JP2012122728A - 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】低コストに製造でき、曲げモーメント分をキャンセルできる磁歪式トルクセンサを提供する。
【解決手段】回転軸２１の表面に設けられ回転軸２１に作用する回転トルクの大きさに応じて歪量が変わり透磁率を変化させる磁歪材３０と、回転軸２１の周辺に配置され磁歪材３０の透磁率の変化を電気的変化として検出する２つの検出手段３７、３８とを備えた磁歪式トルクセンサ３において、歪量の変化量が磁歪材３０内で均一になるように変化した場合に互いに異なった量の電気的変化を検出する。検出手段３７、３８はそれぞれに、磁歪材３０の置かれた領域に磁場を発生させる励磁コイル３１、３３と、透磁率に応じた磁場の強さを電気的に検出する検出コイル３２、３４とを有し、検出手段３７、３８では互いに、励磁コイル３１、３３又は検出コイル３２、３４の巻線の巻数Ｎ１、Ｎ２が異なっている（Ｎ１≠Ｎ２）。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸に加えられたトルクを検出する磁歪式トルクセンサ、及び、それを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

磁歪式トルクセンサは、自動車用の電動パワーステアリング装置に備えられており、電動パワーステアリング装置は、自動車の運転中に、運転者がハンドル（ステアリングホイール）を操舵するとき、モータを連動させて操舵力を補助する支援装置である。電動パワーステアリング装置において、磁歪式トルクセンサは、運転者のハンドルの操舵によりハンドルに連結された回転軸（操舵軸）に生じる操舵トルクを検出している。電動パワーステアリング装置は、少なくとも検出された操舵トルクと、自動車の車速を検出する車速センサからの車速信号とに基づいて、モータからの出力である補助操舵力を制御することで、運転者の操舵力を軽減している。

磁歪式トルクセンサとしては、回転軸の表面の上下２箇所にそれぞれ、磁歪材が互いに逆方向の磁気異方性を有するように設けられているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。回転軸に操舵トルクが作用すると、回転モーメントが生じ、回転軸がねじれて２つの磁歪材が歪み、磁気異方性に基づく逆磁歪特性により、一方の磁歪材の歪を更に歪ませ、他方の磁歪材の歪を減少させる。これらの歪の増減により磁歪材それぞれの周囲に配設された検出回路のインピーダンス等が変化する。磁歪式トルクセンサは、この変化を検出することで、回転軸にかかる操舵トルクを検出することができる。

ただ、モータからの補助操舵力をギアを介して回転軸に伝達させると、回転軸には、軸の周りの回転モーメントだけでなく、回転軸の中心軸を曲げようとする曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントは、回転軸の軸方向の位置で大きさが異なり、具体的には、曲げモーメントの作用点では０（ゼロ）、位置が作用点から離れるにしたがって大きくなるので、形成される位置が異なる２つの磁歪材には、大きさの異なる曲げモーメントが作用する。２つの磁歪材にとっては、回転モーメントも曲げモーメントも、同じ歪として検出されるので、回転モーメントを検出するための磁歪式トルクセンサとしては、検出の精度が低下してしまう。２つの磁歪材には、大きさの異なる曲げモーメントが作用しているので、それぞれ対応する検出回路からインピーダンス等の出力の差分を取っても曲げモーメント分はキャンセルできないからである。そこで、曲げモーメント分をキャンセルできるように、２つの磁歪材を設ける箇所の回転軸の断面２次モーメントを、互いに異ならせることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−２４５６３６号公報 特開２００８−２１６１６２号公報

特許文献２の技術では、回転軸の断面２次モーメントを磁歪材を設ける箇所毎に変えるので、その箇所毎に回転軸の直径が異なることになり、回転軸の製造に工数がかかり製造コストが高くなったり、異径により異なった曲率の曲面に同じ物性の磁歪材を設ける必要があるため、磁歪材の成膜工程にも工数がかかり成膜コストが高くなったりすると考えられた。曲げモーメント分をキャンセルできる磁歪式トルクセンサを、低コストに製造できることが望ましい。

本発明は、前記問題点に鑑み、低コストに製造でき、曲げモーメント分をキャンセルできる磁歪式トルクセンサを提供し、さらに、そのような磁歪式トルクセンサを備えた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。

本発明は、回転自在に支持された回転軸と、
前記回転軸の表面に設けられ、前記回転軸に作用する回転トルクの大きさに応じて歪量が変わり透磁率を変化させる磁歪材と、
前記回転軸の周辺に配置され、前記磁歪材の前記透磁率の変化を電気的変化として検出する少なくとも２つの検出手段とを備えた磁歪式トルクセンサにおいて、
前記歪量の変化量が前記磁歪材内で均一になるように変化した場合に、互いに異なった量の前記電気的変化を検出することを特徴としている。

これによれば、磁歪材の歪量の変化量に対して検出手段の電気的変化は単調に増減するところ、少なくとも２つの内の１つの検出手段の側の磁歪材と、他の検出手段の側の磁歪材とに生じた歪量の変化量が等しくても、これらの検出手段を介して互いに異なった量の電気的変化を検出することができるので、逆に、曲げモーメントによる異なった歪量の変化量に対しては、これらの検出手段を介して等しい量の電気的変化を検出することができ、曲げモーメント分をキャンセルすることができる。なお、歪量の変化量という物理量を、電気的変化の量という物理量に変換することで検出していると考えると、磁歪式トルクセンサは、歪量の変化量を電気的変化の量として検出するセンサを少なくとも２つ有していると考えることができる。これらの歪量の変化量を検出するセンサはそれぞれ、１つの前記検出手段と、この検出手段と磁気的に結合する前記磁歪材の領域とで構成されると考えることができる。そして、これらのセンサでは、歪量の等しい変化量に対して、互いに異なった量の電気的変化を検出するので、いわゆる、検出感度が互いに異なっていると考えることができる。

また、曲げモーメントは、検出手段毎に対応する磁歪材の設けられた回転軸上の位置によって異なってもよいので、磁歪材を設ける位置毎に、回転軸の直径を変える必要が無い。そのため、回転軸の製造コストを抑えることができる。また、磁歪材も、一定の曲率の曲面に物性が均一になるように設ければよいので、成膜コストも抑えることができる。これにより、磁歪式トルクセンサを、低コストに製造することができる。

また、本発明では、前記検出手段はそれぞれに、
前記磁歪材の置かれた領域に磁場を発生させる励磁コイルと、
前記透磁率に応じた前記磁場の強さを電気的に検出する検出コイルとを有し、
前記検出手段では互いに、前記励磁コイル、又は、前記検出コイルの巻線の巻数が異なっていることが好ましい。

励磁コイルは、その巻線の巻数に応じた強さの磁場を発生させることができ、検出コイルは、その巻線の巻数に応じて、磁場の強さに対して検出される電気的な量の比を変えることができる。そこで、検出手段毎に、励磁コイル、又は、検出コイルの巻線の巻数を異ならせることで、歪量の変化量が磁歪材内で均一になるように変化した場合に、検出手段を介して、互いに異なった量の電気的変化を検出することができる。そして、磁歪式トルクセンサが、前記したように歪量の変化量を電気的変化の量として検出するセンサを少なくとも２つ有していると考えた場合には、これらのセンサでは、励磁コイル、又は、検出コイルの巻線の巻数を異ならせることで、低コストかつ容易に検出感度を互いに異ならせることができる。

また、本発明の前記検出手段では互いに、前記磁歪材と前記検出手段の間に設けるエアギャップの大きさが異なっていることが好ましい。

検出手段のそれぞれは、磁歪材の透磁率の変化を電気的変化として検出するので、磁歪材と磁気的に結合している。それぞれの検出手段は、磁歪材と共に磁気回路を構成している。このため、検出手段毎に、磁歪材と検出手段の間に設けるエアギャップの大きさを異ならせることで、歪量の変化量が磁歪材内で均一になるように変化した場合に、検出手段を介して、互いに異なった量の電気的変化を検出することができる。そして、磁歪式トルクセンサが、前記したように歪量の変化量を電気的変化の量として検出するセンサを少なくとも２つ有していると考えた場合には、これらのセンサでは、磁歪材と検出手段の間に設けるエアギャップの大きさを異ならせることで、低コストかつ容易に検出感度を互いに異ならせることができる。

また、本発明では、前記検出手段はそれぞれに、
前記回転軸の周方向に巻線が巻かれ、前記磁歪材の置かれた領域に磁場を発生させる励磁コイルと、
前記回転軸の周方向に巻線が巻かれ、前記透磁率に応じた前記磁場の強さを電気的に検出する検出コイルとを有し、
前記検出手段では互いに、前記励磁コイル、又は、前記検出コイルの、前記巻線の束の前記回転軸の軸方向の幅が異なっていることが好ましい。

これによっても、歪量の変化量が磁歪材内で均一になるように変化した場合に、検出手段を介して、互いに異なった量の電気的変化を検出することができる。そして、磁歪式トルクセンサが、前記したように歪量の変化量を電気的変化の量として検出するセンサを少なくとも２つ有していると考えた場合には、これらのセンサでは、励磁コイル、又は、検出コイルの巻線の束の幅を異ならせることで、低コストかつ容易に検出感度を互いに異ならせることができる。

また、本発明では、前記磁歪材は、前記検出手段毎に分割されて、対応する前記検出手段に対向するように前記回転軸の表面に設けられ、
分割された前記磁歪材では互いに幅が異なっていることが好ましい。

これによっても、歪量の変化量が磁歪材内で均一になるように変化した場合に、検出手段を介して、互いに異なった量の電気的変化を検出することができる。そして、磁歪式トルクセンサが、前記したように歪量の変化量を電気的変化の量として検出するセンサを少なくとも２つ有していると考えた場合には、これらのセンサでは、分割された磁歪材の幅を異ならせることで、低コストかつ容易に検出感度を互いに異ならせることができる。

また、本発明の前記磁歪材の前記検出手段のそれぞれに対向する領域では、予め、互いに異なった前記歪量が歪ませられ、
前記歪量の変化量が前記磁歪材内で均一になるように変化した場合に、それぞれの前記領域では、透磁率が互いに異なった量変化することが好ましい。

磁歪材は、歪量に応じて透磁率が変化するが、歪量の全域にわたり比例して変化するわけではないので、予め歪ませて歪量をオフセットしておけば、歪量の変化量に対して、検出手段が検出する電気的変化の量を変えることができる。このため、歪量の変化量が磁歪材内で均一になるように変化した場合に、検出手段を介して、互いに異なった量の電気的変化を検出することができる。そして、磁歪式トルクセンサが、前記したように歪量の変化量を電気的変化の量として検出するセンサを少なくとも２つ有していると考えた場合には、これらのセンサでは、磁歪材の検出手段のそれぞれに対向する領域において、予め、互いに異なった歪量を歪ませることで、低コストかつ容易に検出感度を互いに異ならせることができる。

また、本発明の前記磁歪材の前記検出手段のそれぞれに対向する領域では、鉄の組成比が互いに異なることが好ましい。

これによっても、歪量の変化量に対して、検出手段が検出する電気的変化の量を変えることができる。このため、歪量の変化量が磁歪材内で均一になるように変化した場合に、検出手段を介して、互いに異なった量の電気的変化を検出することができる。そして、磁歪式トルクセンサが、前記したように歪量の変化量を電気的変化の量として検出するセンサを少なくとも２つ有していると考えた場合には、これらのセンサでは、磁歪材の検出手段のそれぞれに対向する領域において、鉄の組成比を互いに異ならせることで、低コストかつ容易に検出感度を互いに異ならせることができる。

また、本発明では、前記検出手段はそれぞれ、前記電気的変化を増幅させる増幅手段に接続し、
前記検出手段毎に前記電気的変化を増幅させる増幅率が異なることが好ましい。

これによれば、歪量の変化量が磁歪材内で均一になるように変化した場合に、検出手段を介して、互いに異なった量の電気的変化を検出することができる。そして、磁歪式トルクセンサが、前記したように歪量の変化量を電気的変化の量として検出するセンサを少なくとも２つ有していると考えた場合には、これらのセンサでは、検出手段毎に増幅率を異ならせることで、低コストかつ容易に検出感度を互いに異ならせることができる。

また、本発明は、本発明の磁歪式トルクセンサを備える電動パワーステアリング装置であって、
前記回転軸は、操舵軸として使用され、
前記操舵軸の回転を伝達するラックアンドピニオンギア機構と、
前記検出手段と前記ラックアンドピニオンギア機構との間に設けられ、前記操舵軸を回転自在に支持する軸受けを備え、
前記検出手段は、互いに前記回転軸の軸方向にずれて配置され、
前記歪量が前記磁歪材内で均一に変化した場合に、前記軸受けに近い側の検出手段を介して、遠い側の検出手段を介すよりも、小さい量の前記電気的変化を検出することを特徴としている。

ラックアンドピニオンギア機構は、回転軸の回転を確実に伝達するために、回転軸に押し付けられている。軸受けは、回転軸を支持している。そして、回転軸の検出手段を挟んだ軸受けの反対側は、ステアリングホイールや別の軸受けによって支持される。これらにより、回転軸には、中心軸を曲げようとする曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントは、回転軸の軸方向の位置で大きさが異なる。具体的には、検出手段とラックアンドピニオンギア機構の間に設けられた軸受けから検出手段への方向に沿って、曲げモーメントは小さくなる。軸受けに近い側では、遠い側よりも、曲げモーメントが大きくなっている。これにより、歪量が磁歪材内で均一に変化した場合に、軸受けに近い側の検出手段を介して、遠い側の検出手段を介すよりも、小さい量の電気的変化を検出することで、この曲げモーメントをキャンセルすることができる。

本発明によれば、低コストに製造でき、曲げモーメント分をキャンセルできる磁歪式トルクセンサを提供でき、さらに、そのような磁歪式トルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。 電動パワーステアリング装置における磁歪式トルクセンサの周辺の構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る磁歪式トルクセンサ（両端が固定端の場合）に関し、（ａ）は、回転軸の中心軸の曲がりを強調して示した図であり、（ｂ）は、曲げモーメントの大きさを回転軸に沿って示した曲げモーメント図である。 第１の実施形態の磁歪式トルクセンサにおいて、入力される操舵トルクに対するインピーダンス又は誘導電圧のグラフである。 第１の実施形態の磁歪式トルクセンサにおいて、入力される操舵トルクに対するトルク検出電圧のグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置における磁歪式トルクセンサの周辺の構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る電動パワーステアリング装置における磁歪式トルクセンサの周辺の構成図である。 本発明の第４の実施形態に係る電動パワーステアリング装置における磁歪式トルクセンサの周辺の構成図である。 第５の実施形態の磁歪式トルクセンサにおいて、入力される操舵トルクに対するインピーダンス又は誘導電圧のグラフである。 第６の実施形態の磁歪式トルクセンサにおいて、入力される操舵トルクに対するインピーダンス又は誘導電圧のグラフである。 本発明の第７の実施形態に係る電動パワーステアリング装置における磁歪式トルクセンサの周辺の構成図である。 本発明の第８の実施形態に係る磁歪式トルクセンサ（一端が開放端で、他端が固定端の場合）に関し、（ａ）は、磁歪式トルクセンサの周辺の構成図であり、（ｂ）は、回転軸の中心軸の曲がりを強調して示した図であり、（ｃ）は、曲げモーメントの大きさを回転軸に沿って示した曲げモーメント図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の構成図を示す。 電動パワーステアリング装置１は、運転者がハンドル２を回転操作した際に、ハンドル２に連結された回転軸（操舵軸）２１に補助トルクＡ_Ｈを付加し、運転者の操舵力を軽減させるための装置である。この電動パワーステアリング装置１は、運転者がハンドル２を回転操作した際に、回転軸（操舵軸）２１に作用する回転トルク（操舵トルク）Ｔｓの大きさ及び方向を検出する磁歪式トルクセンサ３と、補助トルクＡ_Ｈを発生する電動機４と、電動機４で発生した補助トルクＡ_Ｈを倍力して回転軸（操舵軸）２１に伝達する減速機構５と、磁歪式トルクセンサ３での検出結果に応じた補助トルクＡ_Ｈを発生するように電動機４を制御する制御部９とを備えて構成されている。

ハンドル（ステアリングホイール）２は、自在継ぎ手１３ａ、１３ｂを介して、回転軸（操舵軸）２１の上端に連結されている。回転軸（操舵軸）２１の下端にはピニオンギア１１ｂが取り付けられている。ピニオンギア１１ｂはラックギア１１ａに噛み合っており、ラックギア１１ａとピニオンギア１１ｂとでラックアンドピニオンギア機構１１を構成している。ラックアンドピニオンギア機構１１は、回転軸（操舵軸）２１の操舵トルクＴｓをラック軸６の軸方向の推力（ピニオントルクＴｐ）に変換する。ラックギア１１ａは、ラック軸６に刻まれて設けられている。ラック軸６は、ステアリングギアボックス１２内に回転させないで軸方向に移動が自在にできるように保持されている。ラック軸６の両端にはタイロッド１４の一端が固定され、各タイロッド１４の他端には自動車の前輪（車輪）１０が取り付けられている。このように構成することで、運転者がハンドル２を回転操作することにより、左右の車輪１０を転舵させることができる。

回転軸（操舵軸）２１の上部には、回転軸（操舵軸）２１とステアリングギアボックス１２との間をシールするシール２３が設けられている。また、回転軸（操舵軸）２１は、軸受け２４、２５、２６によって、ステアリングギアボックス１２内に回転自在に支持されている。軸受け２４は、回転軸（操舵軸）２１の上部を支持している。軸受け２５と２６は、ピニオンギア１１ｂの上側と下側を支持している。

減速機構５は、軸受け２５を挟んで、ピニオンギア１１ｂの反対側の回転軸（操舵軸）２１上に設けられている。減速機構５は、電動機４の駆動軸に形成されたウォームギア５ａと、回転軸（操舵軸）２１に結合されたウォームホイールギア５ｂとを組み合わせた機構であり、電動機４で発生した補助トルクＡ_Ｈを、ウォームギア５ａ及びウォームホイールギア５ｂを介して回転軸（操舵軸）２１に伝達するように構成されている。なお、電動機４で発生した補助トルクＡ_Ｈは、ウォームギア５ａとウォームホイールギア５ｂとのギア比に応じて倍力される。ラックアンドピニオンギア機構１１は、倍力された補助トルクＡ_Ｈをラック軸６の軸方向の推力（ピニオントルクＴｐ）に変換する。

回転軸（操舵軸）２１には、磁歪式トルクセンサ３が設けられている。磁歪式トルクセンサ３は、軸受け２４と２５の間の回転軸（操舵軸）２１に設けられている。回転軸（操舵軸）２１は、磁歪式トルクセンサ３の回転軸を兼ねている。磁歪式トルクセンサ３は、ハンドル２から運転者によって入力される操舵トルクＴｓを検出する。磁歪式トルクセンサ３は、回転軸（操舵軸）２１の表面に設けられた磁歪材３０を有している。磁歪材３０では、回転軸（操舵軸）２１に作用する回転トルクの大きさ及び方向に応じて歪量が変わり透磁率が変化する。磁歪材３０は、第１磁歪材（領域）３ａと第２磁歪材（領域）３ｂとを有している。第１磁歪材（領域）３ａと第２磁歪材（領域）３ｂとは、一体となっていてもよいし、分離していてもよい。第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂとは、回転軸（操舵軸）２１の全周にわたり円環状に形成されている。磁歪材３０（第１磁歪材３ａ、第２磁歪材３ｂ）は、Ｆｅ−Ｎｉ系やＦｅ−Ｃｒ系の磁歪膜が好適である。磁歪材３０（第１磁歪材３ａ、第２磁歪材３ｂ）は、メッキ法や蒸着法等により、回転軸（操舵軸）２１上等、例えば、回転軸（操舵軸）２１の表面上や、回転軸（操舵軸）２１に圧入させる中空管に成膜し、回転軸（操舵軸）２１と磁歪材３０（第１磁歪材３ａ、第２磁歪材３ｂ）を一体化してもよいし、予め作製された磁歪材３０（第１磁歪材３ａ、第２磁歪材３ｂ）を、接着剤を用いて回転軸（操舵軸）２１に接着にて設けてもよい。第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂには、予め、互いが逆の異方性を持つように、互いに逆方向に等しい歪量が歪ませられている。このため、第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂに、一方向に歪量の変化量が均一になるように変化させると、第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂの透磁率は、一方は増加し、他方は減少するように変化し、その増加分と減少分は等しくなる。

さらに、磁歪式トルクセンサ３には、第１磁歪材３ａの周辺に第１検出手段３７が設けられ、第２磁歪材３ｂの周辺に第２検出手段３８が設けられている。第１検出手段３７と第２検出手段３８は、第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂの透磁率の変化を電気的変化として検出する。

第１検出手段３７は、回転軸（操舵軸）２１の周方向に巻線がボビン３６に巻かれ、第１磁歪材３ａの置かれた領域に磁場を発生させる第１励磁回路（励磁コイル）３１と、回転軸（操舵軸）２１の周方向に巻線がボビン３６に巻かれ、第１磁歪材３ａの透磁率に応じた磁場の強さを電気的に検出する第１検出回路（検出コイル）３２とを有している。なお、第１励磁回路３１と第１検出回路３２とは、巻線を多重巻きされたコイルで別々に設けられているが、一つのコイルで兼用しても良い。

同様に、第２検出手段３８は、回転軸（操舵軸）２１の周方向に巻線がボビン３６に巻かれ、第２磁歪材３ｂの置かれた領域に磁場を発生させる第２励磁回路（励磁コイル）３３と、回転軸（操舵軸）２１の周方向に巻線がボビン３６に巻かれ、第２磁歪材３ｂの透磁率に応じた磁場の強さを電気的に検出する第２検出回路（検出コイル）３４とを有している。なお、第２励磁回路３３と第２検出回路３４とは、巻線を多重巻きされたコイルで別々に設けられているが、一つのコイルで兼用しても良い。

第１励磁回路（励磁コイル）３１の巻線の巻数Ｎ１と、第２励磁回路（励磁コイル）３３の巻線の巻数Ｎ２とは、互いに異なっている（Ｎ１≠Ｎ２）。また、第１検出回路（検出コイル）３２の巻線の巻数Ｎ３と、第２検出回路（検出コイル）３４の巻線の巻数Ｎ４とは、互いに異なっている（Ｎ３≠Ｎ４）。

第１励磁回路（励磁コイル）３１と第２励磁回路（励磁コイル）３３は、それらの巻線の巻数Ｎ１、Ｎ２に応じた強さの磁場を発生させることができる。また、第１検出回路（検出コイル）３２と第２検出回路（検出コイル）３４は、それらの巻線の巻数Ｎ１、Ｎ２に応じて、磁場の強さに対して検出される電気的な量の比を変えることができる。そこで、検出手段３７、３８毎に、励磁コイル３１、３３、又は、検出コイル３２、３４の巻線の巻数Ｎ１、Ｎ２（Ｎ３、Ｎ４）を異ならせることで（Ｎ１≠Ｎ２、Ｎ３≠Ｎ４）、第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂの歪量の変化量が磁歪材内で均一になるように変化した場合に、第１検出回路（検出コイル）３２と第２検出回路（検出コイル）３４は、互いに異なった量の電気的変化を検出することができる。

第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂの歪量の変化量に対して、第１検出手段３７と第２検出手段３８の電気的変化は単調に増減する。そして、第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂとに生じた歪量の変化量が等しくても、これらの第１検出手段３７と第２検出手段３８は、前記巻線の巻数Ｎ１、Ｎ２（Ｎ３、Ｎ４）によって、互いに異なった量の電気的変化を検出することができるので、逆に、曲げモーメントによる異なった歪量の変化量に対しては、その巻数を調整することによって、等しい量の電気的変化を検出することができ、曲げモーメント分をキャンセルすることができる。

なお、歪量の変化量という物理量を、電気的変化の量という物理量に変換することで検出していると考えると、磁歪式トルクセンサ３は、歪量の変化量を電気的変化の量として検出するセンサを２つ有していると考えることができる。これらの歪量の変化量を検出する２つセンサはそれぞれ、１つの検出手段３７、３８と、この検出手段３７、３８と磁気的に結合する磁歪材３ａ、３ｂとで構成されると考えることができる。そして、これら２つのセンサでは、歪量の等しい変化量に対して、互いに、巻線の巻数Ｎ１、Ｎ２（Ｎ３、Ｎ４）を異ならせることで、異なった量の電気的変化を検出するので、いわゆる、検出感度が互いに異なっていると考えることができる。

また、曲げモーメントが、回転軸（操舵軸）２１上の位置によって異なってもよいので、第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂを設ける位置毎に、回転軸（操舵軸）２１の直径を変える必要が無い。そのため、回転軸（操舵軸）２１の製造コストを抑えることができる。また、第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂも、直径が変わらず一定の曲率の曲面に、物性が均一になるように設ければよいので、第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂを容易に成膜でき、成膜コストも抑えることができる。これらにより、磁歪式トルクセンサ３を、低コストに製造することができる。

運転者がハンドル２を操舵することによって、操舵トルクＴｓが生じ、操舵トルクＴｓは回転軸（操舵軸）２１に伝達される。伝達された操舵トルクＴｓは、磁歪式トルクセンサ３に検出され、検出した信号として、第１検出手段３７から出力ＶＴ１０を出力する。同様に、第２検出手段３８から出力ＶＴ２１を出力する。出力ＶＴ１０、ＶＴ２１は、制御部９に入力される。制御部９は、自動車の車速を検出する車速センサ８から車速信号Ｖを受信する。また、制御部９は、電動機４にモータ電流Ｄを送電すると共に、モータ電流Ｄを計測した電流計測信号Ｄｏと、電動機４の回転子の回転角を計測したモータ回転角信号ａなども受信する。制御部９は、受信した出力ＶＴ１０、ＶＴ２１と、車速信号Ｖ、電流計測信号Ｄｏ、モータ回転角信号ａ等に基づいて、電動機４にモータ電流Ｄを出力する。

電動機４は、モータ電流Ｄにより、操舵トルクＴｓを補助する補助トルクＡ_Ｈを出力し、補助トルクＡ_Ｈは、減速機構５とラックアンドピニオンギア機構１１を経由して、ラック軸６に伝達するとともに直線運動に変換される。なお、運転者が直に発生させた操舵トルクＴｓも、ラックアンドピニオンギア機構１１を経由して、ラック軸６に伝達するとともに直線運動に変換される。

ラック軸６に伝達した操舵トルクＴｓの直線運動と補助トルクＡ_Ｈの直線運動とは合わさって、タイロッド１４を動かし、車輪１０の走行方向を変化させる。操舵トルクＴｓに補助トルクＡ_Ｈが合わさることで、運転者の操舵に必要な操舵トルクＴｓを軽減することができる。そして、ハンドル２を操舵角θだけ回転することにより、車輪１０の走行方向を転舵角αだけ回転させることができる。

例えば、操舵トルクＴｓの値を理解を容易にするために単にＴｓとし、補助トルクＡ_Ｈの値を単にＡ_Ｈとし、補助トルクＡ_Ｈの操舵トルクＴｓに対する補助の比率を表す係数を定数ｋＡとすると、Ａ_Ｈ＝ｋＡ×Ｔｓであり、負荷であるピニオントルクをＴｐとすると、ピニオントルクＴｐは操舵トルクＴｓと補助トルクＡ_Ｈの和（Ｔｐ＝Ｔｓ＋Ａ_Ｈ）であるから、Ｔｓ＝Ｔｐ／（１＋ｋＡ）となる。したがって操舵トルクＴｓは、ピニオントルクＴｐの１／（１＋ｋＡ）、（ｋＡ≧０）となりピニオントルクＴｐより小さくなり、操舵トルクＴｓは軽減されることになる。なお、上記では、理解を容易にするためにｋＡを定数としたが、ｋＡは車速（車速信号Ｖ）の増大に伴って小さくなることが好ましい。このことにより、自動車が高速走行になるに従って車輪１０を路面に対して転舵角αだけ回転させる負荷が減少しても、車輪１０を転舵角αだけ回転させるに要する操舵トルクＴｓを大きくするために、補助トルクＡ_Ｈを小さくして運転者に手応え感を付与することができる。

図２に、電動パワーステアリング装置１における磁歪式トルクセンサ３の周辺の構成図を示す。図２は、図１のＡ−Ａ方向の矢視断面図になっている。制御部９は、インターフェイス部１５を有している。インターフェイス部１５は、変換回路３５と増幅手段ＡＭＰを有している。増幅手段ＡＭＰは、出力ＶＴ１０を増幅する増幅手段ＡＭＰ１と、出力ＶＴ２１を増幅する増幅手段ＡＭＰ２とを有している。変換回路３５は、増幅手段ＡＭＰ１から出力される出力ＶＴ１０と、増幅手段ＡＭＰ２から出力される出力ＶＴ２１との差（ＶＴ１０−ＶＴ２１）を計算して、これにゲインｋを乗じることで、トルク検出信号ＶＴ３を算出する。また、制御部９は、トルク検出信号（出力）ＶＴ３と車速信号Ｖと電流計測信号Ｄｏとモータ回転角信号ａに基づいて、電動機４を回転動作させるモータ電流Ｄを出力するモータ電流制御部１８を有している。なお、制御部９は、出力ＶＴ１０と出力ＶＴ２１の和を計算して（ＶＴ１０＋ＶＴ２１）、この和の値が所定の範囲に入っているかどうかを判定することによる故障診断等を実施している。

ステアリングギアボックス１２は、互いにボルト止めされた中部ハウジング１２Ａ、下部ハウジング１２Ｂ、上部ハウジング１２Ｃで構成されている。回転軸（操舵軸）２１、磁歪式トルクセンサ３、減速機構５、ラックアンドピニオンギア機構１１などは、ステアリングギアボックス１２内に収納されている。回転軸（操舵軸）２１の上端部は、上部ハウジング１２Ｃ上部から外部に突出しており、自在継手１３ａ、１３ｂ（図１参照）を介してハンドル２（図１参照）に連結可能になっている。また、下部ハウジング１２Ｂには、電動機４が取り付けられている。下部ハウジング１２Ｂには、ラック軸６の軸方向のスライドをガイドするラックガイド６ａと、このラックガイド６ａをピニオンギア１１ｂの方向に押圧するバネ６ｂとが設けられている。ラック軸６から回転軸（操舵軸）２１（ピニオンギア１１ｂ）へ、回転軸（操舵軸）２１の軸方向に垂直な力Ｆ１が作用している。また、ウォームギア５ａから回転軸（操舵軸）２１（ウォームホイールギア５ｂ）へ、回転軸（操舵軸）２１の軸方向に垂直な力Ｆ２が作用している。この力Ｆ１とＦ２により、回転軸（操舵軸）２１に、さらには、回転軸（操舵軸）２１上の第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂには、曲げモーメントが生じている。

次に、磁歪式トルクセンサ３の第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂに生じる曲げモーメントについて詳細に検討する。

図３（ａ）に、回転軸（操舵軸）２１に曲げが生じていることの理解を容易にするために、支点、作用点（力点）となる磁歪式トルクセンサ３の構造物を抜粋して示す。回転軸（操舵軸）２１は、軸受け２４、２５、２６によって回転自在に支持されている。軸受け２４、２５、２６は、支点となっている。軸受け２４は、回転軸（操舵軸）２１の上端部に設けられている。軸受け２４と２５とは、第１磁歪材３ａと対向して配置される第１検出手段３７（第１励磁回路３１、第１検出回路３２）と、第２磁歪材３ｂと対向して配置される第２検出手段３８（第２励磁回路３３、第２検出回路３４）を挟むように配置されている。軸受け２５は、減速機構５による力Ｆ２が作用する作用点（力点）と、ラックアンドピニオンギア機構１１による力Ｆ１が作用する作用点（力点）との間に設けられている。力Ｆ２が作用する作用点（力点）は、第２検出手段３８の下側に設けられている。軸受け２６は、回転軸（操舵軸）２１の下端部に設けられ、力Ｆ１が作用する作用点（力点）に対して端部側に設けられている。

そして、電動機４から補助トルクＡ_Ｈが出力されると、減速機構５を介して補助トルクＡ_Ｈは、回転軸（操舵軸）２１に伝達される。このとき、減速機構５においては、ウォームギア５ａとウォームホイールギア５ｂとの噛み合いによって、ウォームギア５ａとウォームホイールギア５ｂの圧力角（例えば約１０度）の影響で、ウォームギア５ａから離れる方向に傾き角（ヘリカルアングル）がついているので、ウォームギア５ａとウォームホイールギア５ｂとには、互いに離れる方向に力Ｆ２が生じる。そして、この力Ｆ２が回転軸（操舵軸）２１に作用する。この力Ｆ２は、補助トルクＡ_Ｈが大きいほど大きくなる。

回転軸（操舵軸）２１に伝達された補助トルクＡ_Ｈは、ラックアンドピニオンギア機構１１を介して、ラック軸６に伝達される。このとき、ラックアンドピニオンギア機構１１においては、ピニオンギア１１ｂとラックギア１１ａとの噛み合いによって、ピニオンギア１１ｂとラックギア１１ａの圧力角（例えば約２０度）の影響で、ラック軸６から離れる方向に傾き角（ヘリカルアングル）がついているので、ピニオンギア１１ｂとラックギア１１ａとには、互いに離れる方向に力Ｆ１が生じる。そして、この力Ｆ１が回転軸（操舵軸）２１に作用する。この力Ｆ１も、補助トルクＡ_Ｈが大きいほど大きくなる。

なお、力Ｆ１と力Ｆ２とを比較すると、力Ｆ１と力Ｆ２の方向は、略平行になっている。力Ｆ１の大きさは、力Ｆ２より大きくなっている（Ｆ１＞Ｆ２）。

図３（ａ）の太線により、この力Ｆ１と力Ｆ２で曲がった回転軸（操舵軸）２１の中心軸の変位を誇張して示す。この太線のように回転軸（操舵軸）２１を曲げようとする曲げモーメントが、この力Ｆ１と力Ｆ２により発生する。回転軸（操舵軸）２１の中心軸の変位は、軸受け２４、２５、２６を節としている。そして、軸受け２５と２６の間では、力Ｆ１がこの間に力点として存在するので、力Ｆ１が作用する側が縮み、反対側が伸びるように、回転軸（操舵軸）２１は変位する。また、軸受け２４と２５の間では、力Ｆ１による回転軸（操舵軸）２１の中心軸の変位が、軸受け２５を不動点として反対方向に振れ、力Ｆ１が作用する側が伸び、反対側が縮むように変位する。ただ、軸受け２４と２５の間には、力Ｆ２が作用している。力Ｆ２は、その方向は力Ｆ１の方向と同じであるが、その大きさは力Ｆ１より小さい。このため、力Ｆ２は、軸受け２４と２５の間では、力Ｆ１による回転軸（操舵軸）２１の中心軸の変位を、小さくするに留まる。これにより、第１検出手段３７（第１励磁回路３１、第１検出回路３２）と対向して配置される第１磁歪材３ａと、第２検出手段３８（第２励磁回路３３、第２検出回路３４）と対向して配置される第２磁歪材３ｂとの位置する回転軸（操舵軸）２１では、曲げモーメントにより曲げられ、回転軸（操舵軸）２１さらには第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂも歪むことになる。

図３（ｂ）に、曲げモーメントの大きさを回転軸（操舵軸）２１に沿った方向の曲げモーメントダイヤグラムＤ３として示した曲げモーメント図（ＢＭＤ：Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｍｏｍｅｎｔ Ｄｉａｇｒａｍ）を示す。この曲げモーメントダイヤグラムＤ３（太線で示す）は、力Ｆ１と力Ｆ２の２つの力が作用していて複雑であるので、力Ｆ２を省いて力Ｆ１を作用させた場合の曲げモーメントダイヤグラムＤ１（破線で示す）と、力Ｆ１を省いて力Ｆ２を作用させた場合の曲げモーメントダイヤグラムＤ２（一点鎖線で示す）とをそれぞれ算出（取得）し、算出した曲げモーメントダイヤグラムＤ１と曲げモーメントダイヤグラムＤ２を足すことで、所望の曲げモーメントダイヤグラムＤ３を取得している（Ｄ３＝Ｄ１＋Ｄ２）。曲げモーメントダイヤグラムＤ３と、曲げモーメントダイヤグラムＤ１を比較すると、曲げモーメントダイヤグラムＤ２の効果、すなわち、力Ｆ２の効果がわかる。すなわち、曲げモーメントダイヤグラムＤ３とＤ１では、軸受け２４から力Ｆ２の作用点まで、曲げモーメントは共に増加してくるが、曲げモーメントダイヤグラムＤ３は、曲げモーメントダイヤグラムＤ１に比べて、軸受け２４から力Ｆ２の作用点までの曲げモーメントの傾き（増加率）が小さくなっている。ただ、小さいながらも傾きは存在しているので、第１検出手段３７（第１励磁回路３１、第１検出回路３２）に対向して位置する第１磁歪材３ａにおける曲げモーメントｂ１は、第２検出手段３８（第２励磁回路３３、第２検出回路３４）に対向して位置する第２磁歪材３ｂにおける曲げモーメントｂ２と異なり（ｂ１≠ｂ２）、曲げモーメントｂ１は、曲げモーメントｂ２より小さくなっている（ｂ１＜ｂ２）。

図４に、第１の実施形態の磁歪式トルクセンサ３における逆磁歪特性の一例を示す。横軸は、入力される操舵トルクＴｓであり、縦軸は、励磁回路３１、３３に交流電圧を印加したときに検出回路３２、３４によって検出されるインピーダンスあるいは誘導電圧を示している。

曲線Ｃ１は、第１励磁回路３１に交流電圧を印加したときに第１検出回路３２によって検出されるインピーダンスあるいは誘導電圧を示している。曲線Ｃ１では、操舵トルクが負から正になるにつれてインピーダンスあるいは誘導電圧は増加し、操舵トルクが正の値Ｔ１となったときインピーダンスあるいは誘導電圧はピーク値Ｐ１をとり、操舵トルクがＴ１以上では減少する。操舵トルクＴｓの検出上限Ｒと検出下限−Ｒの間の検出範囲では、曲線Ｃ１は、傾きが略一定で正の右肩上がりの直線状になっている。

曲線Ｃ２は、従来の第２励磁回路３３と第２検出回路３４の巻線の巻数Ｎ２が第１励磁回路３１と第１検出回路３２の巻線の巻数Ｎ１に等しい場合に、第２励磁回路３３に交流電圧を印加したときに第２検出回路３４によって検出されるインピーダンスあるいは誘導電圧を示している。曲線Ｃ２では、操舵トルクが正から負になるにつれてインピーダンスあるいは誘導電圧は増加し、操舵トルクが負の値−Ｔ１のときインピーダンスあるいは誘導電圧はピーク値Ｐ２をとり、さらに操舵トルクを負の方向に増加すると減少する。なお、負の値−Ｔ１の絶対値は、正の値Ｔ１に略等しくなっている。また、ピーク値Ｐ２は、ピーク値Ｐ１に略等しくなっている。操舵トルクＴｓの検出上限Ｒと検出下限−Ｒの間の検出範囲では、曲線Ｃ２は、傾きが略一定で負の右肩下がりの直線状になっている。この曲線Ｃ２の傾きの絶対値は、曲線Ｃ１の検出範囲内での正の傾きに略等しくなっている。曲線Ｃ１とＣ２は、操舵トルクＴｓが０（ゼロ）のときに、略等しくなる。曲線Ｃ１とＣ２は、縦軸を対称線として略線対称になっている。これより、検出範囲において、曲線Ｃ１のインピーダンスあるいは誘導電圧から、曲線Ｃ２のインピーダンスあるいは誘導電圧を引くと、直線Ｌが得られる。直線Ｌは、原点（操舵トルクＴｓが０（ゼロ）のとき、インピーダンスあるいは誘導電圧も０（ゼロ）になる）を通り、傾きは、曲線Ｃ１の検出範囲内での正の傾きの２倍になる。この直線Ｌの関係を利用して磁歪式トルクセンサ３は操舵トルクを高感度に検出する。

第１の実施形態では、第２励磁回路３３の巻線の巻数Ｎ２が、第１励磁回路３１の巻線の巻数Ｎ１とは異なり少なくなり（Ｎ２＜Ｎ１）、又は／及び、第２検出回路３４の巻線の巻数Ｎ４が、第１検出回路３２の巻線の巻数Ｎ３とは異なり少なくなっている（Ｎ４＜Ｎ３）ので、曲線Ｃ２０（破線）に示すように、第２励磁回路３３に交流電圧を印加したときに第２検出回路３４によって検出されるインピーダンスあるいは誘導電圧は、補正分だけ曲線Ｃ２より低くなり、傾きが曲線Ｃ２より小さくなだらかになっている。この補正分は、曲げモーメントｂ１とｂ２（図３参照）の差分（ｂ２−ｂ１）に対応している。

なお、第１の実施形態では、第１検出手段３７側の検出感度に対して、第２検出手段３８側の検出感度を小さくさせて、第２検出手段３８側の傾きを、曲線Ｃ２の傾きから曲線Ｃ２０の傾きへのように、小さくさせた。しかし、これに限定されることはない。すなわち、第１検出手段３７側の検出感度を、第２検出手段３８側の検出感度よりも大きくして、第１検出手段３７側の傾きを、曲線Ｃ１の傾きからさらに大きくして、曲げモーメントｂ１、ｂ２の差の影響をキャンセルしても良い。後記する他の実施形態でも同様である。

なお、逆磁歪特性（磁気異方性）を与えるには、例えば、次の方法を実施すれば良い。まず、回転軸（操舵軸）２１に磁歪材３０（第１磁歪材（領域）３ａ、第２磁歪材（領域）３ｂ）を４０μｍの厚さでメッキ処理する。次に、第１磁歪材（領域）３ａと第２磁歪材（領域）３ｂの中間を回転しないように支持して、第１磁歪材（領域）３ａと第２磁歪材（領域）の外側の回転軸（操舵軸）２１を、同じ回転方向に捩じり、捩じりトルクを２ｋｇｍ作用させたまま、１５０〜５５０℃にて１０分から２０時間熱処理する。

図５に、第１の実施形態の磁歪式トルクセンサ３において、入力される操舵トルクＴｓに対するトルク検出電圧（出力）ＶＴ１０、ＶＴ２１（図１、図２参照）のグラフである。図５の横軸の操舵トルクＴｓの範囲は、図４の操舵トルクＴｓの検出上限Ｒと検出下限−Ｒの間の検出範囲に対応している。また、図５の縦軸のトルク検出電圧（出力）という物理量は、図４の縦軸のインピーダンスまたは誘導電圧という物理量に対して、相関関係（比例関係）を有している。

具体的には、図４の検出範囲の曲線Ｃ１は、図５のトルク検出電圧（出力）ＶＴ１に対応している。図４の検出範囲の曲線Ｃ２は、図５のトルク検出電圧（出力）ＶＴ２に対応している。

トルク検出電圧（出力）ＶＴ１は、第１検出手段３７から出力され、第１検出手段３７では、図３（ａ）と（ｂ）に示すように、曲げモーメントｂ１が生じるので、実際には、第１検出手段３７からは、トルク検出電圧（出力）ＶＴ１に、曲げモーメントｂ１分が上乗せされたトルク検出電圧（出力）ＶＴ１０が出力される。

トルク検出電圧（出力）ＶＴ２は、第２検出手段３８から出力され、第２検出手段３８では、図３（ａ）と（ｂ）に示すように、曲げモーメントｂ２が生じるので、第２検出手段３８からは、トルク検出電圧（出力）ＶＴ２に、曲げモーメントｂ２分が上乗せされたトルク検出電圧（出力）ＶＴ２０が出力されることになるが、第１の実施形態では、トルク検出電圧（出力）ＶＴ２０から、補正分として曲げモーメントｂ１とｂ２の差分（ｂ２−ｂ１）を差し引いたトルク検出電圧（出力）ＶＴ２１が出力される。

曲げモーメントｂ１とｂ２が発生していないとした理想的な場合には、トルク検出電圧（出力）ＶＴ３は、トルク検出電圧（出力）ＶＴ１からトルク検出電圧（出力）ＶＴ２を引いて求められる。トルク検出電圧（出力）ＶＴ１とＶＴ２は、傾きの正負が異なり傾きの絶対値が等しく、操舵トルク０（ゼロ）において等しいので、トルク検出電圧（出力）ＶＴ３は、原点を通り、傾きがトルク検出電圧（出力）ＶＴ１の傾きの２倍になる。これにより、操舵トルクを高感度に検出することができる。

次に、曲げモーメントｂ１とｂ２が発生しているが、補正はしていない従来の場合には、トルク検出電圧（出力）ＶＴ１０からトルク検出電圧（出力）ＶＴ２０を引いたトルク検出電圧（出力）ＶＴ３０によって、操舵トルクが検出されることになる。曲げモーメントｂ１とｂ２は、大きさが異なり、曲げモーメントｂ１より、曲げモーメントｂ２の方が大きいので（ｂ１＜ｂ２）、曲げモーメント分をキャンセルできずに、操舵トルクＴｓが正の領域においてトルク検出電圧が０（ゼロ）となり、運転者に違和感を与えてしまう。

そこで、第１の実施形態では、トルク検出電圧（出力）ＶＴ２０から、補正分として曲げモーメントｂ１とｂ２の差分（ｂ２−ｂ１）を差し引いたトルク検出電圧（出力）ＶＴ２１を出力させる。これは、第１検出手段３７側の検出感度に対して、第２検出手段３８側の検出感度を、異ならせて、小さくすることに相当する。トルク検出電圧（出力）ＶＴ２１とＶＴ１０は、傾きの正負が異なり傾きの絶対値が等しく、操舵トルク０（ゼロ）において等しいので、トルク検出電圧（出力）ＶＴ１０からＶＴ２１を引いたトルク検出電圧（出力）ＶＴ３は、前記した理想的な場合に一致し、原点を通り、傾きがトルク検出電圧（出力）ＶＴ１の傾きの２倍になる。これにより、曲げモーメントはキャンセルでき、操舵トルクを高感度に検出することができる。なお、実際には、変換回路３５（図２参照）において、ＶＴｌ０からＶＴ２１を減算し、この減算値に係数ｋを積算することによってＶＴ３を算出（ＶＴ３＝ｋ・（ＶＴｌ０−ＶＴ２１））している。さらに、ＶＴ３は、操舵トルクＴｓが０（ゼロ）のときに、２．５Ｖを出力するようにシフトされている。また、補正分の具体的な補正量は、曲げモーメントの比（ｂ１／ｂ２）の逆数に、巻線の巻数の比（Ｎ１／Ｎ２、Ｎ３／Ｎ４）が等しくなるように調整することで設定することができる。

（第２の実施形態）
図６（ａ）に、本発明の第２の実施形態に係る電動パワーステアリング装置における磁歪式トルクセンサ３の周辺の構成図を示し、図６（ｂ）に、図６（ａ）の一点破線の丸枠内の拡大図を示す。第２の実施形態の磁歪式トルクセンサ３が、第１の実施形態の磁歪式トルクセンサ３と異なる点は、巻線の巻数Ｎ１、Ｎ２を等しくした一方で（Ｎ１＝Ｎ２）、磁歪材３０と検出手段３７、３８の間に設けるエアギャップＡ１、Ａ２の大きさが互いに異なり（Ａ１≠Ａ２）、ボビン３６が段付きになっている点である。具体的には、第１磁歪材３ａと第１検出手段３７の間に設けられるエアギャップＡ１は、第２磁歪材３ｂと第２検出手段３８の間に設けられるエアギャップＡ２より小さくなっている（Ａ１＜Ａ２）。これによっても、第１の実施形態と同様に、第１検出手段３７側の検出感度に対して、第２検出手段３８側の検出感度を、異ならせて、小さくすることができるので、第１の実施形態と同様に、曲げモーメントをキャンセルすることができる。そして、回転軸（操舵軸）２１の回転モーメントを高精度に検出することができ、操舵フィーリングを向上させることができる。

（第３の実施形態）
図７（ａ）に、本発明の第３の実施形態に係る電動パワーステアリング装置における磁歪式トルクセンサ３の周辺の構成図を示し、図７（ｂ）に、図７（ａ）の一点破線の丸枠内の拡大図を示す。第３の実施形態の磁歪式トルクセンサ３が、第１の実施形態の磁歪式トルクセンサ３と異なる点は、巻線の巻数Ｎ１、Ｎ２（Ｎ３、Ｎ４）を等しくした一方で（Ｎ１＝Ｎ２、Ｎ３＝Ｎ４）、検出手段３７、３８の回転軸（操舵軸）２１の周方向にボビン３６に巻かれた巻線の束の回転軸（操舵軸）２１の軸方向の幅Ｗ１、Ｗ２が互いに異なっている（Ｗ１≠Ｗ２）点である。具体的には、第１検出手段３７の巻線の束の幅Ｗ１は、第２検出手段３８の巻線の束の幅Ｗ２より広くなっている（Ｗ１＞Ｗ２）。これによっても、第１の実施形態と同様に、第１検出手段３７側の検出感度に対して、第２検出手段３８側の検出感度を、異ならせて、小さくすることができるので、第１の実施形態と同様に、曲げモーメントをキャンセルすることができる。そして、回転軸（操舵軸）２１の回転モーメントを高精度に検出することができ、操舵フィーリングを向上させることができる。なお、幅Ｗ１、Ｗ２は、ボビン３６に巻線を巻きつけるための溝の幅に一致し、この溝幅を調整することで、幅Ｗ１、Ｗ２を変更することができる。

（第４の実施形態）
図８（ａ）に、本発明の第４の実施形態に係る電動パワーステアリング装置における磁歪式トルクセンサ３の周辺の構成図を示し、図８（ｂ）に、図８（ａ）の一点破線の丸枠内の拡大図を示す。第４の実施形態の磁歪式トルクセンサ３が、第１の実施形態の磁歪式トルクセンサ３と異なる点は、巻線の巻数Ｎ１、Ｎ２（Ｎ３、Ｎ４）を等しくした一方で（Ｎ１＝Ｎ２、Ｎ３＝Ｎ４）、検出手段３７、３８に対向するように分割された第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂの幅Ｍ１、Ｍ２が互いに異なっている（Ｍ１≠Ｍ２）点である。具体的には、第１磁歪材３ａの幅Ｍ１は、第２磁歪材３ｂの幅Ｍ２より広くなっている（Ｍ１＞Ｍ２）。これによっても、第１の実施形態と同様に、第１検出手段３７側の検出感度に対して、第２検出手段３８側の検出感度を、異ならせて、小さくすることができるので、第１の実施形態と同様に、曲げモーメントをキャンセルすることができる。そして、回転軸（操舵軸）２１の回転モーメントを高精度に検出することができ、操舵フィーリングを向上させることができる。

（第５の実施形態）
図９に、第５の実施形態の磁歪式トルクセンサ３において、入力される操舵トルクＴｓに対するインピーダンス又は誘導電圧のグラフを示す。第５の実施形態の磁歪式トルクセンサ３が、第１の実施形態の磁歪式トルクセンサ３と異なる点は、巻線の巻数Ｎ１、Ｎ２（Ｎ３、Ｎ４）を等しくした一方で（Ｎ１＝Ｎ２、Ｎ３＝Ｎ４）、検出手段３７、３８に対向する第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂでは、予め、互いに異なった歪量が歪ませられている（プリトルクが異なっている）点である。具体的には、第１磁歪材３ａに起因する曲線Ｃ１のピーク値Ｐ１は、操舵トルクＴ１で得られる。そして、従来であれば、第２磁歪材３ｂに起因する曲線は、曲線Ｃ２に示すように、ピーク値Ｐ２が、操舵トルクＴ１と正負が反対で絶対値が等しい操舵トルク−Ｔ１で得られるところ、第５の実施形態では、第２磁歪材３ｂに起因する曲線は、曲線Ｃ２０に示すように、ピーク値Ｐ２が、操舵トルクＴ１と正負が反対で絶対値がさらに大きい操舵トルク−Ｔ２で得られる（Ｔ２＞Ｔ１）。第１磁歪材３ａにおける予め歪ませた歪量に対して、第２磁歪材３ｂにおける予め歪ませた歪量は、向きが逆で、大きさが大きくなっている。第５の実施形態の第２磁歪材３ｂに起因する曲線Ｃ２０は、従来の曲線Ｃ２に比べ、操舵トルクＴｓの負方向にシフトした形状になっている。

磁歪材は、歪量に応じて透磁率が変化するが、歪量の全域にわたり一定の傾きで変化するわけではないので、予め歪ませて歪量をオフセットしておけば、歪量の変化量に対して、検出手段が検出する電気的変化の量（検出感度）を変えることができる。具体的には、第２磁歪材３ｂのプリトルクを大きくして、検出領域（−ＲとＲの間）における曲線Ｃ２０の傾きΔＣ２０の絶対値を、検出領域における曲線Ｃ２（Ｃ１）の傾きΔＣ２（ΔＣ１）の絶対値より小さくし、検出感度を小さくさせた。これによっても、第１の実施形態と同様に、第１検出手段３７側の検出感度に対して、第２検出手段３８側の検出感度を、異ならせて、小さくすることができるので、第１の実施形態と同様に、曲げモーメントをキャンセルすることができる。そして、回転軸（操舵軸）２１の回転モーメントを高精度に検出することができ、操舵フィーリングを向上させることができる。

（第６の実施形態）
図１０に、第６の実施形態の磁歪式トルクセンサ３において、入力される操舵トルクＴｓに対するインピーダンス又は誘導電圧のグラフを示す。第６の実施形態の磁歪式トルクセンサ３が、第１の実施形態の磁歪式トルクセンサ３と異なる点は、巻線の巻数Ｎ１、Ｎ２（Ｎ３、Ｎ４）を等しくした一方で（Ｎ１＝Ｎ２、Ｎ３＝Ｎ４）、検出手段３７、３８に対向する第１磁歪材３ａと第２磁歪材３ｂでは、鉄の組成比を互いに異ならせている点である。具体的には、第２磁歪材３ｂの鉄の組成比を、第１磁歪材３ａの鉄の組成比より小さくして、曲線Ｃ２に替えて曲線Ｃ２１を発生させた。検出領域（−ＲとＲの間）における曲線Ｃ２１の傾きΔＣ２１の絶対値を、検出領域における曲線Ｃ２（Ｃ１）の傾きΔＣ２（ΔＣ１）の絶対値より小さくし、検出感度を小さくさせた。これによっても、第１の実施形態と同様に、第１検出手段３７側の検出感度に対して、第２検出手段３８側の検出感度を、異ならせて、小さくすることができるので、第１の実施形態と同様に、曲げモーメントをキャンセルすることができる。そして、回転軸（操舵軸）２１の回転モーメントを高精度に検出することができ、操舵フィーリングを向上させることができる。

（第７の実施形態）
図１１に、本発明の第７の実施形態に係る電動パワーステアリング装置における磁歪式トルクセンサ３の周辺の構成図を示す。第７の実施形態の磁歪式トルクセンサ３が、第１の実施形態の磁歪式トルクセンサ３と異なる点は、巻線の巻数Ｎ１、Ｎ２（Ｎ３、Ｎ４）を等しくした一方で（Ｎ１＝Ｎ２、Ｎ３＝Ｎ４）、検出手段３７、３８からトルク検出電圧（出力）ＶＴ１０とＶＴ２０が出力され、そのトルク検出電圧（出力）ＶＴ１０とＶＴ２０が増幅手段ＡＭＰ１、ＡＭＰ２で互いに異なる増幅率Ｋ１、Ｋ２で増幅され（Ｋ１≠Ｋ２）、トルク検出電圧（出力）ＶＴ１０とＶＴ２１を出力する点である。具体的には、第１検出手段３７側の増幅手段ＡＭＰ１の増幅率Ｋ１に対して、第２検出手段３８側の増幅手段ＡＭＰ２の増幅率Ｋ２を小さくした（Ｋ１＞Ｋ２）。これによっても、第１の実施形態と同様に、第１検出手段３７側の検出感度に対して、第２検出手段３８側の検出感度を、異ならせて、小さくすることができるので、第１の実施形態と同様に、曲げモーメントをキャンセルすることができる。そして、回転軸（操舵軸）２１の回転モーメントを高精度に検出することができ、操舵フィーリングを向上させることができる。なお、検出感度が変更できるのであれば、増幅率に限らない。具体的には、検出手段３７、３８の駆動周波数やデューティ、サンプリングタイミングを、回路定数もしくはソフトウェアで変化させることによって、検出感度を変化させてもよい。

（第８の実施形態）
図１２（ａ）に、本発明の第８の実施形態に係る磁歪式トルクセンサ（一端が開放端で、他端が固定端の場合）３の周辺の構成図を示す。第８の実施形態の磁歪式トルクセンサ３が、第１の実施形態の磁歪式トルクセンサ３と異なる点は、軸受け２４が省かれ、回転軸（操舵軸）２１の上端が回転自在に支持されておらず、回転軸（操舵軸）２１の上端が開放端になっている点である。ただ、実際には、回転軸（操舵軸）２１の上端は完全に開放端になっているわけではなく、その上端には、ハンドル２が連結されており、例えば、車庫入れ時の据え切りする場合のようにハンドル２を強<切る場合には、ハンドル２から自在継手１３ａ、１３ｂを介して回転軸（操舵軸）２１の上端に力Ｇが作用する。

そして、力Ｇにより、回転軸（操舵軸）２１を回転させる回転モーメントが発生する。同時に、曲げモーメントも発生し、この曲げモーメントによって、図１２（ｂ）の太い実線で示すように、回転軸（操舵軸）２１の中心軸は曲がる。なお、力Ｆ１とＦ２も回転軸（操舵軸）２１に作用しているのであるが、第８の実施形態では、検出手段３７、３８における曲げモーメントｂ１、ｂ２の大きさに大きく寄与しないので省いている。そして、力Ｇにより、軸受け２５より上では、力Ｇを作用点（力点）として、力Ｇが作用する側が伸び、反対側が縮むように、回転軸（操舵軸）２１は変位する。

図１２（ｃ）に、曲げモーメントｂ１、ｂ２の大きさを回転軸に沿って示した曲げモーメント図を示す。曲げモーメントダイヤグラムでは、力Ｇの作用点から軸受け２５まで、曲げモーメントは増加してくる。このため、第１検出手段３７（第１励磁回路３１、第１検出回路３２）に対向して位置する第１磁歪材３ａにおける曲げモーメントｂ１は、第２検出手段３８（第２励磁回路３３、第２検出回路３４）に対向して位置する第２磁歪材３ｂにおける曲げモーメントｂ２と異なり（ｂ１≠ｂ２）、曲げモーメントｂ１は、曲げモーメントｂ２より小さくなっている（ｂ１＜ｂ２）。この曲げモーメントｂ１、ｂ２の大小関係は、第１の実施形態の回転軸（操舵軸）２１の両端が固定端の場合の大小関係に一致する。このため、第８の実施形態の回転軸（操舵軸）２１の一端が開放端で、他端が固定端の場合でも、第１の実施形態、さらには、第２の実施形態から第７の実施形態を用いることで、曲げモーメントをキャンセルすることができる。そして、回転軸（操舵軸）２１の回転モーメントを高精度に検出することができ、操舵フィーリングを向上させることができる。

１ 電動パワーステアリング装置
２ ハンドル
３ 磁歪式トルクセンサ
３ａ 第１磁歪材（領域）
３ｂ 第２磁歪材（領域）
４ 電動機
５ 減速機構
５ａ ウォームギア
５ｂ ウォームホイールギア
６ ラック軸
８ 車速センサ
９ 制御部
１１ ラックアンドピニオンギア機構
１１ａ ラックギア
１１ｂ ピニオンギア
１５ インターフェイス部
１８ モータ電流制御部
２１ 回転軸（操舵軸）
２４、２５、２６ 軸受け
３０ 磁歪材
３１ 第１励磁回路
３２ 第１検出回路
３３ 第２励磁回路
３４ 第２検出回路
３５ 変換回路
３６ ボビン
３７ 第１検出手段
３８ 第２検出手段

Claims (9)

1. 回転自在に支持された回転軸と、
   前記回転軸の表面に設けられ、前記回転軸に作用する回転トルクの大きさに応じて歪量が変わり透磁率を変化させる磁歪材と、
   前記回転軸の周辺に配置され、前記磁歪材の前記透磁率の変化を電気的変化として検出する少なくとも２つの検出手段とを備えた磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記歪量の変化量が前記磁歪材内で均一になるように変化した場合に、互いに異なった量の前記電気的変化を検出することを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
2. 請求項１に記載の磁歪式トルクセンサを備える電動パワーステアリング装置であって、
   前記回転軸は、操舵軸として使用され、
   前記操舵軸の回転を伝達するラックアンドピニオンギア機構と、
   前記検出手段と前記ラックアンドピニオンギア機構との間に設けられ、前記操舵軸を回転自在に支持する軸受けを備え、
   前記検出手段は、互いに前記回転軸の軸方向にずれて配置され、
   前記歪量が前記磁歪材内で均一に変化した場合に、前記軸受けに近い側の検出手段は、遠い側の検出手段よりも、小さい量の前記電気的変化を検出することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 前記検出手段はそれぞれに、
   前記磁歪材の置かれた領域に磁場を発生させる励磁コイルと、
   前記透磁率に応じた前記磁場の強さを電気的に検出する検出コイルとを有し、
   前記検出手段では互いに、前記励磁コイル、又は、前記検出コイルの巻線の巻数が異なっていることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記検出手段では互いに、前記磁歪材と前記検出手段の間に設けるエアギャップの大きさが異なっていることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記検出手段はそれぞれに、
   前記回転軸の周方向に巻線が巻かれ、前記磁歪材の置かれた領域に磁場を発生させる励磁コイルと、
   前記回転軸の周方向に巻線が巻かれ、前記透磁率に応じた前記磁場の強さを電気的に検出する検出コイルとを有し、
   前記検出手段では互いに、前記励磁コイル、又は、前記検出コイルの、前記巻線の束の前記回転軸の軸方向の幅が異なっていることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記磁歪材は、前記検出手段毎に分割されて、対応する前記検出手段に対向するように前記回転軸の表面に設けられ、
   分割された前記磁歪材では互いに幅が異なっていることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記磁歪材の前記検出手段のそれぞれに対向する領域では、予め、互いに異なった前記歪量が歪ませられ、
   前記歪量の変化量が前記磁歪材内で均一になるように変化した場合に、それぞれの前記領域では、透磁率が互いに異なった量変化することを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記磁歪材の前記検出手段のそれぞれに対向する領域では、鉄の組成比が互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記検出手段はそれぞれ、前記電気的変化を増幅させる増幅手段に接続し、
   前記検出手段毎に前記電気的変化を増幅させる増幅率が異なることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。

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