JP5469937B2 - 相対角度検出装置及びパワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、相対角度検出装置及びパワーステアリング装置に関する。

近年、ステアリング回転補助を行なうためにステアリングに加わる回転トルクを検出する相対角度検出装置（トルクセンサ）が提案されている。
例えば、特許文献１には、以下のように構成されたトルクセンサが記載されている。すなわち、操舵機構側軸の軸端外周部に同心状に固定された径の相異なる各々のリング状の第１の多極磁石と、第１の多極磁石と同一形状で且つ同一の着磁ピッチを有する操舵側軸の軸端外周部に同心状に固定された各々のリング状の第２の多極磁石と、トーションバーの径よりも大きい径の孔が形成された環状の基板とを有し、この基板の一方面に第１の多極磁石および第２の多極磁石のうち外側に位置する各々の多極磁石に対応する位置と内側に位置する各々の第１の多極磁石に対応する位置とに磁気抵抗素子として機能する抵抗膜パターンがそれぞれ形成されている。

特開平８−３２７４７３号公報

特許文献１に記載の相対角度検出装置においては、抵抗膜パターンが形成された基板を用いているため、この装置専用に基板を成形しなければならず高コストとなってしまう。そのため、２つの回転軸の相対角度を検出するために磁気センサを用いる場合には、装置専用ではなく他の装置にも使用することが可能な磁気センサを用いることが好ましく、相対角度検出装置としては、そのような磁気センサを使用できる構造であることが望ましい。
また、相対角度検出装置は、２つの回転軸の相対角度を精度高く検出できることが望ましい。

かかる目的のもと、本発明は、第１の回転軸と第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、前記第１の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第１の磁石と、前記第１の回転軸の軸方向に前記第１の磁石と間隙を介して対向するように前記第２の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第２の磁石と、前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第１の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第１の集束部材と、前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第２の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第２の集束部材と、前記第１の集束部材と前記第２の集束部材との間の磁束密度を検出する磁束密度検出手段と、前記磁束密度検出手段が検出した磁束密度に基づいて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出手段と、を備えることを特徴とする相対角度検出装置である。

また、他の観点から捉えると、本発明は、第１の回転軸と第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、前記第１の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第１の磁石と、前記第１の回転軸の軸方向に前記第１の磁石と間隙を介して対向するように前記第２の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第２の磁石と、前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第１の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第１の集束部材と、前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第２の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第２の集束部材と、前記第１の集束部材に近接して配置され、当該第１の集束部材から磁束を誘導する第１の誘導部材と、前記第２の集束部材に近接して配置され、当該第２の集束部材から磁束を誘導する第２の誘導部材と、前記第１の誘導部材と前記第２の誘導部材との間の磁束密度を検出する磁束密度検出手段と、前記磁束密度検出手段が検出した磁束密度に基づいて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出手段と、を備えることを特徴とする相対角度検出装置である。

ここで、前記第１の磁石および前記第２の磁石は、円筒状の磁石であり、前記第１の集束部材の前記第１の集束部および前記第２の集束部材の前記第２の集束部は、前記第１の磁石および前記第２の磁石の外周面に対向するように配置されていることが好適である。

また、前記第１の磁石および前記第２の磁石は、周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されており、前記第１の集束部材は前記第１の磁石の周方向に配置されたＮ極およびＳ極と同数の前記第１の集束部を有し、前記第２の集束部材は前記第１の磁石の周方向に配置されたＮ極およびＳ極と同数の前記第２の集束部を有し、当該第１の集束部と当該第２の集束部とは周方向に交互に配置されていることが好適である。

また、前記第１の集束部材は、前記第１の集束部よりも前記第１の回転軸の回転半径方向に延出する第１の延出部を有し、前記第２の集束部材は、前記第２の集束部よりも前記第１の回転軸の回転半径方向に延出する第２の延出部を有し、前記磁束密度検出手段は、前記第１の集束部材の前記第１の延出部と前記第２の集束部材の前記第２の延出部との間の磁束密度を検出することが好適である。
そして、前記第１の磁石および前記第２の磁石は、前記第１の回転軸の回転半径方向に着磁されていることが好適である。
あるいは、前記第１の磁石および前記第２の磁石は、前記第１の回転軸の軸方向に着磁されていることが好適である。

また、他の観点から捉えると、本発明は、ステアリングホイールに連結される第１の回転軸と、トーションバーを介して前記第１の回転軸と連結される第２の回転軸と、前記第１の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第１の磁石と、前記第１の回転軸の軸方向に前記第１の磁石と間隙を介して対向するように前記第２の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第２の磁石と、前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第１の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第１の集束部材と、前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第２の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第２の集束部材と、前記第１の集束部材と前記第２の集束部材との間の磁束密度を検出する磁束密度検出手段と、前記磁束密度検出手段が検出した磁束密度に基づいて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出手段と、を備えることを特徴とするパワーステアリング装置である。

また、他の観点から捉えると、本発明は、ステアリングホイールに連結される第１の回転軸と、トーションバーを介して前記第１の回転軸と連結される第２の回転軸と、前記第１の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第１の磁石と、前記第１の回転軸の軸方向に前記第１の磁石と間隙を介して対向するように前記第２の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第２の磁石と、前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第１の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第１の集束部材と、前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第２の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第２の集束部材と、前記第１の集束部材に近接して配置され、当該第１の集束部材から磁束を誘導する第１の誘導部材と、前記第２の集束部材に近接して配置され、当該第２の集束部材から磁束を誘導する第２の誘導部材と、前記第１の誘導部材と前記第２の誘導部材との間の磁束密度を検出する磁束密度検出手段と、前記磁束密度検出手段が検出した磁束密度に基づいて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出手段と、を備えることを特徴とするパワーステアリング装置である。

本発明によれば、本発明を採用しない場合に比べて、２つの回転軸の相対角度をより精度高く検出することができる。また、磁束密度検出手段として汎用の磁気センサを使用できるので装置の低廉化を図ることができる。

実施の形態に係る相対角度検出装置を適用した電動パワーステアリング装置の断面図である。 図１におけるＸ部の拡大図である。 実施の形態に係る相対角度検出装置の主要部品の概略構成図である。 相対角度検出装置を、図１におけるＹ方向から見た図である。 第１の回転軸と第２の回転軸とが相対変位する前の検出装置の状態を示す図である。 図４で見た場合に、第２の磁石がヨーク（第１の回転軸）に対して反時計回転方向に回転した状態を示す図である。 図４で見た場合に、第２の磁石がヨーク（第１の回転軸）に対して時計回転方向に回転した状態を示す図である。 第１の回転軸と第２の回転軸との相対角度と磁気センサが検出する磁束密度との関係を示す図である。 他の態様の第１の磁石および第２の磁石を有する検出装置の概略構成図である。 他の実施の形態に係る相対角度検出装置の主要部品の概略構成図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る相対角度検出装置１を適用した電動パワーステアリング装置１００の断面図である。図２は、図１におけるＸ部の拡大図である。図３は、実施の形態に係る相対角度検出装置１の主要部品の概略構成図である。図４は、相対角度検出装置１を、図１におけるＹ方向から見た図である。なお、図３においては、ブラケット６０は省略している。
相対角度検出装置（以下、単に「検出装置」という。）１は、ハウジング１１０に回転可能に支持された第１の回転軸１２０と、同じくハウジング１１０に回転可能に支持された第２の回転軸１３０との相対角度を検出する装置である。

ハウジング１１０は、例えば自動車などの乗り物の本体フレーム（以下、「車体」と称する場合もある。）に固定される部材であり、第１ハウジング１１１と第２ハウジング１１２とが、例えばボルトなどにより結合されて構成される。
第１の回転軸１２０は、例えばステアリングホイールが連結される回転軸であり、軸受１１３を介して第１ハウジング１１１に回転可能に支持されている。

第２の回転軸１３０は、トーションバー１４０を介して第１の回転軸１２０に同軸的に結合されているとともに軸受１１４を介して第２ハウジング１１２に回転可能に支持されている。また、第２の回転軸１３０に形成されたピニオン１３１が、車輪に連結されるラック軸（不図示）のラック（不図示）と噛み合っている。そして、第２の回転軸１３０の回転運動がピニオン１３１、ラックを介してラック軸の直線運動に変換され、車輪が操舵される。
また、第２の回転軸１３０には、例えば圧入などによりウォームホイール１５０が固定されている。このウォームホイール１５０は、第２ハウジング１１２に固定された電動モータ１６０の出力軸に連結されたウォームギヤ１６１と噛み合っている。

以上のように構成された電動パワーステアリング装置１００は、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度を検出装置１にて検出し、検出した相対角度に基づいてステアリングホイールに加えられた操舵トルクを認識する。そして、認識した操舵トルクに基づいて電動モータ１６０を駆動し、電動モータ１６０の発生トルクをウォームギヤ１６１、ウォームホイール１５０を介して第２の回転軸１３０に伝達する。これにより、電動モータ１６０の発生トルクが、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする。

以下に、検出装置１について詳述する。
検出装置１は、第１の回転軸１２０に取り付けられる円筒状の第１の磁石１０と、第２の回転軸１３０に取り付けられる円筒状の第２の磁石２０と、第１の磁石１０および第２の磁石２０が形成する磁界内に第１の磁石１０および第２の磁石２０の外側に配置されたヨーク３０とを有している。ヨーク３０は、第１の集束部材の一例としての第１のヨーク３１と第２の集束部材の一例としての第２のヨーク３２とから構成されており、検出装置１は、第１のヨーク３１と第２のヨーク３２との間の磁束密度を検出する磁気センサ４０を有している。また、検出装置１は、磁気センサ４０からの出力値に基づいて第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度を検出する相対角度検出手段の一例としての相対角度演算部５０を有している。

第１の磁石１０は、図２、図３に示すように、第１の回転軸１２０の回転半径方向に着磁されるとともに周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されている。また、第２の磁石２０は、第１の磁石１０と同じサイズおよび形状の磁石であり、第２の回転軸１３０の回転半径方向に着磁されるとともに周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されている。

第１の磁石１０は、カラー１１を介して第１の回転軸１２０に取り付けられている。つまり、第１の磁石１０がカラー１１に固定されており、カラー１１が第１の回転軸１２０に固定されている。そして、第１の磁石１０は第１の回転軸１２０とともに回転する。第２の磁石２０は、カラー２１を介して第２の回転軸１３０に取り付けられている。つまり、第２の磁石２０がカラー２１に固定されており、カラー２１が第２の回転軸１３０に固定されている。そして、第２の磁石２０は第２の回転軸１３０とともに回転する。

第１の磁石１０と第２の磁石２０とは、第１の回転軸１２０の軸方向に予め定められた隙間が空くように並んで配置されている。すなわち、図２に示すように、第１の磁石１０の下面と第２の磁石２０の上面とが、第１の回転軸１２０の軸方向に予め定められた間隙を介して対向するように配置されている。また、第１の回転軸１２０の周方向には、トーションバー１４０に操舵トルクが加わっていない状態、つまりトーションバー１４０に捩れ変位が生じていない初期状態のときに、図３に示すように、第１の磁石１０のＮ極と第２の磁石２０のＳ極とが対向し、第１の磁石１０のＳ極と第２の磁石２０のＮ極とが対向するように配置されている。

第１のヨーク３１は、内側に第１の回転軸１２０の軸径よりも大きな径の孔が形成された円板状の第１の円環部３１ａと、この第１の円環部３１ａから第１の回転軸１２０の軸方向に延びるように形成された複数の第１の突起部３１ｂとを有している。第１の突起部３１ｂは、第１の磁石１０のＮ極およびＳ極と同数形成されている。つまり、第１の磁石１０のＮ極およびＳ極がそれぞれ例えば１２個である場合には、第１の突起部３１ｂも１２個形成されている。

この第１の突起部３１ｂは、第１の回転軸１２０の軸方向において、第１の磁石１０と第２の磁石２０との間隙の位置と重複するように配置されている。また、第１の回転軸１２０の回転半径方向においては、図２に示すように、第１の磁石１０および第２の磁石２０の外周面よりもやや外側に配置されている。また、第１の突起部３１ｂの第１の磁石１０および第２の磁石２０と対向する面は長方形であり、第１の回転軸１２０の周方向において、図４に示すように、第１の磁石１０のＮ極とＳ極との境界線と第１の突起部３１ｂの中心が一致するように配置されている。そして、第１の突起部３１ｂは、第１の磁石１０と第２の磁石２０とにより形成される磁力線を集束する第１の集束部の一例として機能し、第１の円環部３１ａは、第１の突起部３１ｂよりも第１の回転軸１２０の回転半径方向に延出する第１の延出部の一例として機能する。

第２のヨーク３２は、内側に第２の回転軸１３０の軸径よりも大きな径の孔が形成された円板状の第２の円環部３２ａと、この第２の円環部３２ａから第２の回転軸１３０の軸方向に延びるように形成された複数の第２の突起部３２ｂとを有している。第２の突起部３２ｂは、第１の突起部３１ｂと同じく第１の磁石１０のＮ極およびＳ極と同数形成されている。そして、第１の突起部３１ｂと第２の突起部３２ｂは、周方向に交互に存在するように配置されている。

この第２の突起部３２ｂは、第２の回転軸１３０の軸方向において、第１の磁石１０と第２の磁石２０との間隙の位置と重複するように配置されている。また、第１の回転軸１２０の回転半径方向においては、図２に示すように、第１の磁石１０および第２の磁石２０の外周面よりもやや外側に配置されている。また、第２の突起部３２ｂの第１の磁石１０および第２の磁石２０と対向する面は長方形であり、第１の回転軸１２０の周方向においては、図４に示すように、第１の磁石１０のＮ極とＳ極との境界線と第２の突起部３２ｂの中心が一致するように配置されている。そして、第２の突起部３２ｂは、第１の磁石１０と第２の磁石２０とにより形成される磁力線を集束する第２の集束部の一例として機能し、第２の円環部３２ａは、第２の突起部３２ｂよりも第１の回転軸１２０の回転半径方向に延出する第２の延出部の一例として機能する。

また、本実施の形態に係るヨーク３０においては、図２に示すように、第１のヨーク３１と第２のヨーク３２とは、インサートモールド成形により一体化されている。そして、インサートモールド成形する際にブラケット６０をも一体成形している。ブラケット６０は、第１の回転軸１２０の軸方向に延びる薄肉円筒状の軸方向部位６１と、軸方向部位６１から第１の回転軸１２０の回転半径方向に延びる円板状の半径方向部位６２とを有する。そして、ブラケット６０の軸方向部位６１が第１の回転軸１２０に圧入、溶接あるいはねじ止めされることにより、軸方向部位６１が第１の回転軸１２０に固定されている。これにより、ヨーク３０も第１の回転軸１２０に固定される。
なお、ヨーク３０を成形する際には、第１のヨーク３１、第２のヨーク３２として同じ部品を使用し、配置方向を変えるだけにすることにより部品の種類が増えるのを抑制することが可能となる。

磁気センサ４０は、ハウジング１１０に固定されており、第１の回転軸１２０の軸方向において、第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａと第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａとの間に配置されている。磁気センサ４０は、第１のヨーク３１と第２のヨーク３２との間の磁束密度を検出し、検出した磁束密度を電気信号（例えば電圧信号）に変換して出力するセンサであり、磁気抵抗素子、ホールＩＣ、ホール素子などを例示することができる。

相対角度演算部５０は、ハウジング１１０の外側に設けられて電動パワーステアリング装置１００の電動モータ１６０を制御する制御装置（不図示）により実現される。つまり、制御装置のＣＰＵが、予め経験則に基づいて導き出されＲＯＭに記憶された磁気センサ４０の出力値と両回転軸１２０，１３０の相対角度との対応を示すマップに磁気センサ４０の出力値を代入することにより算出する。あるいは、相対角度演算部５０を、電動モータ１６０を制御する制御装置とは別のコンピュータ（不図示）により実現してもよい。かかる場合には、このコンピュータのＣＰＵが、予め経験則に基づいて導き出されＲＯＭに記憶された磁気センサ４０の出力値と両回転軸１２０，１３０の相対角度との対応を示すマップに磁気センサ４０の出力値を代入することにより相対角度を算出し、算出した相対角度を電動モータ１６０の制御装置へ出力する。

以上のように構成された検出装置１においては、以下に示すように作用する。
図５は、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０とが相対変位する前の検出装置１の状態を示す図である。図５（ａ）は、第２の磁石２０とヨーク３０との関係を、図１におけるＹ方向から見た図である。図５（ｂ）は、第１の磁石１０、第２の磁石２０およびヨーク３０を第１の回転軸１２０の回転軸に直交する方向に見た図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図５（ｄ）は、図５（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。

トーションバー１４０に操舵トルクが加わっていない状態、つまりトーションバー１４０に捩れが生じていない初期状態のときは、図４、図５（ａ）に示すように、第１の回転軸１２０の周方向において、ヨーク３０の突起部３１ｂ，３２ｂの周方向の中心と、第２の磁石２０のＮ極とＳ極の周方向の境界線とが一致する。また、初期状態では、第１の磁石１０のＮ極と第２の磁石２０のＳ極とが対向し、第１の磁石１０のＳ極と第２の磁石２０のＮ極とが対向する。それゆえ、第１の磁石１０と第２の磁石２０との間では吸引磁界となり、第１のヨーク３１の第１の突起部３１ｂおよび第２のヨーク３２の第２の突起部３２ｂが配置されている第１の磁石１０および第２の磁石２０の外側空間の磁力線の向きは第１の回転軸１２０の軸方向となる。そのため、第１のヨーク３１と第２のヨーク３２との間には磁束密度差が生じず、磁気センサ４０の出力はゼロとなる。

ステアリングホイールに操舵トルクが入力されてトーションバー１４０に捩れが生じると、第２の磁石２０とヨーク３０との周方向の相対位置が変化する。
図６は、図４で見た場合に、第２の磁石２０がヨーク３０（第１の回転軸１２０）に対して反時計回転方向に回転した状態を示す図である。図７は、図４で見た場合に、第２の磁石２０がヨーク３０（第１の回転軸１２０）に対して時計回転方向に回転した状態を示す図である。それぞれの図において、（ａ）は第２の磁石２０とヨーク３０との関係を、図１におけるＹ方向から見た図である。（ｂ）は第１の磁石１０、第２の磁石２０およびヨーク３０を第１の回転軸１２０の回転軸に直交する方向に見た図である。また、図６（ｃ）は図６（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図であり、図６（ｄ）は図６（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。図７（ｃ）は図７（ａ）におけるＥ−Ｅ断面図であり、図７（ｄ）は図７（ａ）におけるＦ−Ｆ断面図である。
また、図８は、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度と磁気センサ４０が検出する磁束密度との関係を示す図である。

図６および図７の状態においては、初期状態に比べて第１の磁石１０の極性と第２の磁石２０の極性とが同じとなる領域が増加して反発磁界が発生し、第１の回転軸１２０の軸方向に直交する方向の磁力線が増加する。また、第１の回転軸１２０の周方向において、ヨーク３０の突起部３１ｂ，３２ｂの周方向の中心と、第２の磁石２０のＮ極とＳ極の周方向の境界線とが周方向にずれる。

図６の状態においては、第１のヨーク３１の第１の突起部３１ｂは、第２の磁石２０のＮ極と対向する領域が増加し、第２のヨーク３２の第２の突起部３２ｂは、第２の磁石２０のＳ極と対向する領域が増加する。そのため、第１の突起部３１ｂ周辺の磁力線を示すと、図６（ｃ）に示すように第１の磁石１０および第２の磁石２０のＮ極から第１の突起部３１ｂに向かう磁力線が増加する。また、第２の突起部３２ｂ周辺の磁力線を示すと、図６（ｄ）に示すように第２の突起部３２ｂから第１の磁石１０および第２の磁石２０のＳ極に向かう磁力線が増加する。これにより、第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａから第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａへ向かう磁束密度が増加する。この磁束密度は、図８に示すように、トーションバー１４０の捩れ角に応じて変化する。なお、図８においては、第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａから第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａへ向かう方向をプラスの方向とする。

図７の状態においては、第１のヨーク３１の第１の突起部３１ｂは、第２の磁石２０のＳ極と対向する領域が増加し、第２のヨーク３２の第２の突起部３２ｂは、第２の磁石２０のＮ極と対向する領域が増加する。そのため、第１の突起部３１ｂ周辺の磁力線を示すと、図７（ｃ）に示すように第１の突起部３１ｂから第１の磁石１０および第２の磁石２０のＳ極に向かう磁力線が増加する。また、第２の突起部３２ｂ周辺の磁力線を示すと、図７（ｄ）に示すように第１の磁石１０および第２の磁石２０のＮ極から第２の突起部３２ｂに向かう磁力線が増加する。これにより、第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａから第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａへ向かう磁束密度が増加する。つまり、図８に示すように、トーションバー１４０の捩れ量に応じて磁束密度がマイナス方向に増加する。

図８においては、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０とを、両方向に磁極１個（α度）分相対的に回転させた場合の磁束密度の変化を示している。それゆえ、トーションバー１４０が両方向に１／３×α度捩れることを許容する仕様にすることで、トーションバー１４０の捩れ量に比例する磁束密度の変化とすることができる。そして、磁気センサ４０が磁束密度を検出し、検出した磁束密度を電気信号（例えば電圧信号）として出力することで、検出装置１は、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度を検出することが可能となる。

また、以上のように構成された検出装置１においては、第１の回転軸１２０の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された２つの磁石１０，２０を、間隙を介して対向させるとともに、第１の回転軸１２０の回転半径方向には２つの磁石１０，２０の外周面のやや外側に第１の回転軸１２０の回転軸方向には第１の磁石１０と第２の磁石２０との間隙と重複するようにヨーク３０の突起部３１ｂ，３２ｂを配置しているので、ヨーク３０の円環部３１ａ，３２ａ間に生じる磁束密度の変化が顕著となる。それゆえ、磁気センサ４０は、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度に対応する磁束密度をより精度高く検出することが可能となる。したがって、検出装置１は、本構成を採用しない装置に比べて、より精度高く第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度を検出することが可能となる。

また、本実施の形態に係る検出装置１においては、第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａと第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａとの間の空間に磁気センサ４０を配置し、この空間に生じる磁束密度を検出するので、磁気センサ４０として汎用のセンサを使用することができる。
また、本実施の形態に係る検出装置１においては、第１の磁石１０および第２の磁石２０の、第１の回転軸１２０の回転半径方向の外側に漏れる磁束を利用するとともに第１の磁石１０および第２の磁石２０の回転半径方向の外側に磁気センサ４０を配置しているので、組み付ける際の位置決め精度を緩くすることができる。

図９は、他の態様の第１の磁石１０および第２の磁石２０を有する検出装置１の概略構成図である。上述した実施の形態においては、第１の磁石１０および第２の磁石２０を、第１の回転軸１２０の回転半径方向に着磁することで第１の回転軸１２０の軸方向に磁力線を形成させているが、図９に示すように、第１の磁石１０および第２の磁石２０を第１の回転軸１２０の軸方向に着磁させてもよい。かかる構成においても、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度と磁気センサ４０が検出する磁束密度との関係を図８に示すように得ることができ、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度を精度高く検出することができる。

図１０は、他の実施の形態に係る相対角度検出装置１の主要部品の概略構成図である。
上述した検出装置１に対して、さらに、一対の集磁リング７０をヨーク３０に近接して配置してヨーク３０から磁束を誘導するとともに、一対の集磁リング７０間に生じる磁束密度の変化を磁気センサ４０で検出してもよい。
より具体的には、第１のヨーク３１に近接して配置され、第１のヨーク３１から磁束を誘導する第１の誘導部材の一例としての第１の集磁リング７１と、第２のヨーク３２に近接して配置され、第２のヨーク３２から磁束を誘導する第２の誘導部材の一例としての第２の集磁リング７２とを備える。そして、第１のヨーク３１の第１の円環部３１ａに第１の集磁リング７１の第１の円環部７１ａを近接して配置するとともに、第２のヨーク３２の第２の円環部３２ａに第２の集磁リング７２の第２の円環部７２ａを近接して配置する。そして、第１の集磁リング７１に形成された第１の延出部７１ｂと第２の集磁リング７２に形成された第２の延出部７２ｂとの間に磁気センサ４０を配置する。

かかる構成においても、磁気センサ４０は、第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度に対応する磁束密度をより精度高く検出することが可能となる。それゆえ、検出装置１は、本構成を採用しない装置に比べて、より精度高く第１の回転軸１２０と第２の回転軸１３０との相対角度を検出することが可能となる。

１…相対角度検出装置、１０…第１の磁石、２０…第２の磁石、３０…ヨーク、３１…第１のヨーク、３２…第２のヨーク、４０…磁気センサ、５０…相対角度演算部、６０…ブラケット、７０…集磁リング、１００…電動パワーステアリング装置、１１０…ハウジング、１２０…第１の回転軸、１３０…第２の回転軸、１４０…トーションバー、１５０…ウォームホイール、１６０…電動モータ

Claims (9)

1. 第１の回転軸と第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、
   前記第１の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第１の磁石と、
   前記第１の回転軸の軸方向に前記第１の磁石と間隙を介して対向するように前記第２の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第２の磁石と、
   前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第１の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第１の集束部材と、
   前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第２の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第２の集束部材と、
   前記第１の集束部材と前記第２の集束部材との間の磁束密度を検出する磁束密度検出手段と、
   前記磁束密度検出手段が検出した磁束密度に基づいて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出手段と、
   を備えることを特徴とする相対角度検出装置。
2. 第１の回転軸と第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出装置であって、
   前記第１の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第１の磁石と、
   前記第１の回転軸の軸方向に前記第１の磁石と間隙を介して対向するように前記第２の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第２の磁石と、
   前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第１の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第１の集束部材と、
   前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第２の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第２の集束部材と、
   前記第１の集束部材に近接して配置され、当該第１の集束部材から磁束を誘導する第１の誘導部材と、
   前記第２の集束部材に近接して配置され、当該第２の集束部材から磁束を誘導する第２の誘導部材と、
   前記第１の誘導部材と前記第２の誘導部材との間の磁束密度を検出する磁束密度検出手段と、
   前記磁束密度検出手段が検出した磁束密度に基づいて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出手段と、
   を備えることを特徴とする相対角度検出装置。
3. 前記第１の磁石および前記第２の磁石は、円筒状の磁石であり、
   前記第１の集束部材の前記第１の集束部および前記第２の集束部材の前記第２の集束部は、前記第１の磁石および前記第２の磁石の外周面に対向するように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の相対角度検出装置。
4. 前記第１の磁石および前記第２の磁石は、周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されており、
   前記第１の集束部材は前記第１の磁石の周方向に配置されたＮ極およびＳ極と同数の前記第１の集束部を有し、前記第２の集束部材は前記第１の磁石の周方向に配置されたＮ極およびＳ極と同数の前記第２の集束部を有し、当該第１の集束部と当該第２の集束部とは周方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の相対角度検出装置。
5. 前記第１の集束部材は、前記第１の集束部よりも前記第１の回転軸の回転半径方向に延出する第１の延出部を有し、
   前記第２の集束部材は、前記第２の集束部よりも前記第１の回転軸の回転半径方向に延出する第２の延出部を有し、
   前記磁束密度検出手段は、前記第１の集束部材の前記第１の延出部と前記第２の集束部材の前記第２の延出部との間の磁束密度を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の相対角度検出装置。
6. 前記第１の磁石および前記第２の磁石は、前記第１の回転軸の回転半径方向に着磁されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の相対角度検出装置。
7. 前記第１の磁石および前記第２の磁石は、前記第１の回転軸の軸方向に着磁されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の相対角度検出装置。
8. ステアリングホイールに連結される第１の回転軸と、
   トーションバーを介して前記第１の回転軸と連結される第２の回転軸と、
   前記第１の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第１の磁石と、
   前記第１の回転軸の軸方向に前記第１の磁石と間隙を介して対向するように前記第２の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第２の磁石と、
   前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第１の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第１の集束部材と、
   前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第２の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第２の集束部材と、
   前記第１の集束部材と前記第２の集束部材との間の磁束密度を検出する磁束密度検出手段と、
   前記磁束密度検出手段が検出した磁束密度に基づいて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出手段と、
   を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
9. ステアリングホイールに連結される第１の回転軸と、
   トーションバーを介して前記第１の回転軸と連結される第２の回転軸と、
   前記第１の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第１の磁石と、
   前記第１の回転軸の軸方向に前記第１の磁石と間隙を介して対向するように前記第２の回転軸に設けられ、当該第１の回転軸の軸方向に磁力線が形成されるように着磁された第２の磁石と、
   前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第１の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第１の集束部材と、
   前記第１の回転軸の軸方向において前記第１の磁石と前記第２の磁石との前記間隙と重複するように配置されて当該第１の磁石と当該第２の磁石とにより形成される磁力線を集束する第２の集束部を有し、当該第１の回転軸に固定された第２の集束部材と、
   前記第１の集束部材に近接して配置され、当該第１の集束部材から磁束を誘導する第１の誘導部材と、
   前記第２の集束部材に近接して配置され、当該第２の集束部材から磁束を誘導する第２の誘導部材と、
   前記第１の誘導部材と前記第２の誘導部材との間の磁束密度を検出する磁束密度検出手段と、
   前記磁束密度検出手段が検出した磁束密度に基づいて前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との相対角度を検出する相対角度検出手段と、
   を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。

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