(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーを介して接続された第一軸および第二軸を有する回転部材と、
前記第一軸の回転に伴い回転するように前記第一軸に設けられ、円環状に形成され、周方向にN極とS極が交互に配置されたマグネットと、
前記第二軸の回転に伴い回転するように前記第二軸に設けられ、磁性材料によって形成され、前記マグネットと対向するように配置された複数の板状部材である第一の爪部と、円環状に形成され前記第一の爪部同士を接続する第一の円環部と、を有する第一ヨーク部材と、
前記第二軸の回転に伴い回転するように前記第二軸に設けられ、磁性材料によって形成され、前記マグネットと対向するように配置された複数の板状部材である第二の爪部と、円環状に形成され前記第二の爪部同士を接続する第二の円環部と、を有し、前記第二の爪部の夫々が前記第一の爪部の各爪部の間に交互に並ぶように配置された第二ヨーク部材と、
前記第一の円環部と対向し、かつ離間するように設けられ、磁性材料で形成された第一の集磁機構と、
前記第二の円環部と対向し、かつ離間するように設けられ、磁性材料で形成された第二の集磁機構と、
前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間に設けられ、前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間の磁界の変化を検出するホール素子を有する第一の磁気センサと、
前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間に設けられ、前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間の磁界の変化を検出するホール素子を有し、前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間における前記第一の磁気センサの磁気的環境と同じまたは対称位置に配置された第二の磁気センサと、
前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間に設けられ、前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間の磁界の変化を検出するホール素子を有し、前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間における前記第一の磁気センサおよび前記第二の磁気センサの磁気的環境と同じまたは対称位置に配置された第三の磁気センサと、
を備え、
前記第一の集磁機構は、第一の集磁部材と第二の集磁部材を有し、
前記第二の集磁機構は、前記第一の集磁部材と対向し、かつ離間するように設けられた第三の集磁部材と、前記第二の集磁部材と対向し、かつ離間するように設けられた第四の集磁部材を有し、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサのうちの1つは、前記第一の集磁部材と前記第三の集磁部材の間に配置され、残りの2つのうちの少なくとも1つは、前記第二の集磁部材と前記第四の集磁部材の間に配置され、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、または前記第三の磁気センサの出力信号に基づき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。
【請求項２】
請求項1に記載のトルクセンサにおいて、
前記第一の集磁機構は、前記回転部材の回転軸の周方向に沿った円弧状に形成され、
前記第二の集磁機構は、前記回転部材の回転軸の周方向に沿った円弧状に形成され、前記回転部材の回転軸の方向および前記周方向において前記第一の集磁機構とオーバラップし、かつ前記回転部材の回転軸の径方向に前記第一の集磁機構と離間するように設けられ、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサは、前記回転部材の回転軸の径方向において前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間に配置されることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３】
請求項2に記載のトルクセンサにおいて、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサは、前記出力信号を出力するための出力端子を備え、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサの前記出力端子は、前記回転部材の回転軸の方向において同一方向に向かって延びるように設けられることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４】
請求項3に記載のトルクセンサにおいて、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサの前記出力端子が接続される単一の回路基板を有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項５】
請求項4に記載のトルクセンサにおいて、
前記回路基板と外部の演算回路とを電気的に接続するハーネスを接続するためのコネクタ部を有し、
前記コネクタ部は、前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサからの出力信号を前記演算回路に出力することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項６】
請求項2に記載のトルクセンサにおいて、
絶縁材料で形成され、前記第一の集磁機構および前記第二の集磁機構が固定される保持部材を有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項７】
請求項1に記載のトルクセンサにおいて、
前記第一の集磁機構は、前記回転部材の回転軸の周方向に沿った円弧状に形成され、
前記第二の集磁機構は、前記回転部材の回転軸に対する周方向に沿った円弧状に形成され、前記回転部材の回転軸の方向および前記周方向において前記第一の集磁機構とオーバラップし、かつ前記回転部材の回転軸の径方向に前記第一の集磁機構と離間するように設けられ、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサは、前記回転部材の回転軸に対し互いに対称な位置に設けられることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項８】
請求項1に記載のトルクセンサにおいて、
前記第二の集磁部材は、前記第一の集磁部材と同一形状を有し、
前記第四の集磁部材は、前記第三の集磁部材と同一形状を有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項９】
請求項8に記載のトルクセンサにおいて、
前記第一の集磁部材、前記第二の集磁部材、前記第三の集磁部材、および前記第四の集磁部材は、前記回転部材の回転軸に直交する同一平面上に設けられることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１０】
請求項9に記載のトルクセンサにおいて、
前記第一の集磁部材、前記第二の集磁部材、前記第三の集磁部材、および前記第四の集磁部材は、前記回転部材の回転軸の周方向幅の角度は180度未満であることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１１】
請求項1に記載のトルクセンサにおいて、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサに接続される電源回路、グランド回路、およびマイクロプロセッサを備え、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサのうち少なくとも2つは、共通の前記電源回路および共通の前記グランド回路に接続され、
前記マイクロプロセッサは、前記電源回路および前記グランド回路の異常を検出する異常検出部を有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１２】
請求項1に記載のトルクセンサにおいて、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサは、前記出力信号を出力するための出力端子を備え、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサの前記出力端子は、前記回転部材の回転軸の径方向において同一方向に向かって延びるように設けられることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１３】
請求項1に記載のトルクセンサにおいて、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサの出力信号にゲインをかけることにより前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサの出力信号の差を小さくする出力調整部を有することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１４】
トーションバーを介して接続された第一軸および第二軸からなる回転部材を有しステアリングホイールの操舵操作に伴い回転する操舵軸、前記操舵軸の回転を転舵輪に伝達するラックバーを備えた操舵機構と、
前記操舵機構に生じる操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記操舵トルクに基づき駆動制御され、前記操舵機構に操舵力を付与する電動モータと、
前記電動モータを駆動制御する制御装置と、
を備えた電動パワーステアリング装置において、
前記トルクセンサは、
前記第一軸の回転に伴い回転するように前記第一軸に設けられ、円環状に形成され、周方向にN極とS極が交互に配置されたマグネットと、
前記第二軸の回転に伴い回転するように前記第二軸に設けられ、磁性材料によって形成され、前記マグネットと対向するように配置された複数の板状部材である第一の爪部と、円環状に形成され前記第一の爪部同士を接続する第一の円環部と、を有する第一ヨーク部材と、
前記第二軸の回転に伴い回転するように前記第二軸に設けられ、磁性材料によって形成され、前記マグネットと対向するように配置された複数の板状部材である第二の爪部と、円環状に形成され前記第二の爪部同士を接続する第二の円環部と、を有し、前記第二の爪部の夫々が前記第一の爪部の各爪部の間に交互に並ぶように配置された第二ヨーク部材と、
前記第一の円環部と対向し、かつ離間するように設けられ、磁性材料で形成された第一の集磁機構と、
前記第二の円環部と対向し、かつ離間するように設けられ、磁性材料で形成された第二の集磁機構と、
前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間に設けられ、前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間の磁界の変化を検出するホール素子を有する第一の磁気センサと、
前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間に設けられ、前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間の磁界の変化を検出するホール素子を有し、前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間における前記第一の磁気センサの磁気的環境と同じまたは対称位置に配置された第二の磁気センサと、
前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間に設けられ、前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間の磁界の変化を検出するホール素子を有し、前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間における前記第一の磁気センサおよび前記第二の磁気センサの磁気的環境と同じまたは対称位置に配置された第三の磁気センサと、
を有し、
前記第一の集磁機構は、第一の集磁部材と第二の集磁部材を有し、
前記第二の集磁機構は、前記第一の集磁部材と対向し、かつ離間するように設けられた第三の集磁部材と、前記第二の集磁部材と対向し、かつ離間するように設けられた第四の集磁部材を有し、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサのうちの1つは、前記第一の集磁部材と前記第三の集磁部材の間に配置され、残りの2つのうちの少なくとも1つは、前記第二の集磁部材と前記第四の集磁部材の間に配置されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１５】
請求項14に記載の電動パワーステアリング装置において、
前記第一の集磁機構は、前記回転部材の回転軸の周方向に沿った円弧状に形成され、
前記第二の集磁機構は、前記回転部材の回転軸の周方向に沿った円弧状に形成され、前記回転部材の回転軸の方向および前記周方向において前記第一の集磁機構とオーバラップし、かつ前記回転部材の回転軸の径方向に前記第一の集磁機構と離間するように設けられ、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサは、前記回転部材の回転軸の径方向において前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間に配置されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクセンサおよび電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術としては、下記の特許文献1に記載の技術が開示されている。特許文献1には、2つの磁気センサを用いたトルクセンサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2014-55910号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献1の技術では、2つの磁気センサを用いているため、一方の磁気センサに異常が発生した場合、いずれか一方の磁気センサに異常が発生していることは判断することができるが、どちらの磁気センサに異常が発生しているかを判断することができない。そのため、1つの磁気センサに異常が発生した場合でも、トルクセンサはトルクを検出することができない問題があった。
本発明は、上記問題に着目されたもので、その目的とするところは、複数の磁気センサのうち1つの磁気センサに異常が発生したとしても、トルクを検出することができるトルクセンサおよびトルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、第一の集磁機構と第二の集磁機構の間に設けられた第一の磁気センサと、第一の集磁機構と第二の集磁機構の間に設けられ第一の磁気センサの磁気的環境と同じまたは対称位置に配置された第二の磁気センサと、第一の集磁機構と第二の集磁機構の間に設けられ第一の磁気センサおよび第二の磁気センサの磁気的環境と同じまたは対称位置に配置された第三の磁気センサと、を備え、第一の磁気センサ、第二の磁気センサ、または第三の磁気センサの出力信号に基づき回転部材に生じるトルクを検出するようにした。
【発明の効果】
【０００６】
複数の磁気センサのうち1つの磁気センサに異常が発生したとしても、トルクを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例1の電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図２】実施例1のトルクセンサの軸方向断面図である。
【図３】実施例1のトルクセンサの軸方向断面図である。
【図４】実施例1のトルクセンサの径方向断面図である。
【図５】実施例1のトルクセンサの径方向断面図である。
【図６】実施例1の集磁ユニットを軸方向から見た図である。
【図７】実施例1の集磁ユニットを軸方向から見た図である。
【図８】実施例1の集磁ユニットと回路基板の斜視図である。
【図９】実施例1の磁気センサとコントローラとの間の回路図である
【図１０】実施例1の出力調整部の制御ブロック図である。
【図１１】実施例2のトルクセンサの径方向断面図である。
【図１２】実施例3のトルクセンサの径方向断面図である。
【図１３】実施例4のトルクセンサの軸方向断面図である。
【図１４】実施例5のトルクセンサの径方向断面図である。
【図１５】他の実施例のトルクセンサの軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔実施例1〕
［電動パワーステアリングの構成］
図1は電動パワーステアリング装置1の全体構成図である。電動パワーステアリング装置1は、運転者によりステアリングホイール2に入力された操舵トルクに対して、電動モータ3によりアシストトルクを付与して、操舵トルクとアシストトルクを転舵輪4に転舵力として伝達する。
ステアリングホイール2に入力された操舵トルクは、インプットシャフト5、トーションバー6、ピニオンシャフト7、ピニオン8、ラックバー9、タイロッド10を介して転舵輪4に伝達される。インプットシャフト5、トーションバー6、ピニオンシャフト7、ピニオン8、ラックバー9、タイロッド10は操舵機構17を構成している。
電動モータ3から出力されるアシストトルクは、ウォームシャフト11、ウォームホイール12、ピニオン8、ラックバー9、タイロッド10を介して転舵輪4に伝達される。
インプットシャフト5とピニオンシャフト7とに跨って、操舵トルクを検出するトルクセンサ13が設けられている。トルクセンサ13は、操舵トルクに応じたトルクセンサ出力電圧をコントローラ14に出力する。コントローラ14は、トルクセンサ出力電圧に応じて、電動モータ3の目標出力トルクを演算し、目標出力トルクに応じて電動モータ3を駆動する電流の制御を行う。
インプットシャフト5とピニオンシャフト7により、回転部材16を構成している。
【０００９】
［トルクセンサの構成］
図2はトルクセンサ13付近の軸方向断面図である。図3はトルクセンサ13部分の拡大図である。図4は図3におけるA-A断面図である。図5は図3におけるB-B断面図である。図6は集磁ユニット27をステアリングホイール2側から見た図である。図7は集磁ユニット27をピニオン8側から見た図である。図8は集磁ユニット27と回路基板30の斜視図である。
トルクセンサ13はステアリングギヤボックス15内に収容されている。トーションバー6の一端はインプットシャフト5に固定されている。トーションバー6の他端はピニオンシャフト7に固定されている。インプットシャフト5とピニオンシャフト7とは直接連結されておらず、両者は相対回転可能に支持されている。操舵トルクが入力するとトーションバー6が捩じれ、インプットシャフト5とピニオンシャフト7との回転量に偏差が生じる。トルクセンサ13はこの偏差の大きさから操舵トルクを求めている。
（マグネット）
ピニオンシャフト7には、円環状に形成されたマグネット20が設けられている。マグネット20は周方向にN極とS極と交互に配置されている。実施例1では、周方向において16個の極を有する。マグネット20はピニオンシャフト7と一体に回転する。
【００１０】
（ヨーク部材）
インプットシャフト5には、ヨーク部材21が設けられている。ヨーク部材21は第一ヨーク部材211と第二ヨーク部材212から構成されている。
第一ヨーク部材211は、パーマロイ（軟質磁性合金）により形成されている。第一ヨーク部材211は、円環状に形成された第一円環部211aを有している。第一円環部211aは、マグネット20の外径よりも大径に形成されている。第一ヨーク部材211は、第一円環部211aから内周側に屈曲した後に軸方向に延びる第一爪部211bを有している。第一爪部211bは、周方向に等間隔に8個設けられている。隣り合う第一爪部211bの間隔は、第一爪部211bの周方向の幅とほぼ同じまたは若干広く形成されている。第一爪部211bの外周面を周方向に繋いでできる円の径は、マグネット20の外径よりも大径に形成されている。
第二ヨーク部材212は、パーマロイにより形成されている。第二ヨーク部材212は、円環状に形成された第二円環部212aを有している。第二円環部212aは、マグネット20の外径よりも小径に形成されている。第二ヨーク部材212は、第二円環部212aから外周側に屈曲した後に軸方向に延びる第二爪部212bを有している。第二爪部212bは、周方向に等間隔に8個設けられている。隣り合う第二爪部212bの間隔は、第二爪部212bの周方向の幅とほぼ同じまたは若干広く形成されている。第二爪部212bの外周面を周方向に繋いでできる円の径は、第一爪部211bの外周面を周方向に繋いでできる円の径とほぼ同径に形成されている。
【００１１】
第一ヨーク部材211と第二ヨーク部材212は、ヨークホルダ33に保持されている。第一ヨーク部材211と第二ヨーク部材212がヨークホルダ33に保持された状態で、第一円環部211aと第二円環部212aとは同軸上に配置され、第一円環部211aは第二円環部212aの外周側に位置する。第一円環部211aの内周面と第二円環部212aの外周面とは対向するように設けられる。第一円環部211aの内周面と第二円環部212aの外周面は離間して設けられている。第一ヨーク部材211と第二ヨーク部材212がヨークホルダ33に保持された状態で、隣り合う第一爪部211bの間に第二爪部212bが位置するようになっている。つまり、第一爪部211bと第二爪部212bとが交互に配置されている。
第一ヨーク部材211と第二ヨーク部材212はヨークホルダ33に保持された状態で、インプットシャフト5に装着される。第一ヨーク部材211と第二ヨーク部材212は、インプットシャフト5と一体に回転する。第一爪部211bおよび第二爪部212bは、マグネット20の外周側に配置される。このとき、第一爪部211bおよび第二爪部212bの幅方向中心位置が、マグネット20のN極とS極の境界位置と対向するように配置される。
【００１２】
（集磁機構）
第一ヨーク部材211の第一円環部211aと第二ヨーク部材212の第二円環部212aとの間には集磁機構22が設けられている。集磁機構22は第一集磁機構221と第二集磁機構222から構成されている。
第一集磁機構221は、パーマロイにより形成されている。第一集磁機構221は、第一円環部211aに対向して配置されている。第一集磁機構221は、第一円環部211aに対して離間して配置されている。
第一集磁機構221は、第一集磁部材221aと第二集磁部材221bとから構成されている。第一集磁部材221aと第二集磁部材221bは、同一形状に形成されている。第一集磁部材221aと第二集磁部材221bをインプットシャフト5の回転軸方向から見たときに、第一集磁部材221aと第二集磁部材221bは直線状に形成された集磁部221cと、集磁部221cの両端から円弧状に延びる円弧状部221dとを有する。集磁部221cは、円弧状部221dを延ばしてできる仮想円の内周側に位置するように形成されている。第一集磁部材221aと第二集磁部材221bは全体として、インプットシャフト5の回転軸の周方向に沿った円弧状に形成されている。第一集磁部材221aと第二集磁部材221bは、インプットシャフト5の回転軸の周方向の幅は180度よりも若干小さくなるように形成されている。第一集磁部材221aの周方向端部と第二集磁部材221bの周方向端部とは接触しないように配置されている。第一集磁部材221aと第二集磁部材221bは、インプットシャフト5の回転軸方向に幅を有する板状部材である。つまり、第一集磁部材221aと第二集磁部材221bは、インプットシャフト5の回転軸方向および周方向において、第一円環部211aとオーバラップするように配置されている。
【００１３】
第二集磁機構222は、パーマロイにより形成されている。第二集磁機構222は、第二円環部212aに対向して配置されている。第二集磁機構222は、第二円環部212aに対して離間して配置されている。
第二集磁機構222は、第三集磁部材222aと第四集磁部材222bとから構成されている。第三集磁部材222aと第四集磁部材222bは、同一形状に形成されている。第三集磁部材222aと第四集磁部材222bをインプットシャフト5の回転軸方向から見たときに、第三集磁部材222aと第四集磁部材222bは直線状に形成された集磁部222cと、集磁部222cから円弧状に延びる円弧状部222dとを有する。集磁部221cは、円弧状部221dを延ばしてできる仮想円の外周側に位置するように形成されている。第三集磁部材222aと第四集磁部材222bは全体として、インプットシャフト5の回転軸の周方向に沿った円弧状に形成されている。第三集磁部材222aと第四集磁部材222bは、インプットシャフト5の回転軸の周方向の幅は180度よりも若干小さくなるように形成されている。第三集磁部材222aの周方向端部と第四集磁部材222bの周方向端部とは接触しないように配置されている。第三集磁部材222aと第四集磁部材222bは、インプットシャフト5の回転軸方向に幅を有する板状部材である。つまり、第三集磁部材222aと第四集磁部材222bは、インプットシャフト5の回転軸方向および周方向において、第二円環部212aとオーバラップするように配置されている。
【００１４】
第一集磁部材221a、第二集磁部材221b、第三集磁部材222a、第四集磁部材222bは、インプットシャフト5の回転軸に直交する同一平面上に設けられている。
図5において、インプットシャフト5の回転軸Oと直交するとともに第一集磁部材221aの集磁部221c、第二集磁部材221bの集磁部221c、第三集磁部材222aの集磁部222cおよび第四集磁部材222bの集磁部222cに対して直交する直線を直線Cとする。またインプットシャフト5の回転軸Oと直交するとともに、第一集磁部材221aの集磁部221c、第二集磁部材221bの集磁部221c、第三集磁部材222aの集磁部222cおよび第四集磁部材222bの集磁部222cに対して平行な直線を直線Dとする。
第一集磁部材221a、第二集磁部材221b、第三集磁部材222aおよび第四集磁部材222bはそれぞれ直線Cに対して対称な形状に形成されている。第一集磁部材221aと第二集磁部材221bは、直線Dに対して対称な形状となるように配置される。第三集磁部材222aと第四集磁部材222bは、直線Dに対して対称な形状となるように配置される。
第一集磁部材221aと第二集磁部材221bは、インプットシャフト5の回転軸Oに対して対称な形状となるように配置されている。第三集磁部材222aと第四集磁部材222bは、インプットシャフト5の回転軸Oに対して対称な形状となるように配置されている。
【００１５】
集磁機構22は、絶縁部材である樹脂材料で射出成型によって形成されたホルダ部材28に保持されている。集磁機構22は、インサート成型よってホルダ部材28と一体に形成される。ホルダ部材28と集磁部材22によって、集磁ユニット27を構成している。
ホルダ部材28は、外形は概ね有底カップ状に形成されており、底部の中心に開口部282を有する。この開口部282をインプットシャフト5が貫通する。ホルダ部材28の底面には、ホルダ部材28を射出成型する際に樹脂材料が注入されるゲート部281が設けられている。ゲート部281は6つ（ゲート部281a,281b,281c,281d,281e,281f）ある。6つのゲート部281は、直線Cおよび直線Dに対して対称な位置に設けられている。つまり、ゲート部281は、第一集磁機構221および第二集磁機構222に対しても対称な位置に設けられている。
ホルダ部材28の外周面からフランジ部283が突出し、フランジ部283の先端に円柱状の円柱部284が形成されている。円柱部284には、ステアリングギヤボックス15に集磁ユニット27を固定するボルトが挿入されるボルト孔284aが形成されている。
【００１６】
ホルダ部材28の底部であって、集磁ユニット27をステアリングギヤボックス15に取り付けた際に、ステアリングホイール2側となる面から突出する円柱状の位置決め部285が設けられている。位置決め部285は、後述する回路基板30の位置決め孔301に挿入されて、集磁ユニット27に対する回路基板30の位置決めを行う。
ホルダ部材28の底部には、第一集磁部材221aの集磁部221cと第三集磁部材222aの集磁部222cとの間に連通する磁気センサ挿入孔286a、および第二集磁部材221bの集磁部221cと第四集磁部材222bの集磁部222cとの間に連通する磁気センサ挿入孔286bが形成されている。後述する第一磁気センサ23および第二磁気センサ24は磁気センサ挿入孔286aから第一集磁部材221aの集磁部221cと第三集磁部材222aの集磁部222cとの間に挿入される。後述する第三磁気センサ25および第四磁気センサ26は磁気センサ挿入孔286bから第二集磁部材221bの集磁部221cと第四集磁部材222bの集磁部222cとの間に挿入される。
第一集磁機構221および第二集磁機構222のうち、第一ヨーク部材211の第一円環部211aと第二ヨーク部材212の第二円環部212aとの間に挿入される部分は、ホルダ部材28を形成する樹脂部材に覆われず露出している。隣接して並ぶ第一集磁機構221および第二集磁機構222を跨ぐように溶着プレート29が設けられている。溶着プレート29は、熱可塑性樹脂を用いて円環状に形成されている。溶着プレート29は、第一集磁機構221および第二集磁機構222と当接した状態で超音波溶着されている。
【００１７】
（磁気センサ）
第一集磁部材221aの集磁部221cと第三集磁部材222aの集磁部222cとの間には、第一磁気センサ23および第二磁気センサ24が設けられている。第二集磁部材221bの集磁部221cと第四集磁部材222bの集磁部222cとの間には、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26が設けられている。第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26は、ホール素子により形成されている。
第一磁気センサ23と第二磁気センサ24は、直線Cに対して対称となる位置に配置されている。第三磁気センサ25と第四磁気センサ26は、直線Cに対して対称となる位置に配置されている。第一磁気センサ23と第四磁気センサ26は、直線Dに対して対称となる位置に配置されている。第二磁気センサ24と第三磁気センサ25は直線Dに対して対称となる位置に配置されている。第一磁気センサ23と第三磁気センサ25は、インプットシャフト5の回転軸Oに対して対称な位置に設けられている。第二磁気センサ24と第四磁気センサ26は、インプットシャフト5の回転軸Oに対して対称な位置に設けられている。
つまり、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26が配置される位置は、磁気的環境（マグネット20とヨーク部材21の爪部211b,212bの位置、集磁部材22に対する位置等）が等しくなるように配置されている。第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26のそれぞれが検出する磁束線は異なるものの、特性が同じ磁束線を検出することができる。そのため、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26の検出値は等しくなる。
【００１８】
第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26は、それぞれ信号を出力するための出力端子23a,24a,25a,26aを有している。第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26は、出力端子23a,24a,25a,26aがインプットシャフト5の回転軸方向に同一方向に向かって延びる状態で配置されている。出力端子23a,24a,25a,26aは、同一の回路基板30に接続されている。第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26は、回路基板30に取り付けられた状態で、ホルダ部材28の磁気センサ挿入孔286a,286bに挿入される。
回路基板30上には後述する外部のコントローラ14に接続するハーネス31が取り付けられるコネクタ部32が設けられている。第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26の出力信号は、コネクタ部32からコントローラ14に出力される。
【００１９】
［回路構成］
図9は第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26とコントローラ14との間の回路図である
第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26は、それぞれ第一出力回路41、第二出力回路42、第三出力回路43および第四出力回路44によりコントローラ14と接続している。第一出力回路41、第二出力回路42、第三出力回路43および第四出力回路44は、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26の出力信号をコントローラ14に送る。
第一磁気センサ23および第二磁気センサ24は、共通の第一電源回路45によりコントローラ14と接続している。また第三磁気センサ25および第四磁気センサ26は、共通の第二電源回路47によりコントローラ14と接続している。第一電源回路45および第二電源回路47は、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26へ電力を供給する。
【００２０】
第一磁気センサ23および第二磁気センサ24は、共通の第一グランド回路46によりコントローラ14と接続している。また第三磁気センサ25および第四磁気センサ26は、共通の第二グランド回路48によりコントローラ14と接続している。第一グランド回路46および第二グランド回路48は、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26とグランドとを接続している。
コントローラ14は、第一電源回路45、第一グランド回路46、第二電源回路47、第二グランド回路48の異常を検出する異常検出部14ａを有している。
【００２１】
［出力調整制御］
コントローラ14は出力調整部14bを有している。出力調整部14bは第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25、第四磁気センサ26の製品ごとの誤差や取り付け位置の誤差により生じる出力信号の差を小さくする。
図10は出力調整部14bの制御ブロック図である。
A/D変換部50では、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25、第四磁気センサ26から出力された信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。
ローパスフィルタ51では、A/D変換部50から出力された信号から高周波ノイズを除去する。
ゲイン調整部52では、ゲインを乗算する。オフセット調整部53では、オフセット値を加算する。ゲインおよびオフセット値は、トルクセンサ13を出荷する前のキャリブレーション時に調整される数値である。ゲインおよびオフセット値は、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25、第四磁気センサ26の製品ごとの誤差や取り付け位置の誤差によらず、ほぼ等しい出力信号を出力するように調整される。
リミッタ54では、過大な信号を制限する。
プロトコルジェネレーション部55では、信号を通信方式に沿った信号に変換して出力する。
【００２２】
［トルク検出方法］
操舵トルクの入力が無い状態では、第一ヨーク部材211の第一爪部211bおよび第二ヨーク部材212の第二爪部212bの幅方向中心位置が、マグネット20のN極とS極の境界位置と対向する。このとき爪部211b,212bから見たマグネット20のN極とS極に対するパーミアンスは等しい。マグネット20のN極から発生した磁束は、爪部211b,212bに入り、そのままS極へ入る。そのため、第一集磁機構221および第二集磁機構222との間に磁束は流れない。このとき第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26は、中間電圧を出力する。
操舵トルクが入力されると、トーションバー6が捩じれ、インプットシャフト5とピニオンシャフト7との間に相対角度変位が生じる。この相対角度変位は、爪部211b,212bとマグネット20との相対角度変位として表れる。爪部211b,212bとマグネット20との間に相対角度変位が生じると、爪部211b,212bから見たマグネット20のN極とS極に対するパーミアンスのバランスが崩れる。マグネット20のN極から発生した磁束は、爪部211b,212bのうちN極と対向する面積が広い方向に多く流れる。そのため、第一集磁機構221および第二集磁機構222との間に磁束が流れる。第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25、第四磁気センサ26は流れる磁束の量を検出し、検出した磁束の量に応じた信号を出力する。これにより、トーションバー3の捩じれ量を検出することができ、トーションバー3の剛性から操舵トルクを求めることができる。
【００２３】
［磁気センサ異常検出］
ここで、第一磁気センサ23に異常が発生していると仮定する。第一磁気センサ23の出力信号は、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25、第四磁気センサ26の出力信号とは異なる。一方、正常な第二磁気センサ24、第三磁気センサ25、第四磁気センサ26の出力信号はいずれも同じ信号を出力する。そのため、他の3つの磁気センサの出力信号と異なる出力信号を出力する第一磁気センサ23に異常が発生していると判断することができる。
異常が発生している磁気センサが第一磁気センサ23であると特定できるため、トルクセンサ13は第二磁気センサ24、第三磁気センサ25、第四磁気センサ26の出力信号を用いて操舵トルクを検出することができる。
【００２４】
［作用］
磁気センサに異常が発生していることを検出するためには、少なくとも2つの磁気センサを設ける必要がある。2つの磁気センサの信号を比較し、比較した信号の内容が相違するときにはいずれかの磁気センサに異常が発生していると判断することができる。
しかし、2つの磁気センサの信号を比較しても、どちらの磁気センサに異常が発生しているのかを判断することはできない。そのため、トルクセンサ13を用いた制御を継続することができない問題があった。異常が発生している磁気センサを特定するためには、少なくとも3つの磁気センサが必要である。
そこで実施例1では、4つの磁気センサ（第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25、第四磁気センサ26）を設けることとした。これにより、異常が発生した磁気センサを特定することができる。異常が発生していない他の磁気センサを用いて操舵トルクを検出することができる。よって、いずれかの磁気センサに異常が発生したとしても、トルクセンサ13を用いた制御を継続することができる。
【００２５】
また実施例1では、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26が配置される位置は、それぞれ磁気的環境が等しくなるようにした。これにより、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25、第四磁気センサ26を通過するそれぞれの磁束線の特性がほぼ等しくなり、各センサの出力信号特性のばらつきを抑制することができる。よって、操舵トルクの検出精度の安定性を向上させることができる。
また実施例1では、第一集磁機構221をインプットシャフト5の回転軸の周方向に沿った円弧状に形成した。第二集磁機構222をインプットシャフト5の回転軸の周方向に沿った円弧状に形成した。第二集磁機構222を、インプットシャフト5の回転軸の方向および周方向において、第一集磁機構221とオーバラップするように設けた。第二集磁機構222を、インプットシャフト5の回転軸の径方向において第一集磁機構221と離間するように設けた。
これにより、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26を、インプットシャフト5の回転軸方向に沿って、第一集磁機構221と第二集磁機構222との間に挿入することができる。そのため、トルクセンサ13の組み立てが容易となる。また、第一集磁機構221および第二集磁機構222に対する第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26の位置が、インプットシャフト5の回転軸方向にずれたとしても、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26において検出する磁束の変化を抑制することができる。
【００２６】
また実施例1では、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26を、各センサの出力端子23a,24a,25a,26aがインプットシャフト5の回転軸方向に向かって同一方向に向かって延びる状態で配置するようにした。これにより、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26を、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間に同一方向から挿入することができ、トルクセンサ13の組み立てが容易となる。
また実施例1では、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26の出力端子23a,24a,25a,26aが同一のコントローラ14に接続するようにした。これにより、トルクセンサ13の構成を簡素化でき、組み立てが容易となる。
また実施例1では、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26の出力信号をコネクタ部32からコントローラ14に出力するようにした。これにより、トルクセンサ13の構成を簡素化することができる。
また実施例1では、第一集磁機構221および第二集磁機構222を絶縁材料で形成されたホルダ部材28によって固定するようにした。これにより、第一集磁機構221および第二集磁機構222の位置ずれが抑制されるため、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26が配置された位置における磁気的環境を安定して維持することができる。
【００２７】
また実施例1では、ホルダ部材28を第一集磁機構221および第二集磁機構222とともに樹脂材料で射出成型するようにした。これにより、トルクセンサ13に第一集磁機構221および第二集磁機構222を別々に組み付ける作業が不要となり、トルクセンサ13の組み付け作業を簡略化することができる。
また実施例1では、ホルダ部材28を射出成形する際のゲート部281を、第一集磁機構221および第二集磁機構222に対して対称な位置に設けた。射出成型の際に第一集磁機構221および第二集磁機構222に内部応力が作用する。内部応力が作用することにより、第一集磁機構221および第二集磁機構222の磁気的環境は変化する。ゲート部281を第一集磁機構221および第二集磁機構222に対して対称に設けることで、内部応力が第一集磁機構221および第二集磁機構222に対して対称に生じる。そのため、第一集磁機構221および第二集磁機構222の磁気的環境が内部応力により変化したとしても、その変化を第一集磁機構221および第二集磁機構222に対して対称とすることができる。第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26が配置される位置における磁気的環境は等しくなり、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26の出力信号特性のばらつきを抑制することができる。よって、操舵トルクの検出精度の安定性を向上させることができる。
【００２８】
また実施例1では、第一磁気センサ23と第三磁気センサ25を、インプットシャフト5の回転軸Oに対して対称な位置に設けた。第二磁気センサ24と第四磁気センサ26を、インプットシャフト5の回転軸Oに対して対称な位置に設けた。第一集磁機構221および第二集磁機構222は、インプットシャフト5の回転軸O周りに円弧状に形成されている。各磁気センサを、同じインプットシャフト5の回転軸Oを基準として対称な位置に配置することにより、各磁気センサの位置を磁気的環境がほぼ等しい位置とすることができる。
また実施例１では、第一集磁機構221を第一集磁部材221aと第二集磁部材221bとから構成した。第一集磁部材221aと第二集磁部材221bは同一形状を有する。第二集磁機構222を第三集磁部材222ａと第四集磁部材222bとから構成した。第三集磁部材222ａと第四集磁部材222bは同一形状を有する。第一磁気センサ23および第二磁気センサ24を第一集磁部材221aと第三集磁部材222ａとの間に配置した。第三磁気センサ25と第四磁気センサ26を第二集磁部材221bと第四集磁部材222bとの間に配置した。
これにより、第一集磁部材221aと第三集磁部材222ａの組と、第二集磁部材221bと第四集磁部材222bとの組の2組の集磁部材を設けることができる。第一集磁部材221aと第二集磁部材221bは同一形状であり、第三集磁部材222ａと第四集磁部材222bは同一形状を有するため、2組の集磁部材は磁気環境がほぼ等しい。第一磁気センサ23および第二磁気センサ24を一方の組の集磁部材内に配置し、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26を他方の組の集磁部材内に配置したため、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26が配置された位置における磁気的環境をほぼ等しくすることができる。
【００２９】
また実施例1では、第一集磁部材221a、第二集磁部材221b、第三集磁部材222aおよび第四集磁部材222bを、回転部材16の回転軸に直交する同一平面上に設けた。これにより、トルクセンサ13の回転部材16の回転軸方向の寸法の小型化を図る事ができる。
また実施例1では、第一集磁部材221a、第二集磁部材221b、第三集磁部材222a、および第四集磁部材222bの回転部材16の回転軸の周方向幅の角度を180度未満とした。これにより、同一平面上に2組の集磁部材を配置することができる。
また実施例1では、第一磁気センサ23と第二磁気センサ24は共通の第一電源回路45および第一グランド回路46に接続するようにした。第三磁気センサ25と第四磁気センサ26は共通の第二電源回路47および第二グランド回路48に接続するようにした。これにより、回路の簡素化を図る事ができる。
また実施例1では、コントローラ14に第一電源回路45、第一グランド回路46、第二電源回路47、第二グランド回路48の異常を検出する異常検出部14ａを設けた。例えば第一電源回路45に異常が発生しても、第一磁気センサ23と第二磁気センサ24の出力信号は等しくなるため、出力信号の相違による異常検出はできない。または異常値を正常値として判断するおそれがある。コントローラ14に異常検出部14ａを設けることにより、各センサの出力信号では異常検出を行うことができない第一電源回路45、第一グランド回路46、第二電源回路47、第二グランド回路48の異常を検出することができる。
また実施例1では、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25、第四磁気センサ26の製品ごとの誤差や取り付け位置の誤差により生じる出力信号の差を小さくする出力調整部14bを設けた。これにより、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25、第四磁気センサ26の製品ごとの誤差や取り付け位置の誤差によらず、ほぼ等しい出力信号を出力するように調整される。
【００３０】
［効果］
(1) トーションバー6を介して接続されたピニオンシャフト7（第一軸）およびインプットシャフト5（第二軸）を有する回転部材16と、ピニオンシャフト7の回転に伴い回転するようにピニオンシャフト7に設けられ、円環状に形成され、周方向にN極とS極が交互に配置されたマグネット20と、インプットシャフト5の回転に伴い回転するようにインプットシャフト5に設けられ、磁性材料によって形成され、マグネット20と対向するように配置された複数の板状部材である第一爪部211b（第一の爪部）と、円環状に形成され第一爪部211b同士を接続する第一円環部211a（第一の円環部）と、を有する第一ヨーク部材211と、インプットシャフト5の回転に伴い回転するようにインプットシャフト5に設けられ、磁性材料によって形成され、マグネット20と対向するように配置された複数の板状部材である第二爪部212b（第二の爪部）と、円環状に形成され第二爪部212b同士を接続する第二円環部212a（第二の円環部）と、を有し、第二爪部212bの夫々が第一爪部211bの各爪部の間に交互に並ぶように配置された第二ヨーク部材212と、第一円環部211aと対向し、かつ離間するように設けられ、磁性材料で形成された第一集磁機構221（第一の集磁機構）と、第二円環部212aと対向し、かつ離間するように設けられ、磁性材料で形成された第二集磁機構222（第二の集磁機構）と、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間に設けられ、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間の磁界の変化を検出するホール素子を有する第一磁気センサ23（第一の磁気センサ）と、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間に設けられ、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間の磁界の変化を検出するホール素子を有し、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間における第一磁気センサ23の磁気的環境と同じまたは対称位置に配置された第二磁気センサ24（第二の磁気センサ）と、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間に設けられ、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間の磁界の変化を検出するホール素子を有し、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間における第一磁気センサ23および第二磁気センサ24の磁気的環境と同じまたは対称位置に配置された第三磁気センサ25（第三の磁気センサ）と、を備え、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、または第三磁気センサ25の出力信号に基づき回転部材16に生じるトルクを検出するようにした。
よって、いずれかの磁気センサに異常が発生したとしても、トルクセンサ13を用いた制御を継続することができる。また、操舵トルクの検出精度の安定性を向上させることができる。
【００３１】
(2) 第一集磁機構221は、回転部材16の回転軸の周方向に沿った円弧状に形成され、第二集磁機構222は、回転部材16の回転軸の周方向に沿った円弧状に形成され、回転部材16の回転軸の方向および周方向において第一集磁機構221とオーバラップし、かつ回転部材16の回転軸の径方向に第一集磁機構221と離間するように設けられ、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25は、回転部材16の回転軸の径方向において第一集磁機構221と第二集磁機構222の間に配置されるようにした。
よって、トルクセンサ13の組み立てが容易となる。また第一集磁機構221および第二集磁機構222に対する第一磁気センサ23、第二磁気センサ24および第三磁気センサ25の位置が、インプットシャフト5の回転軸方向にずれたとしても、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24および第三磁気センサ25において検出する磁束の変化を抑制することができる。
【００３２】
(3) 第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25は、出力信号を出力するための出力端子23a,24a,25aを備え、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25の出力端子23a,24a,25aを、回転部材16の回転軸の方向において同一方向に向かって延びるように設けた。
よって、トルクセンサ13の組み立てが容易となる。
(4) 第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25の出力端子23a,24a,25aが接続される単一の回路基板30を有することとした。
よって、トルクセンサ13の構成を簡素化でき、組み立てが容易となる。
(5) 回路基板30と外部のコントローラ14とを電気的に接続するハーネス31を接続するためのコネクタ部32を有し、コネクタ部32は、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25からの出力信号をコントローラ14に出力するようにした。
よって、トルクセンサ13の構成を簡素化することができる。
(6) 絶縁材料で形成され、第一集磁機構221および第二集磁機構222が固定されるホルダ部材28（保持部材）を有することした。
よって、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25が配置された位置における磁気的環境を安定して維持することができる。
【００３３】
(7) 樹脂材料で射出成型により形成され、第一集磁機構221および第二集磁機構222をインサート成型によって固定するホルダ部材28（保持部材）を有することとした。
よって、トルクセンサ13の組み付け作業を簡略化することができる。
(8) ホルダ部材28を射出成型するためのゲート部281を、第一集磁機構221および第二集磁機構222の夫々に対し対称な位置に設けた。
よって、操舵トルクの検出精度の安定性を向上させることができる。
(9) 第一集磁機構221は、回転部材16の回転軸の周方向に沿った円弧状に形成され、第二集磁機構222は、回転部材16の回転軸に対する周方向に沿った円弧状に形成され、回転部材16の回転軸の方向および周方向において第一集磁機構221とオーバラップし、かつ回転部材16の回転軸の径方向に第一集磁機構221と離間するように設けられ、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25は、回転部材16の回転軸に対し互いに対称な位置に設けられるようにした。
よって、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25が配置された位置における磁気的環境をほぼ等しくすることができる。
【００３４】
（10） 第一集磁機構221は、第一集磁部材221a（第一の集磁部材）と、第一集磁部材221aと同一形状を有する第二集磁部材221b（第二の集磁部材）を有し、第二集磁機構222は、第一集磁部材221aと対向し、かつ離間するように設けられた第三集磁部材222ａ（第三の集磁部材）と、第二集磁部材221bと対向し、かつ離間するように設けられ、第三集磁部材222ａと同一形状を有する第四集磁部材222b（第四の集磁部材）を有し、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25のうちの1つを、第一集磁部材221aと第三集磁部材222aの間に配置し、残りの2つのうちの少なくとも1つを、第二集磁部材221bと第四集磁部材222bの間に配置するようにした。
よって、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24および第三磁気センサ25が配置された位置における磁気的環境をほぼ等しくすることができる。
(11) 第一集磁部材221a、第二集磁部材221b、第三集磁部材222a、および第四集磁部材222bを、回転部材16の回転軸に直交する同一平面上に設けた。
よって、トルクセンサ13の回転部材16の回転軸方向の寸法の小型化を図る事ができる。
(12) 第一集磁部材221a、第二集磁部材221b、第三集磁部材222a、および第四集磁部材222bの回転部材16の回転軸の周方向幅の角度を180度未満とした。
よって、複数組（2組）の集磁部材を配置する際のレイアウト性を向上させる事ができる。
【００３５】
(13) 第一集磁機構221および第二集磁機構222を、回転部材16の回転軸に対し対称形に形成し、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25を、回転部材16の回転軸に対し互いに対称な位置に配置するようにした。
よって、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25が配置された位置における磁気的環境をほぼ等しくすることができる。
(14) 第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25に接続される電源回路45,47、グランド回路46,48、およびコントローラ14（マイクロプロセッサ）を備え、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24および第三磁気センサ25のうち少なくとも2つは、共通の第一電源回路45および共通の第一グランド回路46に接続され、コントローラ14は、電源回路45,47およびグランド回路46,48の異常を検出する異常検出部14aを有するようにした。
よって、回路の簡素化を図ることができる。また各センサの出力信号では異常検出を行うことができない電源回路45,47、グランド回路46,48の異常を検出することができる。
(15) 第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25の出力信号にゲインをかけることにより第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25の出力信号の差を小さくする出力調整部14bを有する。
第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25の出力信号の誤差を小さくし、トルクセンサ13の操舵トルク検出精度を向上させることができる。
【００３６】
(16) トーションバー6を介して接続されたピニオンシャフト7（第一軸）およびインプットシャフト5（第二軸）を有しステアリングホイール2の操舵操作に伴い回転するインプットシャフト5（操舵軸）、インプットシャフト5の回転を転舵輪4に伝達するラックバー9を備えた操舵機構17と、操舵機構17に生じる操舵トルクを検出するトルクセンサ13と、操舵トルクに基づき駆動制御され、操舵機構17に操舵力を付与する電動モータ3と、電動モータ3を駆動制御するコントローラ14（制御装置）と、を備えた電動パワーステアリング装置1において、トルクセンサ13は、ピニオンシャフト7の回転に伴い回転するようにピニオンシャフト7に設けられ、円環状に形成され、周方向にN極とS極が交互に配置されたマグネット20と、インプットシャフト5の回転に伴い回転するようにインプットシャフト5に設けられ、磁性材料によって形成され、マグネット20と対向するように配置された複数の板状部材である第一爪部211b（第一の爪部）と、円環状に形成され第一爪部211b同士を接続する第一円環部211ａ（第一の円環部）と、を有する第一ヨーク部材211と、インプットシャフト5の回転に伴い回転するようにインプットシャフト5に設けられ、磁性材料によって形成され、マグネット20と対向するように配置された複数の板状部材である第二爪部212b（第二の爪部）と、円環状に形成され第二爪部212b同士を接続する第二円環部212a（第二の円環部）と、を有し、第二爪部212bの夫々が第一爪部211bの各爪部の間に交互に並ぶように配置された第二ヨーク部材212と、第一円環部211aと対向し、かつ離間するように設けられ、磁性材料で形成された第一集磁機構221（第一の集磁機構）と、第二円環部212aと対向し、かつ離間するように設けられ、磁性材料で形成された第二集磁機構222（第二の集磁機構）と、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間に設けられ、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間の磁界の変化を検出するホール素子を有する第一磁気センサ23（第一の磁気センサ）と、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間に設けられ、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間の磁界の変化を検出するホール素子を有し、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間における第一磁気センサ23の磁気的環境と同じまたは対称位置に配置された第二磁気センサ24（第二の磁気センサ）と、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間に設けられ、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間の磁界の変化を検出するホール素子を有し、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間における第一磁気センサ23および第二磁気センサ24の磁気的環境と同じまたは対称位置に配置された第三磁気センサ25と、を有するようにした。
よって、いずれかの磁気センサに異常が発生したとしても、トルクセンサ13を用いた制御を継続することができる。また、操舵トルクの検出精度の安定性を向上させることができる。
【００３７】
(17) 第一集磁機構221は、回転部材16の回転軸の周方向に沿った円弧状に形成され、第二集磁機構222は、回転部材16の回転軸の周方向に沿った円弧状に形成され、回転部材16の回転軸の方向および周方向において第一集磁機構221とオーバラップし、かつ回転部材16の回転軸の径方向に第一集磁機構221と離間するように設けられ、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25は、回転部材16の回転軸の径方向において第一集磁機構221と第二集磁機構222の間に配置されるようにした。
よって、トルクセンサ13の組み立てが容易となる。また第一集磁機構221および第二集磁機構222に対する第一磁気センサ23、第二磁気センサ24および第三磁気センサ25の位置が、インプットシャフト5の回転軸方向にずれたとしても、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24および第三磁気センサ25において検出する磁束の変化を抑制することができる。
【００３８】
〔実施例2〕
実施例1では、第一集磁部材221aと第三集磁部材222aとの間に第一磁気センサ23および第二磁気センサ24を設け、第二集磁部材221bと第四集磁部材222bとの間に第三磁気センサ25および第四磁気センサ26を設けていた。
一方、実施例2では、第三集磁部材222aと第四集磁部材222bを廃止し、第一集磁部材221aと第三集磁部材222aとの間に第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26を設けた点で相違する。
以下、実施例2の電動パワーステアリング装置1について説明するが、実施例1の電動パワーステアリング装置1と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図11はトルクセンサ13の第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26周辺の断面図である。第一集磁部材221aおよび第三集磁部材222aは、実施例1の第一集磁部材221aおよび第三集磁部材222aと同じ形状である。
第一集磁部材221a（第一集磁機構221）の集磁部221cと第三集磁部材222a（第二集磁機構222）の集磁部222cとの間には、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26が設けられている。
第一磁気センサ23と第三磁気センサ25は、第一集磁機構221と第二集磁機構222との間に形成される磁界の方向において同一直線上に配置されている。第二磁気センサ24と第四磁気センサ26は、第一集磁機構221と第二集磁機構222との間に形成される磁界の方向において同一直線上に配置されている。
【００３９】
［作用］
実施例2では、第一磁気センサ23と第三磁気センサ25を磁界の方向において同一直線上に配置した。第二磁気センサ24と第四磁気センサ26を磁界の方向において同一直線上に配置した。磁界の方向における同一直線上は、磁気的環境が等しい。これにより第一磁気センサ23と第三磁気センサ25が配置される位置、第二磁気センサ24と第四磁気センサ26が配置される位置、それぞれにおいて磁気的環境を等しくすることができる。
［効果］
(18) 第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25のうち少なくとも2つを、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間に形成される磁界の方向において同一直線上に配置した。
よって、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24および第三磁気センサ25が配置された位置における磁気的環境をほぼ等しくすることができる。
【００４０】
〔実施例3〕
実施例1では、第一集磁部材221aと第三集磁部材222aとの間に第一磁気センサ23および第二磁気センサ24を設け、第二集磁部材221bと第四集磁部材222bとの間に第三磁気センサ25および第四磁気センサ26を設けていた。
一方、実施例3では、第三集磁部材222aと第四集磁部材222bを廃止し、1つのチップに第一磁気センサ23と第三磁気センサ25と、他の1つのチップに第二磁気センサ24と第四磁気センサ26を設けた点で相違する。
以下、実施例3の電動パワーステアリング装置1について説明するが、実施例1の電動パワーステアリング装置1と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図12はトルクセンサ13の第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26周辺の断面図である。第一集磁部材221aおよび第三集磁部材222aは、実施例1の第一集磁部材221aおよび第三集磁部材222aと同じ形状である。
第一集磁部材221a（第一集磁機構221）の集磁部221cと第三集磁部材222a（第二集磁機構222）の集磁部222cとの間には、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26が設けられている。
第一磁気センサ23と第三磁気センサ25は同一のチップに搭載されている。第二磁気センサ24と第四磁気センサ26は同一のチップに搭載されている。
【００４１】
［作用］
実施例3では、第一磁気センサ23と第三磁気センサ25を同一のチップに、第二磁気センサ24と第四磁気センサ26を同一のチップに搭載するようにした。同一チップに搭載された磁気センサ同士は、非常に接近した位置に設けられる。これにより、各磁気センサの磁気的環境を等しくすることができる。
［効果］
(19) 第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25のうち少なくとも2つを、同一のチップ内に設けるようにした。
よって、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24および第三磁気センサ25が配置された位置における磁気的環境をほぼ等しくすることができる。
【００４２】
〔実施例4〕
実施例1では、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26を、出力端子23a,24a,25a,26aがインプットシャフト5の回転軸方向に同一方向に向かって延びる状態で配置した。
一方、実施例4では、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26を、出力端子23a,24a,25a,26aがインプットシャフト5の回転軸の径方向に同一方向に向かって延びる状態で配置した点で相違する。
以下、実施例4の電動パワーステアリング装置1について説明するが、実施例1の電動パワーステアリング装置1と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図13はトルクセンサ13付近の断面図である。第一ヨーク部材211の第一円環部211ａは径方向外側に折り曲げられている。第二ヨーク部材212の第二円環部212aは径方向外側に折り曲げられている。第一円環部211aの端部には第一集磁機構221が径方向外側に延在して設けられている。第二円環部212aの端部には第二集磁機構222が径方向外側に延在して設けられている。
【００４３】
第一集磁機構221と第二集磁機構222との間には、第一磁気センサ23と第二磁気センサ24が隣り合う状態で挿入されている。第一磁気センサ23と第二磁気センサ24は、インプットシャフト5の回転軸に対して径方向から挿入される。第一集磁機構221と第二集磁機構222との間には、第三磁気センサ25と第四磁気センサ26が隣り合う状態で挿入されている。第三磁気センサ25と第四磁気センサ26は、インプットシャフト5の回転軸に対して径方向から挿入される。
第一磁気センサ23および第二磁気センサ24が設けられる位置と、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26が設けられる位置は、インプットシャフト5の回転軸に対して対称な位置に設定されている。
【００４４】
［作用］
実施例4では、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26を、各センサの出力端子23a,24a,25a,26aがインプットシャフト5の回転軸の径方向に向かって同一方向に向かって延びる状態で配置するようにした。これにより、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25および第四磁気センサ26を、第一集磁機構221と第二集磁機構222の間に同一方向から挿入することができ、トルクセンサ13の組み立てが容易となる。
［効果］
(20) 第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25は、出力信号を出力するための出力端子23a,24a,25aを備え、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25の出力端子23a,24a,25aを、回転部材16の回転軸の径方向において同一方向に向かって延びるように設けた。
よって、トルクセンサ13の組み立てが容易となる。
【００４５】
〔実施例5〕
実施例1では、第一集磁機構221を第一集磁部材221aと第二集磁部材221bとから構成し、第二集磁機構222を第三集磁部材222aと第四集磁部材222bとから構成していた。
一方、実施例5では第一集磁機構221を第一集磁部材221a、第二集磁部材221bおよび第五集磁部材221eから構成し、第二集磁機構222を第三集磁部材222a、第四集磁部材222bおよび第六集磁部材222eから構成した点で相違する。
以下、実施例5の電動パワーステアリング装置1について説明するが、実施例1の電動パワーステアリング装置1と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図14はトルクセンサ13の第一磁気センサ23、第二磁気センサ24および第三磁気センサ25周辺の断面図である。第一集磁部材221a、第二集磁部材221b、第五集磁部材221eは、インプットシャフト5の回転軸の周方向の幅が120度よりも若干小さくなるように形成されている点以外は、実施例1の第一集磁部材221a、第二集磁部材221bと同じ形状である。第三集磁部材222a、第四集磁部材222b、第六集磁部材222eは、インプットシャフト5の回転軸の周方向の幅が120度よりも若干小さくなるように形成されている点以外は、実施例1の第三集磁部材222a、第四集磁部材222bと同じ形状である。
第一集磁部材221aの集磁部221cと第三集磁部材222aの集磁部222cとの間に、第一磁気センサ23を設けた。第二集磁部材221bの集磁部221cと第四集磁部材222bの集磁部222cとの間に、第二磁気センサ24を設けた。第五集磁部材221eの集磁部221cと第六集磁部材222eの集磁部222cとの間に、第三磁気センサ25を設けた。
第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25は、インプットシャフト5の回転軸の周方向において等間隔に配置されている。
【００４６】
［作用］
実施例5では、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25を、インプットシャフト5の回転軸の周方向において等間隔に配置した。これにより、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、第三磁気センサ25が配置される位置において、磁気的環境をほぼ等しくすることができる。
［効果］
(21) 第一磁気センサ23、第二磁気センサ24、および第三磁気センサ25を回転部材16の回転軸の周方向において等間隔に配置した。
よって、第一磁気センサ23、第二磁気センサ24および第三磁気センサ25が配置された位置における磁気的環境をほぼ等しくすることができる。
【００４７】
〔他の実施例〕
以上、本発明を実施例1ないし実施例5に基づいて説明してきたが、各発明の具体的な構成は実施例1ないし実施例5に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
実施例1ないし実施例4では、4つの磁気センサを用いたが、少なくとも3つの磁気センサを用いれば良く、特に限定しない。
実施例4では、第一磁気センサ23と第二磁気センサ24とを隣り合う状態で挿入し、異なる位置において第三磁気センサ25と第四磁気センサ26とを隣り合う状態で挿入するようにした。これを図15に示すように、インプットシャフト5の回転軸方向に第一磁気センサ23と第三磁気センサ25を重ね、同じく第二磁気センサ24と第四磁気センサ26を重ねて、重ねた2組の磁気センサが隣り合うように配置しても良い。
【００４８】
［請求項以外の技術的思想］
更に、上記実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下に記載する。
(A) 請求項2に記載のトルクセンサにおいて、
樹脂材料で射出成型により形成され、前記第一の集磁機構および前記第二の集磁機構をインサート成型によって固定する保持部材を有することを特徴とするトルクセンサ。
(B) 上記(A)に記載のトルクセンサにおいて、
前記保持部材を射出成型するためのゲート部は、前記第一の集磁機構および前記第二の集磁機構の夫々に対し対称な位置に設けられることを特徴とするトルクセンサ。
(C) 請求項1に記載のトルクセンサにおいて、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサのうち少なくとも2つは、前記第一の集磁機構と前記第二の集磁機構の間に形成される磁界の方向において同一直線上に配置されることを特徴とするトルクセンサ。
(D) 請求項1に記載のトルクセンサにおいて、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサのうち少なくとも2つは、同一のチップ内に設けられることを特徴とするトルクセンサ。
(E) 請求項1に記載のトルクセンサにおいて、
前記第一の集磁機構および前記第二の集磁機構は、前記回転部材の回転軸に対し対称形に形成され、
前記第一の磁気センサ、前記第二の磁気センサ、および前記第三の磁気センサは、前記回転部材の回転軸に対し互いに対称な位置に配置されることを特徴とするトルクセンサ。
【符号の説明】
【００４９】
1    電動パワーステアリング装置
3    電動モータ
5    インプットシャフト（第二軸）
6    トーションバー
7    ピニオンシャフト（第一軸）
14    コントローラ（マイクロプロセッサ）
14a    異常検出部
14b    出力調整部
16    回転部材
20    マグネット
23    第一磁気センサ（第一の磁気センサ）
23a    出力端子
24    第二磁気センサ（第二の磁気センサ）
24a    出力端子
25    第三磁気センサ（第三の磁気センサ）
25a    出力端子
28    ホルダ部材（保持部材）
30    回路基板
45    第一電源回路
46    第一グランド回路
47    第二電源回路
48    第二グランド回路
211    第一ヨーク部材
211a    第一円環部（第一の円環部）
211b    第一爪部（第一の爪部）
212    第二ヨーク部材
212a    第二円環部（第二の円環部）
212b    第二爪部（第二の爪部）
221    第一集磁機構（第一の集磁機構）
221a    第一集磁部材（第一の集磁部材
221b    第二集磁部材（第二の集磁部材）
222    第二集磁機構（第二の集磁機構）
222a    第三集磁部材（第三の集磁部材）
222b    第四集磁部材（第四の集磁部材）
281    ゲート部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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