JP5843099B2 - トルク検出装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、ステアリングの操舵トルク等を検出するトルク検出装置およびこれを含む電動パワーステアリング装置に関する。

トルク検出装置の一例として、特許文献１および特許文献２ではトルクセンサが提案されている。このトルクセンサは、入力軸と出力軸とを同軸上に連結するトーションバー、入力軸の端部に取り付けられるリング状の磁石、出力軸の端部に取り付けられる一組の環状の磁気ヨーク、および、磁気ヨークが磁石から誘導した磁束の密度（磁束密度）を検出する磁気センサ等より構成されている。各磁気ヨークには、磁石のＮ極及びＳ極と同数の爪が全周に等間隔に設けられている。磁気センサは、軸方向に対向する一組の磁気ヨークの間に設けられるギャップ内に挿入されていて、磁気ヨークの磁束密度を検出する。

ステアリングの操舵によって入力軸と出力軸との間にトルク（操舵トルク）が入力されると、トーションバーが捩じれることで、磁石と磁気ヨークとの周方向における相対位置がずれる。トルクセンサは、当該相対位置のずれに応じて磁気ヨークで変化する磁束密度によって、入力軸と出力軸との間に入力された操舵トルクを検出することができる。

特開２００４−１６３３０３号公報 特開２００４−１６３３０４号公報

特許文献１および特許文献２のトルクセンサでは、各磁気ヨークに設けられた爪の１つ１つの形状が、先細で角の尖った三角形状または台形状をなしている。この場合、爪の角の尖った部分から磁気ヨークの磁束が不意に漏れ易くなるので、磁気センサが磁気ヨークの磁束密度を高精度に検出すること（換言すれば、トルクセンサがトルクを高精度に検出すること）が困難になる。

この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、検出能力および検出精度の向上を図ることができるトルク検出装置およびこれを含む電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、第１軸（１４）および第２軸（１５）を相対回転可能に連結し、前記第１軸と前記第２軸との間に捩じれトルクが入力されるのに応じて捩じれる弾性部材（１６）と、前記第１軸に対して同軸状に固定される環状であって、周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁された磁石（２５）と、前記第２軸に対して同軸状に固定されるとともに前記磁石を非接触で取り囲む環状をなす一対の磁気ヨーク（２６）であって、軸方向（Ｘ１）に突出しつつ周方向に等間隔で並ぶ複数の歯（４１）がそれぞれに設けられていて、互いの歯の先端部分が周方向に交互に配置されるように、軸方向においてギャップを隔てて対向配置される一対の磁気ヨークと、前記一対の磁気ヨークに発生する磁束の密度を検出する磁気センサ（３０）とを含み、前記歯は、前記磁気ヨークの径方向から見て、先端（４１Ｂ）側へ向かって幅狭となっているとともに、前記先端側へ向けて凸湾曲した先端側部分と、前記先端側部分と前記歯の根元部分とをむすび、互いに離れる方向へ凸湾曲した一対の根元側部分とによって構成された輪郭（Ｒ）を有していることを特徴とする、トルク検出装置（１７）である。

請求項２記載の発明は、前記輪郭は、放物線をなしていることを特徴とする、請求項１記載のトルク検出装置である。
請求項３記載の発明は、前記輪郭は、曲率半径の異なる複数の曲線を連続させることで構成されていることを特徴とする、請求項１記載のトルク検出装置である。
請求項４記載の発明は、前記磁気ヨークにおいて、１つの前記歯の根元部分（４１Ａ）の周方向における最大幅（Ｗ）は、周方向に隣り合う前記歯のピッチ（Ｐ）の半分の値以下であ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装置である。

請求項５記載の発明は、前記一対の磁気ヨークをそれぞれ取り囲む環状であって、前記一対の磁気ヨークで発生した磁束を導いて集める一対の集磁リング（２８）をさらに含み、前記磁気センサは、前記一対の集磁リングの間に配置され、前記集磁リングによって集められた磁束の密度を検出することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のトルク検出装置である。

請求項６記載の発明は、ステアリング（２）の操舵トルクを検出する請求項１〜５のいずれかに記載のトルク検出装置と、ステアリングの操舵力を補助するための駆動力を発生する電動モータ（１９）と、前記トルク検出装置が検出した操舵トルクに応じて、前記電動モータを制御する制御部（２０）とを含むことを特徴とする、電動パワーステアリング装置（１）である。

なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

請求項１記載の発明によれば、各磁気ヨークの１つ１つの歯は、磁気ヨークの径方向から見て、先端側へ向かって幅狭となっているとともに、角が丸められた曲線の輪郭を有していることから、先端側へ向かって凸湾曲した形状になっている。このような形状の歯であれば、角が尖っていない（そもそも角がない）ことから、磁気ヨークの磁束が漏れにくくなっているので、磁気センサが磁気ヨークの磁束密度を高精度に検出することができる。その結果、検出能力および検出精度の向上を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、放物線の輪郭を有する歯は、比較的簡単に形成できる。
請求項３記載の発明によれば、歯の輪郭を複数の曲線で構成することによって、複雑な曲線形状の輪郭を有する歯を形成できる。
請求項４記載の発明によれば、一対の磁気ヨークにおいて周方向に交互に配置される互いの歯における隣り合う歯の間に、十分な隙間を確保できるので、隣り合う歯の間から磁束が漏れることを防止できる。よって、検出能力および検出精度の更なる向上を図ることができる。

請求項５記載の発明によれば、磁気センサは、一対の磁気ヨークで発生した磁束の密度を、集磁リングによって平均化された後の状態で検出するので、磁気ヨークの磁束密度をばらつきなく検出することができる。その結果、検出能力および検出精度の更なる向上を図ることができる。
請求項６記載の発明によれば、電動パワーステアリング装置では、トルク検出装置におけるステアリングの操舵トルクの検出能力および検出精度の向上が図られているので、電動モータによるステアリングの操舵力の補助を高精度に実現できる。

図１は、本発明の一実施形態に係るトルク検出装置１７を備える電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。 図２は、トルク検出装置１７の分解斜視図である。 図３は、トルク検出装置１７の模式的な断面図である。 図４は、一対の磁気ヨーク２６を径方向外側から見た側面図である。 図５は、磁気ヨークユニット３３の斜視図である。 図６は、トルク検出装置１７の動作を説明するための模式図であって、図６（ａ）は、操舵中立状態から一方向にトーションバー１６が捩じれた状態を示し、図６（ｂ）は、操舵中立状態を示し、図６（ｃ）は、操舵中立状態から図６（ａ）とは反対方向にトーションバー１６が捩じれた状態を示している。 図７（ａ）は、１つの磁気ヨーク２６を、その円中心位置を通って軸方向に沿う平坦面の位置から見た側面図であって、一部を断面で示しており、図７（ｂ）は、比較例に係る磁気ヨーク２６の断面図である。 図８（ａ）は、比較例に係るトルク検出装置１７において、磁石２５および一対の磁気ヨーク２６における周方向一部を径方向外側から見た模式的な図であり、図８（ｂ）は、本願発明に係るトルク検出装置１７において、磁石２５および一対の磁気ヨーク２６における周方向一部を径方向外側から見た模式的な図である。 図９は、本願発明に係るトルク検出装置１７の歯４１と、比較例に係るトルク検出装置１７の歯４１とを重ね合わせて示した図である。 図１０は、トルク検出装置１７において、トーションバー１６が捩じれるのに応じて、歯４１と磁石２５の１つの極とが重なる部分の面積が変化していく様子を説明するためのグラフである。 図１１は、変形例に係る磁気ヨーク２６を、その円中心位置を通って軸方向に沿う平坦面の位置から見た側面図である。

本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
本実施の形態では、集磁リングを含むトルク検出装置が自動車の電動パワーステアリング装置に適用された例に則して説明するが、本発明のトルク検出装置は、電動パワーステアリング装置以外の他の装置や機器に適用することもできる。
図１は、本発明の一実施形態に係るトルク検出装置１７を備える電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。

図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、ステアリング２に連結されるステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結される中間軸５と、この中間軸５に自在継手６を介して連結されているピニオン軸７と、ピニオン軸７の先端部に設けられたピニオン８に噛み合うラック９を形成して車両の左右方向に延びるラック軸１０とを有している。

ラック軸１０は、筒状のハウジング１１に軸方向移動可能に支持されている。ラック軸１０の両端部にはそれぞれタイロッド１２が連結されており、各タイロッド１２は、対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１３に連結されている。
ステアリング２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転は中間軸５等を介してピニオン８に伝達され、ピニオン８およびラック９によって、車両の左右方向に沿うラック軸１０の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１３の転舵が達成される。

ステアリングシャフト３は、ステアリング２に連なる第１軸としての第１の操舵軸１４と、自在継手４に連なる第２軸としての第２の操舵軸１５とを有している。これら第１および第２の操舵軸１４，１５は、弾性部材としてのトーションバー１６を介して同軸上に互いに連結されている。第１および第２の操舵軸１４，１５は、互いにトルク伝達可能であり、所定の範囲内で相対回転可能とされている。そして、ステアリング２の操舵によって、ステアリング２の操舵トルクに応じた捩じれトルクが第１および第２の操舵軸１４，１５間に入力されると、トーションバー１６が捩じれ、その際、第１および第２の操舵軸１４，１５が相対回転するようになっている。

電動パワーステアリング装置１は、ステアリング２に負荷される操舵トルクを検出するトルク検出装置１７と、車速を検出する車速センサ１８と、操舵補助用の電動モータ１９と、トルク検出装置１７および車速センサ１８の検出結果（車速や操舵トルク）に応じて、電動モータ１９を駆動制御するマイクロコンピュータを含む制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）２０とを備えている。

トルク検出装置１７では、トーションバー１６の捩じれに起因する第１の操舵軸１４と第２の操舵軸１５との相対回転変位量に基づく磁束密度の変化から、第１および第２の操舵軸１４，１５に付与される操舵トルクを検出する。
ＥＣＵ２０が操舵補助用の電動モータ１９を駆動すると、その出力回転（駆動力）が、ウォームギヤ機構等の減速機構２１で減速されて第２の操舵軸１５へ伝達される。第２の操舵軸１５に伝えられた動力は、さらに中間軸５等を介して、ピニオン軸７、ラック軸１０、タイロッド１２およびナックルアーム等を含む転舵機構２２に伝えられ、運転者の操舵力が電動モータ１９の駆動力によって補助される。

図２は、トルク検出装置１７の分解斜視図である。図３は、トルク検出装置１７の模式的な断面図である。
図２および図３に示すように、トーションバー１６の一端１６Ａは、ピン等（図示せず）を用いて第１の操舵軸１４に結合され、トーションバー１６の他端１６Ｂは、ピン等（図示せず）を用いて第２の操舵軸１５に結合されている。

トルク検出装置１７は、前述したトーションバー１６と、磁石２５と、軟磁性体製の一対の磁気ヨーク２６と、磁気ヨーク２６からの磁束を誘導する一対の集磁リング２８と、磁気センサとしての一対のホールＩＣ３０とを備えている。ここで、一対の磁気ヨーク２６、一対の集磁リング２８、および、一対のホールＩＣ３０のそれぞれにおける一方を指すときには、符号の末尾に「Ａ」を付し、他方を指すときには符号の末尾に「Ｂ」を付すことにする。図２では、上側の磁気ヨーク２６を磁気ヨーク２６Ａと区別し、下側の磁気ヨーク２６を磁気ヨーク２６Ｂと区別している。また、上側の集磁リング２８を集磁リング２８Ａと区別し、下側の集磁リング２８を集磁リング２８Ｂと区別している。また、左側のホールＩＣ３０をホールＩＣ３０Ａと区別し、右側のホールＩＣ３０をホールＩＣ３０Ｂと区別している。なお、図２および図３では、上下の向きは一致している。

磁石２５は、第１の操舵軸１４の一端（図２における下端）に対して一体回転可能となるように固定された環状（詳しくは、円管状）であり、複数の周方向位置にＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。磁石２５として、たとえばフェライト磁石を用いることができる。磁石２５が第１の操舵軸１４に対して同軸状に固定されているので、磁石２５の軸線と、第１の操舵軸１４の軸線とは、互いに一致している。

一対の磁気ヨーク２６は、磁石２５の回りに回転可能な状態で、第２の操舵軸１５の一端（図２における上端）に固定されている。一対の磁気ヨーク２６のそれぞれは、環状をなしている。詳しくは、一対の磁気ヨーク２６のそれぞれは、互いに離隔して向き合う環状のヨークリング４０と、ヨークリング４０の内周縁における複数の周方向位置に１つずつ設けられる複数の歯４１とを一体的に有している。

ヨークリング４０は、歯４１と同数設けられていて歯４１の根元部分４１Ａから径方向外側へ延びる矩形薄板状の延設部４０Ａと、ヨークリング４０の外郭をなす環状の折り返し部４０Ｂとを一体的に含んでいる。１つ１つの延設部４０Ａは、ヨークリング４０の軸方向に薄い。全ての延設部４０Ａは、周方向に等間隔で並んでおり、これに応じて、複数の歯４１は、延設部４０Ａから当該軸方向に突出しつつ（延設されつつ）周方向に等間隔で並んでいる。１つ１つの歯４１は、ヨークリング４０の径方向に薄い板状である。また、折り返し部４０Ｂでは、軸方向においてある程度の幅があるものの、径方向における肉厚は薄くなっている。折り返し部４０Ｂの軸方向における一端縁（磁気ヨーク２６Ａの場合には上端縁であり、磁気ヨーク２６Ｂの場合には下端縁）に、延設部４０Ａが接続されている。

図３を参照して、上側の磁気ヨーク２６Ａのヨークリング４０（図３における左側部分）を周方向から見ると、歯４１が下方へ突出している状態で、折り返し部４０Ｂは、この歯４１の根元部分４１Ａから径方向外側へ延びる延設部４０Ａの径方向外側端部から、軸方向（当該歯４１が突出する下向きの方向）に折り返されている。また、図３における下側の磁気ヨーク２６Ｂのヨークリング４０（図３における右側部分）を周方向から見ると、歯４１が上方へ突出している状態で、折り返し部４０Ｂは、この歯４１の根元部分４１Ａから径方向外側へ延びる延設部４０Ａの径方向外側端部から、軸方向（当該歯４１が突出する上向きの方向）に折り返されている。そのため、磁気ヨーク２６Ａにおいて歯４１が設けられた部分は、Ｊ字形状（軸方向において折り返し部４０Ｂが歯４１よりも短い場合）またはＵ字形状（軸方向において折り返し部４０Ｂと歯４１とが同じ長さである場合）の断面を有している。

図４は、一対の磁気ヨーク２６を径方向外側から見た側面図である。
図４を参照して、磁気ヨーク２６の径方向外側から見て、それぞれの磁気ヨーク２６における歯４１では、１つ１つが、大きさの等しい同一形状を有している。詳しくは、１つの歯４１において、根元部分４１Ａから最も離れた端であって、幅方向（磁気ヨーク２６の周方向）における中央に位置する部分を先端４１Ｂとすると、それぞれの歯４１は、当該径方向から見て、先端４１Ｂ側へ向かって幅狭となっているとともに、角が丸められた曲線の輪郭Ｒを有している。

輪郭Ｒは、図４では、放物線（円錐曲線）をなしていて、略Ｕ字形状をなしている。放物線の輪郭Ｒを有する歯４１であれば、輪郭Ｒが再現し易いので、比較的簡単に形成できる。これに代えて、輪郭Ｒは、曲率半径の異なる複数の曲線を連続させることで構成されていてもよい。この場合、歯４１の輪郭Ｒを複数の曲線で構成することによって、設計要求に応じた複雑な曲線形状の輪郭Ｒを有する歯４１を形成できる。

図５は、磁気ヨークユニット３３の斜視図である。
一対の磁気ヨーク２６に関連して、トルク検出装置１７には、図５に示す円管状の合成樹脂部材３２が設けられている。一対の磁気ヨーク２６は、軸方向において所定のギャップを隔てて同軸状で対向配置されているともに、それぞれの歯４１の先端部分（先端４１Ｂ側の部分）が周方向に交互に配置されるように位置決めされた状態（図４も参照）で、合成樹脂部材３２にモールドされている。一対の磁気ヨーク２６において、歯４１のそれぞれの内周面は、合成樹脂部材３２の内周面３２Ａと略面一となった状態で、この内周面３２Ａから露出している。一対の磁気ヨーク２６において、ヨークリング４０の折り返し部４０Ｂにおける外周面は、合成樹脂部材３２の外周面３２Ｂと略面一となった状態で、この外周面３２Ｂから露出している。

以下では、一対の磁気ヨーク２６と、一対の磁気ヨーク２６を保持した合成樹脂部材３２とのまとまりを、磁気ヨークユニット３３という。磁気ヨークユニット３３は、円管状をなしている。
図３に示すように、完成したトルク検出装置１７では、磁気ヨークユニット３３（換言すれば、一対の磁気ヨーク２６）は、第２の操舵軸１５に対して同軸状に固定されているとともに、第１の操舵軸１４とも同軸状になっていて、磁石２５を径方向外側から非接触で取り囲んでいる。そのため、磁気ヨークユニット３３は、磁石２５と同軸状になっている。なお、この状態における磁気ヨーク２６（磁気ヨークユニット３３）、第１の操舵軸１４、第２の操舵軸１５および磁石２５のそれぞれの軸方向は、一致しており、「軸方向Ｘ１」と総称されることがある。

そして、磁気ヨークユニット３３において位置決めされた一対の磁気ヨーク２６では、軸方向Ｘ１に関して、一対の磁気ヨーク２６の外法寸法Ｑ、つまり、互いのヨークリング４０の延設部４０Ａの間隔Ｋに対して互いの延設部４０Ａの厚さＴを足し合わせた値Ｑ（＝Ｋ＋Ｔ＋Ｔ）が、磁石の長さＧ以上となっている。そのため、軸方向Ｘ１に関して、磁石２５は、一対の磁気ヨーク２６の内側に位置している。

図２を参照して、一対の集磁リング２８は、軟磁性体を用いて形成された環状の部材であり、一対の磁気ヨーク２６を径方向外側から取り囲みつつ、一対の磁気ヨーク２６の回りに相対回転可能に配置されており、一対の磁気ヨーク２６のそれぞれに対して磁気的に結合されている。具体的には、上側の集磁リング２８Ａが、上側の磁気ヨーク２６Ａの折り返し部４０Ｂに対して、全周に亘って径方向外側から非接触で対向しており、下側の集磁リング２８Ｂが、下側の磁気ヨーク２６Ｂの折り返し部４０Ｂに対して、全周に亘って径方向外側から非接触で対向している（図３参照）。このとき、一対の磁気ヨーク２６と一対の集磁リング２８とは同軸状になっている。

一対の集磁リング２８は、軸方向Ｘ１に離隔して対向する平板状の集磁板３５，３６を周上１箇所に有している。一対の集磁リング２８は、一対の磁気ヨーク２６で発生した磁束を集磁板３５，３６まで導いて、集磁板３５，３６間に集めることができる。
集磁板３５，３６間に形成されるエアギャップ３７内には、ホールＩＣ３０が挿入されている（図３も参照）。ホールＩＣ３０の機能については、以降で説明する。

このようなトルク検出装置１７では、ステアリング２の操舵に伴うトーションバー１６の捩れによって、磁石２５および一対の磁気ヨーク２６が相対回転することにより一対の磁気ヨーク２６間の磁束密度が変化するように構成されている。
図６は、トルク検出装置１７の動作を説明するための模式図であって、図６（ａ）は、操舵中立状態から一方向にトーションバー１６が捩じれた状態を示し、図６（ｂ）は、操舵中立状態を示し、図６（ｃ）は、操舵中立状態から図６（ａ）とは反対方向にトーションバー１６が捩じれた状態を示している。

図６（ｂ）は、ステアリング２が操舵されていない状態（操舵中立状態）を示している。この場合、第１および第２の操舵軸１４，１５に操舵トルクが加えられておらず、一対の磁気ヨーク２６では、それぞれの歯４１の先端４１Ｂが、磁石２５のＮ極（図６の磁石２５においてドットで塗り潰された部分）およびＳ極（図６の磁石２５においてドットが付されていない部分）の境界を指すように配置されている。この状態では、各磁気ヨーク２６の歯４１には、磁石２５のＮ極およびＳ極から同数の磁力線が出入りするため、磁気ヨーク２６Ａおよび磁気ヨーク２６Ｂのそれぞれの内部で磁力線が閉じている。よって、磁気ヨーク２６Ａと磁気ヨーク２６Ｂとの間に磁束が漏れることはなく、磁気ヨーク２６Ａと磁気ヨーク２６Ｂとの間の磁束密度は零のまま変化していない。

一方、ステアリング２の操舵によって第１の操舵軸１４と第２の操舵軸１５との間に捩じれトルクが入力されてトーションバー１６（図３参照）が捩じれると、第１の操舵軸１４に固定された磁石２５と、第２の操舵軸１５に固定された一対の磁気ヨーク２６との相対位置が周方向に変化する。これにより、図６（ａ）および図６（ｃ）に示すように、各磁気ヨーク２６の歯４１の先端４１Ｂが、磁石２５のＮ極とＳ極との境界に一致しなくなるため、各磁気ヨーク２６では、ＮまたはＳの極性を有する磁力線が増加する。このとき、磁気ヨーク２６Ａおよび磁気ヨーク２６Ｂでは、互いに逆の極性を有する磁力線が増加するので、磁気ヨーク２６Ａと磁気ヨーク２６Ｂとの間に磁束密度（磁束密度の変化）が発生する。この磁束密度は、トーションバー１６の捩じれ量に略比例し、トーションバー１６の捩じれ方向に応じて極性が反転する。

図３を参照して、このように磁気ヨーク２６Ａと磁気ヨーク２６Ｂとの間に磁束密度が発生するとき、一対の集磁リング２８は、一対の磁気ヨーク２６で発生した磁束を集磁板３５，３６まで導いて、集磁板３５，３６間に集めている。そのため、集磁板３５，３６間に形成されるエアギャップ３７内でも、磁気ヨーク２６Ａと磁気ヨーク２６Ｂとの間と同様に、磁束密度が発生している。エアギャップ３７内に挿入されたホールＩＣ３０は、一対の集磁リング２８によってエアギャップ３７に集められた磁束（元々は、一対の磁気ヨーク２６に発生した磁束）によって生じた磁束密度を検出し、電気信号として取り出すことができる。

ＥＣＵ２０（図１参照）は、ホールＩＣ３０からの電気信号に基づいて、トーションバー１６の捩じれ量、換言すれば、ステアリングシャフト３に入力された操舵トルクを算出する。
図７（ａ）は、１つの磁気ヨーク２６を、その円中心位置を通って軸方向に沿う平坦面の位置から見た側面図であって、一部を断面で示しており、図７（ｂ）は、比較例に係る磁気ヨーク２６の断面図である。

図７（ａ）を参照して、本願発明では、一対の磁気ヨーク２６のそれぞれにおいて、歯４１の有効長Ｙ（軸方向Ｘ１における最大長さ）を、折り返し部４０Ｂの分だけ大きく稼ぐことができる。詳しくは、一対の磁気ヨーク２６のそれぞれにおいて歯４１が設けられた部分は、折り返し部４０Ｂにおいて相手側の磁気ヨーク２６（図７（ａ）で図示された磁気ヨーク２６の上方に位置すべき磁気ヨーク２６）から一旦離れた後、延設部４０Ａを経てから、歯４１において相手側の磁気ヨーク２６へ向けて延びている。そのため、折り返し部４０Ｂを設けない場合（図７（ｂ）参照）に比べて、歯４１の有効長Ｙを、折り返し部４０Ｂの分だけ大きく稼ぐことができる。これにより、それぞれの歯４１において多くの磁束を取り出せるので、トルク検出装置１７では、トルクの検出能力および検出精度を向上させることができる。

また、図３を参照して、折り返し部４０Ｂがある場合、磁気ヨーク２６において集磁リング２８と径方向に対向する部分が折り返し部４０Ｂになることにより、磁気ヨーク２６と集磁リング２８との対向面積を大きく確保できるので、磁気ヨーク２６から集磁リング２８への磁束が効率に受け渡されるようになる。これによっても、トルク検出装置１７におけるトルクの検出能力および検出精度を向上させることができる。

ここで、有効長Ｙ（図７（ａ）参照）が大きくなった歯４１では、延設部４０Ａを介して折り返し部４０Ｂにつながった根元側（根元部分４１Ａ側）が大きくなっているのであって、先端４１Ｂ側の部分が相手側の磁気ヨーク２６へ接近している訳ではない。よって、一対の磁気ヨーク２６が干渉することはないし、一対の磁気ヨーク２６の間から磁束が漏れ易くなることもない。

以上により、一対の磁気ヨーク２６の干渉を防ぎつつ、検出能力および検出精度の向上を図ることができる。
そして、軸方向Ｘ１に関して、一対の磁気ヨーク２６の外法寸法Ｑが、磁石２５の長さＧ以上であることから、磁石２５を一対の磁気ヨーク２６の外法寸法Ｑ（全長）以下まで小さく抑えることができ、その分、トルク検出装置１７の小型化を図ることができる。

図８（ａ）は、比較例に係るトルク検出装置１７において、磁石２５および一対の磁気ヨーク２６における周方向一部を径方向外側から見た模式的な図であり、図８（ｂ）は、本願発明に係るトルク検出装置１７において、磁石２５および一対の磁気ヨーク２６における周方向一部を径方向外側から見た模式的な図である。図９は、本願発明に係るトルク検出装置１７の歯４１と、比較例に係るトルク検出装置１７の歯４１とを重ね合わせて示した図である。

図８および図９を参照して、以下では、比較例に係る先細の等脚台形状の歯４１（図８（ａ）参照）と、本願発明の歯４１（図８（ｂ）参照）とを比較する。これらの歯４１では、軸方向Ｘ１における長さが等しく、根元部分４１Ａの周方向（磁気ヨーク２６の周方向）における最大幅Ｗも等しいものとする（図９参照）。
本願発明の場合には、磁気ヨーク２６の歯４１は、磁気ヨーク２６の径方向から見て、先端側へ向かって幅狭となっているとともに、角が丸められた曲線の輪郭Ｒを有していることから、先端４１Ｂ側へ向かって凸湾曲した形状になっている。そのため、本願発明の歯４１には、比較例における台形状の歯４１の先端４１Ｂ側に存在する２つの角Ｃが無い。これにより、図８を参照して、歯４１の先端４１Ｂ側と相手側の磁気ヨーク２６のヨークリング４０との間の隙間Ｓ（点線で囲った部分）を、本願発明では、比較例に比べて、２つの角Ｃの分だけ大きく確保できる。

本願発明の凸湾曲した形状の歯４１であれば、角が尖っていない（そもそも角がない）ことから、磁気ヨーク２６の磁束が漏れにくくなっている。さらに、凸湾曲した形状の歯４１であれば、歯４１の先端４１Ｂ側と相手側の磁気ヨーク２６のヨークリング４０との間の隙間Ｓが比較的大きいので、これによっても、当該歯４１と相手側の磁気ヨーク２６との間でも磁束が漏れにくくなっている。そのため、ホールＩＣ３０（図３参照）では、集磁リング２８を介して、磁気ヨーク２６の磁束密度を高精度に検出することができる。その結果、トルク検出装置１７における検出能力および検出精度の向上を図ることができる。

図１０は、トルク検出装置１７において、トーションバー１６が捩じれるのに応じて、歯４１と磁石２５の１つの極とが重なる部分の面積が変化していく様子を説明するためのグラフである。
また、このように凸湾曲した形状をなす本願発明の歯４１の場合、前述した操舵中立状態（図６（ｂ）および図８（ｂ）参照）においてトーションバー１６が捩じれると、図１０を参照して、磁石２５のＮ極またはＳ極と歯４１とが（径方向から見て）重なる面積が、トーションバー１６の捩じれ量（換言すれば、磁石２５と磁気ヨーク２６との相対回転量）に応じて変化する。

ここで、本願発明の歯４１は、凸湾曲していることから、根元部分４１Ａから先端４１Ｂ手前までの領域（図９においてハッチングを付した部分を参照）において、比較例の歯４１に比べて幅広になっている。
そのため、本願発明の歯４１の場合、Ｎ極またはＳ極と歯４１とが重なる面積が、比較例の歯４１の場合よりも大きい状態で変化する。また、本願発明の歯４１の場合、比較例の歯４１の場合よりも、当該面積の変化がより直線的であるとともに、変化の勾配が急になっている（特に、グラフのカーブにおける立ち上がり始め近傍や立ち上がり終わり近傍の領域）。そのため、本願発明の歯４１を用いたトルク検出装置１７では、磁束（換言すればトルク）の検出効率も向上されている。

また、図４を参照して、それぞれの磁気ヨーク２６において、１つの歯４１の根元部分４１Ａの周方向における最大幅Ｗは、周方向に隣り合う歯４１同士のピッチＰの半分の値以下であることが好ましい。この場合、一対の磁気ヨーク２６において周方向に交互に配置される互いの歯４１における隣り合う歯４１の間に、十分な隙間を確保できるので、隣り合う歯４１の間から磁束が漏れることを防止できる。よって、検出能力および検出精度の更なる向上を図ることができる。

また、図３を参照して、このトルク検出装置１７では、ホールＩＣ３０は、一対の磁気ヨーク２６で発生した磁束の密度を、集磁リング２８によって平均化された後の状態で検出するので、磁気ヨーク２６の磁束密度をばらつきなく検出することができる。その結果、検出能力および検出精度の更なる向上を図ることができる。
そして、このようにトルク検出装置１７におけるステアリング２の操舵トルクの検出能力および検出精度の向上が図られているので、電動パワーステアリング装置１では、電動モータ１９によるステアリング２の操舵力の補助を高精度に実現できる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施の形態では、磁気センサとして２つのホールＩＣ３０を用いたが（図２参照）、単一のホールＩＣを用いるようにしてもよい。また、磁気センサとして、ホールＩＣに代えて、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を用いるようにしてもよい。
また、磁石２５の極数は、１２極、１６極、１８極、２４極…というように任意に設定できる。

図１１は、変形例に係る磁気ヨーク２６を、その円中心位置を通って軸方向に沿う平坦面の位置から見た側面図である。
上記実施の形態における各磁気ヨーク２６のヨークリング４０では、折り返し部４０Ｂは、延設部４０Ａの径方向外側端部から軸方向Ｘ１に沿って、歯４１が突出する方向に折り返されている（図７参照）が、図１１に示すように、歯４１が突出する方向とは反対の方向に折り返されていてもよい。この場合、各磁気ヨーク２６において歯４１が設けられた部分は、周方向から見て、クランク形状になる。

なお、図３を参照して、一対の集磁リング３８の軸方向Ｘ１における間隔が一定になっていて、これらの集磁リング３８が、相対位置が決まった集磁リングアッシー５０になっている場合がある。この場合において、軸方向Ｘ１に関して、一対の磁気ヨーク２６の延設部４０Ａの間隔Ｋが、集磁リングアッシー５０の最大長さＰよりも大きいのであれば、折り返し部４０Ｂを、歯４１が突出する方向に折り返して、対応する集磁リング３８に対して径方向内側から対向させることができる。一方、当該間隔Ｋが、集磁リングアッシー５０の最大長さＰよりも小さいのであれば、折り返し部４０Ｂを、歯４１が突出する方向とは反対方向に折り返して（図１１参照）、対応する集磁リング３８に対して径方向内側から対向させることができる。このように、折り返し部４０Ｂの折り返し方向を変えることで、共通の集磁リングアッシー５０を使用できる。

その他、請求項記載の範囲内で種々の変更が可能である。

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリング、１４…第１の操舵軸、１５…第２の操舵軸、１６…トーションバー、１７…トルク検出装置、１９…電動モータ、２０…ＥＣＵ、２５…磁石、２６…磁気ヨーク、２８…集磁リング、３０…ホールＩＣ、４１…歯、４１Ａ…根元部分、４１Ｂ…先端、Ｐ…（隣り合う歯４１の）ピッチ、Ｒ…（歯４１の）輪郭、Ｗ…（歯４１の根元部分４１Ａの）最大幅、Ｘ１…軸方向

Claims (6)

1. 第１軸および第２軸を相対回転可能に連結し、前記第１軸と前記第２軸との間に捩じれトルクが入力されるのに応じて捩じれる弾性部材と、
   前記第１軸に対して同軸状に固定される環状であって、周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁された磁石と、
   前記第２軸に対して同軸状に固定されるとともに前記磁石を非接触で取り囲む環状をなす一対の磁気ヨークであって、軸方向に突出しつつ周方向に等間隔で並ぶ複数の歯がそれぞれに設けられていて、互いの歯の先端部分が周方向に交互に配置されるように、軸方向においてギャップを隔てて対向配置される一対の磁気ヨークと、
   前記一対の磁気ヨークに発生する磁束の密度を検出する磁気センサとを含み、
   前記歯は、前記磁気ヨークの径方向から見て、先端側へ向かって幅狭となっているとともに、前記先端側へ向けて凸湾曲した先端側部分と、前記先端側部分と前記歯の根元部分とをむすび、互いに離れる方向へ凸湾曲した一対の根元側部分とによって構成された輪郭を有していることを特徴とする、トルク検出装置。
2. 前記輪郭は、放物線をなしていることを特徴とする、請求項１記載のトルク検出装置。
3. 前記輪郭は、曲率半径の異なる複数の曲線を連続させることで構成されていることを特徴とする、請求項１記載のトルク検出装置。
4. 前記磁気ヨークにおいて、１つの前記歯の根元部分の周方向における最大幅は、周方向に隣り合う前記歯のピッチの半分の値以下であ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装置。
5. 前記一対の磁気ヨークをそれぞれ取り囲む環状であって、前記一対の磁気ヨークで発生した磁束を導いて集める一対の集磁リングをさらに含み、
   前記磁気センサは、前記一対の集磁リングの間に配置され、前記集磁リングによって集められた磁束の密度を検出することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のトルク検出装置。
6. ステアリングの操舵トルクを検出する請求項１〜５のいずれかに記載のトルク検出装置と、
   ステアリングの操舵力を補助するための駆動力を発生する電動モータと、
   前記トルク検出装置が検出した操舵トルクに応じて、前記電動モータを制御する制御部とを含むことを特徴とする、電動パワーステアリング装置。

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