(57)【要約】【課題】小型で軽量の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１４４は、軸材２３と、軸材２３に設けられた磁気異方性ｍａ（ｍａ１、ｍａ２）を有する磁歪膜ｍｆ（ｍｆ１、ｍｆ２）と、磁歪膜ｍｆ（ｍｆ１、ｍｆ２）に通す磁束φを出力する界磁部２１１、２１２と、界磁部２１１、２１２から出力され、磁歪膜ｍｆ（ｍｆ１、ｍｆ２）を通った磁束φを検出する磁束検出部１２１、１２２と、を備える。界磁部２１１、２１２は、静磁界による磁束φを発生する磁束発生部１０１、１０２と、磁束発生部１０１、１０２に係合されたヨーク１１１、１１２により構成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸材と、
前記軸材に設けられた磁気異方性を有する磁歪材と、
前記磁歪材に通す磁束を出力する界磁部と、
前記界磁部から出力され、前記磁歪材を通った前記磁束を検出する磁束検出部と、
前記磁束検出部の検出結果に基づいて前記軸材に加えられたトルクを検出するトルク検出部と、
を備えた磁歪式トルクセンサであって、
前記界磁部は、静磁界による磁束を発生する磁束発生部と、前記磁束発生部に係合されたヨークと、を備え、前記磁束発生部により発生した磁束を、前記ヨークを介して出力し、出力された前記磁束を前記軸材に設けられた前記磁歪材に通す
ことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項２】
請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
前記ヨークは、前記磁束発生部から前記軸材の周方向に沿って両方向に延びて形成され、前記ヨークの両開放端は、それぞれ前記ヨークから前記軸材の軸心に向かって延びる凸形状を呈するティースとされ、
前記磁束発生部から前記ヨーク及び一方の前記ティースを通じて前記磁束を出力し、前記磁歪材を通った前記磁束を、他方の前記ティースに入力させて前記ヨークに前記磁束を通し前記磁束発生部まで戻すことで磁路を形成し、前記磁路中に前記磁束検出部を設けた
ことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項３】
請求項２記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
前記一方のティースは前記他方のティースに対して、前記軸材の軸心に対して逆側に配置される
ことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項４】
請求項２記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
前記ヨークは円弧状に形成され、
前記円弧状に形成された前記ヨークの円弧の中心角が１８０°未満にされ、
前記界磁部と前記磁束検出部とからなる組立体が、前記軸材の軸心に対して点対称に設けられた
ことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項５】
請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
前記ヨークは、前記磁束発生部から前記軸材の周方向に沿って両方向に延びて、その延びたところから、前記軸材の外周近傍に複数の分岐ヨークを形成し、各前記分岐ヨークの端部は開放端とされ、前記開放端は、それぞれ前記軸材の軸心に向かって凸形状を呈する、複数のティースが形成され、
前記磁束発生部から一方の前記ヨーク、及び一方の各前記分岐ヨークに形成された前記ティースを通じて前記磁束を出力し、前記磁歪材を通らせた前記磁束を、他方の各前記分岐ヨークに形成された前記ティースに入力させ、他方の各前記分岐ヨークを通じて他方の前記ヨークに前記磁束を通し前記磁束発生部まで戻すことで磁路を形成し、前記磁路中に前記磁束検出部を設けた、
ことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項６】
請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
前記ヨークは、前記磁束発生部から前記軸材の周方向に沿って両方向に前記軸材の軸心に対して対称な位置まで延びて、さらに軸心に向かって延び、各前記ヨークは、その延びたところから、さらに、前記軸材の周方向に沿って両方向に分岐して延びて、前記軸材の外周近傍に円弧状の合計４つの分岐ヨークを形成し、各前記分岐ヨークの端部は開放端とされ、４つの前記開放端は、それぞれ前記軸材の軸心に向かって凸形状を呈する、合計４つのティースが形成され、
前記磁束発生部から一方の前記ヨーク、一方の２つの各前記分岐ヨーク、及び一方の２つの各前記分岐ヨークに形成された２つの前記ティースを通じて前記磁束を出力し、前記磁歪材を通らせた前記磁束を、他方の２つの各前記分岐ヨークに形成された２つの前記ティースに入力させ、他方の２つの各前記分岐ヨークを通じて他方の前記ヨークに前記磁束を通し前記磁束発生部まで戻すことで磁路を形成し、前記磁路中に前記磁束検出部を設けた、
ことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項７】
請求項６記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
前記軸材を軸心に対して直交する断面において、軸心を通って直交する２つの線によって作られる４つの領域それぞれに、前記４つのティースがそれぞれ配置される
ことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、逆磁歪効果によ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に関し、例えば、操向ハンドル（ステアリングホイール）等の操作部材による車両の操舵時に、電動機の動力を操舵系（ステアリング系）に補助操舵力（操舵アシスト力）として伝え、運転者による前記操向ハンドル等の前記操作部材の操作負担を軽減する電動パワーステアリング装置に適用して好適な磁歪式トルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図２１の模式的構成図に示すように、従来技術に係る磁歪式トルクセンサ（操舵トルクセンサ）４４を搭載したピニオン駆動型の電動パワーステアリング装置１０は、ステアリング軸（操舵軸）１４上に設けられた図２２に詳細を示す磁歪式トルクセンサ４４によって検出された操舵トルク信号ＶＴをＥＣＵ（制御装置）１１０中に設けられた変換回路にて操舵トルク信号ＶＴ３（図２３）に変換し、この操舵トルク信号ＶＴ３、車速信号及びモータ回転信号に基づいて、ＥＣＵ１１０にて電動機（モータ）３６に動力を発生させるための目標モータ電流（目標電流）を演算する。
【０００３】
ＥＣＵ１１０はこの目標電流を電動機３６に通電するための駆動電圧（ＰＷＭ信号）を発生すると共に、実際に電動機３６に通電された実モータ電流を電流センサにて検出し、前記目標モータ電流と実モータ電流が一致するようにＰＩ（比例・積分）制御を行って電動機３６に動力を発生させている。
【０００４】
この電動機３６の動力をピニオン軸２２に設けた減速機構４２（ウォームギヤ３８とウォームホイールギヤ４０）を介して、ステアリング軸１４に伝達させて運転者の操舵負荷を軽減している（特許文献１参照）。
【０００５】
ここで、磁歪式トルクセンサ（操舵トルクセンサ）４４としては、例えばＮｉＦｅめっきを磁歪膜ｍｆ（ｍｆ１、ｍｆ２）とした磁歪式トルクセンサが用いられている。
【０００６】
図２２は、従来の磁歪式トルクセンサ４４を用いたピニオン駆動型の前記電動パワーステアリング装置１０の一部断面図である。
【０００７】
図２３は、従来の磁歪式トルクセンサ４４のトルク検出回路図である。
【０００８】
図２４は、磁歪式トルクセンサ４４に加えられた操舵トルクＴｓ［ｋｇｆｃｍ］に対応する出力電圧ＶＴ［Ｖ］の例としての特性図である。
【０００９】
図２１及び図２２に示すように、前記の磁歪膜ｍｆには、ピニオン軸２２の上下に方向の異なる第１異方性ｍａ１及び第２異方性ｍａ２が付与され、それぞれに対し第１検出コイル５１及び第２検出コイル５２、第３検出コイル５３及び第４検出コイル５４が設けられている。
【００１０】
第１〜第４検出コイル５１〜５４は、図２３に示すように、一端側に抵抗器を通じて直流電源Ｖｂｂが供給され、他端側がスイッチング素子６８の出力端に接続されるとともに、ピーク値抑制用の抵抗器、ダイオードを通じて直流電源Ｖｂｂに接続されている。このように接続される第１〜第４検出コイル５１〜５４は、繰り返し矩形波の駆動信号（励磁信号）Ｓｄにてスイッチング素子６８を介して駆動され、このときに発生する第１〜第４検出コイル５１〜５４の中点電圧Ｖｍａ２、Ｖｍａ１を、それぞれボトムホールド回路８１、８２でホールドした後、増幅回路（増幅器ともいう。）８３、８４で増幅し、図２４の特性で示す出力電圧ＶＴ１及び出力電圧ＶＴ２を得ている。
【００１１】
出力電圧ＶＴ１と出力電圧ＶＴ２の差動出力である操舵トルク信号ＶＴ３（図２４）を差動増幅回路（差動増幅器ともいう。）８６により得、上述したように、この操舵トルク信号ＶＴ３に基づいて、目標電流を演算している。なお、出力電圧ＶＴ１、ＶＴ２を用いて故障検出を行うことができる。
【００１２】
この場合、第１〜第４検出コイル５１〜５４に前記駆動信号Ｓｄに基づく交番電流を通電することにより磁歪膜ｍｆ中に所定の磁界を発生させ、出力のヒステリシスを低減している。
【００１３】
なお、図２４の操舵トルクＴｓと出力電圧ＶＴとの関係を示す図２３のトルク検出回路の特性図は、その傾斜は異なるが傾向が同一であるので、実施形態に係るトルク検出回路の特性図としても利用する。
【００１４】
次に、特許文献２には、この発明と同様に、軸材（シャフト）のトルクを検出するためにホール素子を用いたトルク検出装置が提案されている。特許文献２に係るトルク検出装置は、トルクを受ける大きさに応じたねじれを生じる軸材と、この軸材のねじれを受ける部分に形成されたアモルファス部材と、このアモルファス部材に近接して配置されるＳ極とＮ極とを有する磁石と、前記トルクの大きさに応じて前記アモルファス部材を通る磁束の変化よりトルクの大きさを検出するトルク検出用ホール素子とを備え、前記磁石は所定の間隔をおいて２つ設けられ、一方の磁石のＮ極が他方の磁石のＳ極と対向し、且つ前記一方の磁石のＳ極が前記他方の磁石のＮ極と対向するように配置され、前記トルク検出用ホール素子が前記２つの磁石の略中央の位置に配置された構成を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−６４４４５号公報（図１）
【特許文献２】特公平７−１１９６５７号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
図２２等を参照して説明した従来の磁歪式トルクセンサ４４は、４個の多重巻きの励磁兼用の第１〜第４検出コイル５１〜５４を用いると共に、図２３に示した検出回路を用いることにより、高感度に操舵トルクを検出することができるが、４つの多重巻の第１〜第４検出コイル５１〜５４を対向させて配置するため磁歪膜ｍｆが軸方向に長くなっていた。さらに磁歪膜ｍｆ中に所定の磁界を発生させるために第１〜第４検出コイル５１〜５４の巻き数を多く設定しているため、磁歪式トルクセンサ４４が大型化すると共に重量が重くなるという課題があった。
【００１７】
一方、上記特許文献２に開示されたホール素子を用いた磁歪式トルクセンサは、小型で重量が軽いものと思量されるが、永久磁石で生成された磁束の変化を、ホール素子で直接検出するようにしているので、外部からの電磁ノイズに対するロバスト性が低いという課題がある。
【００１８】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、小型、軽量で且つ外部からの電磁ノイズに対するロバスト性が向上した磁歪式トルクセンサを提供することを目的とする。
【００１９】
なお、上記の図２１、図２２中、符号の意味を説明していない部材については、重複を避けるため、［発明を実施するための形態］（実施形態）の項にて説明する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この発明に係る磁歪式トルクセンサは、軸材と、前記軸材に設けられた磁気異方性を有する磁歪材と、前記磁歪材に通す磁束を出力する界磁部と、前記界磁部から出力され、前記磁歪材を通った前記磁束を検出する磁束検出部と、前記磁束検出部の検出結果に基づいて前記軸材に加えられたトルクを検出するトルク検出部と、を備えた磁歪式トルクセンサであって、前記界磁部は、静磁界による磁束を発生する磁束発生部と、前記磁束発生部に係合されたヨークと、を備え、前記磁束発生部により発生した磁束を、前記ヨークを介して出力し、出力された前記磁束を前記軸材に設けられた前記磁歪材に通すことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、磁束発生部により発生した静磁界による磁束を、ヨークを介して出力し、出力された磁束を軸材に設けた磁歪材に通し、前記磁歪材を通った磁束を磁束検出部で検出するため、小型化が図れ、且つヨークを介して磁束を通すので、界磁部が発生する磁束を高効率（高磁束密度）下に磁歪材を通して前記磁束検出部で検出することができる。結果として、検出精度（検出感度）を高くでき、外部からの電磁ノイズに対するロバスト性（タフネス性）が向上する。
【００２２】
時間的に変動しない静磁界を発生する磁束発生部としては、例えば、永久磁石、又は電磁石を用いることができる。電磁石は、前記ヨークにコイルを巻回し、コイルに一定の直流電流を流すようにして構成することもできる。磁束検出部としては、ホール素子、又は磁気抵抗素子等の磁気センサ（磁束検出デバイス）を利用することができる。なお、永久磁石を用いることが好ましく、磁束発生部用の電源が不要になる。
【００２３】
この場合、前記ヨークは、前記磁束発生部から前記軸材の周方向に沿って両方向に延びて形成され、前記ヨークの両開放端は、それぞれ前記ヨークから前記軸材の軸心に向かって延びる凸形状を呈するティースとされ、前記磁束発生部から前記ヨーク及び一方の前記ティースを通じて前記磁束を出力し、前記磁歪材を通った前記磁束を、他方の前記ティースに入力させて前記ヨークに前記磁束を通し前記磁束発生部まで戻すことで磁路を形成する。前記磁束検出部は、前記磁路中に設ける。
【００２４】
磁歪材の周方向に通す磁束が、一方のティースから出て、他方のティースに入るように作用するので、磁束が磁歪材の周方向の両側に回り込むことになる。よって、軸材の軸心に対するヨークの位置ずれが発生した場合においても、ティース部分での磁束密度が変化せず、磁束を安定して検出することができる。しかも、磁束が磁歪膜の全周を通るため、磁歪膜の膜厚が不均一であっても特性が平均化され、結果として、正確なトルクを検出することができる。この場合、前記一方のティースは前記他方のティースに対して、前記軸材の軸心に対して逆側に配置される。
【００２５】
なお、前記ヨークは円弧状に形成され、前記円弧状に形成された前記ヨークの円弧の中心角を１８０°未満にし、前記界磁部と前記磁束検出部とからなる組立体を、前記軸材の軸心に対して点対称に設けることで、検出感度を上げることができると共に、軸材の中心に対するヨークの位置ずれが発生した場合でも、より磁束を安定して検出することができる。
【００２６】
また、前記ヨークは、前記磁束発生部から前記軸材の周方向に沿って両方向に前記軸材の軸心に対して対称な位置まで延びて、さらに軸心に向かって延び、各前記ヨークは、その延びたところから、さらに、前記軸材の周方向に沿って両方向に分岐して延びて、前記軸材の外周近傍に複数の分岐ヨークを形成し、各前記分岐ヨークの端部は開放端とされ、前記開放端は、それぞれ前記軸材の軸心に向かって凸形状を呈する、ティースが形成され、前記磁束発生部から一方の前記ヨーク、一方の各前記分岐ヨーク、及び一方の各前記分岐ヨークに形成された前記ティースを通じて前記磁束を出力し、前記磁歪材を通らせた前記磁束を、他方の各前記分岐ヨークに形成された前記ティースに入力させ、他方の各前記分岐ヨークを通じて他方の前記ヨークに前記磁束を通し前記磁束発生部まで戻すことで磁路を形成し、前記磁路中に前記磁束検出部を設ける構成とすることで、軸材の軸がティース間に対して直交方向に偏位しても、検出精度を保持することができる。
【００２７】
この場合において、前記軸材を軸心に対して直交する断面において、軸心を通って直交する２つの線によって作られる４つの領域それぞれに、前記ティースがそれぞれ配置されるように構成することで、軸がどの方向にずれても、確実に、検出精度を保持することができる。
【発明の効果】
【００２８】
この発明によれば、多重巻きの４個の励磁兼用検出コイルを用いることなくトルクを検出することが可能になり、磁歪式トルクセンサを小型・軽量にすることができる。
【００２９】
すなわち、磁束発生部により発生した静磁界による磁束を、ヨークを介して出力し、出力された磁束を軸材に設けた磁歪材に通し、前記磁歪材を通った磁束を磁束検出部で検出する構成としたため、小型化・軽量化が図れ、且つヨークを介して磁束を通すので、界磁部が発生する磁束を高効率（高磁束密度）下に磁歪材を通して磁束検出部で検出することができる。結果として、検出精度（検出感度）を高くでき、外部からの電磁ノイズに対するロバスト性（タフネス性）を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の第１〜第４実施例に係る磁歪式トルクセンサを搭載したピニオン駆動型の電動パワーステアリング装置の模式的構成図である。
【図２】この発明の第１〜第４実施例に係る磁歪式トルクセンサを搭載したコラム駆動型の電動パワーステアリング装置の模式的構成図である。
【図３】第１実施例に係る磁歪式トルクセンサの正面断面図である。
【図４】第１実施例に係る磁歪式トルクセンサの一部省略斜視図である。
【図５】第１実施例に係る磁歪式トルクセンサの要部の一部省略模式的横断面図である。
【図６】第１実施例に係る磁歪式トルクセンサの要部の一部省略斜視図である。
【図７】第１実施例及び第２実施例に係る磁歪式トルクセンサに供されるトルク検出回路図である。
【図８】図８Ａ、図８Ｂは、それぞれ、磁気異方性を設ける説明図である。
【図９】入力トルクと比透磁率との関係を示す特性図である。
【図１０】入力トルクとヨークの磁束密度との関係を示す特性図である。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｃは、磁歪膜の透磁率と磁束密度との対応関係を示す模式的説明図である。
【図１２】第２実施例に係る磁歪式トルクセンサの一部省略斜視図である。
【図１３】第２実施例に係る磁歪式トルクセンの要部の一部省略模式的横断面図である。
【図１４】第３実施例に係る磁歪式トルクセンサの要部の一部省略斜視図である。
【図１５】第４実施例に係る磁歪式トルクセンの要部の一部省略模式的横断面図である。
【図１６】第４実施例に係る磁歪式トルクセンサに供されるトルク検出回路図である。
【図１７】図１７Ａは、第１実施例に係る磁歪式トルクセンサを構成する軸材とヨークの中心が一致している場合の磁束の流れの説明図、図１７Ｂは、第１実施例に係る磁歪式トルクセンサを構成する軸材とヨークの中心がずれている場合の磁束の流れの説明図である。
【図１８】図１８Ａは、第１実施例に係る磁歪式トルクセンサを構成するヨーク側の半周の膜厚が厚い磁歪膜になっている場合の磁束の流れの説明図、図１８Ｂは、第１実施例に係る磁歪式トルクセンサを構成するヨークに対向しない側の半周の膜厚が厚い磁歪膜になっている場合の磁束の流れの説明図である。
【図１９】磁歪膜のＢ−Ｈカーブとバイアス磁界との関係を示す特性説明図である。
【図２０】磁歪膜の磁界と透磁率との関係を示す特性説明図である。
【図２１】従来技術に係る磁歪式トルクセンサが搭載された電動パワーステアリング装置の模式的構成図である。
【図２２】従来技術に係る磁歪式トルクセンサの正面断面図である。
【図２３】従来技術に係る磁歪式トルクセンサに適用されるトルク検出回路図である。
【図２４】図２３のトルク検出回路で検出される出力電圧と操舵トルク信号の関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００３２】
なお、以下に参照する図面において、上記図２１〜図２４に示したものと同一のもの又は対応するものには同一の符号を付けてその詳細な説明は省略する。また、繁雑さを避けるために、必要に応じて上記図２１〜図２４をも参照して説明する。
【００３３】
図１は、この発明の第１〜第４実施例に係る磁歪式トルクセンサ１４４（１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃ）が搭載（適用）されるピニオン駆動型の電動パワーステアリング装置１０の模式的構成図である。
【００３４】
図１において、電動パワーステアリング装置１０は、操向ハンドル１２に連結されたステアリング軸１４を備えている。ステアリング軸１４は、操向ハンドル１２に一体結合されたメインステアリングシャフト１６と、ラック＆ピニオン機構１８のピニオンギヤ２０が設けられたピニオン軸２２とが、自在継ぎ手２４によって連結された構成にされている。
【００３５】
ピニオン軸２２は、ギヤハウジング２９（２９ａ、２９ｂ）に設けられた軸受２６ａ、２６ｂ、によって、その下部、中間部を支持されており、ピニオンギヤ２０はピニオン軸２２の下端部に設けられている。ピニオンギヤ２０は、車幅方向に往復動し得るラック軸２８のラックギヤ３０に噛合し、ラック軸２８の両端には、タイロッド３２を介して転舵輪としての左右の前輪３４が連結されている。なお、図３に示すように、ラック軸２８のラックギヤ３０の裏面側は、ラックガイド４７上を摺動する。このラックガイド４７の裏面側は、ラックハウジング３１に螺合されたラックガイドねじ４８に一端が着座したラックガイドスプリング４９（圧縮スプリング）の他端を通じて押圧力が付与されている。
【００３６】
この構成により、操向ハンドル１２の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪３４を転舵させて車両の向きを変えることができる。ここで、ラック軸２８、ラックギヤ３０、タイロッド３２は転舵機構３３を構成する。
【００３７】
転舵機構３３と、ステアリング軸１４（自在継ぎ手２４によって連結されたメインステアリングシャフト１６と、ラック＆ピニオン機構１８のピニオンギヤ２０が設けられたピニオン軸２２）と、操向ハンドル１２とによりステアリング系が構成される。
【００３８】
また、電動パワーステアリング装置１０は、操向ハンドル１２による操舵力を軽減するための補助操舵力をピニオン軸２２に供給する電動機（モータ）３６を備えており、この電動機３６の出力軸３７に設けられたウォームギヤ３８（図１には現れていないが、図２１参照）が、図１に示すように、ピニオン軸２２の中間部の軸受２６ｂの上側に設けられたウォームホイールギヤ４０に噛合している。ウォームギヤ３８とウォームホイールギヤ４０により減速機構４２が構成される。減速機構４２は、電動機３６の回転・駆動力をピニオン軸２２の回転・駆動力に滑らかに且つ倍力変換する。
【００３９】
また、ピニオン軸２２の中間部の軸受２６ｂの上部には、磁歪に起因する磁気特性、すなわち逆磁歪効果による磁気特性の変化に基づいてピニオン軸２２（ステアリング軸１４）のトルクを検出する磁歪式トルクセンサ１４４が配置されている。
【００４０】
図２は、同様に、この発明の第１〜第４実施例に係る磁歪式トルクセンサ１４４（１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃ）が搭載（適用）されるコラム駆動型の電動パワーステアリング装置１０Ａの模式的構成図である。
【００４１】
このコラム駆動型の電動パワーステアリング装置１０Ａでは、メインステアリングシャフト１６と自在継ぎ手２４間にコラム軸１１（鋼材による回転軸であり、後述するように、軸材２３ともいう。）が設けられている。
【００４２】
コラム軸１１はその下部、中間部、上部を軸受２７ａ、２７ｂ、２７ｃによって支持されている。
【００４３】
この電動パワーステアリング装置１０Ａは、操向ハンドル１２による操舵力を軽減するための補助操舵力をコラム軸１１に供給する電動機３６を備えており、この電動機３６の出力軸に設けられたウォームギヤ３８が、コラム軸１１の軸受２７ｂと軸受２７ａとの間に設けられたウォームホイールギヤ４０に噛合している。ウォームギヤ３８とウォームホイールギヤ４０により減速機構４２が構成される。減速機構４２は、電動機３６の回転・駆動力をコラム軸１１の回転・駆動力に滑らかに且つ倍力変換する。
【００４４】
この場合において、コラム軸１１の中間部の軸受２７ｂと上部の軸受２７ａとの間には、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてコラム軸１１（メインステアリングシャフト１６）のトルクを検出する磁歪式トルクセンサ１４４が配置されている。
【００４５】
以下、図１及び図２に示した電動パワーステアリング装置１０、１０Ａに搭載（適用）される磁歪式トルクセンサの第１実施例（磁歪式トルクセンサ１４４）、第２実施例（磁歪式トルクセンサ１４４Ａ）、第３実施例（磁歪式トルクセンサ１４４Ｂ）、及び第４実施例（磁歪式トルクセンサ１４４Ｃ）について、図１に示したピニオン駆動型の電動パワーステアリング装置１０への搭載を例として説明する。
【００４６】
［第１実施例］
この発明の第１実施例に係る磁歪式トルクセンサ１４４について説明する。
【００４７】
図３及び図４に示すように、第１実施例に係る磁歪式トルクセンサ１４４は、ピニオンギヤ２０とラックギヤ３０とを備えるラック＆ピニオン機構１８のピニオン軸（軸材）２２に設けられた軸材（鋼材による回転軸）２３の外周全周に設けられ、逆方向の異方性（磁気異方性）が付与された上下２つの、第１異方性ｍａ１と第２異方性ｍａ２（異方性ｍａ）が付与された第１磁歪部（ＮｉＦｅめっき）ｍｆ１と第２磁歪部（ＮｉＦｅめっき）ｍｆ２と、第１磁歪部ｍｆ１と第２磁歪部ｍｆ２を有する磁歪膜ｍｆに直流磁界を発生させる第１及び第２磁束発生部（界磁発生部又は磁束発生部ともいう。ここでは、永久磁石）１０１、１０２と、第１及び第２磁束発生部１０１、１０２の磁束（磁界）を磁歪膜ｍｆに出力し（印加し）、多くの磁束を安定的に流すための第１及び第２ヨーク１１１、１１２と、を有する。なお、図４に示すように、この第１実施例では、１つの磁歪膜ｍｆに第１磁歪部ｍｆ１及び第２磁歪部ｍｆ２を設けた構成であるが、磁歪膜を２つ設け、一方の磁歪膜に第１磁歪部ｍｆ１を、他方の磁歪膜に第２磁歪部ｍｆ２を設ける構成としてもよい。
【００４８】
第１及び第２ヨーク１１１、１１２は、それぞれ磁性体の薄板（軟鉄）が積層された略円弧状の形状とされ、すなわち、円弧状磁性材料薄板の積層体構造とされ、積層体構造により渦電流の発生を抑制できる構成になっている。第１及び第２ヨーク１１１、１１２は、同形状であり、軸材２３の径より大径であって、軸材２３の円周よりも大径の同心円上に乗る円弧状に形成されている。
【００４９】
なお、磁束発生部１０１と第１ヨーク（単に、ヨークともいう。）１１１により界磁部（第１界磁部）２１１が形成され、磁束発生部１０２と第２ヨーク（単に、ヨークともいう。）１１２により界磁部（第２界磁部）２１２が形成されている。
【００５０】
磁歪式トルクセンサ１４４は、軸材２３に作用される捩りトルクに応じて変化する磁歪膜ｍｆ（ｍｆ１、ｍｆ２）の透磁率の変化を検出する。
【００５１】
図５は、図３及び図４に示した第１実施例に係る磁歪式トルクセンサ１４４の第１界磁部２１１側の模式的横断面説明図である。
【００５２】
図５に示すように、軸材２３に形成された磁歪膜ｍｆ（ｍｆ１、ｍｆ２）の透磁率の変化は、第１ヨーク１１１及び第２ヨーク１１２（図５には、現れていない。）中に流れる磁束φを変化させるので、この際の磁束φの変化を第１ヨーク１１１に挟まれた第１磁束検出部（磁界検出部）１２１及び第２ヨーク１１２に挟まれた第２磁束検出部（磁界検出部）１２２にて検出する。第１及び第２磁束検出部１２１、１２２は、ホール素子等の磁界検出素子｛磁束検出素子、又は磁束（磁界）検出デバイスともいう。｝により構成される。磁界検出素子としては、ホール素子の他に、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等を用いることができる。
【００５３】
第１及び第２磁束発生部１０１、１０２は、永久磁石に代替して電磁石を用いることもできる。電磁石を用いる場合には、例えば、図５において、永久磁石である磁束発生部１０１の占める位置までヨーク１１１ａを延ばし、延ばしたヨーク１１１ａに巻線（コイル）を施し、この巻線に直流電源から電流（直流電流、定常電流）を流す構成すれがよい。
【００５４】
図６は、第１及び第２センサハウジング１３１、１３２を含む磁歪式トルクセンサ１４４の斜視説明図である。
【００５５】
上述したように、磁歪式トルクセンサ１４４は、基本的には、磁束発生部１０１（１０２）と、この磁束発生部１０１（１０２）に係合されたヨーク１１１（１１２）と、からなる界磁部２１１（２１２）と、軸材２３の表面の一部の全周に渡って設けられた磁気異方性ｍａ１（ｍａ２）を有する磁歪部ｍｆ１（ｍｆ２）と、ヨーク１１１（１１２）に流れる磁束φの軸材２３の捩れに基づく変化を検出する磁束検出部１２１（１２２）と、を有する。
【００５６】
以下の説明においては、煩雑さを回避するために、基本的には、上側の第１磁歪部ｍｆ１と第１ヨーク１１１等を含む第１センサハウジング１３１を例として説明し、下側の第２磁歪部ｍｆ２と第２ヨーク１１２等を含む第２センサハウジング１３２についての説明は必要に応じて行う。
【００５７】
図５に示したように、ヨーク１１１は、磁束発生部１０１からそれぞれ軸材２３の周方向に沿って両方向に延びて配置され、且つ、両方向に延びて配置されたヨーク１１１（１１１ａ、１１１ｂ）同士は、軸材２３の軸心（軸中心）に対して対称に配される各開放端２２０（２２０ａ、２２０ｂ）を有し、各前記開放端２２０（２２０ａ、２２０ｂ）は、軸材２３の軸心Ｏ（周面）に向かって凸形状を呈するティース２２２（２２２ａ、２２２ｂ）とされる。なお、ティース２２２の軸材２３の周面に対向する部位は、軸材２３の同心円であって円筒内面の一部切欠形状になっている。各ティース２２２ａ、２２２ｂと軸心（軸中心）Ｏとを結んだ２本の線がなす角θは、この第１実施例では、１８０゜に選択している。すなわち、ティース２２２ａ、２２２ｂは、軸心Ｏに対して逆側に位置している。なお、ティース２２２ａ、２２２ｂと軸心Ｏとを結んだ２本の線がなす角θは、９０゜≦θ≦１８０゜に設定することができる。
【００５８】
そして、磁束発生部１０１のＮ極から一方のヨーク１１１ａ及び一方のティース２２２ａを通じて磁束φを出力し、磁歪部ｍｆ１の両周方向（略全周）を通らせた磁束φを、他方のティース２２２ｂに入力させ他方のヨーク１１１ｂに磁束φを通すことで磁束発生部１０１のＳ極までの磁路を形成し、磁路中に、磁束検出部１２１を設けている。磁束発生部１０１から出力される磁束φの磁束密度Ｂ［ｍＴ］は、磁歪部ｍｆ１の比透磁率μｓの変化に応じて変化する点に留意する。
【００５９】
この第１実施例では、磁束発生部１０１のＳ極とヨーク１１１ｂの端部との間に、磁束検出部１２１を設けているが、磁束検出部１２１は、ヨーク１１１中のどの位置に設けてもよい。
【００６０】
この場合、磁束検出部１２１は、ヨーク１１１の断面（磁束φが直交する断面）に、その感磁面を平行させて配置させる。すなわち、検出感度が高くなるように、前記感磁面が、磁束φと直交するように磁束検出部１２１を配置する。
【００６１】
図６に示すように、第１及び第２センサハウジング１３１、１３２は、それぞれ、磁束発生部１０１、１０２、ヨーク１１１、１１２、磁束検出部１２１、１２２、及び樹脂モールド１４１、１４２により構成される。
【００６２】
図７は、樹脂モールド１４１に支持される第１検出回路１５１と、樹脂モールド１４２に支持される第２検出回路１５２からなる検出回路１５３の回路図を示している。
【００６３】
図６及び図７に示すように、第１センサハウジング１３１は、あらかじめヨーク１１１、磁束発生部１０１、及び磁束検出部１２１を一体的に樹脂でモールドし、樹脂モールド１４１の一部に、電源回路１６２、増幅回路１６４、１６８により構成される第１検出回路１５１が実装されている組立体（アセンブリ）とされる。
【００６４】
第２センサハウジング１３２は、あらかじめヨーク１１２、磁束発生部１０２、磁束検出部１２２を一体的に樹脂でモールドし、樹脂モールド１４２の一部に、第２増幅回路１６６により構成される第２検出回路１５２が実装されている組立体（アセンブリ）とされる。
【００６５】
つまり、磁歪式トルクセンサ１４４は、第１検出回路１５１と第２検出回路１５２が実装されている第１センサハウジング１３１と第２センサハウジング１３２の組立体を、上下に内包している。
【００６６】
図１及び図２において、ＥＣＵ１１０からリード線及びカプラ（コネクタ）１７０（図３参照）を介して、第１検出回路１５１（図７）に内蔵されている電源回路（レギュレータ）１６２に１２［Ｖ］の電源Ｖｂｂが供給される。
【００６７】
図７に示すように、電源回路１６２により安定化された５［Ｖ］の電源Ｖｃｃが生成され、電源Ｖｃｃがそれぞれホール素子からなる第１及び第２磁束検出部１２１、１２２と、第１増幅回路１６４と、差動増幅回路１６８と、第２増幅回路１６６とに供給される。
【００６８】
磁束検出部１２１、１２２は、制御電流が流されたホール素子の感磁面に直交する磁束（磁界）φに応じた出力電圧を発生する。第１及び第２増幅回路１６４、１６６はこの電圧を増幅して、出力電圧ＶＴ１及び出力電圧ＶＴ２を出力する。
【００６９】
また、差動増幅回路１６８では出力電圧ＶＴ１と出力電圧ＶＴ２の差電圧を生成して、操舵トルク信号ＶＴ３を出力する。出力電圧ＶＴ１、出力電圧ＶＴ２、及び操舵トルク信号ＶＴ３は、カプラ１７０を通じて制御装置であるＥＣＵ１１０（図１、図２）に伝達される。
【００７０】
この操舵トルク信号ＶＴ３、車速センサ１３からの車速信号Ｖｓ及び電動機３６の回転数センサからのモータ回転信号に基づいて、ＥＣＵ１１０にて電動機３６に動力を発生させるための目標モータ電流を演算する。
【００７１】
ＥＣＵ１１０は、この目標電流を電動機３６に通電するための駆動電圧（ＰＷＭ信号）に変換して発生すると共に、実際に電動機３６に通電された実モータ電流を電流センサにて検出し、前記目標モータ電流と実モータ電流が一致するようにＰＩ（比例積分）制御を行って電動機３６に動力を発生させる。
【００７２】
このモータの動力を、図３に示すように、ピニオン軸２２に設けた減速機構４２（ウォームギヤ３８とウォームホイールギヤ４０）を介して、ステアリング軸１４（メインステアリングシャフト１６）に伝達させて運転者の操舵負荷を軽減している。
【００７３】
さらにＥＣＵ１１０は、上述したように、出力電圧ＶＴ１及び出力電圧ＶＴ２を用いて故障検出を行っている。すなわち、出力電圧ＶＴ１と出力電圧ＶＴ２の和（ＶＴ１＋ＶＴ２）の値が所定範囲（図２４例では、＋２．５Ｖ±ΔＶの範囲）に有るか否かを監視し、所定範囲を外れた際には故障と判定している。
【００７４】
図８Ａに示すように、軸材２３に磁歪膜ｍｆを形成した後、軸材２３に所定の捩りトルク（右トルク）を加えた状態で熱処理を行い、自然に冷却した後に、捩りトルクを取り除く。これにより、上側の磁歪部ｍｆ１に第１異方性ｍａ１が設けられる。
【００７５】
このときの熱処理は高周波加熱によって所定時間加熱する。また、好ましくは磁歪膜ｍｆは、主成分がＮｉＦｅ（鉄ニッケル）からなり、所定の捩りトルクは５０［Ｎｍ］以上且つ１００［Ｎｍ］以下である。
【００７６】
第１異方性ｍａ１を付与した後、図８Ｂに示すように、反対方向に所定の捩りトルク（左トルク）を加えた状態で熱処理を行い、自然に冷却した後に、捩りトルクを取り除く。これにより、下側の磁歪部ｍｆ２に第２異方性ｍａ２が設けられる。
【００７７】
図９は、異方性ｍａ（ｍａ１、ｍａ２）が付与された後の軸材２３の入力トルクＴｓ［Ｎｍ］と磁歪膜ｍｆ（ｍｆ１、ｍｆ２）の比透磁率μｓの関係を示す特性１８１、１８２を示している。異方性ｍａ１、ｍａ２が付与されることにより、例えば、入力トルクＴｓ［Ｎｍ］（０〜５０の右トルク）に対して第１磁歪部ｍｆ１では比透磁率μｓが増大し、第２磁歪部ｍｆ２では比透磁率μｓが減少する。逆方向の入力トルクＴｓ［Ｎｍ］（０〜−５０の左トルク）に対して第１磁歪部ｍｆ１では比透磁率μｓが減少し、第２磁歪部ｍｆ２では比透磁率μｓが増大する。
【００７８】
図１０は、磁束発生部１０１、１０２の磁力を、ヨーク１１１、１１２を介して、図９の特性１８１、１８２を有する磁歪部ｍｆ１、ｍｆ２に作用させた時の入力トルク（操舵トルク）Ｔｓ［Ｎｍ］に対するヨーク１１１、１１２の磁束密度Ｂ［ｍＴ］の変化を示す特性のうち、磁歪式トルクセンサ１４４としての実使用範囲（±１５［Ｎｍ］）の特性１９１、１９２を示している。
【００７９】
例えば、第１磁歪部ｍｆ１では右トルクの入力トルクＴｓ［Ｎｍ］が増大するに従い磁束密度［ｍＴ］が増大する。
【００８０】
図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、この際の、ヨーク１１１の磁束密度変化の模式図を示している。
【００８１】
図１０の特性１９１上の点ａでは透磁率が小さいため、図１１Ａに示すように、ヨーク１１１の磁束密度Ｂ［ｍＴ］が小さく（１９５［ｍＴ］）、点ｃでは透磁率が大きいため、図１１Ｃに示すように、ヨーク１１１の磁束密度Ｂ［ｍＴ］が大きく（２０５［ｍＴ］）なっている。入力トルクＴｓ［Ｎｍ］が０値の点ｂでは、図１１Ｂに示すように、その中間（２００［ｍＴ］）の磁束密度Ｂ［ｍＴ］になっている。
【００８２】
つまり、界磁部２１１に流れる磁束φの磁束密度Ｂ[ｍＴ]が、軸材２３に印加される入力トルクＴｓ［Ｎｍ］に応じて変化する磁歪部ｍｆ１の比透磁率μｓの変化に基づき変化することになる。図１１Ａ〜図１１Ｂを参照して説明すれば、界磁部２１１の磁束発生部１０１のＮ極から発生する磁束φ自体が、比透磁率μｓが増加乃至減少する磁歪部ｍｆ１により増加乃至減少され、増加乃至減少された磁束φが、界磁部２１１の磁束発生部１０１のＳ極まで戻る、その磁路中に磁束検出部１２１が設けられる。
【００８３】
磁束発生部１０１とヨーク１１１とからなる界磁部２１１は、磁束検出部１２１と、樹脂モールド１４１（図６）によって一体的に構成された組立体（アセンブリ）とされている。
【００８４】
上述した第１実施例の磁歪式トルクセンサ１４４によれば、磁束発生部１０１、１０２により発生した静磁界による磁束φを、ヨーク１１１、１１２を介して出力し、出力された磁束φを軸材２３に設けた磁歪膜ｍｆの磁歪部ｍｆ１、ｍｆ２に通し、磁歪部ｍｆ１、ｍｆ２を通った磁束φをヨーク１１１、１１２を介して磁束検出部１２１、１２２で検出する構成としたため、従来技術のように多重巻きの４個の励磁兼用の検出コイル５１〜５４を用いる必要がなくなるので、小型・軽量化が図れ、且つヨーク１１１、１１２を介して磁束φを通すので、界磁部２１１、２１２が発生する磁束φを高効率（高磁束密度）下に磁歪部ｍｆ１、ｍｆ２を通して磁束検出部１２１、１２２で検出することができる。結果として、検出精度（検出感度）を高くでき、外部からの電磁ノイズに対するロバスト性（タフネス性）を向上させることができる。
【００８５】
第１実施例に係る磁歪式トルクセンサ１４４のさらなる作用効果については後述する［実施形態のまとめ］の欄にて説明する。
【００８６】
［第２実施例］
次に、図１２及び図１３を参照して、この発明の第２実施例に係る磁歪式トルクセンサ１４４Ａについて説明する。
【００８７】
この第２実施例に係る磁歪式トルクセンサ１４４Ａは、第１実施例に係る磁歪式トルクセンサ１４４に比較して異なる形状のヨーク１１１Ｐ、１１１Ｑを備える。
【００８８】
上側のヨーク１１１Ｐを例として説明する。ヨーク１１１Ｐは、磁束発生部１０１から軸材２３の周方向に沿って両方向に第１及び第２のヨーク１１１ａ、１１１ｂとして、軸材２３の軸心Ｏに対して対向する位置（中心角で１８０°の位置）まで円弧状に延び、さらに、軸心Ｏに向かって僅かに延び、さらに、第１及び第２ヨーク１１１ａ、１１１ｂからそれぞれ、軸材２３の周方向に沿って外側及び内側の両方向に円弧状に延びて、第１ヨーク１１１ａから離れる方向（外側方向）に第１分岐ヨーク３０１が形成されると共に、第１ヨーク１１１ａに近づく方向（内側方向）に第２分岐ヨーク３０２が形成される一方、第２ヨーク１１１ｂから離れる方向（外側方向）に第３分岐ヨーク３０３が形成されると共に、第２ヨーク１１１ｂに近づく方向（内側方向）に第４分岐ヨーク３０４が形成され、第１分岐ヨーク３０１と第４分岐ヨーク３０４は、軸材２３の軸心Ｏに対して対称（相互に逆側）に配される開放端を有し、各前記開放端は、軸材２３の軸心Ｏ（周面）に向かって凸形状を呈する第１ティース４０１及び第４ティース４０４とされ、第２分岐ヨーク３０２と第３分岐ヨーク３０３は、軸材２３の軸心Ｏに対して対称（相互に逆側）に配される開放端を有し、各前記開放端は、軸材２３の軸心Ｏ（周面）に向かって凸形状を呈する第２ティース４０２及び第３ティース４０３とされる。
【００８９】
このようなヨーク１１１Ｐの構成下に、磁束発生部１０１のＮ極から第１ヨーク１１１ａ、第１分岐ヨーク３０１、及び第１ティース４０１を通じて磁束φを図１３中、上側の周面（表面）に出力し、磁歪部ｍｆ１の片側の周方向を通らせた磁束φを、第３ティース４０３に入力させ、第３分岐ヨーク３０３、及び第２ヨーク１１１ｂに磁束φを通すことで磁束発生部１０１のＳ極までの第１磁路を形成する一方、磁束発生部１０１から第１ヨーク１１１ａ、第２分岐ヨーク３０２、及び第２ティース４０２を通じて磁束φを出力し、磁歪部ｍｆ１の軸心Ｏに対向する他の片側の周方向を通らせた磁束φを、第４ティース４０４に入力させ、第４分岐ヨーク３０４、及び第２ヨーク１１１ｂに磁束φを通すことで磁束発生部１０１のＳ極までの第２磁路を形成し、合成された前記第１磁路及び前記第２磁路中に磁束検出部１２１を設けた構成としている。
【００９０】
このように構成される第２実施例に係る磁歪式トルクセンサ１４４Ａにおいては磁歪部ｍｆ１、ｍｆ２へ磁束φを通すためのティース４０１〜４０４が複数（４個）設けてある。これにより、ヨーク１１１Ｐ、１１１Ｑと軸材２３の軸心Ｏ（回転中心）がずれた場合であっても、磁束φが平均化されるため出力電圧ＶＴ１、ＶＴ２及び操舵トルク信号ＶＴ３の変化を抑制することができる。より具体的に説明すると、磁歪部ｍｆ１、ｍｆ２とティース４０１〜４０４のギヤップ（空隙）の一方が狭まった場合、他方が広くなるのでヨーク１１１Ｐ、１１１Ｑの磁束密度は平均化され変化しない。この第２実施例ではティース４０１〜４０４を片側に２つ設けたものを示したが、図１３に示す２点鎖線で示す位置に、さらにティース４０５、４０６を設ける等、片側に３個設けてもよく、それ以上設けてもよい。
【００９１】
なお、この第２実施例においても、１つの磁歪膜ｍｆに第１磁歪部ｍｆ１及び第２磁歪部ｍｆ２を設けた構成で説明しているが、磁歪膜を２つ設け、一方の磁歪膜に第１磁歪部ｍｆ１を、他方の磁歪膜に第２磁歪部ｍｆ２を設ける構成にしてもよい。
【００９２】
［第３実施例］
次に、図１４を参照して、この発明の第３実施例に係る磁歪式トルクセンサ１４４Ｂについて説明する。
【００９３】
この磁歪式トルクセンサ１４４Ｂは、第１実施例に係る磁歪式トルクセンサ１４４（図６参照）に比較して、磁歪膜ｍｆ（ｍｆ１、ｍｆ２）と軸材（鋼材）２３との間に非磁性体の環（薄肉の円筒体であって、以下、非磁性環という。）４１０を設けたものである。
【００９４】
非磁性環４１０は、例えば、軸材２３に銅めっきを施したものであって、この非磁性環４１０上にＮｉＦｅめっきを施して磁歪部ｍｆ１、ｍｆ２を形成する。あるいは、軸材２３に銅製の円筒管（円管）を圧入し、この非磁性環４１０上にＮｉＦｅめっきを施して磁歪部ｍｆ１、ｍｆ２を形成するようにしてもよい。非磁性環４１０は、銅製に限らず、アルミニウム製又は非磁性ステンレス製でもよい。
【００９５】
非磁性環４１０を設けることで、磁歪部ｍｆ１、ｍｆ２を通る磁束φが軸材２３に対して進入し難くなり、換言すれば軸材２３への漏れ磁束が少なくなり、その分、検出感度が増大し、ＳＮ比（信号雑音比）が高くなる。
【００９６】
しかも、軸材２３に外部から流れてくる図示していない磁束、例えば、エンジンノイズによる磁束、他のモータ電流による磁束、及びホーン電流による磁束等が、非磁性環４１０により遮断されることとなるので、磁歪部ｍｆ１、ｍｆ２に流れるノイズ磁束が少なくなり、外来ノイズに対するロバスト性（タフネス性）がより向上する。
【００９７】
なお、この第３実施例においても、１つの磁歪膜ｍｆに第１磁歪部ｍｆ１及び第２磁歪部ｍｆ２を設けた構成で説明しているが、磁歪膜を２つ設け、一方の磁歪膜に第１磁歪部ｍｆ１を、他方の磁歪膜に第２磁歪部ｍｆ２を設ける構成にしてもよい。
【００９８】
［第４実施例］
次に、図１５及び図１６を参照して、この発明の第４実施例に係る磁歪式トルクセンサ１４４Ｃについて説明する。
【００９９】
図１５に示すように、磁歪式トルクセンサ１４４Ｃでは、軸材２３の上側に位置する第１異方性ｍａ１を有する磁歪部ｍｆ１に対して、２つの界磁部２１１ａ、２１１ｂを設けている。
【０１００】
界磁部２１１ａは、磁束発生部１０１ａと、この磁束発生部１０１ａから両側に延びる円孤状のヨーク１１１ｘと、により構成される。界磁部２１１ｂは、磁束発生部１０１ｂと、この磁束発生部１０１ｂから両側に延びる円孤状のヨーク１１１ｙにより構成される。界磁部２１１ａ、２１１ｂは、軸材２３の軸心Ｏに対して点対称に配置される。界磁部２１１ａに対して磁束検出部１２１ａが設けられ、界磁部２１１ｂに対して磁束検出部１２１ｂが設けられる。
【０１０１】
ヨーク１１１ｘのティース２２０ｃからティース２２０ｄまでの円弧状の長さ及びヨーク１１１ｙのティース２２０ｅからティース２２０ｆまでの円弧状の長さは、軸心Ｏとティース２２０ｃとティース２２０ｄで形成される中心角θ１及び軸心Ｏとティース２２０ｅとティース２２０ｆで形成される中心角θ１がθ１＜１８０゜の範囲に設定される。
【０１０２】
図示はしないが、軸材２３の下側に位置する第２異方性ｍａ２を有する磁歪部ｍｆ２に対しても、同様に、２つの界磁部２１１ａ′、２１１ｂ′が設けられる。その２つの界磁部２１１ａ′、２１１ｂ′に対してもそれぞれ磁束検出部１２１ａ′、１２１ｂ′が設けられる。
【０１０３】
この場合、図１６の第４実施例に係るトルク検出回路１５３Ａの回路図に示すように、磁歪部ｍｆ１上に位置する磁束検出部１２１ａと磁束検出部１２１ｂの出力を加算回路１６５によって加算し、加算結果を第１増幅回路１６４で増幅して出力電圧ＶＴ１を得る。すなわち、２つの磁束検出部１２１ａ、１２１ｂの出力の和によって磁歪部ｍｆ１の第１異方性ｍａ１の磁気変化を検出する。
【０１０４】
また、磁歪部ｍｆ２上に位置する磁束検出部１２１ａ′と磁束検出部１２１ｂ′の出力を加算回路１６７によって加算し、加算結果を第２増幅回路１６６で増幅して出力電圧ＶＴ２を得る。すなわち、２つの磁束検出部１２１ａ′、１２１ｂ′の出力の和によって磁歪部ｍｆ２の第２異方性ｍａ２の磁気変化を検出する。
【０１０５】
これら出力電圧ＶＴ１と出力電圧ＶＴ２を差動増幅回路１６８で差動増幅して操舵トルク信号ＶＴ３を得る。
【０１０６】
これにより、ヨーク１１１ｘ、１１１ｙと軸材２３の軸心（回転軸の中心）Ｏがずれた場合であっても、磁束φが平均化されるため、すなわち、遠ざかる方の磁束検出部、例えば、磁束検出部１２１ａ、１２１ａ´での検出磁束φは減少するが、近づく方の磁束検出部、この場合には、磁束検出部１２１ｂ、１２１ｂ´での検出磁束φが増加するので、和は同じ結果となり、出力の変化を抑制することができる。しかも、検出感度が２倍になる。
【０１０７】
なお、この第４実施例においても、１つの磁歪膜ｍｆに第１磁歪部ｍｆ１及び第２磁歪部ｍｆ２を設けた構成で説明しているが、磁歪膜を２つ設け、一方の磁歪膜に第１磁歪部ｍｆ１を、他方の磁歪膜に第２磁歪部ｍｆ２を設ける構成にしてもよい。
【０１０８】
［実施形態のまとめ］
以上説明したように、上述した実施形態によれば、例えば、図１〜図１１Ｃを参照して説明した第１実施例に係る磁歪式トルクセンサ１４４は、軸材２３と、軸材２３に設けられた磁気異方性ｍａ１、ｍａ２を有する磁歪材としての磁歪膜ｍｆ（ｍｆ１、ｍｆ２）と、磁歪膜ｍｆ（ｍｆ１、ｍｆ２）に通す磁束φを出力する界磁部２１１、２１２（図４）と、界磁部２１１、２１２から出力され、磁歪膜ｍｆ（ｍｆ１、ｍｆ２）を通った磁束φを検出する磁束検出部１２１、１２２と、磁束検出部１２１、１２２の検出結果に基づいて軸材２３に加えられた操舵トルクＴｓを検出するトルク検出部としてのトルク検出回路１５３（図７）、を備える。
【０１０９】
この場合、界磁部２１１、２１２は、静磁界による磁束φを発生する小容積の磁束発生部１０１、１０２と、磁束発生部１０１、１０２に係合されたヨーク１１１、１１２と、を備え、磁束発生部１０１、１０２により発生した磁束φを、磁気抵抗の小さい磁束通路として機能するヨーク１１１、１１２に導き、前記ヨーク１１１、１１２を介して（通過して）出力し、出力された磁束φを軸材２３に設けられた磁歪膜ｍｆ（ｍｆ１、ｍｆ２）に通すように構成している。
【０１１０】
このように、磁束発生部１０１、１０２により発生した静磁界による磁束φを、ヨーク１１１、１１２を通過させて出力し、出力された磁束φを軸材２３に設けた磁歪膜ｍｆ（ｍｆ１、ｍｆ２）に通し、磁歪膜ｍｆ（ｍｆ１、ｍｆ２）を通った磁束φを磁束検出部１２１、１２２で検出するため、小型化が図れ、且つヨーク１１１、１１２を介して磁束φを通すので、界磁部２１１、２１２が発生する磁束φを高効率（高磁束密度）下に磁歪膜ｍｆ（ｍｆ１、ｍｆ２）を通して磁束検出部１２１、１２２で検出することができる。結果として、検出精度（検出感度）を高くでき、外部からの電磁ノイズに対するロバスト性（タフネス性）が向上する。
【０１１１】
時間的に変動しない静磁界を発生する磁束発生部１０１、１０２としては、永久磁石、又は電磁石を用いることができる。電磁石としては、ヨーク１１１、１２２にコイルを巻回してソレノイドを形成し、前記ソレノイドに一定の直流電流を流すようにして構成するようにしてもよい。
【０１１２】
永久磁石を用いることで、磁束発生部用の電源が不要になる。磁束検出部１２１、１２２としては、ホール素子、又は磁気抵抗素子等の磁気センサ（磁束検出デバイス）を利用することができる。
【０１１３】
この場合、ヨーク１１１、１１２は、磁束発生部１０１、１０２から軸材２３の周方向に沿って両方向に延びて円弧状に形成され、前記円弧状を形成するヨーク１１１、１１２の両開放端は、それぞれ軸材２３の軸心Ｏに向かって延びる凸形状を呈するティース２２２（２２２ａ、２２２ｂ）とされ、例えば、図５に示したように、磁束発生部１０１のＮ極からヨーク１１１ａ及び一方のティース２２２ａを通じて磁束φを出力し、磁歪部ｍｆ１の両側に分かれて表面を通った磁束φを、他方のティース２２２ｂに入力させてヨーク１１１ｂに磁束φを通し磁束発生部１０１のＳ極まで戻すことで磁路を形成する。前記磁束検出部１２１は、磁路中に設けている。
【０１１４】
円弧状のヨーク１１１を半円周（中心角１８０゜）に形成しているので、磁歪部ｍｆ１の周方向に通す磁束φを、軸心Ｏに対して対称に（それぞれ逆側に）配置したティース２２２ａ、２２２ｂを介して通すことになるので、磁束φが磁歪部ｍｆ１の周方向の両側に回り込むことから、軸に対するヨーク１１１の位置ずれが発生した場合でも、ティース２２２ａ、２２２ｂ部分での磁束密度が変化せず、磁束φを安定して検出可能となる。換言すれば、磁束φが磁歪部ｍｆ１の全周を通るため、磁歪部ｍｆ１の膜厚が不均一であっても特性が平均化され、結果として、正確なトルクを検出することができる。
【０１１５】
円弧状のヨーク１１１を半円周（中心角１８０°）に形成した場合の作用効果をさらに、図１７Ａ、図１７Ｂ、図１８Ａ、図１８Ｂを参照して説明する。
【０１１６】
図１７Ａに示すように、軸材２３とヨーク１１１の中心３１０（円弧の端部間を結ぶ線）が一致している場合には、軸材２３の磁歪部ｍｆ１上の磁路ｍ１と磁路ｎ１の長さが等しく（ｍ１＝ｎ１）、磁気抵抗は同一であるので、磁束φは、磁歪部ｍｆ１を均等に分かれて流れる。
【０１１７】
たとえ、図１７Ｂに示すように、軸材２３とヨーク１１１の中心３１０がずれた場合であっても、一方の磁路ｍ２の長さが長くなって（ｍ２＞ｍ１＝ｎ１）、磁気抵抗が増大し磁束φが減少しても、他方の磁路ｎ２の長さが短くなって（ｎ２＜ｍ２）、磁気抵抗が減少し磁束φが増えるので、磁歪部ｍｆ１、及びヨーク１１１を流れる全体の磁束φの量は変化しない。このように、磁歪式トルクセンサ１４４によれば、軸材２３とヨーク１１１の中心３１０がずれた場合であっても正確なトルク検出が可能である。
【０１１８】
また、磁歪式トルクセンサ１４４では、半円周に対応する円弧状のヨーク１１１を有しているので、磁歪部ｍｆ１の膜厚が不均一であったり、組成が不均一であったりして、回転位相に対して磁気抵抗が異なった場合であっても、正確にトルクを検出することができる。例えば、図１８Ａでは、ヨーク１１１側に近い軸材２３の半周の膜厚が厚い磁歪部ｍｆ１ｘになっており、図１８Ｂでは、ヨーク１１１から遠い側の軸材２３の半周の膜厚が厚い磁歪部ｍｆ１ｙになっている。
【０１１９】
図１８Ａ、図１８Ｂに示すような膜厚が偏った磁歪部ｍｆ１ｘ、ｍｆ１ｙであっても、磁束φは、磁歪部ｍｆ１の全周を通るため、磁歪部ｍｆ１の特性が平均化される。したがって回転位相によらず磁歪部ｍｆ１及びヨーク１１１を通る磁束φが一定になるので、磁束検出部１２１で正確に磁束φを検出することができ、ひいては正確なトルクを検出することができる。
【０１２０】
また、第１〜第４実施例に係る磁歪式トルクセンサ１４４、１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃでは、図２１〜図２３に示した多重巻きの４個の励磁兼用の検出コイル５１〜５４を用いることなく操舵トルクＴｓを検出することが可能となり、小型化・軽量化を図ることができる。
【０１２１】
［バイアス磁界の印加について］
上述した第１〜第４実施形態に係る磁歪式トルクセンサ１４４、１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃでは、磁歪膜ｍｆにバイアス磁界Ｈｂｉａｓをかけ透磁率μが安定な領域で磁歪式トルクセンサ１４４、１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃを使用している。
【０１２２】
この場合、図１９のＢ−Ｈカーブに示すように、磁歪膜ｍｆの保持力Ｈｃ以上の、磁歪膜ｍｆの磁束密度Ｂを飽和させるのに十分なバイアス磁界Ｈｂｉａｓを磁歪膜ｍｆにかければよい。なお、図１９では、残留磁束密度Ｂｒ及び飽和磁束密度Ｂｓも記入している。
【０１２３】
磁歪膜ｍｆにバイアス磁界Ｈｂｉａｓをかける場合には、軸材２３自体を磁化させておく、軸材２３に永久磁石を配置する、又は軸材２３にコイルを巻き付けて前記コイルに直流電源を接続する等、種々の構成を採り得ることができる。
【０１２４】
磁歪膜ｍｆにバイアス磁界Ｈｂｉａｓをかけておくことにより、出力電圧Ｖ１、Ｖ２、及び操舵トルク信号ＶＴ３の各電圧が安定化する。
【０１２５】
上記した第１〜第４実施形態に係る磁歪式トルクセンサ１４４、１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃでは、界磁部２１１、２１２等を構成する磁束発生部１０１、１０２としての永久磁石によりバイアス磁界Ｈｂｉａｓをかけている。
【０１２６】
外部磁界などの影響で、Ｂ−Ｈカーブの傾きが大きい図１９中の原点から立ち上がる領域で、磁界の強さＨが変化すると、磁束密度Ｂが安定しなくなり、結果として第１及び第２磁束検出部１２１、１２２等で検出される検出値としての出力電圧ＶＴ１、ＶＴ２が安定しない。これを防止するために、Ｂ−Ｈカーブの傾斜が少ない保持力Ｈｃ以上の領域を使用する。このため、磁歪膜ｍｆに保持力Ｈｃ以上のバイアス磁界Ｈｂｉａｓを予めかけておく。
【０１２７】
図２０は、図１９のＢ−Ｈカーブにおいて磁界の強さＨがゼロ値から増大していく際の初透磁率曲線の傾き（微分値）により、磁界の強さＨに対する透磁率μの変化を求めたものである。図２０に示すバイアス磁界Ｈｂｉａｓ以上のバイアス磁界を磁歪膜ｍｆにかけることにより、外部磁界などの影響で磁界の強さＨが変化したとしても、透磁率μ［Ｈ／ｍ］が大きく変化することが無い、透磁率μ［Ｈ／ｍ］の安定した領域で磁歪式トルクセンサ１４４、１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃを使用することができる。
【０１２８】
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【０１２９】
１０、１０Ａ…電動パワーステアリング装置
１２…操向ハンドル                    １４…ステアリング軸
１６…メインステアリングシャフト      ２２…ピニオン軸
２３…軸材                            ３６…電動機（モータ）
４４、１４４、１４４Ａ〜１４４Ｃ…磁歪式トルクセンサ
１０１、１０１ａ、１０１ｂ、１０２…磁束発生部
１１０…ＥＣＵ
１１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１１Ｐ、１１１Ｑ、１１１ｘ、１１１ｙ、１１２…ヨーク
１２１、１２２…磁束検出部            １３１…第１センサハウジング
１３２…第２センサハウジング          １４１、１４２…樹脂モールド
１５１、１５２、１５３…検出回路
２１１、２１１ａ、２１１ｂ、２１２…界磁部
２２０、２２０ａ、２２０ｂ…開放端
２２２、２２２ａ〜２２２ｆ、４０１〜４０６…ティース
３０１〜３０４…分岐ヨーク            ３１０…中心
４１０…非磁性環
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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