JPH08159887A

JPH08159887A - トルクセンサ

Info

Publication number: JPH08159887A
Application number: JP29733894A
Authority: JP
Inventors: Mikiya Shinohara; 原幹弥篠
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】マイクロプロセッサー等による複雑な演算処
理に頼ることなしに、トルク検出特性が所望の補助操舵
力特性と類似の曲率変化を有するトルクセンサを提供す
る。【構成】トーションバーを介して相対的に回転変位可
能に連結された２つの軸の一方の軸に取り付けられた磁
石と、他方の軸に取り付けられた２本の平行な素子エレ
メント１１ａ，１１ｂおよび前記磁石から発生して２本
の素子エレメントを通過する磁束の変化により２本の素
子エレメントに生じる電気抵抗の変化を差動電圧として
出力する磁気抵抗素子６とから基本的に構成されるとと
もに、素子エレメントピッチＰが、それぞれの素子エレ
メント１１ａ，１１ｂについて存在する、素子エレメン
トを通過する磁束の方向が素子エレメントに対してほぼ
平行となる２箇所の磁石５の位置の間隔の０．６倍から
１．０倍までの範囲にある構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の電動パワース
テアリング装置等に適用されるトルクセンサに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の操舵輪を操作する力を補助する
パワーステアリング装置として、電動式の装置が開発さ
れている。これは、運転者の操舵トルクを検出し、その
検出トルクに応じて操舵機構に設けた電動機が操舵補助
力を発生する装置であって、油圧式の場合のように、油
圧ポンプ駆動のためにエンジン出力を消費しないという
特徴がある。

【０００３】この操舵トルク検出手段としては、信頼性
やコストの点から非接触でかつ構成の簡素な手段が望ま
しく、そのような操舵トルク検出手段として、例えば、
特開昭６１−２３５２７０号公報等に開示されており、
その原理的な構成は図１２の（ａ）〜図１２の（ｃ）に
示す様になっている。

【０００４】図１２の（ａ）において、図示しない操舵
輪を取付けている操舵側軸１０１と、同じく図示しない
操舵機構が取付けられている操舵機構側軸１０２とが、
トーションバー１０３を介して、同軸的にかつ相対的に
回転変位可能に連結されており、これらの軸は図示して
いない他の部品に固定された筒状のケース１０４によっ
て回転自在に支持されている。

【０００５】操舵機構側軸１０２の軸端部の外周には、
磁石１０５が固定されているとともに、操舵側軸１０１
の軸端部の外周には磁石１０５が発生する磁束を検出す
るホール素子１０６が固定されている。なお、このとき
の磁石１０５とホール素子１０６との位置関係は、図１
２の（ｂ）または（ｃ）に示すような組み合わせとなっ
ている。

【０００６】さらに、操舵側軸１０１のケース１０４内
の外周には、スリップリング１０７が取り付けられてい
るとともに、これに対応する位置のケース１０４の内周
にはブラシ１０８が取付けられており、ホール素子１０
６からの検出信号は、スリップリング１０７およびブラ
シ１０８を介して、ケース１０４外側に取付けられた回
路１０９で増幅され、操舵補助力を発生する電動機の制
御回路に送られる。

【０００７】このような構成のトルクセンサにおいて
は、操舵側軸１０１よりトルクが印加されてトーション
バー１０３が捩れると、磁石１０５とホ−ル素子１０６
の位置が相対的に変位して、ホール素子１０６を通過す
る磁石１０４からの磁束の磁束密度が変化し、この印加
トルクの変化（捩じれ角の変化）に対応した磁束密度の
変化がホール素子１０６により検出されて、トルク検出
信号が出力される。なお、磁石１０５とホール素子１０
６との位置関係が図１２の（ｂ）および（ｃ）に示す場
合の印加トルクに対するトルク検出特性は、図１３に示
すようになっている。

【０００８】そして、このトルク検出信号が電動機の制
御回路にて処理され、この処理情報に基づいて運転者の
操舵力に応じた操舵補助力が電動機により発生される。

【０００９】ところで、通常、パワーステアリング装置
においては、例えば、直進走行時の修正操舵等において
運転者がハンドルに加える操舵力が小さいときは、操舵
補助力を抑制することにより、ハンドル操作感に安定感
を持たせ、逆に大きな操舵力を必要とする停車時の据え
切りや低速走行における操舵操作時等においては、大き
な操舵補助力を発生させることにより、軽い操作感を持
たせる必要がある。そのため、運転者の操舵トルクに対
する操舵補助力特性は、図１４に示すように、零トルク
付近では抑制され、操舵トルクが正または負の方向に増
加すると急激に立ち上がり、運転者が大きな操舵力でハ
ンドルを操作する必要のない特性とすることが望まし
い。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１２
に示したような構成の従来の電動パワーステアリング装
置用トルクセンサにおいては、トーションバー１０３の
捩れにより、磁石１０５がホール素子１０６に対して図
１２の（ｂ）ないし（ｃ）に示す矢印Ｘ1 およびＸ2 の
方向に変位する構成となっているため、入力トルクに対
するトルク検出特性は、図１３に示したように、図中
（ｂ´）のごとく入力トルクに直線的に比例して曲率変
化をもたないか、または、（ｂ”）のごとく零トルク付
近では出力変化が大きく入力トルクの正または負の方向
の増加にともないトルク検出特性曲線の傾きが飽和する
特性となる（図１２の（ｂ）の構成の場合）か、あるい
は、図中（ｃ）のように入力トルクの印加方向によって
非対称な特性となり（図１２の（ｃ）の構成の場合）、
図１４に示したような、両方向のトルク入力に対して、
零トルク付近で曲率変化を有する特性曲線が得られな
い。

【００１１】したがって、図１２に示したような従来の
トルクセンサを用いて図１４に示したような望ましい操
舵補助力特性を実現するためには、マイクロプロセッサ
ー等による演算処理が必要となり、そのため制御回路が
複雑で高価なものとなる問題があり、この問題を解決す
ることが課題であった。

【００１２】

【発明の目的】本発明は、このような従来の課題に鑑み
てなされたものであり、マイクロプロセッサー等による
複雑な演算処理に頼ることなしに、トルク検出特性自体
が電動パワーステアリング装置における所望の補助操舵
力特性を発生するのに好適である、すなわち、トルク検
出特性が補助操舵力特性と類似の曲率変化を有するトル
クセンサを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るトルクセン
サは、請求項１として、トーションバーを介して同軸的
に連結され、かつ回転トルクが加わった際にトーション
バーの捩じれにより相対的に回転変位可能な２つの軸に
おける前記回転トルクを検出するトルクセンサにおい
て、前記２つの軸のうち一方の軸の軸端に取り付けられ
た磁石と、他方の軸の軸端で且つ前記磁石に対向する位
置に取り付けられた導電体からなる２つの平行な素子エ
レメントおよび前記磁石から発生して２つの素子エレメ
ントを通過する磁束の変化により２つの素子エレメント
に生じる電気抵抗の変化を差動電圧として出力する回路
を備えた磁気抵抗素子とから基本的に構成されるととも
に、素子エレメント間のピッチが、それぞれの素子エレ
メントについて存在し且つ素子エレメントを通過する磁
束の方向が素子エレメントに対しほぼ平行となって素子
エレメントの電気抵抗が最大となる２箇所の磁石位置の
間隔の０．６倍から１．０倍までの範囲にある構成のも
のとし、請求項２として、１個の磁石が一方の軸の軸端
に取り付けられていて、その磁極が素子エレメントに対
し垂直方向に向いている構成のものとし、請求項３とし
て、互いに磁極の向きが相反する２個の磁石が平行に一
方の軸の軸端に取り付けられていて、それらの磁極が素
子エレメントに対向している構成のものとし、請求項４
として、トーションバーを介して同軸的に連結される２
つの軸は、電動パワーステアリング装置の操舵側軸と操
舵機構側軸である構成のものとしており、上記の構成を
課題を解決するための手段としている。

【００１４】

【発明の作用】本発明の請求項１に係るトルクセンサで
は、磁石から発生している磁束の分布を、磁気抵抗素子
を用いて検出する際に得られる磁気検出特性を利用し
て、２つの素子エレメントの磁気検出出力を差動で取り
出すことにより、トーションバーに加わる回転トルクが
検出されるとともに、２つの素子エレメントのピッチ
を、それぞれの素子エレメントについて存在する、素子
エレメントを通過する磁束の方向が素子エレメントに対
してほぼ平行となって素子エレメントの電気抵抗が最大
となる２箇所の磁石位置の間隔の０．６倍から１．０倍
までの範囲とすることにより、操舵補助力特性と類似の
曲率変化を有する望ましいトルク検出特性となり、マイ
クロプロセッサー等による複雑な演算処理に頼ることな
く、簡素で低廉な電動パワーステアリング装置が実現さ
れることとなる。

【００１５】本発明の請求項２に係るトルクセンサで
は、一方の軸の軸端に取り付けられる磁石が１つで、請
求項１に記載のトルクセンサと同様の作用が奏せられ、
トルクセンサ自体がより簡素なものとなる。

【００１６】本発明の請求項３に係るトルクセンサで
は、上記の構成とすることにより、一方の軸の軸端に取
り付けられた２つの平行に並んだ磁石の間隔を適切に変
更すれば、磁石の形状を変えずに操舵補助力特性と類似
の曲率変化を有する望ましいトルク検出特性が得られる
ため、多種にわたる既存の油圧パワーステアリング装置
のトーションバーをそのまま利用して、電動パワーステ
アリング装置用のトルクセンサが構成されることとな
る。

【００１７】本発明の請求項４に係るトルクセンサで
は、上記の構成とすることにより、直進走行時の修正操
舵等において運転者がハンドルに加える操舵力が小さい
ときは、ハンドル操作感に安定感があり、逆に大きな操
舵力を必要とする停車時の据え切りや低速走行における
操舵操作時等においては、軽い操作感を有する電動パワ
ーステアリング装置となる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

【００１９】図１は、本発明に係るトルクセンサの一実
施例を示す構成図であって、図示しない操舵輪を取付け
ている操舵側軸１と、同じく図示しない操舵機構が取付
けられている操舵機構側軸２とが、トーションバー３を
介して同軸的にかつ相対的に回転変位可能に連結されて
おり、これらの軸は図示していない他の部品に固定され
た筒状のケース４によって回転自在に支持されている。

【００２０】操舵機構側軸２の端部の外周には、磁石５
が固定されており、また、操舵側軸１の端部の外周で且
つ磁石５に対向する位置には、磁石５が発生する磁束を
検出する磁気抵抗素子６が固定されている。

【００２１】また、操舵側軸１にはスリップリング７
が、ケース４にはブラシ８が取付けられ、磁気抵抗素子
６からの検出信号は、スリップリング７およびブラシ８
を介して、ケース４の外側に取付けられた回路９で増幅
され、補助操舵力を発生する電動機の制御回路に送られ
る。

【００２２】図２は、図１における磁気抵抗素子６の一
例を示す構成図であって、図２において、ガラス、Ｓ
ｉ、セラミックス等の基板１０上には、Ｎｉ−Ｃｏ合金
の強磁性体金属からなる抵抗膜のパターン１１が形成さ
れており、パターン１１は、素子エレメント１１ａおよ
び１１ｂ、並びに端子Ｑ，Ｕ，Ｒの各部から構成され、
それぞれの素子エレメント１１ａ，１１ｂの電流方向の
長さＬは、通常、電流に垂直方向の幅Ｗの１０倍以上に
設定する必要があり、実質的な比Ｌ／Ｗを大きくするた
め、図２のように数回折り返した構成を採用することも
ある。

【００２３】図３の（ａ）は、図１において示した磁石
５および磁気抵抗素子６を矢印Ａの方向から見た場合の
詳細図であって、磁石５は、ＮＳ磁極方向がトーション
バー３の軸方向に対して垂直になるとともに、トーショ
ンバー３がＮＳ磁極間の中央に位置するように、操舵機
構側軸２の軸端部の外周に固定されている。

【００２４】また、磁気抵抗素子６は、素子エレメント
１１ａおよび１１ｂのＬ´の方向が、磁石５の端面Ｅに
対して垂直となるとともに、トルクが印加されない状態
で、磁気抵抗素子６の素子エレメント１１ａ，１１ｂ間
の中心線が磁石のＮＳ磁極間の中心線に一致するように
操舵側軸１の軸端部の外周に固定されている。

【００２５】素子エレメントの長さＬは、０．１〜１０
ｍｍの長さを採用できるが、本実施例では、１．５ｍｍ
とし、磁石５の端面Ｅから素子エレメント中心Ｃまでの
距離（ギャップ）Ｇを約２．７ｍｍとした。

【００２６】また、図３の（ａ）の矢印Ｆの方向から見
た図である図３の（ｂ）に示すように、トーションバー
３から磁石５の幅Ｗｍの中央までの距離Ｄ１は、トーシ
ョンバー３を内蔵でき、トルクセンサを保護するケース
４が大きくなり過ぎないよう、２０〜４０ｍｍとするこ
とが望ましく、本実施例では３２ｍｍとした。

【００２７】また、磁気抵抗素子６の素子エレメント１
１ａ，１１ｂとトーションバー３との間の距離は、磁気
検出感度の点から、Ｄ１と同じ３２ｍｍとした。

【００２８】磁石５の長さＬｍは、電動パワーステアリ
ング装置用のトルクセンサとして使用することを考える
と、１〜２ｋｇｆ・ｍのトルクが印加されたときに、磁
石のＮまたはＳ極が、零トルク時のＮＳ磁極間の中央位
置まで変位する長さであることが望ましく、トーション
バー３の剛性率の点から、２〜１５ｍｍ程度が適する
が、本実施例においては４ｍｍとした。

【００２９】また、磁石５の材料は、磁気抵抗素子６の
素子エレメント１１ａ，１１ｂに、２００エルステッド
以上の磁界を印加できることが望ましく、フェライト磁
石でも希土類磁石でも可能であるが、温度安定性の点か
らＳｍ−Ｃｏ系磁石を使用した。

【００３０】さらに、図４は、磁気抵抗素子６の配線を
示す回路図であって、端子Ｑ、Ｕ間に定電圧Ｖｃｃを印
加し、素子エレメント１１ａ，１１ｂ間の端子Ｒの電位
変動をセンサ出力として、回路処理している。

【００３１】次に、図１に示す構成のトルクセンサの動
作について説明する。

【００３２】図１の構成のトルクセンサにおいて、操舵
側軸１よりトルクが印加されると、トーションバー３が
捩れ、磁石５は磁気抵抗素子６に対して、図３に示すＸ
方向へ相対的に変位し、磁石５より素子エレメント１１
ａ，１１ｂに印加される磁界の方向が変化し、素子エレ
メント１１ａ，１１ｂの電気抵抗が変化する。

【００３３】このとき、素子エレメント１１ａと１１ｂ
は、ある程度の距離（図２に示す素子エレメントピッチ
Ｐ）を隔てて配置されているため、個々の素子エレメン
ト１１ａ，１１ｂに印加される磁界の方向に差が生じ、
これが素子エレメント１１ａ，１１ｂどうしの電気抵抗
の差となって端子Ｒの電位が変化することによりトルク
を検出できる。

【００３４】電位の変化としてトルクを検出した際、望
ましいトルク検出特性が以下に説明する原理により得ら
れる。

【００３５】一般に、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏを含む強磁性体
金属は、異方性磁気抵抗効果を示し、電流の流れる方向
と平行に磁界が印加されたとき（すなわち、磁化方向が
電流と平行なとき）、電気抵抗が最大となり、電流の流
れる方向と垂直となる方向に磁界が印加されたとき（す
なわち磁化方向が電流と垂直であるとき）電気抵抗は最
小になる。

【００３６】したがって、図３の構成において、それぞ
れの素子エレメント１１ａ、１１ｂの電気抵抗が最小と
なるのは、磁石５のＮＳ磁極間の中央位置が、それぞれ
の素子エレメント１１ａ、１１ｂの正面に来たときであ
り、例えば、磁石５のＮＳ磁極間の中央位置が素子エレ
メント１１ａの正面に位置するときの磁石５より発生す
る磁束は、図５の（ａ）に示すように、素子エレメント
１１ａを電流方向に垂直に横切り、素子エレメント１１
ａの電気抵抗は最小となる。

【００３７】また、図５の（ｂ）に示す状態では、磁石
５より発生した磁束が素子エレメント１１ａの電流方向
にほぼ平行となり、素子エレメント１１ａの電気抵抗が
最大となる。

【００３８】それゆえ、零トルク時の磁石５のＮＳ磁極
間の中央位置を原点とし、磁石５の磁気抵抗素子６に対
する変位ｘを横軸に取り、それぞれの素子エレメント１
１ａ，１１ｂの電気抵抗を縦軸にとると図６に示すよう
な特性となる。

【００３９】この特性図において、それぞれの素子エレ
メント１１ａ，１１ｂの電気抵抗が最小を示すときの磁
石５の位置の間隔Ｐａｂは、動作原理上素子エレメント
ピッチＰと一致する。

【００４０】また、それぞれの素子エレメント１１ａ，
１１ｂについて、その電気抵抗が最大値をとる磁石５の
位置は２ケ所存在するが（Ｎ極およびＳ極が各素子エレ
メントに近づいたとき）、その間隔Ｐ２は磁石５の磁界
分布により決まるため、磁石５の形状やギャップＧに依
存する。図３に示す構成を採用する場合には、間隔Ｐ２
は磁石の長さＬｍに対して１〜２倍の範囲にあった。

【００４１】ここで、上記のような磁石５の変位に対す
る電気抵抗変化を示す素子エレメント１１ａ，１１ｂ
を、図４に示すように接続して端子Ｑ，Ｕ間に定電圧Ｖ
ｃｃを印加すると、出力端子Ｒの電位は、印加トルクに
対し素子エレメントピッチＰと電気抵抗が最大値をとる
磁石位置の間隔Ｐ２との関係の違いによって、図７の
（ａ），（ｂ）および（ｃ）に示すように変化する。

【００４２】出力端子Ｒの電位は、素子エレメントピッ
チＰに依存し、素子エレメントピッチＰが図６の間隔Ｐ
２より著しく広いと、図７の（ａ）のように零トルク付
近で極大点や極小点が生じ、センサ特性として望ましく
ない。

【００４３】これに対して、素子エレメントピッチＰが
図６の間隔Ｐ２に対して、やや狭いときに、図７の
（ｂ）に示すような特性が得られ、零トルク付近では特
性曲線の傾きが小さく、印加トルクが増加して磁石５の
変位が大きくなると、傾きが大きくなり、変位と出力電
位の関係が１対１であるセンサとして使用できる領域Δ
Ｔも広く、電動パワーステアリング用トルクセンサとし
て好ましい特性となる。

【００４４】また、素子エレメントピッチＰが図６の間
隔Ｐ２より著しく狭いと、図７の（ｃ）のようになり、
原点付近で特性曲線の傾きが小さくなる領域が得られ
ず、センサとして使用できる領域も狭い。

【００４５】本実施例では、長さＬｍが４ｍｍの磁石５
を使用し、ギャップＧを２．７ｍｍとして、素子エレメ
ントピッチＰを０．２〜１０ｍｍの範囲で数種類を検討
したところ、３．６〜６ｍｍの素子エレメントピッチＰ
を使用した場合に、図７の（ｂ）に示す望ましい特性を
得た（同図は素子エレメントピッチＰ＝５ｍｍ時の測定
結果）。

【００４６】また、本実施例において、個々の素子エレ
メント１１ａ，１１ｂの電気抵抗の変化に関する図６の
間隔Ｐ２は６ｍｍであり、望ましい特性が得られる素子
エレメントピッチＰは、間隔Ｐ２、すなわち磁石より発
生する磁束の方向が該素子エレメントに平行になる２箇
所の位置の間隔の０．６倍から１．０倍までの範囲にあ
ることが必要であった。

【００４７】このような望ましい特性を有する構成を採
用することにより、トルクセンサの出力をリニアアンプ
等の簡素な回路構成で、増幅処理するだけで、電動パワ
ーステアリング装置の制御回路用信号として使用するこ
とができ、マイクロプロッセサー等による複雑な信号処
理回路を省略できるのである。

【００４８】また、本発明のトルクセンサにおいては、
原点付近で特性曲線の傾きが小さくなる領域の幅は、素
子エレメントピッチＰを間隔Ｐ２に近い広さにしたり、
ギャップＧを大きくしたりすることにより、広げること
も可能である。

【００４９】次に、図８は、本発明に係るトルクセンサ
の他の実施例を示す構成図であって、図１の操舵機構側
軸２の端部の外周に取り付けられた磁石５にかえて、２
個の磁石とヨークより基本的に構成される磁界発生器２
１が取り付けられたものである。

【００５０】また、図９の（ａ）は、図８に示した磁界
発生器２１および磁気抵抗素子６を図８の矢印Ａの方向
より見た詳細図であって、図９の（ａ）において、磁界
発生器２１は、非磁性の支持部材２２と、支持部材２２
に固定されたヨーク２３と、支持部材２２にＮＳ磁極が
互いに逆になるように平行に固定された２個の同一形状
の磁石２４ａおよび２４ｂとにより構成されており、磁
石２４ａ，２４ｂの磁極面Ｅ２が磁気抵抗素子６に対向
し、かつ、磁石２４ａ，２４ｂ間の中央線（以後、磁界
発生器２１の中央線と記す。）がトーションバー３の中
央に位置するように固定されている。

【００５１】また、磁気抵抗素子６は、素子エレメント
１１ａおよび１１ｂのＬ´方向が磁界発生器２１の磁極
面Ｅ２に対して垂直になるとともに、トルクが印加され
ていない状態で磁界発生器２１の中央線が磁気抵抗素子
６の素子エレメント１１ａ，１１ｂ間の中央に位置する
ように固定されている。

【００５２】本実施例では、磁気抵抗素子６の素子エレ
メント長さＬを１．５ｍｍ、磁界発生器２１から素子エ
レメント中心Ｃまでの距離（ギャップ）Ｇを約２．７ｍ
ｍとした。

【００５３】また、トーションバー３から磁石２４ａ、
２４ｂの幅Ｗ_ｍ２の中央までの距離Ｄ２（図９の
（ｂ））は３２ｍｍ、磁気抵抗素子６の素子エレメント
１１ａ，１１ｂとトーションバー３との間の距離も３２
ｍｍとした。

【００５４】磁石２４ａ、２４ｂの材料は、Ｓｍ−Ｃｏ
系磁石を使用し、幅ＷａおよびＷｂを２ｍｍ、両者の間
隔を１ｍｍとした。

【００５５】磁気抵抗素子６には、図１における実施例
と同じく、図４に示すように、端子Ｑ，Ｕ間に一定電圧
Ｖｃｃを印加し、素子エレメント１１ａ，１１ｂ間の端
子Ｒの電位変動をセンサ出力として、回路処理した。

【００５６】本実施例のトルクセンサも、図１における
実施例と同様の動作をする。すなわち、図９の構成のト
ルクセンサにおいて、操舵側軸１よりトルクが印加され
ると、トーションバー３が捩じれ、磁界発生器２１は磁
気抵抗素子６に対して、図９の矢印Ｘの方向へ変位し、
磁界発生器２１より素子エレメント１１ａ，１１ｂに印
加される磁界の方向が変化し、素子エレメント１１ａ，
１１ｂの電気抵抗が変化する。

【００５７】本実施例の構成において、磁気抵抗素子６
のそれぞれの素子エレメント１１ａ、１１ｂの電気抵抗
が最小となるのは、磁界発生器２１の中央線が、それぞ
れの素子エレメント１１ａ、１１ｂの正面に来たときで
あり、例えば、磁界発生器２１の中央線が素子エレメン
ト１１ａの正面に位置したときの磁界発生器２１の磁石
２４ａより発生する磁束は、図１０の（ａ）に示すよう
に、素子エレメント１１ａを電流方向に垂直に横切り、
その結果、素子エレメント１１ａの電気抵抗は最小とな
る。

【００５８】また、図１０の（ｂ）に示す状態では、磁
石２４ａより発生した磁束が素子エレメント１１ａの電
流方向にほぼ平行となり、素子エレメント１１ａの電気
抵抗が最大となる。

【００５９】したがって本実施例においても、磁石発生
器２１の変位に対するそれぞれの素子エレメント１１
ａ，１１ｂの電気抵抗の変化は、図６に示したと同様に
なり、それぞれの素子エレメント１１ａ，１１ｂの電気
抵抗が最小となる時の磁界発生器２１の位置の間隔Ｐａ
ｂは、図１における実施例と同様に素子エレメントピッ
チＰと一致する。

【００６０】また、本実施例においては、２個の磁石２
４ａ，２４ｂをその磁極が磁気抵抗素子６に対向するよ
うに配置した構成となっているため、個々の素子エレメ
ント１１ａ，１１ｂの電気抵抗が最大となる磁界発生器
２１の位置は、磁石２４ａ，２４ｂのＮ磁極あるいはＳ
磁極の中心位置が素子エレメント１１ａ，１１ｂの正面
に来る位置であり、図６における間隔Ｐ２は、磁石２４
ａ、２４ｂの磁極中心の間隔Ｗ２（図９）に一致する。

【００６１】このような磁界発生器２１の変位に対する
電気抵抗変化を示す素子エレメント１１ａ，１１ｂを、
図４に示すように接続し、端子Ｑ，Ｕ間に定電圧Ｖccを
印加すると、出力端子Ｒの電位は、印加トルクに対し、
図１における実施例と同様に、磁気抵抗素子６の素子エ
レメントピッチＰに依存したトルク検出特性を示した。

【００６２】すなわち、素子エレメントピッチＰが間隔
Ｐ２、つまり磁石２４ａ，２４ｂの磁極中心の間隔Ｗ２
に対してやや狭いときには図１１に示すような特性とな
って、零トルク付近では特性曲線の傾きが小さく、印加
トルクが増加して磁石（磁界発生器２１）の変位が大き
くなるとともに傾きが大きくなるという、電動パワース
テアリング用トルクセンサとして好ましい特性を得た。

【００６３】また、素子エレメントピッチＰが磁石２４
ａ、２４ｂの磁極中心の間隔Ｗ２より著しく広いと、図
７の（ａ）に示したと同様に、零トルク付近で極大点や
極小点が生じるためセンサ特性として望ましくない。

【００６４】これに対して、素子エレメントピッチＰが
磁石２４ａ、２４ｂの磁極中心の間隔Ｗ２より著しく狭
いと、図７の（ｃ）に示したと同様の結果となり、原点
付近で特性曲線の傾きが小さくなる領域が得られず、セ
ンサとして使用できる領域も狭くなった。

【００６５】本実施例では、具体的には、幅Ｗａおよび
Ｗｂが２ｍｍの磁石２４ａ，２４ｂを磁極中心間隔Ｗ２
が３ｍｍになるように配置し、磁石２４ａ，２４ｂとギ
ャップＧを２．７ｍｍとして、素子エレメントピッチＰ
を０．２〜１０ｍｍの範囲で数種類検討した結果、１．
８〜３ｍｍの素子エレメントピッチＰを使用した場合
に、図１１に示すような望ましい特性を得た。

【００６６】本実施例においても、望ましいトルク検出
特性が得られるのは、磁気抵抗素子６の素子エレメント
ピッチＰが、磁石２４ａ，２４ｂの磁極中心間隔Ｗ２、
すなわち、磁石２４ａまたは２４ｂより発生する磁束の
方向が素子エレメント１１ａまたは１１ｂに平行になる
２ケ所の位置の間隔Ｐ２の０．６倍から１．０倍までの
範囲にあることが必要であった。

【００６７】また、本実施例においては、２個の磁石２
４ａ，２４ｂを一定の間隔を置いて配置した構成を採用
したため、その間隔を変更するだけで、磁石の形状を変
えずに、多種にわたる既存の油圧パワーステアリング装
置のトーションバーをそのまま利用して、電動パワース
テアリング装置用のトルクセンサを構成できるという利
点を有している。

【００６８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の請求
項１に係るトルクセンサによれば、トーションバーを介
して同軸的に連結され、かつ回転トルクが加わった際に
トーションバーの捩じれにより相対的に回転変位可能な
２つの軸のうち一方の軸の軸端に取り付けられた磁石
と、他方の軸の軸端の前記磁石に対向する位置に取り付
けられた導電体からなる２つの平行な素子エレメントお
よび前記磁石から発生して２つの素子エレメントを通過
する磁束の変化により２つの素子エレメントに生じる電
気抵抗の変化を差動電圧として出力する回路を備えた磁
気抵抗素子とから基本的に構成されるとともに、素子エ
レメント間のピッチが、それぞれの素子エレメントにつ
いて存在し且つ素子エレメントを通過する磁束の方向が
素子エレメントに対しほぼ平行となって素子エレメント
の電気抵抗が最大となる２箇所の磁石位置の間隔の０．
６倍から１．０倍までの範囲にある構成としたことによ
り、マイクロプロセッサー等による複雑な演算処理に頼
ることなく、トルク検出特性が望ましい操舵補助力特性
と類似の曲率変化を有するトルクセンサとすることがで
き、簡素で低廉な電動パワーステアリング装置を実現で
きるというすぐれた効果がもたらされる。

【００６９】本発明の請求項２に記載の構成とすれば、
一方の軸の軸端に取り付けられる磁石が１個で請求項１
に記載のトルクセンサと同様の効果を奏するトルクセン
サが得られ、トルクセンサ自体をより簡素なものとする
ことができるという効果がもたらされる。

【００７０】本発明の請求項３に記載の構成とすれば、
一方の軸の軸端に取り付けられた２個の平行に並んだ磁
石の間隔を適切に変更すれば、磁石の形状を変えずに操
舵補助力特性と類似の曲率変化を有する望ましいトルク
検出特性を得ることができ、、多種にわたる既存の油圧
パワーステアリング装置のトーションバーをそのまま利
用して、電動パワーステアリング装置用のトルクセンサ
を構成できるという優れた効果がもたらされる。

【００７１】本発明の請求項４に記載の構成とすれば、
直進走行時の修正操舵等において運転者がハンドルに加
える操舵力が小さいときは、ハンドル操作感に安定感が
あり、逆に大きな操舵力を必要とする停車時の据え切り
や低速走行における操舵操作時等においては、軽い操作
感を有する電動パワーステアリング装置が得られるとい
う効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトルクセンサの一実施例を示す半
裁断面説明図である。

【図２】図１のトルクセンサに使用される磁気抵抗素子
の素子エレメントの構成図である。

【図３】図１のＡ方向から見たトルクが印加されていな
い時の磁石と磁気抵抗素子との位置関係を示す説明図
（図３の（ａ））、および図３の（ａ）の矢印Ｆの方向
から見た磁石および磁気抵抗素子のトーションバーの軸
中心との距離を示す説明図（図３の（ｂ））である。

【図４】図１のトルクセンサに使用される磁気抵抗素子
内の電気回路図である。

【図５】磁束が素子エレメントを垂直方向に横切る場合
の磁束分布と素子エレメントとの位置関係を示す説明図
（図５の（ａ））、および磁束が素子エレメントにほぼ
平行になる場合の磁束分布と素子エレメントとの位置関
係を示す説明図（図５の（ｂ））である。

【図６】磁石の変位による個々の素子エレメントの電気
抵抗変化を示す特性図である。

【図７】素子エレメントピッチＰが図６の間隔Ｐ２に対
して著しく広い（１．０倍を超える）場合（図７の
（ａ））、素子エレメントピッチＰが図６の間隔Ｐ２の
０．６倍から１．０倍の範囲にある（５ｍｍ）場合（図
７の（ｂ））、および素子エレメントピッチＰが図６の
間隔Ｐ２に対して著しく狭い（０．６倍未満）場合にお
けるトルク検出特性図である。

【図８】本発明に係るトルクセンサの他の実施例を示す
半裁断面説明図である。

【図９】図８の矢印Ａの方向から見たトルクが印加され
ていない時の磁石と磁気抵抗素子との位置関係を示す説
明図（図９の（ａ））、ならびに図９の（ａ）の矢印Ｆ
の方向から見た磁石および磁気抵抗素子とトーションバ
ーの軸中心との距離を示す説明図（図９の（ｂ））であ
る。

【図１０】磁束が素子エレメントを垂直方向に横切る場
合の磁束分布と素子エレメントとの位置関係を示す説明
図（図１０の（ａ））、および磁束が素子エレメントに
ほぼ平行になる場合の磁束分布と素子エレメントとの位
置関係を示す説明図（図１０の（ｂ））である。

【図１１】図８に示すトルクセンサの素子エレメントピ
ッチＰが図１０の間隔Ｗ２の０．６倍から１．０倍の範
囲にある場合（２．５ｍｍ）におけるトルク検出特性を
示す特性図である。

【図１２】従来のトルクセンサの一構成例を示す説明図
であって、トルクセンサ全体の構成を示す半裁断面図
（図１２の（ａ））、図１２の（ａ）におけるトルクセ
ンサに組み込まれる磁石およびホール素子の構成例を示
す説明図（図１２の（ｂ）および図１２の（ｃ））であ
る。

【図１３】従来のトルクセンサにおけるトルク検出特性
例を示す特性図である。

【図１４】パワーステアリング装置における、操舵トル
クに対する所望の操舵補助力の出力特性図である。

【符号の説明】

１操舵側軸２操舵機構側軸３トーションバー４ケース５磁石６磁気抵抗素子７スリップリング８ブラシ９回路１０基板１１パターン１１ａ，１１ｂ素子エレメント２１磁界発生器２２支持部材２３コア２４ａ，２４ｂ磁石Ｑ，Ｕ，Ｒ端子 β 磁束線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トーションバーを介して同軸的に連結さ
れ、且つ回転トルクが加わった際にトーションバーの捩
じれにより相対的に回転変位可能な２つの軸における前
記回転トルクを検出するトルクセンサにおいて、前記２
つの軸のうち一方の軸の軸端に取り付けられた磁石と、
他方の軸の軸端で且つ前記磁石に対向する位置に取り付
けられた導電体からなる２つの平行な素子エレメントお
よび前記磁石から発生して２つの素子エレメントを通過
する磁束の変化により２つの素子エレメントに生じる電
気抵抗の変化を差動電圧として出力する回路を備えた磁
気抵抗素子とから基本的に構成されるとともに、素子エ
レメント間のピッチが、それぞれの素子エレメントにつ
いて存在し且つ素子エレメントを通過する磁束の方向が
素子エレメントに対しほぼ平行となって素子エレメント
の電気抵抗が最大となる２箇所の磁石位置の間隔の０．
６倍から１．０倍までの範囲にあることを特徴とするト
ルクセンサ。
【請求項２】１個の磁石が一方の軸の軸端に取り付け
られていて、その磁極が素子エレメントに対し垂直方向
に向いていることを特徴とする請求項１に記載のトルク
センサ。
【請求項３】互いに磁極の向きが相反する２個の磁石
が平行に一方の軸の軸端に取り付けられていて、それら
の磁極が素子エレメントに対向していることを特徴とす
る請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項４】トーションバーを介して同軸的に連結さ
れる２つの軸は、電動パワーステアリング装置の操舵側
軸と操舵機構側軸である請求項１に記載のトルクセン
サ。