JP2012163492A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク検出装置における第１軸の軸方向と直交する方向の大きさを低減化できるトルク検出装置を提供する。
【解決手段】入力軸９と出力軸１０とは、トーションバー１１を介して連結されている。トルクセンサ２０は、入力軸９に一体回転可能に連結された第１の磁石４１と、出力軸１０に一体回転可能に連結された第２の磁石４２と、入力軸９の回転角を検出するための第１の磁気センサ４３Ａおよび第２の磁気センサ４３Ｂと、出力軸１０の回転角を検出するための第３の磁気センサ４４Ａおよび第４の磁気センサ４４Ｂとを含んでいる。第１の磁石４１と第２の磁石４２との間に、第１〜第４の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂが配置されている。
【選択図】図４

Description

この発明は、トルク検出装置に関する。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering System）などに使用されるトルク検出装置は、入力軸と出力軸とを連結するトーションバーの捩れ角を検出することにより、入力軸に加えられたトルクを演算する構成となっている。
この種のトルク検出装置として、下記特許文献１に開示されたものが既に提案されている。具体的には、入力軸（第１軸）と出力軸（第２軸）とがトーションバー（連結軸）を介して同軸に連結されている。入力軸には、複数の磁極を有する円筒状の永久磁石が固定されている。出力軸には、前記永久磁石を囲む２つの環状の磁気ヨークが固定されている。各磁気ヨークの周囲には、各磁気ヨークからの磁束をそれぞれ誘導するとともに、誘導した磁束を集めるための集磁部を有する２つの集磁リングが配置されている。また、各集磁部に集められた磁束をそれぞれ検出するための２つの磁束検出器が設けられている。そして、各磁束検出器の出力信号に基づいて、入力軸に加えられたトルクが演算される。

特開2005-265593号公報 特開2005-77305公報

前述したような従来のトルク検出装置では、入力軸に固定された筒状の永久磁石の周囲に、永久磁石を囲む２つの環状の磁気ヨークを配置する必要がある。また、各磁気ヨークの周囲に、集磁リングをそれぞれ配置する必要がある。このため、トルク検出装置における入力軸の軸方向と直交する方向の大きさが大きくなるという問題がある。
この発明の目的は、トルク検出装置における第１軸の軸方向と直交する方向の大きさを低減化できるトルク検出装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、第１軸（９）と第２軸（１０）とを連結する連結軸（１１）を含み、前記連結軸の捩れに起因する前記第１軸と前記第２軸の相対的回転変位量に基づいて、前記第１軸に加えられたトルクを検出するトルク検出装置であって、前記第１軸に一体回転可能に連結された第１の磁石（４１）と、前記第２軸に一体回転可能に連結された第２の磁石（４２）と、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に配置され、前記第１の磁石からの磁束に基づいて、前記第１軸の回転角を検出するための複数の第１軸回転角検出用の磁気センサ（４３Ａ，４３Ｂ）と、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に配置され、前記第２の磁石からの磁束に基づいて、前記第２軸の回転角を検出するための複数の第２軸回転角検出用の磁気センサ（４４Ａ，４４Ｂ）と、を含むトルク検出装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この構成によれば、複数の第１軸回転角検出用の磁気センサの出力信号に基づいて第１軸の回転角（電気角）を検出することができる。一方、複数の第２軸回転角検出用の磁気センサの出力信号に基づいて第２軸の回転角（電気角）を検出することができる。そして、第１軸の回転角と第２軸の回転角とに基づいて、連結軸の捩れ角を演算することができる。これにより、第１軸に加えられたトルクを演算することができる。

また、この構成では、第１の磁石と第２の磁石との間に第１軸回転角検出用の磁気センサが配置されるとともに、第１の磁石と第２の磁石との間に第２軸回転角検出用の磁気センサが配置されているから、トルク検出装置における第１軸の軸方向に直交する方向の大きさを低減できる。
請求項２記載の発明は、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に、前記第１の磁石に対向する第１の面と前記第２の磁石に対向する第２の面とを有するセンサ取付用基板（４７）が配置されており、前記センサ取付用基板における前記第１の面および前記第２の面のいずれか一方の面に、前記第１軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられており、他方の面に、前記第２軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられている、請求項１に記載のトルク検出装置である。

この構成では、センサ取付用基板の一方の面に第１軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられ、他方の面に第２軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられているから、磁気センサを取り付けるための基板が１枚で済む。これにより、コストを低減化することができる。
請求項３記載の発明は、前記センサ取付用基板における前記第１の面に、前記第１軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられており、前記センサ取付用基板における前記第２の面に、前記第２軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられている、請求項２に記載のトルク検出装置である。

この構成では、センサ取付用基板における第１の磁石に対向する第１の面に、第１軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられているので、第１の磁石からの磁束が第１軸回転角検出用の磁気センサによって検知されやすくなる。これにより、第１軸の回転角の検出精度を向上させることかできる。一方、センサ取付用基板における第２の磁石に対向する第２の面に、第２軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられているので、第２の磁石からの磁束が第２軸回転角検出用の磁気センサによって検知されやすくなる。これにより、第２軸の回転角の検出精度を向上させることかできる。

請求項４記載の発明は、前記第１軸回転角検出用の磁気センサと前記第２の磁石との間に、前記第２の磁石から前記第１軸回転角検出用の磁気センサへ向かう磁束を遮断するための第１の磁気遮断部材（４８）が配置されており、前記第２軸回転角検出用の磁気センサと前記第１の磁石との間に、前記第１の磁石から前記第２軸回転角検出用の磁気センサへ向かう磁束を遮断するための第２の磁気遮断部材（４９）が配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のトルク検出装置である。

第１軸回転角検出用の磁気センサは、第１の磁石からの磁束に基づいて第１軸の回転角を検出するものであるから、第２の磁石からの磁束の影響を受けないようにすることが好ましい。同様に、第２軸回転角検出用の磁気センサは、第２の磁石からの磁束に基づいて第２軸の回転角を検出するものであるから、第１の磁石からの磁束の影響を受けないようにすることが好ましい。そこで、第１軸回転角検出用の磁気センサと第２の磁石との間隔を大きくするとともに、第２軸回転角検出用の磁気センサと第１の磁石との間隔を大きくすることが考えられる。しかしながら、そのようにすると、トルク検出装置における入力軸の軸方向の大きさが大きくなってしまう。

前記構成では、第１軸回転角検出用の磁気センサと第２の磁石との間に、第２の磁石から第１軸回転角検出用の磁気センサへ向かう磁束を遮断するための第１の磁気遮断部材が配置されているから、第１軸回転角検出用の磁気センサと第２の磁石との間隔を小さくすることができる。また、第２軸回転角検出用の磁気センサと第１の磁石との間に、第１の磁石から第２軸回転角検出用の磁気センサへ向かう磁束を遮断するための第２の磁気遮断部材が配置されているから、第２軸回転角検出用の磁気センサと第１の磁石との間隔を小さくすることができる。これにより、トルク検出装置における入力軸の軸方向の大きさを小さくすることができる。

この発明の一実施形態に係るトルク検出装置を備えた電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 トルクセンサの一部を示す一部切欠き平面図である。 図２のIII-III線に沿う断面図である。 トルクセンサを示す分解斜視図である。 ステアリングホイールが中立位置にあり、入力軸に操舵トルクが加えられていない状態において、センサ取付用基板側から第１の磁石を見た場合の第１および第２の磁気センサと第１の磁石との位置関係を示す模式図である。 ステアリングホイールが中立位置にあり、入力軸に操舵トルクが加えられていない状態において、センサ取付用基板側から第２の磁石を見た場合の第３および第４の磁気センサと第２の磁石との位置関係を示す模式図である。

以下では、この発明を、電動パワーステアリング装置に適用した場合の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るトルク検出装置を備えた電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された軸８と、軸８に一体回転可能に連結された入力軸（第１軸）９と、中間軸７に連結された出力軸（第２軸）１０とを含む。入力軸９と出力軸１０とは、トーションバー（連結軸）１１を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。
ステアリングシャフト６の周囲には、トルクセンサ２０が設けられている。トルクセンサ２０は、トーションバー１１の捩れに起因する入力軸９および出力軸１０の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２（入力軸９）に加えられたトルク（以下「操舵トルク」という）を検出する。トルクセンサ２０は、後述するように４つの磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ（図４参照）を含んでいる。各磁気センサの出力信号は、マイクロコンピュータを含むＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）１２に入力される。ＥＣＵ１２は、各磁気センサの出力信号に基づいて、操舵トルクを演算する。したがって、トルクセンサ２０とＥＣＵ１２とによってトルク検出装置が構成されている。また、ＥＣＵ１２には、車速センサ２３によって検出される車速が入力される。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、ラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が連結されている。
ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状にのびている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための減速機構１９とを含む。電動モータ１８は、この実施形態では、三相ブラシレスモータからなる。減速機構１９は、ウォーム軸２１と、このウォーム軸２１と噛み合うウォームホイール２２とを含むウォームギア機構からなる。ウォーム軸２１は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２２は、ステアリングシャフト６とは同方向に回転可能に連結されている。

電動モータ１８によってウォーム軸２１が回転駆動されると、ウォームホイール２２が回転駆動され、ステアリングシャフト６が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２１を回転駆動することによって、転舵輪３が転舵されるようになっている。

電動モータ１８は、ＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ２０の出力信号に基づいて演算される操舵トルク、車速センサ２３によって検出される車速等に基いて、電動モータ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２では、操舵トルクと目標アシスト量との関係を車速ごとに記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、電動モータ１８の発生するアシスト力が目標アシスト量に近づくように制御する。

図２は、トルクセンサ２０の一部を示す一部切欠き平面図である。図３は、図２のIII-III線に沿う断面図である。図４は、トルクセンサ２０を示す分解斜視図である。以下の説明において、上とは図３の上側を、下とは図３の下側をそれぞれいうものとする。
図２および図３を参照して、入力軸９と出力軸１０とは、トーションバー１１を介して連結されている。入力軸９および出力軸１０は、車体（図示略）に取り付けられているハウジング３０に支持されている。ハウジング３０は、センサハウジング３１とギヤハウジング３２とによって構成されている。ギヤハウジング３２には、減速機構１９等が収容される。センサハウジング３１には、トルクセンサ２０等が収容される。

減速機構１９は、出力軸１０の軸方向中間部に、一体回転可能に連結されたウォームホイール２２と、このウォームホイール２２に噛み合うウォーム軸２１（図３では図示略）とを備えている。ウォームホイール２２は、出力軸１０に一体回転可能に連結された芯金２２ａと、芯金２２ａの周囲に形成されかつ外周面部に歯が形成された合成樹脂部材２２ｂとを備えている。

出力軸１０は、ウォームホイール２２を挟んで配置される一対の転がり軸受３３，３４を介して、センサハウジング３１およびギヤハウジング３２に回転自在に支持されている。入力軸９は、転がり軸受け３５を介して、センサハウジング３１に回転自在に支持されている。
トーションバー１１は、入力軸９および出力軸１０を貫通している。トーションバー１１の一端１１ａは、入力軸９に一体回転可能に連結されている。トーションバー１１の他端１１ｂは出力軸１０に一体回転可能に連結されている。入力軸９には、ステアリングホイール２が連結されている軸８が、一体回転可能に連結されている。出力軸１０には、中間軸７（図３では図示略）が一体回転可能に連結されている。

図２〜図４を参照して、トルクセンサ２０は、入力軸９に一体回転可能に連結された環状の第１の磁石４１と、出力軸１０に一体回転可能に連結されかつ第１の磁石４１に対向する環状の第２の磁石４２と、両磁石４１，４２の間に配置されかつ入力軸９の回転角（電気角）を検出するための第１の磁気センサ４３Ａおよび第２の磁気センサ４３Ｂと、両磁石４１，４２の間に配置されかつ出力軸１０の回転角（電気角）を検出するための第３の磁気センサ４４Ａおよび第４の磁気センサ４４Ｂとを含んでいる。この実施形態では、各磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂとしては、ホール素子が用いられている。

入力軸９の外周面には、短筒状の第１の磁石固定金具４５が嵌め合わされた状態で固定されている。出力軸１０には、短筒状の第２の磁石固定金具４６が嵌め合わされた状態で固定されている。第１の磁石固定金具４５と第２の磁石固定金具４６とは、入力軸９の軸方向において、比較的短い間隔をおいて対向して配置されている。
第１の磁石固定金具４５における第２の磁石固定金具４６と対向する環状端面の外周縁部には、環状の切除部４５ａが形成されている。第２の磁石固定金具４６における第１の磁石固定金具４５と対向する環状端面の外周縁部には、環状の切除部４６ａが形成されている。

第１の磁石４１および第２の磁石４２は、同形同大の環状であり、その周方向に等間隔で１０個の磁極(５組の磁極対)が着磁されている。第１の磁石４１は、第１の磁石固定金具４５の環状の切除部４５ａに嵌め込まれた状態で、第１の磁石固定金具４５に固定されている。第２の磁石４２は、第２の磁石固定金具４６の環状の切除部４６ａに嵌め込まれた状態で、第２の磁石固定金具４６に固定されている。

第１の磁石４１と第２の磁石４２との間には、センサ取付用基板４７が配置されている。また、センサ取付用基板４７と第２の磁石４２との間には、第１の磁気遮断部材４８が配置され、センサ取付用基板４７と第１の磁石４１との間には、第２の磁気遮断部材４９が配置されている。
センサ取付用基板４７は、入力軸９の軸方向から見て略矩形であり、その下部に入力軸９を通すための略半円形の切欠部４７ａが形成されている。センサ取付用基板４７における第１の磁石４１に対向する第１の面に、第１の磁気センサ４３Ａおよび第２の磁気センサ４３Ｂが取り付けられている。センサ取付用基板４７における第２の磁石４２に対向する第２の面に、第３の磁気センサ４４Ａおよび第４の磁気センサ４４Ｂが取り付けられている。つまり、第１〜第４の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂは、第１の磁石４１と第２の磁石４２との間（第１の磁石４１と第２の磁石４２とによって挟まれた空間内）に配置されている。

第１の磁石４１側から第２の磁石４２を見た場合、第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂはセンサ取付用基板４７の幅中央より右側に配置され、第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂはセンサ取付用基板４７の幅中央より左側に配置されている。具体的には、第１の磁石４１側から第２の磁石４２を見た場合、センサ取付用基板４７の幅中央を通る上下方向に延びる仮想線に対して、第１の磁気センサ４３Ａと第３の磁気センサ４４Ａとは左右対称に配置され、第２の磁気センサ４３Ｂと第４の磁気センサ４４Ｂとは左右対称に配置されている。

センサ取付用基板４７側から第１の磁石４１を見た場合には、図５に示すように、第１の磁気センサ４３Ａおよび第２の磁気センサ４３Ｂは、第１の磁石４１における左上部分に対向する位置に、互いに電気角で９０度の角度間隔をおいて配置されている。一方、センサ取付用基板４７側から第２の磁石４２を見た場合には、図６に示すように、第３の磁気センサ４４Ａおよび第４の磁気センサ４４Ｂは、第２の磁石４２における左上部分に対向する位置に、互いに電気角で９０度の角度間隔をおいて配置されている。

第１の磁気遮断部材４８は、第２の磁石４２から第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂに向かう磁束を遮断するものである。第１の磁気遮断部材４８は、第１の磁石４１側から第２の磁石４２を見た場合、センサ取付用基板４７の右半分の形状からその左上部分を切除した形状である。
第２の磁気遮断部材４９は、第１の磁石４１から第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂに向かう磁束を遮断するものである。第２の磁気遮断部材４９は、第１の磁石４１側から第２の磁石を見た場合、センサ取付用基板４７の左半分の形状からその右上部分を切除した形状である。

第１の磁気遮断部材４８は、ボルト５１，５２、ナット５３等によってセンサ取付用基板４７に取り付けられている。また、第２の磁気遮断部材４９は、ボルト５４，５５、ナット５６等によってセンサ取付用基板４７に取り付けられている。センサ取付用基板４７、第１の磁気遮断部材４８および第２の磁気遮断部材４９は、ボルト５１，５４によって、センサハウジング３１に支持されている基板固定金具５０に取り付けられている。

トルクセンサ２０およびＥＣＵ１２による操舵トルクの検出方法について説明する。
図５は、ステアリングホイール２が中立位置にあり、ステアリングホイール２に操舵トルクが加えられていない状態において、センサ取付用基板４７側から第１の磁石４１を見た場合の第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂと第１の磁石４１との位置関係を示す模式図である。図６は、ステアリングホイール２が中立位置にあり、ステアリングホイール２に操舵トルクが加えられていない状態において、センサ取付用基板４７側から第２の磁石４２を見た場合の第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂと第２の磁石４２との位置関係を示す模式図である。

この実施形態では、ステアリングホイール２が中立位置にあり、ステアリングホイール２に操舵トルクが加えられていない状態においては、第１の磁石４１のＮ極の磁極と第２の磁石４２のＮ極の磁極とが対向するように、第１の磁石４１および第２の磁石４２はそれぞれ入力軸９および出力軸１０に固定されている。したがって、トーションバー１１に捩れが生じていない状態においては、第１の磁石４１のＮ極の磁極と第２の磁石４１のＮ極の磁極とは互いに対向している。

ステアリングホイール２側から見て入力軸９が時計方向に回転すると、それに伴って第１の磁石４１および第２磁石４２も時計方向に回転する。この場合、第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ側から第１の磁石４１を見ると、図５に矢印Ａで示す方向（反時計方向）に第１の磁石４１が回転する。一方、第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂ側から第２の磁石４２を見ると、図６に矢印Ａで示す方向（時計方向）に第２の磁石４２が回転する。そこで、図５および図６に矢印Ａで示す方向を正方向とし、各磁石４１，４２が正方向に回転されると、各磁石４１，４２の回転角が大きくなり、各磁石４１，４２が逆方向に回転されると、各磁石４１，４２の回転角が小さくなるものとする。

第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂは、第１の磁気遮断部材４８によって第２の磁石４２からの磁束の影響を受けないため、第１の磁石４１からの磁束の影響のみを受ける。第１の磁石４１が回転されると、第１の磁石４１の各磁極から発生する磁束によって、第１の磁気センサ４３Ａおよび第２の磁気センサ４３Ｂからは、互いに位相が９０度ずれた正弦波信号が出力される。ここでは、第１の磁石４１の回転角（電気角）をθ１とすると、第１の磁気センサ４３ＡからはＶ１＝sinθ１で表される第１の出力信号Ｖ１が出力され、第２の磁気センサ４３ＢからはＶ２＝cosθ１で表される第２の出力信号Ｖ２が出力されるものとする。第１の磁石４１の回転角（電気角）θ１は、次式(1)で表される。

θ１＝tan^−１（Ｖ１／Ｖ２） …(1)
なお、ステアリングホイール２が中立位置にあり、ステアリングホイール２に操舵トルクが加えられていない状態において、第１および第２の出力信号Ｖ１，Ｖ２から演算される第１の磁石４１の回転角（電気角）を第１の基準電気角θ１ｏとする。第１の基準電気角θ１ｏは、ＥＣＵ１２内の不揮発性メモリに記憶されている。

第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂは、第２の磁気遮断部材４９によって第１の磁石４１からの磁束の影響を受けないため、第２の磁石４２からの磁束の影響のみを受ける。第２の磁石４２が回転されると、第２の磁石４２の各磁極から発生する磁束によって、第３の磁気センサ４４Ａおよび第４の磁気センサ４４Ｂからは、互いに位相が９０度ずれた正弦波信号が出力される。ここでは、第２の磁石４２の回転角（電気角）をθ２とすると、第３の磁気センサ４４ＡからはＶ３＝sinθ２で表される第３の出力信号Ｖ３が出力され、第４の磁気センサ４４ＢからはＶ４＝cosθ２で表される第４の出力信号Ｖ４が出力されるものとする。

第２の磁石４２の回転角（電気角）θ２は、次式(2)で表される。
θ２＝tan^−１（Ｖ３／Ｖ４） …(2)
なお、ステアリングホイール２が中立位置にあり、ステアリングホイール２に操舵トルクが加えられていない状態において、第３および第４の出力信号Ｖ３，Ｖ４から演算される第２の磁石４２の回転角（電気角）を第２の基準電気角θ２ｏとする。第２の基準電気角θ２ｏは、ＥＣＵ１２内の不揮発性メモリに記憶されている。

ＥＣＵ１２は、第１および第２の出力信号Ｖ１，Ｖ２から第１の磁石４１の回転角（電気角）θ１を演算し、得られた回転角（電気角）θ１から第１の基準電気角θ１ｏを減算することにより、第１の電気角偏差Δθ１（＝θ１−θ１ｏ）を演算する。第１の電気角偏差Δθ１は、中立位置での入力軸９の回転角（電気角）を基準（０°）とした場合の入力軸９の回転角（電気角）となる。

また、ＥＣＵ１２は、第３および第４の出力信号Ｖ３，Ｖ４から第２の磁石４２の回転角（電気角）θ２を演算し、得られた回転角（電気角）θ２から第２の基準電気角θ２ｏを減算することにより、第２の電気角偏差Δθ２（＝θ２−θ２ｏ）を演算する。第２の電気角偏差Δθ２は、中立位置での出力軸１０の回転角（電気角）を基準（０°）とした場合の出力軸１０の電気角となる。

入力軸９に操舵トルクが与えられていないときには、トーションバー１１に捩れが発生しないため、入力軸９の中立位置からの回転角と、出力軸１０の中立位置からの回転角とは等しい。したがって、この場合には、第１の電気角偏差Δθ１と第２の電気角偏差Δθ２とは等しくなる。
一方、入力軸９に操舵トルクが与えられたときには、トーションバー１１に捩れが発生するため、入力軸９の中立位置からの回転角と出力軸１０の中立位置からの回転角との間に、トーションバー１１に捩れ角γに応じた角度差が生じる。トーションバー１１の捩れ角γ［deg］の最大値の絶対値は、前記電気角の３６０°に相当する機械角７２［deg］より小さい。したがって、この場合には、第１の電気角偏差Δθ１と第２の電気角偏差Δθ２との間に、トーションバー１１に捩れ角γに応じた角度差が生じる。

そこで、ＥＣＵ１２は、第１の電気角偏差Δθ１から第２の電気角偏差Δθ２を減算し、その減算結果からトーションバー１１の捩れ角γを演算する。具体的には、ＥＣＵ１２は、次式(3)に基づいて、捩れ角（機械角）γを演算する。
γ＝（Δθ１−Δθ２）／５…(3)
前記式(3)における「５」は、各磁石４１，４２に設けられた磁極対の数である。

最後に、ＥＣＵ１２は、捩れ角γに、トーションバー１１のばね定数Ｋを乗算することにより、操舵トルクＴを演算する。つまり、ＥＣＵ１２は、次式(4)に基づいて、操舵トルクＴを演算する。
Ｔ＝γ×Ｋ
＝｛（Δθ１−Δθ２)／５）×Ｋ …(4)
ＥＣＵ１２は、上記のような演算を所定の演算周期毎に行なうことにより、演算周期毎に操舵トルクＴを演算する。

前記実施形態では、入力軸９に一体回転可能に連結された第１の磁石４１と出力軸１０に一体回転可能に連結された第２の磁石４２との間に、第１〜第４の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂが配置されている。したがって、トルクセンサ１１における入力軸９の軸方向に直交する方向の大きさを小さくすることができる。
また、第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂは、第１の磁石４１からの磁束に基づいて入力軸９の回転角を検出するものであるから、第２の磁石４２からの磁束の影響を受けないようにすることが好ましい。同様に、第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂは、第２の磁石４２からの磁束に基づいて出力軸１０の回転角を検出するものであるから、第１の磁石４１からの磁束の影響を受けないようにすることが好ましい。そこで、第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂと第２の磁石４２との間隔を大きくするとともに、第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂと第１の磁石４１との間隔を大きくすることが考えられる。しかしながら、そのようにすると、トルクセンサ１１における入力軸９の軸方向の大きさが大きくなってしまう。

前記実施形態では、第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂと第２の磁石４２との間に、第２の磁石４２からこれらの磁気センサ４３Ａ，４３Ｂに向かう磁束を遮断するための第１の磁気遮断部材４８が配置されている。これにより、第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂと第２の磁石４２との間隔を小さくすることができる。また、第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂと第１の磁石４１との間に、第１の磁石４１からこれらの磁気センサ４４Ａ，４４Ｂに向かう磁束を遮断するための第２の磁気遮断部材４９が配置されている。これにより、第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂと第１の磁石４１との間隔を小さくすることができる。したがって、トルクセンサ１１における入力軸９の軸方向の大きさを小さくすることができる。

また、前記実施形態では、センサ取付用基板４７の一方の面（第１の面）に、入力軸９の回転角を検出するための第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂが取り付けられており、他方の面（第１の面）に出力軸１０の回転角を検出するための第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂが取り付けられている。これにより、磁気センサを取り付けるための基板が１枚で済むため、コストを低減化することができる。

トーションバー１１に捩れが発生していないときにおいて、第１および第２の磁気センサ４３Ａ，４３Ｂによって演算される第１の磁石４１の電気角θ１と、第３および第４の磁気センサ４４Ａ，４４Ｂによって演算される第２の磁石４２の電気角θ２とが等しくなるように、各磁石４１，４２および各磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂを組み付けるようにしてもよい。この場合には、トーションバー１１の捩れ角γは、γ＝（θ１−θ２）／５に基づいて演算することができる。つまり、この場合には、第１の基準電気角θ１ｏおよび第２の基準電気角θ１ｏ基準電気角θ２ｏは不要となる。

前記実施形態では、磁気センサ４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂとして、ホール素子が用いられているが、磁界の作用により電気的特性が変化する特性を有する素子であれば、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等のホール素子以外の素子を用いてもよい。
この発明は、電動パワーステアリング装置以外の他の装置にも適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

９…入力軸（第１軸）、１０…出力軸（第２軸）、１１…トーションバー、４１…第１の磁石、４２…第２の磁石、４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ…磁気センサ、４７…センサ取付用基板、４８，４９…磁気遮断部材、１２…ＥＣＵ

Claims (4)

1. 第１軸と第２軸とを連結する連結軸を含み、前記連結軸の捩れに起因する前記第１軸と前記第２軸の相対的回転変位量に基づいて、前記第１軸に加えられたトルクを検出するトルク検出装置であって、
   前記第１軸に一体回転可能に連結された第１の磁石と、
   前記第２軸に一体回転可能に連結された第２の磁石と、
   前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に配置され、前記第１の磁石からの磁束に基づいて、前記第１軸の回転角を検出するための複数の第１軸回転角検出用の磁気センサと、
   前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に配置され、前記第２の磁石からの磁束に基づいて、前記第２軸の回転角を検出するための複数の第２軸回転角検出用の磁気センサと、
   を含むトルク検出装置。
2. 前記第１の磁石と前記第２の磁石との間に、前記第１の磁石に対向する第１の面と前記第２の磁石に対向する第２の面とを有するセンサ取付用基板が配置されており、
   前記センサ取付用基板における前記第１の面および前記第２の面のいずれか一方の面に、前記第１軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられており、他方の面に、前記第２軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられている、請求項１に記載のトルク検出装置である。
3. 前記センサ取付用基板における前記第１の面に、前記第１軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられており、
   前記センサ取付用基板における前記第２の面に、前記第２軸回転角検出用の磁気センサが取り付けられている、請求項２に記載のトルク検出装置。
4. 前記第１軸回転角検出用の磁気センサと前記第２の磁石との間に、前記第２の磁石から前記第１軸回転角検出用の磁気センサへ向かう磁束を遮断するための第１の磁気遮断部材が配置されており、前記第２軸回転角検出用の磁気センサと前記第１の磁石との間に、前記第１の磁石から前記第２軸回転角検出用の磁気センサへ向かう磁束を遮断するための第２の磁気遮断部材が配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のトルク検出装置。

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