JP2010249734A - 磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる磁歪式トルクセンサを提供する。
【解決手段】第１トルクセンサ５０Ａは、端部にピニオンギヤ６６が設けられた操舵軸２２の外周面に設けられた１つの磁歪膜８０と、操舵軸２２に作用される捩りトルクに応じて変化する磁歪膜８０の透磁率の変化を検出する第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂと、これら第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂを収容する１つのボビン８４と、このボビン８４の両端部（磁歪膜８０の軸方向中央に対して上下対称の位置）にそれぞれ設置され、スリットが形成された軟磁性の良導体（例えば鉄合金）からなる第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂとを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサと、該磁歪式トルクセンサを具備した電動パワーステアリング装置に関する。

非接触式トルクセンサとして、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサが知られている。磁歪式トルクセンサは、車両用ステアリング装置の操舵トルク検出用等に用いられている（特許文献１参照）。

この種の磁歪式トルクセンサは、磁気異方性を異にする２つの磁歪膜（第１磁歪膜及び第２磁歪膜）をシャフトに設けると共に、第１磁歪膜及び第２磁歪膜に対向してそれぞれ第１コイル及び第２コイルを配置して構成されている。そして、シャフトにトルク（よじれ）が加えられると、第１磁歪膜及び第２磁歪膜の透磁率が変化し、これに応じて第１コイル及び第２コイルの各インダクタンスが変化するため、第１コイル及び第２コイルのインピーダンスあるいは誘導電圧の変化としてトルクを検出することができる。

特開２００４−３０９１８４号公報

ところで、特許文献１に示す従来の磁歪式トルクセンサ２００は、図７に示すように、端部にラック・ピニオンギヤ２０２のピニオンギヤ２０４を有する操舵軸２０６が一体的に設けられる。この操舵軸２０６は、第１軸受け２０８ａ〜第３軸受け２０８ｃによりハウジング２１０（第１ハウジング部２１０ａ、第２ハウジング部２１０ｂ及び蓋部２１０ｃ）に回転自在に支持される。第１ハウジング部２１０ａは樹脂で構成され、第２ハウジング部２１０ｂ及び蓋部２１０ｃはそれぞれアルミ合金で構成されている。第１ハウジング部２１０ａの上部開口部には、シール部材２１２が設けられ、ハウジング２１０内の気密が保たれている。操舵軸２０６の軸方向中央部の外周面には、上述したように、第１磁歪膜２１４ａ及び第２磁歪膜２１４ｂが、めっき法（溶射法、スパッタ法や蒸着法、接着法等の製法でも良い）により設けられている。また、操舵軸２０６には、減速装置２１６のウォームホイール２１８が設けられ、モータ２２０の回転トルクがウォーム２２２及びウォームホイール２１８を介して操舵軸２０６に伝達されることで、例えば操舵軸２０６に連結されたステアリングホイールを回転するのに必要なトルクが軽減され、運転者の操舵トルク負担を軽減できるようになっている。

また、第１コイル２２４ａと第２コイル２２４ｂがそれぞれ樹脂製のボビン２２６に収まって第１ハウジング部２１０ａ内に設けられ、これら第１コイル２２４ａ及び第２コイル２２４ｂの巻線の端末は、第１ハウジング部２１０ａと一体化されたカプラ用コネクタ２２７のピン２２８に接続され、このコネクタ２２７を介して交流通電される。この交流通電により、操舵トルクに応じた第１磁歪膜２１４ａ及び第２磁歪膜２１４ｂの透磁率の変化がインピーダンス変化として検出され、インターフェイス部２３０の検出回路においてそれぞれ第１検出電圧ＶＴ１及び第２検出電圧ＶＴ２に変換され、さらに、インターフェイス部２３０のＡ／Ｄ変換器においてデジタルの第１検出データＤＴ１、第２検出データＤＴ２に変換されて出力される。

これらの透磁率の変化、すなわち、第１検出データＤＴ１、第２検出データＤＴ２は、インターフェイス部２３０を介して演算部２３２に取り込まれ、例えば下式に基づいて、図８の出力特性を有するデジタルデータ（トルク検出データＤＴ３）を得ることができる。
ＤＴ３＝ｋ・（ＤＴ１−ＤＴ２）＋Ｄａ
（ｋは比例定数）

得られたトルク検出データＤＴ３に基づいて、モータ２２０の制御が実施される。

しかしながら、従来の磁歪式トルクセンサ２００は、図９に示すように、第１コイル２２４ａの回りを取り巻く交番磁束（第１コイル２２４ａの磁束Φ１）と、第２コイル２２４ｂの回りを取り巻く交番磁束（第２コイル２２４ｂの磁束Φ２）のそれぞれの経路の長さが異なり（対称ではない）、第１コイル２２４ａと第２コイル２２４ｂに検出される出力が異なる。これにより、第１検出データＤＴ１の大きさが設計値と異なることとなり、例えば図１０に示すように、トルクの中央値（第１検出データＤＴ１と第２検出データＤＴ２とが一致するトルク値）が基準値（トルク値＝ゼロ）からＴａだけずれてしまい、それに伴い、演算して求められるトルク検出データＤＴ３も、その傾きやトルクの中央値が設計値と大きくずれてしまう。その結果、右捩り（＋）と左捩り（−）とで検出トルクの大きさが異なるという問題が生じるおそれがある。具体的には、操舵トルクを＋ｃだけ入力すると、出力は、基準値Ｄａから＋ｄｅの値であるが、−ｃだけ入力すると基準値Ｄａから−ｄｆを出力し、対称性が損なわれている。このことにより、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを低下させるという問題がある。

さらに、実際には故障していなくても、ＤＴ１＋ＤＴ２によって求められる診断判定値ＤＴ４が安全範囲ｈａを逸脱しやすくなり、その結果、故障と誤判定され、モータ２２０によるアシスト制御を停止してしまうおそれがある。

第１コイル２２４ａの磁束Φ１は、第１軸受け２０８ａや操舵軸２０６とステアリングホイールとの間に取り付けられる第１自在継手（操舵軸２０６に連結される自在継手）や、第２自在継手（ステアリングホイールのステアリング軸に連結される自由継手）や、中間軸（第１自在継手と第２自在継手を連結する軸）や、ステアリング軸等の鉄合金の磁気的な影響を受ける。

従って、ステアリングギヤボックス単体を工場で組み立て調整した後で、自動車に組み付けてから、第１自在継手や、中間軸や、第２自在継手や、ステアリング軸を組み付けると、第１コイル２２４ａの磁束Φ１は、ステアリング軸まで通ることになり、第２コイル２２４ｂの磁束Φ２の経路の長さとは大きく異なる経路を通ることになり、ステアリングギヤボックス単体を工場で組み立てて調整しても自動車として組み立てると検出トルクの値がずれてしまう。

さらに、磁束Φ１や磁束Φ２が、その他の例えば舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに悪影響を与えるおそれもある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、簡単な構成で、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる磁歪式トルクセンサ及び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。

［１］第１の本発明に係る磁歪式トルクセンサは、軸部材に設けられた少なくとも１つの磁歪材と、該磁歪材の磁気特性の変化を検出するコイルとを有する磁歪式トルクセンサであって、前記コイルの近傍に軟磁性の金属部材が設けられていることを特徴とする。

これにより、コイルの磁束が、他の金属部材等に影響されずに、軟磁性の金属部材を通過することになるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。しかも、その他のセンサ等に悪影響を与えることがない。

［２］第１の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、中空の円筒状を有するようにしてもよい。これにより、軟磁性の金属部材を軸部材に直接設けたり、コイルが巻回されたボビン等に設ければよいので、取り付け場所の自由度が高く、しかも、調整も不要であるため、磁歪式トルクセンサの作製が容易になると共に、小型化することができる。

［３］第１の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、前記軸部材とは別に作られた部材であってもよい。軸部材に一体に形成された場合と異なり、１つあるいは複数の金属部材を、検出値が安定する位置に、自由に組み付けることができ、磁歪式トルクセンサを容易に作製することができる。

［４］第１の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、前記コイルの軸方向両端に設けられていてもよい。これにより、コイルの磁束は、他の金属部材等に影響されずに、コイルの軸方向両端に設けられた軟磁性の金属部材を通ることになるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。しかも、その他のセンサ等に悪影響を与えることがない。

［５］第１の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、その一部にスリットが形成されていてもよい。軟磁性の金属部材に渦電流が発生しないため、コイルの磁束を打ち消す方向に磁束は発生せず、感度を低下させることなく、トルクを検出することができる。

［６］第１の本発明において、さらに、少なくとも前記軸部材、前記磁歪材及びコイルを収容するハウジングを有し、前記ハウジングは、前記軸部材の軸方向に開口部を備え、前記開口部に前記軟磁性の金属部材が設けられていてもよい。これにより、ハウジングの外側に出ようとするコイルの磁束が軟磁性の金属部材を通ることとなるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。しかも、その他のセンサ等に悪影響を与えることがない。

［７］第２の本発明に係る電動パワーステアリング装置は、運転者が車両のステアリングホイールを操舵することによって発生する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサを有し、モータの動力を操舵系に直接作用させて、運転者の前記操舵トルクを軽減する電動パワーステアリング装置において、前記操舵トルクセンサは、前記コイルの近傍に軟磁性の金属部材が設けられていることを特徴とする。

これにより、コイルの磁束が、他の金属部材等に影響されずに、軟磁性の金属部材を通過することになるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。また、電動パワーステアリング装置を、工場で組み立て調整した後で、例えば自動車に組み付けてから、自在継手や、ステアリング軸を組み付けても、コイルの磁束は、自在継手や、ステアリング軸等に影響されずに、軟磁性の金属部材を通過することになるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。しかも、その他の例えば舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに悪影響を与えることがない。

以上説明したように、本発明に係る磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置によれば、コイルの磁束が、他の金属部材等に影響されずに、軟磁性の金属部材を通過することになるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。しかも、その他のセンサ等に悪影響を与えることがない。

第１トルクセンサが適用される電動パワーステアリング装置を示す構成図である。 第１トルクセンサを信号処理の一例と共に示す説明図である。 第１トルクセンサの操舵トルクに対するトルク検出値（検出データ）の変化を示す特性図である。 第１円板及び第２円板を示す斜視図である。 図５Ａは第１円板及び第２円板の作用を示す説明図であり、図５Ｂはスリットがない円板の作用を示す説明図である。 第１トルクセンサを、第１コイル及び第２コイルの交番磁束の磁路と共に示す説明図である。 従来の磁歪式トルクセンサを信号処理の一例と共に示す説明図である。 従来の磁歪式トルクセンサの操舵トルクに対するトルク検出値（検出データ）の変化を示す特性図である。 従来の磁歪式トルクセンサを、第１コイル及び第２コイルの交番磁束の磁路と共に示す説明図である。 第１コイル及び第２コイルの交番磁束によるトルク検出値（検出データ）の影響を示す特性図である。

以下、本発明に係る磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置の実施の形態例を図１〜図６を参照しながら説明する。

先ず、本実施の形態に係る磁歪式トルクセンサが適用される電動パワーステアリング装置１０について図１を参照しながら説明する。

この電動パワーステアリング装置１０は、図１に示すように、運転者がステアリングホイール１２を操作することによって生じた操舵トルクと操舵角が、ステアリング軸１４、第１自在継手１６ａ、中間軸１８、第２自在継手１６ｂ、連結部１７（例えばセレーション）を経由してステアリングギヤボックス２０の操舵軸２２に入力されるようになっている。

ステアリングギヤボックス２０は、上述した操舵軸２２と、運転者の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサである第１の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサ（以下、第１トルクセンサ５０Ａと記す）と、運転者の操舵に対して動力補助するモータ５２（例えばブラシレスモータ）と、このモータ５２の回転トルクを倍力する減速装置５４（ウォーム５６及びウォームホイール５８：図２参照）と、ラック・ピニオンギヤ６０と、該ラック・ピニオンギヤ６０のラックギア６２が形成されたラック軸６４とを有する。

操舵軸２２は、一方の端部に、ステアリングホイール１２が、ステアリング軸１４、第１自在継手１６ａ、中間軸１８及び第２自在継手１６ｂを介して連結され、他方の端部がラック・ピニオンギヤ６０のピニオンギヤ６６を構成している。

そして、減速装置５４にて倍力された回転トルクは、ラック・ピニオンギヤ６０のピニオンギヤ６６を介してラック軸６４の軸方向の推力に変換され、タイロッド６８ａ及び６８ｂを介して左右のタイヤ７０ａ及び７０ｂに伝達される。これにより、ステアリングホイール１２の操舵角に応じてタイヤ７０ａ及び７０ｂが鉛直方向を中心に回転し、車両の向きが変わることになる。

このとき、制御装置７２（ＥＣＵ）は、少なくとも第１トルクセンサ５０Ａからの信号を基本にして、例えば車速センサ７４等の信号に基づいてモータ５２を駆動制御する。なお、図１では、各種配線、例えば制御装置７２と第１トルクセンサ５０Ａ間の配線、制御装置７２とモータ５２間の配線等を省略して示してある。

例えば運転者が操作したときの操舵トルクを第１トルクセンサ５０Ａより検出し、制御装置７２を介して第１トルクセンサ５０Ａの出力信号を基に車速センサ７４等からの信号に応じてモータ５２を駆動制御する。このときのモータ発生トルクは、ラック・ピニオンギヤ６０のピニオンギヤ６６に作用され、その結果、ステアリングホイール１２を回転するのに必要なトルクが軽減され、運転者の操舵トルク負担を軽減している。

例えば、操舵トルクをＴｓ、アシスト量Ａ_Hの係数を、例えば一定のｋ_Aとすると、
Ａ_H＝ｋ_A×Ｔｓ
であるから、負荷をピニオントルクＴｐ±で考えると、
Ｔｐ＝Ｔｓ＋Ａ_H
＝Ｔｓ＋ｋ_A×Ｔｓ
であり、その結果、操舵トルクＴｓは、
Ｔｓ＝Ｔｐ／（１＋ｋ_A）
となる。

従って、操舵トルクＴｓは、非アシスト時のピニオントルクＴｐの１／（１＋ｋ_A）に軽減される。この場合、ｋ_A＞０又はｋ_A＝０である。

なお、車速が高速走行になるに従って、路面からタイヤへの反力が減少することから、ステアリングホイール１２を操作する際の手応え感が減少することになるが、定数ｋ_Aを車速の関数として、車速の増大に伴って小さくすることによって、車両が高速走行になるに従って手応え感が減少するのを抑制することができる。その際にも操舵トルクＴｓを大きくして手応え感を付与することができる。

そして、第１トルクセンサ５０Ａは、図２に示すように、他方の端部にピニオンギヤ６６が設けられた操舵軸２２の外周面に設けられた１つの磁歪膜８０と、操舵軸２２に作用される捩りトルクに応じて変化する磁歪膜８０の透磁率の変化を検出する第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂと、これら第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂを収容する１つのボビン８４と、このボビン８４の両端部（磁歪膜８０の軸方向中央に対して上下対称の位置）にそれぞれ設置され、スリット８５（図４参照）が形成された軟磁性の良導体（例えば低炭素鉄合金）からなる第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂと、少なくとも操舵軸２２、磁歪膜８０、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂ、ボビン８４、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを収容するハウジング８８により構成される。操舵軸２２は、一方の端部寄りに設置された第１軸受け９０ａ、中央部分に設置された第２軸受け９０ｂ及び他方の端部に設置された第３軸受け９０ｃによりハウジング８８に回転自在に支持されている。

ハウジング８８は、操舵軸２２の一方の端部（ステアリングホイール１２側の端部）寄りの位置であって、且つ、少なくとも磁歪膜８０、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂ、ボビン８４、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを収容する位置に配された第１ハウジング部８８ａと、操舵軸２２の他方の端部寄りの位置に配され、且つ、少なくとも減速装置５４を収容する位置に配された金属製の第２ハウジング部８８ｂとを有する。

第１ハウジング部８８ａは、樹脂部９２と、軟磁性の金属で構成された円筒部９４と、軟磁性の金属で構成されたフランジ部９６とを有し、且つ、樹脂部９２と円筒部９４とフランジ部９６とが一体成型されて構成されている。

具体的には、円筒部９４は、第１ハウジング部８８ａのうち、少なくとも第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂを収容する部位に位置され、フランジ部９６は、第１ハウジング部８８ａと第２ハウジング部８８ｂとの接続部分に位置され、樹脂部９２は、第１コイル８２ａと円筒部９４との間から操舵軸２２の一方の端部寄りにかけて位置されている。図２の例では、円筒部９４とフランジ部９６とは同じ軟磁性の金属で一体に形成されている。従って、以下の説明では、円筒部９４とフランジ部９６とが一体に形成された部材を金属部材９８と記す。

さらに、円筒部９４は、操舵軸２２の一方の端部寄りの開口の大きさが、操舵軸２２の他方の端部寄りの開口の大きさよりも小さく設定されている。従って、円筒部９４は、縦断面でみたとき、操舵軸２２の軸方向に対して傾斜した状態となっている。

また、第１ハウジング部８８ａは、外部機器と電気的に接続するコネクタ１００を有する。このコネクタ１００は、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂの各種端部（巻き始め端、巻き終わり端）が接続された複数のピン１０２（第１コイル８２ａの巻き始め端が接続されたピン、第１コイル８２ｂの巻き終わり端が接続されたピン、第２コイル８２ｂの巻き始め端が接続されたピン及び第２コイル８２ｂの巻き終わり端が接続されたピン）を収容する。また、このコネクタ１００は、樹脂部９２と一体的に樹脂モールドにて形成され、樹脂部９２の一部として構成されている。

ボビン８４の中央部と円筒部９４との間には、第１Ｏリング１０４が介在され、円筒部９４と一体とされたフランジ部９６の下面と第２ハウジング部８８ｂとの間には、第２Ｏリング１０６が介在され、樹脂部９２の上部と操舵軸２２との間にシール部材１０８が入れられ、さらに、フランジ部９６と第２ハウジング部８８ｂとが例えば３本のボルト１１０により一体的に固定される。この場合、第１Ｏリング１０４と第２Ｏリング１０６及びシール部材１０８により、第１トルクセンサ５０Ａの内部とステアリングギヤボックス２０内の気密は保たれている。

上述したように、操舵軸２２の一方の端部寄りの外周面には、厚さ５〜１００μｍのＦｅ−Ｎｉ系（Ｆｅ−Ｃｏ合金やＳｍＦｅ合金等でも良い）の磁歪材からなる１つの磁歪膜８０が、めっき法（溶射法、スパッタ法や蒸着法、接着法等の製法でもよい）により設けられる。これにより、操舵軸２２の外周面にほぼ均一な膜厚で密着よく成膜することができる。なお、操舵軸２２のうち、磁歪膜８０が形成される外周部分は、機械加工後にアルカリ洗浄や水洗いや酸洗浄等が適宜施され、磁歪膜８０との密着性が向上されている。

この磁歪膜８０にそれぞれ相異なる、すなわち、それぞれ逆の第１異方性部１１２ａと第２異方性部１１２ｂが付与され、図３の出力特性に示す検出データＤＴ１とＤＴ２のような逆の勾配を持った特性が得られるようになっている。

磁歪膜８０への異方性の付与は、例えば５〜２００Ｎｍ程度（要求によってはこれ以上でもこれ以下でもよい）のそれぞれ逆方向のトルクを印加しながら、例えば高周波誘導加熱のような熱処理法で、例えば３００〜５００℃程度になるように数秒から数１００秒、加熱する。これにより、操舵軸２２を介して磁歪膜８０に印加されていたそれぞれ逆方向のトルクによる歪が抜けるため、その後、概ね応力が作用しない状態にする。この状態で常温まで冷却する。なお、加熱によってトルクによる歪が抜かれる原因は、加熱によって磁歪膜８０にクリープが発生したことによるものと考えられる。そして、印加していたトルクを開放すると、磁歪膜８０にそれぞれ逆の第１異方性部１１２ａと第２異方性部１１２ｂが付与される。

第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂの各種端部が、コネクタ１００の複数のピン１０２のうち、それぞれ対応するピンに接続され、このコネクタ１００を介して制御装置７２によって第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂが交流通電される。この交流通電により、操舵トルクに応じて生じる磁歪膜８０の第１異方性部１１２ａと第２異方性部１１２ｂの透磁率の変化が、それぞれインピーダンス変化として検出され、図２に示すように、インターフェイス部１１４の検出回路においてそれぞれ第１検出電圧ＶＴ１及び第２検出電圧ＶＴ２に変換され、さらに、インターフェイス部１１４のＡ／Ｄ変換器においてデジタルの第１検出データＤＴ１、第２検出データＤＴ２に変換されて出力される。なお、このインターフェイス部１１４は、制御装置７２内に設けても、ハウジング８８内に設けてもよい。

これらの透磁率の変化、すなわち、第１検出データＶＴ１、第２検出データＶＴ２は、インターフェイス部１１４を介して制御装置７２内の演算部１１６に取り込まれ、例えば下式に基づいて、図３の出力特性を有するデジタルデータ（トルク検出データＤＴ３）を得ることができる。
ＤＴ３＝ｋ・（ＤＴ１−ＤＴ２）＋Ｄａ
（ｋは比例定数）

得られたトルク検出データＤＴ３に基づいて、上述したように、モータ５２の制御が実施される。

次に、スリット８５（図４参照）が形成された第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂの作用と効果について、図５Ａ〜図６を用いて説明する。

第１円板８６ａと第２円板８６ｂは、軟磁性体である低炭素鉄合金で構成されているため、図５Ａに示すように、制御装置７２によって交流通電され、例えば交番磁束Φ１を通すが、それ自身は磁化されない性質を有する。従って、図６に示すように、第１コイル８２ａの回りを取り巻く交番磁束（第１コイル８２ａの交番磁束Φ１）の経路は、第１円板８６ａを通る経路となり、また、第２コイル８２ｂの回りを取り巻く交番磁束（第２コイル８２ｂの交番磁束Φ２）の経路は、第２円板８６ｂを通る経路となり、それぞれ対称な磁路を形成する。

次に、図４に示すスリット８５の作用について説明する。先ず、図５Ｂに示すように、スリット８５を設けない円板８６の場合、例えば交番磁束Φ１が円板８６を通過したとき、渦電流ｉａが発生し、これにより、交番磁束Φ１を打ち消す方向に磁束が発生し、交番磁束Φ１よりも小さい交番磁束Φ３（Φ３＜Φ１）が第１コイル８２ａの回りを取り巻くことになる。つまり、スリット８５を設けない場合、大きな磁束を流すことができず、感度と安定性が低下する。

一方、本実施の形態では、図５Ａに示すように、第１円板８６ａと第２円板８６ｂにそれぞれスリット８５を設けるようにしている。この場合、渦電流が発生しないため、大きな磁束を流すことができ、感度と安定性が向上する。また、図６に示すように、交番磁束Φ１の磁路と交番磁束Φ２の磁路に対称性があることから、第１軸受け９０ａが存在しても、図１に示すように、第１自在継手１６ａや中間軸１８や第２自在継手１６ｂやステアリング軸１４が存在しても、操舵トルクの中央値（操舵トルクがゼロのときの検出値）が第１異方性部１１２ａ及び第２異方性部１１２ｂでずれるということがなくなり、安定した第１検出電圧ＶＴ１及び第２検出電圧ＶＴ２が得られる。その結果、演算値であるトルク検出データＤＴ３が安定する。しかも、互いに対称とされた第１検出電圧ＶＴ１及び第２検出電圧ＶＴ２の傾きを大きくすることができ、演算値であるトルク検出データＤＴ３の感度を上げることができる。

さらに、図３に示すように、第１検出データＤＴ１と第２検出データＤＴ２の加算によって求められる診断判定値ＤＴ４も、安全範囲ｈａを逸脱することがないので、故障と誤判定されることがない。

従って、ステアリングギヤボックス２０を工場で組み立て調整した後で、自動車に組み付けてから、第１自在継手１６ａや、中間軸１８や、第２自在継手１６ｂや、ステアリング軸１４を組み付けても、第１コイル８２ａの交番磁束Φ１と、第２コイル８２ｂの交番磁束Φ２は、それぞれ対称の経路をたどることになるため、安定した出力が得られる。

しかも、交番磁束Φ１の磁路は、第１コイル８２ａの回りであって、且つ、第１円板８６ａを通る狭い範囲の磁路であり、交番磁束Φ２の磁路は、第２コイル８２ｂの回りであって、且つ、第２円板８６ｂを通る狭い範囲の磁路であることから、交番磁束Φ１や交番磁束Φ２が、その他の例えば舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに悪影響を与えることがない。

もちろん、感度と安定度の低下が、さほど要求されない場合は、第１円板８６ａと第２円板８６ｂにスリット８５を設けなくてもよい。

上述の例では、ボビン８４の両端にそれぞれ第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを設けるようにしたが、その他、操舵軸２２のうち、磁歪膜８０の軸方向中央に対して上下対称の位置に、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを設置してもよい。例えば操舵軸２２のうち、ボビン８４の上端面に接する部分に第１円板８６ａを設置し、ボビン８４の下端面に接する部分に第２円板８６ｂを設置する等である。また、第１ハウジング部８８ａのうち、磁歪膜８０の軸方向中央に対して上下対称の位置に、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを設置してもよい。例えば第１ハウジング部８８ａのうち、上部の開口部近傍に第１円板８６ａを設置し、下部の開口部近傍に第２円板８６ｂを設置する等である。この場合、第１ハウジング部８８ａの外側に出ようとする第１コイル８２ａの交番磁束Φ１が第１円板８６ａを通り、第１ハウジング部８８ａの外側に出ようとする第２コイル８２ｂの交番磁束Φ２が第２円板８６ｂを通ることとなるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。しかも、その他のセンサ等に悪影響を与えることがない。

また、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂは、中空を有する円筒状としたので、上述したように、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを操舵軸２２に直接設けたり、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂが巻回されたボビン８４等に設ければよいので、取り付け場所の自由度が高く、しかも、調整も不要であるため、トルクセンサ５０の作製が容易になると共に、小型化することができる。

また、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂは、操舵軸２２とは別に作られた部材で構成したので、操舵軸２２に一体に形成された場合と異なり、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを、検出値が安定する位置に、自由に組み付けることができ、トルクセンサ５０を容易に作製することができる。

なお、本発明に係る磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…電動パワーステアリング装置 １２…ステアリングホイール
１４…ステアリング軸 ２２…操舵軸
５０Ａ…第１トルクセンサ ５４…減速装置
８０…磁歪膜 ８２ａ…第１コイル
８２ｂ…第２コイル ８４…ボビン
８５…スリット ８６ａ…第１円板
８６ｂ…第２円板 １１２ａ…第１異方性部
１１２ｂ…第２異方性部

Claims (7)

1. 軸部材に設けられた少なくとも１つの磁歪材と、該磁歪材の磁気特性の変化を検出するコイルとを有する磁歪式トルクセンサであって、
   前記コイルの近傍に軟磁性の金属部材が設けられていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
2. 請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記軟磁性の金属部材は、中空の円筒状を有することを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
3. 請求項１又は２記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記軟磁性の金属部材は、前記軸部材とは別に作られた部材であることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記軟磁性の金属部材は、前記コイルの軸方向両端に設けられていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記軟磁性の金属部材は、その一部にスリットが形成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   さらに、少なくとも前記軸部材、前記磁歪材及びコイルを収容するハウジングを有し、
   前記ハウジングは、前記軸部材の軸方向に開口部を備え、前記開口部に前記軟磁性の金属部材が設けられていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
7. 運転者が車両のステアリングホイールを操舵することによって発生する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサを有し、モータの動力を操舵系に直接作用させて、運転者の前記操舵トルクを軽減する電動パワーステアリング装置において、
   前記操舵トルクセンサは、
   前記コイルの近傍に軟磁性の金属部材が設けられている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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