JP6411255B2 - 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

Description

本発明は、シャフトの外周面に配設された磁歪膜の磁気特性の変化を検出する複数の検出コイルを備えた磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置に関する。

従来、ステアリングホイールの操舵トルクを磁歪式トルクセンサで検出し、検出された操舵トルクに基づいてモータを駆動制御して操舵補助力を発生させる電動パワーステアリング装置が広汎に利用されている。

磁歪式トルクセンサに関し、例えば、特許文献１には、温度補正回路を用いて磁歪式トルクセンサの周囲の雰囲気温度の変動に起因する出力電圧の変動を抑える技術的思想が開示されている。具体的には、磁歪式トルクセンサの負の温度特性を有する出力電圧と温度補正回路の正の温度特性を有する出力電圧とを加算して負の温度特性を相殺させることにより補正された出力電圧を得るとしている。

特開平０９−１４５４９５号公報

一般的に、磁歪膜は、高温になるほど透磁率が増加するという温度特性を有している。そのため、磁歪式トルクセンサの使用温度が変化すれば、磁歪式トルクセンサの中点電圧（舵角の中点位置における電圧）についても変化する。

上述した特許文献１に係る磁歪式トルクセンサは、温度補正回路を用いているので、磁歪膜の温度が均一に変化した場合には、検出コイルの中点電圧の変化を補正することが可能である。

しかしながら、実際には、磁歪膜には温度差が発生してしまう。具体的には、電動パワーステアリング装置は、常温の車室内からトーボードを貫通して高温のエンジンルーム内まで延在しており、例えば、車室内に位置するステアリングシャフトとエンジンルーム内に位置するピニオンとの間に磁歪式トルクセンサを設けることがある。

このような場合、磁歪式トルクセンサの磁歪膜には、その軸線方向に温度差が発生し易い。磁歪膜に温度差が発生すると、特許文献１のような温度補正回路では補正することはできない。そのため、磁歪膜の温度差が大きい場合には、中点電圧のずれ量が大きくなり、操舵トルクの検出精度が低下するおそれがある。

このような問題は、ステアリングコラム（ステアリングシャフトの中間）に磁歪式トルクセンサを設ける場合にも同様に起こり得る。すなわち、例えば、寒冷地や冬場等では、運転席の下部（運転者の足元）に導かれるエアコンの温風によってステアリングシャフトの下部が局所的に温められ、ステアリングシャフトには軸線方向に温度差が発生することがある。そうすると、磁歪式トルクセンサの磁歪膜にも軸線方向に温度差が発生してしまう。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、磁歪膜に軸線方向の温度差が発生した場合であっても、シャフトに加えられたトルクの検出精度の低下を抑えることができる磁歪式トルクセンサ及び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。

上記課題を解決するために、本発明に係る磁歪式トルクセンサは、シャフトと、前記シャフトの外周面に配設された磁歪膜と、前記磁歪膜に対向するように設けられて当該磁歪膜の磁気特性の変化を検出する複数の検出コイルと、複数の前記検出コイルの外周側に設けられたヨークと、を備えた磁歪式トルクセンサにおいて、複数の前記検出コイルは、前記シャフトの軸線方向に沿って順次設けられた第１検出コイル、第２検出コイル、第３検出コイル、及び第４検出コイルを含み、前記第１検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第１磁気経路の第１インピーダンスの温度特性変化と前記第２検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第２磁気経路の第２インピーダンスの温度特性変化とが互いに同等であり、前記第３検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第３磁気経路の第３インピーダンスの温度特性変化と前記第４検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第４磁気経路の第４インピーダンスの温度特性変化とが互いに同等であり、前記第１インピーダンスの温度特性変化と前記第３インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なると共に、前記第２インピーダンスの温度特性変化と前記第４インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なることを特徴とする。

このような構成によれば、第１インピーダンスの温度特性変化と第３インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なると共に第２インピーダンスの温度特性変化と第４インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なっているので、磁歪膜に軸線方向の温度差が発生した場合であっても、その温度差による磁歪膜のインピーダンスの変化を相殺させることができる。これにより、中点電圧のずれ量を小さくすることができるため、シャフトに加えられたトルクの検出精度の低下を抑えることができる。

上記の磁歪式トルクセンサにおいて、前記ヨークは、前記第１検出コイルの外周側に設けられた部位におけるインピーダンスの温度特性変化と前記第３検出コイルの外周側に設けられた部位におけるインピーダンスの温度特性変化とが互いに異なるように構成されていてもよい。

このような構成によれば、ヨークを用いて第１インピーダンスの温度特性変化と第３インピーダンスの温度特性変化を互いに異ならせることができる。

この場合、前記ヨークは、前記第１検出コイルの外周側に設けられた部位と前記第３検出コイルの外周側に設けられた部位とが互いに異なる材料で構成されていてもよい。

これにより、簡易な構成で第１インピーダンスの温度特性変化と第３インピーダンスの温度特性変化とを互いに異ならせることができる。

上記の磁歪式トルクセンサにおいて、前記第１検出コイルのインピーダンスの温度特性変化と前記第３検出コイルのインピーダンスの温度特性変化とが互いに異なっていてもよい。

このような構成によれば、第１検出コイル及び第３検出コイルを用いて第１インピーダンスの温度特性変化と第３インピーダンスの温度特性変化を互いに異ならせることができる。

この場合、前記第１検出コイルの巻き数と前記第３検出コイルの巻き数とが互いに異なっていてもよい。また、前記第１検出コイルの軸線方向に沿った寸法と前記第３検出コイルの軸線方向に沿った寸法とが互いに異なっていてもよい。

これにより、簡易な構成で第１インピーダンスの温度特性変化と第３インピーダンスの温度特性変化を互いに異ならせることができる。

上記の磁歪式トルクセンサにおいて、前記第２検出コイルの軸線方向に沿った寸法と前記第４検出コイルの軸線方向に沿った寸法とが互いに異なっていてもよい。これにより、簡易な構成で第２インピーダンスの温度特性変化と第４インピーダンスの温度特性変化を互いに異ならせることができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールと、前記ステアリングホイールの操舵によって発生する操舵トルクを検出する磁歪式トルクセンサと、前記磁歪式トルクセンサの出力信号に基づいて操舵補助力を発生させるモータと、を備える電動パワーステアリング装置において、前記磁歪式トルクセンサは、上述した磁歪式トルクセンサであることを特徴とする。

このような構成によれば、上述した磁歪式トルクセンサと同様の作用効果を奏する電動パワーステアリング装置を得ることができる。

本発明によれば、磁歪膜に軸線方向の温度差が発生した場合であっても、温度変化による磁歪膜のインピーダンスの変化を相殺させることにより、中点電圧のずれ量を小さくすることができるため、シャフトに加えられたトルクの検出精度の低下を抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係る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の模式図である。 図１の電動パワーステアリング装置の模式的説明図である。 図１の磁歪式トルクセンサの模式的拡大図である。 図４Ａは、エンジンの駆動時における磁歪膜の温度変化を示すグラフであり、図４Ｂは、エンジンの駆動時における第１〜第４検出コイル、第１ヨーク、及び第２ヨークの温度変化を示すグラフである。 図５Ａは、第１〜第４インピーダンスの温度特性変化が同一である場合における中点電圧の変化を示すグラフであり、図５Ｂは、図５Ａの磁歪膜の寄与分を示すグラフであり、図５Ｃは、図５Ａの第１〜第４検出コイル、第１ヨーク、及び第２ヨークの寄与分を示すグラフである。 図６Ａは、図３に示す磁歪式トルクセンサの中点電圧の変化を示すグラフであり、図６Ｂは、図６Ａの第１〜第４検出コイル、第１ヨーク、及び第２ヨークの寄与分を示すグラフである。 図７Ａは、エンジンの停止時における第１〜第４インピーダンスを示す第１のグラフであり、図７Ｂは、エンジンの駆動時における第１〜第４インピーダンスを示す第１のグラフである。 図８Ａは、エンジンの停止時における第１〜第４インピーダンスを示す第２のグラフであり、図８Ｂは、エンジンの駆動時における第１〜第４インピーダンスを示す第２のグラフである。 図９は、変形例に係る磁歪式トルクセンサの模式的拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。 図１０の電動パワーステアリング装置の模式的説明図である。

以下、本発明に係る磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置１２Ａは、例えば、四輪自動車等の車両に適用されるものであって、いわゆるラックアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成されている。ただし、電動パワーステアリング装置１２Ａは、いわゆるコラムアシスト型又はピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成してもよい。

図１及び図２に示すように、電動パワーステアリング装置１２Ａは、運転者が操作するステアリングホイール１４と、ステアリングホイール１４に設けられたステアリングシャフト１６と、ステアリングシャフト１６に設けられた操舵ギヤ機構１８と、操舵アシスト機構２０と、磁歪式トルクセンサ１０と、検出回路２１と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）２２とを備えている。

ステアリングシャフト１６は、ステアリングシャフト１６の上部を構成してステアリングホイール１４に連結されたアッパシャフト２４と、ステアリングシャフト１６の下部を構成して自在継手２６を介してアッパシャフト２４に連結するロアシャフト２８とを有している。なお、ロアシャフト２８の下端には自在継手３０が設けられている。

図２に示すように、電動パワーステアリング装置１２Ａは、車室２００内からトーボード２０２を貫通してエンジンルーム２０４内にまで延在しており、ロアシャフト２８が車室２００内に位置し、操舵ギヤ機構１８がエンジンルーム２０４内に位置している。

操舵ギヤ機構１８は、ステアリングシャフト１６に連動するピニオン３２と、ピニオン３２のピニオン歯３４に噛合するラック歯３６を有するラック３８と、ピニオン３２及びラック３８を収容するギヤハウジング４０とを含む。

ラック３８は、車幅方向に往復動可能な状態で配設されている。ラック３８の両端のそれぞれには、タイロッド４２を介して転舵輪４４が設けられている。ギヤハウジング４０には、ピニオン３２の上部及び下部を軸支する複数（２つ）の軸受４８、５０が固着されている。なお、ギヤハウジング４０は、エンジン２０６が載置されるサブフレーム２０８に固定されている（図２参照）。

操舵アシスト機構２０は、運転者の操舵を補助するためのものであって、操舵アシスト用のモータ５２と、モータ５２の回転軸に連結されたウォームシャフト５４と、ウォームシャフト５４の螺旋歯に噛合する歯が外周面に形成されたウォームホイール５６と、ウォームホイール５６が固定されてラック３８に形成された補助ラック歯５８に噛合する補助ピニオン歯６０が形成された補助ピニオン６２と、補助ギヤハウジング６４とを有している。

補助ギヤハウジング６４には、補助ピニオン６２の上部及び下部を軸支する複数（２つ）の軸受６６、６８が固着されている。なお、本実施形態では、補助ギヤハウジング６４は、ギヤハウジング４０に対して一体的に設けられている。

磁歪式トルクセンサ１０は、エンジンルーム２０４内においてエンジン２０６の近傍に位置した状態で操舵ギヤ機構１８に設けられている。具体的には、図３に示すように、磁歪式トルクセンサ１０は、ピニオン３２に同軸に連結されたシャフト７０と、シャフト７０の外周面に配設された磁歪膜７２と、磁歪膜７２の外周側に配置されたボビン７４と、ボビン７４に設けられた第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２と、第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２の外周側に配設された第１ヨーク８４及び第２ヨーク８６と、センサハウジング８８と、付勢機構（付勢手段）９０とを備える。

磁歪膜７２は、歪の変化に対して透磁率の変化が大きい材料からなる膜であって、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜、Ｃｏ−Ｆｅ系の合金膜、又はＳｍ−Ｆｅ系の合金膜等からなる。このような磁歪膜７２は、例えば、めっき等の方法でシャフト７０の外周面に形成される。

磁歪膜７２は、シャフト７０の外周面に全周に亘って延在している。磁歪膜７２には、磁気異方性を異にする第１磁歪部位９２及び第２磁歪部位９４がシャフト７０の軸線方向に互いに離間して設けられている。なお、本実施形態では、単一の磁歪膜７２に第１磁歪部位９２と第２磁歪部位９４とを設けているが、第１磁歪部位９２が設けられた磁歪膜と第２磁歪部位９４が設けられた磁歪膜とをシャフト７０の軸線方向に別々に並設することも可能である。

ボビン７４は、絶縁性を有する樹脂材料で円筒状に一体成形されている。ボビン７４の内孔にはシャフト７０が挿通しており、磁歪膜７２とボビン７４とが互いに隙間を介して対向している。

ボビン７４には、第１検出コイル７６、第２検出コイル７８、第３検出コイル８０、及び第４検出コイル８２がシャフト７０の軸線方向に沿って一方の側（上方）から順次設けられている。

第１検出コイル７６及び第２検出コイル７８は、ボビン７４を介して第１磁歪部位９２に対向し、第３検出コイル８０及び第４検出コイル８２は、ボビン７４を介して第２磁歪部位９４に対向している。なお、ボビン７４の軸線方向中央には中間壁９６が形成されており、この中間壁９６を軸線方向から挟むようにして第２検出コイル７８及び第３検出コイル８０が位置している。

第１検出コイル７６及び第２検出コイル７８は第１磁歪部位９２の磁気特性の変化を検出し、第３検出コイル８０及び第４検出コイル８２は第２磁歪部位９４の磁気特性の変化を検出する。また、第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２は、磁歪膜７２を励磁する励磁コイルとしても機能する。

このような第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２は、基本的に、特許第４５８１００２号公報に記載された構成を有している。そのため、第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２の基本的な構成についての説明を省略する。

本実施形態では、第１検出コイル７６及び第２検出コイル７８が同一に構成されると共に、第３検出コイル８０及び第４検出コイル８２が同一に構成されている。具体的には、第１検出コイル７６の巻き数と第２検出コイル７８の巻き数とが同一に設定され、第３検出コイル８０の巻き数と第４検出コイル８２の巻き数とが同一に設定されている。

また、第１検出コイル７６の巻き数は第３検出コイル８０の巻き数よりも少なく、第２検出コイル７８の巻き数は第４検出コイル８２の巻き数よりも少なく設定されている。なお、第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２は、軸線方向に沿った寸法が同一に設定されている。第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２の出力信号は、検出回路２１を介してＥＣＵ２２に入力される。

第１ヨーク８４は、第１検出コイル７６及び第２検出コイル７８を外周側から覆うように形成され、第２ヨーク８６は、第３検出コイル８０及び第４検出コイル８２を外周側から覆うように形成されている。

第１ヨーク８４及び第２ヨーク８６は、互いに異なる材料で構成されている。本実施形態では、第１ヨーク８４はＳ３５Ｃで構成されると共に第２ヨーク８６はＳ１０Ｃで構成されている。これにより、第１ヨーク８４のインピーダンスを第２ヨーク８６のインピーダンスよりも大きくすることができる。ただし、第１ヨーク８４及び第２ヨーク８６は、第１ヨーク８４のインピーダンスが第２ヨーク８６のインピーダンスよりも大きくなるような材料であれば、任意の材料で構成することができる。

センサハウジング８８は、樹脂材料により一体成形されており、磁歪膜７２、ボビン７４、第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２、第１ヨーク８４、及び第２ヨーク８６を収容する。センサハウジング８８は、筒状に形成されたハウジング本体１０６と、ハウジング本体１０６から径方向内方に向けて延出してボビン７４の一端面及び第１ヨーク８４の一端面が当接する環状壁部１０８とを含む。

センサハウジング８８の一端面（上端面）には、円環状のシール部材１１０が係合する係合突起１１２が設けられている。シール部材１１０は、ゴム等で構成されており、スプリング１１４によってシャフト７０に押し付けられている。これにより、ハウジング本体１０６の内孔に潤滑油や異物等が入り込むことをシール部材１１０によって防止することができる。

付勢機構９０は、ボビン７４及び第１ヨーク８４をセンサハウジング８８の環状壁部１０８に当接させた状態でボビン７４及び第２ヨーク８６を環状壁部１０８に向けて付勢することにより、ボビン７４、第１ヨーク８４、及び第２ヨーク８６をセンサハウジング８８に対して固定する。

付勢機構９０は、ハウジング本体１０６に固定された止め部材１１６と、止め部材１１６に設けられた弾性部材１１８とを有している。止め部材１１６としては、例えば、サークリップ又はＣリング等を用いることができる。弾性部材１１８としては、例えば、ウェーブワッシャ等のばね部材を用いることができる。ただし、弾性部材１１８は、ゴム等であっても構わない。

このように構成された磁歪式トルクセンサ１０では、第１検出コイル７６、第１ヨーク８４、及び第１磁歪部位９２から第１磁気経路が形成され、第２検出コイル７８、第１ヨーク８４、及び第１磁歪部位９２から第２磁気経路が形成される。また、磁歪式トルクセンサ１０では、第３検出コイル８０、第２ヨーク８６、及び第２磁歪部位９４から第３磁気経路が形成され、第４検出コイル８２、第２ヨーク８６、及び第２磁歪部位９４から第４磁気経路が形成される。

また、第１検出コイル７６及び第２検出コイル７８を同一に構成しているので、第１磁気経路の第１インピーダンス（第１磁気インピーダンス）の温度特性変化と第２磁気経路の第２インピーダンス（第２磁気インピーダンス）の温度特性変化とが互いに同等となる。第３検出コイル８０及び第４検出コイル８２を同一に構成しているので、第３磁気経路の第３インピーダンス（第３磁気インピーダンス）の温度特性変化と第４磁気経路の第４インピーダンス（第４磁気インピーダンス）の温度特性変化とが互いに同等となる。

さらに、第１ヨーク８４及び第２ヨーク８６を互いに異なる材料で構成し、第１検出コイル７６の巻き数と第３検出コイル８０の巻き数とが互いに異なると共に第２検出コイル７８の巻き数と第４検出コイル８２の巻き数とが互いに異なっている。そのため、第１インピーダンスの温度特性変化と第３インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なり、第２インピーダンスの温度特性変化と第４インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なる。

検出回路２１は、第１検出コイル７６の出力信号及び第３検出コイル８０の出力信号から以下の式（１）に基づいて第１出力電圧ＶＴ１を算出してＥＣＵ２２に出力する。ここで、Ｚ１は第１インピーダンスであり、Ｚ３は第３インピーダンスである。Ｖ０は電源電圧であって、例えば、Ｖ０＝５［Ｖ］に設定される。
ＶＴ１＝｛Ｚ３／（Ｚ１＋Ｚ３）｝×Ｖ０…（１）

また、検出回路２１は、第２検出コイル７８の出力信号及び第４検出コイル８２の出力信号から以下の式（２）に基づいて第２出力電圧ＶＴ２を算出してＥＣＵ２２に出力する。ここで、Ｚ２は第２インピーダンスであり、Ｚ４は第４インピーダンスである。
ＶＴ２＝｛Ｚ２／（Ｚ２＋Ｚ４）｝×Ｖ０…（２）

そして、ＥＣＵ２２は、検出回路２１から入力された第１出力電圧ＶＴ１及び第２出力電圧ＶＴ２から以下の式（３）に基づいて第３出力電圧ＶＴ３を算出する。ここで、αは、定数であり、例えば、α＝１に設定される。
ＶＴ３＝α（ＶＴ２−ＶＴ１）＋Ｖ０／２…（３）

また、ＥＣＵ２２は、第３出力電圧ＶＴ３に基づいてシャフト７０に加えられたトルク（操舵トルク）を算出し、算出された操舵トルクに基づいて操舵アシスト機構２０を構成するモータ５２を駆動制御する。

本実施形態に係る磁歪式トルクセンサ１０を備えた電動パワーステアリング装置１２Ａは、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

先ず、運転者がステアリングホイール１４を回転させると、磁歪式トルクセンサ１０のシャフト７０に操舵トルクが作用するため、例えば、第１磁歪部位９２に引張力が作用する一方で第２磁歪部位９４に圧縮力が作用する。その結果、第１磁歪部位９２の透磁率が減少するため第１検出コイル７６及び第２検出コイル７８のインダクタンスが減少し、第２磁歪部位９４の透磁率が増加するため第３検出コイル８０及び第４検出コイル８２のインダクタンスが増加する。

第１検出コイル７６の出力信号及び第３検出コイル８０の出力信号は検出回路２１にて第１出力電圧ＶＴ１に変換されてＥＣＵ２２に供給され、第２検出コイル７８の出力信号及び第４検出コイル８２の出力信号は検出回路２１にて第２出力電圧ＶＴ２に変換されてＥＣＵ２２に供給される。

そして、ＥＣＵ２２では、第１出力電圧ＶＴ１と第２出力電圧ＶＴ２との差から第３出力電圧ＶＴ３を算出すると共に操舵トルクを算出して操舵アシスト用のモータ５２を駆動制御する。これにより、モータ５２の駆動力は、ウォームシャフト５４、ウォームホイール５６、及び補助ピニオン６２を介してラック３８に操舵補助力として伝達されるため、運転者の操舵力が適度にアシストされることとなる。

ところで、本実施形態の電動パワーステアリング装置１２Ａのように、高温のエンジンルーム２０４内にピニオン３２が位置すると共に常温の車室２００内にステアリングシャフト１６の下部（ロアシャフト２８）が位置している場合、エンジン２０６の駆動時に、磁歪式トルクセンサ１０の温度は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように変化する。

ここで、図４Ａは、エンジン２０６の駆動時における磁歪膜７２の温度変化を示すグラフである。図４Ａにおいて、破線は、第１磁歪部位９２の温度変化を示し、実線は、第２磁歪部位９４の温度変化を示している。図４Ｂは、エンジン２０６の駆動時における第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２、第１ヨーク８４、及び第２ヨーク８６の温度変化を示すグラフである。図４Ｂにおいて、破線は、第１検出コイル７６、第２検出コイル７８、及び第１ヨーク８４の温度変化を示し、実線は、第３検出コイル８０、第４検出コイル８２、及び第２ヨーク８６の温度変化を示している。

図４Ａから諒解されるように、エンジン２０６が駆動されると、第２磁歪部位９４が熱せられ、次いで、第１磁歪部位９２が熱せされられる。そして、第１磁歪部位９２及び第２磁歪部位９４の温度が安定した時点ｔｂにおいて、第１磁歪部位９２の温度は第２磁歪部位９４の温度よりも低くなっている。すなわち、第２磁歪部位９４の熱は、シャフト７０及び自在継手３０を介して車室２００内に位置するロアシャフト２８に伝達されるため、第１磁歪部位９２と第２磁歪部位９４との間には所定の温度差（温度勾配）が発生する。

一方、図４Ｂから諒解されるように、第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２、第１ヨーク８４、及び第２ヨーク８６の温度が安定した時点ｔｂにおいて、これら部材の間には温度差（温度勾配）は発生しない（これら部材の温度は略同一である）。

このように、第１磁歪部位９２及び第２磁歪部位９４の間に所定の温度差が発生する状態において、例えば、第１〜第４インピーダンスの温度特性変化が同一であった場合には、舵角の中点位置における第３出力電圧（中点電圧）は、図５Ａに示すグラフ（図５Ｂに示すグラフと図５Ｃに示すグラフを足し合わせたグラフ）のように変化する。

ここで、図５Ａは、第１〜第４インピーダンスの温度特性変化が同一である場合における中点電圧の変化を示すグラフであり、図５Ｂは、図５Ａの磁歪膜７２の寄与分を示すグラフであり、図５Ｃは、図５Ａの第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２、第１ヨーク８４、及び第２ヨーク８６の寄与分を示すグラフである。つまり、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、時点ｔｂにおける中点電圧は、エンジン２０６の停止時である時点ｔａにおける中点電圧に対してずれる（上昇する）ため、磁歪式トルクセンサの検出精度が低下するおそれがある。

しかしながら、本実施形態では、第１インピーダンス及び第３インピーダンスを互いに異ならせると共に第２インピーダンス及び第４インピーダンスを互いに異ならせている。また、第１インピーダンスの温度特性変化と第２インピーダンスの温度特性変化とは同等であると共に、第３インピーダンスの温度特性変化と第４インピーダンスの温度特性変化とは同等である。

そのため、中点電圧の変化に対する第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２、第１ヨーク８４、及び第２ヨーク８６のインピーダンスの寄与分を図６Ｂに示すグラフのように補正することができる。

すなわち、磁歪膜７２の温度差に起因する中点電圧の上昇分を第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２、第１ヨーク８４、及び第２ヨーク８６のインピーダンスの温度特性変化によって相殺させることができる。これにより、図６Ａに示すように、時点ｔｂにおける中点電圧と時点ｔａにおける中点電圧とのずれ量を小さくすることができる。そのため、磁歪膜７２に軸線方向の温度差が発生した場合であっても、シャフト７０に加えられたトルクの検出精度の低下を抑えることができる。

次に、図７Ａ〜図８Ｂを参照しながら、本実施形態に係る磁歪式トルクセンサ１０の作用効果をより詳細に説明する。

先ず、例えば、第１ヨーク８４及び第２ヨーク８６を互いに異なる材料で構成すると共に第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２を同一に構成した場合には、磁歪式トルクセンサ１０の使用温度の変化により、第１〜第４インピーダンスは、図７Ａ及び図７Ｂのように変化する。

ここで、図７Ａは、エンジン２０６の停止時における第１〜第４インピーダンスを示すグラフである。図７Ｂは、エンジン２０６の駆動時における第１〜第４インピーダンスを示すグラフである。なお、図７Ａ及び図７Ｂにおいて、シャフト７０に操舵トルクは作用していない。

図７Ａから諒解されるように、エンジン２０６の停止中では、磁歪膜７２に温度差は生じないため、第１〜第４磁気経路における磁歪膜７２のインピーダンスに差は生じない。しかしながら、第１ヨーク８４のインピーダンスと第２ヨーク８６のインピーダンスとが互いに異なるため、第１インピーダンス及び第３インピーダンスの間と第２インピーダンス及び第４インピーダンスの間にΔＺ０の差が生じる。

一方、図７Ｂから諒解されるように、エンジン２０６の駆動中では、磁歪膜７２に軸線方向の温度差が発生するため、第１〜第４磁気経路における磁歪膜７２のインピーダンスに差が出る。すなわち、高温側（第４磁気経路側）ほど磁歪膜７２のインピーダンスが大きくなる。

しかしながら、第１ヨーク８４のインピーダンスの温度特性変化と第２ヨーク８６のインピーダンスの温度特性変化とを互いに異ならせているため、磁歪膜７２の温度変化によるインピーダンスの変化を第１ヨーク８４及び第２ヨーク８６のインピーダンスの変化によって相殺させることができる。

すなわち、第１インピーダンス及び第３インピーダンスの関係と第２インピーダンス及び第４インピーダンスの関係とが磁歪膜７２の温度差の有無に関わらず一定であるため（ΔＺａ＝ΔＺ０、ΔＺｂ＝ΔＺ０）、中点電圧のずれが小さくなる。よって、操舵トルクの検出精度の低下が抑えられる。

図７Ａ及び図７Ｂの例では、第１インピーダンス及び第３インピーダンスにΔＺ１（ΔＺ０）の差が発生すると共に、第２インピーダンス及び第４インピーダンスにΔＺ２（ΔＺ０）の差が発生する。そのため、中点電圧は、電源電圧の中点からずれてしまう。

そこで、本実施形態では、第１検出コイル７６の巻き数を第３検出コイル８０の巻き数よりも少なくすると共に第２検出コイル７８の巻き数を第４検出コイル８２の巻き数よりも少なくしている。これにより、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、磁歪膜７２の温度差の有無に関わらず、第１インピーダンス及び第３インピーダンスを同等にすると共に第２インピーダンス及び第４インピーダンスを同等にすることができる。よって、中点電圧は、電源電圧の中点に位置することとなる。

本実施形態によれば、第１インピーダンスの温度特性変化と第３インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なると共に第２インピーダンスの温度特性変化と第４インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なっているので、磁歪膜７２に軸線方向の温度差が発生した場合であっても、その温度差による磁歪膜７２のインピーダンスの変化を相殺させることができる。これにより、中点電圧のずれ量を小さくすることができるため、シャフト７０に加えられたトルク（操舵トルク）の検出精度の低下を抑えることができる。

続いて、変形例に係る磁歪式トルクセンサ１０ａについて図９を参照しながら説明する。なお、変形例に係る磁歪式トルクセンサ１０ａにおいて、上述した磁歪式トルクセンサ１０と同一の機能及び効果を奏する要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

図９に示すように、磁歪式トルクセンサ１０ａは、上述した磁歪式トルクセンサ１０の第３検出コイル８０及び第４検出コイル８２に代えて第３検出コイル１３０及び第４検出コイル１３２を有し、ボビン７４に代えてボビン１３４を有している。

第３検出コイル１３０は、その軸線方向に沿った寸法が第１検出コイル７６の軸線方向に沿った寸法よりも小さく形成され、第４検出コイル１３２は、その軸線方向に沿った寸法が第２検出コイル７８の軸線方向に沿った寸法よりも小さく形成されている。なお、第３検出コイル１３０の軸線方向に沿った寸法と第４検出コイル１３２の軸線方向に沿った寸法とは同等である。

このような磁歪式トルクセンサ１０ａによれば、簡易な構成で、第１インピーダンスの温度特性変化と第３インピーダンスの温度特性変化とを互いに異ならせると共に、第２インピーダンスの温度特性変化と第４インピーダンスの温度特性変化とを互いに異ならせることができる。よって、上述した磁歪式トルクセンサ１０と同様の作用効果を奏することができる。

本実施形態は上述した構成に限定されない。例えば、磁歪式トルクセンサ１０は、第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２の巻き数を同一に設定してもよい。この場合でも、上述したように、中点電圧のずれ量を小さくすることができるので、磁歪式トルクセンサ１０の検出精度の低下を抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置１２Ｂについて図１０及び図１１を参照しながら説明する。なお、第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置１２Ａと同一又は同様の機能及び効果を奏する要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

図１０及び図１１に示すように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１２Ｂは、いわゆるコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成され、ステアリングコラム１５０に上述した磁歪式トルクセンサ１０、１０ａが設けられている。ただし、電動パワーステアリング装置１２Ｂは、いわゆるラックアシスト型又はピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成してもよい。

電動パワーステアリング装置１２Ｂでは、ステアリングシャフト１４８のアッパシャフト２４がステアリングコラム１５０を構成するコラムカバー１５２に収容されており、ロアシャフト２８の車体後方（運転席側）にダッシュボード１５４が設けられている。ダッシュボード１５４には、運転席の下部（運転者の足元）にエアコンの温風を導く送風口１５６が形成されている。すなわち、エアコンの温風は、送風口１５６に導かれる途中でロアシャフト２８に当たる。

操舵ギヤ機構１５８は、上述した補助ラック歯５８（図１参照）が形成されていないラック１６０と、ラック１６０を収容するギヤハウジング１６１とを備える。操舵ギヤ機構１５８の残余の構成は、上述した操舵ギヤ機構１８と同様である。

操舵アシスト機構１６２は、ステアリングコラム１５０に設けられている。操舵アシスト機構１６２を構成するウォームホイール５６が、磁歪式トルクセンサ１０、１０ａのシャフト７０の下部に連結されたアシストシャフト１６４に嵌合されている。アシストシャフト１６４は、補助ギヤハウジング１６６に固着された複数（２つ）の軸受１６８、１７０によって軸支されている。

本実施形態では、寒冷地や冬場等において、運転席の下部にエアコンの温風を供給する場合、ダッシュボード１５４に形成された送風口１５６に導かれる温風によってロアシャフト２８が局所的に温められる。そうすると、低温のアッパシャフト２４と高温のロアシャフト２８との間に位置する磁歪式トルクセンサ１０、１０ａの磁歪膜７２には、軸線方向に温度差が発生することがある。

しかしながら、本実施形態によれば、電動パワーステアリング装置１２Ｂが磁歪式トルクセンサ１０、１０ａを備えているので、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

上述した第１実施形態及び第２実施形態に係る磁歪式トルクセンサ１０、１０ａは、第１〜第４検出コイル７６、７８、８０、８２、１３０、１３２を備えた例について説明したが、本発明に係る磁歪式トルクセンサは、２つの検出コイル（第１検出コイル及び第２検出コイル）を備えていてもよい。

この場合、第１検出コイルは、第１磁歪部位に対向するようにボビンに配設され、第２検出コイルは、第２磁歪部位に対向するようにボビンに配設される。そして、第１検出コイル及び第２検出コイルの外周側にはヨークが設けられる。そして、第１検出コイルの出力信号が検出回路にて第１出力電圧に変換され、第２検出コイルの出力信号が検出回路にて第２出力電圧に変換されることとなる。

また、第１磁歪部位、第１検出コイル、及びヨークからなる第１磁気経路の第１インピーダンスの温度特性変化と第２磁歪部位、第２検出コイル、及びヨークからなる第２磁気経路の第２インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なる。このような構成によれば、磁歪膜に軸線方向に沿った温度差が発生した場合であっても、中点電圧のずれ量を小さくすることができるため、シャフトに加えられたトルクの検出精度の低下を抑えることができる。

また、磁歪式トルクセンサは、電動パワーステアリング装置に適用される例に限定されず、種々の装置に適用可能である。本発明に係る磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、１０ａ…磁歪式トルクセンサ １２Ａ、１２Ｂ…電動パワーステアリング装置
１４…ステアリングホイール １６、１４８…ステアリングシャフト
２１…検出回路 ２２…ＥＣＵ
５２…モータ ７０…シャフト
７２…磁歪膜 ７４、１３４…ボビン
７６…第１検出コイル ７８…第２検出コイル
８０、１３０…第３検出コイル ８２、１３２…第４検出コイル
８４…第１ヨーク ８６…第２ヨーク
８８…センサハウジング ９０…付勢機構（付勢手段）
９２…第１磁歪部位 ９４…第２磁歪部位

Claims (8)

1. シャフトと、
   前記シャフトの外周面に配設された磁歪膜と、
   前記磁歪膜に対向するように設けられて当該磁歪膜の磁気特性の変化を検出する複数の検出コイルと、
   複数の前記検出コイルの外周側に設けられたヨークと、を備えた磁歪式トルクセンサにおいて、
   複数の前記検出コイルは、前記シャフトの軸線方向に沿って順次設けられた第１検出コイル、第２検出コイル、第３検出コイル、及び第４検出コイルを含み、
   前記第１検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第１磁気経路の第１インピーダンスの温度特性変化と前記第２検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第２磁気経路の第２インピーダンスの温度特性変化とが互いに同等であり、
   前記第３検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第３磁気経路の第３インピーダンスの温度特性変化と前記第４検出コイル、前記磁歪膜、及び前記ヨークから構成される第４磁気経路の第４インピーダンスの温度特性変化とが互いに同等であり、
   前記第１インピーダンスの温度特性変化と前記第３インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なると共に、前記第２インピーダンスの温度特性変化と前記第４インピーダンスの温度特性変化とが互いに異なることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
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、前記第１検出コイルの外周側に設けられた部位におけるインピーダンスの温度特性変化と前記第３検出コイルの外周側に設けられた部位におけるインピーダンスの温度特性変化とが互いに異なるように構成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
3. 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、前記第１検出コイルの外周側に設けられた部位と前記第３検出コイルの外周側に設けられた部位とが互いに異なる材料で構成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記第１検出コイルのインピーダンスの温度特性変化と前記第３検出コイルのインピーダンスの温度特性変化とが互いに異なることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
5. 請求項４記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記第１検出コイルの巻き数と前記第３検出コイルの巻き数とが互いに異なることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
6. 請求項４又は５に記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記第１検出コイルの軸線方向に沿った寸法と前記第３検出コイルの軸線方向に沿った寸法とが互いに異なることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
7. 請求項４〜６のいずれか１項に記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記第２検出コイルの軸線方向に沿った寸法と前記第４検出コイルの軸線方向に沿った寸法とが互いに異なることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
8. ステアリングホイールと、
   前記ステアリングホイールの操舵によって発生する操舵トルクを検出する磁歪式トルクセンサと、
   前記磁歪式トルクセンサの出力信号に基づいて操舵補助力を発生させるモータと、を備える電動パワーステアリング装置において、
   前記磁歪式トルクセンサは、請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁歪式トルクセンサであることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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