トルクインデックスセンサ
【課題】トルクセンサとインデックスセンサの機能を併せ持ち、部品点数が少なく、コンパクトなトルクインデックスセンサを提供する。
【解決手段】操舵操作によって回転する回転軸２が受けるトルクを偶数個の磁気検出素子３ａ，３ｂによって検出するトルク検出部４と、トルク検出部４の磁気検出素子３ａ，３ｂによって回転軸２の回転基準位置を検出する回転基準位置検出部５とを備え、回転基準位置検出部５は、回転軸２に伴って回転され、周囲に案内溝６が形成されたカラー７と、カラー７の回転に伴い案内溝６に案内されて磁気検出素子３ａ，３ｂに対して接近／離反するインデックス用磁石８とを備える。
【解決手段】操舵操作によって回転する回転軸２が受けるトルクを偶数個の磁気検出素子３ａ，３ｂによって検出するトルク検出部４と、トルク検出部４の磁気検出素子３ａ，３ｂによって回転軸２の回転基準位置を検出する回転基準位置検出部５とを備え、回転基準位置検出部５は、回転軸２に伴って回転され、周囲に案内溝６が形成されたカラー７と、カラー７の回転に伴い案内溝６に案内されて磁気検出素子３ａ，３ｂに対して接近／離反するインデックス用磁石８とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクセンサとインデックスセンサの機能を併せ持つコンパクトなトルクインデックスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の電動パワーステアリング装置は、運転者が操舵操作を行うステアリングホイールと、ステアリングホイールにより回転される入力軸と、入力軸の回転によりトルク（操舵トルク）が加えられる連結軸（トーションバー）と、連結軸に加えられたトルクにより回転される出力軸と、連結軸に加えられたトルクに応じて駆動される操作補助用モータとを備え、出力軸に連結された舵取機構に操作補助用モータの駆動力を伝えることにより、運転者の操舵操作を補助するようになっている。
【０００３】
電動パワーステアリング装置において、操作補助用モータの駆動を制御するためには、連結軸に加えられるトルクを検出する必要がある。
【０００４】
従来、トルクセンサに関しては、特許文献１に記載のように、入力軸に設けられ硬質磁性体からなる略円筒状の円筒磁気部と、出力軸に設けられ円筒磁気部の磁場内に配置されて磁気回路を形成する軟質磁性体からなるリング形状の一対のリング磁気部（磁気ヨーク）と、リング磁気部と磁気結合しリング磁気部からの磁束を誘導することにより磁束を集めるリング形状の一対の集磁リングと、集磁リングが誘導した磁束を検出する磁気検出素子と、演算部を備え、該演算部において、磁気検出素子の出力と連結軸の捩れ弾性（トルク対捩れ角特性）とに基づいて、連結軸に加えられるトルクを演算するものが知られている。
【０００５】
また、電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクと共に操舵操作に伴って変化する操舵用の車輪の向き(操舵角)も検出する必要がある。
【０００６】
従来、操舵角センサに関しては、特許文献２に記載のように、出力軸と平行に位置する２つの軸の周りに出力軸の回転に連動して回転する互いに歯数の異なる１対の歯車と、それぞれの歯車の回転角度を検出する複数の磁気検出素子とを備え、各磁気検出素子によって検出されたそれぞれの回転角度の組み合わせに基づいて、操舵角の検出を行う操舵角センサが知られている。この特許文献２のような操舵角センサを機械式操舵角センサという。
【０００７】
特許文献２のような機械式操舵角センサのほかに、今、新しい方式として、出力軸の回転位置に基準位置を定め、出力軸が回転基準位置にあることを検出（インデックス）することで出力軸の回転数を検出して操舵角の検出に利用するインデックス式操舵角センサがある。例えば、電動パワーステアリング装置には、操作補助用モータが備えられており、操作補助用モータの回転角に基づいて出力軸の相対角度を得ることができるが、インデックス式操舵角センサは、この操作補助用モータから得られる出力軸の相対角度と、出力軸が回転基準位置にあることを検出することで検出される出力軸の回転数とに基づいて出力軸の絶対角を得ることによって、操舵角の検出を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１４９０６２号公報
【特許文献２】特開２００７−２６９２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らは、インデックス式操舵角センサの技術に着目し、電動パワーステアリング装置に、トルクセンサとインデックス式操舵角センサ用のインデックスセンサとを併設しようと考えた。
【００１０】
しかし、単に、トルクセンサとインデックスセンサとを併設したのでは、二つのセンサを併設しただけに過ぎず、部品点数が多くなるだけでなく、コンパクト化がなされないという課題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、トルクセンサとインデックスセンサの機能を併せ持ち、部品点数の削減及びコンパクト化に寄与することが可能なトルクインデックスセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、操舵操作によって回転する回転軸が受けるトルクを偶数個の磁気検出素子によって検出するトルク検出部と、前記トルク検出部の前記磁気検出素子によって前記回転軸の回転基準位置を検出する回転基準位置検出部とを備え、前記回転基準位置検出部は、前記回転軸に伴って回転され、周囲に案内溝が形成されたカラーと、前記カラーが１回転するのに伴い前記案内溝に案内されて前記磁気検出素子に対して１回のみ接近／離反するインデックス用磁石と、を備えるものである。
【００１３】
前記案内溝は、前記インデックス用磁石を前記磁気検出素子から遠い位置に保持する平坦部と、前記インデックス用磁石を前記磁気検出素子に対して前記遠い位置から接近させる接近用傾斜部と、接近させた前記インデックス用磁石を前記磁気検出素子から前記遠い位置に離反させる離反用傾斜部とを有してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１５】
（１）共通の部材を使用してトルクセンサとインデックスセンサの機能を併せ持つので、部品点数が少なく、コンパクトなトルクインデックスセンサの提案が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態を示すトルクインデックスセンサの回転基準位置における側断面図である。
【図２】図１の矢印Ａから見た磁気検出素子付近の拡大正面図である。
【図３】（ａ）はカラーの側面図、（ｂ）は可動コマの側面図及び上面図、（ｃ）はスラストガイドの側面図及び上面図である。
【図４】図１のトルクインデックスセンサの回転基準位置から９０°回転した位置における側断面図である。
【図５】図１のトルクインデックスセンサの回転基準位置から１８０°回転した位置における側断面図である。
【図６】回転軸の１回転における磁気検出素子の出力電圧（電圧比）の変化を示したグラフである。
【図７】本発明のトルクインデックスセンサのトルク検出部の分解説明図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、本発明においてトルク検出用磁石と検出ヨークとの回転位置ずれに応じて磁束が変化することを説明するためのイメージ図である。
【図９】本発明においてトルク検出に係る磁束を説明するための磁気検出素子付近の拡大側面図である。
【図１０】本発明において連結軸が受けるトルクと磁気検出素子の出力との関係を示したトルク対磁気検出出力特性図である。
【図１１】本発明において回転軸の回転角度と磁気検出素子の出力との関係を示した回転角度対磁気検出出力特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１に示されるように、本発明のトルクインデックスセンサ１は、操舵操作によって回転する回転軸２が受けるトルクを偶数個の磁気検出素子３ａ，３ｂによって検出するトルク検出部４と、トルク検出部４の磁気検出素子３ａ，３ｂによって回転軸２の回転基準位置を検出する回転基準位置検出部５とを備え、回転基準位置検出部５は、回転軸２に伴って回転され、周囲に案内溝６が形成されたカラー７と、カラー７が１回転するのに伴い案内溝６に案内されて磁気検出素子３ａ．３ｂに対して１回のみ接近／離反するインデックス用磁石８とを備える。
【００１９】
ここで、回転軸２は、図示しない車両のステアリングホイールに固定された入力軸、タイヤに連結された出力軸、入力軸と出力軸とを連結する連結軸のいずれであってもよい。
【００２０】
トルク検出部４については、従来から知られているものであるが、本発明では、回転基準位置検出部５との組み合わせに特徴を有するので、後に詳しく述べることにする。ここでは、トルク検出部４のうち、磁気検出素子３ａ，３ｂとその周辺のみ説明しておく。すなわち、トルク検出部４の部材として、軸方向両端にそれぞれ集磁リング９ａ，９ｂが設けられ、各集磁リング９ａ，９ｂの一側にそれぞれ近接部１０ａ，１０ｂが設けられる。集磁リング９ａ，９ｂと近接部１０ａ，１０ｂは、トルク検出部４内の磁束を磁気検出素子３ａ，３ｂに導くためのものである。
【００２１】
図２に示されるように、一方の磁気検出素子３ａは、検出面Ｆが一方の近接部１０ａに臨ませて配置され、他方の磁気検出素子３ｂは、検出面Ｆが他方の近接部１０ｂに臨ませて配置される。２つの磁気検出素子３ａ，３ｂは、軸方向の同じ位置に周方向に並べて配置されているが、検出面Ｆの軸方向位置が異なり、磁気検出素子３ａは検出面Ｆが近接部１０ａに近づけて配置され、磁気検出素子３ｂは、検出面Ｆが近接部１０ｂに近づけて配置される。
【００２２】
図１に示されるように、回転基準位置検出部５のカラー７は、回転軸２に取り付けられた回転軸２と同軸の円筒であり、回転軸２の回転に随伴して回転する。カラー７は、軸方向に適宜な厚さを有する。案内溝６は、カラー７の外周面に、一部で屈曲しながらカラー７を１周して元に戻るように形成される。
【００２３】
案内溝６は、インデックス用磁石８を磁気検出素子３ａ，３ｂから遠い位置に保持する平坦部６ａと、インデックス用磁石８を磁気検出素子３ａ，３ｂに対して前記遠い位置から接近させる接近用傾斜部６ｂと、接近させたインデックス用磁石６を前記遠い位置に離反させる離反用傾斜部６ｃ（図４参照）とを有する。平坦部６ａは、カラー７の磁気検出素子３ａ，３ｂの側とは反対側の端部に、軸に対して傾斜させずに設けられる。接近用傾斜部６ｂは、平坦部６ａに接続している境界からカラー７の磁気検出素子３ａ，３ｂの側の端部まで、軸に対して傾斜させて設けられる。離反用傾斜部６ｃは、接近用傾斜部６ｂに接続している境界から平坦部６ａまで、軸に対して接近用傾斜部６ｂとは逆に傾斜させて設けられる。これにより、案内溝６は、接近用傾斜部６ｂと離反用傾斜部６ｃの境界が最も磁気検出素子３ａ，３ｂに対して近いことになる。本実施形態においては、接近用傾斜部６ｂと離反用傾斜部６ｃとの境界に可動コマ１１が来た位置を回転基準位置とした。
【００２４】
回転基準位置検出部５は、インデックス用磁石８を保持して移動可能な可動コマ１１と、可動コマ１１の移動を軸方向のみに規制するスラストガイド１２とを備える。可動コマ１１は、カラー７の径方向外方に、カラー７の外周に面して設けられる。可動コマ１１は、回転軸２の径方向内方に突き出され案内溝６に係合される第１突起１１ａと、回転軸２の径方向外方に突き出されスラストガイド１２に形成されるスラスト溝１３に係合される第２突起１１ｂとを有する。スラストガイド１２は、カラー７の径方向外方に、カラー７から可動コマ１１を挟むためのスペースを空けて、静止系に固定されて設けられる。スラストガイド１２には、回転軸２の軸と平行に延びたスラスト案内溝１３が形成される。なお、カラー７、可動コマ１１、スラストガイド１２は、非磁性材料から構成される。
【００２５】
図３（ａ）に示されるように、カラー７の案内溝６は、平坦部６ａと接近用傾斜部６ｂと離反用傾斜部６ｃとを有し、回転軸２の軸と平行な基準線Ｃ１に対して接近用傾斜部６ｂと離反用傾斜部６ｃはそれぞれ角度θをなす。案内溝６の断面は図示しないが、案内溝６はスラスト案内溝１３と同様に断面半円状である。
【００２６】
図３（ｂ）に示されるように、可動コマ１１は、案内溝６に係合するための半球状の第１突起１１ａと、スラスト案内溝１３に係合するための２つの半球状の第２突起１１ｂとを有する。
【００２７】
図３（ｃ）に示されるように、スラストガイド１２は、断面半円状で回転軸２の軸と平行に延びた２つのスラスト案内溝１３を有する。
【００２８】
図１に示されるように、可動コマ１１は、カラー７とスラストガイド１２に挟み込まれ、第１突起１１ａが案内溝６に係合し、２つの第２突起１１ｂがそれぞれスラスト案内溝１３に係合することで、３点支持されると共に、軸方向への移動が許容される。
【００２９】
次に、回転基準位置検出部５の動作を説明する。
【００３０】
図４に示されるように、回転軸２が回転基準位置から９０°回転した位置にあるとき、カラー７も随伴して９０°回転しているので、矢印Ｂの位置には平坦部６ａが来ている。このため、可動コマ１１が平坦部６ａに案内され、インデックス用磁石８は磁気検出素子３ａ，３ｂから遠い位置に保持される。
【００３１】
図５に示されるように、回転軸２が回転基準位置から１８０°回転した位置にあるときも、カラー７も随伴して１８０°回転しているので、矢印Ｂの位置には平坦部６ａが来ている。このため、図４の場合と同様、可動コマ１１が平坦部６ａに案内され、インデックス用磁石８は磁気検出素子３ａ，３ｂから遠い位置に保持される。
【００３２】
図５の状態から回転軸２が３６０°近くまで回転すると、カラー７も随伴して３６０°近くまで回転し、矢印Ｂの位置に接近用傾斜部６ｂが来る。可動コマ１１が接近用傾斜部６ｂに案内されることで、インデックス用磁石８は磁気検出素子３ａ，３ｂに近づいていく。図１に示されるように、回転軸２が回転基準位置（３６０°＝０°）まで回転すると、カラー７も随伴して０°まで回転し、インデックス用磁石８は最も磁気検出素子３ａ，３ｂに近づく。さらに、回転軸２が回転すると、カラー７も回転して０°を超えるため、可動コマ１１が離反用傾斜部６ｃに案内され、インデックス用磁石８は磁気検出素子３ａ，３ｂから遠ざかる。なお、回転軸２の回転方向が図示の矢印と逆方向である場合、これまで説明した離反用傾斜部６ｃが接近用傾斜部６ｂとなり、これまで説明した接近用傾斜部６ｂが離反用傾斜部６ｃとなる。よって、図１、３〜５には、逆回転時の符号を括弧内に記す。
【００３３】
このようにして回転軸２が１回転、すなわちカラー７が１回転するのに伴い、インデックス用磁石８が案内溝６に案内されて磁気検出素子３ａ．３ｂに対して１回のみ接近／離反する。
【００３４】
ここで、図１中に、インデックス用磁石８から磁気検出素子３ａ，３ｂに至るまでの磁路を示すと、磁路はＮ極から集磁リング９ａと集磁リング９ｂとに分かれて入り、集磁リング９ａからは近接部１０ａを経て磁気検出素子３ａに至り、集磁リング９ｂからは近接部１０ｂを経て磁気検出素子３ｂに至る。このような磁路が形成されるのは、図４、図５の状態でもおおむね同じであるが、図１の状態においてインデックス用磁石８が磁気検出素子３ａ，３ｂに最も接近しているため、磁気検出素子３ａ，３ｂに与えられる磁束密度が大きい。
【００３５】
回転角度に対する磁気検出素子３ａ，３ｂの出力電圧の変化を各々、回転角度１８０°における出力電圧に対する電圧比で示すと、図６に示されるように、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力電圧は回転基準位置の近傍で大きくなる。ここで、例えば、角度θは３０°、インデックス用磁石８のストローク距離（インデックス用磁石８の回転軸２の軸方向の移動距離）は６ｍｍである。図６のグラフの急峻さは角度θに依存すると思われる。
【００３６】
以上のように、本発明のトルクインデックスセンサ１にあっては、回転基準位置検出部５が、回転軸２に伴って回転され、周囲に案内溝６が形成されたカラー７と、カラー７が１回転するのに伴い案内溝６に案内されて磁気検出素子３ａ．３ｂに対して１回のみ接近／離反するインデックス用磁石８とを備えるので、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力電圧から回転基準位置を検出することができる。
【００３７】
回転基準位置検出部５は、カラー７、可動コマ１１、スラストガイド１２が、例えば、樹脂のような非磁性材料から構成されるため、加工がしやすい。このため、磁気検出素子３ａ，３ｂとインデックス用磁石８との相対位置を決定づける案内溝６が容易に精密かつ任意形状に調整して加工できる。
【００３８】
回転基準位置検出部５は、周囲に案内溝６を設けたカラー７と回転軸２の軸と平行にスラスト案内溝１３を設けたスラストガイド１２を有するので、インデックス用磁石８が取り付けられた可動コマ１１が軸方向のみに移動する。このためインデックス用磁石８は、磁気検出素子３ａ，３ｂの並び方向（回転軸２の周方向）には移動しない。もし仮に、磁石が磁気検出素子３ａ，３ｂの並び方向に移動すると、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力電圧の和には複数箇所のピークが発生するおそれがあるが、回転基準位置検出部５はそのおそれがない。
【００３９】
次に、トルク検出部４について詳述する。
【００４０】
図７に示されるように、トルク検出部４は、図示しない入力軸に取り付けられたトルク検出用磁石７１と、図示しない出力軸に取り付けられてトルク検出用磁石７１を非接触で囲む一対の検出ヨーク７２ａ，７２ｂと、各検出ヨーク７２ａ，７２ｂの周囲を非接触で囲む一対の集磁リング９ａ，９ｂと、集磁リング９ａ，９ｂにそれぞれ取り付けられて磁気検出素子３ａ，３ｂを挟む一対の近接部１０ａ，１０ｂとを備える。入力軸と出力軸は、連結軸７３により連結される。
【００４１】
トルク検出用磁石７１は、複数のＮ極とＳ極が周方向に所定ピッチで交互に配置された円筒状磁石である。トルク検出用磁石７１は、入力軸と同軸で、入力軸と一体的に回転する。
【００４２】
検出ヨーク７２ａ，７２ｂは、トルク検出用磁石７１から適宜な狭い間隙を隔ててトルク検出用磁石７１の周囲を非接触で囲む円環に、トルク検出用磁石７１における同一磁極の配置ピッチと同じピッチで複数の爪が形成されてなる。各検出ヨーク７２ａ，７２ｂは、互いに軸方向に異なる位置に配置される。検出ヨーク７２ａ，７２ｂは、出力軸と同軸で、出力軸と一体的に回転する。
【００４３】
図８（ａ）に詳しく示されるように、検出ヨーク７２ａ，７２ｂは、二等辺三角形状の爪を互いに周方向に半ピッチずつずらせて出力軸に対して同軸に取り付けられる。検出ヨーク７２ａ，７２ｂは、トルク検出用磁石７１からの磁束を連結軸の捩れ変形に応じて異なる分布で導くためのものである。
【００４４】
図７の円内拡大図に示されるように、一方の磁気検出素子３ａは、検出面Ｆが基端方向（図示上）に臨ませて配置され、もう一方の磁気検出素子３ｂは、検出面Ｆが先端方向（図示下）に臨ませて配置される。２つの磁気検出素子３ａ，３ｂは、軸方向の同じ位置に周方向に並べて配置されているが、検出面Ｆの軸方向位置が異なる。
【００４５】
また、一方の磁気検出素子３ａの検出方向は、基端に向けられ、もう一方の磁気検出素子３ｂの検出方向は、先端に向けられている。このように、２つの磁気検出素子３ａ，３ｂは、検出方向を異ならせて設けられる（図２参照）。
【００４６】
次に、図７のトルク検出部４の動作について図８（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
【００４７】
図８（ａ）に示されるように、ステアリングホイールが操舵操作されておらず連結軸７３がトルクを受けていない中立状態では、検出ヨーク７２ａ，７２ｂは、それぞれの爪の先端がトルク検出用磁石７１のＮ極とＳ極の境界を指す。これにより、検出ヨーク７２ａにおいても検出ヨーク７２ｂにおいても爪がトルク検出用磁石７１のＮ極に対向する面積とＳ極に対向する面積とが等しくなり、検出ヨーク７２ａ，７２ｂ共に、爪を介してＮ極から入る磁束とＳ極へ出る磁束とが等しくなるので、検出ヨーク７２ａ，７２ｂ間には、磁束は生じない。
【００４８】
図８（ｂ）に示されるように、ステアリングホイールが操舵操作されて連結軸７３がトルクを受けているトルク付加状態では、連結軸７３に捩れ変形が生じることにより、入力軸に取り付けられているトルク検出用磁石７１と出力軸に取り付けられている検出ヨーク７２ａ，７２ｂとの周方向の相対位置が変化する。検出ヨーク７２ａでは、爪がＮ極に対向する面積がＳ極に対向する面積よりも大きくなる。よって、爪を介してＮ極から入る磁束が爪を介してＳ極に出る磁束よりも大きくなる。検出ヨーク７２ｂでは、逆に爪がＮ極に対向する面積がＳ極に対向する面積よりも小さくなる。よって、爪を介してＮ極から入る磁束が爪を介してＳ極に出る磁束よりも小さくなる。その結果、検出ヨーク７２ａ，７２ｂに磁気の極性の差異が発生し、検出ヨーク７２ａ，７２ｂ間に磁束が生じる。この磁束が集磁リング９ａ，９ｂによって導かれ、近接部１０ａ，１０ｂに集められる。
【００４９】
その結果、図９に示されるように、２つの近接部１０ａ，１０ｂ間に磁束が発生する。磁束は、２つの磁気検出素子３ａ，３ｂでそれぞれ検出される。このとき、図８（ａ）の状態から図８（ｂ）の状態に変化する間の２つの近接部１０ａ，１０ｂ間の磁束密度は、トルク検出用磁石７１と検出ヨーク７２ａ，７２ｂとの周方向の位置ずれ、すなわち連結軸７３の捩れ変形の大きさに比例する。すなわち、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力は、連結軸７３が受けるトルクに比例する。
【００５０】
図１０に、連結軸７３が受けるトルクに対するそれぞれの磁気検出素子３ａ，３ｂの出力Ｖtの変化を示す。ただし、インデックス用磁石８が磁気検出素子３ａ，３ｂから十分に離れており、インデックス用磁石８による磁束の影響はないものとする。磁気検出素子３ａ，３ｂは検出した磁束密度を電圧として出力するため、トルクに比例した出力Ｖtが得られる。連結軸７３がトルクを受けていない中立状態のときの出力Ｖtの値をＶoffとする。２つの磁気検出素子３ａ，３ｂは、検出方向が互いに逆方向であるため、検出される出力の増減方向が逆方向となる。すなわち、検出方向が基端方向である磁気検出素子８ａの出力のグラフが右上がりであるとすると、検出方向が先端方向である磁気検出素子８ｂの出力のグラフが右下がりとなる。
【００５１】
このようにして、トルク検出部４は、トルクを表す信号を検出することができる。
【００５２】
本発明のトルクインデックスセンサ１は、トルク検出部４の磁気検出素子３ａ，３ｂを利用して、回転基準位置検出用の信号が得られるようにしたものである。前述のように、磁気検出素子３ａ，３ｂは、トルクに対して出力の増減方向が逆方向となるように構成されている。そこで、回転基準位置検出部５では回転軸２の回転に対して磁気検出素子３ａ，３ｂ出力の増減方向が同じになるようにする。これにより、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力の差からはトルクを表す信号が得られ、出力の和からは回転基準位置検出用の信号が得られる。トルクは、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力の差とトルクの関係を記憶している記憶部（図示せず）の値と、検出された出力の差とを比較することにより得られる。
【００５３】
以下、トルク検出部４と複合されている回転基準位置検出部５の動作を説明する。
【００５４】
すでに説明したように、回転軸２の回転に伴いカラー７が回転すると、インデックス用磁石８が磁気検出素子３ａ，３ｂに対して接近／離間する。その結果、磁気検出素子３ａ，３ｂではインデックス用磁石８による磁束の変化が検出される。
【００５５】
図１１に、出力軸３の回転角度と磁気検出素子３ａ，３ｂの各出力Ｖiを回転角度全周における最大出力ＶiMaxで規格化した値の関係を示す。ただし、トルクインデックスセンサ１は、連結軸がトルクを受けていない中立状態であり、トルク検出用磁石７１による磁束の影響はないものとする。回転軸２が回転基準位置から遠い状態、すなわちインデックス用磁石８が磁気検出素子３ａ，３ｂから十分に離れている状態のとき、本実施形態においては、第１突起１１ａが案内溝６の平坦部６ａにあるときの出力Ｖiの値をＶoffとする。インデックス用磁石８が磁気検出素子３ａ，３ｂに最も接近しているとき、本実施形態においては、接近用傾斜部６ｂと離反用傾斜部６ｃとの境界に可動コマ１１が来た位置を回転軸２が回転基準位置にあるときとし、このときの回転角度を０度と表す。
【００５６】
図１１に示されるように、出力Ｖiは、回転軸２の回転角度が０度のとき最大であり、回転角度が正負のどちらに振れても急速に減少し、回転角度が約±１０度を超えるとＶoffとなる。これより、出力Ｖiが極大値になったとき、あるいは所定の閾値を超えたときに、出力軸３が回転基準位置にあると判定できる。
【００５７】
次に、トルク検出と回転基準位置検出を同時に行う動作を説明する。
【００５８】
図示しない演算部において、２つの磁気検出素子３ａ，３ｂの出力を用いて式（１）及び式（２）の演算を行うことにより、トルクに係る出力Ｖtと回転基準位置に係る出力Ｖiを得ることができる。
【００５９】
【数１】
【００６０】
ただし、Ｖ1、Ｖ2は、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力である。連結軸がトルクを受けていない中立状態であって、かつ、回転軸２が回転基準位置から遠い状態のときの出力Ｖ1、Ｖ2の値をオフセット値Ｖoffとする。
【００６１】
このように、２つの磁気検出素子３ａ，３ｂの出力Ｖ1、Ｖ2の差を取って、その１／２からオフセット値Ｖoffを差し引くことにより、トルクに係る出力Ｖtが得られる。一方、２つの磁気検出素子３ａ，３ｂの出力Ｖ1、Ｖ2の和の１／２からオフセット値Ｖoffを差し引くことにより、回転基準位置に係る出力Ｖiが得られる。
【００６２】
回転基準位置に係る出力Ｖiは、適切な値を閾値にすることにより、回転軸２が回転基準位置にあることを判定することができる。なお、オフセット値Ｖoffは、必要に応じて値を変更してもトルク及び回転基準位置の情報を損なうことはない。
【００６３】
以上説明したように、本発明のトルクインデックスセンサ１によれば、トルク検出用磁石７１の磁束とインデックス用磁石８の磁束とが重畳して磁気検出素子３ａ，３ｂに加わるようにすると共に、磁気検出素子３ａ，３ｂの検出方向を互いに異ならせたので、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力Ｖ1、Ｖ2からトルクに係る出力Ｖtと回転基準位置に係る出力Ｖiを導き、トルクと回転基準位置を検出することができる。言い換えると、１つのトルクインデックスセンサ１の中に、共通の磁気検出素子３ａ，３ｂを使用するトルク検出部４と回転基準位置検出部５とを有するので、部品点数の削減が可能であり、しかも、コンパクト化が可能なトルクインデックスセンサ１が得られる。
【符号の説明】
【００６４】
１ トルクインデックスセンサ
２ 回転軸
３ａ，３ｂ 磁気検出素子
４ トルク検出部
５ 回転基準位置検出部
６ 案内溝
７ カラー
８ インデックス用磁石
９ａ，９ｂ 集磁リング
１０ａ，１０ｂ 近接部
１１ 可動コマ
１２ スラストガイド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクセンサとインデックスセンサの機能を併せ持つコンパクトなトルクインデックスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の電動パワーステアリング装置は、運転者が操舵操作を行うステアリングホイールと、ステアリングホイールにより回転される入力軸と、入力軸の回転によりトルク（操舵トルク）が加えられる連結軸（トーションバー）と、連結軸に加えられたトルクにより回転される出力軸と、連結軸に加えられたトルクに応じて駆動される操作補助用モータとを備え、出力軸に連結された舵取機構に操作補助用モータの駆動力を伝えることにより、運転者の操舵操作を補助するようになっている。
【０００３】
電動パワーステアリング装置において、操作補助用モータの駆動を制御するためには、連結軸に加えられるトルクを検出する必要がある。
【０００４】
従来、トルクセンサに関しては、特許文献１に記載のように、入力軸に設けられ硬質磁性体からなる略円筒状の円筒磁気部と、出力軸に設けられ円筒磁気部の磁場内に配置されて磁気回路を形成する軟質磁性体からなるリング形状の一対のリング磁気部（磁気ヨーク）と、リング磁気部と磁気結合しリング磁気部からの磁束を誘導することにより磁束を集めるリング形状の一対の集磁リングと、集磁リングが誘導した磁束を検出する磁気検出素子と、演算部を備え、該演算部において、磁気検出素子の出力と連結軸の捩れ弾性（トルク対捩れ角特性）とに基づいて、連結軸に加えられるトルクを演算するものが知られている。
【０００５】
また、電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクと共に操舵操作に伴って変化する操舵用の車輪の向き(操舵角)も検出する必要がある。
【０００６】
従来、操舵角センサに関しては、特許文献２に記載のように、出力軸と平行に位置する２つの軸の周りに出力軸の回転に連動して回転する互いに歯数の異なる１対の歯車と、それぞれの歯車の回転角度を検出する複数の磁気検出素子とを備え、各磁気検出素子によって検出されたそれぞれの回転角度の組み合わせに基づいて、操舵角の検出を行う操舵角センサが知られている。この特許文献２のような操舵角センサを機械式操舵角センサという。
【０００７】
特許文献２のような機械式操舵角センサのほかに、今、新しい方式として、出力軸の回転位置に基準位置を定め、出力軸が回転基準位置にあることを検出（インデックス）することで出力軸の回転数を検出して操舵角の検出に利用するインデックス式操舵角センサがある。例えば、電動パワーステアリング装置には、操作補助用モータが備えられており、操作補助用モータの回転角に基づいて出力軸の相対角度を得ることができるが、インデックス式操舵角センサは、この操作補助用モータから得られる出力軸の相対角度と、出力軸が回転基準位置にあることを検出することで検出される出力軸の回転数とに基づいて出力軸の絶対角を得ることによって、操舵角の検出を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１４９０６２号公報
【特許文献２】特開２００７−２６９２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らは、インデックス式操舵角センサの技術に着目し、電動パワーステアリング装置に、トルクセンサとインデックス式操舵角センサ用のインデックスセンサとを併設しようと考えた。
【００１０】
しかし、単に、トルクセンサとインデックスセンサとを併設したのでは、二つのセンサを併設しただけに過ぎず、部品点数が多くなるだけでなく、コンパクト化がなされないという課題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、トルクセンサとインデックスセンサの機能を併せ持ち、部品点数の削減及びコンパクト化に寄与することが可能なトルクインデックスセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、操舵操作によって回転する回転軸が受けるトルクを偶数個の磁気検出素子によって検出するトルク検出部と、前記トルク検出部の前記磁気検出素子によって前記回転軸の回転基準位置を検出する回転基準位置検出部とを備え、前記回転基準位置検出部は、前記回転軸に伴って回転され、周囲に案内溝が形成されたカラーと、前記カラーが１回転するのに伴い前記案内溝に案内されて前記磁気検出素子に対して１回のみ接近／離反するインデックス用磁石と、を備えるものである。
【００１３】
前記案内溝は、前記インデックス用磁石を前記磁気検出素子から遠い位置に保持する平坦部と、前記インデックス用磁石を前記磁気検出素子に対して前記遠い位置から接近させる接近用傾斜部と、接近させた前記インデックス用磁石を前記磁気検出素子から前記遠い位置に離反させる離反用傾斜部とを有してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１５】
（１）共通の部材を使用してトルクセンサとインデックスセンサの機能を併せ持つので、部品点数が少なく、コンパクトなトルクインデックスセンサの提案が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態を示すトルクインデックスセンサの回転基準位置における側断面図である。
【図２】図１の矢印Ａから見た磁気検出素子付近の拡大正面図である。
【図３】（ａ）はカラーの側面図、（ｂ）は可動コマの側面図及び上面図、（ｃ）はスラストガイドの側面図及び上面図である。
【図４】図１のトルクインデックスセンサの回転基準位置から９０°回転した位置における側断面図である。
【図５】図１のトルクインデックスセンサの回転基準位置から１８０°回転した位置における側断面図である。
【図６】回転軸の１回転における磁気検出素子の出力電圧（電圧比）の変化を示したグラフである。
【図７】本発明のトルクインデックスセンサのトルク検出部の分解説明図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、本発明においてトルク検出用磁石と検出ヨークとの回転位置ずれに応じて磁束が変化することを説明するためのイメージ図である。
【図９】本発明においてトルク検出に係る磁束を説明するための磁気検出素子付近の拡大側面図である。
【図１０】本発明において連結軸が受けるトルクと磁気検出素子の出力との関係を示したトルク対磁気検出出力特性図である。
【図１１】本発明において回転軸の回転角度と磁気検出素子の出力との関係を示した回転角度対磁気検出出力特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１に示されるように、本発明のトルクインデックスセンサ１は、操舵操作によって回転する回転軸２が受けるトルクを偶数個の磁気検出素子３ａ，３ｂによって検出するトルク検出部４と、トルク検出部４の磁気検出素子３ａ，３ｂによって回転軸２の回転基準位置を検出する回転基準位置検出部５とを備え、回転基準位置検出部５は、回転軸２に伴って回転され、周囲に案内溝６が形成されたカラー７と、カラー７が１回転するのに伴い案内溝６に案内されて磁気検出素子３ａ．３ｂに対して１回のみ接近／離反するインデックス用磁石８とを備える。
【００１９】
ここで、回転軸２は、図示しない車両のステアリングホイールに固定された入力軸、タイヤに連結された出力軸、入力軸と出力軸とを連結する連結軸のいずれであってもよい。
【００２０】
トルク検出部４については、従来から知られているものであるが、本発明では、回転基準位置検出部５との組み合わせに特徴を有するので、後に詳しく述べることにする。ここでは、トルク検出部４のうち、磁気検出素子３ａ，３ｂとその周辺のみ説明しておく。すなわち、トルク検出部４の部材として、軸方向両端にそれぞれ集磁リング９ａ，９ｂが設けられ、各集磁リング９ａ，９ｂの一側にそれぞれ近接部１０ａ，１０ｂが設けられる。集磁リング９ａ，９ｂと近接部１０ａ，１０ｂは、トルク検出部４内の磁束を磁気検出素子３ａ，３ｂに導くためのものである。
【００２１】
図２に示されるように、一方の磁気検出素子３ａは、検出面Ｆが一方の近接部１０ａに臨ませて配置され、他方の磁気検出素子３ｂは、検出面Ｆが他方の近接部１０ｂに臨ませて配置される。２つの磁気検出素子３ａ，３ｂは、軸方向の同じ位置に周方向に並べて配置されているが、検出面Ｆの軸方向位置が異なり、磁気検出素子３ａは検出面Ｆが近接部１０ａに近づけて配置され、磁気検出素子３ｂは、検出面Ｆが近接部１０ｂに近づけて配置される。
【００２２】
図１に示されるように、回転基準位置検出部５のカラー７は、回転軸２に取り付けられた回転軸２と同軸の円筒であり、回転軸２の回転に随伴して回転する。カラー７は、軸方向に適宜な厚さを有する。案内溝６は、カラー７の外周面に、一部で屈曲しながらカラー７を１周して元に戻るように形成される。
【００２３】
案内溝６は、インデックス用磁石８を磁気検出素子３ａ，３ｂから遠い位置に保持する平坦部６ａと、インデックス用磁石８を磁気検出素子３ａ，３ｂに対して前記遠い位置から接近させる接近用傾斜部６ｂと、接近させたインデックス用磁石６を前記遠い位置に離反させる離反用傾斜部６ｃ（図４参照）とを有する。平坦部６ａは、カラー７の磁気検出素子３ａ，３ｂの側とは反対側の端部に、軸に対して傾斜させずに設けられる。接近用傾斜部６ｂは、平坦部６ａに接続している境界からカラー７の磁気検出素子３ａ，３ｂの側の端部まで、軸に対して傾斜させて設けられる。離反用傾斜部６ｃは、接近用傾斜部６ｂに接続している境界から平坦部６ａまで、軸に対して接近用傾斜部６ｂとは逆に傾斜させて設けられる。これにより、案内溝６は、接近用傾斜部６ｂと離反用傾斜部６ｃの境界が最も磁気検出素子３ａ，３ｂに対して近いことになる。本実施形態においては、接近用傾斜部６ｂと離反用傾斜部６ｃとの境界に可動コマ１１が来た位置を回転基準位置とした。
【００２４】
回転基準位置検出部５は、インデックス用磁石８を保持して移動可能な可動コマ１１と、可動コマ１１の移動を軸方向のみに規制するスラストガイド１２とを備える。可動コマ１１は、カラー７の径方向外方に、カラー７の外周に面して設けられる。可動コマ１１は、回転軸２の径方向内方に突き出され案内溝６に係合される第１突起１１ａと、回転軸２の径方向外方に突き出されスラストガイド１２に形成されるスラスト溝１３に係合される第２突起１１ｂとを有する。スラストガイド１２は、カラー７の径方向外方に、カラー７から可動コマ１１を挟むためのスペースを空けて、静止系に固定されて設けられる。スラストガイド１２には、回転軸２の軸と平行に延びたスラスト案内溝１３が形成される。なお、カラー７、可動コマ１１、スラストガイド１２は、非磁性材料から構成される。
【００２５】
図３（ａ）に示されるように、カラー７の案内溝６は、平坦部６ａと接近用傾斜部６ｂと離反用傾斜部６ｃとを有し、回転軸２の軸と平行な基準線Ｃ１に対して接近用傾斜部６ｂと離反用傾斜部６ｃはそれぞれ角度θをなす。案内溝６の断面は図示しないが、案内溝６はスラスト案内溝１３と同様に断面半円状である。
【００２６】
図３（ｂ）に示されるように、可動コマ１１は、案内溝６に係合するための半球状の第１突起１１ａと、スラスト案内溝１３に係合するための２つの半球状の第２突起１１ｂとを有する。
【００２７】
図３（ｃ）に示されるように、スラストガイド１２は、断面半円状で回転軸２の軸と平行に延びた２つのスラスト案内溝１３を有する。
【００２８】
図１に示されるように、可動コマ１１は、カラー７とスラストガイド１２に挟み込まれ、第１突起１１ａが案内溝６に係合し、２つの第２突起１１ｂがそれぞれスラスト案内溝１３に係合することで、３点支持されると共に、軸方向への移動が許容される。
【００２９】
次に、回転基準位置検出部５の動作を説明する。
【００３０】
図４に示されるように、回転軸２が回転基準位置から９０°回転した位置にあるとき、カラー７も随伴して９０°回転しているので、矢印Ｂの位置には平坦部６ａが来ている。このため、可動コマ１１が平坦部６ａに案内され、インデックス用磁石８は磁気検出素子３ａ，３ｂから遠い位置に保持される。
【００３１】
図５に示されるように、回転軸２が回転基準位置から１８０°回転した位置にあるときも、カラー７も随伴して１８０°回転しているので、矢印Ｂの位置には平坦部６ａが来ている。このため、図４の場合と同様、可動コマ１１が平坦部６ａに案内され、インデックス用磁石８は磁気検出素子３ａ，３ｂから遠い位置に保持される。
【００３２】
図５の状態から回転軸２が３６０°近くまで回転すると、カラー７も随伴して３６０°近くまで回転し、矢印Ｂの位置に接近用傾斜部６ｂが来る。可動コマ１１が接近用傾斜部６ｂに案内されることで、インデックス用磁石８は磁気検出素子３ａ，３ｂに近づいていく。図１に示されるように、回転軸２が回転基準位置（３６０°＝０°）まで回転すると、カラー７も随伴して０°まで回転し、インデックス用磁石８は最も磁気検出素子３ａ，３ｂに近づく。さらに、回転軸２が回転すると、カラー７も回転して０°を超えるため、可動コマ１１が離反用傾斜部６ｃに案内され、インデックス用磁石８は磁気検出素子３ａ，３ｂから遠ざかる。なお、回転軸２の回転方向が図示の矢印と逆方向である場合、これまで説明した離反用傾斜部６ｃが接近用傾斜部６ｂとなり、これまで説明した接近用傾斜部６ｂが離反用傾斜部６ｃとなる。よって、図１、３〜５には、逆回転時の符号を括弧内に記す。
【００３３】
このようにして回転軸２が１回転、すなわちカラー７が１回転するのに伴い、インデックス用磁石８が案内溝６に案内されて磁気検出素子３ａ．３ｂに対して１回のみ接近／離反する。
【００３４】
ここで、図１中に、インデックス用磁石８から磁気検出素子３ａ，３ｂに至るまでの磁路を示すと、磁路はＮ極から集磁リング９ａと集磁リング９ｂとに分かれて入り、集磁リング９ａからは近接部１０ａを経て磁気検出素子３ａに至り、集磁リング９ｂからは近接部１０ｂを経て磁気検出素子３ｂに至る。このような磁路が形成されるのは、図４、図５の状態でもおおむね同じであるが、図１の状態においてインデックス用磁石８が磁気検出素子３ａ，３ｂに最も接近しているため、磁気検出素子３ａ，３ｂに与えられる磁束密度が大きい。
【００３５】
回転角度に対する磁気検出素子３ａ，３ｂの出力電圧の変化を各々、回転角度１８０°における出力電圧に対する電圧比で示すと、図６に示されるように、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力電圧は回転基準位置の近傍で大きくなる。ここで、例えば、角度θは３０°、インデックス用磁石８のストローク距離（インデックス用磁石８の回転軸２の軸方向の移動距離）は６ｍｍである。図６のグラフの急峻さは角度θに依存すると思われる。
【００３６】
以上のように、本発明のトルクインデックスセンサ１にあっては、回転基準位置検出部５が、回転軸２に伴って回転され、周囲に案内溝６が形成されたカラー７と、カラー７が１回転するのに伴い案内溝６に案内されて磁気検出素子３ａ．３ｂに対して１回のみ接近／離反するインデックス用磁石８とを備えるので、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力電圧から回転基準位置を検出することができる。
【００３７】
回転基準位置検出部５は、カラー７、可動コマ１１、スラストガイド１２が、例えば、樹脂のような非磁性材料から構成されるため、加工がしやすい。このため、磁気検出素子３ａ，３ｂとインデックス用磁石８との相対位置を決定づける案内溝６が容易に精密かつ任意形状に調整して加工できる。
【００３８】
回転基準位置検出部５は、周囲に案内溝６を設けたカラー７と回転軸２の軸と平行にスラスト案内溝１３を設けたスラストガイド１２を有するので、インデックス用磁石８が取り付けられた可動コマ１１が軸方向のみに移動する。このためインデックス用磁石８は、磁気検出素子３ａ，３ｂの並び方向（回転軸２の周方向）には移動しない。もし仮に、磁石が磁気検出素子３ａ，３ｂの並び方向に移動すると、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力電圧の和には複数箇所のピークが発生するおそれがあるが、回転基準位置検出部５はそのおそれがない。
【００３９】
次に、トルク検出部４について詳述する。
【００４０】
図７に示されるように、トルク検出部４は、図示しない入力軸に取り付けられたトルク検出用磁石７１と、図示しない出力軸に取り付けられてトルク検出用磁石７１を非接触で囲む一対の検出ヨーク７２ａ，７２ｂと、各検出ヨーク７２ａ，７２ｂの周囲を非接触で囲む一対の集磁リング９ａ，９ｂと、集磁リング９ａ，９ｂにそれぞれ取り付けられて磁気検出素子３ａ，３ｂを挟む一対の近接部１０ａ，１０ｂとを備える。入力軸と出力軸は、連結軸７３により連結される。
【００４１】
トルク検出用磁石７１は、複数のＮ極とＳ極が周方向に所定ピッチで交互に配置された円筒状磁石である。トルク検出用磁石７１は、入力軸と同軸で、入力軸と一体的に回転する。
【００４２】
検出ヨーク７２ａ，７２ｂは、トルク検出用磁石７１から適宜な狭い間隙を隔ててトルク検出用磁石７１の周囲を非接触で囲む円環に、トルク検出用磁石７１における同一磁極の配置ピッチと同じピッチで複数の爪が形成されてなる。各検出ヨーク７２ａ，７２ｂは、互いに軸方向に異なる位置に配置される。検出ヨーク７２ａ，７２ｂは、出力軸と同軸で、出力軸と一体的に回転する。
【００４３】
図８（ａ）に詳しく示されるように、検出ヨーク７２ａ，７２ｂは、二等辺三角形状の爪を互いに周方向に半ピッチずつずらせて出力軸に対して同軸に取り付けられる。検出ヨーク７２ａ，７２ｂは、トルク検出用磁石７１からの磁束を連結軸の捩れ変形に応じて異なる分布で導くためのものである。
【００４４】
図７の円内拡大図に示されるように、一方の磁気検出素子３ａは、検出面Ｆが基端方向（図示上）に臨ませて配置され、もう一方の磁気検出素子３ｂは、検出面Ｆが先端方向（図示下）に臨ませて配置される。２つの磁気検出素子３ａ，３ｂは、軸方向の同じ位置に周方向に並べて配置されているが、検出面Ｆの軸方向位置が異なる。
【００４５】
また、一方の磁気検出素子３ａの検出方向は、基端に向けられ、もう一方の磁気検出素子３ｂの検出方向は、先端に向けられている。このように、２つの磁気検出素子３ａ，３ｂは、検出方向を異ならせて設けられる（図２参照）。
【００４６】
次に、図７のトルク検出部４の動作について図８（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
【００４７】
図８（ａ）に示されるように、ステアリングホイールが操舵操作されておらず連結軸７３がトルクを受けていない中立状態では、検出ヨーク７２ａ，７２ｂは、それぞれの爪の先端がトルク検出用磁石７１のＮ極とＳ極の境界を指す。これにより、検出ヨーク７２ａにおいても検出ヨーク７２ｂにおいても爪がトルク検出用磁石７１のＮ極に対向する面積とＳ極に対向する面積とが等しくなり、検出ヨーク７２ａ，７２ｂ共に、爪を介してＮ極から入る磁束とＳ極へ出る磁束とが等しくなるので、検出ヨーク７２ａ，７２ｂ間には、磁束は生じない。
【００４８】
図８（ｂ）に示されるように、ステアリングホイールが操舵操作されて連結軸７３がトルクを受けているトルク付加状態では、連結軸７３に捩れ変形が生じることにより、入力軸に取り付けられているトルク検出用磁石７１と出力軸に取り付けられている検出ヨーク７２ａ，７２ｂとの周方向の相対位置が変化する。検出ヨーク７２ａでは、爪がＮ極に対向する面積がＳ極に対向する面積よりも大きくなる。よって、爪を介してＮ極から入る磁束が爪を介してＳ極に出る磁束よりも大きくなる。検出ヨーク７２ｂでは、逆に爪がＮ極に対向する面積がＳ極に対向する面積よりも小さくなる。よって、爪を介してＮ極から入る磁束が爪を介してＳ極に出る磁束よりも小さくなる。その結果、検出ヨーク７２ａ，７２ｂに磁気の極性の差異が発生し、検出ヨーク７２ａ，７２ｂ間に磁束が生じる。この磁束が集磁リング９ａ，９ｂによって導かれ、近接部１０ａ，１０ｂに集められる。
【００４９】
その結果、図９に示されるように、２つの近接部１０ａ，１０ｂ間に磁束が発生する。磁束は、２つの磁気検出素子３ａ，３ｂでそれぞれ検出される。このとき、図８（ａ）の状態から図８（ｂ）の状態に変化する間の２つの近接部１０ａ，１０ｂ間の磁束密度は、トルク検出用磁石７１と検出ヨーク７２ａ，７２ｂとの周方向の位置ずれ、すなわち連結軸７３の捩れ変形の大きさに比例する。すなわち、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力は、連結軸７３が受けるトルクに比例する。
【００５０】
図１０に、連結軸７３が受けるトルクに対するそれぞれの磁気検出素子３ａ，３ｂの出力Ｖtの変化を示す。ただし、インデックス用磁石８が磁気検出素子３ａ，３ｂから十分に離れており、インデックス用磁石８による磁束の影響はないものとする。磁気検出素子３ａ，３ｂは検出した磁束密度を電圧として出力するため、トルクに比例した出力Ｖtが得られる。連結軸７３がトルクを受けていない中立状態のときの出力Ｖtの値をＶoffとする。２つの磁気検出素子３ａ，３ｂは、検出方向が互いに逆方向であるため、検出される出力の増減方向が逆方向となる。すなわち、検出方向が基端方向である磁気検出素子８ａの出力のグラフが右上がりであるとすると、検出方向が先端方向である磁気検出素子８ｂの出力のグラフが右下がりとなる。
【００５１】
このようにして、トルク検出部４は、トルクを表す信号を検出することができる。
【００５２】
本発明のトルクインデックスセンサ１は、トルク検出部４の磁気検出素子３ａ，３ｂを利用して、回転基準位置検出用の信号が得られるようにしたものである。前述のように、磁気検出素子３ａ，３ｂは、トルクに対して出力の増減方向が逆方向となるように構成されている。そこで、回転基準位置検出部５では回転軸２の回転に対して磁気検出素子３ａ，３ｂ出力の増減方向が同じになるようにする。これにより、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力の差からはトルクを表す信号が得られ、出力の和からは回転基準位置検出用の信号が得られる。トルクは、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力の差とトルクの関係を記憶している記憶部（図示せず）の値と、検出された出力の差とを比較することにより得られる。
【００５３】
以下、トルク検出部４と複合されている回転基準位置検出部５の動作を説明する。
【００５４】
すでに説明したように、回転軸２の回転に伴いカラー７が回転すると、インデックス用磁石８が磁気検出素子３ａ，３ｂに対して接近／離間する。その結果、磁気検出素子３ａ，３ｂではインデックス用磁石８による磁束の変化が検出される。
【００５５】
図１１に、出力軸３の回転角度と磁気検出素子３ａ，３ｂの各出力Ｖiを回転角度全周における最大出力ＶiMaxで規格化した値の関係を示す。ただし、トルクインデックスセンサ１は、連結軸がトルクを受けていない中立状態であり、トルク検出用磁石７１による磁束の影響はないものとする。回転軸２が回転基準位置から遠い状態、すなわちインデックス用磁石８が磁気検出素子３ａ，３ｂから十分に離れている状態のとき、本実施形態においては、第１突起１１ａが案内溝６の平坦部６ａにあるときの出力Ｖiの値をＶoffとする。インデックス用磁石８が磁気検出素子３ａ，３ｂに最も接近しているとき、本実施形態においては、接近用傾斜部６ｂと離反用傾斜部６ｃとの境界に可動コマ１１が来た位置を回転軸２が回転基準位置にあるときとし、このときの回転角度を０度と表す。
【００５６】
図１１に示されるように、出力Ｖiは、回転軸２の回転角度が０度のとき最大であり、回転角度が正負のどちらに振れても急速に減少し、回転角度が約±１０度を超えるとＶoffとなる。これより、出力Ｖiが極大値になったとき、あるいは所定の閾値を超えたときに、出力軸３が回転基準位置にあると判定できる。
【００５７】
次に、トルク検出と回転基準位置検出を同時に行う動作を説明する。
【００５８】
図示しない演算部において、２つの磁気検出素子３ａ，３ｂの出力を用いて式（１）及び式（２）の演算を行うことにより、トルクに係る出力Ｖtと回転基準位置に係る出力Ｖiを得ることができる。
【００５９】
【数１】
【００６０】
ただし、Ｖ1、Ｖ2は、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力である。連結軸がトルクを受けていない中立状態であって、かつ、回転軸２が回転基準位置から遠い状態のときの出力Ｖ1、Ｖ2の値をオフセット値Ｖoffとする。
【００６１】
このように、２つの磁気検出素子３ａ，３ｂの出力Ｖ1、Ｖ2の差を取って、その１／２からオフセット値Ｖoffを差し引くことにより、トルクに係る出力Ｖtが得られる。一方、２つの磁気検出素子３ａ，３ｂの出力Ｖ1、Ｖ2の和の１／２からオフセット値Ｖoffを差し引くことにより、回転基準位置に係る出力Ｖiが得られる。
【００６２】
回転基準位置に係る出力Ｖiは、適切な値を閾値にすることにより、回転軸２が回転基準位置にあることを判定することができる。なお、オフセット値Ｖoffは、必要に応じて値を変更してもトルク及び回転基準位置の情報を損なうことはない。
【００６３】
以上説明したように、本発明のトルクインデックスセンサ１によれば、トルク検出用磁石７１の磁束とインデックス用磁石８の磁束とが重畳して磁気検出素子３ａ，３ｂに加わるようにすると共に、磁気検出素子３ａ，３ｂの検出方向を互いに異ならせたので、磁気検出素子３ａ，３ｂの出力Ｖ1、Ｖ2からトルクに係る出力Ｖtと回転基準位置に係る出力Ｖiを導き、トルクと回転基準位置を検出することができる。言い換えると、１つのトルクインデックスセンサ１の中に、共通の磁気検出素子３ａ，３ｂを使用するトルク検出部４と回転基準位置検出部５とを有するので、部品点数の削減が可能であり、しかも、コンパクト化が可能なトルクインデックスセンサ１が得られる。
【符号の説明】
【００６４】
１ トルクインデックスセンサ
２ 回転軸
３ａ，３ｂ 磁気検出素子
４ トルク検出部
５ 回転基準位置検出部
６ 案内溝
７ カラー
８ インデックス用磁石
９ａ，９ｂ 集磁リング
１０ａ，１０ｂ 近接部
１１ 可動コマ
１２ スラストガイド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵操作によって回転する回転軸が受けるトルクを偶数個の磁気検出素子によって検出するトルク検出部と、
前記トルク検出部の前記磁気検出素子によって前記回転軸の回転基準位置を検出する回転基準位置検出部とを備え、
前記回転基準位置検出部は、
前記回転軸に伴って回転され、周囲に案内溝が形成されたカラーと、
前記カラーが１回転するのに伴い前記案内溝に案内されて前記磁気検出素子に対して１回のみ接近／離反するインデックス用磁石と、
を備えることを特徴とするトルクインデックスセンサ。
【請求項２】
前記案内溝は、前記インデックス用磁石を前記磁気検出素子から遠い位置に保持する平坦部と、前記インデックス用磁石を前記磁気検出素子に対して前記遠い位置から接近させる接近用傾斜部と、接近させた前記インデックス用磁石を前記磁気検出素子から前記遠い位置に離反させる離反用傾斜部とを有することを特徴とする請求項１記載のトルクインデックスセンサ。
【請求項１】
操舵操作によって回転する回転軸が受けるトルクを偶数個の磁気検出素子によって検出するトルク検出部と、
前記トルク検出部の前記磁気検出素子によって前記回転軸の回転基準位置を検出する回転基準位置検出部とを備え、
前記回転基準位置検出部は、
前記回転軸に伴って回転され、周囲に案内溝が形成されたカラーと、
前記カラーが１回転するのに伴い前記案内溝に案内されて前記磁気検出素子に対して１回のみ接近／離反するインデックス用磁石と、
を備えることを特徴とするトルクインデックスセンサ。
【請求項２】
前記案内溝は、前記インデックス用磁石を前記磁気検出素子から遠い位置に保持する平坦部と、前記インデックス用磁石を前記磁気検出素子に対して前記遠い位置から接近させる接近用傾斜部と、接近させた前記インデックス用磁石を前記磁気検出素子から前記遠い位置に離反させる離反用傾斜部とを有することを特徴とする請求項１記載のトルクインデックスセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２０９１９６（Ｐ２０１１−２０９１９６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７８８４２（Ｐ２０１０−７８８４２）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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