JP5899090B2

JP5899090B2 - トルクセンサ

Info

Publication number: JP5899090B2
Application number: JP2012202208A
Authority: JP
Inventors: 治吉田; 辰義丸山; 白窪　清隆; 清隆白窪
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Steering Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: DE102013008205A1; FR2995680B1; FR2995680A1; CN103661595B; US9302700B2; JP2014055910A; US20140076655A1; CN103661595A

Description

本発明は、例えば車両のパワーステアリング装置に適用され、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサに関する。

例えば自動車のパワーステアリング装置に適用される従来のトルクセンサとしては、以下の特許文献１に記載されたものが知られている。

概略を説明すれば、このトルクセンサは、トーションバーを介して相対回転可能に連結される２つの軸部材からなるステアリングシャフトのうち一方の軸部材の外周に結合され、周方向において複数の磁極を有する磁性部材と、前記２軸のうち他方の軸部材の外周に所定のホルダを介し連結される軟磁性体からなる一対の環状部材であって、それぞれ径方向内側に延設された複数の爪部を有し、軸方向において相互に対向するように配置される第１、第２ヨーク部材と、これら各ヨーク部材の周方向の一部の範囲に当該ヨーク部材間において（軸方向において）相互に対向するかたちで設けられ、両者間に磁界を発生させる一対の第１、第２集磁部材と、これら両集磁部材間に形成されるエアギャップ内に収容配置され、当該集磁部材間を通過する磁束を検出する磁気センサと、を備え、磁気センサにより検出される磁束（磁束密度）の変化に応じてステアリングシャフトへと入力されたトルクを検出するものである。

特開２００４−３０９４６３号公報

しかしながら、前記従来のトルクセンサの場合、前記両集磁部材が特に遮蔽等されることなく外部に露出する構成となっていることから、当該両集磁部材によって、前記磁性部材に生ずる磁界のほか、他の外部磁界（いわゆる外乱）をも収集してしまう問題があった。この結果、前記磁気センサでは少なからず前記外部磁界に基づく磁束が検出され、適切なトルク検出ができないおそれがあった。

以下、本明細書では、トルクセンサの備える磁性部材によって発生する磁界を内部磁界、当該磁性部材以外の外部の要因によって発生する磁界を外部磁界と定義する。

本発明は、かかる技術的課題に鑑みて案出されたものであり、磁気センサにおける外部磁界の検出によるトルク検出精度の低下を抑制し得るトルクセンサを提供するものである。

本願発明は、トーションバーによって接続された第１軸部材及び第２軸部材からなる回転部材のうち前記第１軸部材と一体回転するように当該第１軸部材に設けられ、前記回転部材の回転軸と同心円上において周方向に異なる磁極が交互に配置されてなる磁性部材と、前記回転軸と同心円上であって当該回転軸の径方向において前記磁性部材と対向するように配置された複数の第１爪部と、当該各第１爪部同士を接続する第１円環部と、を有し、前記第２軸部材と一体回転するように当該第２軸部材に設けられた磁性材からなる第１ヨーク部材と、前記回転軸と同心円上であって前記各第１爪部の周方向間に交互に並ぶように当該回転軸の径方向において前記磁性部材と対向するように配置された複数の第２爪部と、前記第１円環部の外周側に当該第１円環部と離間対向するように配置され、前記各第２爪部同士を接続する第２円環部と、を有し、前記第２軸部材と一体回転するように当該第２軸部材に設けられた磁性材からなる第２ヨーク部材と、前記第１円環部と前記第２円環部の間であって前記第１円環部と径方向において重合するように設けられ、前記第１円環部に生じた磁界に基づいて内部に磁界を生じさせる横断面ほぼ円弧状をなす磁性材からなる第１集磁リングと、前記第２円環部と前記第１集磁リングの間であって前記第２円環部と径方向において重合するように設けられ、前記第２円環部に生じた磁界に基づいて内部に磁界を生じさせる横断面ほぼ円弧状をなす磁性材からなる第２集磁リングと、前記第１集磁リングと前記第２集磁リングの間に配置され、前記トーションバーの捩れによって生じる前記第１爪部及び第２爪部と前記磁性部材との相対角度変化に伴い変化する前記第１、第２円環部間の磁界を受けることによって発生する前記第１、第２集磁リング間の内部磁界の変化を検出するホール素子を有する磁気センサと、を備えたことを特徴としている。

本願発明によれば、両集磁リングの外周側が第２ヨーク部材の第２円環部によって包囲される構成となっていることから、当該各集磁リングへの外部磁界の作用（伝達）が抑制され、磁気センサにおける外部磁界の検出によるトルク検出精度の低下に供される。

この際、第２ヨーク部材が受けた外部磁界は少なからず第２集磁リングへと伝達されることになるものの、この第２ヨーク部材が受けた外部磁界については少なからず当該第２ヨーク部材と第２円環部の間に形成されるエアギャップによって減衰されるため、当該外部磁界を各集磁リングが外部より直接受ける場合と比較して、その悪影響は確実に低減されることとなる。

本発明に係るトルクセンサを備えるパワーステアリング装置の構成を示す概略図である。本発明に係るトルクセンサの第１実施形態を表した図であって、図１に示す操舵系（第１ラック・ピニオン機構近傍）の縦断面図である。図２に示すトルクセンサの斜視図である。図３に示すトルクセンサの分解斜視図である。図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図５（ａ）に示すトルクセンサ近傍の要部拡大図である。図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。本発明の第１実施形態の作用効果の説明に供する図６の部分拡大図である。本発明に係るトルクセンサの第２実施形態を示したもので、（ａ）はトルクセンサの側面図、（ｂ）はトルクセンサの底面図、（ｃ）は同図（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、（ｄ）は同図（ｃ）の要部拡大図である。本発明の第２実施形態に係る比較例を示したものであって、（ａ）はトルクセンサの側面図、（ｂ）はトルクセンサの底面図、（ｃ）は同図（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図、（ｄ）は同図（ｃ）の要部拡大図である。本発明に係る第２実施形態の第１変形例を示したもので、（ａ）はトルクセンサの縦断面図、（ｂ）は同図（ａ）の要部拡大図であって集磁リングに対しての外部磁界の径方向磁束の影響を表した図、（ｃ）は同図（ａ）の要部拡大図であって集磁リングに対しての外部磁界の径方向磁束の影響を表した図である。本発明の第２実施形態の第１変形例に係る比較例を示したものであって、（ａ）はトルクセンサの縦断面図、（ｂ）は同図（ａ）の要部拡大図であって集磁リングに対しての外部磁界の径方向磁束の影響を表した図、（ｃ）は同図（ａ）の要部拡大図であって集磁リングに対しての外部磁界の径方向磁束の影響を表した図である。本発明に係る第２実施形態の第２変形例を示したもので、（ａ）は図６のＢ−Ｂ線断面に相当するトルクセンサの横断面図、（ｂ）は同図（ａ）のＥ−Ｅ線に沿うトルクセンサの縦断面図である。本発明に係る第２実施形態の第２変形例を示したもので、図９（ｃ）に相当するトルクセンサの縦断面図である。

以下、本発明に係るトルクセンサの実施形態等につき、図面に基づいて詳述する。なお、下記の実施形態等では、このトルクセンサを、自動車のラック・ピニオン式電動パワーステアリング装置に適用したものを例に説明する。

図１〜図８は本発明に係るトルクセンサの第１実施形態を示しており、該トルクセンサの適用対象たる電動パワーステアリング装置は、図１に示すように、一端側がステアリングホイールＳＷに連係される入力軸１（本発明に係る第２軸部材に相当）と、一端側が前記入力軸１にトーションバー２を介し相対回転可能に連結される第１出力軸３（本発明に係る第１軸部材に相当）とからなる操舵軸が車体幅方向一方側に設けられる第１ラック・ピニオン機構ＲＰ１を介して図示外の転舵輪に連係されると共に、前記操舵軸の外周に配設されるトルクセンサＴＳの出力信号に基づいてＥＣＵ４によって駆動制御される電動モータＭにウォームギヤなど所定の減速機構５を介して連係される第２出力軸６が車体幅方向他方側に設けられる第２ラック・ピニオン機構ＲＰ２を介して前記図示外の転舵輪に連係されることによって構成されている。

ここで、前記第１ラック・ピニオン機構ＲＰ１は、第１出力軸３の他端側に設けられるピニオン歯３ａと、各端がタイロッド７，７を介してそれぞれ前記転舵輪に連係されるラックバー８の一端側に設けられる図示外の第１ラック歯とから構成され、第２ラック・ピニオン機構ＲＰ２は、第２出力軸６の先端部に連係される第２ピニオン歯６ａと、前記ラックバー８の他端側に設けられる図示外の第２ラック歯とから構成されている。

そして、上述のような構成から、ステアリングホイールＳＷより入力軸１へと入力された操舵トルクに基づいてトーションバー２が捩れ変形し、この捩れ変形に伴い当該トーションバー２の復元時に生ずる回転トルクに基づいて回転する第１出力軸３の回転運動が前記第１ラック・ピニオン機構ＲＰ１を介してラックバー８の直線運動に変換されると共に、前記操舵トルクに基づいて電動モータＭに生ずる操舵アシストトルクに基づいて回転する第２出力軸６の回転運動が前記第２ラック・ピニオン機構ＲＰ２を介してラックバー８の直線運動に変換されることで、前記電動モータＭによる操舵補助を得つつ前記転舵輪の向きが変更されることとなる。

前記操舵軸は、特に図２に示すように、入力軸１の他端側と第２出力軸３の全体とが前記第１ラック・ピニオン機構ＲＰ１を収容する第１ギヤハウジング１０内部に収容される構成となっていて、当該第１ギヤハウジング１０は、周方向に複数配置されるボルト９によって締結される一対のハウジング構成部材である、第１出力軸３の全体を収容するほぼ円筒状のハウジング本体１１と、このハウジング本体１１の上端部である一端側開口部を閉塞するように設けられるハウジングカバー１２と、から構成されている。

前記ハウジング本体１１は、一端側が段差状に拡径されてなる大径部１１ａとして構成される一方、他端側が第２出力軸３の外径よりも若干大きい程度の比較的小径に形成された小径部１１ｂとして構成されていて、前記大径部１１ａ内に収容される入力軸１の他端部と第２出力軸３の一端部とを突き合わせてなる両軸１，３の連結部の外周域に、前記トルクセンサＴＳが配設されている。また、前記ハウジング本体１１の小径部１１ｂの両端部には一対の軸受ＢＲ１，ＢＲ２が配設されていて、該一対の軸受ＢＲ１，ＢＲ２により第２出力軸３が回転自在に支持されるようになっている。一方、ハウジングカバー１２にも、軸方向中間部に形成される括れ部１２ａの内周に軸受ＢＲ３が配設されていて、該軸受ＢＲ３により入力軸１が回転自在に支持されるようになっている。

前記トルクセンサＴＳは、図２〜図６に示すように、ほぼ円筒状に構成され、第１出力軸３の一端部外周に取付固定されることによって当該第１出力軸３と一体回転可能に設けられる磁性部材２０と、いずれも軟磁性体によりほぼ円筒状に構成され、共に入力軸１の他端部外周に取付固定されることによって当該入力軸１と一体回転可能に設けられ、一端側（図６中の下端部側）が前記磁性部材２０の径方向において当該磁性部材２０と対向するように、かつ、相互に離間する（直接接続されない）ように設けられた一対の第１、第２ヨーク部材３１，３２と、これら両ヨーク部材３１，３２の他端側（図６中の上端部側）において当該両ヨーク部材３１，３２間に形成される径方向隙間内に収容配置され、当該両ヨーク部材３１，３２の他端側へと漏洩した前記磁性部材２０による磁界（磁束）を所定の範囲に集約するほぼ円環状に形成された一対の第１、第２集磁リング５１，５２と、これら両集磁リング５１，５２間に所定のエアギャップＣ１を介して収容配置され、当該両集磁リング５１，５２の間を通過する前記磁束を検出する一対の磁気センサ６０，６０と、から主として構成されている。

前記磁性部材２０は、磁性材料によって円環状に形成され、周方向に異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）が交互に複数（本実施形態では各８極ずつ全１６極）配置されてなる永久磁石２１と、所定の金属材料によってほぼ円筒状に形成され、一端側が前記永久磁石２１の内周部に所定の樹脂材料からなる絶縁部２２を介して絶縁状態に連結されたスリーブ２３と、から構成され、これら両者２１，２３が前記樹脂材料によって一体にモールド成形されたもので、第１出力軸３の一端部外周に段差状に拡径形成された大径部３ｂに外嵌させたスリーブ２３の先端を周方向に沿ってレーザ溶接することによって、当該スリーブ２３を介して第１出力軸３の外周に固定されている。

前記第１ヨーク部材３１は、一端側が比較的大径かつ他端側が比較的小径となる縦断面クランク状に形成されたものであって、一端側において径方向外側に拡径するような縦断面ほぼ逆さＬ字状となるように、かつ、磁性部材２０の外周域において所定の周方向間隔を空けるかたちで前記操舵軸（回転軸Ｚ）の同心円上に並ぶように形成された複数の第１爪部４１と、他端側において前記回転軸Ｚの周方向に沿って連続するような円環状に形成され、前記各第１爪部４１の基部に接続されることで当該各第１爪部４１同士を相互に接続する第１円環部４３と、によって構成されている。

前記第２ヨーク部材３２は、一端側が比較的小径かつ他端側が比較的大径となる縦断面クランク状に形成されたものであって、一端側において径方向内側に縮径するような縦断面ほぼ逆さＬ字状となるように、かつ、磁性部材２０の外周域において前記回転軸Ｚの同心円上であって前記各第１爪部４１の周方向間に当該各第１爪部４１と同一円周上に交互に並ぶように所定の周方向間隔を空けるかたちで形成された複数の第２爪部４２と、他端側において前記回転軸Ｚの周方向に沿って連続するような円環状に形成され、前記各第２爪部４２の基部に接続されることで当該各第２爪部４２同士を相互に接続する第２円環部４４と、によって構成されている。

そして、かかる第１ヨーク部材３１と第２ヨーク部材３２とは、前記各第１爪部４１と前記各第２爪部４２とが同一円周上に交互に整列するように、かつ、第１円環部４３の外周側にて第２円環部４４が離間対向するように配置された状態で、隣接する前記各爪部４１，４２同士が前記磁性部材２０と同様の樹脂材料からなる絶縁部３３を介して連結されると共に、当該絶縁部３３を介して第１円環部４３の内周側に所定の金属材料によりほぼ円筒状に形成されてなるスリーブ３４が連結され、かかるスリーブ３４を介して入力軸１の外周に固定されている。この際の具体的な固定手段としては、前記磁性部材２０と同様、入力軸１の他端部外周に段差状に拡径形成された大径部１ａに外嵌させたスリーブ３４の先端を周方向に沿ってレーザ溶接することによって、前記スリーブ３４を介して第１出力軸３の外周に固定されている。

また、前記第１、第２爪部４１，４２は、それぞれ、前記回転軸Ｚの軸方向に沿って延設されて径方向において永久磁石２１と対向する第１、第２軸方向延出部４１ａ，４２ａと、該各軸方向延出部４１ａ，４２ａから曲折するように前記回転軸Ｚの径方向に沿って延設された第１、第２径方向延出部４１ｂ，４２ｂと、から構成されている。そして、前記両軸方向延出部４１ａ，４２ａは、少なくとも永久磁石２１の軸方向長さよりも大きな軸方向長さに設定されていて、当該両軸方向延出部４１ａ，４２ａにより永久磁石２１が径方向外側から完全に包囲される構成となっている。

前記第１、第２集磁リング５１，５２は、図７に示すように、いずれも、周方向有端であって１８０度を超える所定の周方向範囲をもって前記回転軸Ｚを包囲するような円弧状に、プレス成型によって形成されると共に、対向する円環部４３，４４との径方向寸法Ｃ２，Ｃ３が等しくなる（「Ｃ２＝Ｃ３」の関係となる）ように、第１集磁リング５１を内周側、第２集磁リング５２を外周側として当該両集磁リング５１，５２が径方向において相互に重合するかたちで配置され（図６、図７参照）、それぞれの周方向の一部に対向形成された後述の第１、第２平坦部５１ａ，５２ａによって形成される径方向隙間Ｃ４内に前記一対の磁気センサ６０，６０が収容配置されるようになっている。

すなわち、前記第１集磁リング５１は、３２０度程度の周方向広範囲を包囲するほぼ円環状に形成されると共に、周方向に切断されてなる第１切欠部５１ｃの反対側（点対称となる位置）に、当該位置における所定の周方向範囲を横断面ほぼ凸形状となるように径方向外側へ突出させてなる第１センサ対向領域である第１平坦部５１ａが設けられている一方、前記第２集磁リング５２は、前記第１集磁リング５１よりも狭い２９０度程度の周方向範囲を包囲するようなほぼ円環状に形成されると共に、周方向に切断されてなる第２切欠部５２ｃの反対側（点対称となる位置）に、当該位置における所定の周方向範囲を平坦状となるように径方向内側へ押圧してなる第２センサ対向領域である第２平坦部５２ａが設けられている。

ここで、前記両集磁リング５１，５２は、いずれも前記回転軸Ｚを包囲する円弧状に構成されるものであるため、薄板金属板を当該回転軸Ｚ周りに沿ってプレス成型するのみで形成可能であり、トルクセンサＴＳの製造コストの低廉化に供される。また、前述のように、これら両集磁リング５１，５２が、前記回転軸Ｚ周りの周方向角度範囲が１８０度を超えるような横断面Ｃ字状に構成されていることで、当該両集磁リング５１，５２に径方向の位置ずれが生じた場合における磁気センサ６０，６０の検出誤差の抑制も可能となっている。

また、前記第１平坦部５１ａについては、その周方向外側の領域である他の第１円弧状部５１ｂに対して、少なくとも当該第１平坦部５１ａと第１円環部４３の径方向隙間Ｃ５が第１円弧状部５１ｂと第１円環部４３の径方向隙間Ｃ２よりも大きくなるよう外方へオフセット形成されている。同様に、前記第２平坦部５２ａについても、その周方向外側の領域である他の第２円弧状部５２ｂに対して、少なくとも当該第２平坦部５２ａと第２円環部４４の径方向隙間Ｃ６が第２円弧状部５２ｂと第２円環部４４の径方向隙間Ｃ３よりも大きくなるよう内方へオフセット形成されている。

そして、前記第１、第２集磁リング５１，５２は、前記磁性部材２０や前記両ヨーク部材３１，３２と同様の樹脂材料からなる絶縁部５３を介して相互に連結され、少なくともその軸方向領域Ｘの一部が前記両円環部４３，４４内において当該両円環部４３，４４と径方向に重合するように、前記絶縁部５３を介して所定の固定手段（例えばボルトによる締結）によりハウジング本体１１の大径部１１ａに取付固定されている。

前記一対の磁気センサ６０，６０は、いずれも、前記第１、第２集磁リング５１，５２間の径方向隙間Ｃ４に収容配置され、その内部に収容されるホール素子によって当該両集磁リング５１，５２（前記両平坦部５１ａ，５２ａ）間を通過する磁界（磁束）を検出するホールＩＣである検出部６１と、この検出部６１を前記トルクセンサＴＳの上方に配置される制御基板６３（図２参照）に接続するための接続端子６２と、から構成されている。すなわち、この磁気センサ６０，６０自体は、それぞれ、前記各接続端子６２，６２を介して制御基板６３に接続されることによって固定され、前記径方向隙間Ｃ４内では前記各集磁リング５１，５２（前記各平坦部５１ａ，５２ａ）との間に前記所定のエアギャップＣ１を隔てるかたちで収容配置されている。そして、当該両磁気センサ６０，６０は、前記ホール素子によるホール効果を利用することで前記各検出部６１，６１により前記両集磁リング５１，５２間を通過する磁束密度を検出し、当該磁束密度に応じて変化する前記各検出部６１，６１からの出力信号をもって制御基板６３におけるトルク演算に供される。

なお、前記制御基板６３は、図２に示すように、ハウジング本体１１の大径部１１ａ側方に貫通形成された窓孔１１ｃを通じて当該ハウジング本体１１内に引き込まれるハーネスたるボードｔｏボードコネクタ６４を介してＥＣＵ４（図１参照）に接続されている。この際、前記窓孔１１ｃは、ヨーク部材３１，３２や集磁リング５１，５２に対して回転軸Ｚの軸方向一方側（図２中の上端部側）に離間した位置、すなわちその径方向においてヨーク部材３１，３２や集磁リング５１，５２と重合しないような位置に配置されている。

以下、本実施形態に係る前記トルクセンサＴＳの作用及びこれに伴う効果について、図１〜図８に基づいて説明する。

前述のようにして構成されたトルクセンサＴＳによれば、前記両軸１，３間に操舵トルクが作用しておらず前記操舵軸が中立状態にあるときは、永久磁石２１の各極境界が第１、第２爪部４１，４２の周方向ちょうど中間位置に位置することとなり、当該永久磁石２１の前記各爪部４１，４２に対する磁路抵抗は等しくなる。その結果、当該永久磁石２１に発生した磁界は第１、第２爪部４２との間で短絡して前記各円環部４３，４４へと漏洩することはないため、当該磁界の磁束が前記各磁気センサ６０，６０によって検出されることはない。

続いて、ステアリングホイールＳＷが操舵されて入力軸１（前記両軸１，３間）に操舵トルクが作用した場合には、永久磁石２１の各極境界が第１、第２爪部４１，４２の周方向一方側に偏倚することとなって、永久磁石２１の前記各爪部４１，４２に対する磁路抵抗のうち前記極境界が偏倚した周方向一方側の磁路抵抗が大きくなる。これによって、当該永久磁石２１に発生した磁界は、前記各円環部４３，４４へと漏洩し、当該各円環部４３，４４を渡って隣接する磁極へと流れることとなる。この結果、前記各集磁リング５１，５２間には一方側から他方側に磁束が通過することとなって、当該磁束密度が前記各磁気センサ６０，６０によって検出され、当該各磁気センサ６０，６０の出力信号により演算される操舵トルクに基づき、ＥＣＵ４にて電動モータＭによる操舵アシストトルクが演算される。なお、この際、前記各集磁リング５１，５２間を通過する磁束の方向をもって、操舵方向及びこれに基づいて付与される前記操舵アシストトルクの付与方向が特定されることとなる。

ここで、上記トルク検出に際して、前記トルクセンサＴＳも、従来と同様、特定のシールド部材を用いた遮蔽を行っていないことから、図８に示すように、前記両集磁リング５１，５２には、前記永久磁石２１による内部磁界と共に、少なからず当該永久磁石２１とは無関係の外部磁界ＯＦが作用してしまうこととなる。

しかしながら、前記トルクセンサＴＳでは、前記両集磁リング５１，５２の一部の軸方向領域Ｘが前記両円環部４３，４４の径方向隙間内に収容配置され、当該一部の軸方向領域Ｘが前記両円環部４３，４４と径方向に重合した構成となっている。このため、前記外部磁界ＯＦのうち当該両円環部４３，４４内に収容される一部の軸方向領域Ｘに係る径方向の磁束ＲＦについては、最外周に配置される第２ヨーク部材３２の第２円環部４４が受けることとなる。すると、この第２円環部４４が受けた前記径方向の磁束ＲＦについては、当該第２円環部４４を介して第２集磁リング５２へと作用する際に、前記径方向隙間Ｃ６であるエアギャップによって少なからず減衰されることになるため、前記従来のように当該外部磁界ＯＦが両集磁部材に直接作用する場合と比べて、前記一部の軸方向領域Ｘに対する外部磁界ＯＦの作用が低減されることとなる。

このように、本実施形態に係る前記パワーステアリング装置（トルクセンサＴＳ）によれば、第１、第２集磁リング５１，５２に係る一部の軸方向領域Ｘがその外周側に配置される第２ヨーク部材３１の第２円環部４４により遮蔽（包囲）されていることで、当該第２円環部４４によって両集磁リング５１，５２に対する外部磁界ＯＦの作用（伝達）が抑制される結果、磁気センサ６０，６０における外部磁界検出に起因するトルク検出精度の低下に供される。

しかも、この際、第２集磁リング５２と第２円環部４４との間の径方向隙間が、前記第２円弧状部５２ｂと第２円環部４４の径方向隙間Ｃ３に対して前記第２平坦部５２ａと第２円環部４４の径方向隙間Ｃ６の方が大きくなるように設定されていることから、当該径方向隙間Ｃ６の拡大によって前記外部磁界の減衰効果の向上が図れると共に、前記第２円環部４４を介して伝達される外部磁界ＯＦは径方向隙間の小さい（磁路抵抗の小さい）第２円弧状部５２ｂへと迂回することによって外部磁界ＯＦの磁気センサ６０，６０までの伝達経路が延長される結果、当該外部磁界ＯＦによるトルク検出への悪影響をより効果的に低減することができる。

加えて、第１集磁リング５１についても、前記第１円弧状部５１ｂと第１円環部４３の径方向隙間Ｃ２に対して前記第１平坦部５１ａと第１円環部４３の径方向隙間Ｃ５の方が大きくなるよう外方へと突出形成されていることから、前記両平坦部５１ａ，５２ａ間の径方向間隔Ｃ４を縮小でき、磁気センサ６０，６０による検出精度の向上に供されると共に、内周側に配置されることで第２集磁リング５２よりも短くなりがちな第１集磁リング５１の周長も延長でき、前記両集磁リング５１，５２の磁路抵抗の均一化に供される。

さらに、前記両集磁リング５１，５２については、内周側に配置される第１集磁リング５１の周方向角度範囲が狭く、外周側に配置される第２集磁リング５２の周方向角度範囲が広くなるように、つまり図７に示す第１切欠部５１ｃの周方向寸法Ｌ１に対し第２切欠部５２ｃの周方向寸法Ｌ２の方が大きくなるように形成されることで、当該両集磁リング５１，５２の周長をほぼ均一化でき、これによっても、当該両集磁リング５１，５２間の磁路抵抗の均一化が図られている。換言すれば、これら両集磁リング５１，５２の周方向角度範囲を同一にしてしまうと、外周側に配置される第２集磁リング５２の方が、その周長が長くなってしまう分だけ第２円環部４４との対向面積が大きくなって集磁効率が向上する結果、当該両集磁リング５１，５２間にて磁路抵抗のアンバランスを生じてしまうといった不都合を招来してしまうところ、上述のように内周側に配置される第１集磁リング５１の周方向角度範囲を相対的に大きく設定することで、当該不都合の招来も回避することができる。

また、前記第２円環部４４による集磁リング５１，５２の包囲構成を採るにあたって、両集磁リング５１，５２はいずれも第１円環部４３の外周側にのみ配置される構成となっているために、前記両円環部４３，４４の先端開口部側から進入する軸方向の外部磁界（図８中のＡＦ参照）による悪影響についても低減することができる。換言すれば、集磁リング５１，５２を第１円環部４３の内外周両側に配置する場合には、当該集磁リング５１，５２を磁気的に接続する部材を第１円環部４３に跨って配置することとなり、当該接続部材が前記軸方向からの外部磁界の影響を受けやすくなってしまうといった不都合を招来してしまうところ、両集磁リング５１，５２を前記両円環部４３，４４間に収容することによって、当該不都合の招来についても回避することができる。

さらに、本実施形態では、前記ハウジング１０内へとボードｔｏボードコネクタ６４を引き込む窓孔１１ｃについても、径方向においてヨーク部材３１，３２や集磁リング５１，５２と重合しない位置に配置されていることで、当該窓孔１１ｃを通じて進入する外部磁界が集磁リング５１，５２に直接作用してしまう不都合も回避されることとなる。

図９は本発明に係るトルクセンサの第２実施形態を示したものであって、前記第１実施形態における第１、第２ヨーク部材３１，３２の構成を変更したものである。

すなわち、本実施形態では、第１、第２ヨーク部材３１，３２につき、それぞれ、前記各爪部４１，４２の径方向延出部４１ｂ，４２ｂが廃止され、その代わりに前記各円環部４３，４４の基端部全周が曲折状に延設されることで、前記第１実施形態の第１、第２爪部４１，４２（前記第１、第２軸方向延出部４１ａ，４２ａに相当）と第１、第２円環部４３，４４の間に、前記両円環部４３，４４間に形成される集磁リング収容部５０の底部側を遮蔽するかたちで前記回転軸Ｚの径方向に沿って延出することにより前記両部４１，４２（４３，４４）を接続する第１、第２接続部４５，４６が設けられている。

なお、上述の構成以外、特に言及しないその他の構成については、基本的に前記第１実施形態と同様であって、図面にも前記第１実施形態と同様の符号を示すことで、具体的な説明は省略する。

このように、本実施形態では、図９と図１０との比較から明らかなように、前記第１、第２接続部４５，４６をもって、前記集磁リング収容部５０底部側からの外部磁界ＯＦの進入についても抑制可能となるため、前述した外部磁界によるトルク検出への悪影響を一層効果的に抑制することができる。

図１１は本発明に係るトルクセンサの第２実施形態の第１変形例を示したものであって、第１、第２集磁リング５１，５２を集磁リング収容部５０内に完全に収容するように配置し、これら両集磁リング５１，５２の軸方向全域において当該両集磁リング５１，５２と第２円環部４４とを径方向に重合させるように構成したものである。

かかる構成とすることで、図１２に示す前記第２実施形態と比較して、軸・径両方向において最も外側に位置する第１円環部４３ないし第２円環部４４により、前記外部磁界ＯＦの軸・径両方向の磁束ＡＦ，ＲＦの全てについて抑制が可能となり、これによって、前述した外部磁界によるトルク検出への悪影響をより一層効果的に抑制することができる。

図１３は本発明に係るトルクセンサの第２実施形態の第２変形例を示したものであって、第１、第２集磁リング５１，５２の周方向角度範囲をほぼ同一に設定する代わりに、第２集磁リング５２と第２円環部４４の径方向隙間Ｃ３が第１集磁リング５１と第１円環部４３との径方向隙間Ｃ２よりも大きくなるように構成したものである。

このように、外周側に配置される第２集磁リング５２と第２円環部４４の径方向隙間Ｃ３を相対的に大きく設定することにより、前記両集磁リング５１，５２間の磁路抵抗を調整でき、当該両者５１，５２間の磁路抵抗の均一化に供される。換言すれば、内外周の径方向隙間Ｃ２，Ｃ３を同一にしてしまうと、外周側に配置される第２集磁リング５２の方が、その周長が長くなってしまう分だけ第２円環部４４との対向面積が大きくなって集磁効率が向上する結果、当該両集磁リング５１，５２間にて磁路抵抗のアンバランスを生じてしまうといった不都合を招来してしまうところ、上述のように外周側の径方向隙間Ｃ３を相対的に大きく設定することで、かかる径方向隙間Ｃ３に基づいて増大する磁路抵抗をもって前記集磁効率の増大が相殺され、当該不都合の招来についても回避することができる。

図１４は本発明に係るトルクセンサの第２実施形態の第３変形例を示したものであって、第１、第２集磁リング５１，５２の周方向角度範囲をほぼ同一に設定する代わりに、第２集磁リング５２の軸方向長さＬ４が第１集磁リング５１の軸方向長さＬ３よりも大きくなるように構成したものである。

このように、外周側に配置される第２集磁リング５２の軸方向長さＬ４を相対的に小さく設定することにより、前記両集磁リング５１，５２間の対向面積を調整でき、当該両者５１，５２間の集磁効率の均一化に供される。換言すれば、内外周の軸方向長さＬ３，Ｌ４を同一にしてしまうと、外周側に配置される第２集磁リング５２の方が、その周長が長くなってしまう分だけ第２円環部４４との対向面積が大きくなって集磁効率が向上する結果、当該両集磁リング５１，５２間にて磁路抵抗のアンバランスを生じてしまうといった不都合を招来してしまうところ、上述のように外周側の集磁リング軸方向長さＬ４を相対的に小さく設定することで、かかる軸方向長さＬ４に基づく第２円環部４４との対向面積の減少をもって前記集磁効率の増大が相殺され、当該不都合の招来についても回避することができる。

本発明は、前記実施形態等の構成に限定されるものではなく、例えば本発明の特徴とは直接関係しない前記ハウジング１０や前記操舵機構ＲＰ１，ＲＰ２の具体的な構成は勿論、本発明の特徴となる前記磁性部材２０や前記各ヨーク部材３１，３２、前記各集磁リング５１，５２（前記各集磁部材５４，５５）といった構成の具体的形状についても、前記作用効果を奏し得る形態であれば、適用するトルクセンサ等や搭載する車両の仕様等に応じて自由に変更できることは言うまでもない。

例えば、前記実施形態等では、前記トルクセンサＴＳを、操舵系とアシスト系とが独立したいわゆるデュアルピニオン式パワーステアリング装置について適用した例を示したが、当該トルクセンサＴＳを適用する本発明に係るパワーステアリング装置としては、第２出力軸６を廃止して第１出力軸３に減速機構５を介して電動モータＭを連係させてなるいわゆるシングルピニオン式パワーステアリング装置など、当該トルクセンサＴＳによるトルク検出に基づき制御されるパワーステアリング装置であれば、いかなるパワーステアリング装置にも適用可能である。

また、前記実施形態等では、第１、第２ヨーク部材３１，３２につき、前記各爪部４１，４２の全てを同一円周上に配置する構成を例に説明したが、これら各爪部４１，４２の配置についても、当該各爪部４１，４２が前記回転軸Ｚの同心円上に配置される限り、その具体的な構成については自由に変更可能である。すなわち、第１、第２爪部４１，４２と永久磁石２１とのエアギャップを相互に異ならしめる構成としてもよく、また、前記両爪部４１，４２と永久磁石２１とのエアギャップを維持したまま第１爪部４１を永久磁石２１の内周側、第２爪部４２を永久磁石２１の外周側に配置する構成としてもよい。なお、このように前記各爪部４１，４２の配置を調整することにより、内外周の配置に基づいて発生する前記両ヨーク部材３１，３２間の磁路抵抗差を調整でき、前記トルクセンサＴＳによるトルク検出精度のさらなる向上に寄与することが可能となる。

前記実施形態等から把握される特許請求の範囲に記載した以外の技術的思想について、以下に説明する。

（ａ）請求項１に記載のトルクセンサであって、
前記第２集磁リングは、前記磁気センサと径方向に対向する第１センサ対向領域における前記第２円環部との径方向隙間が、前記第２センサ対向領域よりも周方向外側の他の領域における前記第２円環部との径方向隙間よりも大きくなるように構成されていることを特徴とするトルクセンサ。

このように、第２センサ対向領域における第２円環部との径方向隙間を相対的に大きく設定することで、第２円環部を介して伝達される外部磁界は径方向隙間の小さい（磁路抵抗の小さい）前記他の領域へと迂回することとなる。これにより、外部磁界の磁気センサまでの伝達経路が延長される結果、当該外部磁界による悪影響をより効果的に低減することができる。

（ｂ）前記（ａ）に記載のトルクセンサであって、
前記第１集磁リングは、前記磁気センサと径方向に対向する第１センサ対向領域が当該第１センサ対向領域よりも周方向外側の他の領域に対し前記回転軸の径方向外側へ突出するように構成されていることを特徴とするトルクセンサ。

このように、第１センサ対向領域を径方向外側へ突出させるように構成することで、第２センサ対向領域との径方向間隔を縮小できると共に、内周側に配置されることによって第２集磁リングよりも短くなりがちな第１集磁リングの周長も延長でき、両集磁リングの磁路抵抗の均一化に供される。

（ｃ）請求項１に記載のトルクセンサであって、
前記第２集磁リングによって包囲される前記回転軸周りの周方向角度範囲は、前記第１集磁リングによって包囲される前記回転軸周りの周方向角度範囲よりも小さくなるように構成されていることを特徴とするトルクセンサ。

両集磁リングの周方向角度範囲を同一にしてしまうと、外周側に配置される第２集磁リングの方が、その周長が長くなってしまう分、ヨーク部材との対向面積が大きくなって集磁効率が向上する結果、両集磁リングの間で磁路抵抗のアンバランスを招来してしまうこととなるが、上記のように構成することで、径方向に重合する両集磁リングの磁路抵抗の均一化に供される。

（ｄ）請求項１に記載のトルクセンサであって、
前記第２集磁リングの軸方向長さが、前記第１集磁リングの軸方向長さよりも短くなるように構成されていることを特徴とするトルクセンサ。

両集磁リングの周方向角度範囲を同一にしてしまうと、外周側に配置される第２集磁リングの方が、その周長が長くなってしまう分、ヨーク部材との対向面積が大きくなって集磁効率が向上する結果、両集磁リングの間で磁路抵抗のアンバランスを招来してしまうこととなるが、上記のように構成することで、第２集磁リングと第２円環部の対向面積を縮小する分、その集磁効率は低下し、径方向に重合する両集磁リングの磁路抵抗の均一化に供される。

（ｅ）請求項１に記載のトルクセンサであって、
前記第２集磁リングと前記第２円環部の径方向隙間が、前記第１集磁リングと前記第１円環部の径方向隙間よりも大きくなるように構成されていることを特徴とするトルクセンサ。

両集磁リングの周方向角度範囲を同一にしてしまうと、外周側に配置される第２集磁リングの方が、その周長が長くなってしまう分、ヨーク部材との対向面積が大きくなって集磁効率が向上する結果、両集磁リングの間で磁路抵抗のアンバランスを招来してしまうこととなるが、上記のように構成することで、第２集磁リングと第２円環部の径方向隙間が拡大する分、その磁路抵抗は増大し、径方向に重合する両集磁リングの磁路抵抗の均一化に供される。

（ｆ）請求項１に記載のトルクセンサであって、
前記第２円環部は、前記第１集磁リング及び第２集磁リングの軸方向全域において当該両集磁リングと径方向に重合するように構成されていることを特徴とするトルクセンサ。

かかる構成とすることで、各集磁リングに対する外部磁界の影響をより効果的に抑制することができる。

（ｇ）請求項１に記載のトルクセンサであって、
前記第１集磁リングは、前記回転軸周りの周方向角度範囲が１８０度を超えるように構成されていることを特徴とするトルクセンサ。

かかる構成とすることで、両集磁リングの径方向の位置ずれに起因する磁気センサの検出誤差についても抑制することができる。

（ｈ）請求項１に記載のトルクセンサであって、
前記非磁性材からなるハウジングと、該ハウジングに貫通形成される窓孔を通じて引き込まれ、前記磁気センサの検出信号を外部へと取り出すハーネと、を備え、
前記窓孔は、前記第１集磁リング及び第２集磁リングに対して軸方向にオフセット配置されることを特徴とするトルクセンサ。

かかる構成とすることで、窓孔を通じて侵入した外部磁界が各集磁リングに直接作用してしまう不都合を回避することができる。

（ｉ）請求項１に記載のトルクセンサであって、
前記第１集磁リング及び第２集磁リングは、いずれもプレス成型により形成されることを特徴とするトルクセンサ。

これにより、プレス成型の曲げ方向が回転軸周りに沿う方向のみでよいため、両集磁リングを容易に形成することができる。

（ｊ）請求項４に記載のパワーステアリング装置であって、
前記第１集磁リングは、前記第１ヨーク部材の前記第１円環部よりも外周側にのみ設けられることを特徴とするパワーステアリング装置。

第１集磁リングを第１円環部の内外周両側に配置する場合には、当該両集磁リングを磁気的に接続する部材を第１円環部に跨って配置することになるため、当該接続部材が軸方向からの外部磁界の影響を受けやすくなってしまうこととなるが、上記のように構成することで、前記軸方向からの外部磁界の影響の低減化に供される。

（ｋ）請求項４に記載のパワーステアリング装置であって、
前記第２円環部が、その直径が前記各第２爪部同士を結ぶ仮想円の直径よりも大きくなるように形成されると共に、
前記第２円環部と前記各第２爪部とを接続する第２接続部が、前記各第２爪部の基端部から径方向外側へ向かって延出するように形成されていることを特徴とするパワーステアリング装置。

かかる構成とすることで、第２接続部によって軸方向外側から進入する外部磁界の影響の低減化に供される。

（ｌ）請求項４に記載のパワーステアリング装置であって、
前記第２集磁リングは、前記磁気センサと径方向に対向する第１センサ対向領域における前記第２円環部との径方向隙間が、前記第２センサ対向領域よりも周方向外側の他の領域における前記第２円環部との径方向隙間よりも大きくなるように構成されていることを特徴とするパワーステアリング装置。

このように、第２センサ対向領域における第２円環部との径方向隙間を相対的に大きく設定することで、第２円環部を介して伝達される外部磁界は径方向隙間の小さい（磁路抵抗の小さい）前記他の領域へと迂回することとなる。これにより、外部磁界の磁気センサまでの伝達経路が延長される結果、当該外部磁界の悪影響をより効果的に低減することができる。

（ｍ）前記（ｌ）に記載のパワーステアリング装置であって、
前記第１集磁リングは、前記磁気センサと径方向に対向する第１センサ対向領域が当該第１センサ対向領域よりも周方向外側の他の領域に対し前記回転軸の径方向外側へ突出するように構成されていることを特徴とするパワーステアリング装置。

（ｎ）請求項４に記載のパワーステアリング装置であって、
前記第２集磁リングによって包囲される前記回転軸周りの周方向角度範囲は、前記第１集磁リングによって包囲される前記回転軸周りの周方向角度範囲よりも小さくなるように構成されていることを特徴とするパワーステアリング装置。

（ｏ）請求項４に記載のパワーステアリング装置であって、
前記第２集磁リングの軸方向長さが、前記第１集磁リングの軸方向長さよりも短くなるように構成されていることを特徴とするパワーステアリング装置。

（ｐ）請求項４に記載のパワーステアリング装置であって、
前記第２集磁リングと前記第２円環部の径方向隙間が、前記第１集磁リングと前記第１円環部の径方向隙間よりも大きくなるように構成されていることを特徴とするパワーステアリング装置。

１…入力軸（第１軸部材）
２…トーションバー
３…第１出力軸（第２軸部材）
２０…磁性部材
３１…第１ヨーク部材
４１…第１爪部
４３…第１円環部
３２…第２ヨーク部材
４２…第２爪部
４４…第２円環部
５１…第１集磁リング
５２…第２集磁リング
６０…磁気センサ
ＴＳ…トルクセンサ
Ｚ…回転軸（回転部材の回転軸）

Claims

トーションバーによって接続された第１軸部材及び第２軸部材からなる回転部材に生じたトルクを検出するトルクセンサであって、
前記第１軸部材と一体回転するように当該第１軸部材に設けられ、前記回転部材の回転軸と同心円上において周方向に異なる磁極が交互に配置されてなる磁性部材と、
前記回転軸と同心円上であって当該回転軸の径方向において前記磁性部材と対向するように配置された複数の第１爪部と、当該各第１爪部同士を接続する第１円環部と、を有し、前記第２軸部材と一体回転するように当該第２軸部材に設けられた磁性材からなる第１ヨーク部材と、
前記回転軸と同心円上であって前記各第１爪部の周方向間に交互に並ぶように当該回転軸の径方向において前記磁性部材と対向するように配置された複数の第２爪部と、前記第１円環部の外周側に当該第１円環部と離間対向するように配置され、前記各第２爪部同士を接続する第２円環部と、を有し、前記第２軸部材と一体回転するように当該第２軸部材に設けられた磁性材からなる第２ヨーク部材と、
前記第１円環部と前記第２円環部の間であって前記第１円環部と径方向において重合するように設けられ、前記第１円環部に生じた磁界に基づいて内部に磁界を生じさせる横断面ほぼ円弧状をなす磁性材からなる第１集磁リングと、
前記第２円環部と前記第１集磁リングの間であって前記第２円環部と径方向において重合するように設けられ、前記第２円環部に生じた磁界に基づいて内部に磁界を生じさせる横断面ほぼ円弧状をなす磁性材からなる第２集磁リングと、
前記第１集磁リングと前記第２集磁リングの間に配置され、前記トーションバーの捩れによって生じる前記第１爪部及び第２爪部と前記磁性部材との相対角度変化に伴い変化する前記第１、第２円環部間の磁界を受けることによって発生する前記第１、第２集磁リング間の内部磁界の変化を検出するホール素子を有する磁気センサと、
を備え、
前記第２円環部が、その直径が前記各第２爪部同士を結ぶ仮想円の直径よりも大きくなるように形成されると共に、
前記第２円環部と前記各第２爪部とを接続する第２接続部が、前記各第２爪部の基端部から径方向外側へ向かって延出するように形成されていて、
前記磁気センサの出力信号に基づいて前記回転部材に生じるトルクを検出することを特徴とするトルクセンサ。