(57)【要約】  【課題】  集磁突起に対する磁気センサの位置決めを簡易に実施することができ、磁気センサの検出感度を、加工及び組立て工数の増加を招来することなく高めることが可能なトルク検出装置を提供する。  【解決手段】  集磁リング６，６の外周面における各２つの集磁突起60，60の突設方向を、夫々の位置での径方向ではなく、互いに略平行をなす方向とし、一方の集磁リング６の集磁突起60，60と、他方の集磁リング６の集磁突起60，60との対向面間のエアギャップ内に、回路基板70に支持された磁気センサ７，７を集磁突起60，60の突設方向に沿って挿入して位置決めする構成とする。【選択図】        図１
2005345284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸上に連結された第１軸及び第２軸の一方と一体回転する円筒磁石と、該円筒磁石が形成する磁界内にて前記第１軸及び第２軸の他方と一体回転する２個一組のヨークリングと、該ヨークリングの外側を各別に囲繞する２個一組の集磁リングと、夫々の集磁リングの外周に外向きに突設された集磁突起の対向面間に配された磁気センサとを備え、該磁気センサが検出する前記集磁突起間の磁束密度に基づいて前記第１軸及び第２軸に加わるトルクを検出するトルク検出装置において、
前記集磁突起は、前記集磁リングの周上の複数か所に互いに略平行をなして突設してあり、これらの集磁突起の対向面間の夫々に突設方向に沿って前記磁気センサが挿入してあることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
前記集磁突起は、矩形形状を有し、突設方向の長さＴ1 及び突設方向と直交する方向の幅Ｔ2 を、前記磁気センサの検知域の長さＥ1 及び幅Ｅ2 に対して下記の条件を満たすべく寸法設定してある請求項１記載のトルク検出装置。
０．１ｍｍ＜Ｔ1 −Ｅ1 ＜１０ｍｍ
０．１ｍｍ＜Ｔ2 −Ｅ2 ＜１０ｍｍ
【請求項３】
同軸上に連結された第１軸及び第２軸の一方と一体回転する円筒磁石と、該円筒磁石が形成する磁界内にて前記第１軸及び第２軸の他方と一体回転する２個一組のヨークリングと、該ヨークリングの外側を各別に囲繞する２個一組の集磁リングと、夫々の集磁リングの外周に外向きに突設された集磁突起の対向面間に配された磁気センサとを備え、該磁気センサが検出する前記集磁突起間の磁束密度に基づいて前記第１軸及び第２軸に加わるトルクを検出するトルク検出装置において、
前記集磁突起は、これらの対向面間に前記集磁リングの周方向に並ぶ複数の磁気センサを挿入可能な幅を有して突設してあることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項４】
前記集磁突起の端縁は、対向面から離れる向きに屈曲させてある請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のトルク検出装置。
【請求項５】
前記集磁リングの一方を他方に向けて接離させ、夫々の集磁突起の対向間隔を増減調節する調節手段を備える請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のトルク検出装置。
【請求項６】
前記磁気センサを３個以上備え、これらの検出値の正誤を多数決原理により判定する判定手段を備える請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電動パワーステアリング装置において、操舵のために操舵部材に加えられる操舵トルクを検出すべく用いられるトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転力を舵取機構に伝えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用のモータの駆動制御に用いるべく操舵部材に加えられる操舵トルクを検出する必要があり、この検出のために従来から、操舵部材と舵取機構とを連絡するステアリング軸の中途に構成されたトルク検出装置が用いられている。
【０００３】
このトルク検出装置は、検出対象となるステアリング軸を同軸上に連結された第１軸と第２軸とに分割し、操舵部材の回転操作によりステアリング軸に操舵トルクが加えられたとき、この操舵トルクの作用により第１，第２軸間に相対角変位が生じるようにし、この相対角変位を媒介として前記操舵トルクを検出する構成としてある。なお第１軸と第２軸との連結は、これらに加わるトルクに応じて所定の相対角変位を生じさせるべく、捩りばね定数が管理された細径のトーションバーを介してなされている。
【０００４】
第１，第２軸間の相対角変位の検出は、従来から種々の手段にて実現されており、そのうちの一つとして、第１軸と一体回転する円筒磁石と、第２軸と一体回転するヨークリングとを備え、この円筒磁石とヨークリングとの間の磁気回路の変化を利用して前記相対角変位を検出するように構成されたトルク検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
第２軸と一体回転するヨークリングは、リング形状を有するヨーク本体の一側に軸方向に延びる磁極爪を周方向に複数等配して構成され、夫々の磁極爪を周方向に交互に位置させた２個を一組として第２軸に固定されている。また第１軸と一体回転する円筒磁石は、ヨークリングの磁極爪と同数組の磁極を周方向に並設してなる多極磁石であり、前記ヨークリングの磁極爪が、Ｎ，Ｓ極の境界上に整合するように位置決めして第１軸に固定されている。
【０００６】
２個のヨークリングの外側には、これらに発生する磁束を集める集磁リングが、夫々のヨーク本体の外側を近接して囲繞するように配置されている。これらの集磁リングは、径方向外向きに突設された集磁突起を備えており、所定のエアギャップを隔てて相互に対向するこれらの集磁突起の間に、ホール素子等の磁気検知素子を用いてなる磁気センサが配してある。
【０００７】
以上の構成により第１軸と第２軸とに操舵トルクが加わり、両軸間に相対角変位が生じた場合、一組のヨークリングの磁極爪と円筒磁石の磁極との周方向の位置関係が互いに逆向きに変化し、この位置変化に応じた各別のヨークリング内の磁束変化により、夫々の集磁突起間のエアギャップに漏洩する磁束が増減することとなり、この増減に応じた前記磁気センサの出力変化を取り出すことにより第１，第２軸に加わるトルク（操舵トルク）を検出することができる。
【特許文献１】特開２００３−１４９０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さて、以上の如く構成されたトルク検出装置を車両の操舵トルクの検出に用いる場合、磁気センサのフェイル対策が必要であり、従来から、集磁リングの周上の複数か所に集磁突起を突設し、これらの集磁突起の間に各別の磁気センサを配して、これらの磁気センサの出力比較によりフェイル判定を行って対応している。
【０００９】
このように複数の磁気センサを備える場合、これらは、電源回路、出力処理回路等の周辺回路が形成された回路基板を共用するのが合理的であり、該回路基板上に相互に近接して支持された磁気センサを、各別の集磁突起間に正しく位置決めして固定する組み付けがなされているが、このとき、集磁突起は、集磁リングの周上に径方向外向きに突設されているため、正確な位置決めが難しいという問題があった。
【００１０】
図13は従来のトルク検出装置の問題点の説明図である。図中の６は、集磁リングであり、周上の適長離れた位置に径方向外向きに突設された集磁突起60，60を備えている。また図中の７，７は磁気センサであり、共通の回路基板70の一面に互いに平行をなして突設支持されている。なお図13には、集磁突起60，60に対する磁気センサ７，７の平面的な位置関係が示してあり、磁気センサ７，７よりも上位置にある集磁突起60，60の図示は省略してある。
【００１１】
図13（ａ）には、集磁突起60，60に対して磁気センサ７，７が正しく位置決めされた状態が示されており、本図に示す如く磁気センサ７，７は、夫々の磁気検知域72，72が各別の集磁突起60，60の内側となり、しかも幅方向の中央に一致するように位置決めされる。この位置決めは、集磁リング６に対して回路基板70を位置調整することにより、各別の集磁突起60，60間への磁気センサ７，７の挿入位置を、図中にＸとして示す集磁リング６の径方向（磁気センサ７，７の挿入方向）、及び図中にＹとして示す接線方向（磁気センサ７，７の挿入方向と直交する方向）に調整する手順にて行われる。
【００１２】
図13（ｂ）には、集磁リング６に対して回路基板70が、径方向Ｘに誤って位置決めされた状態が示されており、このとき磁気センサ７，７の磁気検知域72，72は、集磁突起60，60の中央から幅方向にも位置ずれし、この状態で更に接線方向Ｙに誤って位置調整がなされた場合、図13（ｃ）に示す如く、一方の磁気センサ７の磁気検知域72が集磁突起60の外側に外れ、この状態下にて高精度のトルク検出値は得られない。
【００１３】
このように従来のトルク検出装置においては、集磁リングに対する磁気センサの位置決めに際し、２方向の正確な位置調整が必要であり、この位置調整を含めた組立てに多大の工数を要することとなる。
【００１４】
更に、以上の如く構成されたトルク検出装置においては、トルクの検出感度が磁気センサの出力変化の大きさに依存するため、従来から、ヨークリングと円筒磁石及び集磁リングとの間のエアギャップ、並びに集磁突起間のエアギャップを可及的に小さくし、また、円筒磁石、ヨークリング及び集磁リングの材料を適正に選定して、磁気センサにより検出される磁束密度自体を高め、更には、高出力が得られる磁気センサを採用する等の対策により検出感度の向上を図るようにしている。
【００１５】
しかしながら、エアギャップを小さくするには、円筒磁石、ヨークリング及び集磁リングの形状精度を高め、またこれらの位置決めを伴う組立精度を高めることが必要であり、加工及び組立て工数の増加を招来するという問題があり、また、円筒磁石、ヨークリング及び集磁リングの材料の適正化、並びに高出力の磁気センサの採用も製品コストの上昇を伴うという問題がある。
【００１６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、集磁突起に対する磁気センサの位置決めを簡易に実施することができ、また磁気センサの検出感度を、加工及び組立て工数の増加を招来することなく高めることができ、高い検出精度と検出感度とを併せて実現することが可能なトルク検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１発明に係るトルク検出装置は、同軸上に連結された第１軸及び第２軸の一方と一体回転する円筒磁石と、該円筒磁石が形成する磁界内にて前記第１軸及び第２軸の他方と一体回転する２個一組のヨークリングと、該ヨークリングの外側を各別に囲繞する２個一組の集磁リングと、夫々の集磁リングの外周に外向きに突設された集磁突起の対向面間に配された磁気センサとを備え、該磁気センサが検出する前記集磁突起間の磁束密度に基づいて前記第１軸及び第２軸に加わるトルクを検出するトルク検出装置において、前記集磁突起は、前記集磁リングの周上の複数か所に互いに略平行をなして突設してあり、これらの集磁突起の対向面間の夫々に突設方向に沿って前記磁気センサが挿入してあることを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、ヨークリングの外側を囲繞する集磁リングの周上の複数か所に、夫々の位置での径方向ではなく、互いに略平行をなす方向に集磁突起を突設し、これらの集磁突起の対向面間に各別の磁気センサを挿入して位置決めし、これらの磁気センサの検出結果に基づいてトルク検出を行わせる。このような集磁突起と磁気センサとの位置関係は、集磁突起の突設方向に沿った磁気センサの挿入方向の位置ずれの影響を殆ど受けず、挿入方向と直交する方向の位置調整によって所望の位置関係を実現することができ、トルク検出精度の低下を来すことなく組立て工数の削減を図ることができる。
【００１９】
また本発明の第２発明に係るトルク検出装置は、第１発明における集磁突起が、矩形形状を有し、突設方向の長さＴ1 及び突設方向と直交する方向の幅Ｔ2 を、前記磁気センサの検知域の長さＥ1 及び幅Ｅ2 に対して下記の条件を満たすべく寸法設定してあることを特徴とする。
０．１ｍｍ＜Ｔ1 −Ｅ1 ＜１０ｍｍ
０．１ｍｍ＜Ｔ2 −Ｅ2 ＜１０ｍｍ
【００２０】
本発明においては、集磁突起に対する磁気センサの位置決めが容易であることを利用して、集磁突起のサイズを磁気センサの磁気検知域の大きさに対して適正に寸法設定し、集磁突起間にて磁気センサにより検知される磁束密度を大とし、磁気センサの出力を高めてトルク検出感度の向上を図る。
【００２１】
また本発明の第３発明に係るトルク検出装置は、同軸上に連結された第１軸及び第２軸の一方と一体回転する円筒磁石と、該円筒磁石が形成する磁界内にて前記第１軸及び第２軸の他方と一体回転する２個一組のヨークリングと、該ヨークリングの外側を各別に囲繞する２個一組の集磁リングと、夫々の集磁リングの外周に外向きに突設された集磁突起の対向面間に配された磁気センサとを備え、該磁気センサが検出する前記集磁突起間の磁束密度に基づいて前記第１軸及び第２軸に加わるトルクを検出するトルク検出装置において、前記集磁突起は、これらの対向面間に前記集磁リングの周方向に並ぶ複数の磁気センサを挿入可能な幅を有して突設してあることを特徴とする。
【００２２】
この発明においては、集磁リングの外周に外向きに突設してある集磁突起を、集磁リングの周方向に広幅の突起とし、これらの集磁突起の対向面間に周方向に並べた複数の磁気センサを配し、これらの磁気センサの検出結果に基づいてトルク検出を行わせる。共通の集磁突起に対面する複数の磁気センサの出力は、磁気、温度等の外乱に対して略同一の影響を受けており、外乱に起因する検出精度の低下を小さく抑え、この出力に基づくトルク検出精度の向上を図ることができる。
【００２３】
また本発明の第４発明に係るトルク検出装置は、第１〜第３発明における集磁突起の端縁が、対向面から離れる向きに屈曲させてあることを特徴とする。
【００２４】
この発明においては、互いに対向する集磁突起の端縁を対向面から離れる向きに屈曲させ、端縁部における磁束の集中を緩和して、磁気センサの検知域となる中央部における磁束密度を高め、トルク検出感度の向上を図る。
【００２５】
また本発明の第５発明に係るトルク検出装置は、第１〜第４発明における集磁リングの一方を他方に向けて接離させ、夫々の集磁突起の対向間隔を増減調節する調節手段を備えることを特徴とする。
【００２６】
この発明においては、集磁リングの一方を他方に向けて接離させ、集磁突起の対向間隔を拡げた状態で磁気センサの位置決めを容易に行わせると共に、位置決め後の集磁リングの接近調節により集磁突起の対向間隔を可及的に減じ、対向面間の磁束密度を高め、磁気センサの出力を増してトルク検出感度を向上させる。
【００２７】
更に本発明の第６発明に係るトルク検出装置は、第１〜第５発明における磁気センサを３個以上備え、これらの検出値の正誤を多数決原理により判定する判定手段を備えることを特徴とする。
【００２８】
この発明においては、３個以上の磁気センサを用い、例えば、夫々の検出値の差を比較して、他と有意差が生じている磁気センサの検出値が誤りであると判定することにより、磁気センサのフェイルの有無を確実に判定する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係るトルク検出装置においては、集磁リングの周上での集磁突起の突設態様を適正化したから、集磁突起に対する磁気センサの位置決めを含む組立て工数を削減することができ、また磁気センサに対する外乱の影響を軽減することができ、高精度及び高感度でのトルク検出を、簡易に、しかも低コストにて実現することが可能となる。
【００３０】
また、集磁リングの接離移動によりこれらの集磁突起間のエアギャップを増減調節可能としたから、このエアギャップ内に配される磁気センサの出力を大とし、トルク検出感度及びトルク検出精度を向上させることができ、更に、３個以上の磁気センサを用いて多数決原理により磁気センサの検出値の正誤判定を行ったから、磁気センサのフェイルの有無を確実に判定することができ、誤ったトルク検出値の使用を未然に防止することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るトルク検出装置の分解斜視図、図２は、組立て状態を示す縦断面図である。
【００３２】
本発明に係るトルク検出装置は、トーションバー３を介して同軸上に連結された２つの軸（第１軸１及び第２軸２）に加わるトルクを検出対象とし、第１軸１と一体回転する円筒磁石４と、第２軸２と一体回転する２個一組のヨークリング５，５とを備え、ヨークリング５，５の外側を各別に囲繞するように配置され、夫々のヨークリング５，５内に生じる磁束を集める集磁リング６，６と、これらの集磁リング６，６間に後述の如く配設された複数（図においては２つ）の磁気センサ７，７とを備えて構成されている。
【００３３】
トーションバー３は、細径の丸棒の両端に、第１軸１及び第２軸２との連結のための太径短寸の連結部30，30を連設して構成されている。第１軸１及び第２軸２は、前記連結部30，30の内嵌が可能な連結孔10，20を夫々の軸心部に備えており、第１軸１と第２軸２とのトーションバー３による連結は、該トーションバー３両端の連結部30，30を第１，第２軸１，２の連結孔10，20に夫々嵌め込み、後述する周方向の位置決めを行った後、各別の連結ピン11，21の打設により一体化せしめて実現されている。
【００３４】
このように連結された第１軸１と第２軸２とに回転トルクが加えられた場合、この回転トルクの作用によりトーションバー３が捩れ変形し、第１軸１と第２軸２との間には、前記回転トルクに対応する大きさを有する相対角変位が生じる。
【００３５】
第１軸１と一体回転する円筒磁石４は、図１に示す如く、周方向に複数の磁極（各複数のＮ極40，40…及びＳ極41，41…）を並設してなる多極磁石として構成されており、端面及び内面を適宜の厚さを有するモールド樹脂42により覆い、該モールド樹脂42を介して第１軸１に同軸的に嵌合固定されている。
【００３６】
第２軸２と一体回転するヨークリング５，５は、図１に示す如く、リング形をなすヨーク本体50の内面に、軸方向に延びる複数の磁極爪51，51…を、周方向に等配して構成された磁性材料製の円環である。磁極爪51，51…は、延設端に向けて縮幅された三角形状を有しており、２個のヨークリング５，５は、夫々の磁極爪51，51…の突設側を対向させ、周方向に交互に並べた状態で位置決めし、これらの外側を円筒形に成形されたモールド樹脂52により覆って一体化され、該モールド樹脂52を一側に延長して形成されたボス部53を介して第２軸２の軸端部に同軸的に嵌合固定されている。
【００３７】
以上の如く構成されたヨークリング５，５は、図２に示す如く、磁極爪51，51…を備える夫々のヨーク本体50の内面が第１軸１に嵌合固定された円筒磁石４の外周面にわずかなエアギャップを隔てて対向するように組み付けられている。
【００３８】
図３は、２個のヨークリング５，５の磁極爪51，51…と円筒磁石４のＮ極40，40…及びＳ極41，41…との周方向の位置関係を示す説明図である。図３（ｂ）には、組み付け時の位置関係が示されており、本図に示す如くヨークリング５，５と円筒磁石４とは、夫々の磁極爪51，51…が円筒磁石４の周上に並ぶＮ極40とＳ極41との境界と一致するように周方向に位置決めされている。この位置決めは、トーションバー３による第１軸１と第２軸２との連結に際し、両軸１，２と共に円筒磁石４及びヨークリング５，５の周方向位置を調整することにより実現される。
【００３９】
このような組み付け状態において、２個のヨークリング５，５の磁極爪51，51…は、円筒磁石４の周上において互いに相隣するＮ極40とＳ極41との間に形成される磁界内に同一の条件下にて位置することとなり、これらの磁極爪51，51…の基部を連絡するヨーク本体50，50内に生じる磁束は同一となる。
【００４０】
このように実現されたヨークリング５，５夫々の磁極爪51，51…と円筒磁石４のＮ極40及びＳ極41の境界との間の位置関係は、円筒磁石４が固定された第１軸１とヨークリング５，５が固定された第２軸２との間にトーションバー３の捩れを伴って生じる相対角変位に応じて、図３（ａ）又は図３（ｃ）に示す如く互いに逆向きに変化し、一方のヨークリング５の磁極爪51，51…と他方のヨークリング５の磁極爪51，51…とには、夫々逆の極性を有する磁力線が増加し、夫々のヨーク本体50，50に正負の磁束が発生する。このとき発生する磁束の正負は、円筒磁石４とヨークリング５，５との間、即ち、第１軸１と第２軸２との間に生じる相対角変位の向きに応じて定まり、正負の磁束の密度は、前記相対角変位の大きさに対応する。
【００４１】
このようにヨークリング５，５に発生する磁束を集める集磁リング６，６は、ヨーク本体50の外径よりもやや大きい内径を有する磁性材料製の円環であり、周方向に適長離隔した２か所に、軸長方向に延び、先端部を径方向外向きに屈曲成形してなる集磁突起60，60を備えている。このような集磁リング６，６は、各２つの集磁突起60，60の突設側を対向させ、夫々の先端の屈曲部が所定のエアギャップを隔てて対面するように同軸上に位置決めされ、この状態を保って樹脂製の保持筒61の内側に一体化されており、該保持筒61を介して図２に一部を示すハウジング８の内部に保持させ、夫々の集磁リング６，６の内周面が各別のヨークリング５，５のヨーク本体50，50の外周面に近接対向するように組み付けられている。
【００４２】
集磁リング６，６の各２つの集磁突起60，60の間には、ホール素子等の磁気検知素子を用いてなる磁気センサ７，７が夫々配してある。この磁気センサ７，７は、電源回路、信号処理回路等の周辺回路を備える共通の回路基板70の一面に、各別のリード71により突設支持されており、該回路基板70と共に前記保持筒61の一部に連設されたモールド樹脂62に埋設され、集磁突起60，60間に確保されたエアギャップ内に位置決めされている。
【００４３】
以上の構成により集磁リング６，６には、夫々に近接して回転するヨーク本体50，50の内部に発生する磁束が誘導され、この磁束は、集磁突起60，60の先端に集束され、夫々に対向する集磁突起60，60との間のエアギャップに漏れ出す。磁気センサ７，７は、夫々のエアギャップに漏れ出す磁束密度に対応する出力を発し、この出力が、回路基板７を経て外部に取り出される。
【００４４】
このように磁気センサ７，７により検出される磁束密度は、夫々の集磁リング６，６に対応するヨーク本体50，50に生じる磁束によって変化し、ヨーク本体50，50における発生磁束は、円筒磁石４に対する夫々の相対変位、即ち、第１軸１と第２軸２との間の相対角変位に応じて生じるから、磁気センサ７，７の出力は、第１軸１及び第２軸２に加えられ、前記相対角変位を生じさせる回転トルクの方向及び大きさに対応するものとなり、磁気センサ７，７の出力変化に基づいて第１軸１及び第２軸２に加わる回転トルクを検出することができる。
【００４５】
本発明に係るトルク検出装置の特徴は、集磁リング６，６の夫々における集磁突起60，60の突設態様にある。図４は、集磁リング６の要部の外観斜視図であり、本図及び図１に示す如く集磁突起60，60は、夫々の突設位置における集磁リング６の径方向ではなく、両者の中間位置における集磁リング６の径方向に沿って、互いに平行をなして突設されている。
【００４６】
図５は、このような集磁突起60，60と磁気センサ７，７との位置関係を示す平面図である。前述の如く集磁突起60，60は、集磁リング６の周上の適長離れた位置に、互いに平行をなす向きに突設されており、また磁気センサ７，７は、共通の回路基板70の一面に互いに平行をなして突設支持され、集磁突起60，60の対向面間の夫々に、これらの突設方向に沿って挿入されている。なお図５には、一方の集磁リング６の集磁突起60，60の上での磁気センサ７，７の位置関係が示されており、磁気センサ７，７の上部に重なる他方の集磁突起60，60の図示は省略してある。
【００４７】
図５（ａ）には、集磁突起60，60に対して磁気センサ７，７が正しく位置決めされた状態が示されている。本図に示す如く磁気センサ７，７は、夫々の略中央部に存在する磁気検知域72，72が集磁突起60，60の内側となり、しかも夫々の集磁突起60，60の幅方向中央に一致するように位置決めされることにより、前述した漏洩磁束を正しく検知することができ、高精度でのトルク検出が可能となる。この位置決めは、集磁突起60，60を備える集磁リング６に対して、磁気センサ７，７を支持する回路基板70を位置調整して行われる。      
【００４８】
図５（ｂ）には、集磁リング６に対して回路基板70が、図中にＸとして示す集磁リング６の径方向、即ち、磁気センサ７，７の挿入方向に誤って位置調整された状態が示されている。本発明に係るトルク検出装置においては、集磁突起60，60が互いに平行をなして突設されており、これらに対して位置決めされる磁気センサ７，７もまた、基板70の一面に互いに平行をなして突設支持されているから、図５（ｂ）に示す状態においても磁気センサ７，７の磁気検知域72，72は、集磁突起60，60の長さ方向に位置ずれするのみであり、幅方向においては略中央に整合した状態を保つことができ、この状態においても前述した漏洩磁束を正しく検知することができ、高精度でのトルク検出が可能となる。
【００４９】
この状態で更に、図中にＹとして示す集磁リング６の接線方向、即ち、磁気センサ７，７の挿入方向と直交する方向に誤って位置調整がなされた図５（ｃ）に示す状態においても、磁気センサ７，７の磁気検知域72，72は、集磁突起60，60との重なり状態を、これらの集磁突起60，60の半幅の範囲内において保つことができ、高精度でのトルク検出が可能となる。
【００５０】
従って、本発明に係るトルク検出装置においては、集磁リング６の集磁突起60，60に対する磁気センサ７，７の正確な位置調整を強いることなく高精度でのトルク検出が可能となり、前記位置調整を含めた組立て工数を大幅に削減することが可能となる。
【００５１】
一方、集磁突起60，60と磁気センサ７，７との間の位置決めが容易であることから、集磁突起60，60の平面的なサイズを小さくすることが可能である。磁気センサ７，７の出力は、これらが位置決めされる集磁突起60，60間の磁束密度に比例するから、集磁突起60，60の小サイズ化は、磁気センサ７，７の出力の向上、即ち、トルク検出感度の向上に有効である。
【００５２】
図６は、集磁突起60の推奨サイズの説明図である。本図に示す如く、矩形形状を有する集磁突起60の突設方向の長さＴ1 及び突設方向と直交する方向の幅Ｔ2 は、磁気センサ７の磁気検知域72の長さＥ1 及び幅Ｅ2 に対して下記の条件を満たすべく寸法設定することにより高い検出感度を得ることができる。
０．１ｍｍ＜Ｔ1 −Ｅ1 ＜１０ｍｍ
０．１ｍｍ＜Ｔ2 −Ｅ2 ＜１０ｍｍ
【００５３】
また集磁リング６に突設された集磁突起60，60の端縁66，66は、図４に示す如く、夫々に対向する他方の集磁リング６の集磁突起60，60から離れる向きに屈曲させてあり、このような端縁形状を備えることにより、磁気センサ７，７の出力向上、即ち、トルク検出感度の向上を図ることができる。
【００５４】
図７は、以上の如き集磁突起60，60の端縁形状による作用の説明図であり、図７（ａ）は、互いに対向する集磁突起60，60が平坦な端縁を有する場合を、図７（ｂ）は、集磁突起60，60の端縁66，66が、図４に示す屈曲形状を有する場合を夫々示している。
【００５５】
集磁突起60，60が平坦な端縁を有する場合、これらの間のエアギャップは、全幅に亘って均等となり、集磁突起60，60間の磁束密度は、図７（ａ）に示すように端縁近傍に集中する分布状態を示し、磁気センサによる検知域となる集磁突起60，60の中央部における磁束密度は低く、磁気センサの出力は小さくなる。
【００５６】
一方、集磁突起60，60が夫々から離れる向きに屈曲する端縁66，66を有する場合、これらの端縁66，66近傍のエアギャップは、中央部のエアギャップよりも大となる。従って、集磁突起60，60間の磁束密度は、図７（ｂ）に示す如く、端縁近傍の集中が緩和された分布となり、この緩和分が磁気センサによる検知域となる集磁突起60，60の中央部に集まり、磁気センサの出力は大となり、この出力に基づくトルク検出感度を高めることができる。
【００５７】
更に、集磁突起60，60に対する磁気センサ７，７の前述した位置決めを正しく行わせるには、共通の回路基板70上に支持された磁気センサ７，７の位置関係が正しく保たれている必要があるが、磁気センサ７，７の支持は、電源線、信号線及びグランド線を兼ねるリード71，71により不安定になされており、例えば、組み付け時における外力の作用により位置関係に狂いが生じる虞れがある。
【００５８】
図８は、磁気センサ７，７の望ましい支持構造を示す説明図であり、本図においては、回路基板70上に各別のリード71，71により支持された磁気センサ７，７にスペーサ73を取り付け、磁気センサ７，７の相互間の位置関係を保つようにしている。スペーサ73は、樹脂等の絶縁材料製のクリップとし、両磁気センサ７，７の基部の近傍を一括して掴持するように取り付けられている。この支持構造によれば、組み付け時における磁気センサ７，７の位置ずれを未然に防止することができ、集磁突起60，60に対する前述した位置決めを正確に行わせることができる。
【００５９】
以上の実施の形態において、２つの磁気センサ７，７は、一方を前述したトルク検出のために用い、他方は、フェイル判定のために用いられている。このフェイル判定は、磁気センサ７，７の出力を経時的に比較し、両者間に明らかな差が存在するとき、例えば、その前後に非定常な出力変化を示している磁気センサ７がフェイル状態にあると判定する手順により行われる。
【００６０】
このようなフェイル判定は、磁気センサ７を３個以上備え、以下の如き判定手段を構成することにより、一層確実に行わせることができる。図９は、３つの磁気センサを用いた場合のフェイル判定手段の構成例を示すブロック図である。
【００６１】
図示の如く３つの磁気センサ７，７，７の出力は、トルク演算を行うための２つのＣＰＵ74，75に与えられている。ＣＰＵ74，75においては、３つの磁気センサ７，７，７の出力Ｖ1 ，Ｖ2 ，Ｖ3 を用い、これら相互間の差、即ち、Ｖ1 −Ｖ2 、Ｖ2 −Ｖ3 及びＶ3 −Ｖ1 を夫々演算し、これらの差のうち、ゼロを大きく外れる結果が得られる組み合わせから、多数決原理によりフェイル判定が行われる。例えば、前述の如く演算される差のうち、Ｖ1 −Ｖ2 とＶ3 −Ｖ1 とがゼロから外れている場合、これらの差の両方に含まれる出力Ｖ1 がフェイル出力であり、この出力Ｖ1 を発している磁気センサ７がフェイル状態にあると判定することができる。
【００６２】
２つのＣＰＵ74，75において同様のフェイル判定を行っているのは、ＣＰＵ74，75自体の誤作動防止のためである。ＣＰＵ74，75は、相互間での情報の授受が可能に接続されており、夫々のＣＰＵ74，75におけるフェイル判定の結果は、両ＣＰＵ74，75において常時比較されており、両者の判定の結果が一致した場合にのみ、３つの磁気センサ７，７，７の出力Ｖ1 ，Ｖ2 ，Ｖ3 のうち、正常な出力を用いて前述した演算が行われ、この演算により得られたトルク値が、一方のＣＰＵ（図においてはＣＰＵ74）から出力される構成となっている。
【００６３】
なおＣＰＵ74，75の一方は、前述した出力差を各別に演算する演算回路、これらの演算回路の出力を比較する比較回路を含むアナログ回路により置き換えることも可能である。また３つの出力センサ７，７，７は、集磁リング６，６の周上の各３か所に集磁突起60，60，60を突設し、これらの対向面間に配するようにすればよい。
【００６４】
図10は、本発明に係るトルク検出装置の他の実施の形態を示す分解斜視図、図11は、組立て状態を示す縦断面図である。このトルク検出装置は、集磁リング６，６の外周に、各一つの集磁突起63，63が、周方向に所定の幅を有して外向きに突設されており、これらの集磁突起63，63間に確保されたエアギャップ内に２つの磁気センサ７，７を配し、これらにより集磁突起63，63間の漏洩磁束を検出する構成となっている。他の部分の構成は、図１及び図２に示すトルク検出装置と同様であり、対応する構成部材に図１及び図２と同一の参照符号を付して構成及び動作の詳細な説明を省略する。
【００６５】
この実施の形態においても、広幅の集磁突起63，63の対向面の間への２つの磁気センサ７，７の位置決めを、煩雑な位置調整を必要とせずに容易に行わせることができ、前記位置調整を含めた組立て工数を大幅に削減しながら高精度でのトルク検出が可能となる。更にこの実施の形態においては、磁気センサ７，７の出力が、共通の集磁突起63，63間の漏洩磁束に対応するから、両出力間の定常誤差を小さく抑えることができ、前述したフェイル判定の精度を高めることが可能となり、また、２つの磁気センサ７，７に対する磁気、温度等の外乱の影響が略同一となり、これらの影響による検出精度の低下を軽微に抑えることができる。
【００６６】
一方、磁気センサ７、７の出力は、広幅を有する集磁突起63，63の対向面の全域に亘る漏洩磁束の平均密度となるから、図１及び図２に示す構成に比較した場合、得られる出力レベルが低く、トルク検出感度が低くなる。なおこの実施の形態においても、図４に示す如き端縁の屈曲処理によりトルク検出感度の向上を図ることが可能である。
【００６７】
以上の実施の形態に示すトルク検出装置において、磁気センサ７，７の出力レベルを高め、トルク検出感度及び検出精度の向上を図るためには、磁気センサ７，７が配される集磁突起60、60（又は集磁突起63，63）間のエアギャップを可及的に小さくすることが有効である。
【００６８】
図12は、本発明に係るトルク検出装置の更に他の実施の形態を示す縦断面図である。このトルク検出装置において、２個１組の集磁リング６，６のうち、図中の上位置にある集磁リング６は、樹脂製の保持筒64の一側内部に一体に保持され、この保持筒64を介してハウジング８に内嵌固定されている。一方、下位置にある集磁リング６は、保持筒64の他側内部に軸長方向への移動自在に保持され、この集磁リング６の下端縁は、保持筒64の同側開口部に螺合された調節ナット（調節手段）65に当接させてある。なお、他の部分の構成は、図２に示すトルク検出装置と同様であり、対応する構成部材に図２と同一の参照符号を付して構成及び動作の詳細な説明を省略する。
【００６９】
以上の構成により、調節ナット65の螺進操作がなされた場合、下位置にある集磁リング６が押圧され、保持筒64の内部にて軸長方向の上向きに移動して上位置にある集磁リング６に近付くこととなり、夫々の周上に前述の如く突設された集磁突起60，60の対向面間のエアギャップを減じるように調整することができる。
【００７０】
このようなエアギャップの調整は、集磁突起60，60間に磁気センサ７を位置決めした後に実施され、これにより集磁突起60，60間のエアギャップを、磁気センサ７の厚さを下限とする最小値に設定することができ、トルク検出感度及び検出精度の向上を図ることが可能となる。また磁気センサ７の位置決めを、前述した調整前の集磁突起60，60間に確保された広いエアギャップ内にて容易に行わせることができ、組み付け工数の削減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係るトルク検出装置の分解斜視図である。
【図２】本発明に係るトルク検出装置の組立て状態を示す縦断面図である。
【図３】ヨークリングの磁極爪と円筒磁石の磁極との周方向の位置関係を示す説明図である。
【図４】集磁リングの外観斜視図である。
【図５】集磁突起と磁気センサとの位置関係を示す平面図である。
【図６】集磁突起の推奨サイズの説明図である。
【図７】集磁突起の端縁形状による作用の説明図である。
【図８】磁気センサの望ましい支持構造を示す説明図である。
【図９】３つの磁気センサを用いた場合のフェイル判定手段の構成例を示すブロック図である。
【図１０】本発明に係るトルク検出装置の他の実施の形態を示す分解斜視図である。
【図１１】図１０に示すトルク検出装置の組立て状態を示す縦断面図である。
【図１２】本発明に係るトルク検出装置の更に他の実施の形態を示す縦断面図である。
【図１３】従来のトルク検出装置の問題点の説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１    第１軸
２    第２軸
３    トーションバー
４    円筒磁石
５    ヨークリング
６    集磁リング
７    磁気センサ
40    Ｎ極（磁極）
41    Ｓ極（磁極）
60    集磁突起
65    調節ナット（調節手段）
66    端縁
【図１】
2005345284.tif 000003
【図２】
2005345284.tif 000004
【図３】
2005345284.tif 000005
【図４】
2005345284.tif 000006
【図５】
2005345284.tif 000007
【図６】
2005345284.tif 000008
【図７】
2005345284.tif 000009
【図８】
2005345284.tif 000010
【図９】
2005345284.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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