JP2012237727A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 捩じれ変位に伴う磁束の周期的変動による影響を抑制し磁気センサの出力を安定させるトルクセンサを提供する。
【解決手段】 トルクセンサ２は、入力軸１１と出力軸１２とを同軸上に連結するトーションバー１３、入力軸１１に固定される多極磁石１４、出力軸１２に固定される一組の磁気ヨーク３１、３２、磁気ヨーク３１、３２から磁束を集める一組の集磁リング６１１、６１２、及び磁束密度を検出する磁気センサ４１から構成される。一組の集磁リング６１１、６１２は半楕円形状に形成されており、磁気センサ４１が設けられる集磁部６１ａにおいて多極磁石１４との距離が最大となる。すなわち、磁気センサ４１は、多極磁石１４から可及的に遠ざけられて配置される。これにより、磁束の周期的変動による磁束センサ４１への影響が抑制される。よって、磁束センサ４１の出力電圧を安定させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸に加わる軸トルクを磁束密度の変化（磁界の強さ）として検出するトルクセンサに関する。

従来、電動パワーステアリング装置等において軸トルクを検出するトルクセンサが知られている。例えば、特許文献１に記載のトルクセンサは、入力軸と出力軸とを連結するトーションバーに捩じれが生じたとき、多極磁石と一組の磁気ヨークとの周方向の相対位置の変化により一組の磁気ヨークに発生する磁束を検出することで軸トルクを検出する。
また、特許文献２の第２実施例では、一組の磁気ヨークから磁束を集める一組の集磁リングを半円形状にすることで径方向からの組み付けを可能とし、組み付け性を向上している。
その他、特許文献３のトルクセンサは、軸方向の一方をＮ極、他方をＳ極に着磁した磁石を使用している。

特開２００３−１４９０６２号公報 特開２００３−３２９５２３号公報 特開２００８−２１６０１９号公報

特許文献１、２のトルクセンサは、「一組の集磁体」としての一組の集磁リングが一組の磁気ヨークの径外方向に配置され、一組の磁気ヨークと径方向でのみ対向している。そこで、一組の集磁リングを一組の磁気ヨークの軸方向の間に配置すれば、一組の集磁リングと一組の磁気ヨークとを軸方向で対向させ、集磁可能な磁束を増加させることができる。

しかし、その場合、一組の集磁リングで集磁された磁束密度を検出する磁気センサを径内側の多極磁石にあまり近づけると、捩じれ変位に伴う磁束の周期的変動による影響を受けやすくなる。そのため、一定トルク状態でのトーションバーの回転時に、磁気センサの出力電圧が周期的に変動するという問題が生じる。

また、特許文献３のトルクセンサは、磁石の径外方向に、磁束を伝達する部材として、磁石側磁性体、磁性体、補助磁性体の三組の部材が三重に設けられている（図１〜図３参照）。すなわち、磁石側磁性体と磁性体との２部材が「一組の磁気ヨーク」に相当し、補助磁性体が「一組の集磁体」に相当する。このように、特許文献３のトルクセンサは、部品点数が多く、径方向の寸法が大きく、各構成部品の形状が複雑である等の問題がある。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、捩じれ変位に伴う磁束の周期的変動による影響を抑制し磁気センサの出力を安定させる簡易な構成のトルクセンサを提供することにある。

請求項１に記載のトルクセンサは、トーションバー、多極磁石、一組の磁気ヨーク、一組の集磁体、磁気センサを備える。
トーションバーは、第１の軸と第２の軸とを同軸上に連結し、第１の軸と第２の軸との間に加わるトルクを捩じれ変位に変換する。
多極磁石は、第１の軸またはトーションバーの一端側に固定される。
一組の磁気ヨークは、多極磁石の径外側で第２の軸またはトーションバーの他端側に固定され、かつ軸方向にギャップを介して対向し、多極磁石が発生する磁界内に磁気回路を形成する。
一組の集磁体は、一組の磁気ヨークの軸方向の間に、軸方向の投影において少なくとも一部が一組の磁気ヨークと重複するように設けられる。一組の集磁体は、一組の磁気ヨークから磁束を集める。
磁気センサは、一組の集磁体間の磁界の強さを検出する。
そして、一組の集磁体は、多極磁石の中心軸から内縁部までの距離が、多極磁石の中心軸と磁気センサとを結ぶＸ方向において最大である。

一組の磁気ヨークは、それぞれ、多極磁石のＮ極およびＳ極と同数の、軸方向に延びる爪がリングの内縁に沿って全周に等間隔に設けられる。そして、一方の磁気ヨークの爪と他方の磁気ヨークの爪とが周方向にずれて交互に配置される。したがって、磁気ヨークの軸方向の断面形状は、爪の有る部分では「Ｌ字状」、爪の無い部分では「一字状」となり、「Ｌ字状」断面と「一字状」断面とが周方向に交互に現れる。

この構成により、一組の集磁体は、一組の磁気ヨークの軸方向の間に挿入された状態で、少なくとも一部が軸方向の投影において一組の磁気ヨークと重複する。これにより、一組の集磁体は、従来は、もれ磁束として使用していなかった磁束も集めることができる。したがって、集磁可能な磁束量は、同等もしくはそれ以上となる。

また、一組の集磁体は、磁気センサが配置される部位において多極磁石との距離が最大となる。すなわち、磁気センサは、多極磁石から可及的に遠ざけられて配置される。これにより、磁束の周期的変動による磁気センサへの影響が低減される。よって、磁気センサの出力電圧を安定させることができる。
さらに、多極磁石の磁束を伝達する部材は「一組の磁気ヨーク」と「一組の集磁体」との二組であるため、特許文献３の従来技術と比べて、部品点数が少なく、径方向の寸法が小さく、各構成部品の形状が単純となる。よって、構成が簡易となる。

請求項２に記載の発明によると、一組の集磁体は、多極磁石の中心軸から内縁部までの距離が、Ｘ方向に直交するＹ方向において最小である。
磁気センサから離れるほど、一組の集磁体と多極磁石との距離が近くても磁束の変動の影響を受けにくくなる。そこで、具体的には、Ｘ方向に直交するＹ方向、すなわちＸ方向に対して±９０°回転した方向で一組の集磁体と多極磁石との距離が最小となるように一組の集磁体の形状を設定することができる。

さらに請求項３に記載の発明によると、一組の集磁体は、多極磁石の中心軸から内縁部までの距離が、Ｙ方向からＸ方向に向かうにつれて連続的に増加する。
具体的には、一組の集磁体の形状を「Ｘ方向を長径、Ｙ方向を短径とする楕円形状」とすることで、この構成を実現することができる。

請求項４に記載の発明によると、一組の集磁体は、Ｘ方向を含む領域に、多極磁石の中心軸から内縁部までの距離が他の領域から不連続に増加する切り欠き部が形成される。
このように、Ｘ方向を含む領域に切り欠き部を設け、磁気センサを多極磁石から遠ざけてもよい。これにより、特に磁束変動による問題が大きい場合など、磁気センサを極端に多極磁石から遠ざけることが容易となる。

請求項５に記載の発明によると、一組の集磁体は、軸方向と直交する方向に開口を有し、一組の磁気ヨークの径方向の一方の側から一組の磁気ヨークの軸方向の間に挿入される。
この構成により、一組の集磁体は、一組の磁気ヨークの径方向の一方の側から一組の磁気ヨークの軸方向の間に挿入されるので、組み付け性を向上することができる。例えば、請求項３に従属する請求項５に係る発明では、一組の集磁体の形状を「Ｘ方向を長径、Ｙ方向を短径とし、Ｘ方向について磁気センサ側のみの半楕円形状」とすることができる。
このように、一組の集磁体が半環状の場合には、環状の場合と比較して一組の集磁体の部材が減少するため、磁束の平滑効果が低減し、磁束変動の影響がより大きくなる。しかし、本発明では、磁気センサが多極磁石から可及的に遠ざけられて配置されるため、磁束の周期的変動による磁気センサへの影響が低減され、磁気センサの出力電圧を安定させることができる。

請求項６に記載の発明によると、一組の集磁体は、当該集磁体の他の部位よりも軸方向に互いに接近して設けられる集磁部を有する。磁気センサは、集磁部間に配置される。
これにより、磁気センサが設けられる部位の磁気抵抗を最小とし、検出感度を向上することができる。

請求項７に記載の発明によると、一組の磁気ヨークは一体に樹脂モールドされて筒状の一体ヨーク部材を構成し、当該一体ヨーク部材の径外壁に一組の集磁体の少なくとも一部が挿入される溝部が形成される。
一組の磁気ヨークを一体に樹脂モールドし一体ヨーク部材とすることで、磁気ヨークの位置ずれを防止して磁束密度を安定させることができる。また、一体ヨーク部材の径外壁に溝部が形成され、この溝部に集磁体を挿入することで、組み付け性が向上する。

本発明の第１実施形態によるトルクセンサの分解斜視図である。 本発明の第１実施形態によるトルクセンサが適用される電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 本発明の第１実施形態によるヨークユニットの（ａ）平面図、（ｂ）断面図、（ｃ）（ａ）のＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ断面図である。 本発明の第１実施形態による（ａ）センサユニットの平面図、（ｂ）（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ断面図断面図、（ｃ）集磁リングの平面図および側面図である。 本発明の第１実施形態によるトルクセンサの動作原理を説明する要部模式図、（ｂ）：（ａ）のＶｂ−Ｖｂ断面図である。 本発明の第１実施形態によるトルクセンサの動作原理を説明する要部模式図、（ｂ）：（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ断面図である。 本発明の第２、第３、第４実施形態による集磁リングの平面図および側面図である。 本発明の第５、第６実施形態による集磁リングの平面図および側面図である。 本発明のその他の実施形態による集磁リングの集磁部の側面図である。 本発明のその他の実施形態による集磁リングの配置を示す図である。 本発明のその他の実施形態による集磁リングの平面図である。 本発明のその他の実施形態による集磁リングの平面図である。 本発明のその他の実施形態による集磁リングの平面図である。 比較例のトルクセンサの分解斜視図である。 比較例のトルクセンサの（ａ）要部模式図、（ｂ）（ａ）のＸＶｂ−ＸＶｂ断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態によるトルクセンサを図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図２に示すように、本発明の第１実施形態によるトルクセンサ２は、例えば車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に適用される。

図１は、電動パワーステアリング装置５を備えたステアリングシステムの全体構成を示す。ハンドル９１に接続されたステアリングシャフト９２には操舵トルクを検出するためのトルクセンサ２が設置されている。ステアリングシャフト９２の先端にはピニオンギア９６が設けられており、ピニオンギア９６はラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が回転可能に連結されている。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換され、一対の車輪９８が操舵される。

トルクセンサ２は、ステアリングシャフト９２を構成する入力軸１１と出力軸１２との間に設けられ、ステアリングシャフト９２に加わる操舵トルクを検出してＥＣＵ６に出力する。ＥＣＵ６は、検出された操舵トルクに応じて電動モータ７の出力を制御する。電動モータ７が発生した操舵アシストトルクは、減速ギア９５を介して減速され、ステアリングシャフト９２に伝達される。

次に、トルクセンサ２の構成について、図１、図３、図４を参照して説明する。
図１に示すように、トルクセンサ２は、トーションバー１３、多極磁石１４、一組の磁気ヨーク３１、３２、「一組の集磁体」としての一組の集磁リング６１１、６１２、及び磁気センサ４１等から構成される。
トーションバー１３は、一端側が「第１の軸」としての入力軸１１に、他端側が「第２の軸」としての出力軸１２に、それぞれ固定ピン１５で固定され、入力軸１１と出力軸１２とを同軸上に連結する。トーションバー１３は、棒状の弾性部材であり、ステアリングシャフト９２に加わる操舵トルクを捩じれ変位に変換する。

円筒状の多極磁石１４は、入力軸１１に固定され、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁される。例えば本実施形態ではＮ極とＳ極との数は１２対、計２４極である（図５、図６参照）。なお、他の実施形態では、多極磁石の磁極数は２４極に限らず偶数であればよい。
一組の磁気ヨーク３１、３２は、軟磁性体からなる環状体であり、多極磁石１４の径外側で出力軸１２に固定される。磁気ヨーク３１、３２は、それぞれ、多極磁石１４のＮ極およびＳ極と同数（本実施形態では１２個）の爪３１ａ、３２ａがリングの内縁に沿って全周に等間隔に設けられる。一方の磁気ヨーク３１の爪３１ａと他方の磁気ヨーク３２の爪３２ａとは、周方向にずれて交互に配置される。こうして、一方の磁気ヨーク３１と他方の磁気ヨーク３２とは、軸方向にエアギャップを介して対向している（図３参照）。一組の磁気ヨーク３１、３２は、多極磁石１４が発生する磁界内に磁気回路を形成する。

ここで、多極磁石１４と一組の磁気ヨーク３１、３２とは、トーションバー１３に捩じれ変位が生じていない時、すなわち、入力軸１１と出力軸１２との間に操舵トルクが加わっていない時、磁気ヨーク３１、３２の爪３１ａ、３２ａの中心と多極磁石１４のＮ極とＳ極との境界とが一致するように配置されている。

本実施形態では、図３に示すように、一組の磁気ヨーク３１、３２は、モールド樹脂３３によって一体にモールドされて、「一体ヨーク部材」としてのヨークユニット３０を構成している。
ヨークユニット３０は、径外壁に溝部３４が形成され、径内側に軸穴３５が形成されたボビン形状を呈している。溝部３４は、一方の磁気ヨーク３１のリング部と他方の磁気ヨーク３２のリング部との軸方向の間に形成される。溝部３４の底部外径φＤｇは、ヨークユニット３０の外径φＤｏよりも小さい。また、軸穴３５の内径φＤｉは、多極磁石１４の外径よりもわずかに大きく形成されている。
図３（ｃ）に示すように、一組の磁気ヨーク３１、３２の軸方向の断面形状は、爪３１ａ、３２ａの有る部分では「Ｌ字状」、爪３１ａ、３２ａの無い部分では「一字状」となり、「Ｌ字状」断面と「一字状」断面とが周方向に交互に現れる。

一組の集磁リング６１１、６１２は、磁気ヨーク３１、３２と同様の軟磁性体で半楕円形状に形成され、ヨークユニット３０の溝部３４内、すなわち一組の磁気ヨーク３１、３２の軸方向の間に配置される。そのため、一組の集磁リング６１１、６１２は、軸方向の投影において少なくとも一部が一組の磁気ヨーク３１、３２と重複する。これにより、一組の集磁リング６１１、６１２は、一組の磁気ヨーク３１、３２のリング部と軸方向で対向する。

一組の集磁リング６１１、６１２には、半楕円形状の周方向の略中間位置に凹状の集磁部６１ａが形成される（図４参照）。集磁部６１ａ同士は、他の部位より軸方向に接近して設けられる。一組の集磁リング６１１、６１２は、一組の磁気ヨーク３１、３２から磁束を集磁部６１ａに集める。

磁気センサ４１は、両集磁部６１ａの間に設けられ、両集磁部６１ａの間に発生する磁束密度を検出し、電圧信号に変換してリード線４２に出力する。磁気センサ４１として具体的には、ホール素子、磁気抵抗素子等を使用することができる。
本実施形態では、図４に示すように、一組の集磁リング６１１、６１２と磁気センサ４１とは、モールド樹脂４３によって一体にモールドされて、センサユニット４０を構成している。磁気センサ４１は、両集磁部６１ａの間に挟み込まれ、両集磁部６１ａに接触または可及的に接近した状態で一体化される。

センサユニット４０は、一組の集磁リング６１１、６１２の開口の間隔Ｗｒがヨークユニット３０の溝部３４の底部外径φＤｇよりも大きく設定されている。また、集磁リング６１１の上端面から集磁リング６１２の下端面までの厚さＴｒが溝部３４の高さＨｇよりも小さく設定されている。したがって、センサユニット４０をヨークユニット３０の径方向の一方の側から溝部３４に挿入して組み付けることができる。

図４（ｃ）に示すように、一組の集磁リング６１１、６１２は、ヨークユニット３０の中心軸Ｏから内縁部６１ｆまでの距離が、中心軸Ｏと磁気センサ４１とを結ぶＸ方向において楕円の長径ｒ１に相当し、Ｘ方向に直交するＹ方向において楕円の短径ｒ２に相当する。すなわち、中心軸Ｏから内縁部６１ｆまでの距離が、Ｘ方向において最大であり、Ｙ方向において最小である。そして、Ｙ方向からＸ方向に向かうにつれて連続的に増加する。
ここで、ヨークユニット３０の中心軸Ｏは、トルクセンサ２の組み付け状態で多極磁石１４の中心軸Ｏに一致する（図１、図５、図６参照）ため、上記の構成を言い換えれば、「多極磁石１４の中心軸Ｏから内縁部６１ｆまでの距離が、Ｘ方向において最大であり、Ｙ方向において最小である。」と言うことができる。

次に、トルクセンサ２の作動について、図５、図６を参照して説明する。図５は、磁気ヨーク３２の爪３２ａが多極磁石１４のＮ極と対向している状態を示し、図６は、磁気ヨーク３２の爪３２ａが多極磁石１４のＳ極と対向している状態を示している。なお、図５（ａ）、図６（ａ）では爪３２ａのみを破線で示し、爪３１ａの図示を省略している。

まず、入力軸１１と出力軸１２との間に操舵トルクが加わっておらず、トーションバー１３に捩じれ変位が生じていない中立状態では、図５と図６との中間の状態となる。すなわち、磁気ヨーク３２の爪３２ａの中心と多極磁石１４のＮ極とＳ極との境界とが一致する。このとき、また、磁気ヨーク３１の爪３１ａの中心と多極磁石１４のＮ極とＳ極との境界とが一致する。
この状態では、磁気ヨーク３１、３２の爪３１ａ、３２ａには、多極磁石１４のＮ極とＳ極から同数の磁力線が出入りするため、一方の磁気ヨーク３１と他方の磁気ヨーク３２の内部でそれぞれ磁力線が閉ループを形成している。したがって、磁気ヨーク３１と磁気ヨーク３２との間にギャップに磁束が漏れることはなく、磁気センサ４１が検出する磁束密度はゼロとなる。

入力軸１１と出力軸１２との間に操舵トルクが印加されてトーションバー１３に捩じれ変位が生じると、入力軸１１に固定された多極磁石１４と出力軸１２に固定された一組の磁気ヨーク３１、３２との相対位置が周方向に変化する。これにより、図５または図６に示すように、爪３１ａ、３２ａの中心と多極磁石１４のＮ極とＳ極との境界とが周方向にずれるため、磁気ヨーク３１と磁気ヨーク３２には、それぞれ逆の極性を有する磁力線が増加する。

図５に示す位置では、磁気ヨーク３２にＮの極性を有する磁力線が増加し、対向する磁気ヨーク３１にＳの極性を有する磁力線が増加する結果、磁気センサ４１を図５（ｂ）の下方から上方に向かって通過する磁束密度Φ１が発生する。
図６に示す位置では、磁気ヨーク３２にＳの極性を有する磁力線が増加し、対向する磁気ヨーク３１にＮの極性を有する磁力線が増加する結果、磁気センサ４１を図６（ｂ）の上方から下方に向かって通過する磁束密度Φ２が発生する。

このように、磁気センサ４１を通過する磁束密度は、トーションバー１３の捩じれ変位量に略比例し、かつトーションバー１３の捩じれ方向に応じて極性が反転する。この磁束密度を磁気センサ４１が検出し、電圧信号として出力することで、トルクセンサ２は、入力軸１１と出力軸１２との間の操舵トルクを検出することができる。

ここで、比較例として、特許文献２に基づく従来技術について図１４、図１５を参照して説明する。本発明の第１実施形態に係る構成と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図１４に示すように、比較例のトルクセンサ９は、半環状の一組の集磁リング９１、９２を備えている。ここで、図１５に示すように、一組の磁気ヨーク３１、３２が一体に樹脂モールドされてヨークユニット３９を構成する点、及び、一組の集磁リング９１、９２が磁気センサ４１と一体に樹脂モールドされてセンサユニット４９を構成する点は、第１実施形態と類似している。
しかし、比較例の一組の集磁リング９１、９２は半円形状であって、中心軸Ｏから内縁部９１ｆまでの距離ｒがＸ方向とＹ方向とで同等である点が第１実施形態と異なる。

続いて、本実施形態のトルクセンサ２の効果について比較例と対比しつつ説明する。
（１）本実施形態のトルクセンサ２は、比較例と同様、一組の集磁リング６１１、６１２が半環状に形成されているため、ヨークユニット３０の径方向からセンサユニット４０を組み付けることができる。したがって、組み付け性が向上する。

（２）比較例では、半円形状の一組の集磁リング９１、９２が一組の磁気ヨーク３１、３２の径外方向に配置され、一組の磁気ヨーク３１、３２と径方向でのみ対向している。そのため、一組の集磁リングが円形状（破線図示）の場合と比較して、一組の磁気ヨーク３１、３２との対向面積が約半減し、集磁可能な磁束量が低下する。

そこで、集磁可能な磁束を増加させるため、仮に一組の集磁リングを一組の磁気ヨーク３１、３２の軸方向の間に配置し、一組の集磁リングと一組の磁気ヨーク３１、３２とを軸方向で対向させた構成を仮定する。その場合、磁気センサ４１を径内側の多極磁石１４にあまり近づけると、捩じれ変位に伴う磁束の周期的変動による影響を受けやすくなる。そのため、一定トルク状態でのトーションバー１３の回転時に、磁気センサ４１の出力電圧が周期的に変動するという問題が生じる。
特に一組の集磁リングが半環状の場合には、環状の場合と比較して一組の集磁リングの部材が減少するため、磁束の平滑効果が低減し、磁束変動の影響がより大きくなる。

それに対し、本実施形態では、一組の集磁リング６１１、６１２は、多極磁石１４の中心軸Ｏから内縁部６１ｆまでの距離が、中心軸Ｏと磁気センサ４１とを結ぶＸ方向において最大となる。すなわち、磁気センサ４１は、多極磁石１４から可及的に遠ざけられて配置される。これにより、磁束の周期的変動による磁束センサ４１への影響が抑制される。よって、磁束センサ４１の出力電圧を安定させることができる。

なお、本実施形態では、さらに一組の集磁リング６１１、６１２は、多極磁石１４の中心軸Ｏから内縁部６１ｆまでの距離が、Ｘ方向に直交するＹ方向で最小となり、また、Ｙ方向からＸ方向に向かうにつれて連続的に増加する。
集磁部６１ａから離れるほど、すなわち磁気センサ４１から離れるほど、一組の集磁リング６１１、６１２と多極磁石１４との距離が近くても磁束の変動の影響を受けにくくなる。そこで、集磁部６１ａに対して±９０°回転したＹ方向で多極磁石１４との距離が最小となるように一組の集磁リング６１１、６１２の形状を設定することができる。

（３）本実施形態では、一組の集磁リング６１１、６１２は、軸方向の投影において少なくとも一部が一組の磁気ヨーク３１、３２と重複する。これにより、一組の集磁リング６１１、６１２は、一組の磁気ヨーク３１、３２のリング部と軸方向で対向し、従来は、もれ磁束として使用していなかった磁束も、一組の磁気ヨーク３１、３２から集めることができる。したがって、集磁可能な磁束量を増加することができる。

（４）一組の集磁リング６１１、６１２の集磁部６１ａは、他の部位より軸方向に接近して設けられる。これにより、磁気センサ４１が設けられる部位の磁気抵抗を最小とし、検出感度を向上することができる。さらに、磁気センサ４１は両集磁部６１ａに接触または可及的に接近しているので、集磁部６１ａに集められた磁束を極力漏らすことなく磁気センサ４１で検出することができ、磁気センサ４１の出力が安定する。

（５）一組の磁気ヨーク３１、３２は、一体に樹脂モールドされてヨークユニット３０を構成するため、磁気ヨーク３１、３２の位置ずれを防止して磁束密度を安定させることができる。また、ヨークユニット３０の径外壁に溝部３４が形成され、溝部３４にセンサユニット４０を挿入して組み付けることができるため、組み付け性が向上する。

（６）さらに本実施形態では、多極磁石１４の磁束を伝達する部材は「一組の磁気ヨーク３１、３２」と「一組の集磁リング６１１、６１２」との二組であるため、特許文献３の従来技術と比べて、部品点数が少なく、径方向の寸法が小さく、各構成部品の形状が単純となる。よって、構成が簡易となる。

次に、本発明の第２〜第６実施形態について、図７、図８を参照して説明する。これらの実施形態は、第１実施形態に対して、集磁リングの形状のみが異なり、図中、ヨークユニット３０および磁気センサ４１は、第１実施形態と実質的に同一である。
また、特に第２〜第４実施形態については、集磁リングの基本形状は、第１実施形態と同様の半楕円形状である。すなわち、中心軸Ｏから内縁部までの距離が、中心軸Ｏと磁気センサ４１とを結ぶＸ方向において最大であり、Ｙ方向において最小である。そして、Ｙ方向からＸ方向に向かうにつれて連続的に増加する。

（第２実施形態）
図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、第２実施形態の集磁リング６２１、６２２は、集磁部６２ａが半楕円形状のリング本体から径外方向に突出する突起形状に形成されている。また、集磁部６２ａは、互いに軸方向に接近し磁気センサ４１と接触または可及的に接近するように折り曲げられている。
また、第１実施形態と同様、中心軸Ｏから内縁部６２ｆまでの距離は、Ｘ方向で最大、Ｙ方向で最小であり、Ｙ方向からＸ方向に向かうにつれて連続的に増加する。

（第３実施形態）
図７（ｄ）、（ｅ）に示すように、第３実施形態の集磁リング６３１、６３２は、Ｘ方向を含む領域に、中心軸Ｏから内縁部６３ｆまでの距離が他の領域から不連続に増加する切り欠き部６３ｇが径方向に円弧状に形成される。そのため、集磁部６３ａは、中心軸Ｏから内縁部６３ｆまでの距離がさらに大きくなる。よって、集磁部６３ａは、磁界の変動の影響を受けにくくなる。

（第４実施形態）
図７（ｆ）、（ｇ）に示すように、第４実施形態の集磁リング６４１、６４２は、Ｘ方向を含む領域に、中心軸Ｏから内縁部６４ｆまでの距離が他の領域から不連続に増加する切り欠き部６４ｇが径方向にＶ字状に形成される。そのため、集磁部６４ａは、中心軸Ｏから内縁部６４ｆまでの距離がさらに大きくなる。よって、集磁部６４ａは、磁界の変動の影響を受けにくくなる。

（第５、第６実施形態）
集磁リングは、上記実施形態のように半楕円形状に限らず、図８（ａ）、（ｂ）に示す第５実施形態の集磁リング６５１、６５２のように略三角形状でもよい。この場合、中心軸Ｏから内縁部６５ｆまでの距離は、Ｘ方向で最大であり、Ｙ方向以外の点６５ｈで最小となる。また、図８（ｃ）、（ｄ）に示す第６実施形態の集磁リング６６１、６６２のように多角形状でもよい。この場合、中心軸Ｏから内縁部６６ｆまでの距離は、Ｘ方向で最大、Ｙ方向で最小となる。
また、第５、第６実施形態では、磁気センサ４１は、一組の磁気ヨーク３１、３２の軸方向の投影上より、外側に位置している。なお、第５、第６実施形態の集磁部６５ａ、６６ａは、第１実施形態の集磁部６１ａと同様、軸方向に円弧状に形成されている。

（その他の実施形態）
（ア）図９に集磁部の形状例を示す。上記第１実施形態等（第２実施形態を除く）に採用した（ａ）円弧形状の集磁部６１ａの他、（ｂ）なべ底形状の集磁部６１ｂ、（ｃ）Ｖ字形状の集磁部６１ｃ、（ｄ）角溝形状の集磁部６１ｄ等を採用してもよい。
集磁部６１ｃは、磁束を１点に集中するため磁気センサ４１の感度が最良となる。
集磁部６１ｄは、磁気センサ４１に平面で対向するため、軸方向と直交する方向の磁気センサ４１の位置ずれに対するロバスト性が向上する。

（イ）図１０に集磁リングの配置例を示す。上記第１実施形態等では、図１０（ａ）に示すように、集磁リング６１１、６１２等は、ヨークユニット３０内の磁気ヨーク３１、３２に対して略平行に配置される。これに対し、図１０（ｂ）に示すように、集磁リング６７１、６７２は、磁気ヨーク３１、３２に対して、中心軸Ｏ側で互いに離れ、磁気センサ４１側で互いに近接するように傾斜して配置されてもよい。これにより、集磁部としてわずかな凹みを形成するだけで、集磁部と磁気センサ４１とを接触または可及的に接近させることができる。或いは、集磁部が形成されなくてもよい。

（ウ）図１１に、本発明の集磁リングの他の実施形態を示す。
図１１（ａ）、（ｂ）に示す集磁リング６８１、６８２は、半楕円形状（第１実施形態）よりも小さい「部分楕円形状」である。この例では、中心軸Ｏから内縁部６８ｆまでの距離は、Ｘ方向で最大であり、内縁部６８ｆの端点６８ｈで最小となる。
図１１（ｃ）、（ｄ）に示す集磁リング６９１、６９２は、半楕円形状（第１実施形態）に対し、集磁部６９ａの反対側に直線部を付加した形状である。この例では、中心軸Ｏから内縁部６９ｆまでの距離は、Ｘ方向で最大であり、Ｙ方向で最小となる。
このように、例えば楕円形状を基本とする集磁リングの形状は、半楕円形状、半楕円より小さい形状、半楕円より大きい形状のいずれでもよい。

また、図１１（ｅ）、（ｆ）に示す集磁リング７０１、７０２は、外縁形状がＸ方向に膨らむ略卵形である。内縁部７０ｆは、集磁部７０ａ側を頂点とする丸みを帯びた略三角形状（きのこ形）であり、反集磁部側が開口している。この例では、中心軸Ｏから内縁部７０ｆまでの距離は、Ｘ方向で最大であり、Ｙ方向以外の点で最小となる。
なお、これらの集磁リングの集磁部６８ａ、６９ａ、７０ａは、第１実施形態の集磁部６１ａと同様、軸方向に円弧形状に形成されている。

（エ）本発明の集磁リングは、上記実施形態のように半環状に限らず、環状に形成されてもよい。例えば、図１２（ａ）に示す集磁リング７１１、（７１２）は、Ｘ方向について、中心軸Ｏの集磁部７１ａ側が半楕円形状であり、反集磁部側が半円形状である。
図１２（ｂ）に示す集磁リング７２１、（７２２）は、さらにＸ方向に切り欠き部７２ｇが形成され、切り欠き部７２ｇの径外側に集磁部７２ａが形成される。

また、図１３（ａ）に示す集磁リング７３１、（７３２）は、Ｘ方向について、中心軸Ｏの集磁部７３ａ側および反集磁部側がいずれも半楕円形状である。
図１３（ｂ）に示す集磁リング７４１、（７４２）は、Ｘ方向について、中心軸Ｏの集磁部７４ａ側および反集磁部側がいずれも三角形状である。
図１３（ｃ）に示す集磁リング７５１、（７５２）は、Ｘ方向について、中心軸Ｏの集磁部７５ａ側が三角形状であり、反集磁部側が多角形状である。

（オ）上記実施形態では、多極磁石１４が入力軸１１に固定され、一組の磁気ヨーク３１、３２が出力軸１２に固定されるが、逆に、多極磁石１４が出力軸１２に固定され、一組の磁気ヨーク３１、３２が入力軸１１に固定されてもよい。
（カ）一組の磁気ヨーク３１、３２は、一体に樹脂モールドされず、ヨークユニット３０を構成しなくてもよい。また、一組の集磁リング６１１、６１２等および磁気センサ４１は、一体に樹脂モールドされず、センサユニット４０を構成しなくてもよい。

（キ）本発明のトルクセンサは、電動パワーステアリング装置に限らず、軸トルクを検出する様々な装置に適用することができる。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

２ ・・・トルクセンサ、
１１ ・・・入力軸（第１の軸）、
１２ ・・・出力軸（第２の軸）、
１３ ・・・トーションバー、
１４ ・・・多極磁石、
３０ ・・・ヨークユニット（一体ヨーク部材）、
３１、３２・・・一組の磁気ヨーク、
３１ａ、３２ａ・・・爪、
３４ ・・・溝部、
４１ ・・・磁気センサ、
６１１、６１２〜７５１、７５２・・・一組の集磁リング（一組の集磁体）、
６１ａ〜７５ａ、６１ｂ〜６１ｄ・・・集磁部、
６１ｆ〜７０ｆ・・・内縁部、
６３ｇ、６４ｇ、７２ｇ・・・切り欠き部、
Ｏ ・・・中心軸。

Claims (7)

1. 第１の軸と第２の軸とを同軸上に連結し、前記第１の軸と前記第２の軸との間に加わるトルクを捩じれ変位に変換するトーションバーと、
   前記第１の軸または前記トーションバーの一端側に固定される多極磁石と、
   前記多極磁石の径外側で前記第２の軸または前記トーションバーの他端側に固定され、かつ軸方向にギャップを介して対向し、前記多極磁石が発生する磁界内に磁気回路を形成する一組の磁気ヨークと、
   前記一組の磁気ヨークの軸方向の間に、軸方向の投影において少なくとも一部が前記一組の磁気ヨークと重複するように設けられ、前記一組の磁気ヨークから磁束を集める一組の集磁体と、
   前記一組の集磁体間の磁界の強さを検出する磁気センサと、
   を備え、
   前記一組の集磁体は、前記多極磁石の中心軸から内縁部までの距離が、前記多極磁石の中心軸と前記磁気センサとを結ぶＸ方向において最大であることを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記一組の集磁体は、前記多極磁石の中心軸から内縁部までの距離が、前記Ｘ方向に直交するＹ方向において最小であることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 前記一組の集磁体は、前記多極磁石の中心軸から内縁部までの距離が、前記Ｙ方向から前記Ｘ方向に向かうにつれて連続的に増加することを特徴とする請求項２に記載のトルクセンサ。
4. 前記一組の集磁体は、前記Ｘ方向を含む領域に、前記多極磁石の中心軸から内縁部までの距離が他の領域から不連続に増加する切り欠き部が形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のトルクセンサ。
5. 前記一組の集磁体は、軸方向と直交する方向に開口を有し、前記一組の磁気ヨークの径方向の一方の側から前記一組の磁気ヨークの軸方向の間に挿入されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のトルクセンサ。
6. 前記一組の集磁体は、当該集磁体の他の部位よりも軸方向に互いに接近して設けられる集磁部を有し、前記磁気センサは、当該集磁部間に配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のトルクセンサ。
7. 前記一組の磁気ヨークは一体に樹脂モールドされて筒状の一体ヨーク部材を構成し、
   当該一体ヨーク部材の径外壁に前記一組の集磁体の少なくとも一部が挿入される溝部が形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のトルクセンサ。

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