(57)【要約】【課題】  部品点数が少なく、構成が簡単で組立ても容易であり、部品コストの低減を図ることができるトルク検出装置の提供。【解決手段】  連結軸３により連結された第１軸７及び第２軸８と、第１軸７及び第２軸８にそれぞれ直角に設けられ、連結軸３の捩れ角度に応じて変化する２つのエアギャップを相互に形成する２つのヨーク１，２と、第２軸８に直角に第２軸８を中心に放射状に設けられ、中心から外周へ又は外周から中心へ、同一方向に直流電流又は交流電流が通流される配線群１３と、２つのエアギャップの近傍に設けられた２つの磁気センサ４，５とを備え、配線群１３及び２つのヨーク１，２に磁気回路が形成され、磁気センサ４，５が検出したエアギャップからの漏れ磁束に基づき、第１軸７及び第２軸８に加えられたトルクを検出する構成である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連結軸により連結された第１軸及び第２軸と、該第１軸及び第２軸にそれぞれ直角に設けられ、前記連結軸の捩れ角度に応じて変化する偶数個のエアギャップを相互に形成する２つのヨークと、前記第２軸に直角に該第２軸を中心に放射状に設けられ、中心から外周へ又は外周から中心へ、同一方向に直流電流又は交流電流が通流される配線群と、前記偶数個のエアギャップの近傍に設けられた複数の磁気センサとを備え、前記配線群及び前記２つのヨークに磁気回路が形成され、前記磁気センサが検出した前記エアギャップからの漏れ磁束に基づき、前記第１軸及び第２軸に加えられたトルクを検出するように構成してあることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
前記配線群は、プリント基板上に形成されたプリントパターンである請求項１記載のトルク検出装置。
【請求項３】
前記ヨークは、有底部分円筒形状であり、前記エアギャップを形成する為の欠損部を有する形状である請求項１又は２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、電動パワーステアリング装置等に使用され、第１軸と第２軸とを連結する連結軸に生じる捩れ角度によって第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関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の舵取装置に、電動モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減するものがある。これは、操舵輪（ステアリングホイール）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルク検出装置が入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに基づき、出力軸に連動する操舵補助用の電動モータを駆動制御するというものである。
【０００３】
舵取装置に使用されるトルク検出装置の例として、特許文献１には、弾性部材に同軸上に連結された第１の軸及び第２の軸と、第１の軸に連結され周囲に磁界を形成する硬磁性体と、第２の軸に連結され、硬磁性体の磁界内に配置されて磁気回路を形成し、弾性部材の捩れによって硬磁性体との相対位置が変化し、磁気回路に発生する磁束密度が変化する軟磁性体と、軟磁性体から磁束を導く一組の補助軟磁性体と、補助軟磁性体に生じ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記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、入力軸及び出力軸間を、入出力軸に内蔵されるトーションバーで接続し、トーションバーの捩れ角から入出力軸のトルクを検出するトルク検出装置において、入力軸及び出力軸の外周に、外周両端部に着磁部群を設けた筒状の検出リングを、互いの着磁部群が近接するようにそれぞれ取り付けたものが記載されている。
【特許文献１】特開２００４−１０１２７７号公報
【特許文献２】特開２００３−３１５１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような従来のトルク検出装置は、部品点数が多く、また、構成が複雑であり、組立ても容易でないという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、部品点数が少なく、構成が簡単で組立ても容易であり、部品コストの低減を図ることができる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】
【０００６】
第１発明に係るトルク検出装置は、連結軸により連結された第１軸及び第２軸と、該第１軸及び第２軸にそれぞれ直角に設けられ、前記連結軸の捩れ角度に応じて変化する偶数個のエアギャップを相互に形成する２つのヨークと、前記第２軸に直角に該第２軸を中心に放射状に設けられ、中心から外周へ又は外周から中心へ、同一方向に直流電流又は交流電流が通流される配線群と、前記偶数個のエアギャップの近傍に設けられた複数の磁気センサとを備え、前記配線群及び前記２つのヨークに磁気回路が形成され、前記磁気センサが検出した前記エアギャップからの漏れ磁束に基づき、前記第１軸及び第２軸に加えられたトルクを検出するように構成してあることを特徴とする。
【０００７】
第２発明に係るトルク検出装置は、前記配線群は、プリント基板上に形成されたプリントパターンであることを特徴とする。
【０００８】
第３発明に係るトルク検出装置は、前記ヨークは、有底部分円筒形状であり、前記エアギャップを形成する為の欠損部を有する形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１発明に係るトルク検出装置によれば、２つのヨークが、連結軸により連結された第１軸及び第２軸にそれぞれ直角に設けられ、連結軸の捩れ角度に応じて変化する偶数個のエアギャップを相互に形成し、配線群が、第２軸に直角に第２軸を中心に放射状に設けられ、中心から外周へ又は外周から中心へ、同一方向に直流電流又は交流電流が通流される。複数の磁気センサが、エアギャップの近傍に設けられ、配線群及び２つのヨークに磁気回路が形成され、磁気センサが検出したエアギャップからの漏れ磁束に基づき、第１軸及び第２軸に加えられたトルクを検出する。
これにより、部品点数が少なく、構成が簡単で組立ても容易であり、部品コストの低減を図ることができるトルク検出装置を実現することができる。
【００１０】
第２発明に係るトルク検出装置によれば、配線群は、プリント基板上に形成されたプリントパターンであるので、部品点数が少なく、構成が簡単で組立ても容易であり、部品コストの低減を図ることができるトルク検出装置を実現することができる。
【００１１】
第３発明に係るトルク検出装置によれば、ヨークは、有底部分円筒形状であり、エアギャップを形成する為の欠損部を有する形状であるので、部品点数が少なく、構成が簡単で組立ても容易であり、部品コストの低減を図ることができるトルク検出装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係るトルク検出装置の実施の形態１の構成を模式的に示す分解斜視図である。
このトルク検出装置は、細径のトーションバー３（連結軸）により連結された第１軸７及び第２軸８と、第１軸７及び第２軸８にそれぞれ直角に固設されたヨーク１，２と、各ヨーク１，２に隣接して第２軸８に直角に固設され、各ヨーク１，２に磁界を及ぼす為のプリント基板６とを備えている。
【００１３】
各ヨーク１，２は、それぞれ、有底半円筒（部分円筒）形状であり、各底部が互いに逆向きになるように設けられ、ヨーク１の低部の中心部には、第１軸７に連結する為の孔９が設けられ、ヨーク２の低部の中心部には、第２軸８に連結する為の孔１０が設けられている。また、互いの隣接部に欠損部を設けて、相互にエアギャップを形成する形状であり、エアギャップは、トーションバー３の捩れ角度に応じて変化する。
【００１４】
プリント基板６は、ヨーク１，２よりやや短径の円板形状であり、中心部には第２軸に連結する為の孔１４が設けられ、ヨーク１，２に対向する側の表面には、孔１４を中心として放射状にプリントパターン（配線群）１３が設けられている。
プリントパターン１３の各配線の外周側端部には、裏面側からの図示しない各導線が接続され、各配線の中心側端部は、図示しない１本の導線に共通接続されている。外周側端部又は中心側端部に接続された各導線は、裏面側で裏面に略直角に引き回されて、図示しない直流電源又は交流電源に接続されている。
【００１５】
プリントパターン１３の各配線は、中心から外周へ又は外周から中心へ、同一方向に直流電流又は交流電流が通流される。これにより、プリント基板６のヨーク１，２に対向する側の表面付近には、図２に示すように、矢符が示す周方向又はその逆方向の同心円状の磁界が発生し、この発生した磁界により、プリントパターン１３及びヨーク１，２に磁気回路が形成される。
【００１６】
各ヨーク１，２が相互に形成する２つのエアギャップの近傍の図示しないハウジングには、各磁気センサ（ホール素子、ＭＲ素子等）４，５が固接され、各磁気センサ４，５は、プリントパターン１３及びヨーク１，２により形成された磁気回路の各エアギャップからの漏れ磁束を検出する。各磁気センサ４，５が検出した各磁束値は、検出回路１５に与えられ、検出回路１５は、与えられた各磁束値に基づき、第１軸７及び第２軸８に加えられたトルク値を検出し、例えば、電動パワーステアリング装置のコントローラに与える。
【００１７】
このような構成のトルク検出装置では、第１軸７又は第２軸８にトルクが加えられず、トーションバー３が捩れていないとき、ヨーク１，２間の２つのエアギャップは、図３（ａ）に示すように、変化せず等しくなる。
その為、磁気センサ４，５がそれぞれ検出する漏れ磁束は等しくなり、その差は０となって、加えられたトルク値の０に対応させることができる。
【００１８】
例えば、第１軸７に一方向にトルクが加えられ、トーションバー３が一方向に捩れているとき、ヨーク１，２間の２つのエアギャップは、例えば、図３（ｂ）に示すように、磁気センサ４側が広くなり、磁気センサ５側が狭くなる。その為、磁気センサ４が検出する漏れ磁束は大きく、磁気センサ５が検出する漏れ磁束は小さくなって、その差は、加えられた一方向のトルク値に対応させることができる。
【００１９】
また、第１軸７に他方向にトルクが加えられ、トーションバー３が他方向に捩れているとき、ヨーク１，２間の２つのエアギャップは、例えば、図３（ａ）に示すように、磁気センサ４側が狭くなり、磁気センサ５側が広くなる。その為、磁気センサ４が検出する漏れ磁束は小さく、磁気センサ５が検出する漏れ磁束は大きくなって、その差は、加えられた他方向のトルク値に対応させることができる。
以上より、本構成のトルク検出装置により、第１軸７又は第２軸８に加えられたトルクを検出できることが示される。
尚、このトルク検出装置を電動パワーステアリング装置に使用する場合、検出回路１５及びプリント基板６は、例えばスパイラルケーブルにより外部と接続する。
【００２０】
（実施の形態２）
図４は、本発明に係るトルク検出装置の実施の形態２の構成を模式的に示す分解斜視図である。
このトルク検出装置は、上述した実施の形態１のヨーク１，２に代えて、ヨーク１ａ，２ａを備えている。各ヨーク１ａ，２ａは、それぞれ、４個の部分周面を有する浅い有底部分円筒形状であり、部分周面を支持するＸ字形状の各底部の内側が向き合うように設けられている。
【００２１】
ヨーク１ａの底部の中心部には、第１軸７（図１参照、図４では省略）に連結する為の孔９ａが設けられ、ヨーク２ａの底部の中心部には、第２軸８（図１参照、図４では省略）に連結する為の孔１０ａが設けられている。また、ヨーク１ａ，２ａの各４個の部分周面は、エアギャップを挟んで噛み合うように設けられており、８個のエアギャップは、トーションバー３（図１参照、図４では省略）の捩れ角度に応じて変化する。
【００２２】
８個のエアギャップの各近傍の図示しないハウジングには、図４（ｂ）に示すように、それぞれ磁気センサ２１〜２８が番号順に固設されている。各磁気センサ２１〜２８は、プリントパターン１３（図１参照、図４では省略）及びヨーク１ａ，２ａにより形成された磁気回路の各エアギャップからの漏れ磁束を検出する。
各磁気センサ２１〜２８は、同じ磁気特性を有する磁気抵抗素子（ＭＲ素子）であり、図５（ａ）に示すように、磁気センサ２１，２３，２５，２７の直列回路及び磁気センサ２２，２４，２６，２８の直列回路を構成しており、各直列回路は、図示しない各定電流源から接地端子へ定電流が流されている。
【００２３】
磁気センサ２１，２３，２５，２７の直列回路の高電圧側端子は、差動増幅器３０のプラス端子に接続され、磁気センサ２２，２４，２６，２８の直列回路の高電圧側端子は、差動増幅器３０のマイナス端子に接続され、差動増幅器３０の出力端子からは、トルクセンサ出力が出力される。このトルク検出装置のその他の構成は、上述した本発明に係るトルク検出装置の実施の形態１の構成と同様であるので、説明及び図４における図示を省略する。
【００２４】
このような構成のトルク検出装置では、第１軸７又は第２軸８にトルクが加えられず、トーションバー３が捩れていないとき、ヨーク１ａ，２ａ間の８つのエアギャップは、変化せず等しくなる。
その為、磁気センサ２１〜２８がそれぞれ検出する漏れ磁束は等しくなり、それぞれで発生する電圧も等しくなり、磁気センサ２１，２３，２５，２７の直列回路及び磁気センサ２２，２４，２６，２８の直列回路の各高電圧側端子の電圧の差は０となって、加えられたトルク値の０に対応させることができる。
【００２５】
例えば、第１軸７に一方向にトルクが加えられ、トーションバー３が一方向に捩れているとき、ヨーク１ａ，２ａ間の８つのエアギャップは、例えば、磁気センサ２１，２３，２５，２７近傍の各エアギャップは大きくなり、磁気センサ２２，２４，２６，２８近傍の各エアギャップは小さくなる。その為、磁気センサ２１，２３，２５，２７が検出する漏れ磁束は大きく、それぞれで発生する電圧は大きくなり、磁気センサ２２，２４，２６，２８が検出する漏れ磁束は小さく、それぞれで発生する電圧は小さくなって、その差は、強調されて、加えられた一方向のトルク値に対応させることができる。
【００２６】
また、第１軸７に他方向にトルクが加えられ、トーションバー３が他方向に捩れているとき、ヨーク１ａ，２ａ間の８つのエアギャップは、例えば、磁気センサ２１，２３，２５，２７近傍の各エアギャップは小さくなり、磁気センサ２２，２４，２６，２８近傍の各エアギャップは大きくなる。その為、磁気センサ２１，２３，２５，２７が検出する漏れ磁束は小さく、それぞれで発生する電圧は小さくなり、磁気センサ２２，２４，２６，２８が検出する漏れ磁束は大きく、それぞれで発生する電圧は大きくなって、その差は、反転し強調されて、加えられた他方向のトルク値に対応させることができる。
以上のようにすることにより、各磁気センサの磁気特性を平均化することができるので、磁気センサの各直列回路間の磁気特性の差を小さくすることができ、トルクの検出精度を上げることができる。
【００２７】
尚、磁気センサ２１，２３，２５，２７の直列回路に代えて、図５（ｂ）に示すように、磁気センサ２１，２３の直列回路及び磁気センサ２５，２７の直列回路を並列に接続した直並列回路を接続し、磁気センサ２２，２４，２６，２８の直列回路に代えて、磁気センサ２２，２４の直列回路及び磁気センサ２６，２８の直列回路を並列に接続した直並列回路を接続するように構成しても良い。これにより、各直並列回路が冗長系となり、安定したトルク検出値を出力するトルク検出装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るトルク検出装置の実施の形態の構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明に係るトルク検出装置のプリントパターンが形成する磁界を示す説明図である。
【図３】本発明に係るトルク検出装置の動作例を示す説明図である。
【図４】本発明に係るトルク検出装置の実施の形態の構成を示す分解斜視図及び説明図である。
【図５】本発明に係るトルク検出装置の磁気センサの接続例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
１，１ａ，２，２ａ  ヨーク
３  トーションバー（連結軸）
４，５，２１〜２８  磁気センサ
６  プリント基板
７  第１軸
８  第２軸
１３  プリントパターン（配線群）
１５  検出回路
３０  差動増幅器
【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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