(57)【要約】【課題】より精度良く相対角度を検出することができるトルクセンサを提供する。【解決手段】トルクセンサは、第１多極磁石と、第２多極磁石とが近接配置されている。第１磁気スケールユニットの第２磁気スケールユニット側には、第１多極磁石の位置決めの基準位置を示す、少なくとも１つの第１ノッチ部がある。また、第２磁気スケールユニットの第１磁気スケールユニット側には、第２多極磁石の位置決めの基準位置を示す少なくとも１つの第２ノッチ部がある。【選択図】図２
2020060450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸部と、前記第１軸部とは軸方向の異なる位置に設けられた第２軸部とを有するシャフトに加えられたトルクを検出するトルクセンサであって、
前記第１軸部の回動に連動して回動し、前記シャフトの周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第１多極磁石を有する第１磁気スケールユニットと、
前記第２軸部の回動に連動して回動し、前記第１多極磁石の磁極のピッチと同じ磁極のピッチであって、前記シャフトの周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第２多極磁石を有する第２磁気スケールユニットと、
前記第１多極磁石の外周側に配置する第１磁気センサと、
前記第２多極磁石の外周側に配置する第２磁気センサと、
を備え、
前記第１多極磁石と、前記第２多極磁石とは、近接配置され、
前記第１磁気スケールユニットの前記第２磁気スケールユニット側には、前記第１多極磁石の位置決めの基準位置を示す、少なくとも１つの第１ノッチ部があり、
前記第２磁気スケールユニットの前記第１磁気スケールユニット側には、前記第２多極磁石の位置決めの基準位置を示す少なくとも１つの第２ノッチ部がある、
トルクセンサ。
【請求項２】
前記シャフトにトルクが加わっていない初期状態において、前記第１ノッチ部の軸方向には、前記第２ノッチ部がある、請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記第１磁気スケールユニットには、複数の前記第１ノッチ部があり、前記第２磁気スケールユニットには、複数の前記第２ノッチ部がある、請求項１又は請求項２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記第１ノッチ部は、前記第１多極磁石にあり、前記第２ノッチ部は、前記第２多極磁石にある、請求項１から３のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記第１磁気スケールユニットは、前記第１多極磁石を外周に固定する第１円筒部をさらに備え、
前記第２磁気スケールユニットは、前記第２多極磁石を外周に固定する第２円筒部をさらに備え、
前記第１ノッチ部は、前記第１円筒部にあり、前記第２ノッチ部は、前記第２円筒部にある、請求項１から３のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第１多極磁石及び第２多極磁石と、複数の磁気センサとを有するトルクセンサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０４４６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トルクセンサを小型にするためには、第１多極磁石と、第２多極磁石とが近接配置される必要がある。そして、シャフトにトルクが加わり、異なる磁極同士が対向して配置される状態になると、第１多極磁石と第２多極磁石との間に磁場が形成される。これに対して、トルクが加わっていない初期状態でも、位置ずれにより異なる磁極同士が対向して配置される状態が生じてしまうと、第１多極磁石と第２多極磁石との間に磁場が形成され、シャフトにトルクが加わる状態のように誤検出され、検出される角度の精度が低下する可能性がある。トルクセンサは、より精度良く相対角度を検出することが望まれている。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、より精度良く相対角度を検出することができるトルクセンサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、一態様に係るトルクセンサは、第１軸部と、前記第１軸部とは軸方向の異なる位置に設けられた第２軸部とを有するシャフトに加えられたトルクを検出するトルクセンサであって、前記第１軸部の回動に連動して回動し、前記シャフトの周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第１多極磁石を有する第１磁気スケールユニットと、前記第２軸部の回動に連動して回動し、前記第１多極磁石の磁極のピッチと同じ磁極のピッチであって、前記シャフトの周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第２多極磁石を有する第２磁気スケールユニットと、前記第１多極磁石の外周側に配置する第１磁気センサと、前記第２多極磁石の外周側に配置する第２磁気センサと、を備え、前記第１多極磁石と、前記第２多極磁石とは、近接配置され、前記第１磁気スケールユニットの前記第２磁気スケールユニット側には、前記第１多極磁石の位置決めの基準位置を示す、少なくとも１つの第１ノッチ部があり、前記第２磁気スケールユニットの前記第１磁気スケールユニット側には、前記第２多極磁石の位置決めの基準位置を示す少なくとも１つの第２ノッチ部がある。
【０００７】
これによれば、シャフトにトルクが加わっていない初期状態の場合、同じラジアル方向かつ同じ周方向にみて、第１多極磁石における磁極の境界と、第２多極磁石における磁極の境界との周方向のずれが小さくなる。このため、第１磁気センサ又は第２磁気センサの検出する磁束は安定する。その結果、トルクセンサは、より精度良く相対角度を検出することができる。
【０００８】
トルクセンサの望ましい態様として、前記シャフトにトルクが加わっていない初期状態において、前記第１ノッチ部の軸方向には、前記第２ノッチ部がある。
【０００９】
これにより、第１磁気センサ又は第２磁気センサの検出する磁束は安定する。
【００１０】
トルクセンサの望ましい態様として、前記第１磁気スケールユニットには、複数の前記第１ノッチ部があり、前記第２磁気スケールユニットには、複数の前記第２ノッチ部がある。
【００１１】
これにより、第１磁気スケールユニットと、第２磁気スケールユニットとは、平行になり易くなる。その結果、トルクセンサは、より精度良く相対角度を検出することができる。
【００１２】
トルクセンサの望ましい態様として、前記第１ノッチ部は、前記第１多極磁石にあり、前記第２ノッチ部は、前記第２多極磁石にある。
【００１３】
これにより、第１多極磁石と、第２多極磁石との相対位置が精度よく定まる。その結果、トルクセンサは、より精度良く相対角度を検出することができる。
【００１４】
トルクセンサの望ましい態様として、前記第１磁気スケールユニットは、前記第１多極磁石を外周に固定する第１円筒部をさらに備え、前記第２磁気スケールユニットは、前記第２多極磁石を外周に固定する第２円筒部をさらに備え、前記第１ノッチ部は、前記第１円筒部にあり、前記第２ノッチ部は、前記第２円筒部にある。
【００１５】
これにより、第１多極磁石及び第２多極磁石には、切り欠きがなくなるので、第１多極磁石及び第２多極磁石の割れが抑制される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、より精度良く相対角度を検出することができるトルクセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態１に係る相対角度検出装置を模式的に示した断面図である。
【図２】図２は、実施形態１に係るトルクセンサの模式図である。
【図３】図３は、実施形態１に係るトルクセンサの機能ブロックを示す模式図である。
【図４】図４は、第１多極磁石と、第２多極磁石との位置ずれを説明する説明図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る第１多極磁石及び第２多極磁石が位置決めされた状態を説明するための模式的な説明図である。
【図６】図６は、実施形態１に係る実施形態１に係る第１多極磁石及び第２多極磁石の位置決めをするための治具を説明するための説明図である。
【図７】図７は、実施形態１の変形例に係る第１多極磁石及び第２多極磁石が位置決めされた状態を説明するための模式的な説明図である。
【図８】図８は、実施形態２に係る相対角度検出装置を模式的に示した断面図である。
【図９】図９は、実施形態２に係る第１多極磁石及び第２多極磁石が位置決めされた状態を説明するための模式的な説明図である。
【図１０】図１０は、実施形態３に係る相対角度検出装置を模式的に示した断面図である。
【図１１】図１１は、実施形態３に係るトルクセンサの模式図である。
【図１２】図１２は、実施形態４に係る相対角度検出装置を模式的に示した断面図である。
【図１３】図１３は、実施形態４に係るトルクセンサの模式図である。
【図１４】図１４は、実施形態４に係るトルクセンサの機能ブロックを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００１９】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る相対角度検出装置を模式的に示した断面図である。図１の断面は、シャフト５の中心軸Ａｘが通る断面の相対角度検出装置１０を示している。以下の説明において、軸方向とは、中心軸Ａｘと平行な方向をいう。周方向とは、中心軸Ａｘを中心とした同心円において、同心円に沿う方向である。ラジアル方向とは、中心軸Ａｘに直交する平面において、中心軸Ａｘから離れる方向である。
【００２０】
シャフト５は、トーションバー部５３と、トーションバー部５３を挟んで軸方向の異なる位置に設けられた第１軸部５１と、第２軸部５２とを有している。言い換えると、シャフト５の中心軸Ａｘに沿って、第１軸部５１、トーションバー部５３、第２軸部５２が順に並んでいる。
【００２１】
なお、本実施形態において、トーションバー部５３と、第１軸部５１と、第２軸部５２とが一体であるが、トーションバー部５３と、第１軸部５１と、第２軸部５２とがそれぞれ別部材で構成されていてもよい。
【００２２】
シャフト５は、中空のハウジング６に挿入されている。軸受４０は、内輪４１と、外輪４２と、転動体４３を有している。内輪４１の内周面は、シャフト５の第１軸部５１の外周に固定されている。外輪４２の外周面は、ハウジング６の内壁に固定されている。
【００２３】
トーションバー部５３の外周に設けられた溝５Ｎにより、トーションバー部５３の外径は、第１軸部５１の外径及び第２軸部５２の外径よりも小さい。これにより、シャフト５の中心軸Ａｘ周りに回転の力が加えられると、トーションバー部５３で捻れ、第１軸部５１と第２軸部５２とには、シャフト５の中心軸Ａｘ周りに相対的な角度差が生じる。相対角度検出装置１０は、シャフト５の中心軸Ａｘ周りの第１軸部５１の角度と、シャフト５の中心軸Ａｘ周りの第２軸部５２の角度とを検出する。
【００２４】
相対角度検出装置１０は、第１多極磁石３１と、第２多極磁石３２と、第１磁気センサ１１と、第２磁気センサ２１とを含む。
【００２５】
外輪４２の内周には、センサハウジング４４が固定されている。センサハウジング４４は、センサ基板４５を支持する。センサ基板４５には、第１磁気センサ１１及び第２磁気センサ２１が電気的に接続されている。
【００２６】
内輪４１の内周には、第１磁気スケールユニット３Ａが固定されている。第１磁気スケールユニット３Ａは、第１円筒部３３と、第１円筒部３３の外周に設けられた第１多極磁石３１とを有する。第１円筒部３３は、金属材料で形成される。例えば、第１円筒部３３の材料がＳＰＣＣ（Ｓｔｅｅｌ  Ｐｌａｔｅ  Ｃｏｌｄ  Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ）であるがこれに限定されない。第１円筒部３３は、小径部と、大径部とを有し、第１円筒部３３の大径部の外周側に第１多極磁石３１が固定されている。第１円筒部３３の小径部の外周側が、内輪４１の内周と固定されている。
【００２７】
第２軸部の外周には、第２磁気スケールユニット３Ｂが固定されている。第２磁気スケールユニット３Ｂは、第２円筒部３４と、第２円筒部３４の外周に設けられた第２多極磁石３２とを有する。第２円筒部３４は、金属材料で形成される。例えば、第２円筒部３４の材料がＳＰＣＣ（Ｓｔｅｅｌ  Ｐｌａｔｅ  Ｃｏｌｄ  Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ）であるがこれに限定されない。第２円筒部３４は、小径部と、大径部とを有し、第２円筒部３４の大径部の外周側に第２多極磁石３２が固定されている。第１円筒部３３の小径部の内周側が、第２軸部５２の外周と固定されている。
【００２８】
図２は、実施形態１に係るトルクセンサの模式図である。図２に示すように、第１多極磁石３１及び第２多極磁石３２は、交互に配置されたＳ極及びＮ極を外周面に有するリング形状の磁石である。第１多極磁石３１及び第２多極磁石３２は、交互に配置されたＳ極及びＮ極を外周面に有する。第１多極磁石３１及び第２多極磁石３２の磁極数は、例えば、２０であるがこれに限定されない。第１多極磁石３１及び第２多極磁石３２には、必要な磁束密度に応じて、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石等が用いられる。
【００２９】
図２に示すように、第１多極磁石３１におけるＳ極及びＮ極のピッチは、第２多極磁石３２におけるＳ極及びＮ極のピッチと同じである。言い換えると、第１多極磁石３１のＮ極とＳ極との境界間の距離は、第２多極磁石３２のＮ極とＳ極との境界間の距離と同じである。
【００３０】
第１磁気センサ１１及び第２磁気センサ２１は、ホール素子と信号処理回路と内蔵する回転角度センサである。なお、第１磁気センサ１１及び第２磁気センサ２１は、例えば、磁気抵抗効果（ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｅｆｆｅｃｔ））センサなどの磁気センサ素子でもよい。磁気抵抗効果センサとしては、ＡＭＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）センサ、ＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）センサなどを用いることができる。
【００３１】
図２に示すように、第１磁気センサ１１は、中心軸Ａｘを中心とする半径Ｒの第１円Ｃ１上に配置される。そして、第１磁気センサ１１は、第１多極磁石３１とラジアル方向に、磁気ギャップを介して対向している。
【００３２】
図２に示すように、第２磁気センサ２１は、中心軸Ａｘを中心とする半径Ｒの第２円Ｃ２上に配置される。第２磁気センサ２１は、第２多極磁石３２とラジアル方向に、磁気ギャップを介して対向している。
【００３３】
図２に示すように、第１磁気センサ１１及び第２磁気センサ２１は、上述したセンサ基板４５を介して、ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）６０に電気的に接続されている。ＥＣＵ６０は、第１磁気センサ１１からの角度情報及び第２磁気センサ２１からの角度情報に基づいて、上述したシャフト５に加わるトルクを演算するトルクセンサである。
【００３４】
図３は、実施形態１に係るトルクセンサの機能ブロックを示す模式図である。ＥＣＵ６０は、マイクロコンピュータであり、例えば、ＣＰＵと、ＲＯＭと、ＲＡＭと、内部記憶部と、入力インターフェースと、出力インターフェースと、を含んでいる。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び記憶部６４は、内部バスで接続されている。ＲＯＭには、ＢＩＯＳ等のプログラムが記憶されている。ＣＰＵは、演算手段であり、ＲＡＭをワークエリアとして使用しながらＲＯＭや記憶部６４に記憶されているプログラムを実行することにより、図３に示す差分演算部６１、トルク演算部６２、制御部６３を含む種々の機能を実現する。
【００３５】
第１磁気センサ１１は、第１多極磁石３１の回転に応じた第１回転角度θ１をＥＣＵ６０に伝達する。また、第２磁気センサ２１は、第２多極磁石３２の回転に応じた第２回転角度θ２をＥＣＵ６０に伝達する。
【００３６】
図３に示すように、差分演算部６１は、第１回転角度θ１と第２回転角度θ２との差分を演算し、相対角度Δθｉｏを演算する。
【００３７】
図３に示すように、トルク演算部６２は、相対角度Δθｉｏに基づいて、トルクＴを演算する。例えば、トルク演算部６２は、トーションバー部の特性によって決まる、相対角度ΔθｉｏとトルクＴとの関係情報を記憶している。トルク演算部６２は、差分演算部６１から入力された相対角度Δθｉｏと、記憶された相対角度ΔθｉｏとトルクＴとの関係情報と、に基づいてトルクＴを演算する。トルク演算部６２は、演算したトルクＴを制御部６３に出力する。制御部６３は、得られたトルクＴに基づいて、フィードバック制御を実行する。
【００３８】
図４は、第１多極磁石と、第２多極磁石との位置ずれを説明する説明図である。図５は、実施形態１に係る第１多極磁石及び第２多極磁石が位置決めされた状態を説明するための模式的な説明図である。図４及び図５において、第１多極磁石３１のラジアル方向の外周面及び第１多極磁石３１のラジアル方向の外周面の一部分が平面に展開されて表現されている。図４に示すように、第１多極磁石におけるＮ極とＳ極との境界と、第２多極磁石におけるＮ極とＳ極との境界とがラジアル方向にみて、周方向にΔＸ分だけずれている。この場合、第１多極磁石３１のＮ極から第２多極磁石３２のＳ極へ意図しない磁束が形成される可能性がある。あるいは、第２多極磁石３２のＮ極から第１多極磁石３１のＳ極へ意図しない磁束が形成される可能性がある。これらの意図しない磁束が第１磁気センサ１１又は第２磁気センサ２１に検出されると、相対角度Δθｉｏの検出精度が低下する可能性がある。なお、ΔＸは、Ｎ極とＳ極との境界間の距離とは異なる距離である。
【００３９】
そこで、シャフト５にトルクが加わっていない初期状態の場合、第１多極磁石におけるＮ極とＳ極との境界と、第２多極磁石におけるＮ極とＳ極との境界とが同じラジアル方向かつ同じ周方向にみて、周方向にずれていなければ、第１磁気センサ１１又は第２磁気センサ２１の検出する磁束は安定する。
【００４０】
このため、実施形態１において、図６に示す治具を用いて、図５に示すように、第１多極磁石３１と、第２多極磁石３２との位置決めしている。図２及び図５に示すように、第１ノッチ部３６Ｕと、第１ノッチ部３７Ｕとが、第１多極磁石３１の第２多極磁石３２側に設けられている。第１ノッチ部３６Ｕと、第１ノッチ部３７Ｕとは、周方向に１つのＮ極を挟んでおり、Ｎ極とＳ極との境界にある。なお、第１ノッチ部３６Ｕと、第１ノッチ部３７Ｕとは、周方向に１つのＳ極を挟んでおり、Ｎ極とＳ極との境界にあってもよい。
【００４１】
図２及び図５に示すように、第２ノッチ部３６Ｄと、第２ノッチ部３７Ｄとが、第２多極磁石３２の第１多極磁石３１側に設けられている。第２ノッチ部３６Ｄと、第２ノッチ部３７Ｄとは、周方向に１つのＮ極を挟んでおり、Ｎ極とＳ極との境界にある。なお、第２ノッチ部３６Ｄと、第２ノッチ部３７Ｄとは、周方向に１つのＳ極を挟んでおり、Ｎ極とＳ極との境界にあってもよい。
【００４２】
第１ノッチ部３６Ｕ、第１ノッチ部３７Ｕ、第２ノッチ部３６Ｄ及び第２ノッチ部３７Ｄは、側面視でテーパを有し、Ｖ字状の切り欠きである。第１ノッチ部３６Ｕ、第１ノッチ部３７Ｕ、第２ノッチ部３６Ｄ及び第２ノッチ部３７Ｄは、側面視でＵ字状の切り欠きであってもよい。
【００４３】
図６は、実施形態１に係る実施形態１に係る第１多極磁石及び第２多極磁石の位置決めをするための治具を説明するための説明図である。図６に示すように、治具９０は、ベース部９５と、突出部９１と、突出部９２とを有している。突出部９１と、突出部９２との周方向の間隔は、第１ノッチ部３６Ｕと第１ノッチ部３７Ｕとの間隔、若しくは第２ノッチ部３６Ｄと第２ノッチ部３７Ｄとの間隔に合わせてある。
【００４４】
組立手順の一態様としては、第１円筒部３３と第１多極磁石３１とが固定される。また第２円筒部３４と第２多極磁石３２とが固定される。次に、図５に示すように、第１ノッチ部３６Ｕと、第２ノッチ部３６Ｄとに、突出部９１が嵌まるように、第１多極磁石３１及び第２多極磁石３２の相対的な位置が位置決めされる。また、第１ノッチ部３７Ｕと、第２ノッチ部３７Ｄとに、突出部９２が嵌まるように、第１多極磁石３１及び第２多極磁石３２の相対的な位置が位置決めされる。これにより、第１多極磁石３１と、第２多極磁石３２とが平行になり易くなり、第１多極磁石３１と、第２多極磁石３２との相対位置が精度よく定まる。第１多極磁石３１及び第２多極磁石３２の相対的な位置を位置決めされた状態において、第１円筒部３３が内輪４１に固定され、第２円筒部３４が第２軸部５２に固定される。
【００４５】
組立手順の他の態様としては、第１円筒部３３が内輪４１に固定され、第２円筒部３４が第２軸部５２に固定される。次に、図５に示すように、第１ノッチ部３６Ｕと、第２ノッチ部３６Ｄとに、突出部９１が嵌まるように、第１多極磁石３１及び第２多極磁石３２の相対的な位置を位置決めする。また、第１ノッチ部３７Ｕと、第２ノッチ部３７Ｄとに、突出部９２が嵌まるように、第１多極磁石３１及び第２多極磁石３２の相対的な位置を位置決めする。第１多極磁石３１及び第２多極磁石３２の相対的な位置を位置決めされた状態において、第１円筒部３３と第１多極磁石３１とが固定され、第２円筒部３４と第２多極磁石３２とが固定される。
【００４６】
以上説明したように、実施形態１のトルクセンサ１００は、第１磁気スケールユニット３Ａと、第２磁気スケールユニット３Ｂと、第１磁気センサ１１と、第２磁気センサ２１とを備える。シャフト５は、トーションバー部５３と、トーションバー部５３を挟んで軸方向の異なる位置に設けられた第１軸部５１と、第２軸部５２とを有する。第１磁気スケールユニット３Ａは、第１軸部５１の回動に連動して回動し、シャフト５の周方向に沿って異なるＮ極とＳ極からなる磁極が交互に配置された第１多極磁石３１を有する。第２磁気スケールユニット３Ｂは、第２軸部５２の回動に連動して回動し、第１多極磁石３１の磁極のピッチと同じ磁極のピッチであって、前記シャフトの周方向に沿って異なる磁極が交互に配置された第２多極磁石３２を有する。第１磁気センサ１１は、第１多極磁石３１の外周側に配置されており、第２磁気センサ２１は、第２多極磁石３２の外周側に配置されている。トルクセンサ１００は、第１軸部５１と、第１軸部５１とは軸方向の異なる位置に設けられた第２軸部５２とを有するシャフト５に加えられたトルクＴを検出する。
【００４７】
第１多極磁石３１と、第２多極磁石３２とは、近接配置されている。ここで、第１多極磁石３１と、第２多極磁石３２とが近接配置されているとは、第１磁束分布及び第２磁束分布が生じるほど、第１多極磁石３１と、第２多極磁石３２とが近くに配置されていることをいう。
【００４８】
第１磁気スケールユニット３Ａの第２磁気スケールユニット３Ｂ側には、第１多極磁石３１の位置決めの基準位置を示す、第１ノッチ部３６Ｕ、３７Ｕがある。具体的には、第１ノッチ部３６Ｕ、３７Ｕは、第１多極磁石３１にある。実施形態１において、位置決めの基準位置は、Ｎ極とＳ極との磁極間の位置である。
【００４９】
第２磁気スケールユニット３Ｂの第１磁気スケールユニット３Ａ側には、第２多極磁石３２の位置決めの基準位置を示す第２ノッチ部３６Ｄ、３７Ｄがある。具体的には、第２ノッチ部３６Ｄ、３７Ｄは、第２多極磁石３２にある。実施形態１において、位置決めの基準位置は、Ｎ極とＳ極との磁極間の位置である。
【００５０】
この構造によれば、シャフト５にトルクが加わっていない初期状態の場合、同じラジアル方向かつ同じ周方向にみて、第１多極磁石３１におけるＮ極とＳ極との境界と、第２多極磁石３２におけるＮ極とＳ極との境界との周方向のずれが小さくなる。つまり、第１ノッチ部３６Ｕの軸方向には、第２ノッチ部３６Ｄがある。第１ノッチ部３７Ｕの軸方向には、第２ノッチ部３７Ｄがある。これにより、初期状態での第１磁気センサ１１又は第２磁気センサ２１の検出する磁束は安定する。このため、第１多極磁石３１と、第２多極磁石３２とが近接して配置可能になる。その結果、センサ基板４５は、第１磁気センサ１１及び第２磁気センサ２１を搭載可能になる。そして、相対角度検出装置１０は、小型化することができる。
【００５１】
シャフト５の中心軸Ａｘ周りに回転の力が加えられると、トーションバー部５３で捻れ、第１軸部５１と第２軸部５２とには、シャフト５の中心軸Ａｘ周りに相対的な角度差が生じる。第１軸部５１と第２軸部５２との相対的な角度差に応じて、第１多極磁石３１のＮ極から第２多極磁石３２のＳ極へ第１磁束分布が形成され、かつ第２多極磁石３２のＮ極から第１多極磁石３１のＳ極へ第２磁束分布が形成される。第１軸部５１と第２軸部５２との相対的な角度差に応じた第１磁束分布及び第２磁束分布の情報は、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。
【００５２】
図３に示す差分演算部６１は、第１磁気センサ１１から伝達される第１回転角度θ１から、第１磁束分布及び第２磁束分布の情報に基づいて、第１磁束分布及び第２磁束分布の影響を低減する補正を行う。また、差分演算部６１は、第２磁気センサ２１から伝達される第２回転角度θ２から、第１磁束分布及び第２磁束分布の情報に基づいて、第１磁束分布及び第２磁束分布の影響を低減する補正を行う。
【００５３】
図３に示すように、差分演算部６１は、補正された第１回転角度θ１と補正された第２回転角度θ２との差分を演算し、精度の向上した相対角度Δθｉｏを演算する。トルク演算部６２は、精度の向上した相対角度Δθｉｏに基づいて、トルクＴを演算する。トルクセンサ１００は、精度よくトルクＴを演算することができる。
【００５４】
（実施形態１の変形例）
図７は、実施形態１の変形例に係る第１多極磁石及び第２多極磁石の位置決めを説明するための模式的な説明図である。実施形態１の変形例では、第１ノッチ部３７Ｕ及び第２ノッチ部３７Ｄがない。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５５】
実施形態１の変形例において、図７に示すように、第１ノッチ部３６Ｕが、第１多極磁石３１の第２多極磁石３２側に設けられている。第１ノッチ部３６Ｕは、Ｎ極とＳ極との境界にある。
【００５６】
図７に示すように、第２ノッチ部３６Ｄが、第２多極磁石３２の第１多極磁石３１側に設けられている。第２ノッチ部３６Ｄは、Ｎ極とＳ極との境界にある。
【００５７】
図７に示すように、第１ノッチ部３６Ｕと、第２ノッチ部３６Ｄとに、突出部９１が嵌まるように、第１多極磁石３１及び第２多極磁石３２の相対的な位置が位置決めされる。
【００５８】
（実施形態２）
図８は、実施形態２に係る相対角度検出装置を模式的に示した断面図である。図９は、実施形態２に係る第１多極磁石及び第２多極磁石が位置決めされた状態を説明するための模式的な説明図である。実施形態２と実施形態１とは、ノッチ部が設けられる部分が異なる。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５９】
図８に示すように、内輪４１の内周には、第１磁気スケールユニット３Ａが固定されている。第１磁気スケールユニット３Ａは、第１円筒部３３Ａと、第１円筒部３３Ａの外周に設けられた第１多極磁石３１とを有する。第１円筒部３３Ａは、上述した第１実施形態の第１円筒部３３よりも軸方向に長い。このため、第１多極磁石３１は、ラジアル方向にみて、第１円筒部３３Ａに全て重なる。
【００６０】
図８に示すように、第２軸部の外周には、第２磁気スケールユニット３Ｂが固定されている。第２磁気スケールユニット３Ｂは、第２円筒部３４Ａと、第２円筒部３４Ａの外周に設けられた第２多極磁石３２とを有する。第２円筒部３４Ａは、上述した第１実施形態の第２円筒部３４よりも軸方向に長い。このため、第２多極磁石３２は、ラジアル方向にみて、第２円筒部３４Ａに全て重なる。
【００６１】
図９に示すように、第１円筒部３３Ａの外周には、目印線９１ｍ、９２ｍがある。同様に、第２円筒部３４Ａの外周には、目印線９１ｎ、９２ｎがある。
【００６２】
第１多極磁石３１及び第２多極磁石３２は、Ｓ極とＮ極とが識別可能なように、色が塗り分けされている。これにより、Ｎ極とＳ極との境界とが視認可能になる。目印線９１ｍと目印線９２ｍとが、周方向に１つのＮ極を挟んでおり、Ｎ極とＳ極との境界と一致するように、第１円筒部３３Ａと第１多極磁石３１とが固定される。目印線９１ｎと目印線９２ｎとが、周方向に１つのＮ極を挟んでおり、Ｎ極とＳ極との境界と一致するように、第２円筒部３４Ａと第２多極磁石３２とが固定される。
【００６３】
図９に示すように、第１ノッチ部３８Ｕと、第１ノッチ部３９Ｕとが、第１円筒部３３Ａの第２円筒部３４Ａ側に設けられている。目印線９１ｍの軸方向の延長線上には、第１ノッチ部３８Ｕがある。目印線９２ｍの軸方向の延長線上には、第１ノッチ部３９Ｕがある。
【００６４】
図９に示すように、第２ノッチ部３８Ｄと、第２ノッチ部３９Ｄとが、第２円筒部３４Ａの第１円筒部３３Ａ側に設けられている。目印線９１ｎの軸方向の延長線上には、第２ノッチ部３８Ｄがある。目印線９２ｎの軸方向の延長線上には、第２ノッチ部３９Ｄがある。
【００６５】
実施形態２の組立手順としては、第１円筒部３３Ａと第１多極磁石３１とが固定される。また第２円筒部３４Ａと第２多極磁石３２とが固定される。次に、図９に示すように、第１ノッチ部３８Ｕと、第２ノッチ部３８Ｄとに、突出部９１が嵌まるように、第１円筒部３３Ａ及び第２円筒部３４Ａの相対的な位置が位置決めされる。また、第１ノッチ部３９Ｕと、第２ノッチ部３９Ｄとに、突出部９２が嵌まるように、第１円筒部３３Ａ及び第２円筒部３４Ａの相対的な位置が位置決めされる。第１円筒部３３Ａ及び第２円筒部３４Ａの相対的な位置を位置決めされた状態において、第１円筒部３３が内輪４１に固定され、第２円筒部３４が第２軸部５２に固定される。
【００６６】
第１磁気スケールユニット３Ａは、第１多極磁石３１を外周に固定する第１円筒部３３Ａをさらに備える。第２磁気スケールユニット３Ｂは、第２多極磁石３２を外周に固定する第２円筒部３４Ａをさらに備える。第１ノッチ部３８Ｕ、３９Ｕは、第１円筒部３３Ａにあり、第２ノッチ部３８Ｄ、３９Ｄは、第２円筒部３４Ａにある。この構造により、第１多極磁石３１及び第２多極磁石３２には、切り欠きを設ける必要がないので、割れにくくなる。
【００６７】
以上説明したように、シャフト５にトルクが加わっていない初期状態の場合、同じラジアル方向かつ同じ周方向にみて、第１多極磁石３１におけるＮ極とＳ極との境界と、第２多極磁石３２におけるＮ極とＳ極との境界との周方向のずれが小さくなる。これにより、初期状態での第１磁気センサ１１又は第２磁気センサ２１の検出する磁束は安定する。このため、第１多極磁石３１と、第２多極磁石３２とが近接して配置可能になる。その結果、センサ基板４５は、第１磁気センサ１１及び第２磁気センサ２１を搭載可能になる。そして、相対角度検出装置１０は、小型化することができる。
【００６８】
なお、他の例として、目印線９１ｍと目印線９２ｍとが、周方向に１つのＳ極を挟んでおり、Ｎ極とＳ極との境界と一致するように、第１円筒部３３Ａと第１多極磁石３１とが固定されてもよい。この場合、目印線９１ｎと目印線９２ｎとが、周方向に１つのＳ極を挟んでおり、Ｎ極とＳ極との境界と一致するように、第２円筒部３４Ａと第２多極磁石３２とが固定される。
【００６９】
（実施形態３）
図１０は、実施形態３に係る相対角度検出装置を模式的に示した断面図である。図１１は、実施形態３に係るトルクセンサの模式図である。実施形態３と実施形態１とは、第２磁気センサ２１が設けられる場所が異なる。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７０】
図１０及び図１１に示すように、第２磁気センサ２１は、軸方向にみて、第１磁気センサ１１とは周方向に１８０度ずれた位置に配置されている。
【００７１】
図１１に示すように、第１磁気センサ１１は、中心軸Ａｘを中心とする半径Ｒの第１円Ｃ１上のいずれかの位置に配置されていればよい。また、第２磁気センサ２１は、中心軸Ａｘを中心とする半径Ｒの第２円Ｃ２上のいずれかの位置に配置されていればよい。
【００７２】
図１１に示すように、第１ノッチ部３５Ｕと、第１ノッチ部３６Ｕと、第１ノッチ部３７Ｕとが、第１多極磁石３１の第２多極磁石３２側に設けられている。また、第２ノッチ部３５Ｄと、第２ノッチ部３６Ｄと、第２ノッチ部３７Ｄとが、第２多極磁石３２の第１多極磁石３１側に設けられている。第１ノッチ部３５Ｕは、Ｎ極とＳ極との境界ではなく、Ｎ極に設けられている。第２ノッチ部３５Ｄも、Ｎ極に設けられている。
【００７３】
第１ノッチ部３５Ｕ、及び第２ノッチ部３５Ｄは、側面視でテーパを有し、Ｖ字状の切り欠きである。第１ノッチ部３５Ｕ、及び第２ノッチ部３５Ｄは、側面視でＵ字状の切り欠きであってもよい。
【００７４】
実施形態３において、第１ノッチ部３５Ｕ、及び第２ノッチ部３５Ｄにおける位置決めの基準位置は、Ｎ極の位置であり、Ｎ極とＳ極との境界同士の間である。第１ノッチ部３５Ｕは、Ｓ極に設けられていてもよく、この場合、第２ノッチ部３５Ｄも、Ｓ極に設けられている。第１ノッチ部３５Ｕと第２ノッチ部３５Ｄとは、シャフト５にトルクが加わっていない初期状態において、軸方向に対向していればよく、周方向の位置は、問わない。
【００７５】
実施形態３において、第１ノッチ部３５Ｕ及び第２ノッチ部３５Ｄのみがあり、第１ノッチ部３６Ｕと、第１ノッチ部３７Ｕと、第２ノッチ部３６Ｄと、第２ノッチ部３７Ｄとがなくてもよい。または、実施形態３において、第１ノッチ部３５Ｕと、第１ノッチ部３６Ｕとが、第１多極磁石３１の第２多極磁石３２側に設けられ、第２ノッチ部３５Ｄと、第２ノッチ部３６Ｄとが、第２多極磁石３２の第１多極磁石３１側に設けられていてもよい。第１ノッチ部３５Ｕが第１ノッチ部３６Ｕと同じ作用効果を有する。第２ノッチ部３５Ｄが、第２ノッチ部３６Ｄと同じ作用効果を有する。そこで、第１ノッチ部３５Ｕ及び第２ノッチ部３５Ｄを用いて、図６に示すような治具を用いて、第１多極磁石３１と、第２多極磁石３２との位置決めをする詳細な説明は省略する。
【００７６】
（実施形態４）
図１２は、実施形態４に係る相対角度検出装置を模式的に示した断面図である。図１３は、実施形態４に係るトルクセンサの模式図である。図１４は、実施形態４に係るトルクセンサの機能ブロックを示す模式図である。実施形態４と実施形態１とは、第１磁気センサ１１及び第２磁気センサ２１が設けられる数が異なる。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７７】
図１３に示すように、第１磁気センサ１２は、中心軸Ａｘを中心とする半径Ｒの第１円Ｃ１上に配置される。図１２に示すように、第１磁気センサ１２は、第１多極磁石３１とラジアル方向に、磁気ギャップを介して対向している。第１磁気センサ１２は、第１磁気センサ１１と同じ磁気センサである。
【００７８】
図１３に示すように、第２磁気センサ２２は、中心軸Ａｘを中心とする半径Ｒの第２円Ｃ２上に配置される。図１２に示すように、第２磁気センサ２２は、第２多極磁石３２とラジアル方向に、磁気ギャップを介して対向している。第２磁気センサ２２は、第２磁気センサ２１と同じ磁気センサである。
【００７９】
第１磁気センサ１２は、第１多極磁石３１の回転に応じた第１回転角度θ１１をＥＣＵ６０に伝達する。また、第２磁気センサ２２は、第２多極磁石３２の回転に応じた第２回転角度θ１２をＥＣＵ６０に伝達する。
【００８０】
第１磁気センサ１１が故障した場合、図１４に示すように、差分演算部６１は、第１回転角度θ１１と第２回転角度θ２との差分を演算し、相対角度Δθｉｏを演算することができる。第２磁気センサ２１が故障した場合、図１４に示すように、差分演算部６１は、第１回転角度θ１と第２回転角度θ１２との差分を演算し、相対角度Δθｉｏを演算することができる。
【００８１】
実施形態４に係る相対角度検出装置１０及びトルクセンサ１００は、第１磁気センサ１１、第１磁気センサ１２、第２磁気センサ２１及び第２磁気センサ２２を備える。第１磁気センサ１１及び第１磁気センサ１２のいずれかが故障しても機能継続できる。第２磁気センサ２１及び第２磁気センサ２２のいずれかが故障しても機能継続できる。このように、実施形態４に係る相対角度検出装置１０及びトルクセンサ１００は、冗長化システムを構築している。第１磁気センサは、２つを例示したが、３以上であってもよい。第２磁気センサは、２つを例示したが３以上であってもよい。
【符号の説明】
【００８２】
３Ａ  第１磁気スケールユニット
３Ｂ  第２磁気スケールユニット
５  シャフト
５Ｎ  溝
６  ハウジング
１０  相対角度検出装置
１１、１２  第１磁気センサ
２１、２２  第２磁気センサ
３１  第１多極磁石
３２  第２多極磁石
３３、３３Ａ  第１円筒部
３４、３４Ａ  第２円筒部
３６Ｕ、３７Ｕ、３８Ｕ、３９Ｕ  第１ノッチ部
３６Ｄ、３７Ｄ、３８Ｄ、３９Ｄ  第２ノッチ部
４０  軸受
４１  内輪
４２  外輪
４３  転動体
４４  センサハウジング
４５  センサ基板
５１  第１軸部
５２  第２軸部
５３  トーションバー部
６１  差分演算部
６２  トルク演算部
６３  制御部
６４  記憶部
９０  治具
９１  突出部
９１ｍ、９１ｎ、９２ｍ、９２ｎ  目印線
９２  突出部
９５  ベース部
１００  トルクセンサ
Ａｘ  中心軸
【図１】
2020060450.tif 000003
【図２】
2020060450.tif 000004
【図３】
2020060450.tif 000005
【図４】
2020060450.tif 000006
【図５】
2020060450.tif 000007
【図６】
2020060450.tif 000008
【図７】
2020060450.tif 000009
【図８】
2020060450.tif 000010
【図９】
2020060450.tif 000011
【図１０】
2020060450.tif 000012
【図１１】
2020060450.tif 000013
【図１２】
2020060450.tif 000014
【図１３】
2020060450.tif 000015
【図１４】
2020060450.tif 000016