JP2009128181A - トルク検出器、電動パワーステアリング装置及びクローポールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化でき、なおかつ製造時の歩留まりが良く、低コスト化が可能なトルク検出器を提供する。
【解決手段】トルク検出器１において、センサヨーク３０は、永久磁石２０の軸方向に対向配置される。センサヨーク３０は、周方向に環状に配置された複数のクローポールを有する径方向内側の第１のセンサヨーク部３０ａと径方向外側の第２のセンサヨーク部３０ｂを有し、第１のセンサヨーク部３０ａのクローポール５０と第２のセンサヨーク部３０ｂのクローポール５１は、同一円周上又は略同一円周上に交互に配置され、クローポール５０の径方向内側端部は、両隣のクローポール５１の径方向内側端部の内周まで周方向に延伸され、クローポール５１の径方向外側端部は、両隣のクローポール５０の径方向外側端部の外周まで周方向に延伸されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、トルク検出器（トルクセンサ）、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）及びトルク検出器が有するクローポールの製造方法に関するものである。

例えば電動パワーステアリング装置には、適正な補助操舵トルクを付加するために ステアリングホイールの操舵トルクを検出するトルク検出器が搭載されている。従来、トルク検出器として、特許文献１及び２に挙げたものが知られている。特許文献１に記載されたトルク検出器は、周方向に沿って多極着磁されたリング状の永久磁石の外周側と対向するように一対のリング状のセンサ部材が設けられ、これらセンサ部材間に配置された磁束検出器（磁気センサ）により検出された磁束に基づいて永久磁石側またはセンサ部材側に生じたトルクを検出している。また特許文献２に開示されたトルク検出器は、周方向に沿って多極着磁されたリング状の磁極ホイール（永久磁石）と対向するように、複数の歯を備えた一対の強磁性フラックスリングが設けられ、これらのフラックスリング間に配置された磁気センサにより検出された磁束に基づいて永久磁石側またはフラックスリング側に生じたトルクを検出している。

特許第３８７４６４２号公報 国際公開第２００７／００３４６８パンフレット

しかしながら、特許文献１に記載されたトルク検出器では、磁束検出器の出力に基づいてトルクを検出するために、永久磁石が発生した磁束をセンサ部材が一定以上受ける必要があり、そのためにセンサ部材と永久磁石とが対向する面積を大きくする必要があった。

このため、かかる特許文献１に記載されたトルク検出器では、センサ部材と永久磁石の軸方向の寸法を長くせざるを得ず、この結果、トルク検出器自体や当該トルク検出器を備える電動パワーステアリング装置を小型化し難くなっている。

また、特許文献２に記載されたトルク検出器では、永久磁石とフラックスリングが軸方向に対向しているため、上述の特許文献１の技術のような問題は生じないが、複雑な構造のフラックスリングを製造するにあたり歩留まりが悪く、低コスト化が難しくなっている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、軸方向の寸法を小さくして小型化でき、なおかつ製造時の歩留まりが良く、低コスト化が可能なトルク検出器及び電動パワーステアリング装置、及び前記トルク検出器のクローポールの製造方法を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、連結軸を介して同軸に連結された第１の軸及び第２の軸と、前記第１の軸または前記連結軸の一端に固定され、周方向に沿って多極着磁された環状の永久磁石と、前記第２の軸または前記連結軸の他端に固定され、前記永久磁石と共に磁気回路を形成するセンサヨークと、前記センサヨークに対向配置され、前記センサヨークからの磁束を誘導し、前記永久磁石及び前記センサヨークと共に前記磁気回路を形成する集磁ヨークと、前記集磁ヨークが誘導した磁束を検出する磁束検出器と、を有し、前記第１の軸及び第２の軸のうちいずれか一方へ加えられたトルクを前記磁束検出器の出力に基づいて検出するトルク検出器であって、前記センサヨークは、前記永久磁石の軸方向に対向配置され、前記センサヨークは、周方向に環状に配置された複数のクローポールを有する径方向内側の第１のセンサヨーク部と径方向外側の第２のセンサヨーク部を有し、前記第１のセンサヨーク部のクローポールと前記第２のセンサヨーク部のクローポールは、同一円周上又は略同一円周上に交互に配置され、前記第１のセンサヨーク部のクローポールの径方向内側端部は、両隣の第２のセンサヨーク部のクローポールの径方向内側端部の内周まで周方向に延伸され、前記第２のセンサヨーク部のクローポールの径方向外側端部は、両隣の第１のセンサヨーク部のクローポールの径方向外側端部の外周まで周方向に延伸されていることを特徴とする。

本発明によれば、センサヨークを永久磁石の軸方向に対向配置したので、センサヨークと永久磁石の対向面積を広くしても、永久磁石やセンサヨークの軸方向の長さを短くできる。この結果、トルク検出器全体の軸方向の寸法も短くでき、センサ検出器を小型化できる。また、センサヨークがクローポールを用いて構成されるので、製造しやすく、この結果、製造時の歩留まりを向上し、低コスト化が図られる。さらに、第１のセンサヨーク部のクローポールと第２のセンサヨーク部のクローポールが周方向に延伸するので、クローポールを用いた場合であっても例えば集磁ヨークとセンサヨークとの対向面積が大きく減少することなく、この結果、集磁ヨークとセンサヨークとの間の高いパーミアンスが確保され、トルクを高い精度で検出できる。

前記第１のセンサヨーク部の隣り合うクローポールの延伸部は、その間の第２のセンサヨーク部のクローポールの径方向内側端部の中央付近まで延伸し、互いに近接し、前記第２のセンサヨーク部の隣り合うクローポールの延伸部は、その間の第１のセンサヨーク部のクローポールの径方向外側端部の中央付近まで延伸し、互いに近接していてもよい。かかる場合、例えば集磁ヨークとセンサヨークとの対向面積がさらに広くなり、集磁ヨークとセンサヨークとの間のパーミアンスを向上し、トルクの検出精度を向上できる。

前記クローポールは、方形状で平板状の本体部と、前記本体部の径方向の端部から前記周方向に延伸した延伸部を有し、前記本体部と前記延伸部との接続部の内角には、Ｒ加工が施されていてもよい。クローポールの本体部と延伸部の接続部が鋭角であると、その部分に磁束が集中しやすくなり、磁気飽和が起こりやすくなる。本発明によれば、クローポールの本体部と延伸部の接続部の内角にＲ加工が施されるので、その接続部分に磁束が集中して磁気飽和が起こることが防止され、この結果、トルク検出器における回転角度と磁束密度とのリニアリティーが向上し、トルクの検出精度が向上する。

前記集磁ヨークは、前記センサヨークの軸方向側に対向配置されていてもよい。

前記集磁ヨークは、前記センサヨークの径方向側に対向配置されていてもよい。かかる場合、集磁ヨークの分だけ、トルク検出器全体の軸方向の寸法を短くできるので、センサ検出器をさらに小型化できる。

前記集磁ヨークは、前記センサヨークの径方向の内側と外側に配置され、それぞれが軸方向に幅を有する筒状に形成されていてもよい。

別の観点による本発明によれば、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、減速機により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、上記のいずれかのトルク検出器を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置が提供される。これにより、電動パワーステアリング装置の小型化や性能向上を図ることができる。

別の観点による本発明は、上記トルク検出器が有するクローポールの製造方法であって、打ち抜き加工により、上下が交互に入れ替わるように複数のクローポールを一列に形成することを特徴とする。この製造方法によれば、材料効率を飛躍的に向上できる。

本発明によれば、トルク検出器やそれを用いた電動パワーステアリングを小型化でき、なおかつ製造時の歩留まりを上げてコストを低減できる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係るトルク検出器１の構成の概略を示す縦断面の説明図である。図２は、トルク検出器１の要部構成の概略を示す斜視図である。トルク検出器１は、例えばステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータにより補助操舵トルクを発生し、減速機により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置に用いられるものである。

トルク検出器１は、図１に示すようにねじり要素であるトーションバー（連結軸）１０で連結された第１の軸１１及び第２の軸１２を備える。第１の軸１１及び第２の軸１２は円柱状に構成されており、それら中心軸及びトーションバー１０の中心軸が一直線上に延在している。

第１の軸１１には、周方向に多極着磁された環状の永久磁石２０がバックヨーク２１を介して固定されている。永久磁石２０には、図３に示すように周方向に沿って所定角度間隔で、Ｎ極とＳ極が交互に着磁されている。本実施の形態では、例えば永久磁石２０に、２２．５〔°〕間隔でＮ極とＳ極が着磁されている。したがって、永久磁石２０は、合計１６極の極数を有している。なお、永久磁石２０を構成する磁石材料としては、フェライト磁石や希土類磁石、金属磁石、焼結磁石、プラスチック磁石、ゴム磁石などが使用可能である。

第２の軸１２には、図１に示すように永久磁石２０からの磁束を受ける、全体として環状のセンサヨーク３０がモールド材である樹脂３１によりモールドされた状態で取り付けられている。センサヨーク３０は、永久磁石２０の軸方向の片面に対向するように取り付けられている。センサヨーク３０及び樹脂３１は、第２の軸１２に対し固定部材３２を介して固定されている。

センサヨーク３０は、例えば図３及び図４に示すように径方向内側の第１のセンサヨーク部３０ａと、径方向外側の第２のセンサヨーク部３０ｂを有している。第１のセンサヨーク部３０ａと第２のセンサヨーク部３０ｂ共に、周方向に環状に配置された複数のクローポール５０、５１によって構成されている。第１のセンサヨーク部３０ａのクローポール５０と、第２のセンサヨーク部３０ｂのクローポール５１は、周方向に向けて略同一円周上に交互に配置されている。クローポール５０は、クローポール５１よりもわずかに内側に配置されている。

第１のセンサヨーク部３０ａのクローポール５０は、例えば図４に示すように略台形状で平板状の本体部５０ａと、当該本体部５０ａから周方向に円弧状に延びる延伸部５０ｂを有している。本体部５０ａは、幅狭の一端部が径方向内側になり、幅広の他端部が径方向外側になるように配置されている。延伸部５０ｂは、本体部５０ａの径方向内側端部から両隣のクローポール５１の径方向内側端部の内側まで延伸している。延伸部５０ｂは、例えば両隣のクローポール５１の径方向内側端部の内側の中央付近まで延伸しており、隣り合うクローポール５０の延伸部５０ｂ同士は、その間のクローポール５１の内側の中央付近で近接している。また、本体部５０ａと延伸部５０ｂとの接続部に形成される内角には、Ｒ加工５０ｃが施されている。これにより、その本体部５０ａと延伸部５０ｂの接続部分に磁束が集中し磁気飽和となることを防止できる。

第２のセンサヨーク部３０ｂのクローポール５１は、上記クローポール５０と同様に、略台形状の本体部５１ａと、当該本体部５１ａから周方向に円弧状に延びる延伸部５１ｂを有している。本体部５１ａは、幅狭の一端部が径方向内側になり、幅広の他端部が径方向外側になるように配置されている。延伸部５１ｂは、本体部５１ａの径方向外側端部から両隣のクローポール５０の径方向外側端部の外側まで延伸している。延伸部５１ｂは、例えば両隣のクローポール５０の外側端部の中央付近まで延伸しており、隣り合うクローポール５１の延伸部５１ｂ同士は、その間のクローポール５０の外側の中央付近で近接している。また、本体部５１ａと延伸部５１ｂとの接続部に形成される内角には、Ｒ加工５１ｃが施されている。これにより、本体部５１ａと延伸部５１ｂの接続部分に磁束が集中し磁気飽和となることを防止できる。

クローポール５０とクローポール５１は、例えば８個ずつ配置され、合計が永久磁石２０の極数と同じになっている。

なお、センサヨーク３０と永久磁石２０との軸方向から見たときの位置関係は、例えば図５及び図６のようになっている。つまり、図６に示すクローポール５０の外側端部５０ｄとクローポール５１の内側端部５１ｄが永久磁石２０の径方向の端部の位置よりわずかに内側になっている。こうすることにより、クローポール５０、５１の隙間からの磁束の漏れを低減でき、トルク検出器１による磁束の検出範囲を大きくすることができる。この結果、トルク検出器１における回転角度と磁束密度のリニアリティーを向上できる。

図１及び図２に示すようにセンサヨーク３０の径方向の内側と外側には、センサヨーク３０からの磁束を誘導する集磁ヨーク６０が配置されている。集磁ヨーク６０は、図２及び図３に示すようにセンサヨーク３０の内側に位置する円筒状の第１の集磁ヨーク部６０ａと、センサヨーク３０の外側に位置する円筒状の第２の集磁ヨーク部６０ｂを有している。第１の集磁ヨーク部６０ａと第２の集磁ヨーク部６０ｂは、センサヨーク３０と同心円状に配置されている。第１の集磁ヨーク部６０ａは、第１のセンサヨーク部３０ａの内周面、つまりクローポール５０の内周面に対向し、第２の集磁ヨーク部６０ｂは、第２のセンサヨーク部３０ｂの外周面、つまりクローポール５１の外周面に対向している。本実施の形態では、クローポール５０の内周面とクローポール５１の外周面に、それぞれ延伸部５０ｂ、５１ｂが形成されているため、第１の集磁ヨーク部６０ａと第１のセンサヨーク部３０ａとの対向面積と、第２の集磁ヨーク部６０ｂと第２のセンサヨーク部３０ｂとの対向面積が、延伸部５０ｂ、５１ｂが形成されていないものに比べて大きくなっている。集磁ヨーク６０は、図１に示すようにモールド材の樹脂６１によってモールドされており、このモールド材の樹脂６１を介して図示しない静止部材に取り付けられている。

なお、以上のようにセンサヨーク３０は、集磁ヨーク６０に対してラジアル対向し、永久磁石２０に対してアキシアル方向に対向している。センサヨーク３０と集磁ヨーク６０は、図１に示したようにモールドされているが、センサヨーク３０と集磁ヨーク６０との対向面と、センサヨーク３０と永久磁石２０との対向面は、互いに露出している。

集磁ヨーク６０には、図２及び図３に示すように集磁ヨーク６０の磁束を集める磁束集中部７０が形成されている。磁束集中部７０は、第１の集磁ヨーク部６０ａの上端部から第２の集磁ヨーク部６０ｂの外側まで径方向に延びる磁束集中部構成部７０ａと、第２の集磁ヨーク部６０ｂの上端部から径方向の外側に延びる磁束集中部構成部７０ｂを有している。磁束集中部構成部７０ａ、７０ｂは、同一直径上に対向配置され、磁束集中部構成部７０ａと７０ｂとの間には、隙間が形成されている。この隙間に、磁束集中部７０の磁束を検出する磁束検出器８０が配置されている。

なお、磁束検出器８０としては、ホール素子、ＭＲ素子、ＭＩ素子など、磁束の強さを検出できるものが用いられる。中でもホール素子としては出力信号を補正する回路を内蔵したホールＩＣを使用した場合、磁石の熱減磁やオフセット、ゲイン補正等ができる。本実施形態の場合、二つの磁束検出器８０を用いている。これは、二つの磁束検出器８０を用いることにより、出力の差を取ることで感度を２倍にすることができ、ゼロ点のドリフトをキャンセルすることができる。また磁束検出器８０を二つ用いることにより、センサ信号を２重化することができ、磁束検出の信頼性を向上できる。

なお、磁束検出器８０は、３つ以上用いてもよく、この場合には、磁束検出器８０が一つ故障した場合においても、残りの正常な二つ以上の磁束検出器８０によって信頼性の高いデータを得ることができる。

次に、トルク検出器１の動作について説明する。このトルク検出器１における磁気回路の概略図を図７に示す。

トルク検出器１では、図７（Ａ）に示すように、センサヨーク３０と永久磁石２０との間の相対角度が「０」のときに、第１のセンサヨーク部３０ａ、第２のセンサヨーク部３０ｂの中心線が永久磁石２０のＮ極及びＳ極の境界と軸方向に一致するように、第１及び第２のセンサヨーク部３０ａ，３０ｂが第１または第２の軸１１、１２に固定される。したがって、センサヨーク３０と永久磁石２０との間の相対角度が「０」のときには、第１及び第２のセンサヨーク部３０ａ、３０ｂにおける永久磁石２０のＮ極と対向する部分の面積と、当該第１及び第２のセンサヨーク部３０ａ、３０ｂにおける永久磁石２０のＳ極と対向する部分の面積とが同じになる。

そして、この状態のときには、永久磁石２０のＮ極から出た磁束が第１及び第２のセンサヨーク部３０ａ、３０ｂを通って永久磁石２０のＳ極に入り込む。つまりセンサヨーク３０と永久磁石２０との間の相対角度が「０」のときには、第１及び第２のセンサヨーク部３０ａ、３０ｂに入る磁束数と、出て行く磁束数とが同じであるため、永久磁石２０から出射した磁束は、集磁ヨーク６０と磁束検出器８０を通らない。

一方、トルク検出器１においては、図７（Ｂ）に示すように、図７（Ａ）の状態からセンサヨーク３０が永久磁石２０に対して相対的に矢印ｘで示す右方向またはこれと逆の左方向に回転して、第１のセンサヨーク部３０ａが永久磁石２０のＮ極部分またはＳ極部分のみと対向すると共に、第２のセンサヨーク部３０ｂが永久磁石２０のＳ極部分またはＮ極部分のみと対向した状態がセンサヨーク３０と永久磁石２０との間の相対角度が最大となる。

そして、この状態のときには、第１及び第２のセンサヨーク部３０ａ，３０ｂに出入りする磁束数がバランスを失い、センサヨーク３０が永久磁石２０に対して相対的に右方向に回転したときには、永久磁石２０のＮ極から出た磁束が第１のセンサヨーク部３０ａから第１の集磁ヨーク部６０ａ、磁束集中部構成部７０ａ、磁束検出器８０、磁束集中部構成部７０ｂ、第２の集磁ヨーク部６０ｂ及び第２のセンサヨーク部３０ｂを順次経由して永久磁石２０のＳ極に入り込む。またセンサヨーク３０が永久磁石２０に対して相対的に左方向に回転したときには、永久磁石２０のＮ極から出た磁束が第２のセンサヨーク部３０ｂから第２の集磁ヨーク部６０ｂ、磁束集中部構成部７０ｂ、磁束検出器８０、磁束集中部構成部７０ａ、第１の集磁ヨーク部６０ａ及び第１のセンサヨーク部３０ａを順次経由して永久磁石２０のＳ極に入り込む。

また、センサヨーク３０が永久磁石２０に対して相対的に右方向に回転して、センサヨーク３０と永久磁石２０との間の相対角度が「０」と最大角度との間にあるときには、センサヨーク３０と永久磁石２０との間の相対角度に応じた磁束数の磁束が、第１のセンサヨーク部３０ａから第１の集磁ヨーク部６０ａ、磁束集中部構成部７０ａ、磁束検出器８０、磁束集中部構成部７０ｂ、第２の集磁ヨーク部６０ｂ及び第２のセンサヨーク部３０ｂを順次経由して永久磁石２０のＳ極に入り込む。さらにセンサヨーク３０が永久磁石２０に対して相対的に左方向に回転して、センサヨーク３０と永久磁石２０との間の相対角度が「０」と最大角度との間にあるときには、センサヨーク３０と永久磁石２０との間の相対角度に応じた磁束数の磁束が、第２のセンサヨーク部３０ｂから第２の集磁ヨーク部６０ｂ、磁束集中部構成部７０ｂ、磁束検出器８０、磁束集中部構成部７０ａ、第１の集磁ヨーク部６０ａ及び第１のセンサヨーク部３０ａを順次経由して永久磁石２０のＳ極に入り込む。

この場合において、かかるトルク検出器１では、センサヨーク３０と永久磁石２０がそれぞれ第１または第２の軸１１、１２に固定されるとともに、第１の軸１１及び第２の軸１２がトーションバー１０を介して接続されているため、第１の軸１１と第２の軸１２の間にねじりトルクが作用した場合、そのねじりトルクの大きさ（ねじりトルク量）及び向きが、センサヨーク３０と永久磁石２０との間の相対角度（向きも含む）として現れることになる。したがって、このとき磁束検出器８０により検出される磁束密度及びその向きに基づいて、第１の軸１１と第２の軸１２との間に作用したねじりトルクの大きさ及び向きを検出することができる。

以上の実施の形態によれば、センサヨーク３０が永久磁石２０の軸方向に対向配置されたので、センサヨーク３０と永久磁石２０の対向面積を広くしても、永久磁石２０やセンサヨーク３０の軸方向の長さを短くできる。この結果、トルク検出器１全体の軸方向の寸法を短くでき、センサ検出器１を小型化できる。また、センサヨーク３０がクローポール５０、５１を用いて構成されるので、製造しやすくなり、この結果、製造時の歩留まりが向上され、低コスト化が図られる。さらに、第１のセンサヨーク部３０ａのクローポール５０の内側端部と、第２のセンサヨーク部３０ｂのクローポール５１の外側端部が周方向に延伸しているので、センサヨーク３０にクローポールを用いた場合であっても例えば集磁ヨーク６０とセンサヨーク３０との対向面積が大きく減少することがない。この結果、集磁ヨーク６０とセンサヨーク３０との間の高いパーミアンスが確保され、トルクを高い精度で検出できる。

また、第１のセンサヨーク部３０ａの隣り合うクローポール５０の延伸部５０ｂは、その間の第２のセンサヨーク部３０ｂのクローポール５１の径方向内側端部の中央付近まで延伸し、互いに近接している。また、第２のセンサヨーク部３０ｂの隣り合うクローポール５１の延伸部５１ｂは、その間の第１のセンサヨーク部３０ａのクローポール５０の径方向外側端部の中央付近まで延伸し、互いに近接している。この結果、集磁ヨーク６０とセンサヨーク３０との対向面積がさらに広くなり、集磁ヨーク６０とセンサヨーク３０との間のパーミアンスを向上し、トルクの検出精度を向上できる。

クローポール５０、５１の本体部５０ａ、５１ａと延伸部５０ｂ、５１ｂとの接続部の内角には、Ｒ加工５０ｃ、５１ｃが施されている。この結果、本体部５０ａ、５１ａと延伸部５０ｂ、５１ｂとの接続部に磁束が集まり磁気飽和が生じることが防止され、この結果、トルク検出器１における回転角度と磁束密度とのリニアリティーが向上し、トルクの検出精度を向上できる。

また、集磁ヨーク６０は、センサヨーク３０の径方向側に対向配置されているので、その分、トルク検出器１全体の軸方向の寸法を短くでき、センサ検出器１の小型化が図られる。

さらに、集磁ヨーク６０は、センサヨーク３０の径方向の内側と外側に配置され、それぞれが軸方向に幅を有する筒状に形成されたので、集磁ヨーク６０とセンサヨーク３０との対向面積を十分に確保できる。

ところで、本実施の形態にかかる第１と第２のセンサヨーク部３０ａ、３０ｂは、ほぼ同じ形状の複数のクローポール５０、５１により構成されているので、例えば図８に示すようにクローポール５０、５１を、打ち抜き加工により、平板状の材料９０から上下が交互に入れ替わるように一列に形成してもよい。こうすることにより、環状に一体化したセンサヨークを作る場合に比べて、材料効率を飛躍的に向上できる。特に、材料としてニッケルを多量に含む高価な金属を使用する場合に、低コストの効果が大きい。

以上の実施の形態では、集磁ヨーク６０の第１の集磁ヨーク部６０ａと第２の集磁ヨーク部６０ｂがセンサヨーク３０の径方向に対向配置されていたが、軸方向に対向配置されていてもよい。かかる場合の一例を、図９を参考に説明する。なお、この例において、上記実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

集磁ヨーク６０の第１の集磁ヨーク部６０ａと第２の集磁ヨーク部６０ｂは、センサヨーク３０を基準に永久磁石２０の反対側に配置されている。つまり永久磁石２０、センサヨーク３０、集磁ヨーク６０が軸方向に沿ってこの順で配置されている。第１の集磁ヨーク部６０ａは、延伸部５０ｂのある第１のセンサヨーク部３０ａのクローポール５０の内側端部上に配置される。第２の集磁ヨーク部６０ｂは、延伸部５１ｂのある第２のセンサヨーク部３０ｂの外側端部上に配置される。このため、軸方向から見ると、集磁ヨーク部６０ａ、６０ｂは、クローポール５０、５１の延伸部５０ｂ、５１ｂとそれぞれ重なった状態になる。

この例によっても、集磁ヨーク６０とセンサヨーク３０との対向面積が十分に確保できるので、集磁ヨーク６０とセンサヨーク３０との間の高いパーミアンスが確保され、トルクを高い精度で検出できる。

なお、以上の実施の形態において、クローポール５０、５１の本体部５０ａ、５１ａは、台形状であったが、本発明はこれに限らず、他の形状であってもよい。

また、以上の実施の形態で記載した永久磁石２０の極数や、クローポール５０、５１の数は、これに限られず任意に選択できる。

さらに以上の実施の形態では、磁束を有効に利用するためにバックヨーク２１を介して永久磁石２０を第１の軸１１に取り付けたが、本発明はこれに限らず、永久磁石２０を第１の軸１１に直接取り付けてもよい。

ところで、トルク検出器では、ヒステリシスを小さくすることが求められており、これを実現するために、従来は、センサヨーク等に、Ｎｉを含む軟磁性材料（例えばパーマロイ）等の高価であるが磁気特性の優れたものを用いて、塑性加工後に磁気焼鈍を行うのが一般的であった。これに対し、本発明に係るトルク検出器１では、センサヨーク３０を構成するクローポール５０、５１が平板状で曲げ加工を含まないため、加工しても磁気特性が悪化しない。このため、少なくとも加工後に磁気焼鈍を行う必要がなく、コストを削減できる。

また、本実施の形態に係るトルク検出器１において、センサヨーク３０と集磁ヨーク６０を比較すると、センサヨーク３０の方が永久磁石２０の近くに位置するため、集磁ヨーク６０よりもセンサヨーク３０の方が強い磁界に曝される。よって、集磁ヨーク６０よりもセンサヨーク３０に飽和磁束密度の大きい材料（例えば集磁ヨーク６０にパーマロイＣ、センサヨーク３０にパーマロイＢや珪素鋼板など）を用いることで、より高精度にトルクを検出することができる。なお、センサヨーク３０と集磁ヨーク６０の両方に、パーマロイＣに比べて保磁力がそれほど小さくないパーマロイＢや珪素鋼板を使用すると、ヒステリシスが比較的大きくなってしまうが、集磁ヨーク６０にＮｉ含有量の高いパーマロイＣを使用し、センサヨーク３０にＮｉ含有量のそれほど高くないパーマロイＢを使用したり、珪素鋼板を使用することにより、ヒステリシスはそれほど大きくならず、ほぼ実用できるレベルになる。このように、集磁ヨーク６０にパーマロイＣを使用し、センサヨーク３０にパーマロイＢや珪素鋼板を使用することで、それほど性能を劣化させずに全体のコストを下げることができる。

次に、上記トルク検出器１を電動パワーステアリング装置に搭載する場合の一例について説明する。図１０は、電動パワーステアリング装置１００におけるトルク検出器１の周辺断面図を示す説明図である。

例えば電動パワーステアリング装置１００のステアリングホイール側の第２の軸としての入力軸１０１には、センサヨークアッセンブリ１０２が圧入等により固定されている。また、インターミッション側の第１の軸としての出力軸１０３には、磁石アッセンブリ１０４が圧入等により固定されている。入力軸１０１と出力軸１０３からなるシャフトアッセンブリ１０５は、ハウジング１０６に固定された集磁ヨークアッセンブリ１０７の内側に挿入されている。

センサヨークアッセンブリ１０２は、例えば図１１に示すように上述のセンサヨーク３０と、入力軸１０１へ圧入固定するためのカラー１０８（図１における３２）とを備え、これらが合成樹脂１０９（図１における３１）によりモールドされて一体に固定されている。

なお、このとき、センサヨーク３０は、全体がモールドされるのではなく、ラジアル方向に対向する集磁ヨークアッセンブリ１０７と、アキシアル方向に対向する磁石アッセンブリ１０４との対向面は露出している。

集磁ヨークアッセンブリ１０７は、図１２に示すように上述の集磁ヨーク６０が合成樹脂１１０（図１における６１）によりモールドされている。但し、磁束検出器８０の磁気検出素子が磁束集中部７０間へ挿入できるように、合成樹脂１１０（図１における６１）には、磁気検出素子を挿入するための孔１１１が開けられている。

磁石アッセンブリ１０４は、図１３に示すように上述の永久磁石２０と、それを固定する磁石ハウジング１１２（図１における２１相当）からなる。永久磁石２０は、通常の焼結磁石でも良いが、ボンド磁石やプラスチックマグネットを用いて磁石ハウジング１１２と一体成形してもよい。また、磁石ハウジング１１２（図１における２１相当）を磁性体とすることで磁石のバックヨークとすることもできる。

このように、電動パワーステアリング装置１００に上述のトルク検出器１を適用することにより、電動パワーステアリング装置１００を小型化できる。すなわち衝突時の衝撃吸収のためのＥＡストローク量を十分に取ることができる等の利点が得られ、ＥＰＳの性能を向上させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本実施の形態にかかるトルク検出器の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 トルク検出器の要部の斜視図である。 トルク検出器の分解斜視図である。 センサヨークの平面図である。 センサヨークと永久磁石の位置関係を示す説明図である。 図５の部分拡大図である。 トルク検出器の動作を説明するための、磁気回路の概略図である。 トルク検出器のクローポールの製造方法を示す説明図である。 集磁ヨークをセンサヨークの軸方向に対向配置した場合のトルク検出器の要部の斜視図である。 電動パワーステアリング装置におけるトルク検出器周辺を示す断面図である。 センサヨークアッセンブリの斜視図である。 集磁ヨークアッセンブリの斜視図である。 磁石アッセンブリの斜視図である。

符号の説明

１ トルク検出器
１０ トーションバー
１１ 第１の軸
１２ 第２の軸
２０ 永久磁石
３０ センサヨーク
３０ａ 第１のセンサヨーク部
３０ｂ 第２のセンサヨーク部
５０、５１ クローポール
６０ 集磁ヨーク
８０ 磁束検出器

Claims (8)

1. 連結軸を介して同軸に連結された第１の軸及び第２の軸と、
   前記第１の軸または前記連結軸の一端に固定され、周方向に沿って多極着磁された環状の永久磁石と、
   前記第２の軸または前記連結軸の他端に固定され、前記永久磁石と共に磁気回路を形成するセンサヨークと、
   前記センサヨークに対向配置され、前記センサヨークからの磁束を誘導して、前記永久磁石及び前記センサヨークと共に前記磁気回路を形成する集磁ヨークと、
   前記集磁ヨークが誘導した磁束を検出する磁束検出器と、を有し、
   前記第１の軸及び第２の軸のうちいずれか一方へ加えられたトルクを前記磁束検出器の出力に基づいて検出するトルク検出器であって、
   前記センサヨークは、前記永久磁石の軸方向に対向配置され、
   前記センサヨークは、周方向に環状に配置された複数のクローポールを有する径方向内側の第１のセンサヨーク部と径方向外側の第２のセンサヨーク部を有し、
   前記第１のセンサヨーク部のクローポールと前記第２のセンサヨーク部のクローポールは、同一円周上又は略同一円周上に交互に配置され、
   前記第１のセンサヨーク部のクローポールの径方向内側端部は、両隣の第２のセンサヨーク部のクローポールの径方向内側端部の内周まで周方向に延伸され、
   前記第２のセンサヨーク部のクローポールの径方向外側端部は、両隣の第１のセンサヨーク部のクローポールの径方向外側端部の外周まで周方向に延伸されていることを特徴とする、トルク検出器。
2. 前記第１のセンサヨーク部の隣り合うクローポールの延伸部は、その間の第２のセンサヨーク部のクローポールの径方向内側端部の中央付近まで延伸し、互いに近接し、
   前記第２のセンサヨーク部の隣り合うクローポールの延伸部は、その間の第１のセンサヨーク部のクローポールの径方向外側端部の中央付近まで延伸し、互いに近接していることを特徴とする、請求項１に記載のトルク検出器。
3. 前記クローポールは、方形状で平板状の本体部と、前記本体部の径方向の端部から前記周方向に延伸した延伸部を有し、
   前記本体部と前記延伸部との接続部の内角には、Ｒ加工が施されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のトルク検出器。
4. 前記集磁ヨークは、前記センサヨークの軸方向側に対向配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のトルク検出器。
5. 前記集磁ヨークは、前記センサヨークの径方向側に対向配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のトルク検出器。
6. 前記集磁ヨークは、前記センサヨークの径方向の内側と外側に配置され、それぞれが軸方向に幅を有する筒状に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載のトルク検出器。
7. ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、減速機により減速して操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置において、
   請求項１〜６のいずれかに記載のトルク検出器を備えることを特徴とする、電動パワーステアリング装置。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載のトルク検出器が有するクローポールの製造方法であって、
   打ち抜き加工により、上下が交互に入れ替わるように複数のクローポールを一列に形成することを特徴とする、クローポールの製造方法。

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