JP6691500B2 - トルク検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ねじれトルクを検出するトルク検出装置に関する。

従来、電動パワーステアリング装置等において、ねじれトルク（軸トルク）を検出するトルク検出装置（トルクセンサ）が用いられることが知られている。例えば、特許文献１や特許文献２に記載のトルクセンサでは、入力軸と出力軸とを連結するトーションバーがねじれた場合、一組のヨークが、多極磁石に対して周方向に相対的に変位する。このとき、ヨークの間における磁束密度を磁気センサが検出し、磁束密度の変化に基づき、ねじれトルクを検出する。

このようなトルクセンサでは、ねじれトルクの検出精度を向上させるために様々な構成がとられている。例えば、特許文献１に記載されているように、各ヨークの外縁部をそれぞれ他方のヨークに接近するように立設させ、当該外縁部の間に磁気センサを配置させるものが知られている。特許文献１のトルクセンサでは、ヨーク間の隙間が小さくなるため、磁気センサが磁束密度を検出しやすくなり、ねじれトルクの検出精度を向上させることができる。

しかしながら、特許文献１に記載されているようなヨークは、複雑な形状となっているという問題がある。そこで、ヨークを簡単な形状とすべく、特許文献２に記載されているように、ヨークから磁束を誘導する一対の集磁リングをヨーク間に設けているものが知られている。このトルクセンサでは、磁気センサを一対の集磁リング間に配置し、一対の集磁リング間における磁束密度を検出させている。これにより、隙間が小さくなり、磁気センサは磁束密度を検出しやすくなる。また、集磁リングを介して磁束密度を検出させることにより、検出される磁束密度を平均化し、ねじれトルクの検出精度を向上させることができる。

特許第３８７４６４２号公報 特許第４６５６８５１号公報

しかしながら、一対の集磁リングを設ける場合、一方のヨークと一方の集磁リングとの間、一対の集磁リング間、及び他方の集磁リングと他方のヨークとの間において、合計３カ所の隙間（エアギャップ）が形成されることとなる。このため、ヨーク間に磁気センサを配置する場合と比較して磁気回路上に隙間が多くなり、検出可能な磁束密度を向上させにくいという問題があった。そして、磁束密度が検出されにくい場合、ねじれトルクの検出精度が悪くなる虞があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ねじれトルクの検出精度を向上させることができるトルク検出装置を提供することを主たる目的とするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、第１軸と第２軸とを同軸上に連結する弾性部材のねじれ変位に基づき、前記第１軸と前記第２軸との間のねじれトルクを検出するトルク検出装置において、前記第１軸に固定される磁石と、前記第２軸に固定され、前記磁石に対して周方向に回動可能に配置される第１ヨークと、前記第２軸に固定され、前記磁石に対して前記第１ヨークと共に周方向に回動可能に配置される第２ヨークと、前記第１ヨーク又は前記第２ヨークから磁束を集める集磁部と、磁束密度を検出する磁気センサと、を備え、前記集磁部は、前記第１ヨーク及び前記第２ヨークに対してそれぞれ対向するように配置されており、前記磁気センサは、前記第１ヨーク及び前記第２ヨークのうち前記第１ヨークと前記集磁部との間に配置され、当該第１ヨークと前記集磁部との間における磁束密度を検出するようにした。

集磁部は、第１ヨーク及び第２ヨークに対してそれぞれ対向するように配置されており、磁気センサは、第１ヨークと集磁部との間に配置され、当該第１ヨークと前記集磁部との間における磁束密度を検出する。このため、例えば、一対の集磁部間における磁束密度を検出する場合と比較して、第１ヨークと第２ヨークとの間の隙間（すなわち、磁気回路上の隙間）を少なくすることができる。これにより、磁気センサが、検出可能な磁束密度を向上させることができる。

より詳しく説明すると、例えば、一対の集磁部間における磁束密度を検出する場合、第１ヨークと一方の集磁部との間、一対の集磁部間、及び他方の集磁部と第２ヨークとの間において、合計３カ所の隙間が形成されることとなる。一方、集磁部を、第１ヨーク及び第２ヨークに対してそれぞれ対向するように配置する場合、第１ヨークと集磁部との間、及び第２ヨークと集磁部との間において、合計２カ所の隙間が形成されることとなる。このため、磁気回路上における隙間を少なくすることができ、検出可能な磁束密度を向上させることができる。

また、磁束は集磁部を通過するため、磁気センサにより検出される磁束密度を平均化することができる。さらに、集磁部によりヨークから磁束が集められるため、磁束密度を向上させることができる。

ステアリングシステムの概略構成図。 トルク検出装置の分解斜視図。 磁気ヨークと磁石の斜視図。 磁気ヨークと磁石の側面図。 （ａ）〜（ｃ）は、磁気ヨークの平面図。 磁気ヨークの切断部端面図。 第２実施形態の磁気ヨークの切断部端面図。 別例の磁気ヨークの切断部端面図。 別例の磁気ヨークの切断部端面図。 別例の磁気ヨークの切断部端面図。 別例の磁気ヨークの切断部端面図。 別例の磁気ヨークの切断部端面図。 別例の磁気ヨークと磁石の側面図。 （ａ）及び（ｂ）は、磁気ヨークと磁石の側面図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付している。

＜ステアリングシステム１００＞
実施形態にかかるトルク検出装置１０について、図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、トルク検出装置１０は、例えば、車両のステアリング操作を補助するための電動パワーステアリング装置２０を備えたステアリングシステム１００に用いられる。

ハンドル３０は、ステアリングシャフト４０と接続される。図２に示すように、ステアリングシャフト４０は、ハンドル３０と接続される第１軸としての入力軸４１と、入力軸４１に連結されるトーションバー４２と、トーションバー４２を介して入力軸４１と連結される第２軸としての出力軸４３を有する。

トーションバー４２は、一端側が入力軸４１に、他端側が出力軸４３にそれぞれ固定ピン４４により固定され、入力軸４１と出力軸４３とを同軸上に連結する。トーションバー４２は、棒状の弾性部材であり、ステアリングシャフト４０に加えられるねじれトルクに応じて、ねじれ変位し、弾性力を蓄える。図１に示すように、入力軸４１と出力軸４３との間には、トーションバー４２（すなわち、ステアリングシャフト４０）に加わるねじれトルクを検出するトルク検出装置１０が設けられている。

出力軸４３の先端には、ピニオンギヤ５０が設けられており、ピニオンギヤ５０はラック軸５１にかみ合わされている。ラック軸５１の両端には、タイロッド等を介して、一対の車輪５２が連結されている。これにより、ドライバがハンドル３０を回転させると、ハンドル３０に接続されたステアリングシャフト４０が回転する。ステアリングシャフト４０が回転すると、ピニオンギヤ５０によってラック軸５１が左右方向に直線運動する。そして、ラック軸５１の変位量に応じて、一対の車輪５２が操舵される。

電動パワーステアリング装置２０は、ドライバによるハンドル３０の操舵を補助する補助トルクを出力するモータ２１と、減速ギヤ２２と、制御装置２３等を備える。減速ギヤ２２は、モータ２１の回転を減速してステアリングシャフト４０に伝達する。本実施形態では、コラムアシストタイプであるが、モータ２１の回転をピニオンギヤ５０に伝えるピニオンアシストタイプや、モータ２１の回転をラック軸５１に伝えるラックアシストタイプでもよい。制御装置２３は、トルク検出装置１０からねじれトルクを示す電圧信号を入力し、取得した電圧信号に応じてモータ２１の駆動を制御する。

なお、以下では、単に軸方向と示した場合には、ステアリングシャフト４０（入力軸４１、トーションバー４２、及び出力軸４３も含む。以下同様）の軸方向のことを意味する。また、単に径方向と示した場合には、ステアリングシャフト４０の径方向のことを意味し、単に周方向と示した場合には、ステアリングシャフト４０の周方向のことを意味する。また、図では、ステアリングシャフト４０の軸方向を矢印Ｚで示し、径方向を矢印Ｘで示し、周方向を矢印Ｙで示す。

＜トルク検出装置１０＞
図２に示すように、トルク検出装置１０は、入力軸４１に固定される磁石１１と、出力軸４３に固定される１対の磁気ヨーク１２と、磁気ヨーク１２から磁束を集める集磁部１３と、磁束密度を検出する磁気センサ１４等を備える。

＜磁石１１＞
磁石１１は、硬磁性体により円筒状に形成される。磁石１１の外周には、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁される。本実施形態では、周方向において、Ｎ極及びＳ極の数は、８対、計１６極である。すなわち、磁石１１は、Ｎ極とＳ極とが周方向に磁極ピッチに応じた所定角度（２２．５度）ごとに交互に着磁される。磁石１１の磁極数は、１６極に限らず、偶数であればよい。この磁石１１は、入力軸４１に同軸上に固定される。

＜磁気ヨーク１２＞
図２及び図３に示すように、一対の磁気ヨーク１２は、軸方向において離間した状態で配置される。なお、一対の磁気ヨーク１２を樹脂モールド（樹脂成形）することによって、又は非磁性体のスペーサなどによって磁気ヨーク１２間の配置が固定される。ここで、入力軸４１側に配置される磁気ヨーク１２をヨーク１２１と示し、出力軸４３側に配置される磁気ヨーク１２をヨーク１２２と示す。

＜ヨーク１２１，１２２＞
ヨーク１２１，１２２について詳しく説明する。ヨーク１２１，１２２は、共に軟磁性体（例えば、パーマロイ）により環状に形成される。図２に示すように、ヨーク１２１，１２２は、出力軸４３に同軸上に固定される。ヨーク１２１は、その内縁に爪部１５１を備える。ヨーク１２２も同様に、その内縁に爪部１５２を備える。なお、ヨーク１２１と、ヨーク１２２は、対称となるように設けられている。

図５に示すように、ヨーク１２１，１２２の内径は、磁石１１の外径よりも大きく形成されている。このため、ヨーク１２１，１２２は、磁石１１と離間し、非接触となる。出力軸４３に固定されるヨーク１２１，１２２は、入力軸４１に固定される磁石１１に対して周方向に回動可能に配置されている。図６は、図５（ｂ）のＩ−Ｉ線切断部端面図である。図４及び図６に示すように、ヨーク１２１の外径は、ヨーク１２２の外径と同じである。また、ヨーク１２１の内径と、ヨーク１２２の内径は同じである。

図６に示すように、ヨーク１２１，１２２は、薄板状に形成され、軸方向に対して直交方向に延びるように設けられている。そして、ヨーク１２１，１２２は、磁石１１の外周を囲むように配置される。すなわちヨーク１２１，１２２は、径方向において磁石１１の外側に配置される。

＜爪部１５１，１５２＞
次に、爪部１５１，１５２について説明する。図５に示すように、爪部１５１，１５２は、磁石１１の極対数と同数（本実施形態では８）設けられている。爪部１５１，１５２は、それぞれヨーク１２１，１２２の内縁に沿って等間隔に設けられる。つまり、爪部１５１，１５２は、磁石１１の磁極ピッチに応じて複数設けられている。ヨーク１２１の爪部１５１と、ヨーク１２２の爪部１５２とは、周方向にずれて交互に配置されている。なお、爪部１５１，１５２の数は、磁石１１の極対数と異なっていてもよい。

爪部１５１，１５２は、磁石１１の外周と対向するように配置されている。図５（ｂ）に示すように、トーションバー４２にねじれ変位が生じていない場合、すなわち、ステアリングシャフト４０にねじれトルクが加わっていない場合、各爪部１５１，１５２の中心と、磁石１１のＮ極とＳ極の境界とが一致するように配置されている。なお、磁石１１と磁気ヨーク１２は、非接触である。

図４及び図６に示すように、ヨーク１２１の爪部１５１は、軸方向において、ヨーク１２１からヨーク１２２側に向かって延びるように設けられている。ヨーク１２２の爪部１５２も同様に、軸方向において、ヨーク１２２からヨーク１２１側に向かって延びるように設けられている。爪部１５１，１５２は、ヨーク１２１，１２２に対して直交するように立設しており、その先端側が根元部分よりも細くなるように形成されている。また、爪部１５１，１５２は、磁石１１の外周から、距離を空けて配置されている。

図５に示すように、ヨーク１２１の爪部１５１は、ヨーク１２１の内縁に沿って周方向において４５度間隔で配置されている。ヨーク１２２の爪部１５２も同様である。ヨーク１２１は、ヨーク１２２に対して、爪部１５１，１５２が２２．５度間隔で交互に配置されるように位置決めされる。周方向において、爪部１５１，１５２の間には、隣り合う爪部１５１，１５２と接触しないように隙間が存在する。また、爪部１５１，１５２は、他方の磁気ヨーク１２と接触しないように距離を空けている。

＜集磁部１３＞
図３及び図４に示すように、集磁部１３は、一対の磁気ヨーク１２の間に配置される。集磁部１３は、軟磁性体（例えば、パーマロイ）により円弧状に形成される。集磁部１３は、円弧の中心が出力軸４３と同軸上になるように、出力軸４３側に固定される。

図５に示すように、集磁部１３は、ヨーク１２１，１２２の外縁に沿って円弧状に形成されている。また、周方向において集磁部１３の幅は、軸心から見て、周方向における端部から端部までの角度が所定角度（本実施形態では６０度）となるように形成されている。図６に示すように、集磁部１３は、径方向の厚さが薄い薄板状に形成されている。

図４及び図６に示すように、軸方向において、集磁部１３の入力軸４１側の側部１３ｂには、ヨーク１２１と一定の距離を空けて配置される。軸方向において、集磁部１３の入力軸４１側の側部１３ｂから、ヨーク１２１までの距離を、距離ｄ１とする。

軸方向において、集磁部１３の出力軸４３側の側部１３ｃには、周方向における中心に、突出部１３ａが設けられている。突出部１３ａは、軸方向に沿って出力軸４３側に突出するように設けられている。突出部１３ａとヨーク１２２との間に磁気センサ１４が配置される。

図４に示すように、集磁部１３が、磁気ヨーク１２間に配置された場合、軸方向において当該突出部１３ａの先端からヨーク１２２までの距離を、距離ｄ２とする。集磁部１３の出力軸４３側の側部１３ｃにおいて、突出部１３ａが設けられていない部分からヨーク１２２までの距離を、距離ｄ３とする。軸方向において、突出部１３ａの先端からヨーク１２２までの距離ｄ２は、突出部１３ａが設けられていない部分からヨーク１２２までの距離ｄ３よりも短くなっている。すなわち、軸方向において、集磁部１３から磁気センサ１４の反対側に配置されるヨーク１２２までの距離ｄ２は、集磁部１３とヨーク１２２とが対向する距離ｄ３と比較して、突出部１３ａの長さ分、短くなっている。

また、突出部１３ａの先端からヨーク１２２までの距離ｄ２は、ヨーク１２１とヨーク１２２との間の距離よりも短い。具体的には、図６に示すように、突出部１３ａの先端からヨーク１２２までの距離ｄ２は、軸方向におけるヨーク１２１とヨーク１２２との間の距離ｄ４よりも短い。また、図４に示すように、突出部１３ａの先端からヨーク１２２までの距離ｄ２は、爪部１５１と爪部１５２との間の距離ｄ５よりも短い。

また、図４又は図６に示すように、突出部１３ａの先端からヨーク１２２までの距離ｄ２は、軸方向において、爪部１５１の先端からヨーク１２２までの距離ｄ６（又は爪部１５２の先端からヨーク１２１までの距離）よりも短い。図６に示すように、突出部１３ａの先端からヨーク１２２までの距離ｄ２は、径方向において、爪部１５１，１５２の側面から集磁部１３までの距離ｄ７よりも短い。集磁部１３の入力軸４１側の側面から、ヨーク１２１までの距離ｄ１も同様に、距離ｄ４〜ｄ７よりも短い。なお、集磁部１３の入力軸４１側の側面から、ヨーク１２１までの距離ｄ１は、突出部１３ａの先端からヨーク１２２までの距離ｄ２よりも短い。

以上により、ヨーク１２１からヨーク１２２へ直接磁束が漏れることが少なくなる。例えば、爪部１５１がＮ極と対向している場合、磁束は、磁石１１のＮ極から爪部１５１を介してヨーク１２１に入り、当該ヨーク１２１から集磁部１３へと集められる。そして、集磁部１３に集められた磁束は、その突出部１３ａからヨーク１２２に誘導され、当該ヨーク１２２の爪部１５２から磁石１１のＳ極へ出ることとなる。極性が入れ替わっても同様である。

＜磁気センサ１４＞
集磁部１３と、ヨーク１２２との間には、磁気センサ１４が配置されている。より詳しくは、集磁部１３の突出部１３ａとヨーク１２２との間に磁気センサ１４が配置されている。すなわち、集磁部１３と、ヨーク１２２は、磁気センサ１４を挟んで両側に配置されている。そして、磁気センサ１４は、集磁部１３の突出部１３ａの先端に固定される。例えば、磁気センサ１４は、集磁部１３と共に樹脂モールドされることによって、集磁部１３と一体成形される。より詳しくは、磁気センサ１４は、集磁部１３のヨーク１２２に対して対向する側に、ヨーク１２２と集磁部１３との間における磁束密度を検出可能に固定される。

磁気センサ１４は、検出される磁束密度に応じて電圧信号を出力する。磁気センサ１４しては、例えば、ホール素子、磁気抵抗素子などが使用される。この磁気センサ１４は、軸方向における磁束密度を検出するように配置される。つまり、磁気センサ１４は、突出部１３ａからヨーク１２２に誘導される磁束の磁束密度を検出する。

＜検出方法＞
ここで、磁気センサ１４によるねじれトルクの検出について説明する。まず、入力軸４１と、出力軸４３との間にねじれトルクが印加されていない場合、つまり、トーションバー４２がねじれていない中立位置である場合について説明する。この場合、図５（ｂ）に示すように、爪部１５１，１５２の中心がそれぞれ磁石１１のＮ極とＳ極との境界に一致するように配置されている。

このとき、爪部１５１，１５２は、それぞれＮ極に対向する面積とＳ極に対向する面積が同じとなる。すなわち、爪部１５１，１５２には、磁石１１のＮ極から入る磁束と、Ｓ極へ出る磁束が同じとなる。このため、ヨーク１２１，１２２の内部で、それぞれ磁力線が閉じられている。したがって、ヨーク１２１，１２２の外に、磁束がほとんど漏れることなく、磁気センサ１４により検出される磁束密度は、ゼロ（又は限りなくゼロに近い値）となる。

入力軸４１と、出力軸４３との間にねじれトルクが印加されて、トーションバー４２にねじれ変位が生じると、磁石１１と一対の磁気ヨーク１２との相対位置が周方向に変位する。これにより、図５（ａ）と図５（ｃ）に示すように、磁気ヨーク１２に設けられた爪部１５１，１５２の中心と、磁石１１のＮ極とＳ極との境界が一致しなくなる。このとき、爪部１５１，１５２は、Ｎ極に対向する面積とＳ極に対向する面積がそれぞれ異なることとなる。これにより、ヨーク１２１，１２２において、Ｎ極から入る磁束と、Ｓ極へ出る磁束が等しくならない。

例えば、図５（ａ）に示すように、ヨーク１２１の爪部１５１は、Ｓ極よりもＮ極に対向する面積が大きくなるため、Ｎ極から入る磁束の方が、Ｓ極から出る磁束よりも多くなる。一方、ヨーク１２２の爪部１５２は、Ｎ極よりもＳ極に対向する面積が大きくなるため、Ｎ極から入る磁束の方が、Ｓ極から出る磁束よりも少なくなる。その結果、ヨーク１２１から集磁部１３を介してヨーク１２２に誘導される磁束が多くなり、集磁部１３とヨーク１２２との間において磁気センサ１４により検出される磁束密度が増加する。その際、爪部１５１，１５２に対向するＮ極及びＳ極の面積の差に応じて、検出される磁束密度が増加する。なお、図５（ｃ）の場合も、極性が反対となるだけで同様である。

以上のように、磁石１１に対して磁気ヨーク１２との相対位置が周方向に変位した場合、集磁部１３とヨーク１２２との間には、軸方向において、ねじれ変位に応じた磁束密度が検出される。そして、磁気センサ１４により検出される磁束密度は、トーションバー４２のねじれ変位量に略比例し、かつ、トーションバー４２のねじれ方向に応じて極性が反転する。電圧信号の電圧は、磁束密度、すなわち、ねじれ変位量に応じたものとなる。そして、ねじれトルクは、ねじれ変位量に比例するため、電圧信号の電圧も、ねじれトルクに応じたものとなる。したがって、トルク検出装置１０は、ねじれトルクに応じた電圧信号を出力することが可能となる。

ところで、磁気センサ１４が集磁部１３を通過した磁束の磁束密度を検出することにより、検出される磁束密度が平均化される。すなわち、磁気ヨーク１２の形状等に基づく誤差が少なくなり、ねじれトルクの検出精度を向上させることができる。また、磁気ヨーク１２を通過する磁束を集磁部１３に集中させるため、検出可能な磁束密度を向上させることができる。

しかしながら、集磁部１３は、磁気ヨーク１２とは別部材により構成するため、磁気ヨーク１２との間に隙間（エアギャップ）が形成される。隙間が多いと、磁気回路上の磁気抵抗が多くなる。すなわち、隙間において磁束が漏れやすく、磁気ヨーク１２から集磁部１３へ誘導される磁束が少なくなる。このため、磁気センサ１４が検出可能な磁束密度が低下することとなる。

そこで、ヨーク１２１，１２２間における隙間の数を最小限とすべく、本実施形態において、集磁部１３を、ヨーク１２１及びヨーク１２２とそれぞれ対向するように配置し、磁気センサ１４を、ヨーク１２２と集磁部１３との間に配置した。すなわち、ヨーク１２１及びヨーク１２２が、集磁部１３を挟んで両側に配置されている。これにより、集磁部１３を設けた場合であっても、磁気ヨーク１２間の隙間（エアギャップ）の数を最小限（２つ）にすることが可能となる。なお、第１実施形態では、集磁部１３とヨーク１２２との間に磁気センサ１４が配置されるため、ヨーク１２２が第１ヨークとなり、ヨーク１２１が第２ヨークとなる。

上記構成により、以下の効果を奏する。

集磁部１３は、ヨーク１２１及びヨーク１２２に対してそれぞれ対向するように配置されており、磁気センサ１４は、ヨーク１２２と集磁部１３との間に配置され、ヨーク１２２と集磁部１３との間における磁束密度を検出する。このため、例えば、一対の集磁部間における磁束密度を検出する場合と比較して、磁気ヨーク１２間における隙間（すなわち、磁気回路上の隙間）の数を少なくすることができる。これにより、磁気センサ１４が、検出可能な磁束密度を向上させることができる。

より詳しく説明すると、一対の集磁部間における磁束密度を検出する場合、一方のヨークと一方の集磁部との間、一対の集磁部間、及び他方の集磁部と他方のヨークとの間において、合計３カ所の隙間が形成されることとなる。一方、第１実施形態のように、集磁部１３を、ヨーク１２１及びヨーク１２２に対してそれぞれ対向するように配置する場合、ヨーク１２１と集磁部１３との間、及びヨーク１２２と集磁部１３との間において、合計２カ所の隙間が形成されることとなる。このため、磁気回路上における隙間を少なくすることができ、検出可能な磁束密度を向上させることができる。

集磁部１３とヨーク１２１との間における距離ｄ１、集磁部１３とヨーク１２２との間の距離ｄ２、ｄ３は、いずれもヨーク１２１，１２２間の距離よりも短く構成されている。これにより、ヨーク１２１からヨーク１２２へ直接磁束が漏れることがなくなり、ヨーク１２２と集磁部１３との間において検出可能な磁束密度を向上させることができる。

集磁部１３の突出部１３ａから磁気センサ１４の反対側に配置されるヨーク１２２までの距離ｄ２は、集磁部１３とヨーク１２２とが対向する距離ｄ３と比較して短く構成されている。すなわち、集磁部１３には、ヨーク１２２側へ軸方向に沿って延びる突出部１３ａが形成されており、当該突出部１３ａの先端とヨーク１２２との間に磁気センサ１４が配置されている。このため、磁気センサ１４が配置される間隔に磁束を集中させ、検出可能な磁束密度を向上させることができる。

また、磁束は集磁部１３を通過するため、磁気センサ１４により検出される磁束密度を平均化することができる。さらに、集磁部１３によりヨーク１２１，１２２から磁束が集められるため、磁束密度を向上させることができる。

（第２実施形態）
集磁部１３がヨーク１２１に対して対向する方向と、ヨーク１２２に対して対向する方向とが、同じである場合、集磁部１３とヨーク１２１との間隔と、集磁部１３とヨーク１２２との間隔とは互いに影響を及ぼしあうため、調整することが難しくなる場合がある。つまり、一方を狭くすれば、他方が広くなるため、調整が難しくなる場合がある。例えば、ヨーク１２１及びヨーク１２２が、第１実施形態のように、集磁部１３を挟んで両側に配置される場合（共に軸方向において対向する場合）、一方を狭くすれば、他方が広くなるため、難しくなる場合がある。このため、両方とも適正な間隔となるように集磁部１３を配置する際に手間がかかる。

また、集磁部１３とヨーク１２２との間の距離ｄ２（磁気センサ１４が配置される間隔）は、磁気センサ１４が検出可能な磁束密度を向上させるため、なるべく短くすることが望ましい。その一方で、集磁部１３とヨーク１２１との間の距離ｄ１、及び集磁部１３とヨーク１２２との間の距離ｄ２，ｄ３を、いずれもヨーク１２１，１２２間の距離ｄ４〜ｄ６よりも短くすることが望ましい。このことからも、適正な間隔となるように集磁部１３を配置する際に手間がかかる。

なお、一対の集磁部の間に磁気センサを配置する場合、隙間が形成される箇所が多くなっている（３カ所となっている）ことから、集磁部１３をヨーク１２１及びヨーク１２２に対してそれぞれ対向させる場合と比較して、配置の自由度が高く、調整が比較的容易である。つまり、一対の集磁部の間隔を最短化しても、他の２カ所の隙間において距離を調整することが可能となっている。

そこで、第２実施形態のトルク検出装置１０では、ヨーク１２１，１２２と集磁部１３の形状等を変更した。以下、図７に基づき、詳しく説明する。

＜ヨーク１２１，１２２＞
第２実施形態のヨーク１２１，１２２について説明する。図７に示すように、ヨーク１２１，１２２は、径方向における軸心から外縁までの距離が異なるように設けられている。具体的には、ヨーク１２１の外径は、ヨーク１２２の外径よりも短くなっている。すなわち、径方向において、軸心からヨーク１２１の外縁までの距離は、軸心からヨーク１２２の外縁までの距離よりも短くなっている。このため、ヨーク１２２は、径方向においてヨーク１２１よりも外側に突出しており、ヨーク１２２の外縁付近は、軸方向においてヨーク１２１と重なっていない。

＜集磁部１３＞
集磁部１３は、第１実施形態と同様に、軟磁性体により円弧の中心が出力軸４３と同軸上になるように円弧状に形成され、出力軸４３側に固定される。集磁部１３は、径方向の厚さが薄い薄板状に形成されている。また、周方向において集磁部１３の幅は、軸心から見て、周方向における端部から端部までの角度が所定角度（本実施形態では６０度）となるように形成されている。

そして、図７に示すように、集磁部１３は、径方向において軸心から外縁までの距離が短いヨーク１２１の径方向外側であって、かつ、軸心から外縁までの距離が長いヨーク１２２の外縁よりも内側に配置される。具体的には、集磁部１３は、ヨーク１２１の径方向外側に一定の距離を空けて配置され、ヨーク１２１の外周に沿った円弧状に形成されている。また、集磁部１３は、径方向においてヨーク１２２の外縁と内縁の間であって、ヨーク１２１の径方向外側に配置される。このため、集磁部１３は、ヨーク１２２の外縁部に沿って円弧状に形成されているともいえる。なお、以下では、径方向において、集磁部１３の径方向内側の面から、ヨーク１２１までの距離を、距離ｄ１１とする。

また、集磁部１３は、軸方向において一方の側部（端部）１３ｃがヨーク１２１とヨーク１２２の間に配置され、他方の側部（端部）１３ｂがヨーク１２１よりも外側に配置される。具体的には、軸方向において、集磁部１３の出力軸４３側の側部１３ｃは、ヨーク１２１，１２２の間に配置されている。より詳しくは、集磁部１３の出力軸４３側の側部１３ｃは、ヨーク１２２の入力軸４１側の面から所定の距離ｄ１２だけ離れた位置に配置される。これにより、集磁部１３の出力軸４３側の側部１３ｃは、ヨーク１２２の入力軸４１側の面と軸方向に対向している。なお、集磁部１３の周方向における端から端まで、ヨーク１２２から集磁部１３までの距離は、距離ｄ１２のまま一定に保たれている。

そして、集磁部１３の入力軸４１側の側部１３ｂは、軸方向において、ヨーク１２１よりも入力軸４１側に突出している。これにより、集磁部１３は、径方向内側の面において、ヨーク１２１の外縁部と径方向において対向している。なお、集磁部１３の周方向における端から端まで、ヨーク１２１から集磁部１３までの距離は、距離ｄ１１のまま一定に保たれている。

また、集磁部１３の入力軸４１側の側部１３ｂには、径方向内側（磁石１１側）に突出する第１フランジ部１３１が形成されている。軸方向において、この第１フランジ部１３１は、ヨーク１２１よりも入力軸４１側に配置されており、周方向において集磁部１３の端から端まで設けられている。そして、第１フランジ部１３１は、軸方向においてヨーク１２１の入力軸４１側の面と対向している。以下では、軸方向において、第１フランジ部１３１から、ヨーク１２１までの距離を、距離ｄ１３とする。

軸方向において、集磁部１３の出力軸４３側の側部１３ｃには、径方向外側に突出する第２フランジ部１３２が形成されている。第２フランジ部１３２は、集磁部１３の軸方向における出力軸４３側の先端から、径方向外側に突出するように設けられている。すなわち、軸方向において、集磁部１３の先端と、第２フランジ部１３２の位置は、一致している。

この第２フランジ部１３２は、軸方向において、ヨーク１２２よりも入力軸４１側に配置される（ヨーク１２１とヨーク１２２の間に配置される）。また、第２フランジ部１３２は、周方向において集磁部１３の端から端まで設けられている。そして、第２フランジ部１３２は、軸方向においてヨーク１２２の入力軸４１側の面と対向している。また、集磁部１３の周方向中心において、第２フランジ部１３２とヨーク１２２との間に磁気センサ１４が配置される。磁気センサ１４は、第１実施形態と同様にして集磁部１３とヨーク１２２との間における磁束密度を検出する。

集磁部１３の出力軸４３側の側部１３ｃ（及び第２フランジ部１３２）からヨーク１２２までの距離ｄ１２は、ヨーク１２１とヨーク１２２との間の距離よりも短い。具体的には、第２フランジ部１３２からヨーク１２２までの距離ｄ１２は、距離ｄ４〜ｄ７よりも短い。また、集磁部１３の径方向内側の面から、ヨーク１２１までの径方向における距離ｄ１１も同様に、距離ｄ４〜ｄ７よりも短い。また、軸方向において、第１フランジ部１３１から、ヨーク１２１までの距離ｄ１３も同様に、距離ｄ４〜ｄ７よりも短い。以上により、ヨーク１２１からヨーク１２２へ直接磁束が漏れることが少なくなる。

上記構成により、以下の効果を奏する。

第２実施形態では、集磁部１３がヨーク１２１に対して対向する方向と、集磁部１３がヨーク１２２に対して対向する方向とが、異なるようにした。具体的には、集磁部１３を異なる２方向でヨーク１２１，１２２と対向させるため、径方向においてヨーク１２１よりもヨーク１２２が外側に飛び出るようにヨーク１２１，１２２を構成するとともに、ヨーク１２１，１２２を軸方向に離間するように配置した。

また、径方向において、集磁部１３を、ヨーク１２２の外縁と内縁の間であって、ヨーク１２１の外側に配置した。そして、軸方向において、集磁部１３の出力軸４３側の側部１３ｃを、ヨーク１２１とヨーク１２２の間に位置するように配置するとともに、集磁部１３の入力軸４１側の側部１３ｂを、ヨーク１２１よりも入力軸４１側に突出するように構成した。

そして、集磁部１３を、軸方向においてヨーク１２２と対向させるとともに、径方向においてヨーク１２１と対向させるようにした。より詳しくは、集磁部１３の出力軸４３の側部１３ｃ（すなわち、第２フランジ部１３２）を、ヨーク１２２の入力軸４１側の面と軸方向において対向させるようにした。また、集磁部１３の径方向内側の面を、ヨーク１２１の外縁と径方向において対向させるようにした。

これにより、軸方向における集磁部１３とヨーク１２２との間隔を調整しても、径方向における集磁部１３とヨーク１２１との間隔に影響を与えることがない。つまり、集磁部１３とヨーク１２２の間隔を調整するために、軸方向に集磁部１３を移動させても、集磁部１３とヨーク１２１との間隔は変わらない。また、集磁部１３とヨーク１２１の間隔を調整するために、径方向に集磁部１３を移動させても、集磁部１３とヨーク１２２との間隔は変わらない。

このため、一方の磁気ヨーク１２と集磁部１３との間隔を適正に調整しても、対向する方向が異なるため、他方の磁気ヨーク１２と集磁部１３との間隔を適正に調整することが容易となる。また、一方向において対向させる場合と比較して、２方向から対向させるため、集磁部１３の位置決めを行いやすい。

また、径方向において、ヨーク１２１，１２２の外縁の位置を異ならせ、集磁部１３を、径方向においてヨーク１２１の外側であって、ヨーク１２２の外縁と内縁の間に配置した。これにより、磁気ヨーク１２の入力軸４１側から軸方向に集磁部１３を移動させることにより、または、径方向外側から径方向に移動させることにより、集磁部１３を配置することができる。また、軸方向及び径方向に対して斜めとなる方向から、移動させることも可能となる。このように、集磁部１３を磁気ヨーク１２に配置する際の移動方向が一方向に固定されることがなくなり、集磁部１３を組み立てる際、容易となる。

集磁部１３は、ヨーク１２１に対して複数の対向箇所で対向するように構成されており、当該複数の対向箇所は、ヨーク１２１に対して異なる２方向（軸方向及び径方向）において対向する。すなわち、集磁部１３は、径方向内側の面にてヨーク１２１の外縁と径方向に対向し、第１フランジ部１３１によりヨーク１２１と軸方向に対向する。このため、いずれか一方の方向においてヨーク１２１と集磁部１３との間隔が長くなってしまったとしても、他の方向におけるヨーク１２１と集磁部１３との間隔が短ければ、ヨーク１２１から磁束を集めることが可能となる。例えば、集磁部１３を径方向に移動させても、第１フランジ部１３１を介してヨーク１２１から磁束を集めることができる。このため、集磁部１３の位置決めが容易となる。

また、集磁部１３に、径方向外側に突出する第２フランジ部１３２を設けた。これにより、径方向において、ヨーク１２２と対向させる可能な面積を大きくし、集磁部１３の位置調整を容易に行うことができる。また、第２フランジ部１３２を設けることにより、集磁部１３の径方向の厚さを薄くすることができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

・上記実施形態において、ヨーク１２１，１２２から集磁部１３へ延びる延出部をそれぞれ備えてもよい。例えば、図８に示すように、延出部１６１，１６２は、ヨーク１２１，１２２の外縁から、軸方向において他方のヨーク１２１，１２２側に向かって延びるように形成されている。この延出部１６１，１６２は、ヨーク１２１，１２２の全周に亘って設けられていてもよいし、集磁部１３が配置される部分だけ設けられていてもよい。そして、集磁部１３は、延出部１６１，１６２の間に配置されればよい。なお、磁気センサ１４は、集磁部１３と延出部１６１，１６２の間に配置されていればよい。なお、図８では、集磁部１３と延出部１６２の間に磁気センサ１４を配置している。

・上記第１実施形態において、突出部１３ａをなくしてもよい。

・上記実施形態において、磁気センサ１４をヨーク１２１との間に配置してもよい。例えば、第１実施形態において、磁気センサ１４をヨーク１２１との間に配置し、磁気センサ１４に軸方向における磁束密度を検出させてもよい。この場合、ヨーク１２１が、第１ヨークに相当し、ヨーク１２２が、第２ヨークに相当することとなる。

また、第２実施形態において、磁気センサ１４を、集磁部１３の径方向内側の面と、ヨーク１２１の外縁の間に配置し、径方向における磁束密度を検出させてもよい。この場合、図９に示すように、第１フランジ部１３１を省いてもよい。また、第２フランジ部１３２の径方向外側端部から、軸方向において出力軸４３側に突出する第３フランジ部１３３を設けてもよい。この第３フランジ部１３３は、ヨーク１２２の外縁よりも径方向外側に配置され、ヨーク１２２と径方向において対向する。また、第３フランジ部１３３は、周方向において集磁部１３の端部から端部まで設けられている。これにより、ヨーク１２２に対して、集磁部１３は、異なる２方向（軸方向及び径方向）から対向することとなる。

・上記第２実施形態において、図１０に示すように、第１フランジ部１３１及び第２フランジ部１３２を省いてもよい。この場合、集磁部１３の径方向の厚さを、磁気センサ１４の径方向の長さに応じた厚さにすることが望ましい。図１０では、集磁部１３の径方向の厚さと、磁気センサ１４の径方向の長さを同じにしている。なお、磁気センサ１４を、集磁部１３の径方向内側の面とヨーク１２１の外縁との間に配置し、径方向の磁束密度を磁気センサ１４に検出させてもよい。

・上記第２実施形態において、図１１に示すように、第１フランジ部１３１を省いてもよい。なお、磁気センサ１４を、集磁部１３の径方向内側の面とヨーク１２１の外縁との間に配置し、径方向の磁束密度を磁気センサ１４に検出させてもよい。

・上記実施形態において、ヨーク１２１，１２２と対向するのであれば、集磁部１３の形状を任意に変更してもよい。例えば、径方向内側又は外側に窪みを設けてもよい。図１２では、径方向内側（磁石１１側）に窪みを設けた集磁部１３を図示している。また、集磁部１３を、リング状に形成してもよし、平板状に形成してもよい。

・上記実施形態において、集磁部１３は、図１３に示すように、ヨーク１２２側に設けてもよい。

・上記実施形態において、集磁部１３の形状を任意に変更してもよい。例えば、図１４（ａ）に示すように、周方向における集磁部１３の幅を任意に変更してもよい。図１４（ａ）では、周方向における集磁部１３の幅を、磁気センサ１４の幅に合わせている。また、図１４（ｂ）に示すように、集磁部１３の周方向端部から磁気センサ１４と対向する部分に向かって傾斜するような形状にしてもよい。つまり、集磁部１３の周方向端部から磁気センサ１４と対向する部分に近づくにつれて、集磁部１３とヨーク１２１間の距離が徐々に短くなるように集磁部１３を形成してもよい。なお、集磁部１３は、周方向において左右対象に形成されていることが望ましい。

１０…トルク検出装置、１１…磁石、１３…集磁部、１４…磁気センサ、４１…入力軸、４２…トーションバー、４３…出力軸、１２１，１２２…ヨーク。

Claims (7)

1. 第１軸（４１）と第２軸（４３）とを同軸上に連結する弾性部材（４２）のねじれ変位に基づき、前記第１軸と前記第２軸との間のねじれトルクを検出するトルク検出装置（１０）において、
   前記第１軸に固定される磁石（１１）と、
   前記第２軸に固定され、前記磁石に対して回動可能に配置される第１ヨーク（１２１，１２２）と、
   前記第２軸に固定され、前記磁石に対して前記第１ヨークと共に回動可能に配置される第２ヨーク（１２１，１２２）と、
   磁束を集める集磁部（１３）と、
   磁束密度を検出する磁気センサ（１４）と、を備え、
   前記集磁部は、前記第１ヨーク及び前記第２ヨークに対してそれぞれ対向するように配置されており、
   前記磁気センサは、前記第１ヨーク及び前記第２ヨークのうち前記第１ヨークと前記集磁部との間に配置され、当該第１ヨークと前記集磁部との間における磁束密度を検出するように構成されており、
   前記第１ヨークと前記第２ヨークは、軸方向において離間して配置され、かつ、径方向における軸心から外縁までの距離が異なるように設けられており、
   前記集磁部は、
   径方向において、軸心から外縁までの距離が短いヨークの径方向外側であって、かつ、軸心から外縁までの距離が長いヨークの外縁よりも内側に配置されるとともに、
   軸方向において、一方の端部が前記第１ヨークと前記第２ヨークの間に配置され、他方の端部がいずれか一方のヨークよりも外側に配置されるトルク検出装置。
2. 前記集磁部と前記第１ヨークとの間の距離、及び前記集磁部と前記第２ヨークとの間の距離は、いずれも前記第１ヨークと前記第２ヨークとの間の距離よりも短い請求項１に記載のトルク検出装置。
3. 前記第１ヨーク及び前記第２ヨークが、前記集磁部を挟んで両側に配置される請求項１又は２に記載のトルク検出装置。
4. 前記集磁部が前記第１ヨークに対して対向する方向と、前記集磁部が第２ヨークに対して対向する方向とが、異なる請求項１又は２に記載のトルク検出装置。
5. 前記集磁部は、複数の対向箇所で前記第２ヨークと対向するように構成されており、当該複数の対向箇所は、前記第２ヨークに対して異なる方向から対向する請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のトルク検出装置。
6. 前記集磁部から前記磁気センサの反対側に配置される第１ヨークまでの距離は、前記集磁部と前記第１ヨークとが対向する距離と比較して、短い請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のトルク検出装置。
7. 前記集磁部と前記磁気センサは一体成形されており、
   前記磁気センサは、前記集磁部の前記第１ヨークに対して対向する側に、前記第１ヨークと前記集磁部との間における磁束密度を検出可能に固定される請求項１〜６のうちいずれか１項に記載のトルク検出装置。

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