特許 5852485 トルクセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5852485

(24)【登録日】2015年12月11日

(45)【発行日】2016年2月3日

(54)【発明の名称】トルクセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/10 20060101AFI20160114BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20160114BHJP

【ＦＩ】

   G01L3/10 305

   B62D5/04

【請求項の数】4

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-65765(P2012-65765)

(22)【出願日】2012年3月22日

(65)【公開番号】特開2013-195362(P2013-195362A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2014年11月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】ＫＹＢ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075513

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 政喜

(74)【代理人】

【識別番号】100120260

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅昭

(74)【代理人】

【識別番号】100137604

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 淳

(72)【発明者】

【氏名】前原 秀雄

(72)【発明者】

【氏名】山田 亮太

(72)【発明者】

【氏名】堤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】林 貴幸

【審査官】 公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３０９４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−０４８７１４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００８−２０３１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１６２５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０９００５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ３／１０

Ｇ０１Ｂ ７／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジング内に回転自在に支持された第１シャフトと第２シャフトとを連結するトーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサであって、
前記第１シャフトと共に回転する磁気発生部と、
前記第２シャフトと共に回転する回転磁気回路部と、
前記ハウジングに固定された固定磁気回路部と、
前記トーションバーのねじれ変形に伴って前記磁気発生部から前記回転磁気回路部を通じて前記固定磁気回路部に導かれる磁束密度を検出する磁気検出器と、
前記回転磁気回路部と前記磁気検出器の間に配置され、前記磁気検出器を磁気的に遮蔽する遮蔽板と、を備え、
前記回転磁気回路部は、前記トーションバーのねじれ変形に伴って前記磁気発生部から発生する磁束が導かれる第１軟磁性リング及び第２軟磁性リングを備え、
前記固定磁気回路部は、前記第１軟磁性リング及び前記第２軟磁性リングのそれぞれの外周に沿って設けられた第１集磁リング及び第２集磁リングを備え、
前記遮蔽板は、前記第１集磁リングと前記第２集磁リングの間に両者と所定の隙間を空けて配置され、前記第１集磁リングと前記第２集磁リングの間で前記回転磁気回路部での漏れ磁束を誘導するように配置され、
前記遮蔽板は、前記第１軟磁性リング及び前記第２軟磁性リングの径方向外側に配置されることを特徴とするトルクセンサ。

【請求項2】

前記遮蔽板は、前記第１集磁リング及び前記第２集磁リングと同一の曲率半径を有することを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。

【請求項3】

前記遮蔽板は、前記第１集磁リング及び前記第２集磁リングと同一の厚さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクセンサ。

【請求項4】

ハウジング内に回転自在に支持された第１シャフトと第２シャフトとを連結するトーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサであって、
前記第１シャフトと共に回転する磁気発生部と、
前記第２シャフトと共に回転する回転磁気回路部と、
前記ハウジングに固定された固定磁気回路部と、
前記トーションバーのねじれ変形に伴って前記磁気発生部から前記回転磁気回路部を通じて前記固定磁気回路部に導かれる磁束密度を検出する磁気検出器と、
前記回転磁気回路部と前記磁気検出器の間に配置され、前記磁気検出器を磁気的に遮蔽する遮蔽板と、を備え、
前記回転磁気回路部は、前記トーションバーのねじれ変形に伴って前記磁気発生部から発生する磁束が導かれる第１軟磁性リング及び第２軟磁性リングを備え、
前記固定磁気回路部は、
前記第１軟磁性リング及び前記第２軟磁性リングのそれぞれの外周に沿って設けられた第１集磁リング及び第２集磁リングと、
前記第１集磁リング及び前記第２集磁リングのそれぞれに接続され、前記磁気検出器が設置される磁気ギャップをもって対向して配置された第１集磁ヨーク及び第２集磁ヨークと、を備え、
前記遮蔽板は、前記第１集磁リングと前記第２集磁リングの間で前記回転磁気回路部での漏れ磁束を誘導するように配置され、
前記第１集磁リング及び前記第２集磁リングのそれぞれは、その一部が延長して形成された第１延長部及び第２延長部を有し、
前記遮蔽板は、所定の隙間を空けて対向して配置された前記第１延長部と前記第２延長部からなることを特徴とするトルクセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

車両のステアリング装置に設けられるトルクセンサとして、ステアリングシャフトに作用する操舵トルクを磁力によって検出する非接触タイプのものが知られている。

【0003】

特許文献１には、入力シャフトに固定される磁気発生部と、出力シャフトに固定される回転磁気回路部と、ハウジングに固定される固定磁気回路部と、固定磁気回路部に導かれる磁束密度を検出する磁気センサと、を備えるトルクセンサが開示されている。

【0004】

入力シャフトと出力シャフトを連結するトーションバーにトルクが作用してトーションバーがねじれ変形すると、磁気発生部と回転磁気回路部との回転方向の相対位置が変化する。これに伴い磁気発生部から回転磁気回路部を通じて固定磁気回路部に導かれる磁束密度が変化する。磁気センサは磁束密度に応じた信号を出力する。トーションバーに作用するトルクは、磁気センサから出力された信号に基づいて検出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−２４４２０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

図１４を参照して、トーションバーのねじれ変形に伴う磁束の経路について説明する。回転磁気回路部と固定磁気回路部の間における磁束の経路は、図１４中直線の矢印にて示すように、磁気発生部の永久磁石９１のＮ極から回転磁気回路部の第１軟磁性リング９２、固定磁気回路部の第１集磁リング（図示省略）、第１集磁ヨーク９３、第２集磁ヨーク９４、第２集磁リング（図示省略）、回転磁気回路部の第２軟磁性リング９５を経由して永久磁石９１のＳ極に向かう経路である。磁気センサ９６は、第１集磁ヨーク９３と第２集磁ヨーク９４の間に配置される。

【0007】

ここで、回転磁気回路部には、図１４中曲線の矢印にて示すように、第１軟磁性リング９２と第２軟磁性リング９５の間に漏れ磁束が存在する。装置の小型化を目的として磁気センサ９６を入出力シャフトに近づけると、磁気センサ９６が回転磁気回路部の漏れ磁束に曝され、漏れ磁束の影響を受けてしまうため、トルクセンサに検出誤差が発生する。

【0008】

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、トルクセンサの検出精度を高めることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、ハウジング内に回転自在に支持された第１シャフトと第２シャフトとを連結するトーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサであって、前記第１シャフトと共に回転する磁気発生部と、前記第２シャフトと共に回転する回転磁気回路部と、
前記ハウジングに固定された固定磁気回路部と、前記トーションバーのねじれ変形に伴って前記磁気発生部から前記回転磁気回路部を通じて前記固定磁気回路部に導かれる磁束密度を検出する磁気検出器と、前記回転磁気回路部と前記磁気検出器の間に配置され、前記磁気検出器を磁気的に遮蔽する遮蔽板と、を備え、前記回転磁気回路部は、前記トーションバーのねじれ変形に伴って前記磁気発生部から発生する磁束が導かれる第１軟磁性リング及び第２軟磁性リングを備え、前記固定磁気回路部は、前記第１軟磁性リング及び前記第２軟磁性リングのそれぞれの外周に沿って設けられた第１集磁リング及び第２集磁リングを備え、前記遮蔽板は、前記第１集磁リングと前記第２集磁リングの間に両者と所定の隙間を空けて配置され、前記第１集磁リングと前記第２集磁リングの間で前記回転磁気回路部での漏れ磁束を誘導するように配置され、前記遮蔽板は、前記第１軟磁性リング及び前記第２軟磁性リングの径方向外側に配置されることを特徴とする。
また、本発明は、ハウジング内に回転自在に支持された第１シャフトと第２シャフトとを連結するトーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサであって、前記第１シャフトと共に回転する磁気発生部と、前記第２シャフトと共に回転する回転磁気回路部と、前記ハウジングに固定された固定磁気回路部と、前記トーションバーのねじれ変形に伴って前記磁気発生部から前記回転磁気回路部を通じて前記固定磁気回路部に導かれる磁束密度を検出する磁気検出器と、前記回転磁気回路部と前記磁気検出器の間に配置され、前記磁気検出器を磁気的に遮蔽する遮蔽板と、を備え、前記回転磁気回路部は、前記トーションバーのねじれ変形に伴って前記磁気発生部から発生する磁束が導かれる第１軟磁性リング及び第２軟磁性リングを備え、前記固定磁気回路部は、前記第１軟磁性リング及び前記第２軟磁性リングのそれぞれの外周に沿って設けられた第１集磁リング及び第２集磁リングと、前記第１集磁リング及び前記第２集磁リングのそれぞれに接続され、前記磁気検出器が設置される磁気ギャップをもって対向して配置された第１集磁ヨーク及び第２集磁ヨークと、を備え、前記遮蔽板は、前記第１集磁リングと前記第２集磁リングの間で前記回転磁気回路部での漏れ磁束を誘導するように配置され、前記第１集磁リング及び前記第２集磁リングのそれぞれは、その一部が延長して形成された第１延長部及び第２延長部を有し、前記遮蔽板は、所定の隙間を空けて対向して配置された前記第１延長部と前記第２延長部からなることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、回転磁気回路部での漏れ磁束が遮蔽板に誘導されて磁気検出器に到達し難くなるため、トルクセンサの検出精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１実施形態に係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縦断面図である。

【図2】図１の部分拡大図である。

【図3】磁気発生部の底面図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係るトルクセンサの斜視図であり、ハウジングを取り除いた状態の図である。

【図5】回転磁気回路部の斜視図である。

【図6】ハウジングの斜視図である。

【図7】集磁リングの斜視図である。

【図8】磁束の経路を示す図であり、実線矢印が正規の磁束の経路を示し、点線矢印が漏れ磁束の経路を示す。

【図9】漏れ磁束の影響によるトルクセンサの検出誤差を示すグラフ図である。

【図10】本発明の第２実施形態に係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部分縦断面図である。

【図11】本発明の第２実施形態に係るトルクセンサの斜視図であり、ハウジングを取り除いた状態の図である。

【図12】ハウジングの斜視図である。

【図13】集磁リングの斜視図である。

【図14】正規の磁束の経路及び漏れ磁束の経路を示す図であり、直線の矢印が正規の磁束の経路を示し、曲線の矢印が漏れ磁束の経路を示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

【0013】

＜第１実施形態＞
図１〜図９を参照して、本発明の第１実施形態に係るトルクセンサ１００について説明する。

【0014】

まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るトルクセンサ１００が適用される電動パワーステアリング装置１について説明する。

【0015】

電動パワーステアリング装置１は、ステアリングシャフト１０と出力シャフト１２とがステアリングホイールに連係して回転し、出力シャフト１２の下端に設けられたピニオンと噛合するラック軸を軸方向に移動させることで車輪を操舵するものである。

【0016】

また、電動パワーステアリング装置１は、操舵トルクを補助的に付与するアシスト機構として、出力シャフト１２に連結されたウォームホイールと、ウォームホイールと噛合するウォームと、ウォームを回転駆動する電動モータと、を備える。電動パワーステアリング装置１は、電動モータによって出力シャフト１２に操舵補助トルクを付与する。

【0017】

ステアリングシャフト１０は、第１シャフトとしての入力シャフト１１と、入力シャフト１１に連結されたトーションバー２１と、から構成されている。入力シャフト１１は、転がり軸受３７を介してハウジング３０に回転自在に支持される。第２シャフトとしての出力シャフト１２は、転がり軸受３８を介してハウジング４９に回転自在に支持される。入力シャフト１１の下端側と出力シャフト１２の上端側との間には、滑り軸受３９が介装される。入力シャフト１１と出力シャフト１２は、同一軸上で回転自在にハウジング３０，４９に支持される。

【0018】

入力シャフト１１は円筒状に形成されており、入力シャフト１１の内部にはトーションバー２１が同軸に収められる。トーションバー２１の上端部は、ピン２８を介して入力シャフト１１の上端部に連結される。トーションバー２１の下端部は、入力シャフト１１の下端開口部より突出しており、セレーション２９を介して出力シャフト１２に連結される。トーションバー２１は、ステアリングホイールを介して入力シャフト１１に入力される操舵トルクを出力シャフト１２に伝達し、その操舵トルクに応じて回転軸Ｏを中心にねじれ変形する。

【0019】

電動パワーステアリング装置１には、入力シャフト１１と出力シャフト１２とを連結するトーションバー２１に作用する操舵トルクを検出する非接触式のトルクセンサ１００が設けられる。以下では、トルクセンサ１００について説明する。

【0020】

トルクセンサ１００は、入力シャフト１１に固定され入力シャフト１１と共に回転する磁気発生部２２と、出力シャフト１２に固定され出力シャフト１２と共に回転する回転磁気回路部２５と、ハウジング３０に固定された固定磁気回路部３１と、トーションバー２１のねじれ変形に伴って磁気発生部２２から回転磁気回路部２５を通じて固定磁気回路部３１に導かれる磁束密度を検出する磁気検出器としての磁気センサ４８と、を備える。トルクセンサ１００は、トーションバー２１に作用する操舵トルクを磁気センサ４８の出力に基づいて検出する。

【0021】

上記構成に代え、磁気発生部２２を出力シャフト１２と共に回転するように出力シャフト１２に固定し、回転磁気回路部２５を入力シャフト１１と共に回転するように入力シャフト１１に固定するようにしてもよい。

【0022】

図１〜図３に示すように、磁気発生部２２は、入力シャフト１１に圧入される環状のバックヨーク２４と、バックヨーク２４の下端面に結合される環状のリング磁石２３と、を備える。

【0023】

リング磁石２３は、入力シャフト１１の回転軸Ｏ方向に磁気を発生する環状の永久磁石である。リング磁石２３は、回転軸Ｏ方向へ向けて硬磁性体を着磁することによって形成される多極磁石であり、周方向に等しい幅で形成される１２個の磁極を有する。つまり、リング磁石２３の上端面及び下端面には、６個のＮ極と６個のＳ極が周方向に交互に配設される。リング磁石２３の端面に形成される磁極数は、２個以上の範囲で任意に設定される。

【0024】

バックヨーク２４は、その下端面にリング磁石２３の上端面である上部磁極面が接着剤を介して固定される。また、バックヨーク２４は軟磁性体によって形成されるため、リング磁石２３が及ぼす磁界によって磁化され、リング磁石２３に吸着する。このように、リング磁石２３とバックヨーク２４は、接着剤の接着力と磁力とによって結合される。バックヨーク２４は、リング磁石２３を入力シャフト１１に連結する連結部材としての機能と、リング磁石２３の隣り合う磁極を結んで磁束を導く継鉄としての機能とを有し、リング磁石２３の下端面である下部磁極面に磁力を集中させる。

【0025】

図１，図２，図４，及び図５に示すように、回転磁気回路部２５は、磁気発生部２２のリング磁石２３から発生する磁束が導かれる第１軟磁性リング２６及び第２軟磁性リング２７と、出力シャフト１２に取り付けられる取付部材７０と、取付部材７０に第１軟磁性リング２６及び第２軟磁性リング２７を固定するモールド樹脂７１と、を備える。

【0026】

第１軟磁性リング２６は、環状の第１磁路環部２６Ｃと、第１磁路環部２６Ｃから下向きに突出する６個の第１磁路柱部２６Ｂと、各第１磁路柱部２６Ｂの下端からそれぞれ内向きに屈折してリング磁石２３の下端面に対峙する第１磁路先端部２６Ａと、からなる。第２軟磁性リング２７は、環状の第２磁路環部２７Ｃと、第２磁路環部２７Ｃから上向きに突出する６個の第２磁路柱部２７Ｂと、各第２磁路柱部２７Ｂの上端からそれぞれ内向きに屈折してリング磁石２３の下端面に対峙する第２磁路先端部２７Ａと、からなる。

【0027】

第１軟磁性リング２６及び第２軟磁性リング２７は、それぞれプレス加工によって形成される。第１軟磁性リング２６及び第２軟磁性リング２７は、プレス加工に限らず、鋳造、焼結等によって形成してもよい。

【0028】

第１磁路先端部２６Ａ及び第２磁路先端部２７Ａは平板状に形成される。第１磁路先端部２６Ａと第２磁路先端部２７Ａは、トーションバー２１の回転軸Ｏと直交する同一平面上に、回転軸Ｏを中心として周方向に交互に等間隔を空けて配置される。

【0029】

また、第１磁路先端部２６Ａと第２磁路先端部２７Ａは、トーションバー２１にトルクが作用していない中立状態で、トーションバー２１の径方向に延びるそれぞれの中心線がリング磁石２３のＮ極とＳ極の境界を指すように配置される。

【0030】

第１磁路柱部２６Ｂと第２磁路柱部２７Ｂは、それぞれ平板状に形成され、回転軸Ｏ方向に延設される。第１磁路柱部２６Ｂは、所定の間隙を空けてリング磁石２３の外周面を囲むように配置される。第１磁路柱部２６Ｂは、リング磁石２３の磁束を短絡しないように設けられる。また、第２磁路柱部２７Ｂは、回転軸Ｏに沿って第１磁路柱部２６Ｂと反対方向に延設される。

【0031】

第１磁路環部２６Ｃ及び第２磁路環部２７Ｃは、回転軸Ｏと直交する平面上に配置され、全周がつながった環状に形成される。第１磁路環部２６Ｃ及び第２磁路環部２７Ｃは、この形状に限られず、部分的にスリットが形成されたＣ字形状であってもよい。

【0032】

第１磁路環部２６Ｃはリング磁石２３の下端面より上方に配置され、第２磁路環部２７Ｃはリング磁石２３より下方に配置される。つまり、リング磁石２３は、回転軸Ｏ方向について第１磁路環部２６Ｃと第２磁路環部２７Ｃの間に配置される。

【0033】

図１，図２，図４，図６，及び図７に示すように、固定磁気回路部３１は、第１軟磁性リング２６の第１磁路環部２６Ｃの外周に沿って設けられた第１集磁リング３２と、第２軟磁性リング２７の第２磁路環部２７Ｃの外周に沿って設けられた第２集磁リング３３と、第１集磁リング３２に接続された第１集磁ヨーク３４と、第２集磁リング３３に接続された第２集磁ヨーク３５と、を備える。

【0034】

第１集磁リング３２及び第２集磁リング３３は、部分的にスリットが形成されたＣ字形状であり、ハウジング３０の内周面にかしめ固定される。第１集磁リング３２の内周面は第１軟磁性リング２６の第１磁路環部２６Ｃに対峙し、第２集磁リング３３の内周面は第２軟磁性リング２７の第２磁路環部２７Ｃに対峙する。

【0035】

このように、第１集磁リング３２及び第２集磁リング３３は、回転磁気回路部２５の外周に配置され、回転磁気回路部２５の回転振れや偏心の影響を緩和して磁気センサ４８側へ磁束を導く機能を有する。

【0036】

第１集磁ヨーク３４は第１集磁リング３２の外周面に当接する円弧状の内周面３４ａを有するブロック状に形成され、第２集磁ヨーク３５は第２集磁リング３３の外周面に当接する円弧状の内周面３５ａを有するブロック形状に形成される。

【0037】

第１集磁ヨーク３４には一対の集磁凸部３４ｂが回転軸Ｏ方向に延設され、第２集磁ヨーク３５にも一対の集磁凸部３５ｂが回転軸Ｏ方向に延設される。第１集磁ヨーク３４の一対の集磁凸部３４ｂと第２集磁ヨーク３５の一対の集磁凸部３５ｂは、所定の隙間である磁気ギャップをもって互いに対向する。つまり、第１集磁ヨーク３４と第２集磁ヨーク３５との間には、周方向に並ぶ一対の磁気ギャップが形成される。それぞれの磁気ギャップ内には磁気センサ４８が設置される。

【0038】

第１集磁ヨーク３４及び第２集磁ヨーク３５は、回転磁気回路部２５からの磁束を第１集磁リング３２及び第２集磁リング３３を介して磁気センサ４８へ集める機能を有する。

【0039】

第１集磁ヨーク３４、第２集磁ヨーク３５、磁気センサ４８、及び基板４７は、モールド樹脂を介してセンサホルダ４０に固定される。樹脂製のセンサホルダ４０は、円筒部４０ａがハウジング３０の開口部３０ａに嵌挿されると共に、ボルトを介して金属製のハウジング３０に取り付けられる。

【0040】

磁気を検出するための磁気センサ４８にはホール素子が用いられる。ホール素子は、これを通過する磁束密度に応じた電圧を信号として出力するものである。磁気センサ４８は、磁気ギャップの磁場の大きさ及び方向に応じた電圧を、基板４７及び端子４４を通じて出力する。端子４４は、センサホルダ４０に接続される配線を介してコントローラに接続される。磁気センサ４８には、ホール素子の信号を増幅する回路、温度補償を行う回路、及びノイズフィルタの回路等を備えるものを用いてもよい。

【0041】

磁気センサ４８は、第１集磁ヨーク３４と第２集磁ヨーク３５の間に形成された周方向に並ぶ一対の磁気ギャップに対応して一対設けられ、一方がメイン系統、他方がサブ系統となる。電動パワーステアリング装置１の電動モータの制御には、メイン系統の磁気センサ４８から出力される出力電圧が用いられる。サブ系統の磁気センサ４８から出力される出力電圧は、コントローラにてトルクセンサ１００の異常を診断するために用いられる。具体的には、コントローラは、メイン系統にて検出された操舵トルクとサブ系統にて検出された操舵トルクとを比較し、その差が予め定められた許容差以上であると判断した場合には、トルクセンサ１００に異常が発生していると判定する。

【0042】

次に、トルクセンサ１００によるトーションバー２１に作用する操舵トルクの検出方法について説明する。

【0043】

トーションバー２１にトルクが作用しない中立状態では、第１軟磁性リング２６の第１磁路先端部２６Ａと第２軟磁性リング２７の第２磁路先端部２７Ａとは、それぞれリング磁石２３のＮ極及びＳ極に同一の面積で対峙して両者を磁気短絡する。そのため、磁束は回転磁気回路部２５と固定磁気回路部３１に導かれない。

【0044】

運転者によるステアリングホイールの操作によってトーションバー２１に特定の方向のトルクが作用した場合には、このトルクの方向に応じてトーションバー２１はねじれ変形する。トーションバー２１がねじれ変形すると、第１磁路先端部２６ＡがＳ極よりＮ極に大きな面積を持って対峙する一方、第２磁路先端部２７ＡがＮ極よりＳ極に大きな面積を持って対峙する。リング磁石２３からの磁束は回転磁気回路部２５を通じて固定磁気回路部３１に導かれる。具体的には、Ｎ極から第１軟磁性リング２６、第１集磁リング３２、第１集磁ヨーク３４、第２集磁ヨーク３５、第２集磁リング３３、第２軟磁性リング２７を経由してＳ極に向かう経路である。第１集磁ヨーク３４と第２集磁ヨーク３５の間の磁気ギャップに設置された磁気センサ４８は、磁束の大きさ及び方向に応じた信号を出力する。

【0045】

一方、運転者によるステアリングホイールの操作によってトーションバー２１に上記とは逆方向のトルクが作用した場合には、このトルクの方向に応じてトーションバー２１が逆方向にねじれ変形する。トーションバー２１がねじれ変形すると、第１磁路先端部２６ＡがＮ極よりＳ極に大きな面積を持って対峙する一方、第２磁路先端部２７ＡがＳ極よりＮ極に大きな面積を持って対峙する。リング磁石２３からの磁束は、回転磁気回路部２５を通じて固定磁気回路部３１に導かれるが、上記とは逆の経路となる。具体的には、Ｎ極から第２軟磁性リング２７、第２集磁リング３３、第２集磁ヨーク３５、第１集磁ヨーク３４、第１集磁リング３２、第１軟磁性リング２６を経由してＳ極に向かう経路である。第１集磁ヨーク３４と第２集磁ヨーク３５の間の磁気ギャップに設置された磁気センサ４８は、磁束の大きさ及び方向に応じた信号を出力する。

【0046】

第１磁路先端部２６Ａがリング磁石２３のＮ極とＳ極に対峙する面積差、及び第２磁路先端部２７Ａがリング磁石２３のＮ極とＳ極に対峙する面積差が大きいほど磁気ギャップに誘導される磁束が大きくなり、磁気センサ４８の出力信号も増大する。したがって、リング磁石２３の磁極数を増やすことにより、磁気センサ４８に導かれる磁束密度を高めることができる。

【0047】

ここで、図８，図９，及び図１４を参照して、回転磁気回路部２５内の漏れ磁束について説明する。

【0048】

図８は、トーションバー２１がねじれ変形して、第１軟磁性リング２６の第１磁路先端部２６ＡがＳ極よりＮ極に大きな面積を持って対峙し、第２軟磁性リング２７の第２磁路先端部２７ＡがＮ極よりＳ極に大きな面積を持って対峙した場合の磁束の経路を示す図であり、実線矢印が正規の磁束の経路を示し、点線矢印が漏れ磁束の経路を示す。

【0049】

漏れ磁束は、第１軟磁性リング２６から磁気センサ４８をバイパスして第２軟磁性リング２７へ導かれる。このように、正規の磁束の経路とは別に、回転磁気回路部２５内に、第１軟磁性リング２６と第２軟磁性リング２７を短絡する漏れ磁束の経路（図１４中曲線の矢印で示す経路）が存在する。漏れ磁束の経路は、リング磁石２３のＮ極から第１軟磁性リング２６及び第２軟磁性リング２７を通じてＳ極に向かうため、磁極の数の分だけ存在する。本実施形態では、リング磁石２３はＮ極とＳ極を６対有するため、第１軟磁性リング２６と第２軟磁性リング２７を短絡する磁束の経路は６つ存在することになる。

【0050】

図９は、漏れ磁束の影響によるトルクセンサ１００の検出誤差を示すグラフ図である。図９の横軸は入力シャフト１１の回転角度であり、縦軸はトルクセンサ１００が検出した操舵トルク（検出トルク）である。また、図９中実線はメイン系統の検出トルクであり、点線はサブ系統の検出トルクである。

【0051】

図９は、トーションバー２１に作用する操舵トルクが一定となるように入力シャフト１１を１回転させた場合のトルクセンサ１００の検出トルクを示すものである。トーションバー２１に作用する操舵トルクが一定であるため、本来ならトルクセンサ１００の検出トルクは一定でなければならない。しかし、トルクセンサ１００の検出トルクは、図９に示すように、６０°周期で変化している。これは、第１軟磁性リング２６と第２軟磁性リング２７を短絡する漏れ磁束の経路が上述のように６つ存在し、その６つの漏れ磁束が入力シャフト１１の回転に伴って濃淡となって検出されたためである。このように、トルクセンサ１００は、入力シャフト１１の回転角度に依存する漏れ磁束の変化、つまりトーションバー１４のねじれ変形とは関係のない漏れ磁束の変化も検出してしまう。

【0052】

磁気センサ４８がトーションバー１４のねじれ変形とは関係のない漏れ磁束の変化（誤差成分）を捉えると、磁気センサ４８はトーションバー１４のねじれ変形に伴う真の磁束密度にトーションバー１４のねじれ変形とは関係のない漏れ磁束の変化が重畳された磁束密度を検出することになり、トルクセンサ１００に検出誤差が発生する。トルクセンサ１００に検出誤差が発生すると、電動モータによって出力シャフト１２に付与される操舵補助トルクに誤差が生じてしまう。したがって、電動パワーステアリング装置１により精度の高い制御が求められる場合には、トーションバー１４のねじれ変形とは関係のない漏れ磁束の変化によるトルクセンサ１００の検出誤差は防止する必要がある。

【0053】

その対策として、図２，図４，図６，及び図７に示すように、回転磁気回路部２５と磁気センサ４８の間には、第１集磁リング３２と第２集磁リング３３の間で漏れ磁束を誘導し、漏れ磁束に対して磁気センサ４８を磁気的に遮蔽する遮蔽板５５が配置される。

【0054】

遮蔽板５５は、第１集磁リング３２及び第２集磁リング３３と略同一の曲率半径を有する円弧形状であり、第１集磁リング３２及び第２集磁リング３３と略同一の厚さを有する。遮蔽板５５は、磁材材料、具体的には軟磁性体にて形成される。

【0055】

遮蔽板５５はハウジング３０と一体成型される。具体的には、遮蔽板５５は、図６に示すようにハウジング３０の開口部３０ａの内周面に結合され開口部３０ａを横切るように形成された樹脂材５６に固定される。遮蔽板５５と樹脂材５６は、インサート成型又はアウトサート成形によって一体成型される。遮蔽板５５の両端部には、遮蔽板５５と樹脂材５６を一体成型する際に、遮蔽板５５の位置決めを行うためのピンが嵌る切り欠き５５ａが形成される。

【0056】

遮蔽板５５をハウジング３０と一体成型する代わりに、遮蔽板５５をセンサホルダ４０と一体成型するようにしてもよい。その場合には、遮蔽板５５は、第１集磁ヨーク３４及び第２集磁ヨーク３５の間に形成され両者を支持するモールド樹脂５１（図２参照）に固定される。

【0057】

遮蔽板５５は、第１集磁リング３２と第２集磁リング３３の間に両者と所定の隙間５７，５８を空けて配置される。

【0058】

第１集磁リング３２と第２集磁リング３３の間に遮蔽板５５を配置することによって、回転磁気回路部２５内での漏れ磁束が遮蔽板５５に誘導されて磁気センサ４８に到達しなくなる。このように、磁気センサ４８は、遮蔽板５５によって回転磁気回路部２５内での漏れ磁束に対して磁気的に遮蔽されるため、トーションバー１４のねじれ変形とは関係のない漏れ磁束の変化の影響を受けなくなる。したがって、トルクセンサ１００の検出誤差がなくなり、トルクセンサ１００の検出精度が高まる。

【0059】

遮蔽板５５と第１集磁リング３２との隙間５７及び遮蔽板５５と第２集磁リング３３との隙間５８が小さ過ぎると、第１集磁リング３２と第２集磁リング３３が遮蔽板５５を介して短絡してしまい、磁気センサ４８が検出する磁束密度が低下してしまう。したがって、隙間５７，５８は、磁気センサ４８の検出磁束密度の低下を抑えつつ、回転磁気回路部２５内での漏れ磁束に対して磁気センサ４８を磁気的に遮蔽することが可能な寸法に設定される。

【0060】

以上の第１実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

【0061】

第１集磁リング３２と第２集磁リング３３の間に遮蔽板５５を設けることによって、回転磁気回路部２５内での漏れ磁束は遮蔽板５５に誘導されて第１集磁リング３２から第２集磁リング３３へ又は第２集磁リング３３から第１集磁リング３２へと磁気センサ４８をバイパスして導かれる。このように、回転磁気回路部２５内での漏れ磁束が磁気センサ４８に到達しなくなるため、磁気センサ４８はトーションバー１４のねじれ変形とは関係のない漏れ磁束の変化の影響を受けなくなる。したがって、回転磁気回路部２５内での漏れ磁束に起因するトルクセンサ１００の検出誤差がなくなり、トルクセンサ１００の検出精度が高まる。

【0062】

また、遮蔽板５５を設けることによって回転磁気回路部２５内での漏れ磁束に起因するトルクセンサ１００の検出誤差がなくなるため、磁気センサ４８を入出力シャフト１１，１２に近づけて配置することが可能となり、トルクセンサ１００を小型化することができる。

【0063】

＜第２実施形態＞
次に、図１０〜図１３を参照して、本発明の第２実施形態に係るトルクセンサ２００について説明する。以下では、上記第１実施形態と異なる点のみを説明し、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

【0064】

トルクセンサ２００は、第１集磁リング３２と第２集磁リング３３の間で漏れ磁束を誘導する遮蔽板６５の構成が、上記第１実施形態と相違する。上記第１実施形態では、遮蔽板５５は、第１集磁リング３２と第２集磁リング３３と別体に形成されるものであったが、トルクセンサ２００における遮蔽板６５は、第１集磁リング３２及び第２集磁リング３３と一体に形成されるものである。以下に、遮蔽板６５について詳しく説明する。

【0065】

第１集磁リング３２及び第２集磁リング３３のそれぞれは、その一部が延長して形成された第１延長部３２ａ及び第２延長部３３ａを有する。第１延長部３２ａと第２延長部３３ａは、互いに近づく方向に延長して形成され、所定の隙間６６を空けて対向して配置される。

【0066】

遮蔽板６５は、所定の隙間６６を空けて対向して配置された第１延長部３２ａと第２延長部３３ａとからなり、回転磁気回路部２５と磁気センサ４８の間に配置される。遮蔽板６５は、上記第１実施形態における遮蔽板５５と同様の機能を有する。つまり、遮蔽板６５は、第１集磁リング３２と第２集磁リング３３の間で漏れ磁束を誘導し、漏れ磁束に対して磁気センサ４８を磁気的に遮蔽する。

【0067】

第１延長部３２ａと第２延長部３３ａの隙間６６は、上記第１実施形態と同様に、磁気センサ４８の検出磁束密度の低下を抑えつつ、回転磁気回路部２５内での漏れ磁束に対して磁気センサ４８を磁気的に遮蔽することが可能な寸法に設定される。

【0068】

以上の第２実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

【0069】

第１集磁リング３２及び第２集磁リング３３と一体に形成された遮蔽板５５を設けることによって、回転磁気回路部２５内での漏れ磁束は遮蔽板５５に誘導されて第１集磁リング３２から第２集磁リング３３へ又は第２集磁リング３３から第１集磁リング３２へと磁気センサ４８をバイパスして導かれる。このように、回転磁気回路部２５内での漏れ磁束が磁気センサ４８に到達しなくなるため、磁気センサ４８はトーションバー１４のねじれ変形とは関係のない漏れ磁束の変化の影響を受けなくなる。したがって、回転磁気回路部２５内での漏れ磁束に起因するトルクセンサ１００の検出誤差がなくなり、トルクセンサ１００の検出精度が高まる。

【0070】

また、遮蔽板６５を設けることによって回転磁気回路部２５内での漏れ磁束に起因するトルクセンサ２００の検出誤差がなくなるため、磁気センサ４８を入出力シャフト１１，１２に近づけて配置することが可能となり、トルクセンサ２００を小型化することができる。

【0071】

さらに、遮蔽板６５は第１集磁リング３２及び第２集磁リング３３の一部を延長した第１延長部３２ａと第２延長部３３ａとからなるため、遮蔽板５５が第１集磁リング３２及び第２集磁リング３３と別体で設けられる上記第１実施形態に係るトルクセンサ１００と比較して部品点数を削減することができる。

【0072】

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明は、ドライバーがハンドルに加える操舵力を補助する電動パワーステアリング装置に用いられるトルクセンサとして利用することができる。

【符号の説明】

【0074】

１００，２００ トルクセンサ
１ 電動パワーステアリング装置
１１ 入力シャフト
１２ 出力シャフト
２１ トーションバー
２２ 磁気発生部
２３ リング磁石
２５ 回転磁気回路部
２６ 第一軟磁性リング
２７ 第二軟磁性リング
３０ ハウジング
３１ 固定磁気回路部
３２ 第１集磁リング
３２ａ 第１延長部
３３ 第２集磁リング
３３ａ 第２延長部
３４ 第１集磁ヨーク
３４ｂ 集磁凸部
３５ 第２集磁ヨーク
３５ｂ 集磁凸部
４０ センサホルダ
４８ 磁気センサ（磁気検出器）
５１ モールド樹脂
５５ 遮蔽板
５６ 樹脂材
５７，５８ 隙間
６６ 遮蔽板
６６ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】