(57)【要約】本発明のトルクセンサー装置は、入力軸及び出力軸の間に配置されて、入力軸と出力軸の相対回動変位を介して入力軸及び出力軸間のトルクを感知するトルクセンサー装置であって、入力軸と出力軸の端部を収容して位置固定配置されて入力軸及び出力軸に相対回動可能なハウジング、入力軸と出力軸中いずれか一側の一端に連結されて前記ハウジングの内部で回動可能に前記ハウジングに収容配置されるマグネットユニット、少なくとも一部が入力軸と出力軸中他の一側の一端に連結されて、前記ハウジングの内部で回動可能に配置されて前記マグネットユニットとの磁気回路を形成するコレクターユニット、前記コレクターユニットの外周側に配置されて前記コレクターユニットを介して集束される磁場を感知するトルクセンサーを含むセンシングユニット、を含み、前記コレクターユニットは、入力軸及び出力軸中の他の一側の一端に半径方向外周上に配置されるリング形状のローワーコレクターリングを備えるローワーコレクターを含む。【選択図】図１
2017527803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸及び出力軸の間に配置されて、入力軸と出力軸の相対回動変位を介して入力軸及び出力軸間のトルクを感知するトルクセンサー装置であって、
入力軸と出力軸の端部を収容して位置固定配置されて入力軸及び出力軸に相対回動可能なハウジング、
入力軸と出力軸中いずれか一側の一端に連結されて前記ハウジングの内部で回動可能に前記ハウジングに収容配置されるマグネットユニット、
少なくとも一部が入力軸と出力軸中他の一側の一端に連結されて、前記ハウジングの内部で回動可能に配置されて前記マグネットユニットとの磁気回路を形成するコレクターユニット、
前記コレクターユニットの外周側に配置されて前記コレクターユニットを介して集束される磁場を感知するトルクセンサーを含むセンシングユニット、を含み、
前記コレクターユニットは、
入力軸及び出力軸中他の一側の一端に半径方向外周上に配置されるリング形状のローワーコレクターリングを備えるローワーコレクターを含むことを特徴とする、
トルクセンサー装置。
【請求項２】
前記マグネットユニットはマグネットリングを含み、前記ローワーコレクターは前記マグネットリングと対向して回動可能に配置されて、前記ローワーコレクターに離隔配置されて端部に前記トルクセンサーが配置されて、前記ハウジングに固定配置されるフィクシングコレクターを備えて、前記ローワーコレクターは前記ローワーコレクターリングの端部から延長離隔形成される複数のローワーコレクターティースをさらに備えて、前記ローワーコレクターティースは入力軸及び出力軸中の他の一側の半径方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサー装置。
【請求項３】
前記フィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターリングと向き合って離隔配置されるローワーフィクシングコレクターと、前記マグネットリングを間に置いて前記ローワーコレクターティースの少なくとも一部と対向配置されるアッパーフィクシングコレクターを備えることを特徴とする請求項２に記載のトルクセンサー装置。
【請求項４】
前記アッパーフィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターティースの少なくとも一部に対向配置される弧状のアッパーフィクシングプレートと、前記アッパーフィクシングプレートの端部で延長形成されるアッパーフィクシングターミナルを備えて、前記ローワーフィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターリングの少なくとも一部に対向配置される弧状のローワーフィクシングプレートと、前記ローワーフィクシングプレートの端部で延長形成されるローワーフィクシングターミナルを備えて、前記トルクセンサーは前記アッパーフィクシングターミナルと前記ローワーフィクシングターミナルとの間に配置されることを特徴とする請求項３に記載のトルクセンサー装置。
【請求項５】
前記ローワーフィクシングプレートと前記アッパーフィクシングプレートの半径方向上の長さは前記アッパーフィクシングプレートの方がより長くなることを特徴とする請求項３に記載のトルクセンサー装置。
【請求項６】
前記マグネットユニットはマグネットブロックを含み、前記ローワーコレクターは前記マグネットリングと対向して回動可能に配置されて、前記ローワーコレクターに離隔配置されて端部に前記トルクセンサーが配置されて、前記ハウジングに固定配置されるフィクシングコレクターを備えて、前記ローワーコレクターは、前記ローワーコレクターリングの端部から延長離隔形成される複数のローワーコレクターティースをさらに備えて、前記ローワーコレクターティースは入力軸及び出力軸中の他の一側の半径方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサー装置。
【請求項７】
前記フィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターリングと向き合って離隔配置されるローワーフィクシングコレクターと、前記マグネットブロックを間に置いて前記ローワーコレクターティースの少なくとも一部と対向配置されるアッパーフィクシングコレクターを備えることを特徴とする請求項６に記載のトルクセンサー装置。
【請求項８】
前記アッパーフィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターティースの少なくとも一部に対向配置される弧状のアッパーフィクシングプレートと、前記アッパーフィクシングプレートの端部で延長形成されるアッパーフィクシングターミナルを備えて、前記ローワーフィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターリングの少なくとも一部に対向配置される弧状のローワーフィクシングプレートと、前記ローワーフィクシングプレートの端部で延長形成されるローワーフィクシングターミナルを備えて、前記トルクセンサーは前記アッパーフィクシングターミナルと前記ローワーフィクシングターミナルとの間に配置されることを特徴とする請求項７に記載のトルクセンサー装置。
【請求項９】
前記ローワーフィクシングプレートと前記アッパーフィクシングプレートの半径方向上の長さは前記アッパーフィクシングプレートの方がより長くなることを特徴とする請求項８に記載のトルクセンサー装置。
【請求項１０】
前記マグネットユニットはマグネットリングを含み、前記コレクターユニットは、入力軸と出力軸中いずれか一側に向けて配置されるアッパーコレクターと、前記アッパーコレクターと前記ローワーコレクターの外周に離隔して前記ハウジングに位置固定配置されて各々一端が前記トルクセンサーを間に置いて配置されるフィクシングコレクターをさらに備えて、前記ローワーコレクターは前記アッパーコレクターと離隔して配置されて、前記アッパーコレクターは、入力軸及び出力軸中他の一側の一端に半径方向外周上に配置されるリング形状のアッパーコレクターリングと、前記アッパーコレクターリングの端部から延長離隔形成される複数のアッパーコレクターティースを備えて、前記ローワーコレクターは、前記ローワーコレクターリングの端部から延長離隔形成される複数のローワーコレクターティースを備えて、前記アッパーティースと前記ローワーコレクターティース中の一つは、入力軸及び出力軸の軸の長さ方向に形成されて、前記アッパーコレクターティースと前記ローワーコレクターティース中の他の一つは、入力軸及び出力軸の半径方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサー装置。
【請求項１１】
前記アッパーコレクターティースは出力軸側に出力軸の長さ方向に沿って形成されることを特徴とする請求項１０に記載のトルクセンサー装置。
【請求項１２】
前記マグネットリングは二つ備えられ、前記マグネットリングの入力軸及び出力軸の軸長さ方向の長さが互いに異なることを特徴とする請求項１１に記載のトルクセンサー装置。
【請求項１３】
前記マグネットリング中前記マグネットリングの入力軸及び出力軸の軸長さ方向の長さが大きいマグネットリングは、前記アッパーコレクターティース側に配置されて、前記アッパーコレクターティースの出力軸長さ方向の長さは、前記マグネットリング中前記マグネットリングの入力軸及び出力軸の軸長さ方向の長さが大きいマグネットリングの軸方向の長さより大きくなることを特徴とする請求項１２に記載のトルクセンサー装置。
【請求項１４】
前記マグネットリング中前記マグネットリングの入力軸及び出力軸の軸長さ方向の長さが小さいマグネットリングは、前記ローワーコレクターティース側に配置されて、前記ローワーコレクターティースの出力軸半径方向の長さは、前記マグネットリング中前記マグネットリングの入力軸及び出力軸の半径方向の長さが小さいマグネットリングの半径方向の長さより大きくなることを特徴とする請求項１３に記載のトルクセンサー装置。
【請求項１５】
前記マグネットリングは、前記アッパーコレクターに対応して配置されるアッパーマグネットリングと、前記ローワーコレクターと向き合って配置されるローワーマグネットリングを備えて、前記アッパーマグネットリングと前記ローワーマグネットリングは、円周方向にＮ極とＳ極が交互配置され、入力軸及び出力軸の長さ方向に形成された断面に対して前記アッパーマグネットリングの縦横比（ＡＲｕ）は前記ローワーマグネットリングの縦横比（ＡＢｌ）未満であることを特徴とする請求項１２に記載のトルクセンサー装置。
【請求項１６】
前記アッパーマグネットの磁気力線は前記アッパーマグネットの入力軸及び出力軸の長さ方向に平行な円周面上で円周方向に形成されて、前記ローワーマグネットの磁気力線は前記ローワーマグネットの入力軸及び出力軸に垂直な円周面上で入力軸及び出力軸の長さ方向に形成されることを特徴とする請求項１５に記載のトルクセンサー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクセンサーに関し、より詳細には入力軸と出力軸を備えるシャフトに対する印加トルクを感知するトルクセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両の走行または停止時に操向ステアリングホイールを回転させることにより路面と接触している車輪も回転するようになる。即ち、前記操向ステアリングホイールを左方向または右方向に回転させると、これと同じ方向に車輪が回転するようになる。ところで、前記車輪は路面と接触した状態であるため、前記車輪と前記路面との間の摩擦力によって前記操向ステアリングホイールと前記車輪の回転比は互いに異なることになり、運転者は前記操向ステアリングホイールを操作するに当たり大きい力を要する。
【０００３】
このような操向力を補助する装置として、パワーステアリングシステム（ＰＳ；Ｐｏｗｅｒ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）が備えられて、パワーステアリングシステムの中でも電動モーターを利用するＥＰＳ方式が実生活で使用される乗用車両などで適用範囲を広めている。
【０００４】
このようなパワーステアリングシステムにおいて動力補助のために、操向ステアリングホイールと連結される入力軸側と車輪側と連動する出力軸側との間のトルク負荷を感知するために両者間の回転角偏差を測定するトルクセンサー（Ｔｏｒｑｕｅ  ｓｅｎｓｏｒ）が備えられる。
【０００５】
トルクセンサーは、大きく接触方式と非接触式方式に分けられるが、接触方式は騒音と耐久性の低下問題によって最近では非接触式方式のトルクセンサーを採択している。また、非接触式方式のトルクセンサーは、大きく磁気抵抗検出方式、磁気変形検出方式、停電容量検出方式、そして光学式検出方式に分けられる。
【０００６】
一方、従来提供されていた電気式動力操向装置に備えられた磁気抵抗検出方式のトルクセンサーは、運転者が操作する操向ステアリングホイールが入力シャフトの上端に結合され、前記入力シャフトの下端はトーションバー（Ｔｏｒｓｉｏｎ  ｂａｒ）によって出力シャフトの上端と連結される。そして、前記出力シャフトの下端は車輪と連結されて、前記トーションバーを含む前記入力シャフトの下端と前記出力シャフトの上端は、その外部にハウジングで保護される。また、前記ハウジングの内部には、先述したトルクセンサー及び動力手段が設置される。ここで、前記入力シャフトには、一定間隔毎に交差する極性を有する永久マグネットガ備えられる。
そして、前記入力シャフトに備えられた永久マグネットによって磁気誘導発生が可能な強磁性体の物質で永久マグネットの極数に相応する歯車構造物の検出リングが出力シャフトに設置される。そして、前記検出リングには磁気を検出するセンサーが連結される構造からなる。この時、入力シャフトに設置された永久マグネットと出力シャフトに設置された歯車構造物の検出リングとの間で相対的なねじれによって対応する面積の変化が発生する。従って、前記検出リングには磁力の変化が発生されて、この磁力の変化を前記センサーが検出するようになり出力シャフトが入力シャフトに対してねじれが発生した角度を感知するようになる。
【０００７】
しかし、従来技術に係る非接触方式のトルクセンサーは、構成要素が多すぎて組み立てが複雑で誤作動の可能性が増大して、製造原価が増大し、構成要素が多すぎるため耐久年限の問題点が浮き彫りになっている。
【０００８】
また、従来技術の場合、永久磁石とこれに対応する二つのトゥースリングが互いにずれて設置されて漏洩磁束が増大する問題点を伴っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記のような問題点を解決するための本発明の目的は、簡単な構造で製造可能で感度を増大させて感知信頼性を増大させて、製造原価を削減させた構造のトルクセンサー装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述したような目的を達成するための本発明のトルクセンサー装置は、入力軸及び出力軸の間に配置されて、入力軸と出力軸の相対回動変位を介して入力軸及び出力軸間のトルクを感知するトルクセンサー装置であって、入力軸と出力軸の端部を収容して位置固定配置されて入力軸及び出力軸に相対回動可能なハウジング、入力軸と出力軸中いずれか一側の一端に連結されて前記ハウジングの内部で回動可能に前記ハウジングに収容配置されるマグネットユニット、少なくとも一部が入力軸と出力軸中他の一側の一端に連結されて、前記ハウジングの内部で回動可能に配置されて前記マグネットユニットとの磁気回路を形成するコレクターユニット、前記コレクターユニットの外周側に配置されて前記コレクターユニットを介して集束される磁場を感知するトルクセンサーを含むセンシングユニット、を含み、前記コレクターユニットは、入力軸及び出力軸中他の一側の一端に半径方向外周上に配置されるリング形状のローワーコレクターリングを備えるローワーコレクターを含むことができる。
【００１１】
前記トルクセンサー装置において、入力軸及び出力軸の間に配置されて、入力軸と出力軸の相対回動変位を介して入力軸及び出力軸間のトルクを感知するトルクセンサー装置であって、入力軸と出力軸の端部を収容して位置固定配置されて入力軸及び出力軸に相対回動可能なハウジング、入力軸と出力軸中いずれか一側の一端に連結されて前記ハウジングの内部で回動可能に前記ハウジングに収容配置されるマグネットリングを含むマグネットユニット、少なくとも一部が入力軸と出力軸中他の一側の一端に連結されて、前記ハウジングの内部で回動可能に配置されて前記マグネットユニットとの磁気回路を形成するコレクターユニット、前記コレクターユニットの外周側に配置されて前記コレクターユニットを介して集束される磁場を感知するトルクセンサーを含むセンシングユニット、を含み、前記コレクターユニットは、前記マグネットリングと対向して回動可能に配置されるローワーコレクターと、前記ローワーコレクターに離隔配置されて端部に前記トルクセンサーが配置されて、前記ハウジングに固定配置されるフィクシングコレクターを備えて、前記ローワーコレクターは、入力軸及び出力軸中他の一側の一端に半径方向外周上に配置されるリング形状のローワーコレクターリングと、前記ローワーコレクターリングの端部から延長離隔形成される複数のローワーコレクターティースを備えて、前記ローワーコレクターティースは入力軸及び出力軸中の他の一側の半径方向に形成されてもよい。
【００１２】
前記トルクセンサー装置において、前記フィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターリングと向き合って離隔配置されるローワーフィクシングコレクターと、前記マグネットリングを間に置いて前記ローワーコレクターティースの少なくとも一部と対向配置されるアッパーフィクシングコレクターを備えてもよい。
【００１３】
前記トルクセンサー装置において、前記アッパーフィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターティースの少なくとも一部に対向配置される弧状のアッパーフィクシングプレートと、前記アッパーフィクシングプレートの端部で延長形成されるアッパーフィクシングターミナルを備えて、前記ローワーフィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターリングの少なくとも一部に対向配置される弧状のローワーフィクシングプレートと、前記ローワーフィクシングプレートの端部で延長形成されるローワーフィクシングターミナルを備えて、前記トルクセンサーは前記アッパーフィクシングターミナルと前記ローワーフィクシングターミナルとの間に配置されてもよい。
【００１４】
前記トルクセンサー装置において、前記ローワーフィクシングプレートと前記アッパーフィクシングプレートの半径方向上の長さは前記アッパーフィクシングプレートの方がより長くてもよい。
【００１５】
前記トルクセンサー装置において、入力軸及び出力軸の間に配置されて、入力軸と出力軸の相対回動変位を介して入力軸及び出力軸間のトルクを感知するトルクセンサー装置であって、入力軸と出力軸の端部を収容して位置固定配置されて入力軸及び出力軸に相対回動可能なハウジング、入力軸と出力軸中いずれか一側の一端に連結されて前記ハウジングの内部で回動可能に前記ハウジングに収容配置されるマグネットブロックを含むマグネットユニット、少なくとも一部が入力軸と出力軸中他の一側の一端に連結されて、前記ハウジングの内部で回動可能に配置されて前記マグネットユニットとの磁気回路を形成するコレクターユニット、前記コレクターユニットの外周側に配置されて前記コレクターユニットを介して集束される磁場を感知するトルクセンサーを含むセンシングユニット、を含み、前記コレクターユニットは、前記マグネットブロックと対向して回動可能に配置されるローワーコレクターと、前記ローワーコレクターに離隔配置されて端部に前記トルクセンサーが配置されて、前記ハウジングに固定配置されるフィクシングコレクターを備えて、前記ローワーコレクターは、入力軸及び出力軸中他の一側の一端に半径方向外周上に配置されるリング形状のローワーコレクターリングと、前記ローワーコレクターリングの端部から延長離隔形成される複数のローワーコレクターティースを備えて、前記ローワーコレクターティースは入力軸及び出力軸中の他の一側の半径方向に形成されてもよい。
【００１６】
前記トルクセンサー装置において、前記フィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターリングと向き合って離隔配置されるローワーフィクシングコレクターと、前記マグネットブロックを間に置いて前記ローワーコレクターティースの少なくとも一部と対向配置されるアッパーフィクシングコレクターを備えてもよい。
【００１７】
前記トルクセンサー装置において、前記アッパーフィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターティースの少なくとも一部に対向配置される弧状のアッパーフィクシングプレートと、前記アッパーフィクシングプレートの端部で延長形成されるアッパーフィクシングターミナルを備えて、前記ローワーフィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターリングの少なくとも一部に対向配置される弧状のローワーフィクシングプレートと、前記ローワーフィクシングプレートの端部で延長形成されるローワーフィクシングターミナルを備えて、前記トルクセンサーは前記アッパーフィクシングターミナルと前記ローワーフィクシングターミナルとの間に配置されてもよい。
【００１８】
前記トルクセンサー装置において、前記ローワーフィクシングプレートと前記アッパーフィクシングプレートの半径方向上の長さは前記アッパーフィクシングプレートの方がより長くてもよい。  
【００１９】
前記トルクセンサー装置において、入力軸及び出力軸の間に配置されて、入力軸と出力軸の相対回動変位を介して入力軸及び出力軸間のトルクを感知するトルクセンサー装置として、であって、入力軸と出力軸の端部を収容して位置固定配置されて入力軸及び出力軸に相対回動可能なハウジング、入力軸と出力軸中いずれか一側の一端に連結されて前記ハウジングの内部で回動可能に前記ハウジングに収容配置されるマグネットリングを含むマグネットユニット、少なくとも一部が入力軸と出力軸中他の一側の一端に連結されて、前記ハウジングの内部で回動可能に配置されて前記マグネットユニットとの磁気回路を形成するコレクターユニット、前記コレクターユニットの外周側に配置されて前記コレクターユニットを介して集束される磁場を感知するトルクセンサーを含むセンシングユニット、を含み、前記コレクターユニットは、入力軸と出力軸中いずれか一側に向けて配置されるアッパーコレクターと、前記アッパーコレクターと離隔して配置されるローワーコレクターと、前記アッパーコレクターと前記ローワーコレクターの外周に離隔して前記ハウジングに位置固定配置されて各々一端が前記トルクセンサーを間に置いて配置されるフィクシングコレクターを備えて、前記アッパーコレクターは、入力軸及び出力軸中他の一側の一端に半径方向外周上に配置されるリング形状のアッパーコレクターリングと、前記アッパーコレクターリングの端部から延長離隔形成される複数のアッパーコレクターティースを備えて、前記ローワーコレクターは、入力軸及び出力軸中の他の一側の一端に半径方向外周上に配置されるリング形状のローワーコレクターリングと、前記ローワーコレクターリングの端部から延長離隔形成される複数のローワーコレクターティースを備えて、前記アッパーティースと前記ローワーコレクターティース中一つは入力軸及び出力軸の軸の長さ方向に形成されて、前記アッパーコレクターティースと前記ローワーコレクターティース中他の一つは入力軸及び出力軸の半径方向に形成されることを特徴とするトルクセンサー装置を提供する。
【００２０】
前記トルクセンサー装置において、前記アッパーコレクターティースは出力軸側に出力軸の長さ方向に沿って形成されてもよい。
【００２１】
前記トルクセンサー装置において、前記マグネットリングは二つが備えられ、前記マグネットリングの入力軸及び出力軸の軸長さ方向の長さが互いに異なってもよい。
【００２２】
前記トルクセンサー装置において、前記マグネットリング中前記マグネットリングの入力軸及び出力軸の軸長さ方向の長さが大きいマグネットリングは、前記アッパーコレクターティース側に配置されて、前記アッパーコレクターティースの出力軸長さ方向の長さは、前記マグネットリング中前記マグネットリングの入力軸及び出力軸の軸長さ方向の長さが大きいマグネットリングの軸方向の長さより大きくてもよい。
【００２３】
前記トルクセンサー装置において、前記マグネットリング中前記マグネットリングの入力軸及び出力軸の軸長さ方向の長さが小さいマグネットリングは、前記ローワーコレクターティース側に配置されて、前記ローワーコレクターティースの出力軸半径方向の長さは、前記マグネットリング中前記マグネットリングの入力軸及び出力軸の半径方向の長さが小さいマグネットリングの半径方向の長さより大きくてもよい。
【００２４】
前記トルクセンサー装置において、前記マグネットリングは、前記アッパーコレクターに対応して配置されるアッパーマグネットリングと、前記ローワーコレクターと向き合って配置されるローワーマグネットリングを備えて、前記アッパーマグネットリングと前記ローワーマグネットリングは、円周方向にＮ極とＳ極が交互配置されるが、入力軸及び出力軸の長さ方向に形成された断面に対して前記アッパーマグネットリングの縦横比（ＡＲｕ）は前記ローワーマグネットリングの縦横比（ＡＢｌ）未満であってもよい。
【００２５】
前記トルクセンサー装置において、前記アッパーマグネットリングの磁気力線は前記アッパーマグネットリングの入力軸及び出力軸の長さ方向に平行な円周面上で円周方向に形成されて、前記ローワーマグネットリングの磁気力線は前記ローワーマグネットリングの入力軸及び出力軸に垂直な円周面上で入力軸及び出力軸の長さ方向に形成されてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
前記のような構成を有する本発明に係るトルクセンサー装置は次のような効果を有する。
第一に、本発明のトルクセンサー装置は、コレクターユニットのコレクターが垂直配置される構造を取って各コレクターを介して磁束の漏洩量を最小化させてトルクセンサーにまで伝達される磁束量を増大させてより正確なトルク感知を行うことができるトルクセンサー装置を提供することができる。
第二に、本発明のトルクセンサー装置は、単数個のローワーコレクター配置構造を介して性能を向上乃至維持させて、材料消費量を顕著に減少させて製品製造工程を簡単にして製造原価を顕著に低減させる構造のトルクセンサー装置を提供することができる。
第三に、本発明のトルクセンサー装置は、マグネットリング構造以外に離隔配置されるマグネットブロック構造を介して性能を向上乃至維持させて、材料消費量を顕著に減少させて製品製造工程を簡単にして製造原価を顕著に低減させる構造のトルクセンサー装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係るトルクセンサー装置の概略的な分解斜視図。
【図２】本発明の一実施形態に係るトルクセンサー装置の他の部分分解斜視図。
【図３】本発明の一実施形態に係るトルクセンサー装置の部分状態図。
【図４】本発明の他の一実施形態に係るトルクセンサー装置の概略的な分解斜視図。
【図５】本発明の他の一実施形態に係るトルクセンサー装置の他の部分分解斜視図。
【図６】本発明のさらに他の一実施形態に係るトルクセンサー装置の概略的な分解斜視図。
【図７】本発明のさらに他の一実施形態に係るトルクセンサー装置の他の部分分解斜視図。
【図８】コレクターユニットの部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照して本発明のトルクセンサー装置１０の構成及び作用を説明する。
【００２９】
本発明のトルクセンサー装置１０は、ハウジング１００、マグネットユニット２００、コレクターユニット３００、及びセンシングユニット４００を含むが、本発明のトルクセンサー装置１０は、入力軸２及び出力軸３との間に配置されて、入力軸２と出力軸３の相対回動変位を介して入力軸２及び出力軸３との間のトルクを感知する。
【００３０】
まず、図２乃至図３を参照して本発明の実施例を説明する。
ハウジング１００は、入力軸２と出力軸３の端部を収容して位置固定配置されて入力軸２及び出力軸３に相対回動可能である。
【００３１】
ハウジング１００は、ハウジングカバー１１０とハウジングベース１２０を含む。ハウジングカバー１１０は、ハウジングベース１２０と締結されて他の構成要素を収容する内部空間を形成する。
【００３２】
ハウジングカバー１１０は入力軸側に配置されて、ハウジングベース１２０はハウジングカバー１１０に対向して出力軸３側に配置される。ハウジングカバー１１０の外周にはハウジングカバー装着部（図示せず）が備えられて、ハウジングベース１２０の外周にはハウジングベース装着部（図示せず）が配置されて、互いに噛み合うように締結される構造を形成する。
【００３３】
ハウジングカバー１１０とハウジングベース１２０は、中央に各々ハウジングカバー貫通口１１３及びハウジングベース貫通口（図示せず）を備えて入力軸２及び出力軸３、そして入力軸２と出力軸３を直接連結するトーションバー５の貫通配置を可能にする。
【００３４】
マグネットユニット２００は、入力軸２と出力軸３中いずれか一側の一端に連結されてハウジング１００の内部で回動可能に収容配置されるマグネットリング２２０を含む。
【００３５】
すなわち、マグネットユニット２００は、入力軸及び出力軸中いずれか一つ、すなわち本実施形態で入力軸２側に連結されて入力軸２と共に回動することで、ハウジング１００に対して相対回動可能に内部に収容配置される構造をなす。
【００３６】
マグネットユニット２００は様々な構成が可能であるが、本実施形態でマグネットユニット２００はマグネットリング２２０を含む。
【００３７】
本実施形態で図示されないがマグネットユニット２００はマグネットホルダーをさらに備えてマグネットホルダーがマグネットリング２２０を入力軸側に支持する構成を取ってもよい。本発明のマグネットリング２２０は図面で明瞭に図示されていないが、入力軸２と出力軸３の長さ方向に磁場を形成するようにＮ、ＳまたはＳ、Ｎ極が配置乃至着磁配置される構造を形成する。
【００３８】
マグネットリングは複数が備えられてもよいが本実施形態でマグネットリングは一つ備えられる。マグネットリング２２０は円周方向にＮ極とＳ極が交互配置される。マグネットリング２２０は、入力軸及び出力軸の長さ方向に磁場が形成されるように着磁される。
【００３９】
コレクターユニット３００は、少なくとも一部が入力軸及び出力軸側中他の一つ、すなわち本実施形態では、出力軸３側に固定装着されて共にハウジング１００に対して相対回動可能に収容配置される。
【００４０】
また、コレクターユニット３００の少なくとも一部が、入力軸２及び出力軸３の半径方向にマグネットリング２２０の外側に配置されてマグネットユニット２００のマグネットリング２２０で形成される磁場の磁気経路を形成されるか磁場を集束させて下記センシングユニット４００に伝達してより正確な感知機能をなすようにする。
【００４１】
センシングユニット４００は、コレクターユニット３００の外周側に配置されて、コレクターユニット３００を介して集束される磁場を感知するトルクセンサーで具現されるが、ホールセンサーなどの非接触方式センサーで具現される。センシングユニットは場合により別のセンサーをさらに備えてもよい。
【００４２】
本実施形態でセンシングユニットは一つのトルクセンサーで具現されるが、場合により二つのトルクセンサーを備える構成を取って、これは感度正確性向上及びいずれか一つのフェイル時、他の信号出力を介したフェイルセーフ機能の具現してもよい。
【００４３】
一方、本発明のコレクターユニット３００は、ローワーコレクター３２０とフィクシングコレクター３３０を含む。
【００４４】
ローワーコレクター３２０は、出力軸側に連結されて出力軸と共に回動する。
ローワーコレクター３２０と出力軸３との間にはローワーコレクタースリーブ（図示せず）とローワーコレクターホルダー（図示せず）がさらに備えられる。ローワーコレクタースリーブは、一端が出力軸３と連結されるが、ローワーコレクタースリーブと出力軸３との間の連結は、溶接、プラスチックスナップフィット、カシメ（ｃａｕｌｋｉｎｇ）等両者間の相対回動を防止する範囲で様々な結合方式が可能である。
【００４５】
また、ローワーコレクタースリーブは、スチール構造であっても合成樹脂構造であってもよいなど設計仕様に応じて様々な変形が可能である。
【００４６】
また、ローワーコレクタースリーブの外周にはローワーコレクターホルダーが連結される。ローワーコレクターホルドはローワーコレクタースリーブとローワーコレクターを連結する構成要素で、窮極的に入力軸とローワーコレクター３２０との間の相対回動を防止する連結機能を具現する。
【００４７】
ローワーコレクター３２０は、パーマロイ、ケイ素鋼版、スチール鋼版など磁性体を使用して、プレス加工されてもよく鋳造されてもよいなど所定の構造をなす範囲で材料と製造方法は様々な変形が可能である。
【００４８】
ローワーコレクター３２０はローワーコレクターリング３２１とローワーコレクターティース３２３を含む。
【００４９】
ローワーコレクターリング３２１は、出力軸３の回転方向に形成配置される所定のリング形状を備える。ローワーコレクターティース３２３は、複数が備えられローワーコレクターリング３２１の端部から出力軸３に垂直な平面上で内側半径方向に形成されて円周に沿って離隔形成される。
【００５０】
一方、フィクシングコレクター３３０は、アッパーコレクター３１０とローワーコレクター３２０の外周に離隔してハウジング１００に位置固定されて配置されて各々の一端がトルクセンサー４００を間に置いて配置される。
【００５１】
フィクシングコレクター３３０は、アッパーフィクシングコレクター３４０とローワーフィクシングコレクター３５０を含む。
【００５２】
アッパーフィクシングコレクター３４０は、アッパーフィクシングプレート３４１及びアッパーフィクシングターミナル３４３を含む。
【００５３】
アッパーフィクシングプレート３４１は、アッパーコレクター３１０の外周側に弧状に配置されて、アッパーフィクシングターミナル３４３は、アッパーフィクシングプレート３４１の外周でトルクセンサー４００に向けて配置される。入力軸及び出力軸に垂直な平面上で見る時、アッパーフィクシングプレート３４１は、アッパーフィクシングプレート３４１がマグネットリング２２０に重なるように、より好ましくはアッパーフィクシングプレート３４１の内側及び外側の間の間隔がマグネットリング２２０の内径及び外径の間の間隔より大きい値を備えて、マグネットリング２２０から磁束漏洩を最小化させる構成を取ってもよい。
【００５４】
アッパーフィクシングターミナル３４３は、アッパーフィクシングプレート３４１の外周でトルクセンサー４００に向けて配置される。アッパーフィクシングターミナル３４３は、所定の屈曲形状を備えて端部がトルクセンサー４００に近接するようにしてエアーギャップを減らすことによって、集磁された磁束をトルクセンサー４００側への伝達性を増大させてより正確な感知を行うようにする。
【００５５】
アッパーフィクシングプレート３４１とアッパーフィクシングターミナル３４３は一体型で形成される。アッパーフィクシングプレート３４１の一端は、マグネットリング２２０に近接して配置されて、アッパーフィクシングターミナル３４３の端部は、アッパーコレクター３１０の反対側にトルクセンサー４００に近接して配置される。
【００５６】
ローワーフィクシングコレクター３５０は、ローワーフィクシングプレート３５１及びローワーフィクシングターミナル３５３を含む。全体的構造は先述したアッパーフィクシングコレクター３４０と同じであるが場合により多少異なった構成を取ってもよい。
【００５７】
ローワーフィクシングプレート３５１は、ローワーコレクター３２０の外周に弧状に配置されて、入力軸及び出力軸に垂直な平面上で見る時、ローワーフィクシングプレート３５１は、ローワーフィクシングプレート３５１がローワーコレクター３２０のローワーコレクターリング３２１に重なるように、より好ましくはローワーフィクシングプレート３５１の内側及び外側の間の間隔がローワーコレクターリング３２１の内径及び外径の間の間隔より大きい値を備えてローワーコレクターリングから磁束漏洩を最小化させる構成を取ってもよい。
【００５８】
ローワーフィクシングターミナル３５３は、ローワーフィクシングプレート３５１の外周でトルクセンサー４００に向けて配置される。ローワーフィクシングターミナル３５３は、所定の屈曲形状を備えて端部がトルクセンサー４００に近接するようにしてエアーギャップを減らすことによって、集磁された磁束をトルクセンサー４００側への伝達性を増大させてより正確な感知を行うようにする。
【００５９】
ローワーフィクシングプレート３５１とローワーフィクシングターミナル３５３は一体型で形成される。ローワーフィクシングプレート３５１の一端は、ローワーコレクター３２０に近接して配置されて、ローワーフィクシングターミナル３５３の端部は、ローワーコレクター３２０の反対側にトルクセンサー４００に近接して配置される。
【００６０】
アッパーフィクシングコレクタープレートとローワーフィクシングコレクタープレートは、半径方向上の長さが互いに異なり、アッパーフィクシングプレートの長さがより長い構造を取ってもよい。
【００６１】
本発明の特徴は、一つのマグネットリングとこれに対して対応する一つのローワーコレクターと、そして固定構造のフィクシングコレクター構造である。このような本発明は原価節減を成し遂げてトルクセンシング性能は維持乃至向上させることができる。
【００６２】
また、軸方向に着磁されたマグネットリングの場合、入力軸と出力軸との間のねじりトーションがない場合、ローワーコレクターによって収集される磁束のＮ極とＳ極が５０：５０に配置されて磁気的中立状態を形成する（図３参照）。
【００６３】
それに対して、入力軸と出力軸との間のねじりトーションがある場合、ローワーコレクターによって収集される磁束のＮ極とＳ極が５０：５０の均衡が崩れて非均等状態を形成してローワーコレクターティースによってＮ極とＳ極の対応する面積の変化が発生して、面積変化に比例する磁力がフィクシングコレクターを介して誘導されてマグネットリング２２０の上部に戻っていく磁気経路を形成してこの時トルクセンサーが磁場の変化を感知して所定のねじりトーション発生量を感知することができる。
【００６４】
一方、本発明は、図１乃至図３の実施形態でのようなマグネットリング以外の他の構造、すなわちマグネットブロックを備えるマグネットユニットで具現される構造を取ってもよいため、以下図４及び図５を参照して他の一実施形態を説明する。同じ構成に対しは同じ図面符号及び名称を使用して重複した説明は省略する。
【００６５】
マグネットリンで具現される先述した実施形態とは異なって本発明の他の実施形態のマグネットユニット２００は、入力軸２と出力軸３中いずれか一側の一端に連結されてハウジング１００の内部で回動可能に収容配置されるマグネットブロック２２０を含む。
【００６６】
すなわち、マグネットユニット２００は、入力軸及び出力軸中いずれか一つ、すなわち本実施形態で入力軸２側に連結されて入力軸２と共に回動することで、ハウジング１００に対して相対回動可能に内部に収容配置される構造を形成するが、マグネットユニット２００は様々な構成が可能であるが、本実施形態でマグネットユニット２００はマグネットブロック２２０を含む。
【００６７】
本実施形態で図示されないがマグネットユニットはマグネットホルダーをさらに備えてマグネットホルダーがマグネットブロック２２０を入力軸側に支持する構成を取ってもよい。本発明のマグネットブロック２２０は、入力軸２と出力軸３の円周方向に異なる極性が配置される構造、すなわち円周方向にＮ、ＳまたはＳ、Ｎ極が配置乃至着磁配置される構造を形成する。
【００６８】
マグネットブロックは複数が備えられ、入力軸及び出力軸の回転方向に円周離隔配列される構造を取る。複数のマグネットブロックは等間隔均等配列される構造を取ってなしてもよいが先述した実施形態でマグネットリングは一つが備えられる。マグネットブロック２２０は図面で明らかにされなかったが、各マグネットブロックは垂直方向、すなわち入力軸と出力軸の長さ方向にＮ極とＳ極が着磁形成されて、マグネットブロック２２０は入力軸及び出力軸の長さ方向に磁場が形成される。
【００６９】
コレクターユニット３００は、少なくとも一部が入力軸及び出力軸側中他の一つ、すなわち本実施形態では、出力軸３側に固定装着されて共にハウジング１００に対して相対回動可能に収容配置される。
【００７０】
また、コレクターユニット３００の少なくとも一部が、入力軸２及び出力軸３の半径方向にマグネットブロック２２０の外側に配置されてマグネットユニット２００のマグネットブロック２２０で形成される磁場の磁気経路を形成されるか磁場を集束させて下記センサーユニット４００に伝達してより正確な感知機能をなすようにする。
【００７１】
センシングユニット４００は、コレクターユニット３００の外周側に配置されて、コレクターユニット３００を介して集束される磁場を感知するトルクセンサーで具現される。センシングユニットは場合により別のセンサーをさらに備えてもよい。
【００７２】
本実施形態でセンシングユニットは一つのトルクセンサーで具現されるが、場合により二つのトルクセンサーを備える構成を取って、これは感度正確性向上及びいずれか一つのフェイル時、他の信号出力を介したフェイルセーフ機能を具現してもよい。
【００７３】
一方、本発明のコレクターユニット３００は、ローワーコレクター３２０とフィクシングコレクター３３０を含む。
【００７４】
ローワーコレクター３２０は、出力軸側に連結されて出力軸と共に回動する。
【００７５】
ローワーコレクター３２０と出力軸３との間にはローワーコレクタースリーブ（図示せず）とローワーコレクターホルダー（図示せず）がさらに備えられる。ローワーコレクタースリーブは、一端が出力軸３と連結されるが、ローワーコレクタースリーブと出力軸３との間の連結は、溶接、プラスチックスナップフィット、カシメ（ｃａｕｌｋｉｎｇ）等両者間の相対回動を防止する範囲で様々な結合方式が可能である。
【００７６】
また、ローワーコレクタースリーブは、スチール構造であっても合成樹脂構造であってもよいなど設計仕様に応じて様々な変形が可能である。  
【００７７】
また、ローワーコレクタースリーブの外周にはローワーコレクターホルダーが連結される。ローワーコレクターホルドはローワーコレクタースリーブとローワーコレクターを連結する構成要素で、窮極的に入力軸とローワーコレクター３２０との間の相対回動を防止する連結機能を具現する。
【００７８】
ローワーコレクター３２０は、パーマロイ、ケイ素鋼版、スチール鋼版など磁性体を使用して、プレス加工されてもよく鋳造されてもよいなど所定の構造をなす範囲で材料と製造方法は様々な変形が可能である。
【００７９】
ローワーコレクター３２０はローワーコレクターリング３２１とローワーコレクターティース３２３を含む。
【００８０】
ローワーコレクターリング３２１は、出力軸３の回転方向に形成配置される所定のリング形状を備える。ローワーコレクターティース３２３は、複数が備えられローワーコレクターリング３２１の端部から出力軸３に垂直な平面上で内側半径方向に形成されて円周に沿って離隔形成される。
【００８１】
一方、フィクシングコレクター３３０は、アッパーコレクター３１０とローワーコレクター３２０の外周に離隔してハウジング１００に位置固定されて配置されて各々の一端がトルクセンサー４００を間に置いて配置される。
【００８２】
フィクシングコレクター３３０は、アッパーフィクシングコレクター３４０とローワーフィクシングコレクター３５０を含む。
【００８３】
アッパーフィクシングコレクター３４０は、アッパーフィクシングプレート３４１及びアッパーフィクシングターミナル３４３を含む。
【００８４】
アッパーフィクシングプレート３４１は、アッパーコレクター３１０の外周側に弧状に配置されて、アッパーフィクシングターミナル３４３は、アッパーフィクシングプレート３４１の外周でトルクセンサー４００に向けて配置される。入力軸及び出力軸に垂直な平面上で見る時、アッパーフィクシングプレート３４１は、アッパーフィクシングプレート３４１がマグネットリング２２０に重なるように、より好ましくはアッパーフィクシングプレート３４１の内側及び外側の間の間隔がマグネットブロック２２０の内径及び外径の間の間隔より大きい値を備えて、マグネットブロック２２０から磁束漏洩を最小化させる構成を取ってもよい。
【００８５】
アッパーフィクシングターミナル３４３は、アッパーフィクシングプレート３４１の外周でトルクセンサー４００に向けて配置される。アッパーフィクシングターミナル３４３は、所定の屈曲形状を備えて端部がトルクセンサー４００に近接するようにしてエアーギャップを減らすことによって、集磁された磁束をトルクセンサー４００側への伝達性を増大させてより正確な感知を行うようにする。
【００８６】
アッパーフィクシングプレート３４１とアッパーフィクシングターミナル３４３は一体型で形成される。アッパーフィクシングプレート３４１の一端は、マグネットブロック２２０に近接して配置されて、アッパーフィクシングターミナル３４３の端部は、アッパーコレクター３１０の反対側にトルクセンサー４００に近接して配置される。
【００８７】
ローワーフィクシングコレクター３５０は、ローワーフィクシングプレート３５１及びローワーフィクシングターミナル３５３を含む。全体的構造は先述したアッパーフィクシングコレクター３４０と同じであるが場合により多少異なった構成を取ってもよい。  
【００８８】
ローワーフィクシングプレート３５１は、ローワーコレクター３２０の外周に弧状に配置されて、入力軸及び出力軸に垂直な平面上で見る時、ローワーフィクシングプレート３５１は、ローワーフィクシングプレート３５１がローワーコレクター３２０のローワーコレクターリング３２１に重なるように、より好ましくはローワーフィクシングプレート３５１の内側及び外側の間の間隔がローワーコレクターリング３２１の内径及び外径の間の間隔より大きい値を備えてローワーコレクターリングから磁束漏洩を最小化させる構成を取ってもよい。
【００８９】
ローワーフィクシングターミナル３５３は、ローワーフィクシングプレート３５１の外周でトルクセンサー４００に向けて配置される。ローワーフィクシングターミナル３５３は、所定の屈曲形状を備えて端部がトルクセンサー４００に近接するようにしてエアーギャップを減らすことによって、集磁された磁束をトルクセンサー４００側への伝達性を増大させてより正確な感知を行うようにする。  
【００９０】
ローワーフィクシングプレート３５１とローワーフィクシングターミナル３５３は一体型で形成される。ローワーフィクシングプレート３５１の一端は、ローワーコレクター３２０に近接して配置されて、ローワーフィクシングターミナル３５３の端部は、ローワーコレクター３２０の反対側にトルクセンサー４００に近接して配置される。  
【００９１】
アッパーフィクシングコレクタープレートとローワーフィクシングコレクタープレートは、半径方向上の長さが互いに異なり、アッパーフィクシングプレートの長さがより長い構造を取ってもよい。
【００９２】
本発明の特徴は、一つのマグネットブロックとこれに対して対応する一つのローワーコレクターと、そして固定構造のフィクシングコレクター構造である。このような本発明は原価節減を成し遂げてトルクセンシング性能は維持乃至向上させることができる。
【００９３】
また、軸方向に着磁されたマグネットブロックの場合、入力軸と出力軸との間のねじりトーションがない場合、ローワーコレクターによって収集される磁束のＮ極とＳ極が５０：５０に配置されて磁気的中立状態を形成する。
【００９４】
それに対して、入力軸と出力軸との間のねじりトーションがある場合、ローワーコレクターによって収集される磁束のＮ極とＳ極が５０：５０の均衡が崩れて非均等状態を形成してローワーコレクターティースによってＮ極とＳ極の対応する面積の変化が発生して、面積変化に比例する磁力がフィクシングコレクターを介して誘導されてマグネットブロック２２０の上部に戻っていく磁気経路を形成してこの時トルクセンサーが磁場の変化を感知して所定のねじりトーション発生量を感知することができる。
【００９５】
さらに、先述した実施形態では、半径中心方向に延びるローワーコレクターティースとこれを備えるローワーコレクターリングを含むローワーコレクターを備える構造を取っていたが、コレクターユニットはアッパーコレクターをさらに備えてもよい。先述した場合と同様に同一乃至実質的同一乃至対等な構成要素に対しては同じ名称及び同じ図面符号を付与して重複した説明は省略する。
【００９６】
図６乃至図８を参照する。本発明のさらに他の一実施形態に係るトルクセンサー装置１０は、ハウジング１００、マグネットユニット２００、コレクターユニット３００、センシングユニット４００を含むが、本発明のトルクセンサー装置１０は、入力軸２及び出力軸３間に配置されて、入力軸２と出力軸３の相対回動変位を介して入力軸２及び出力軸３間のトルクを感知する。
【００９７】
本実施形態でのマグネットユニット２００は、入力軸２と出力軸３中いずれか一側の一端に連結されてハウジング１００の内部で回動可能に収容配置されるマグネットリング２２０を含む。
【００９８】
すなわち、マグネットユニット２００は、入力軸及び出力軸中いずれか一つ、すなわち本実施形態で入力軸２側に連結されて入力軸２と共に回動することで、ハウジング１００に対して相対回動可能に内部に収容配置される構造をなす。
【００９９】
マグネットユニット２００は様々な構成が可能であるが、本実施形態でマグネットユニット２００はマグネットリング２２０を含む。
【０１００】
本実施形態で図示されないがマグネットユニットはマグネットホルダーをさらに備えてマグネットホルダーがマグネットリング２２０を入力軸側に支持する構成を取ってもよい。  本発明のマグネットリング２２０は、入力軸２と出力軸３の円周方向に異なる極性が配置される構造、すなわち円周方向にＮ、ＳまたはＳ、Ｎ極が配置乃至着磁配置される構造を形成する。
【０１０１】
本実施形態でマグネットリングは複数が備えられる。より具体的にマグネットリングは二つが備えられ、マグネットリング２２０はアッパーマグネットリング２２１０とローワーマグネットリング２２２０を含む。アッパーマグネットリング２２１０は下記のコレクターユニットのアッパーコレクター３１０に対応して配置されて、ローワーマグネットリング２２２０はローワーコレクター３２０と向き合って配置されて、アッパーマグネットリング２２１０とローワーマグネットリング２２２０は円周方向にＮ極とＳ極が交互配置されて、入力軸２及び出力軸３の長さ方向に形成された断面に対してアッパーマグネットリング２２１０の縦横比（ＡＲｕ）はローワーマグネットリング２２２０の縦横比（ＡＲｌ）未満の値を有する。
【０１０２】
すなわち、図８に図示された通り、アッパーマグネットリング２２１０の縦横比（ＡＲ１＝ｄ１／ｔ１）は、ローワーマグネットリング２２２０の縦横比（ＡＲ２＝ｄ２／ｔ２）より小さい値を備える。
【０１０３】
このような構成により、アッパーマグネット２２１０及びローワーマグネット２２１０は、共に図８のように磁気力線が形成されて、アッパーマグネット２２１０の磁気力線はアッパーマグネット２２１０の円周面、より具体的に外周円周面上で入力軸２及び出力軸３の長さ方向に平行な円周面上で円周方向に形成されて円周上で隣接した他の極性との磁気力線が形成されて、ローワーマグネット２２２０の磁気力線は円周方向に隣接した他の極性との磁気力線が形成されて、入力軸２及び出力軸３に垂直な円周面上で入力軸２及び出力軸３の長さ方向に形成される。
【０１０４】
すなわち、アッパーマグネット２２１０は、外側及び内側面上で隣接他極性間に磁場が主に形成されて、ローワーマグネット２２２０は、入力軸及び出力軸に向けた面で磁場が主に形成される。
【０１０５】
コレクターユニット３００は少なくとも一部が入力軸及び出力軸側中他の一つ、すなわち本実施形態では出力軸３側に固定装着されて共にハウジング１００に対して相対回動可能に収容配置される。
【０１０６】
また、コレクターユニット３００の少なくとも一部が、入力軸２及び出力軸３の半径方向にマグネットリング２２０の外側に配置されてマグネットユニット２００のマグネットリング２２０で形成される磁場の磁気経路を形成されるか磁場を集束させて下記センサーユニット４００に伝達してより正確な感知機能をなすようにする。
【０１０７】
コレクターユニット３００の外周側に配置されて、コレクターユニット３００を介して集束される磁場を感知するトルクセンサーで具現される。センシングユニットは場合により別のセンサーをさらに備えてもよい。
【０１０８】
本実施形態でセンシングユニットは一つのトルクセンサーで具現されるが、場合により二つのトルクセンサーを備える構成を取って、これは感度正確性向上及びいずれか一つのフェイル時、他の信号出力を介したフェイルセーフ機能を具現してもよい。
【０１０９】
さらに、本発明のコレクターユニット３００は、アッパーコレクター３１０とローワーコレクター３２０とフィクシングコレクター３３０を含む。
【０１１０】
アッパーコレクター３１０は、入力軸と出力軸中いずれか一側に向けて配置されて、ローワーコレクター３２０はアッパーコレクター３１０と離隔して配置されて，  フィクシングコレクター３３０は、アッパーコレクター３１０とローワーコレクター３２０の外周に離隔してハウジング１００に位置固定されて配置されて各々の一端がトルクセンサーで具現されるセンシングユニット４００を間に置いて配置される。
アッパーコレクター３１０は、アッパーコレクターリング３１１とアッパーコレクターティース３１３を含む。
【０１１１】
アッパーコレクターリング３１１は、入力軸２及び出力軸中他の一側、すなわち本実施形態では、入力軸２の半径方向外周上に形成配置される所定のリング形状を備える。アッパーコレクターティース３１３は、複数が備えられ、アッパーコレクターリング３１１の端部から入力軸２の長さ方向に形成されて円周方向に離隔形成される。
【０１１２】
また、ローワーコレクター３２０は、出力軸側に連結されて出力軸と共に回動する。
【０１１３】
ローワーコレクター３２０と出力軸３との間にはローワーコレクタースリーブ（図示せず）とローワーコレクターホルダー（図示せず）がさらに備えられるが、これは記述されたアッパーコレクターの場合にも同じ構成を取ってもよい。  ローワーコレクタースリーブは、一端が出力軸３と連結されるが、ローワーコレクタースリーブと出力軸３との間の連結は、溶接、プラスチックスナップフィット、カシメ（ｃａｕｌｋｉｎｇ）等両者間の相対回動を防止する範囲で様々な結合方式が可能である。
【０１１４】
また、ローワーコレクタースリーブは、スチール構造であっても合成樹脂構造であってもよいなど設計仕様に応じて様々な変形が可能である。  
【０１１５】
また、ローワーコレクタースリーブの外周にはローワーコレクターホルダーが連結される。ローワーコレクターホルドはローワーコレクタースリーブとローワーコレクターを連結する構成要素で、窮極的に入力軸とローワーコレクター３２０との間の相対回動を防止する連結機能を具現する。
【０１１６】
ローワーコレクター３２０はローワーコレクターリング３２１とローワーコレクターティース３２３を含む。
【０１１７】
ローワーコレクターリング３２１は、出力軸３の回転方向に形成配置される所定のリング形状を備える。ローワーコレクターティース３２３は、複数が備えられローワーコレクターリング３２１の端部から出力軸３に垂直な平面上で内側半径方向に形成されて円周に沿って離隔形成される。
すなわち、アッパーコレクターティースとローワーコレクターティースは垂直な配置関係を形成する。
【０１１８】
一方、本実施形態でマグネットリングは複数備えられる。より具体的にマグネットリングは二つ備えられ、マグネットリング２２０はアッパーマグネットリング２２１０とローワーマグネットリング２２２０を含む。アッパーマグネットリング２２１０とローワーマグネットリング２２２０の入力軸及び出力軸の長さ方向への長さは互いに異なる。すなわち、アッパーマグネットリング２２１０の入力軸及び出力軸の長さ方向の長さ（ｔ１）は、ローワーマグネットリング２２２０の入力軸及び出力軸の長さ方向の長さ（ｔ２）より大きい値を有する。
【０１１９】
この時、ローワーコレクターティース３２３の入力軸及び出力軸に垂直な長さ方向の長さ（ｌ２）はローワーマグネットリング２２２０の入力軸及び出力軸に垂直な方向、すなわち半径方向の長さ（ｄ２）より大きい値を備えてローワーマグネットリング２２２０からの磁場の収集を容易にすることもできる。
【０１２０】
一方、フィクシングコレクター３３０は、アッパーコレクター３１０とローワーコレクター３２０の外周に離隔してハウジング１００に位置固定されて配置されて各々の一端がトルクセンサー４００を間に置いて配置される。
【０１２１】
フィクシングコレクター３３０は、アッパーフィクシングコレクター３４０とローワーフィクシングコレクター３５０を含む。  
【０１２２】
アッパーフィクシングコレクター３４０は、アッパーフィクシングプレート３４１及びアッパーフィクシングターミナル３４３を含む。  
【０１２３】
アッパーフィクシングプレート３４１は、アッパーコレクター３１０の外周側に配置されて、アッパーフィクシングターミナル３４３は、アッパーフィクシングプレート３４１の外周にトルクセンサー４００に向けて配置される。入力軸及び出力軸に垂直な平面上で見る時、アッパーフィクシングプレート３４１は、アッパーフィクシングプレート３４１がアッパーコレクター３１０のアッパーコレクターリング３１１に重なるように、より好ましくはアッパーフィクシングプレート３４１の内側及び外側の間の間隔がアッパーコレクターリング３１１の内径及び外径の間の間隔より大きい値を備えてアッパーコレクターリングから磁束漏洩を最小化させる構成を取ってもよい。
【０１２４】
アッパーフィクシングターミナル３４３は、所定の屈曲形状を備えて端部がトルクセンサー４００に近接するようにしてエアーギャップを減らすことによって、集磁された磁束をトルクセンサー４００側への伝達性を増大させてより正確な感知を行うようにする。  
【０１２５】
アッパーフィクシングプレート３４１とアッパーフィクシングターミナル３４３は一体型で形成される。アッパーフィクシングプレート３４１の一端は、アッパーコレクター３１０に近接して配置されて、アッパーフィクシングターミナル３４３の端部は、アッパーコレクター３１０の反対側にトルクセンサー４００に近接して配置される。
【０１２６】
ローワーフィクシングコレクター３５０は、ローワーフィクシングプレート３５１及びローワーフィクシングターミナル３５３を含む。全体的構造は先述したアッパーフィクシングコレクター３４０と同じであるが場合により多少異なった構成を取ってもよい。
【０１２７】
ローワーフィクシングプレート３５１は、ローワーコレクター３２０の外周に配置されて、入力軸及び出力軸に垂直な平面上で見る時、ローワーフィクシングプレート３５１は、ローワーフィクシングプレート３５１がローワーコレクター３２０のローワーコレクターリング３２１に重なるように、より好ましくはローワーフィクシングプレート３５１の内側及び外側の間の間隔がローワーコレクターリング３２１の内径及び外径の間の間隔より大きい値を備えてローワーコレクターリングから磁束漏洩を最小化させる構成を取ってもよい。
【０１２８】
ローワーフィクシングターミナル３５３は、ローワーフィクシングプレート３５１の外周でトルクセンサー４００に向けて配置される。ローワーフィクシングターミナル３５３は、所定の屈曲形状を備えて端部がトルクセンサー４００に近接するようにしてエアーギャップを減らすことによって、集磁された磁束をトルクセンサー４００側への伝達性を増大させてより正確な感知を行うようにする。  
【０１２９】
ローワーフィクシングプレート３５１とローワーフィクシングターミナル３５３は一体型で形成される。ローワーフィクシングプレート３５１の一端は、ローワーコレクター３２０に近接して配置されて、ローワーフィクシングターミナル３５３の端部は、ローワーコレクター３２０の反対側にトルクセンサー４００に近接して配置される。
【０１３０】
以上で見た通り、本発明は、シャフトに印加されるトルクを非接触式方式を介して感知する範囲で様々な変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明は、シャフトに印加されるトルクを非接触式方式を介して感知する範囲で自動車のステアリングシャフト以外に電気自転車乃至電気二車輪車などのトルクセンサーで具現されることもできるなど様々な産業技術分野で活用可能である。
【図１】
2017527803.tif 000003
【図２】
2017527803.tif 000004
【図３】
2017527803.tif 000005
【図４】
2017527803.tif 000006
【図５】
2017527803.tif 000007
【図６】
2017527803.tif 000008
【図７】
2017527803.tif 000009
【図８】
2017527803.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月6日(2017.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸及び出力軸の間に配置されて、入力軸と出力軸の相対回動変位を介して入力軸及び出力軸間のトルクを感知するトルクセンサー装置であって、
入力軸と出力軸の端部を収容して位置固定配置されて入力軸及び出力軸に相対回動可能なハウジング、
入力軸と出力軸中いずれか一側の一端に連結されて前記ハウジングの内部で回動可能に前記ハウジングに収容配置されるマグネットユニット、
少なくとも一部が入力軸と出力軸中他の一側の一端に連結されて、前記ハウジングの内部で回動可能に配置されて前記マグネットユニットとの磁気回路を形成するコレクターユニット、
前記コレクターユニットの外周側に配置されて前記コレクターユニットを介して集束される磁場を感知するトルクセンサーを含むセンシングユニット、を含み、
前記コレクターユニットは、
入力軸及び出力軸中他の一側の一端に半径方向外周上に配置されるリング形状のローワーコレクターリングを備えるローワーコレクターを含むことを特徴とする、
トルクセンサー装置。
【請求項２】
前記マグネットユニットはマグネットリングを含み、前記ローワーコレクターは前記マグネットリングと対向して回動可能に配置されて、前記コレクターユニットは前記ローワーコレクターに離隔配置されて端部に前記トルクセンサーが配置されて、前記ハウジングに固定配置されるフィクシングコレクターを備えて、前記ローワーコレクターは前記ローワーコレクターリングの端部から延長離隔形成される複数のローワーコレクターティースをさらに備えて、前記ローワーコレクターティースは入力軸及び出力軸中の他の一側の半径方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサー装置。
【請求項３】
前記フィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターリングと向き合って離隔配置されるローワーフィクシングコレクターと、前記マグネットリングを間に置いて前記ローワーコレクターティースの少なくとも一部と対向配置されるアッパーフィクシングコレクターを備えることを特徴とする請求項２に記載のトルクセンサー装置。
【請求項４】
前記アッパーフィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターティースの少なくとも一部に対向配置される弧状のアッパーフィクシングプレートと、前記アッパーフィクシングプレートの端部で延長形成されるアッパーフィクシングターミナルを備えて、前記ローワーフィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターリングの少なくとも一部に対向配置される弧状のローワーフィクシングプレートと、前記ローワーフィクシングプレートの端部で延長形成されるローワーフィクシングターミナルを備えて、前記トルクセンサーは前記アッパーフィクシングターミナルと前記ローワーフィクシングターミナルとの間に配置されることを特徴とする請求項３に記載のトルクセンサー装置。
【請求項５】
前記ローワーフィクシングプレートと前記アッパーフィクシングプレートの半径方向上の長さは前記アッパーフィクシングプレートの方がより長くなることを特徴とする請求項３に記載のトルクセンサー装置。
【請求項６】
前記マグネットユニットはマグネットブロックを含み、前記ローワーコレクターは前記マグネットブロックと対向して回動可能に配置されて、前記コレクターユニットは前記ローワーコレクターに離隔配置されて端部に前記トルクセンサーが配置されて、前記ハウジングに固定配置されるフィクシングコレクターを備えて、前記ローワーコレクターは、前記ローワーコレクターリングの端部から延長離隔形成される複数のローワーコレクターティースをさらに備えて、前記ローワーコレクターティースは入力軸及び出力軸中の他の一側の半径方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサー装置。
【請求項７】
前記フィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターリングと向き合って離隔配置されるローワーフィクシングコレクターと、前記マグネットブロックを間に置いて前記ローワーコレクターティースの少なくとも一部と対向配置されるアッパーフィクシングコレクターを備えることを特徴とする請求項６に記載のトルクセンサー装置。
【請求項８】
前記アッパーフィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターティースの少なくとも一部に対向配置される弧状のアッパーフィクシングプレートと、前記アッパーフィクシングプレートの端部で延長形成されるアッパーフィクシングターミナルを備えて、前記ローワーフィクシングコレクターは、前記ローワーコレクターリングの少なくとも一部に対向配置される弧状のローワーフィクシングプレートと、前記ローワーフィクシングプレートの端部で延長形成されるローワーフィクシングターミナルを備えて、前記トルクセンサーは前記アッパーフィクシングターミナルと前記ローワーフィクシングターミナルとの間に配置されることを特徴とする請求項７に記載のトルクセンサー装置。
【請求項９】
前記ローワーフィクシングプレートと前記アッパーフィクシングプレートの半径方向上の長さは前記アッパーフィクシングプレートの方がより長くなることを特徴とする請求項８に記載のトルクセンサー装置。
【請求項１０】
前記マグネットユニットはマグネットリングを含み、前記コレクターユニットは、入力軸と出力軸中いずれか一側に向けて配置されるアッパーコレクターと、前記アッパーコレクターと前記ローワーコレクターの外周に離隔して前記ハウジングに位置固定配置されて各々一端が前記トルクセンサーを間に置いて配置されるフィクシングコレクターをさらに備えて、前記ローワーコレクターは前記アッパーコレクターと離隔して配置されて、前記アッパーコレクターは、入力軸及び出力軸中他の一側の一端に半径方向外周上に配置されるリング形状のアッパーコレクターリングと、前記アッパーコレクターリングの端部から延長離隔形成される複数のアッパーコレクターティースを備えて、前記ローワーコレクターは、前記ローワーコレクターリングの端部から延長離隔形成される複数のローワーコレクターティースを備えて、前記アッパーティースと前記ローワーコレクターティース中の一つは、入力軸及び出力軸の軸の長さ方向に形成されて、前記アッパーコレクターティースと前記ローワーコレクターティース中の他の一つは、入力軸及び出力軸の半径方向に形成されることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサー装置。
【請求項１１】
前記アッパーコレクターティースは出力軸側に出力軸の長さ方向に沿って形成されることを特徴とする請求項１０に記載のトルクセンサー装置。
【請求項１２】
前記マグネットリングは二つ備えられ、前記マグネットリングの入力軸及び出力軸の軸長さ方向の長さが互いに異なることを特徴とする請求項１１に記載のトルクセンサー装置。
【請求項１３】
前記マグネットリング中前記マグネットリングの入力軸及び出力軸の軸長さ方向の長さが大きいマグネットリングは、前記アッパーコレクターティース側に配置されて、前記アッパーコレクターティースの出力軸長さ方向の長さは、前記マグネットリング中前記マグネットリングの入力軸及び出力軸の軸長さ方向の長さが大きいマグネットリングの軸方向の長さより大きくなることを特徴とする請求項１２に記載のトルクセンサー装置。
【請求項１４】
前記マグネットリング中前記マグネットリングの入力軸及び出力軸の軸長さ方向の長さが小さいマグネットリングは、前記ローワーコレクターティース側に配置されて、前記ローワーコレクターティースの出力軸半径方向の長さは、前記マグネットリング中前記マグネットリングの入力軸及び出力軸の半径方向の長さが小さいマグネットリングの半径方向の長さより大きくなることを特徴とする請求項１３に記載のトルクセンサー装置。
【請求項１５】
前記マグネットリングは、前記アッパーコレクターに対応して配置されるアッパーマグネットリングと、前記ローワーコレクターと向き合って配置されるローワーマグネットリングを備えて、前記アッパーマグネットリングと前記ローワーマグネットリングは、円周方向にＮ極とＳ極が交互配置され、入力軸及び出力軸の長さ方向に形成された断面に対して前記アッパーマグネットリングの縦横比（ＡＲｕ）は前記ローワーマグネットリングの縦横比（ＡＢｌ）未満であることを特徴とする請求項１２に記載のトルクセンサー装置。
【請求項１６】
前記アッパーマグネットリングの磁気力線は前記アッパーマグネットリングの入力軸及び出力軸の長さ方向に平行な円周面上で円周方向に形成されて、前記ローワーマグネットリングの磁気力線は前記ローワーマグネットリングの入力軸及び出力軸に垂直な円周面上で入力軸及び出力軸の長さ方向に形成されることを特徴とする請求項１５に記載のトルクセンサー装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
アッパーフィクシングプレート３４１は、マグネットリング２２０の外周側に弧状に配置されて、アッパーフィクシングターミナル３４３は、アッパーフィクシングプレート３４１の外周でトルクセンサー４００に向けて配置される。入力軸及び出力軸に垂直な平面上で見る時、アッパーフィクシングプレート３４１は、アッパーフィクシングプレート３４１がマグネットリング２２０に重なるように、より好ましくはアッパーフィクシングプレート３４１の内側及び外側の間の間隔がマグネットリング２２０の内径及び外径の間の間隔より大きい値を備えて、マグネットリング２２０から磁束漏洩を最小化させる構成を取ってもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
アッパーフィクシングプレート３４１とアッパーフィクシングターミナル３４３は一体型で形成される。アッパーフィクシングプレート３４１の一端は、マグネットリング２２０に近接して配置されて、アッパーフィクシングターミナル３４３の端部は、マグネットリング２２０の反対側にトルクセンサー４００に近接して配置される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
アッパーフィクシングプレート３４１は、マグネットブロック２２０の外周側に弧状に配置されて、アッパーフィクシングターミナル３４３は、アッパーフィクシングプレート３４１の外周でトルクセンサー４００に向けて配置される。入力軸及び出力軸に垂直な平面上で見る時、アッパーフィクシングプレート３４１は、アッパーフィクシングプレート３４１がマグネットリング２２０に重なるように、より好ましくはアッパーフィクシングプレート３４１の内側及び外側の間の間隔がマグネットブロック２２０の内径及び外径の間の間隔より大きい値を備えて、マグネットブロック２２０から磁束漏洩を最小化させる構成を取ってもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
アッパーフィクシングプレート３４１とアッパーフィクシングターミナル３４３は一体型で形成される。アッパーフィクシングプレート３４１の一端は、マグネットブロック２２０に近接して配置されて、アッパーフィクシングターミナル３４３の端部は、マグネットブロック２２０の反対側にトルクセンサー４００に近接して配置される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
このような構成により、アッパーマグネットリング２２１０及びローワーマグネットリング２２２０は、共に図８のように磁気力線が形成されて、アッパーマグネットリング２２１０の磁気力線はアッパーマグネットリング２２１０の円周面、より具体的に外周円周面上で入力軸２及び出力軸３の長さ方向に平行な円周面上で円周方向に形成されて円周上で隣接した他の極性との磁気力線が形成されて、ローワーマグネットリング２２２０の磁気力線は円周方向に隣接した他の極性との磁気力線が形成されて、入力軸２及び出力軸３に垂直な円周面上で入力軸２及び出力軸３の長さ方向に形成される。
【国際調査報告】
2017527803.tif 000011
2017527803.tif 000012
2017527803.tif 000013
2017527803.tif 000014