JP2013053954A

JP2013053954A - 磁歪式トルクセンサ

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Publication number: JP2013053954A
Application number: JP2011192975A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Wakaguwa; 幸尋若桑; Yasuo Shimizu; 康夫清水; Atsuhiko Yoneda; 篤彦米田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2031-09-05
Also published as: JP5597608B2

Abstract

【課題】外部磁界ノイズを効率的に打ち消し可能な磁歪式トルクセンサを提供する。
【解決手段】磁歪式トルクセンサ４１は、磁歪膜８１，８２等の磁歪部を有する回転軸２４と、磁歪膜８１，８２の透磁率等の磁気特性の変化を検出する検出コイル８５，８５，８５，８５等のコイルと、回転軸２４を囲む中空の円筒状のリング９０等の環状の良導体とを備える。環状の良導体は、回転軸２４の径方向に少なくとも内側層９０ａ等の第１の良導体層９０ａと外側層９０ｂ等の第２の良導体層９０ｂを有し、リング９０は、複数層の良導体構造を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁歪式トルクセンサに関する。

自動車等の車両は、電動パワーステアリング装置を備えることができ、電動パワーステアリング装置は、ステアリングハンドル（ステアリングホイール）への運転者による操作によって生じる回転軸での操舵トルクを補助する補助トルクを発生させる。補助トルクの発生により、電動パワーステアリング装置は、運転者の負担を軽減することができる。電動パワーステアリング装置は、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサを有し、操舵トルク等の回転軸に働くトルクを検出するトルクセンサは、磁歪効果を利用してトルクを検出するトルクセンサ（磁歪式トルクセンサ）、トーションバーを利用してトルクを検出するトルクセンサ等に分類することができる。

例えば特許文献１、特許文献２は、電動パワーステアリング装置に利用可能な磁歪式トルクセンサを開示し、この磁歪式トルクセンサにおいて、特許文献１の図４で示されるようなリング２２が回転軸１２に取り付けられている。リング２２は、良導体である非磁性材料で構成され、中空の円筒状の形状を有し、さらに、回転軸１２の径方向外側に渦電流を発生することができる厚みを有する。外部からの外部磁界ノイズ（外部磁場ノイズ）が回転軸１２に進入して、回転軸１２を通り抜けようとする際、電磁誘導によるリング２２での渦電流が、回転軸１２に進入した外部磁界ノイズ（回転軸１２の断面を通り抜ける磁束）を打ち消す又は抑制する。これにより、リング２２は、磁歪式トルクセンサの検出精度を向上させることができる。

特開２０１０−２４９７３２号公報特開２００４−３０９１８４号公報

ところで、特許文献１のリング２２での渦電流は、回転軸１２又はリング２２の径方向外側に発生する。従って、本発明者らは、より強い外部磁界ノイズを打ち消すためには、リング２２の軸方向の長さｈを大きくして、リング２２の径方向外側の表面積を増加させる必要があることを認識した。しかしながら、リング２２の軸方向の長さｈを単に大きくするだけでは、磁歪式トルクセンサが大型になり、外部磁界ノイズを効率的に打ち消すことができない。

本発明の１つの目的は、外部磁界ノイズを効率的に打ち消し可能な磁歪式トルクセンサを提供することである。本発明の他の目的は、以下に例示する態様及び好ましい実施形態、並びに添付の図面を参照することによって、当業者に明らかになるであろう。

以下に、本発明の概要を容易に理解するために、本発明に従う態様を例示する。

本発明に従う第１の態様は、磁歪部を有する回転軸と、
前記磁歪部の磁気特性の変化を検出するコイルと、
前記回転軸を囲む環状の良導体と
を備える磁歪式トルクセンサであって、
前記良導体は、前記回転軸の径方向に少なくとも第１の良導体層及び第２の良導体層を有することを特徴とする磁歪式トルクセンサに関係する。

環状の良導体を回転軸の径方向に複数層化することにより、環状の良導体全体の径方向外側の表面積が増加する。従って、外部磁界ノイズが回転軸に進入して、回転軸を通り抜けようとする際、環状の良導体全体での渦電流を増加させることができる。これにより、外部磁界ノイズを効率的に抑制することができる。

第１の態様において、磁歪式トルクセンサは、
前記第１の良導体層と前記第２の良導体層との間の絶縁層をさらに備えてもよい。

絶縁層は、環状の良導体内の界面を確実に形成し、環状の良導体内の渦電流を確実に発生させることができる。

第１の態様において、前記第１の良導体層を構成する金属は、前記第２の良導体層を構成する金属と異なってもよい。第１の良導体層を構成する金属が第２の良導体層を構成する金属と異なる場合、絶縁層を省略してもよく、磁歪式トルクセンサの部品点数を削減することができる。

当業者は、例示した本発明に従う態様が、本発明の精神を逸脱することなく、さらに変更され得ることを容易に理解できるであろう。

磁歪式トルクセンサを有する電動パワーステアリング装置の模式図である。図１に示された電動パワーステアリング装置の全体構成図である。図２の３−３線断面図である。図３のセンサハウジング内の検出部付近の拡大図である。図３のリングの全体構成図である。

以下に説明する好ましい実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。

図１は、磁歪式トルクセンサである操舵トルクセンサ４１が組み込まれた電動パワーステアリング装置１０を模式的に示している。電動パワーステアリング装置１０は、車両のステアリングハンドル２１から車両の操舵車輪（前輪）２９，２９に至るステアリング系２０と、このステアリング系２０に補助トルク、つまり付加トルクを加える補助トルク機構４０とからなる。

ステアリング系２０は、ステアリングハンドル２１にステアリングシャフト２２及び自在軸継手２３，２３を介して回転軸２４（ピニオン軸、入力軸とも言う。）を連結し、回転軸２４にラックアンドピニオン機構２５を介してラック軸２６を連結し、ラック軸２６の両端に左右のタイロッド２７，２７及びナックル２８，２８を介して左右の操舵車輪２９，２９を連結したものである。ラックアンドピニオン機構２５は、回転軸２４に有したピニオン３１と、ラック軸２６に有したラック３２とからなる。

ステアリング系２０によれば、運転者がステアリングハンドル２１を操舵することで、その操舵トルクによりラックアンドピニオン機構２５を介して、操舵車輪２９，２９を操舵することができる。

補助トルク機構４０は、ステアリングハンドル２１に加えたステアリング系２０の操舵トルクを操舵トルクセンサ４１で検出し、この検出信号に基づき制御部４２で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルク（付加トルク）を電動モータ４３で発生し、補助トルクを減速機構４４を介して回転軸２４に伝達し、さらに、補助トルクを回転軸２４からステアリング系２０のラックアンドピニオン機構２５に伝達するようにした機構である。

電動モータ４３は、例えばブラシレスモータからなり、レゾルバ等の回転センサを内蔵している。この回転センサは、電動モータ４３におけるロータの回転角を検出するものである。

制御部４２の概要を説明すると、次の通りである。
制御部４２は、電源回路、モータ電流を検出する電流センサ、入力インターフェース回路、マイクロプロセッサ、出力インターフェース回路、ＦＥＴブリッジ回路などによって構成される。入力インターフェース回路は、外部からトルク信号や車速信号やモータ回転信号などを取り込むものである。マイクロプロセッサは、入力インターフェース回路によって取り込んだトルク信号や車速信号などに基づいて、電動モータ４３をベクトル制御するものである。出力インターフェース回路は、マイクロプロセッサの出力信号をＦＥＴブリッジ回路への駆動信号に変換するものである。ＦＥＴブリッジ回路は、電動モータ４３（ブラシレスモータ）に３相交流電流を通電するスイッチング素子である。

このような制御部４２は、回転センサによって検出された電動モータ４３のロータの回転信号と、モータ電流センサ（制御部４２に内蔵）によって検出された電流信号とに基づいて、ベクトル制御する。このベクトル制御はｄ−ｑ制御であり、電動モータ４３のトルクを制御するｑ軸電流と、界磁を制御するｄ軸電流とを、直流制御する。

つまり、制御部４２は、操舵トルクセンサ４１によって検出された操舵トルク信号と、図示せぬ車速センサによって検出された車速信号と、回転センサによって検出されたロータの回転信号などに基づいて、目標ｑ軸電流及び目標ｄ軸電流を設定する。
そして、制御部４２は、回転センサによって検出された回転信号と、モータ電流センサによって検出された電流信号とに基づいて、ｄ−ｑ変換された、実ｑ軸電流及び実ｄ軸電流を、前記目標ｑ軸電流及び目標ｄ軸電流に一致させるように、ＰＩ制御をする。

電動パワーステアリング装置１０によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ４３の補助トルク（付加トルク）を加えた複合トルクにより、ラック軸２６で操舵車輪２９，２９を操舵することができる。
減速機構４４は、例えばウォームギヤ機構によって構成される。以下、減速機構４４のことを、適宜「ウォームギヤ機構４４」と言い換えることにする。

図２は、図１に示された電動パワーステアリング装置１０の全体構成を示し、左端部及び右端部を破断して表したものである。図２に示すように、ラック軸２６は、車幅方向（図２の左右方向）に延びるハウジング５１に、軸方向にスライド可能に収容されている。ラック軸２６には、ハウジング５１から突出した長手方向両端に、ボールジョイント５２，５２を介してタイロッド２７，２７が連結されている。ラック軸２６の両端部は、ダストシール用ブーツ５３，５３によって覆われている。

図２及び図３に示すように、ハウジング５１は回転軸２４の下半分、ラックアンドピニオン機構２５及びウォームギヤ機構４４を収納するとともに、上端に形成されている上部開口５１ａに、センサハウジング５５を取付けたものである。このようなハウジング５１は、上部開口５１ａに対して反対側、つまり底部が塞がれている。

さらに詳しく述べると、図３に示すように、回転軸２４はハウジング５１の内部で起立するように位置しており、一端２４ａ（下端面）から他端２４ｂ（上端面）へ向かって、第１の軸受６１、ピニオン３１、第２の軸受６２、第３の軸受６３、磁歪式トルクセンサ４１における２つの磁歪部８１，８２、第４の軸受６４が、この順に設けられている。

回転軸２４は、ハウジング５１の内部に取り付けられた状態において、上半分が上部開口５１ａからセンサハウジング５５を貫通して上方へ延びる。２つの磁歪部８１，８２はセンサハウジング５５内に位置している。

図３に示すように、ハウジング５１は内周面に、回転軸２４を第１の軸受６１及び第２の軸受６２を介して回転可能に支持している。つまり、回転軸２４の下端部分は、第１の軸受６１を介して、ハウジング５１で回転可能に支持されている。回転軸２４の中間部分において、ピニオン３１とウォームホイール４７との間の位置は、第２の軸受６２を介して、ハウジング５１で回転可能に支持されている。図３において、ＣＬは回転軸２４の中心線（軸心）である。

第３の軸受６３及び第４の軸受６４は、例えばボールベアリング等の転がり軸受からなり、回転軸２４の中間部分及び上端部分は、第３の軸受６３及び第４の軸受６４を介して、センサハウジング５５で回転可能に支持されている。

センサハウジング５５は、操舵トルクセンサ４１を収納するものであり、回転軸２４が上下貫通する筒状の本体５５ａと、この本体５５ａの下端に形成された平板状のフランジ５５ｂとからなる。本体５５ａの上部には、回転軸２４のシールをするためのオイルシール５６が設けられている。

図３の例において、センサハウジング５５は、２層構造を有し、本体５５ａ及びフランジ５５ｂは、第１のシールド層を形成し、本体５５ａ及びフランジ５５ｂの上層５５ｃは、第２のシールド層を形成する。センサハウジング５５の２層構造については、後述する。
センサハウジング５５のフランジ５５ｂは、センサハウジング５５の上層５５ｃとともに、ボルト５８により取り付けられている。ハウジング５１に対して、センサハウジング５５は径方向への移動が規制されている。

図３において、電動モータ４３は、図示せぬモータ軸が、紙面の向こう側から手前側のハウジング５１内に水平に延びたものである。モータ軸は、ウォームギヤ機構４４のウォーム軸４５を連結した出力軸である。ウォーム軸４５は、一体に形成したウォーム４６を備える。ウォーム軸４５の両端部は、軸受を介してハウジング５１によって回転可能に支持されている。

ウォームギヤ機構４４は、駆動側のウォーム４６に従動側のウォームホイール４７を噛合わせることで、ウォーム４６からウォームホイール４７を介して、負荷側にトルクを伝達するようにした構成である。

ハウジング５１はラックガイド７０を備える。このラックガイド７０は、ラック３２の反対側からラック軸２６に当てるガイド部７１と、ガイド部７１を圧縮ばね７２を介して押す調整ボルト７３と、ラック軸２６の背面を滑らせる当て部材７４と、調整ボルト７３の位置決めをするロックナット７５とからなる。

操舵トルクセンサ４１は、回転軸２４と、この回転軸２４の表面に設けられてトルクに応じて磁歪特性（磁気特性）が変化する上下一対の磁歪部８１，８２と、この磁歪部８１，８２の近傍に配置されて磁歪部８１，８２に生じた磁歪効果を検出するコイル８５，８５，８５，８５とからなる、磁歪式トルクセンサである。
言い換えると、操舵トルクセンサ４１は、回転軸２４に設けた一対の磁歪部８１，８２と、磁歪部８１，８２の周囲に設けた検出部８３とからなる。

磁歪部８１，８２は、例えば回転軸２４の軸長手方向に互いに逆方向の残留歪みが付与された磁歪膜からなる。以下、磁歪部８１，８２のことを、適宜「磁歪膜８１，８２」と言い換えることにする。

磁歪膜８１，８２は、歪みの変化に対して磁束密度の変化の大きい材料からなる膜であり、例えば、回転軸２４の外周面に気相メッキ法で形成したＮｉ−Ｆｅ系の合金膜である。この合金膜の厚みは望ましくは３０〜５０μｍ程度である。なお、合金膜の厚みは、これ以下又はこれ以上であってもよい。第１磁歪膜８１の磁歪方向に対して、第２磁歪膜８２の磁歪方向は異なっている（磁歪異方性を有する）。このように、２つの磁歪膜８１，８２は、回転軸２４の外周面に全周にわたって形成された、概ね一定の幅で且つ一定の厚さの膜である。なお、２つの磁歪膜８１，８２は、軸長手方向に所定の間隔を有して配列したものである。

Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜は、Ｎｉを概ね５０重量％含んだ場合に、磁歪定数が大きくなるので磁歪効果が高まる傾向にあり、このようなＮｉ含有率の材料を使用することが好ましい。例えば、Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜として、Ｎｉを５０〜７０重量％含み、残りがＦｅである材料を使用する。

なお、磁歪膜８１，８２は強磁性体の膜であればよく、Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜に限定されるものではない。例えば、磁歪膜８１，８２は、Ｃｏ−Ｆｅ系の合金膜やＳｍ−Ｆｅ系の合金膜であってもよい。

検出部８３は、磁歪膜８１，８２に生じた磁歪効果を電気的に検出し、その検出信号をトルク検出信号として出力するものであり、センサハウジング５５内に収納されている。この検出部８３は、回転軸２４が貫通した上下一対の筒状のコイルボビン８４，８４と、コイルボビン８４，８４に多重巻きされたコイル８５，８５，８５，８５とからなる。４つのコイル８５，８５，８５，８５の各々を検出コイルとして用いることにより、検出信号は、トルク検出信号だけでなく、故障検出信号も含むことができる。一対のコイルボビン８４，８４は、スペーサ８６で位置決めすることができる。なお、４つの検出コイル８５，８５，８５，８５からの磁束は、磁歪膜８１，８２を励磁し、４つの検出コイル８５，８５，８５，８５は、４つの励磁コイルとしても働く。

磁歪膜８１，８２とコイルボビン８４，８４との隙間は、０．５〜１ｍｍ程度の範囲で設定される。コイル８５，８５，８５，８５は、１〜１００ｋＨｚの範囲で適当な、例えば１０ｋＨｚ程度の周波数で励磁され、回転軸２４に操舵トルクが働くと、異方性の付与された磁歪部８１，８２の透磁率が変化し、従ってコイル８５，８５，８５，８５のインダクタンスも変化する。

図３の例において、第１磁歪膜８１に対向して２つの検出コイル８５，８５が配置され、第２磁歪膜８２に対向して２つの検出コイル８５，８５が配置されているが、これらの検出コイル８５，８５，８５，８５と図１に示した制御部４２との間の配線及び電子回路は、図示されていない。これらの配線及び電子回路は、例えば特開２００９−２６４８１２号公報の図２に示されるような構成を採用してもよい。

図３の例を変形して、第１磁歪膜８１に対向して１つの検出コイルが配置されてもよく、第２磁歪膜８２に対向して１つの検出コイルが配置されてもよく、例えば特許文献１の図１０に示すような構成を採用してもよい。代替的に、第１磁歪膜８１及び第２磁歪膜８２に対向して１つの独立した専用の励磁コイルが配置されてもよく、例えば特許文献２の図６に示すような構成を採用してもよい。

連結部２４ｉは、図１に示す自在軸継手２３，２３及びステアリングシャフト２２を介してステアリングハンドル２１に連結される軸端部分である。連結部２４ｉは、例えば、自在軸継手２３を連結するためのセレーションからなる。連結部２４ｉは、回転軸２４に一体に形成されている。

図４は、図３の検出部８３付近に配置されたリング９０及びセンサハウジング５５を示し、図５は、図３又は図４のリング９０の全体構成図を示し、リング９０の一部を破断して表したものである。

リング９０は、複数層構造を有し、回転軸２４又はリング９０の径方向に沿って内側から外側に、内側層９０ａ、絶縁層９０ｃ、外側層９０ｂが、この順で複数層構造を形成している。内側層９０ａは、良導体（金属等の導体）で構成され、中空の円筒状の形状を有し、さらに、回転軸２４又はリング９０の径方向外側に渦電流を発生することができる厚みｔａを有する。外側層９０ｂも、良導体で構成され、中空の円筒状の形状を有し、さらに、回転軸２４又はリング９０の径方向外側に渦電流を発生することができる厚みｔｂを有する。良導体（導体）の導電率は、例えば１０^６Ｓ／ｍ以上である。厚みｔａ，ｔｂは、それぞれ例えば１〜５ｍｍである。内側層９０ａ及び外側層９０ｂの各々は、径方向外側の表面積を大きくするために円筒状の形状を有することが好ましいが、回転軸２４を囲む環状の形状を有していれば十分である。

内側層９０ａ及び外側層９０ｂは、導電率が高い程好ましく、銅、アルミニウム、金、銀等の非磁性材料で構成される。銅、アルミニウム、金、銀等の金属は、合金であってもよい。内側層９０ａは例えば第１の金属層を形成し、外側層９０ｂは、例えば第２の金属層を形成する。内側層９０ａ及び外側層９０ｂは、鉄、ケイ素鋼等の磁性材料で構成してもよい。内側層９０ａの材料は、外側層９０ｂの材料と同じでもよく、異なってもよい。内側層９０ａの材料（第１の金属層を構成する金属）が外側層９０ｂの材料（第２の金属層を構成する金属）と異なる場合、絶縁層９０ｃを省略してもよく、操舵トルクセンサ４１の部品点数を削減することができる。さらに、内側層９０ａの材料及び外側層９０ｂの材料の両者が、非磁性材料でもよく、磁性材料でもよい。代替的に、内側層９０ａの材料及び外側層９０ｂの材料の一方が非磁性材料であり、且つ内側層９０ａの材料及び外側層９０ｂの材料の他方が磁性材料であってもよい。

絶縁層９０ｃは、絶縁体で構成され、例えば絶縁シート、絶縁テープ等で内側層９０ａの径方向外側の表面を覆い、その後、内側層９０ａ及び絶縁層９０ｃに外側層９０ｂを圧入して一体的なリング９０を形成する。絶縁層９０ｃは、ポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の合成樹脂材料で構成されてもよく、自然ゴム、シリコーンゴム等のゴム材料で構成されてもよく、紙、絹、ポリアミド繊維等の合成繊維材料で構成されてもよい。さらに、絶縁層９０ｃは、マイカ（雲母）、ガラス等の固体材料であってもよく、空気等の気体材料であってもよい。内側層９０ａと外側層９０ｂとの間の絶縁層９０ｃは、内側層９０ａと絶縁層９０ｃとの界面を確実に形成し、内側層９０ａ内に渦電流を確実に発生させることができる。

リング９０は、回転軸２４又はリング９０の軸方向の長さｈを有し、長さｈは、例えば１〜５ｍｍである。図５において、ＣＬＲはリング９０又は環状の形状の中心線であり、この中心線ＣＬＲが図３の回転軸２４の中心線ＣＬと一致するようにリング９０がセンサハウジング５５内に配置されている。図３において、リング９０は、第２磁歪膜８２に対向する上側（ステアリングハンドル２１側）のコイル８５と第４の軸受６４との間に、センサハウジング５５に固定される。例えばスペーサ９１及びコイルボビン８４を絶縁体で構成することにより、リング９０が全体として絶縁体と接し、例えば外側層９０ｂ内に渦電流を確実に発生させることができる。スペーサ９１を省略してリング９０がセンサハウジング５５と接する場合であっても、リング９０の導電率をセンサハウジング５５の導電率よりも高くすることで、外側層９０ｂ内に渦電流を発生させることができる。なお、リング９０は、回転軸２４に固定されてもよく、この場合、リング９０が回転軸２４近づくので、より多くの渦電流をリング９０全体で発生させることができる。また、リング９０は、センサハウジング５５の外部のオイルシール５６と連結部２４ｉとの間に固定されてもよい。

ところで、回転軸２４は、一般に、機械的な捩じりと曲げ強度を必要とするので、鉄合金を母材とし、さらに熱処理が必要である。この熱処理によって、母材中に炭素が残留してしまう。このような炭素等の不純物を含む回転軸２４は、不純物を含まない回転軸と比べて、外部磁界ノイズの影響を受けやすい。言い換えれば、回転軸２４がリング９０によって囲まれていない場合、エンジン、発電機、モータ等の交番磁界による交番磁束が回転軸２４中を通過すると、操舵トルクセンサ４１からの検出信号にノイズが生じ、検出精度が低下してしまう。このようなノイズをローパスフィルタの代わりにリング９０で抑制することができる。即ち、回転軸２４がリング９０によって囲まれている場合、外部からの外部磁界ノイズが回転軸２４に進入して、回転軸２４を通り抜けようとする際、電磁誘導によるリング９０での渦電流が、回転軸２４に進入した外部磁界ノイズ（回転軸２４の断面を通り抜ける磁束）を打ち消し又は抑制することができる。

リング９０は、複数層構造を有し、外側層９０ｂに発生する渦電流の電流分布は、回転軸２４の径方向外側の表面で最大であり、径方向外側の表面から離れて径方向内側（外側層９０ｂと絶縁層９０ｃとの界面）に近づくほど減少する。また、内側層９０ａに発生する渦電流の電流分布は、回転軸２４の径方向外側の表面（内側層９０ａと絶縁層９０ｃとの界面）で最大であり、径方向外側の表面から離れて径方向内側に近づくほど減少する。従って、リング９０全体での径方向外側から径方向内側への方向における渦電流の電流分布は、外側層９０ｂと絶縁層９０ｃとの界面で小さくなるが、内側層９０ａと絶縁層９０ｃとの界面で再び大きくなる。このような渦電流の電流分布の特性を利用することで、リング９０は、より強い外部磁界ノイズを打ち消すことができる。言い換えれば、リング９０全体の径方向外側の表面積は、外側層９０ｂの径方向外側の表面積だけでなく、内側層９０ａの径方向外側の表面積も含み、リング９０全体の径方向外側の表面積が増加することにより、リング９０全体での渦電流を増加させることができる。

なお、リング９０は、絶縁層９０ｃを備えなくてもよい。リング９０が絶縁層９０ｃを備えない場合であっても、内側層９０ａ（第１の金属層又は第１の良導体層）と外側層９０ｂ（第２の金属層又は第２の良導体層）との間に界面があれば、この界面で電流の流れ易さが変化し、渦電流は、内側層９０ａの径方向外側の表面で大きくなる。

代替的に、図５の例を変形して、リング９０は、３層の金属構造を有してもよい。例えば、リング９０は、外側層９０ｂの外側に絶縁層をさらに備え、且つその絶縁層の外側に第３の金属層をさらに備えてもよい。この場合、リング９０全体の直径Ｒを大きくしてもよく、リング９０全体の直径Ｒを維持して、厚みｔａ，ｔｂを薄くしてもよい。もちろん、リング９０は、４層以上の金属構造等の良導体構造を有してもよい。このように、リング９０は、複数層の良導体構造で、外部磁界ノイズを効率的に打ち消すことができる。また、複数層の良導体構造を採用しないで軸方向の長さｈを単に大きくした特許文献１のリング２２と比べて、リング９０は、磁歪式トルクセンサ４１を小型化することができる。

リング９０は、ステアリングハンドル２１側から回転軸２４に進入する外部磁界ノイズを抑制することができる。他の方向からコイル８５，８５，８５，８５又は検出部８３に進入する外部磁界ノイズは、センサハウジング５５によって抑制することができる。図４の例において、センサハウジング５５は、回転軸２４の径方向に２層構造（第１のシールド層５５ａ，５５ｂ及び第２のシールド層５５ｃ）を有する。第１のシールド層５５ａ，５５ｂは、磁性材料（アモルファス磁性材料を含む）で構成され、透磁率が大きく且つ保磁力が小さい程好ましく、例えば、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ、フェライト等である。第１のシールド層５５ａ，５５ｂは、磁気シールドを形成し、モータ電流ノイズ等の電磁波ノイズに含まれる高周波数の外部磁界ノイズを抑制することができる。第２のシールド層５５ｃは、良導体（金属等の導体）で構成され、導電率が大きい程好ましく、例えば、銀、銅、金、亜鉛、スズ等である。第２のシールド層５５ｃが金属である場合、その金属は、合金であってもよい。第２のシールド層５５ｃは、磁気シールドを形成し、エンジン点火ノイズ等の電磁波ノイズに含まれる低周波数の外部磁界ノイズを抑制することができる。導電率が大きく、且つ経済性が高いので、第２のシールド層５５ｃは、銅であることが好ましい。

第１のシールド層５５ａ，５５ｂが、磁性材料で構成される場合、第１のシールド層５５ａ，５５ｂの内部による減衰損失が大きくなり、高周波数の外部磁界ノイズを抑制することができる。第２のシールド層５５ｃが銅であり、第２のシールド層５５ｃの外側表面が空気と接する場合、第２のシールド層５５ｃの外側表面（銅と空気との界面）で反射損失が大きくなり、低周波数の外部磁界ノイズを抑制することができる。さらに、第１のシールド層５５ａ，５５ｂと第２のシールド層５５ｃとが交互に配置されることにより、第１のシールド層５５ａ，５５ｂと第２のシールド層５５ｃとの界面で反射損失が大きくなり、選択された第１のシールド層５５ａ，５５ｂ及び第２のシールド層５５ｃによって、低周波数もしくは高周波数の外部磁界ノイズを抑制することができる。

第１のシールド層５５ａ，５５ｂの厚みは、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍである。第２のシールド層５５ｃは、めっき、塗布等によって薄く形成することができ、この場合、第２のシールド層５５ｃの厚さは、例えば１μｍ〜１００μｍである。第１のシールド層５５ａ，５５ｂは、非磁性体材料で構成してもよく、第１のシールド層５５ａ，５５ｂの透磁率が第２のシールド層５５ｃの透磁率と異なる又は第１のシールド層５５ａ，５５ｂの導電率が第２のシールド層５５ｃの導電率と異なることで、単一のシールド層と比べて、広範囲の周波数帯域の外部磁界ノイズを抑制することができる。また、第１のシールド層５５ａ，５５ｂ及び第２のシールド層５５ｃは、センサハウジング５５に限定されず、少なくともコイル８５，８５，８５，８５又は検出部８３と磁歪膜８１，８２との周りを囲む磁気シールドであれば十分である。

図４の例を変形して、センサハウジング５５は、３層構造を有してもよい。例えば、第１の層５５ａ，５５ｂをシールド効果のない樹脂材料等で構成し、その第１の層５５ａ，５５ｂに例えば鉄粉塗布で第２の層５５ｃを形成し、且つその第２の層５５ｃに例えば銅めっきで第３の層を形成する。代替的に、図４の例を変形して、センサハウジング５５は、例えば、第１のシールド層５５ａ，５５ｂと第２のシールド層５５ｃとの間に空気層を含む絶縁層（第３の層）を有してもよい。このような変形例において、第１のシールド層５５ａ，５５ｂを例えば銅で構成し、第３の層を例えば空気層で構成すると、銅は、空気に接し、銅と空気との界面で反射損失が大きくなり、低周波数の外部磁界ノイズを抑制することができる。

もちろん、センサハウジング５５は、３層以上のシールド構造を有してもよい。例えば、第１の層５５ａ，５５ｂを鉄で構成し、その第１の層５５ａ，５５ｂの外側に例えば銅めっきで第２の層５５ｃを形成し、且つその第１の層５５ａ，５５ｂの内側に例えば銅めっきで第３の層を形成する。代替的に、センサハウジング５５は、第１のシールド層５５ａ，５５ｂと第２のシールド層５５ｃとを交互に繰り返して４層以上のシールド構造を有してもよい。

本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。

１０・・・電動パワーステアリング装置、２０・・・ステアリング系、２１・・・ステアリングハンドル、２２・・・ステアリングシャフト、２３・・・自在軸継手、２４・・・回転軸、２４ａ・・・一端、２４ｂ・・・他端、２４ｉ・・・連結部、２５・・・ラックアンドピニオン機構、２６・・・ラック軸、２７・・・タイロッド、２８・・・ナックル、２９・・・操舵車輪、３１・・・ピニオン、３２・・・ラック、４０・・・補助トルク機構、４１・・・操舵トルクセンサ、４２・・・制御部、４３・・・電動モータ、４４・・・減速機構、４５・・・ウォーム軸、４６・・・ウォーム、４７・・・ウォームホイール、５１・・・ハウジング、５１ａ・・・上部開口、５２・・・ボールジョイント、５３・・・ダストシール用ブーツ、５５・・・センサハウジング、５５ａ・・・本体、５５ｂ・・・フランジ、５５ｃ・・・上層、５６・・・オイルシール、５８・・・ボルト、６１・・・第１の軸受、６２・・・第２の軸受、６３・・・第３の軸受、６４・・・第４の軸受、７０・・・ラックガイド、７１・・・ガイド部、７２・・・圧縮ばね、７３・・・調整ボルト、７４・・・当て部材、７５・・・ロックナット、・・・、８１・・・磁歪部、８２・・・磁歪部、８３・・・検出部、８４・・・コイルボビン、８５・・・コイル、８６・・・スペーサ、９０・・・リング、９０ａ・・・内側層、９０ｂ・・・外側層、９０ｃ・・・絶縁層、９１・・・スペーサ。

Claims

磁歪部を有する回転軸と、
前記磁歪部の磁気特性の変化を検出するコイルと、
前記回転軸を囲む環状の良導体と
を備える磁歪式トルクセンサであって、
前記良導体は、前記回転軸の径方向に少なくとも第１の良導体層及び第２の良導体層を有することを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
前記第１の良導体層と前記第２の良導体層との間の絶縁層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ。
前記第１の良導体層を構成する金属は、前記第２の良導体層を構成する金属と異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁歪式トルクセンサ。