JP2013195108A - 角度検出装置および角度検出装置を用いたトルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車のステアリングシャフトに発生するトルクを検出する装置に用いられる角度検出装置において、ステアリングシャフトが延設される方向の寸法が小さい角度検出装置を提供する。
【解決手段】第１の挿通孔を備えた磁石１１と、第２の挿通孔を備えたヨーク１２と、磁束を捕捉する集磁板１３と、磁束を検知する磁気検知素子１４とを有し、第１の挿通孔と第２の挿通孔とに挿通可能な被検知物の回転角度を検出する角度検出装置において、磁石は被検知物の挿通方向に着磁され、被検知物の外周を周回する方向にＮ極とＳ極とが等間隔に交互に繰り返し配置された磁極面を有し、ヨークは、第１の磁極爪を有し一方の磁極面に対向配置された第１のヨークと、第２の磁極爪を有し他方の磁極面に対向配置された第２のヨークとを有し、第１の磁極爪が磁極面の一方の種類の磁極に近づくとき第２の磁極爪は磁極面の他方の種類の磁極に近づく構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、角度検出装置に関し、特に、自動車のステアリングシャフトに取り付けられ、電動パワーステアリング機構のトルク検出装置として用いられている角度検出装置で、ステアリングシャフトが延設される方向における厚さが薄い角度検出装置に関するものである。

昨今、自動車の電子化が進み、パワーステアリング機構の回転トルクを検出しフィードバックするトルク検出装置が組み込まれることが多くなってきている。トルク検出装置は、自動車のステアリングシャフトに取り付けらており、トルク検出装置に用いられる角度検出装置は、自動車の構造上、ステアリングシャフトが延設される方向の厚さは薄い方が好適である。したがって、ステアリングシャフトが延設される方向の厚さの薄い角度検出装置およびその角度検出装置を用いたトルク検出装置が望まれている。

従来の角度検出装置としては、下記の特許文献１に記載のトルク検出装置が知られている。

以下、図９および図１０を用いて、特許文献１に記載のトルク検出装置について説明する。図９は、トルク検出装置ＴＳの構成部品を示す図である。図１０は、トルク検出装置ＴＳの構造を示す図である。

特許文献１に記載のトルク検出装置ＴＳは、図９に示すように、第１の軸ＯＡと第２の軸ＴＡとを同軸上にピンＰＮを用いて連結し、自身に捩じれを生じる弾性部材ＴＢと、第１の軸ＯＡまたは弾性部材ＴＢの一端側に連結されて、周囲に磁界を形成する磁石ＭＧと、第２の軸ＴＡまたは弾性部材ＴＢの他端側に連結され、且つ磁石ＭＧにより形成される磁界内に配置されて磁気回路を形成し、弾性部材ＴＢの捩じれによって硬磁性体である磁石ＭＧとの相対位置が変化すると、磁気回路ＭＣに発生する磁束密度が変化する構造を有する磁気ヨークＭＹと、この磁気ヨークＭＹと非接触に設置され、磁気回路を形成する磁気ヨークＭＹに発生する磁束密度を検出する磁気センサＭＳとを備えている。

磁石ＭＧは、周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁された円筒状に形成され、図１０に示すように、磁気ヨークＭＹは、軸方向に隙間を設けて対向するように一組が配置され、それぞれの磁気ヨークＭＹには、磁石ＭＧのＮ極及びＳ極と同数の爪ＮＡが全周に等間隔に設けられ、且つ一方の磁気ヨークＭＹに設けられる爪ＮＡと他方の磁気ヨークＭＹに設けられる爪ＮＡとが周方向にずれて交互に配置され、磁石ＭＧの軸方向の長さは、磁気ヨークＭＹの軸方向の長さより長くされ、磁気センサＭＳは、磁気ヨークＭＹと磁気ヨークＭＹとの隙間に挿入されて、一組の磁気ヨークＭＹ間に生じる磁束密度を検出する。

特許第３８７４６４２号公報

特許文献１に記載のトルク検出装置ＴＳは、ステアリングシャフトの回転トルクを検出することに関して問題のない製品である。

しかしながら、爪ＮＡがステアリングシャフトの軸方向に延出して形成されているため、上記のトルク検出装置ＴＳは、ステアリングシャフトが延設されている方向の厚さ寸法が厚い。

本発明は、上述した課題を解決して、ステアリングシャフトが延設された方向の厚さ寸法が薄い角度検出装置およびその角度検出装置を用い、ステアリングシャフトが延設された方向の厚さ寸法が薄いトルク検出装置を提供するものである。

請求項１に記載の角度検出装置は、第１の挿通孔を備えた磁石と、第２の挿通孔を備えたヨークと、該ヨークの近傍に配設され該ヨークからの磁束を捕捉する集磁板と、該集磁板により捕捉された磁束を検知する磁気検知素子とを有し、前記第１の挿通孔と前記第２の挿通孔とに挿通可能な被検知物の回転角度を検出する角度検出装置において、前記磁石は前記被検知物の挿通方向に着磁され、前記被検知物の外周を周回する方向にＮ極とＳ極とが等間隔に交互に繰り返し配置された磁極面を有し、前記ヨークは、前記第２の挿通孔の中心に向かう方向に突出し前記第２の挿通孔の周方向に等間隔に配置された複数の第１の磁極爪を有し前記磁極面の一方面の近傍に対向して配置された第１のヨークと、前記第２の挿通孔の中心に向かう方向に突出し前記第２の挿通孔の周方向に等間隔に配置された複数の第２の磁極爪を有し前記磁極面の他方面の近傍に対向して配置された第２のヨークとを有し、前記第１の磁極爪が前記磁極面の一方の種類の磁極に近づくとき前記第２の磁極爪は前記磁極面他方の種類の磁極に近づくように配設される、という特徴を有する。

請求項２に記載の角度検出装置は、前記第１のヨークの第１の磁極爪および前記第２のヨークの第２の磁極爪は前記磁石の着磁ピッチにあわせ複数個配設される、という特徴を有する。

請求項３に記載の角度検出装置は、前記第１のヨークと前記第２のヨークとは同一形状であり、前記磁石を挟んで前記第１の磁極爪の位置と前記第２の磁極爪の位置とが合致するように配置されている、という特徴を有する。

請求項４に記載の角度検出装置は、前記磁気検知素子はその検知面に交差する磁場強度を検知するものであり、該検知面に垂直な方向は前記磁石の着磁方向と交差する、という特徴を有する。

請求項５に記載の角度検出装置は、前記集磁板と前記磁気検知素子とからなる検知ユニットを複数箇所に配設する、という特徴を有する。

請求項６に記載のトルク検出装置は、筐体の内部に軸回転可能に支持され、トーションバーにより連結された２つの部分軸からなる回転軸の回転トルクを検出するトルク検出装置であって、前記部分軸のうち第１の部分軸に前記磁石を固定し、前記部分軸のうち第２の部分軸に前記ヨークを固定してなる請求項１から請求項５のいずれかに記載の角度検出装置を搭載した、という特徴を有する。

請求項１の発明によれば、磁石の上下面に設けた磁極面の磁束を検知することで、磁石の厚さを薄くすることができる。磁石の厚さ方向とステアリングシャフトの様な被検知物を挿通可能な方向は同じ方向であることから、磁石の厚さを薄くすることで、ステアリングシャフトの様な被検知物を挿通可能な方向の厚さ寸法が薄い角度検出装置を提供することができる、という効果を奏する。

請求項２の発明によれば、磁石の着磁のピッチにあわせて第１の磁極爪および第２の磁極爪を複数配置することで、多くの磁束をより確実に捕捉することが可能となり、より正確に回転角度の変化を検出することが可能となる、という効果を奏する。

請求項３の発明によれば、第１のヨークと第２のヨークとを同一形状とし、磁石を挟んで第１の磁極爪の位置と第２の磁極爪の位置とが合致するように配置したことで、第１の磁極爪が一方の磁極に近づくとき、第２の磁極爪は他方の磁極により確実に近づくため、磁極の変化をより正確に検出することが可能となり、より正確に回転角度の変化を検出することが可能となる、という効果を奏する。

請求項４の発明によれば、検知面に垂直な方向を磁石の着磁方向に交差する様に配置することで、磁石から漏れた磁束が磁気検知素子の周辺にあったとしても磁気検知素子は検知せず、集磁板から流れてきた磁束のみを検知するため、さらに正確に回転角度の変化を検出することが可能となる、という効果を奏する。

請求項５の発明によれば、検知ユニットを複数箇所に配設することで、仮にヨークに位置ずれが生じても出力変動を補正して角度検出をすることができるとともに、仮にある箇所に配設された検知ユニットが検知できなくなった場合でも、他の箇所に配設された検知ユニットで検知することで継続して検知することが可能となる、という効果を奏する。

請求項６の発明によれば、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の角度検出装置を用いた構造とすることで、トルク検出装置において被検知物を挿通可能な方向の寸法を小さくし薄型化することが可能となる、という効果を奏する。

角度検出装置１の基本構成を示す図である。 磁石１１を示す図である。 ヨーク１２を示す図である 集磁板１３を示す図である。 磁気検知素子１４を示す図である。 第１の磁極爪１２ｃおよび第２の磁極爪１２ｄと磁石１１の磁極の位置関係を示した図である。 磁気検知素子１４の出力電圧の波形を示す図である。 トルク検出装置２を示す図である。 トルク検出装置ＴＳの構成部品を示す図である。 トルク検出装置ＴＳの構造を示す図である。

［第１実施形態］
以下に第１実施形態における角度検出装置１について説明する。

まず始めに本実施形態における角度検出装置１の基本構成について図１ないし図５を用いて説明する。図１は角度検出装置１の基本構成を示す図である。図２は磁石１１を示す図であり、図２（ａ）は磁石１１の斜視図であり、図２（ｂ）は磁石１１の側面図である。図３はヨーク１２を示す図である。図４は集磁板１３を示す図である。図５は磁気検知素子１４を示す図である。

角度検出装置１は、図１に示すように、貫通穴を備え円盤状に形成された磁石１１と、貫通穴を備え円盤状に形成されるとともに磁石１１の近傍に設けられたヨーク１２と、ヨーク１２の近傍に配設されヨーク１２からの磁束を捕捉する集磁板１３と、集磁板１３に捕捉された磁束を検知する磁気検知素子１４と、を有している。なお、角度検出装置１は、磁石１１の貫通穴とヨーク１２の貫通穴とに挿通可能な被検知物Ｘの回転角度を検出可能である。

磁石１１は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、円盤状に形成され、中央には円形に形成された貫通穴である第１の挿通孔１１ｂを有している。磁石１１は、第１の挿通孔１１ｂの中心軸方向に着磁され、円周方向にＮ極１１ＮとＳ極１１Ｓが交互に繰り返し等間隔に配置された磁極面１１ａを上面と下面とに有している。

また、本実施形態においては、Ｎ極１１ＮとＳ極１１Ｓとは磁極面１１ａを１６等分して交互に繰り返し配置されている。

一方の磁極面１１ａのＮ極１１Ｎに着磁された箇所に対応する他方の磁極面１１ａの箇所はＳ極１１Ｓに着磁されており、一方の磁極面１１ａのＳ極１１Ｓに着磁された箇所に対応する他方の磁極面１１ａの箇所はＮ極１１Ｎに着磁されている。

ヨーク１２は、図３に示すように、金属板からなり、磁石１１の外周よりも大きな円盤状に形成され、中央には円形に形成された貫通穴である第２の挿通孔１２ｅを有している。また、ヨーク１２は、同一形状に形成された第１のヨーク１２ａと第２のヨーク１２ｂとからなる。

第１のヨーク１２ａは、第２の挿通孔１２ｅの端面から第２の挿通孔１２ｅの中心に向かう方向に突出し、等間隔に配置された複数の第１の磁極爪１２ｃを有し、第１のヨーク１２ａと同一形状の第２のヨーク１２ｂは第２の磁極爪１２ｄを有する。

第１のヨーク１２ａの第１の磁極爪１２ｃおよび第２のヨーク１２ｂの第２の磁極爪１２ｄは磁石１１の着磁ピッチにあわせ複数個配設されている。なお、本実施形態においては、例えば、Ｎ極１１Ｎの着磁ピッチ（Ｎ極１１Ｎの配設位置）にあわせて第１の磁極爪１２ｃおよび第２の磁極爪１２ｄが８つ配設され、Ｓ極１１Ｓの着磁ピッチ（Ｓ極１１Ｓの配設位置）にあわせて切り欠き形状に形成されている。

集磁板１３は、図４に示すように、第１の集磁板１３ａと第２の集磁板１３ｂとからなり、それぞれ金属板から形成されている。

第１の集磁板１３ａは、ヨーク１２を介して磁石１１により磁化される第１の集磁部１３ｃを有する。第１の集磁部１３ｃはヨーク１２の外周と略同じ半径の円弧状に形成されている。

また、第１の集磁板１３ａは、第１の集磁部１３ｃの中点部から円弧の外方向に向かって突出して形成された第１の導線部１３ｄを有し、第１の導線部１３ｄの先端は第１の集磁部１３ｃに対して垂直方向に折り曲げられている。

第２の集磁板１３ｂは、ヨーク１２を介して磁石１１により磁化される第２の集磁部１３ｅを有する。第２の集磁部１３ｅはヨーク１２の外周と略同じ半径の円弧状に形成されている。

また、第２の集磁板１３ｂは、第２の集磁部１３ｅの中点部から円弧の外方向に向かって突出して形成された第２の導線部１３ｆを有し、第２の導線部１３ｆの先端は第２の集磁部１３ｅに対して垂直に折り曲げられている。

なお、第１の集磁部１３ｃと第２の集磁部１３ｅとは略同一の円弧状に形成されている。また、第１の導線部１３ｄが第１の集磁部１３ｃから円弧の外方向へ突出する長さ寸法は、第２の導線部１３ｆが第２の集磁部１３ｅから円弧の外方向へ突出する長さ寸法よりも長い。

磁気検知素子１４は、例えばリニアホールＩＣの様な磁束成分を検知可能な電子部品であり、検知した磁束成分に比例した電圧を出力する。磁気検知素子１４は、図５に示すように、磁束成分を検知する検知面１４ａを有し、検知面１４ａに直交する磁場強度を検知する。

次に角度検出装置１の構造について、図１を用いて説明する。

第１のヨーク１２ａは磁石１１の磁極面１１ａの一方面側に配置され、第２のヨーク１２ｂは磁極面１１ａの他方面側に配置される。この時、磁石１１とヨーク１２とは、第１の挿通孔１１ｂと第２の挿通孔１２ｅとに被検知物Ｘを挿通できるように、位置をあわせて配置されている。

この時、ある１つの第１の磁極爪１２ｃが一方の磁極、例えばＳ極１１Ｓ（図２参照）に対応する位置に配置されていた場合、他のすべての第１の磁極爪１２ｃもＳ極１１Ｓに対応する位置に配置されている。第２の磁極爪１２ｄにおいても同様に、ある１つの第２の磁極爪１２ｄが例えばＳ極１１Ｓに対応する位置に配置されていた場合、他のすべての第２の磁極爪１２ｄもＳ極１１Ｓに対応する位置に配置されている。

また、第１のヨーク１２ａと第２のヨーク１２ｂとは、磁石１１を挟んで第１の磁極爪１２ｃの位置と第２の磁極爪１２ｄの位置とが合致するように、第１の磁極爪１２ｃは磁極面１１ａの一方面に対向して配置され、第２の磁極爪１２ｄは磁極面１１ａの他方面に対向して配置される。このように配置することで、第１の磁極爪１２ｃが一方の磁極、例えばＳ極１１Ｓに近づくとき、第２の磁極爪１２ｄは他方の磁極であるＮ極１１Ｎ（図２参照）に近づくように配設される。

第１の集磁板１３ａは、第１のヨーク１２ａの磁石１１に臨む面の裏面側に、第１のヨーク１２ａとは非接触の状態であるとともに、第１の集磁部１３ｃが形作る円弧と第１のヨーク１２ａの外周とが略一致するように重ねて配置される。

第２の集磁板１３ｂは、第２のヨーク１２ｂの磁石１１に臨む面の裏面側に、第２のヨーク１２ｂとは非接触の状態であるとともに、第２の集磁部１３ｅが形作る円弧と第２のヨーク１２ｂの外周とが略一致するように重ねて配置される。

また、この時、第１のヨーク１２ａ、第２のヨーク１２ｂおよび磁石１１を挟んで、上方向から平面視した場合に、第１の集磁部１３ｃの外形と第２の集磁部１３ｅの外形とが一致する位置に配置され、第１の導線部１３ｄの先端は第２の集磁板１３ｂが配置されている方向に突出し、第２の導線部１３ｆの先端は第２の集磁板１３ｂが配置されている方向に突出している。このとき、第１の導線部１３ｄの先端付近と第２の導線部１３ｆの先端付近との間には、磁気検知素子１４を配置可能な間隔が設けられている。

磁気検知素子１４は、一方の検知面１４ａと第１の導線部１３ｄの先端付近とが対向し、他方の検知面１４ａと第２の導線部１３ｆの先端付近とが対向し、検知面１４ａに垂直な方向は磁石１１の着磁方向と交差するように配置されている。

集磁板１３と磁気検知素子１４とからなる検知ユニット１５は複数箇所に配設され、本実施形態においては、磁石１１およびヨーク１２を挟んで対向する位置にそれぞれ検知ユニット１５が１つずつ配置されている。

このようにして、角度検出装置１は形成され、図１において、右側に配設された磁気検知素子１４が矢印Ａ方向の磁束成分を検知した時には磁束の強さに比例して高い電圧を出力し、矢印Ｂ方向の磁束成分を検知した時には磁束の強さに比例して低い出力電圧を出力する。なお、第１の導線部１３ｄおよび第２の導線部１３ｆに対する磁気検知素子１４の検知面１４ａの取付方向を逆にする、または磁気検出素子１４のプログラムパラメータの定数を変更することにより、出力電圧の波形を逆位相に変えることもできる。

なお、実際には磁石１１や磁気検知素子１４などを保持したり、保護したりする必要があり、図示はしないが各種保持部材やカバー、ケースなどが必要に応じて用いられ、磁石１１の第１の挿通孔１１ｂおよびヨーク１２の第２の挿通孔１２ｅに対応する箇所には、被検知物Ｘを挿通可能な中空孔１６が形成される。

次に角度検出装置１の回転角度検出方法について、図６および図７を用いて説明する。図６は第１の磁極爪１２ｃおよび第２の磁極爪１２ｄと磁石１１の磁極の位置関係を示した図であり、図６（ａ）は第１の磁極爪１２ｃの中心がＳ極１１ＳとＮ極１１Ｎとの境目上に位置した状態を示した図であり、図６（ｂ）は第１の磁極爪１２ｃがＮ極１１Ｎ上に位置した状態を示した図であり、図６（ｃ）は第１の磁極爪１２ｃがＳ極１１Ｓ上に位置した状態を示した図である。なお、図６においては、説明を容易にするため、集磁板１３および磁気検知素子１４は一組のみ図示している。図７は磁気検知素子１４の出力電圧の波形を示す図である。

角度検出装置１は、磁石１１の磁束成分をヨーク１２を介して磁気検知素子１４で検知する。磁束成分はＮ極１１ＮからＳ極１１Ｓに向かうため、磁石１１の磁極の位置に対する第１の磁極爪１２ｃおよび第２の磁極爪１２ｄの位置関係によって、磁気検知素子１４を通過する磁束成分の向きや強さが異なり、磁気検知素子１４が検知する磁束成分によって出力電圧も変化する。

磁石１１の磁極の位置に対する第１の磁極爪１２ｃおよび第２の磁極爪１２ｄの位置関係が、図６（ａ）に示すように、第１の磁極爪１２ｃの中心がＳ極１１ＳとＮ極１１Ｎとの境目上に位置した状態の時、第１の磁極爪１２ｃおよび第２の磁極爪１２ｄは磁力的には中立である。

この時、あるＮ極１１Ｎから出た磁束成分は、図６（ａ）の矢印ａ１や矢印ａ２に示すように、第１の磁極爪１２ｃまたは第２の磁極爪１２ｄに達した磁束成分も、あるＮ極１１Ｎの隣に配置されたＳ極１１Ｓに向かうため、磁気検知素子１４を通過する磁束成分は無い。そのため、出力電圧は図７に示す点ａのように基準の出力電圧となるＶ_０（Ｖ）である。

次に、ヨーク１２に対する磁石１１の相対位置が右方向へズレ、図６（ｂ）に示すような第１の磁極爪１２ｃがＮ極１１Ｎ上に位置した状態になるとき、第１の磁極爪１２ｃのＮ極１１Ｎに対応する面積が徐々に広がる為、第１のヨーク１２ａは徐々にＮ極に磁化され、逆に第２のヨーク１２ｂは徐々にＳ極に磁化される。

これにより、図６（ｂ）に示す矢印ｂのように、磁気検知素子１４においては第１のヨーク１２ａから第２のヨーク１２ｂへ向かう磁束が強くなるため、出力電圧は、図７に示す点ａから点ｂに向かうように、磁束の強さに比例して大きくなり、Ｖ_Ｈ（Ｖ）となる。

逆に、ヨーク１２に対する磁石１１の相対位置が左方向へズレ、図６（ｃ）に示すような第１の磁極爪１２ｃがＳ極１１Ｓ上に位置した状態になるとき、第１の磁極爪１２ｃのＳ極１１Ｓに対応する面積が徐々に広がる為、第１のヨーク１２ａは徐々にＳ極に磁化され、逆に第２のヨーク１２ｂは徐々にＮ極に磁化される。

これにより、図６（ｃ）に示す矢印ｃのように、磁気検知素子１４においては第２のヨーク１２ｂから第１のヨーク１２ａへ向かう磁束が強くなるため、出力電圧は、図７に示す点ａから点ｃに向かうように、磁束の強さに比例して小さくなり、Ｖ_Ｌ（Ｖ）となる。

このように、回転角度に比例して出力電圧が直線的に変化するため、出力電圧の変化量から回転角度を算出することができる。なお、本実施形態においてはＮ極１１ＮとＳ極１１Ｓとは磁極面１１ａを１６等分して（２２．５°毎に）交互に繰り返し配置されているため、約半分の角度である１１°の絶対角度が検出できる。

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

本実施形態の角度検出装置１では、第１の挿通孔１１ｂを備えた磁石１１と、第２の挿通孔１２ｅを備えたヨーク１２と、ヨーク１２の近傍に配設されヨーク１２からの磁束を捕捉する集磁板１３と、集磁板１３により捕捉された磁束を検知する磁気検知素子１４とを有し、第１の挿通孔１１ｂと第２の挿通孔１２ｅとに挿通可能な被検知物Ｘの回転角度を検出する角度検出装置において、磁石１１は被検知物Ｘの挿通方向に着磁され、被検知物Ｘの外周を周回する方向にＮ極とＳ極とが等間隔に交互に繰り返し配置された磁極面１１ａを有し、ヨーク１２は、第２の挿通孔１２ｅの中心に向かう方向に突出し第２の挿通孔１２ｅの周方向に等間隔に配置された複数の第１の磁極爪１２ｃを有し磁極面１１ａの一方面の近傍に対向して配置された第１のヨーク１２ａと、第２の挿通孔１２ｅの中心に向かう方向に突出し第２の挿通孔１２ｅの周方向に等間隔に配置された複数の第２の磁極爪１２ｄを有し磁極面１１ａの他方面の近傍に対向して配置された第２のヨーク１２ｂとを有し、第１の磁極爪１２ｃが磁極面１１ａの一方の種類の磁極に近づくとき第２の磁極爪１２ｄは磁極面１１ａの他方の種類の磁極に近づくように配設される構成とした。

これにより、円盤状に形成された磁石１１の上下面に設けた磁極面１１ａの磁束を検知することで、磁石１１の厚さを薄くすることができる。磁石１１の厚さ方向とステアリングシャフトの様な被検知物Ｘを挿通可能な方向は同じ方向であることから、磁石１１の厚さを薄くすることで、ステアリングシャフトの様な被検知物Ｘを挿通可能な方向の厚さ寸法が薄い角度検出装置を提供することができる、という効果を奏する。

また、これにより、従来は図９、図１０に示す特許文献１に記載のトルク検出装置ＴＳのように、円筒形に形成された磁石ＭＧを用い、磁石ＭＧの外周面に沿ってＳ極とＮ極とが交互に設けられ、磁気ヨークＭＹの爪ＮＡを磁石ＭＧの外周面に近づけた構造としていた。そのため、磁石ＭＧの外周面といずれかの箇所の磁気ヨークＭＹとを近づける磁石ＭＧの磁力が働き、磁石ＭＧと磁気ヨークＭＹとが接触してしまい、磁石ＭＧと磁気ヨークＭＹとの同心を取りにくかったが、本実施形態においては、第１の磁極爪１２ｃおよび第２の磁極爪１２ｄを回転軸に対して垂直に配置したため、磁石１１とヨーク１２とを偏心させる力が働かないため、磁石１１とヨーク１２との同心が取りやすい。これにより、磁石１１とヨーク１２との接触による変形や動作不具合などが発生しにくくなり、出力の安定した角度検出装置を提供することができる、という効果を奏する。

また、本実施形態の角度検出装置１では、第１のヨーク１２ａの第１の磁極爪１２ｃおよび第２のヨーク１２ｂの第２の磁極爪１２ｄは磁石１１の着磁ピッチにあわせ複数個配設される構成とした。

これにより、磁石１１の着磁のピッチにあわせて第１の磁極爪１２ｃおよび第２の磁極爪１２ｄを複数配置することで、多くの磁束をより確実に捕捉することが可能となり、より正確に回転角度の変化を検出することが可能となる、という効果を奏する。

また、本実施形態の角度検出装置１では、第１のヨーク１２ａと第２のヨーク１２ｂとは同一形状であり、磁石１１を挟んで第１の磁極爪１２ｃの位置と第２の磁極爪１２ｄの位置とが合致するように配置されている構成とした。

これにより、第１のヨーク１２ａと第２のヨーク１２ｂとを同一形状とし、磁石１１を挟んで第１の磁極爪１２ｃの位置と第２の磁極爪１２ｄの位置とが合致するように配置したことで、第１の磁極爪１２ｃが一方の磁極に近づく時、第２の磁極爪１２ｄは他方の磁極により確実に近づくため、磁極の変化をより正確に検出することが可能となり、より正確に回転角度の変化を検出することが可能となる、という効果を奏する。

また、本実施形態の角度検出装置１では、磁気検知素子１４はその検知面１４ａに直交する磁場強度を検知するものであり、検知面１４ａに垂直な方向は磁石１１の着磁方向と交差する構成とした。

これにより、検知面１４ａに垂直な方向を磁石１１の着磁方向に交差するように配置することで、磁石１１から漏れた磁束の向きは検知面１４ａにほぼ平行な方向となる。したがって、仮に磁石１１から漏れた磁束が磁気検知素子１４の周辺にあったとしても、磁石１１から漏れた磁束には検知面１４ａに直交する方向の成分がほとんど無いため磁気検知素子１４は検知せず、集磁板１３から流れてきた磁束のみを検知する。よって、さらに正確に回転角度の変化を検出することが可能となる、という効果を奏する。

また、本実施形態の角度検出装置１では、集磁板１３と磁気検知素子１４とからなる検知ユニット１５を複数箇所に配設する構成とした。

これにより、検知ユニット１５を複数箇所に配設することで、仮にヨーク１２に位置ずれが生じても、複数個所で検出した出力変動を補正して角度検出をすることができる。また、仮にある箇所に配設された検知ユニット１５が検知できなくなった場合でも、他の箇所に配置された少なくとも１つの検知ユニット１５が検知することで継続して検知することが可能となる、という効果を奏する。

なお、本実施形態においては、磁石１１およびヨーク１２を挟んで対向する位置にそれぞれ検知ユニット１５が１つずつ配置されている構成とした。

これにより、少ない数の検知ユニット１５で効率よく磁気を検知することが可能となるとともに、角度検出装置１の外形サイズが大きくなるのを抑える、という効果を奏する。

また、本実施形態の角度検出装置１では、隙間を空けてヨーク１２の一部と集磁板１３の一部が上下方向に重なるように配置する、構造とした。

これにより、ヨーク１２と集磁板１３とを同一平面上に配置した場合に比べて、それぞれ対応する面を広く取ることが可能となる。これにより、組立のバラツキなどにより多少位置ズレが発生した場合でも、より確実に磁束成分を磁気検知素子１４へ伝えることで、正確に角度検出を行なうことができるという効果を奏する。

［第２実施形態］
以下に第２実施形態におけるトルク検出装置２について説明する。トルク検出装置２は、第１実施形態で記載した角度検出装置１を用いたものであり、第１実施形態で用いた部品名、符号などは以下の説明においても用いるとともに、第１実施形態で記載した内容についての詳細の説明は割愛することとする。

まず始めに本実施形態におけるトルク検出装置２の基本構成について図８を用いて説明する。図８はトルク検出装置２の構成を示す図である。

トルク検出装置２は、図８に示すように、第１実施形態に記載の角度検出装置１と、角度検出装置１の中空孔１６に挿通して保持される回転軸２２（本実施形態における被検知体Ｘ）と、内部に回転軸２２を軸回転可能に支持する筐体２１と、を具えている。

回転軸２２は、棒状のトーションバー２３と、トーションバー２３により連結された２つの部分軸２４とからなる。トーションバー２３は、金属棒を加工したものであり、捻り動作に対して弾性を有する。部分軸２４は、合成樹脂材から形成され、トーションバー２３の一端側に係合される第１の部分軸２４ａとトーションバー２３の他端側に係合される第２の部分軸２４ｂと、からなる。第１の部分軸２４ａは円柱状に形成され、トーションバー２３を挿入可能な第１の挿入孔２４ｃを有し、第２の部分軸２４ｂは円柱状に形成され、トーションバー２３を挿入可能な第２の挿入孔２４ｄを有する。

筐体２１は、合成樹脂材からなり、中空形状に形成されている。中空形状に形成された内部には、角度検出装置１を収納可能な収納部２１ａを有する。

角度検出装置１についての説明は割愛する。

次にトルク検出装置２の構造について説明する。

回転軸２２は、角度検出装置１の中空孔１６内に挿通し、回転可能に配置される。このとき、部分軸２４のうち第１の部分軸２４ａに磁石１１を固定し、部分軸２４のうち第２の部分軸２４ｂにヨーク１２を固定して配置されており、磁石１１およびヨーク１２は回転軸２２の回転動作に連動してそれぞれ個別に回転可能である。

筐体２１は、収納部２１ａに、回転軸２２の両端を外部に露出させ回転可能な状態で角度検出装置１を保持する。これによりトルク検出装置２が形成される。

次にトルク検出装置２のトルク検出方法について説明する。

例えば、トルク検出装置２が自動車のステアリングシャフトの途中に取り付けられ、回転軸２２の第１の部分軸２４ａがステアリング側に連結し、第２の部分軸２４ｂがホイール側に連結し、ステアリング操作時に発生する回転トルクを計測するもの、とする。

運転手がステアリングを操作すると、回転軸２２は第１の部分軸２４ａおよび第２の部分軸２４ｂとともに操作された方向へ回転を始めるが、機械的な抵抗などによりホイール側に連結している第２の部分軸２４ｂは、ステアリング側に連結している第１の部分軸２４ａよりも回転量が少なくなる。これにより、第１の部分軸２４ａと第２の部分軸２４ｂとを連結しているトーションバー２３には捻りが生じている。

第１の部分軸２４ａは角度検出装置１の磁石１１に固定され、第２の部分軸２４ｂは角度検出装置１のヨーク１２に固定されているため、磁石１１とヨーク１２とは、それぞれ個別に操作された方向へ回転可能な角度だけ回転している。

したがって、磁石１１の回転角度とヨーク１２の回転角度との差を検出することで、角度検出装置１を用いてトーションバー２３が捻じられている角度を検出することが可能である。

また、トーションバー２３の持つ弾性係数が分かれば、トーションバー２３が捻じられている角度とトーションバー２３の弾性係数とから、トーションバー２３の捻じれにより発生する回転トルクを算出することが可能である。

自動車のステアリング操作時にステアリングシャフトに発生する回転トルクを計測する場合には、あらかじめトーションバー２３の弾性係数を自動車のメモリに記録しておくことで、角度検出装置１からフィードバックされた回転角度からステアリングシャフトに発生する回転トルクを算出することができる。

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

本実施形態のトルク検出装置２では、筐体２１の内部に軸回転可能に支持され、トーションバー２３により連結された２つの部分軸２４からなる回転軸２２の回転トルクを検出するトルク検出装置であって、部分軸２４のうち第１の部分軸２４ａに磁石１１を固定し、部分軸２４のうち第２の部分軸２４ｂにヨーク１２を固定してなる第１実施形態に記載の角度検出装置１を搭載した、構造とした。

これにより、第１実施形態に記載の角度検出装置１を用いた構造とすることで、トルク検出装置２においてステアリングシャフト（回転軸２２）を挿通可能な方向の寸法を小さくし薄型化することが可能となる、という効果を奏する。

また、これにより、トーションバー２３の物性値と角度検出装置１の検出した回転角度を関連付けることで回転トルクを算出することができるため、電動パワーステアリング機構のトルク検出装置として利用できる、という効果を奏する。

以上のように、本発明の実施形態に係る角度検出装置１およびトルク検出装置２を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。

（１）第１実施形態の角度検出装置１において、磁石１１の磁極面１１ａを１６分割して着磁をし、第1の磁極爪１２ｃおよび第２の磁極爪１２ｄをそれぞれ８つ設ける構造としたが、磁石１１をさらに細かく分割し、第1の磁極爪１２ｃおよび第２の磁極爪１２ｄの数を増やしても良い。これによりさらに小さな角度を検出することが可能となる。

（２）第２実施形態のトルク検出装置２において、回転軸２２をトルク検出装置２の構成部品としているが、回転軸２２を構成部品から外し、別部品として取り付け可能な構成としても良い。これにより、用途にあわせて回転軸２２を変更し、より汎用的に用いることが可能となる。

１ 角度検出装置
１１ 磁石
１１ａ 磁極面
１１ｂ 第１の挿通孔
１２ ヨーク
１２ａ 第１のヨーク
１２ｂ 第２のヨーク
１２ｃ 第１の磁極爪
１２ｄ 第２の磁極爪
１２ｅ 第２の挿通孔
１３ 集磁板
１３ａ 第１の集磁板
１３ｂ 第２の集磁板
１４ 磁気検知素子
１４ａ 検知面
１５ 検知ユニット
１６ 中空孔
２ トルク検出装置
２１ 筐体
２１ａ 収納部
２２ 回転軸
２３ トーションバー
２４ 部分軸
２４ａ 第１の部分軸
２４ｂ 第２の部分軸
２４ｃ 第１の挿入孔
２４ｄ 第２の挿入孔

Claims (6)

1. 第１の挿通孔を備えた磁石と、第２の挿通孔を備えたヨークと、該ヨークの近傍に配設され該ヨークからの磁束を捕捉する集磁板と、該集磁板により捕捉された磁束を検知する磁気検知素子とを有し、前記第１の挿通孔と前記第２の挿通孔とに挿通可能な被検知物の回転角度を検出する角度検出装置において、
   前記磁石は前記被検知物の挿通方向に着磁され、前記被検知物の外周を周回する方向にＮ極とＳ極とが等間隔に交互に繰り返し配置された磁極面を有し、
   前記ヨークは、前記第２の挿通孔の中心に向かう方向に突出し前記第２の挿通孔の周方向に等間隔に配置された複数の第１の磁極爪を有し前記磁極面の一方面の近傍に対向して配置された第１のヨークと、前記第２の挿通孔の中心に向かう方向に突出し前記第２の挿通孔の周方向に等間隔に配置された複数の第２の磁極爪を有し前記磁極面の他方面の近傍に対向して配置された第２のヨークとを有し、
   前記第１の磁極爪が前記磁極面の一方の種類の磁極に近づくとき前記第２の磁極爪は前記磁極面の他方の種類の磁極に近づくように配設されることを特徴とする角度検出装置。
2. 前記第１のヨークの第１の磁極爪および前記第２のヨークの第２の磁極爪は前記磁石の着磁ピッチにあわせ複数個配設されることを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
3. 前記第１のヨークと前記第２のヨークとは同一形状であり、前記磁石を挟んで前記第１の磁極爪の位置と前記第２の磁極爪の位置とが合致するように配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の角度検出装置。
4. 前記磁気検知素子はその検知面に交差する磁場強度を検知するものであり、該検知面に垂直な方向は前記磁石の着磁方向と交差することを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の角度検出装置。
5. 前記集磁板と前記磁気検知素子とからなる検知ユニットを複数箇所に配設することを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の角度検出装置。
6. 筐体の内部に軸回転可能に支持され、トーションバーにより連結された２つの部分軸からなる回転軸の回転トルクを検出するトルク検出装置であって、
   前記部分軸のうち第１の部分軸に前記磁石を固定し、前記部分軸のうち第２の部分軸に前記ヨークを固定してなる請求項１から請求項５のいずれかに記載の角度検出装置を搭載したトルク検出装置。

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