し難いトルクセンサ及び電動式パワーステアリング装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、トルクセンサにおいて、第１及び第２の軸間に同軸上に連結された弾性部材と、前記第１の軸又は前記弾性部材の一端側に固定され、軸方向に２極に着磁された磁石と、それぞれ前記磁石の周側面と対向するように、かつ前記磁石の軸方向と平行に複数の爪部が設けられ、当該爪部が交互に位置するように前記磁石の軸方向の両端に固定された一対の磁石側磁性体と、前記第２の軸又は前記弾性部材の他端側に連結され、前記磁石及び前記一対の磁石側磁性体と共に磁気回路を形成し、前記弾性部材の捩れに応じて前記一対の磁石側磁性体との間の相対位置が変化したときに、前記磁気回路に発生する磁束密度が変化する構造を有する磁性体部と、前記磁気回路に発生する磁束密度を検出する磁気検出素子とを備えることを特徴とする。

これにより、磁石を軸方向のどちらか一方をＮ極に、他方をＳ極に着磁するだけであるので、着磁が容易であり、着磁工数を軽減できるとともに、着磁の強度のばらつきが少なくなり、着磁精度を向上できる。また、磁石外周面には、対向する部品を設ける必要がないので磁石の表面を保護層で保護することが可能となる。その結果、磁石の破損などの課題を改善でき、信頼性を向上できる。

請求項２に係る発明は、前記磁性体部が、軸方向に間隔を隔てて向かい合うように配置された一組の磁性体から構成され、各前記磁性体が、前記磁石側磁性体の周囲を取り囲むように配置された環状の環状部と、前記環状部の内周側に当該環状部の径方向に突出するように設けられた凸部とを備え、一方の前記磁性体の凸部間に、他方の前記磁性体の凸部が位置するように各前記磁性体が配設されたことを特徴とする。これにより、磁石側磁性体のどちらとも磁気回路を構成することができ、磁気検出素子へ誘導される磁束の向きを反転させることができる。

請求項３に係る発明は、前記一組の磁性体が、一方の前記磁性体の凸部間の中心位置に、他方の前記磁性体の凸部の中心が位置するように配設されたことを特徴とする。これにより、一方の磁性体の凸部と他方の磁性体の凸部との周方向距離を大きくとることができる。

請求項４に係る発明は、前記磁性体の前記凸部が等間隔に設けられたことを特徴とする。これにより、磁性体の凸部間の距離を大きくとることができる。

請求項５に係る発明は、前記磁性体が軸対称な形状であることを特徴とする。これにより、磁性体の凸部が軸に対して対称な位置に配設されるため、偏心などの影響を小さくすることができる。

請求項６に係る発明は、前記一対の磁石側磁性体が、前記磁石の着磁面全体を覆うことを特徴とする。これにより、磁石から発生する磁束を漏れなく磁気回路へ誘導することができる。

請求項７に係る発明は、前記一対の磁石側磁性体が、一方の前記磁石側磁性体の前記爪部間の中心位置に、他方の前記磁石側磁性体の爪部の中心が位置するように配設されたことを特徴とする。これにより、一方の磁石側磁性体の爪部と他方の磁石側磁性体の爪部との周方向距離を大きくとることができる。

請求項８に係る発明は、前記磁石側磁性体が軸対称な形状であることを特徴とする。これにより、磁石側磁性体の爪部が軸に対して対称な位置に配設されるため、偏心などの影響を小さくすることができる。

請求項９に係る発明は、前記磁石側磁性体の爪部が等間隔に配置されたことを特徴とする。これにより、磁石側磁性体の爪部と爪部の間の距離を大きくとることができる。

請求項１０に係る発明は、前記磁石側磁性体及び前記磁性体の少なくとも一方が、ニッケルの含有量が４０wt％以上の合金を用いて形成されたことを特徴とする。これにより、磁石側磁性体及び磁性体の磁気特性を向上させることができる。

請求項１１に係る発明は、前記磁石側磁性体及び前記磁性体の少なくとも一方が、ニッケルの含有量が４０wt％以上８０wt％以下の合金を用いて形成されたことを特徴とする。これにより、磁石側磁性体及び磁性体の磁気特性をさらに向上させることができる。

請求項１２に係る発明は、前記磁石、前記一対の磁石側磁性体及び前記磁性体部と共に前記磁気回路を構成し、前記磁性体部に近接して配置されて前記磁性体から磁束を導くと共に、当該磁束を集める集磁部を有する補助磁性体部を備え、前記磁気検出素子は、前記補助磁性体部の前記集磁部に集められた前記磁気回路を通過する前記磁束の磁束密度を検出することを特徴とする。これにより、磁気検出素子と磁性体との位置関係に変化が生じても、磁気回路への影響を小さくすることができ、かつ磁束を磁気検出素子へ集中させることができるため、偏心などの影響を小さくし、かつ磁気的な外乱にも強くできる。

請求項１３に係る発明は、前記磁性体部が、軸方向に間隔を隔てて向かい合うように配置された一組の環状の磁性体から構成され、前記補助磁性体部が、それぞれ対応する前記磁性体と径方向で対向し、かつ軸方向寸法が前記磁性体の軸方向寸法よりも大きいリング状の一対の補助磁性体を備えることを特徴とする。これにより、構成部品の加工誤差の影響を小さくでき、かつ偏心などの影響を小さくすることができる。

請求項１４に係る発明は、前記磁性体部が、軸方向に間隔を隔てて向かい合うように配置された一組の環状の磁性体から構成され、前記補助磁性体部が、それぞれ対応する前記磁性体と径方向で対向し、かつ前記磁性体を軸方向で挟み込む一対の補助磁性体を備えることを特徴とする。これにより、構成部品の加工誤差の影響を小さくでき、かつ偏心などの影響を小さくすることができる。

請求項１５に係る発明は、前記磁性体部が、軸方向に間隔を隔てて向かい合うように配置された一組の環状の磁性体から構成され、前記補助磁性体部が、それぞれ対応する前記磁性体と軸方向に対向し、当該磁性体よりも小さい幅の円弧部を有する一対の補助磁性体を備えることを特徴とする。これにより、構成部品の加工誤差の影響を小さくでき、かつ偏心などの影響を小さくすることができる。

請求項１６に係る発明は、前記補助磁性体がニッケルの含有量が４０wt％以上の合金を用いて形成されたことを特徴とする。これにより、補助磁性体の磁気特性を向上させることができる。

請求項１７に係る発明は、前記補助磁性体がニッケルの含有量が４０wt％以上８０wt％以下の合金を用いて形成されたことを特徴とする。これにより、補助磁性体の磁気特性をさらに向上させることができる。

請求項１８に係る発明は、前記磁気検出素子が２つ設けられ、一方の前記磁気検出素子の出力に基づいて他方の前記磁気検出素子の異常を検出する異常検出回路を備えることを特徴とする。これにより、２重系を構成できる。

請求項１９に係る発明は、前記磁気検出素子が３つ以上設けられたことを特徴とする。これにより、多重系を構成できる。

請求項２０に係る発明は、電動式パワーステアリング装置であって、請求項１乃至請求項１９のいずれか１項に記載のトルクセンサを備えることを特徴とする。これにより、高精度なアシストができる。

本発明によれば、磁石を軸方向のどちらか一方をＮ極に、他方をＳ極に着磁するだけであるので、着磁が容易であり、着磁工数を軽減できるとともに、着磁の強度のばらつきが少なくなり、着磁精度を向上できる。また、磁石外周面には、対向する部品を設ける必要がないので磁石の表面を保護層で保護することが可能となる。その結果、磁石の破損などの問題を改善でき、信頼性を向上できる。

以下、図面について本発明の一実施の形態を詳述する。

図１〜図３において、１は全体として本実施形態によるルクセンサ１を示す。このトルクセンサ１は、第１の軸２及び第２の軸３を同軸に連結するトーションバー４と、第１の軸２の下端部に固定された円柱形状の磁石アセンブリ５と、磁石アセンブリ５の周囲を取り囲むように配置された磁性体部６と、磁性体部に近接して配置され、磁性体部６から磁束を導く補助磁性体部７と、磁気検出素子８とから構成される。

トーションバー４は、第１及び第２の軸２，３間に相対的な捩れトルクが与えられると自身に捩れを生じる捩り要素であり、弾性部材から形成される。本実施の形態の場合、このトーションバー４は、第１の軸２と一体に捩じれる磁石アセンブリ５の回転に干渉しないように、第１及び第２の軸２，３よりも小さい径で形成されている。

磁石アセンブリ５は、磁石１０と、一般的な鉄系の金属からなる第１及び第２の磁石側磁性体１１Ａ，１１Ｂとを樹脂１２により一体にモールドすることにより構成されている。コスト面から磁石１０としてフェライトの焼結磁石を使用する場合があるが、この場合、磁石１０が割れて後述する磁気回路がショートしてしまうことが考えられる。本実施の形態においては、磁気アセンブリ５をモールドすることによりこのような不具合を回避することができる。

磁石１０は、円柱状に形成され、その上面側及び下面側がそれぞれＮ極又はＳ極に着磁されている。

また第１及び第２の磁石側磁性体１１Ａ，１１Ｂは、図３からも明らかなように、有孔円板状の主板部１１ＡＸ，１１ＢＸの外周部に一定間隔で複数の爪部１１ＡＹ，１１ＢＹが設けられて形成されており、これら爪部１１ＡＹ，１１ＢＹがそれぞれ磁石１０の周側面と間隙を介して対向するように軸方向に屈曲されている。本実施の形態の場合、第１及び第２の磁石側磁性体１１Ａ，１１Ｂには、それぞれ磁石１０の軸方向の長さとほぼ同じ長さの同形状の爪部１１ＡＹ，１１ＢＹが６０度間隔で設けられている。

これら第１及び第２の磁石側磁性体１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ磁石１０をその上面側又は下面側から覆うように、かつ第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹ間の中心位置に第２磁石側磁性体１１Ｂの爪部１１ＢＹが位置するように位置決めされた状態で樹脂１２により一体化されている。

一方、磁性体部６は、軸方向に間隔を隔てて向かい合うように配置された一組の環状の磁性体６Ａ，６Ｂから構成される。各磁性体６Ａ，６Ｂは、一般的な鉄系の金属から形成されており、それぞれ環状の環状部６ＡＸ，６ＢＸと、矩形状の凸部６ＡＹ，６ＢＹとを備える。環状部６ＡＸ，６ＢＸは、磁石アセンブリ５の外径よりも大きい内径を有し、磁石アセンブリ５と同軸上に当該磁石アセンブリ５を取り囲むように配置されている。また凸部６ＡＹ，６ＢＹは、環状部６ＡＸ，６ＢＸの内周側に当該環状部の径方向に突出するように、第１及び第２の磁石側磁性体１１Ａ，１１Ｂの爪部１１ＡＹ，１１ＢＹと同じ数だけ等間隔で設けられている。

これら第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂは、第１の磁性体６Ａの凸部６ＡＹ間の中心位置に第２の磁性体６Ｂの凸部６ＢＹが位置するように位置決めされた状態で樹脂１３により一体化されている。そして第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂは、連結部材１４を介して第２の軸３に固定されている。

他方、補助磁性体部７は、それぞれ一般的な鉄系の金属からなる第１及び第２の補助磁性体７Ａ，７Ｂから構成される。

第１及び第２の補助磁性体７Ａ，７Ｂは、軸方向の寸法が第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂの軸方向の寸法よりも大きいリング状に形成されており、それぞれ対応する第１又は第２の磁性体６Ａ，６Ｂと間隙を介してその径方向に対応するように配置されている。

第１及び第２の補助磁性体７Ａ，７Ｂには、それぞれ外周側に当該第１又は第２の補助磁性体７Ａ，７Ｂの径方向に突出する集磁部７ＡＸ，７ＢＸが設けられており、第１及び第２の補助磁性体７Ａ，７Ｂは、これら集磁部７ＡＸ，７ＢＸが間隙を介して対向するように磁気検出素子８と一体に樹脂１５によりモールドされている。これにより磁石１０、第１及び第２の磁石側磁性体１１Ａ，１１Ｂ、磁性体６、第１及び第２の補助磁性体７Ａ，７Ｂからなる磁気回路を通過する磁束を、第１及び第２の補助磁性体７Ａ，７Ｂの集磁部７ＡＸ，７ＡＹ間に集めることができるようになされている。

磁気検出素子８は、ホール素子、ＭＲ素子、ＭＩ素子やそれぞれを使用したＩＣなどから構成される。この磁気検出素子８は、第１及び第２の補助磁性体７Ａ，７Ｂの集磁部７ＡＸ，７ＢＸ間に配置されており、これによりかかる磁気回路を通過する磁束密度の変化を検出することができるようになされている。

以上の構成のトルクセンサ１では、第１の軸２に捩れトルクが与えられてトーションバー４に捩れが発生すると、磁石アセンブリ５と、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂとの円周方向の相対角度（相対位置）が変化するため、第１及び第２の磁石側磁性体１１Ａ，１１Ｂの爪部１１ＡＸ，１１ＢＸと、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂの凸部６ＡＹ，６ＢＹとの間の距離が変化し、これに応じてかかる磁気回路を流れる磁束の量（磁束密度）が変化する。

より具体的には、磁石アセンブリ５と第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂとの相対回転角度が変化すると、例えば第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹと、第２の磁石側磁性体１１Ｂの爪部１１ＢＹとの間の中心に位置していた第１の磁性体６Ａの凸部６ＡＹは、徐々にＮ極側（又はＳ極側）である第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹ（又は第２の磁石側磁性体１１Ｂの爪部１１ＢＹ）から離れて、Ｓ極側（又はＮ極側）である第２の磁石側磁性体１１Ｂの爪部１１ＢＹ（又は第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹ）に近づいていく。それと同時に、第２の磁性体６Ｂの凸部６ＢＹは、徐々にＳ極側（又はＮ極側）である第２の磁石側磁性体１１Ｂの爪部１１ＢＹ（又は第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹ）から離れて、Ｎ極側（又はＳ極側）である第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹ（又は第２の磁石側磁性体１１Ｂの爪部１１ＢＹ）に近づいていく。その結果、第１の磁性体６Ａから第２の磁性体６Ｂに流れていた磁束の量は徐々に減少し、最終的には、磁束の向きは反転する。

図４は、第１の磁性体６Ａの凸部６ＡＹがそれぞれ第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹ及び第２の磁石側磁性体１１Ｂの爪部１１ＢＹ間の中心に位置した状態（以下、これを第１の状態と呼ぶ）を示す。この第１の状態のときには、第２の磁性体６Ｂの凸部６ＢＹも、それぞれ第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹ及び第２の磁石側磁性体１１Ｂの爪部１１ＢＹ間の中心に位置するため、磁気回路内に磁束が流れない。トルクセンサ１は、第１の軸２や第２の軸３に外部から捩れトルクが与えられていない初期状態のときには、この第１の状態となっている。

一方、図５は、第１の状態から第１の軸２及び又は第２の軸３に捩れトルクが与えられて、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂが磁石アセンブリ５に対して相対的に右回りに３０度回転した状態を示す（以下、これを第２の状態と呼ぶ）。この第２の状態では、第１の磁性体６Ａの凸部６ＡＹがそれぞれ第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹと対向し、第２の磁性体６Ｂの凸部６ＢＹがそれぞれ第２の磁石側磁性体１１Ｂの爪部１１ＢＹと対向する。そしてこの第２の状態のときには、第１の磁性体６Ａの凸部６ＡＹがそれぞれ第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹに、第２の磁性体６Ｂの凸部６ＢＹが第２の磁石側磁性体１１Ｂの爪部１１ＢＹにそれぞれ最も近づくため、最も多く第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹから第１の磁性体６Ａの凸部６ＡＹに向かって磁気回路内を磁束が流れる。

他方、図６は、第１の状態から第１の軸２及び又は第２の軸３に捩れトルクが与えられて、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂが磁石アセンブリ５に対して相対的に左回りに３０度回転した状態を示す（以下、これを第３の状態と呼ぶ）。この第３の状態では、第１の磁性体６Ａの凸部６ＡＹが第２の磁石側磁性体１１Ｂの爪部１１ＢＹと対向し、第２の磁性体６Ｂの凸部６ＢＹが第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹと対向した状態する。そしてこの第３の状態のときには、第１の磁性体６Ａの凸部６ＡＹが第２の磁石側磁性体１１Ｂの爪部１１ＢＹに、第２の磁性体６Ｂの凸部６ＢＹが第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹにそれぞれ最も近づくため、最も多く第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹから第２の磁性体６Ｂの凸部６ＢＹに向かって磁気回路内を磁束が流れる。

図７に図４〜図６の第１〜第３の状態での磁気検出素子８の出力を示す。この図７に示すように、磁石アセンブリ５と第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂとの相対角度が変化すると、磁気回路を流れる磁束の向き及び量が変化するため、その磁束の向き及び量を磁気検出素子８で検出することで、当該検出結果に基づいて磁石アセンブリ５と第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂとの相対回転角度を測定することができる。その結果、第１の軸２及び第２の軸３の相対的な捩り量を測定でき、トーションバー４の捩り剛性から第１の軸２や第２の軸３に付加された捩れトルクの大きさを検出することができる。

なお、本実施の形態によるトルクセンサ１を電動式パワーステアリング装置に設けた場合、第１の軸２となるステアリング軸、第２の軸３となる出力軸、磁石アセンブリ５、第１及び第２の磁性体１１Ａ，１１Ｂも相対回転しながら絶対回転することになる。しかしながら、第１及び第２の補助磁性体７Ａ，７Ｂを静止側に設けることができるので、磁束変化を正確に測定することができる。

以上のように本実施の形態によるトルクセンサ１では、磁石１０を軸方向の一方をＮ極、他方をＳ極にそれぞれ着磁するだけであるので、着磁が容易であり、着磁工数を軽減できると共に、着磁の強度のばらつきが少なくなり、着磁精度を向上できる。また、磁石１０の外周面と接触する部品を設ける必要がないので磁石１０の表面を保護層で保護することが可能となる。その結果、磁石１０の破損などの問題を改善でき、信頼性を向上できる。

また本実施の形態によるトルクセンサ１では、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂから磁束を導く第１及び第２の補助磁性体７Ａ，７Ｂを設けるようにしているため、磁気検出素子８と第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂとの位置関係に変化が生じた場合においてもその変化が磁気回路に与える影響を小さくすることができる。さらに本実施の形態によるトルクセンサ１では、これら第１及び第２の補助磁性体７Ａ，７Ｂに設けた集磁部７ＡＸ，７ＢＸ間に磁気検出素子８を配置するようにしているため、磁束を磁気検出素子８に集中させることができると共に、偏心などの影響を小さくし、かつ磁気的な外乱にも強くすることができる。

さらに本実施の形態によるトルクセンサ１では、第１及び第２の補助磁性体７Ａ，７Ｂの軸方向の寸法を第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂの軸方向の寸法よりも長く選定するようにしているため、より一層と構成部品の加工誤差の影響を小さくし、かつ偏心などの影響を小さくすることができる。

さらに本実施の形態によるトルクセンサ１では、第１及び第２の磁石側磁性体１１Ａ，１１Ｂによって磁石１０の着磁面全体を覆うようにしているため、磁石１０から発生する磁束を漏れなく磁気回路に誘導することができる。

さらに本実施の形態によるトルクセンサ１では、第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹ間の中心位置に、第２の磁石側磁性体１１Ｂの爪部１１ＢＹの中心が位置するように第１及び第２の磁石側磁性体１１Ａ，１１Ｂが位置決めされているため、第１の磁石側磁性体１１Ａの爪部１１ＡＹ間及び第２の磁石側磁性体１１Ｂの爪部１１ＢＹ間の距離を大きくとることができ、捩れ角度の検出範囲を大きくすることができる。同様に、第１の磁性体６Ａの凸部６ＡＹ間の中心位置に、第２の磁性体６Ｂの凸部６ＢＹの中心が位置するように第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂが位置決めされるため、第１の磁性体６Ａの凸部６ＡＹ間及び第２の磁性体６Ｂの凸部６ＢＹ間の距離を大きくとることができ、捩れ角度の検出範囲を大きくすることができる。

さらに本実施の形態によるトルクセンサ１では、第１及び第２の磁石側磁性体１１Ａ，１１Ｂの爪部１１ＡＹ，１１ＢＹが等間隔に配置されているため、これら爪部１１ＡＹ，１１ＢＹの間の距離を大きくとることができ、捩れ角度の検出範囲を大きくすることができる。同様に、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂの凸部６ＡＹ，６ＢＹが等間隔に配置されているため、これら凸部６ＡＹ，６ＢＹ間の距離を大きくとることができ、捩れ角度の検出範囲を大きくすることができる。

さらに本実施の形態によるトルクセンサ１では、第１及び第２の磁石側磁性体１１Ａ，１１Ｂが軸対称な形状に形成されているため、偏心などの影響を小さくすることができる。同様に、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂも軸対称な形状に形成されているため、偏心などの影響を小さくすることができる。

さらに、このトルクセンサ１を電動式パワーステアリング装置に設ければ、高精度なアシストができる電動式パワーステアリング装置を得ることができる。

（２）第２の実施の形態
図８及び図９は、第２の実施の形態によるトルクセンサ２０の概略構成を示す。このトルクセンサ２０は、補助磁性体部２１の構造が異なる点を除いて第１の実施の形態によるトルクセンサ１と同様に構成されている。

すなわち本実施の形態の場合、補助磁性体部２１は、一般的な鉄系等の金属からなる第１及び第２の補助磁性体２１Ａ，２１Ｂから構成される。第１及び第２の補助磁性体２１Ａ，２１Ｂは、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂと同径の円弧形状を有する板状の円弧部２１ＡＸ，２１ＢＸと、この円弧部２１ＡＸ，２１ＢＸの周方向の両端部に当該円弧部２１ＡＸ，２１ＢＸの径方向内側に開口するようにそれぞれ形成された断面コ字状の挟込み部２１ＡＹ，２１ＢＹと、円弧部２１ＡＸ，２１ＢＸの周方向の略中央部に当該円弧部２１ＡＸ，２１ＢＸの径方向外側に突出するように形成された集磁部２１ＡＺ，２１ＢＺとを有する。これら円弧部２１ＡＸ，２１ＢＸ、挟込み部２１ＡＹ，２１ＢＹ及び集磁部２１ＡＺ，２１ＢＺは、鉄系の金属からなる所定形状の板を屈曲加工することにより形成されたものである。

そして第１及び第２の補助磁性体２１Ａ，２１Ｂは、挟込み部２１ＡＹ，２１ＢＹにより軸方向で挟み込むように、対応する第１又は第２の磁性体６Ａ，６Ｂにその径方向外側から取り付けられている。またこれら第１及び第２の補助磁性体２１Ａ，２１Ｂの集磁部２１ＡＺ，２１ＢＺ間に磁気検出素子８が配置されており、これら第１及び第２の補助磁性体２１Ａ，２１Ｂ並びに磁気検出素子８が図示しない樹脂により一体にモールドされている。

このように本実施の形態によるトルクセンサ２０においては、第１及び第２の補助磁性体２１Ａ，２１Ｂを、挟込み部２１ＡＹ，２１ＢＹが対応する第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂに径方向に対向し、軸方向で挟み込むように構成したことにより、構成部品の加工誤差の影響を小さくでき、かつ偏心などの影響を小さくすることができる。よって、機械的な外乱を受けても磁気回路への影響を小さくできる。

（３）第３の実施の形態
図１０〜図１２は、第３の実施の形態によるトルクセンサ３０の概略構成を示す。このトルクセンサ３０は、補助磁性体部３１の構成が異なる点を除いて第１の実施の形態によるトルクセンサ１と同様に構成されている。

すなわち本実施の形態の場合、補助磁性体部３１は、一般的な鉄系等の金属からなる第１及び第２の補助磁性体３１Ａ，３１Ｂから構成される。第１及び第２の補助磁性体３１Ａ，３１Ｂは、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂと略同径の円弧形状を有する円弧部３１ＡＸ，３１ＢＸと、当該円弧部３１ＡＸ，３１ＢＸの周方向の中央部に当該円弧部３１ＡＸ，３１ＢＸの径方向外周側に突出するように形成された集磁部３１ＡＹ，３１ＢＹとを有する。これら円弧部３１ＡＸ，３１ＢＸ及び集磁部３１ＡＹ，３１ＢＹは、鉄系の金属からなる所定形状の板を屈曲加工することにより形成されたものである。

この場合、第１及び第２の補助磁性体３１Ａ，３１Ｂは、円弧部３１ＡＸ，３１ＢＸの幅が第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂの環状部６ＡＸ，６ＢＸの幅よりも小さく形成されており、当該円弧部３１ＡＸ，３１ＢＸが対応する第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂ間の内側面（その第１又は第２の磁性体６Ａ，６Ｂが対をなす相手側の第２又は第１の磁性体６Ｂ，６Ａと対向する面）と軸方向に対向するように配置されている。

このように本実施の形態によるトルクセンサ３０は、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂの環状部６ＡＸ，６ＢＸの幅より第１及び第２の補助磁性体３１Ａ，３１Ｂの円弧部３１ＡＸ，３１ＢＸの幅を狭くしているため、構成部品の加工誤差の影響を小さくでき、かつ偏心などの影響を小さくすることができる。よって、機械的な外乱を受けても磁気回路への影響を小さくできる。

（４）他の実施の形態
なお上述の第１〜第３の実施の形態においては、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂの凸部６ＡＹ，６ＢＹを矩形状に形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、かかる凸部６ＡＹ，６ＢＹの形状として三角、円弧形状などを採用するようにしても良く、必要とする出力特性が得られるのであれば、当該凸部６ＡＹ，６ＢＹの形状としては種々の形状を広く適用することができる。

また上述の第１〜第３の実施の形態においては、第１及び第２の磁石側磁性体１１Ａ，１１Ｂ、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂ並びに第１及び第２の補助磁性体７Ａ，７Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂを、一般的な鉄系の金属で形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これらのうちの少なくとも１つを鉄系以外の磁性材を用いて形成するようにしても良い。具体的には、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂ等の材料として一般的な鉄系の金属を使用した場合、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂの出力特性にヒステリシスが発生する。そこで、かかる材料としてニッケルを含んだ合金を使用することにより、第１及び第２の磁石側磁性体１１Ａ，１１Ｂ、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂ並びに第１及び第２の補助磁性体７Ａ，７Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂの磁気特性を向上させることができる。

この場合において、かかる材料として全体の重さの４０％（４０wt％）以上ニッケルを含有した合金を使用することで、一般的な鉄系の金属に比べてヒステリシスを格段に少なくし、実用上は問題ないレベルまで向上することができるが、完全になくすことはできない。そのため、さらにヒステリシスを減少させたい場合には、かかる材料としてニッケルを全体の重さの４０％以上８０％以下（４０wt％以上８０wt％以下）、より好ましくは７０％（７０wt％）以上含む合金を使用するようにすれば良い。これにより、第１及び第２の磁石側磁性体１１Ａ，１１Ｂ等の磁気特性をさらに向上させることができる。ただし、ニッケルは高価なため、要求される性能によって、ニッケルの含有量は適宜選定するのが良い。

さらに上述の第１〜第３の実施の形態においては、磁気検出素子８を１つのみ使用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、磁気検出素子８を２個使用しても良い。これにより、２重系を構成することができる。その場合、２個の磁気検出素子８の出力特性を逆向きに設定し、これら２個の磁気検出素子８の差動を得ることで、感度を２倍に向上することができる。なお、感度が十分な場合は、２個の磁気検出素子８の差動を得る必要はなく、どちらか一方の出力信号を使用しても良い。この場合は、２個の磁気検出素子８出力特性を同一としても良い。なお、２個の磁気検出素子８のうちの１個の磁気検出素子８の出力信号のみを使用する場合は、他方の磁気検出素子８の出力信号は参照とし、磁気検出素子８の異常検出に使用することができる。具体的には、一方の磁気検出素子８の出力に基づいて他方の磁気検出素子の異常を検出する異常検出回路を設け、当該異常検出回路が一方の磁気検出素子８の異常を検出したときには、ユーザにエラーを報告するようにすれば良い。

加えて、磁気検出素子８が２個の場合、どちらか一方の磁気検出素子８が破損した場合は、どちらの磁気検出素子８が破損したか判断できない。そこで磁気検出素子８を３個以上配設して多重系を構成することで、出力特性が合致する個数が多い方の出力信号が正しいと判断できるので、破損した磁気検出素子８を特定できる。その結果、１個の磁気検出素子８が破損しても、正常な磁気検出素子８を特定できるので、その出力信号を使用することで、問題なく使用することができる。なお、複数の磁気検出素子８を使用する場合は、それぞれに専用電源を設置すると、さらにトルクセンサ全体の信頼性を向上することができる。

さらに上述の第１〜第３の実施の形態においては、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂを第２の軸３に固定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂをトーションバー４の第２の軸３側の端部に連結するようにしても良い。

さらに上述の第１〜第３の実施の形態においては、第１及び第２の磁性体６Ａ，６Ｂの凸部６ＡＹ，６ＢＹ並びに第１及び第２の磁石側磁性体１１Ａ，１１Ｂの爪部１１ＡＹ，１１ＢＹをそれぞれ６個ずつ設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これ以外の個数ずつ設けるようにしても良い。

さらに上述の第３の実施の形態においては、第１及び第２の補助磁性体３１Ａ，３１Ｂを、対応する第１又は第２の磁性体６Ａ，６Ｂの軸方向の内面に取り付けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第１及び第２の補助磁性体３１Ａ，３１Ｂを、円弧部３１ＡＸ，３１ＢＸが第１又は第２の磁性体６Ａ，６Ｂの外面（内側面と対向する面）と軸方向に対向するように配置するようにしても良い。

第１の実施の形態によるトルクセンサの概略構成を示す断面図である。 第１の実施の形態によるトルクセンサの概略構成を示す斜視図である。 第１の実施の形態によるトルクセンサの概略構成を示す分解斜視図である。 第１の実施の形態によるトルクセンサの動作説明に供する平面図である。 第１の実施の形態によるトルクセンサの動作説明に供する平面図である。 第１の実施の形態によるトルクセンサの動作説明に供する平面図である。 第１の実施の形態によるトルクセンサの各状態での出力電圧を示す特性線図である。 第２の実施の形態によるトルクセンサの概略構成を示す斜視図である。 第２の実施の形態によるトルクセンサの補助磁性体部の説明に供する分解斜視図である。 第３の実施の形態によるトルクセンサの概略構成を示す斜視図である。 第３の実施の形態によるトルクセンサの補助磁性体部の説明に供する分解斜視図である。 第３の実施の形態によるトルクセンサの補助磁性体と磁性体との位置関係の説明に供する平面図である。

符号の説明

１，２０，３０……トルクセンサ、２……第１の軸、３……第２の軸、４……トーションバー、５……磁石アセンブリ、６……磁性体部、６Ａ，６Ｂ……磁性体、６ＡＹ，６ＢＹ……凸部、７，２１，３１……補助磁性体部、７Ａ，７Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ……補助磁性体、７ＡＸ，７ＢＸ，２１ＡＺ，２１ＢＺ，３１ＡＹ，３１ＢＹ……集磁部、１０…磁石、１１Ａ，１１Ｂ……磁石側磁性体、１１ＡＹ，１１ＢＹ……爪部、８…磁気検出素子。

Claims (20)

1. 第１及び第２の軸間に同軸上に連結された弾性部材と、
   前記第１の軸又は前記弾性部材の一端側に固定され、軸方向に２極に着磁された磁石と、
   それぞれ前記磁石の周側面と対向するように、かつ前記磁石の軸方向と平行に複数の爪部が設けられ、当該爪部が交互に位置するように前記磁石の軸方向の両端に固定された一対の磁石側磁性体と、
   前記第２の軸又は前記弾性部材の他端側に連結され、前記磁石及び前記一対の磁石側磁性体と共に磁気回路を形成し、前記弾性部材の捩れに応じて前記一対の磁石側磁性体との間の相対位置が変化したときに、前記磁気回路に発生する磁束密度が変化する構造を有する磁性体部と、
   前記磁気回路に発生する磁束密度を検出する磁気検出素子と
   を備えることを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記磁性体部は、
   軸方向に間隔を隔てて向かい合うように配置された一組の磁性体から構成され、
   各前記磁性体は、
   前記磁石側磁性体の周囲を取り囲むように配置された環状の環状部と、
   前記環状部の内周側に当該環状部の径方向に突出するように設けられた凸部と
   を備え、
   一方の前記磁性体の凸部間に、他方の前記磁性体の凸部が位置するように各前記磁性体が配設された
   ことを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 前記一組の磁性体は、
   一方の前記磁性体の凸部間の中心位置に、他方の前記磁性体の凸部の中心が位置するように配設された
   ことを特徴とする請求項２に記載のトルクセンサ。
4. 前記磁性体は、前記凸部が等間隔に設けられた
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のトルクセンサ。
5. 前記磁性体は、軸対称な形状である
   ことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
6. 前記一対の磁石側磁性体は、前記磁石の着磁面全体を覆う
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
7. 前記一対の磁石側磁性体は、
   一方の前記磁石側磁性体の前記爪部間の中心位置に、他方の前記磁石側磁性体の爪部の中心が位置するように配設された
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
8. 前記磁石側磁性体は、軸対称な形状である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
9. 前記磁石側磁性体は、爪部が等間隔に配置された
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
10. 前記磁石側磁性体及び前記磁性体の少なくとも一方は、
    ニッケルの含有量が４０wt％以上の合金を用いて形成された
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
11. 前記磁石側磁性体及び前記磁性体の少なくとも一方は、
    ニッケルの含有量が４０wt％以上８０wt％以下の合金を用いて形成された
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
12. 前記磁石、前記一対の磁石側磁性体及び前記磁性体部と共に前記磁気回路を構成し、前記磁性体部に近接して配置されて前記磁性体から磁束を導くと共に、当該磁束を集める集磁部を有する補助磁性体部を備え、
    前記磁気検出素子は、
    前記補助磁性体部の前記集磁部に集められた前記磁気回路を通過する前記磁束の磁束密度を検出する
    ことを特徴とする請求項１請求項１１のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
13. 前記磁性体部は、
    軸方向に間隔を隔てて向かい合うように配置された一組の環状の磁性体から構成され、
    前記補助磁性体部は、
    それぞれ対応する前記磁性体と径方向で対向し、かつ軸方向寸法が前記磁性体の軸方向寸法よりも大きいリング状の一対の補助磁性体を備える
    ことを特徴とする請求項１２に記載のトルクセンサ。
14. 前記磁性体部は、
    軸方向に間隔を隔てて向かい合うように配置された一組の環状の磁性体から構成され、
    前記補助磁性体部は、
    それぞれ対応する前記磁性体と径方向で対向し、かつ前記磁性体を軸方向で挟み込む一対の補助磁性体を備える
    ことを特徴とする請求項１２に記載のトルクセンサ。
15. 前記磁性体部は、
    軸方向に間隔を隔てて向かい合うように配置された一組の環状の磁性体から構成され、
    前記補助磁性体部は、
    それぞれ対応する前記磁性体と軸方向に対向し、当該磁性体よりも小さい幅の円弧部を有する一対の補助磁性体を備える
    ことを特徴とする請求項１２に記載のトルクセンサ。
16. 前記補助磁性体は、ニッケルの含有量が４０wt％以上の合金を用いて形成された
    ことを特徴とする請求項１３乃至請求項１５のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
17. 前記補助磁性体は、ニッケルの含有量が４０wt％以上８０wt％以下の合金を用いて形成された
    ことを特徴とする請求項１２乃至請求項１５のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
18. 前記磁気検出素子が２つ設けられ、
    一方の前記磁気検出素子の出力に基づいて他方の前記磁気検出素子の異常を検出する異常検出回路を備える
    ことを特徴とする請求項１〜請求項１７のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
19. 前記磁気検出素子が３つ以上設けられた
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
20. 請求項１乃至請求項１９のいずれか１項に記載のトルクセンサを備える
    ことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。