特許 7447711 トルクセンサの出力調整方法、及び、トルクセンサの組立方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-04

(45)【発行日】2024-03-12

(54)【発明の名称】トルクセンサの出力調整方法、及び、トルクセンサの組立方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/10 20060101AFI20240305BHJP

【ＦＩ】

G01L3/10 305

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020117679

(22)【出願日】2020-07-08

(65)【公開番号】P2022015064

(43)【公開日】2022-01-21

【審査請求日】2023-03-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】大林 周平

【審査官】公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６３－０９８５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１８５８１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－００２３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１９４４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００９００５１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ３／１０

Ｂ６２Ｄ ５／０４

Ｇ０１Ｂ ７／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二つの軸間にて伝達されるトルクに応じて捩れ変形するトーションバーと、
前記トーションバーの一端側の軸に固定される磁気発生部と、前記トーションバーの他端側の軸に固定される磁気回路部と、
前記磁気発生部と前記磁気回路部との相対的な回転方向の位置関係に応じて前記磁気回路部から導かれる磁束密度を検知し、前記磁束密度の変化に応じて出力をする磁気検出素子と、を備えたトルクセンサの出力調整方法であって、
前記磁気発生部または前記磁気回路部の一方を前記軸に固定し、他方を前記軸の軸方向における第１位置で、軸周りに回転させながら、前記一方に対する回転方向の位置と前記磁気検出素子の出力との関係を示す第１出力応答特性を求め、
前記他方を、軸方向における前記第１位置とは異なる第２位置で、軸周りに回転させながら、前記一方に対する回転方向の位置と前記磁気検出素子の出力との関係を示す第２出力応答特性を求め、
前記第１出力応答特性と前記第２出力応答特性との交点における、前記他方の前記一方に対する回転方向の位置を、前記磁気回路部から前記磁気検出素子に導かれる磁束密度が零となる磁気中立の位置として定める、
ことを特徴とするトルクセンサの出力調整方法。

【請求項2】

前記第１出力応答特性と前記第２出力応答特性との交点における前記磁気検出素子の出力値と、前記磁気中立として設定する出力値との差をオフセット補正値として、前記磁気検出素子の出力値に加算することを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサの出力調整方法。

【請求項3】

前記一方が前記磁気回路部であり、前記他方が前記磁気発生部であることを特徴とする請求項１または２に記載のトルクセンサの出力調整方法。

【請求項4】

二つの軸間にて伝達されるトルクに応じて捩れ変形するトーションバーと、
前記トーションバーの一端側の軸に固定される磁気発生部と、前記トーションバーの他端側の軸に固定される磁気回路部と、
前記磁気発生部と前記磁気回路部との相対的な回転方向の位置関係に応じて前記磁気回路部から導かれる磁束密度を検知し、前記磁束密度の変化に応じて出力をする磁気検出素子と、を備えたトルクセンサの組立方法であって、
前記トーションバーにトルクを伝達させない状態で、前記磁気回路部を前記トーションバーの他端側の軸に固定し、
前記トーションバーにトルクを伝達させない状態で、請求項３に記載のトルクセンサの出力調整方法で、前記磁気中立の位置を定め、
前記トーションバーの一端側の軸において、前記磁気中立と定めた前記磁気回路部に対する回転方向の位置に、前記磁気発生部を固定することを特徴とするトルクセンサの組立方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トルクセンサの出力調整方法、及び、トルクセンサの組立方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のトルクセンサとして、特許文献１に開示されたものは、ハウジング内に回転可能に収容されるトーションバーと、このトーションバーの両端に連結される第一、第二シャフトと、第一シャフトに固定される磁気発生部（磁石）と、第二シャフトに固定される回転磁気回路部と、ハウジングに固定される固定磁気回路部と、この固定磁気回路部に導かれる磁束密度を検出する磁気検出器（磁気センサ）とを備える。
トーションバーに働くトルクによって、トーションバーが捩れ変形すると、磁気発生部と回転磁気回路部との回転方向の相対位置が変化し、これに伴って磁気発生部から回転磁気回路部を介して固定磁気回路部に導かれる磁束密度が変化し、磁気センサが、この磁束密度に応じた信号を出力し、この信号に基づいてトーションバーに働くトルクが検出される。
トルクセンサの製造時においては、トーションバーにトルクが働かない中立状態（メカ中立）で、磁気発生部の回転位置を、磁気発生部から回転磁気回路部に導かれる磁束密度が零になる中立位置（磁気中立）に設定する調整が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－１８５８１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、磁気中立の位置は、磁気発生部である磁石を見ても直接分からないため、メカ中立に対する磁気中立の位置にズレが生じてしまう場合があった。そのようなメカ中立に対する磁気中立の位置にズレが生じた場合、温度変化による磁石の減磁に起因する磁束密度の減少によって出力電圧の勾配（ゲイン）が減少すると、メカ中立における磁気センサの出力が変動してしまう（オフセット変動）。このため、磁束密度に応じた信号を出力する磁気センサの検出精度が低下するという問題があった。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑み、磁気中立の位置を定めて磁気中立とメカ中立を合わせると共に、トルクセンサにおける温度変化によるオフセット変動を最小化するトルクセンサの出力調整方法、トルクセンサの組立方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、二つの軸間にて伝達されるトルクに応じて捩れ変形するトーションバーと、トーションバーの一端側の軸に固定される磁気発生部と、トーションバーの他端側の軸に固定される磁気回路部と、磁気発生部と磁気回路部との相対的な回転方向の位置関係に応じて磁気回路部から導かれる磁束密度を検知し、磁束密度の変化に応じて出力をする磁気検出素子と、を備えたトルクセンサの出力調整方法であって、磁気発生部または磁気回路部の一方を軸に固定し、他方を軸の軸方向における第１位置で、軸周りに回転させながら、一方に対する回転方向の位置と磁気検出素子の出力との関係を示す第１出力応答特性を求め、他方を、軸方向における第１位置とは異なる第２位置で、軸周りに回転させながら、一方に対する回転方向の位置と磁気検出素子の出力との関係を示す第２出力応答特性を求め、記第１出力応答特性と第２出力応答特性との交点における、他方の一方に対する回転方向の位置を、磁気回路部から磁気検出素子に導かれる磁束密度が零となる磁気中立の位置として定めるトルクセンサの出力調整方法である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、磁気中立の位置を定めて磁気中立とメカ中立を合わせると共に、トルクセンサにおける温度変化によるオフセット変動を最小化するトルクセンサの出力調整方法、トルクセンサの組立方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である 。

【図2】実施形態のトルクセンサの一例の斜視図である。

【図3】図２のトルクセンサの概略構成図である。

【図4】図２のトルクセンサの分解図である。

【図5】（ａ）～（ｃ）は実施形態のトルクセンサの動作を説明するための磁気回路の概略図である。

【図6】磁気センサＩＣとコントローラの機能構成例のブロック図である。

【図7】モータ制御部の機能構成の一例のブロック図である。

【図8】温度変化による、トルクセンサの出力応答特性を示す線図である。

【図9】（ａ）、（ｂ）は、磁気中立を定める場合の、磁気回路部と磁気発生部の位置関係を示す概略構成図である。

【図10】図９（ａ）、（ｂ）の場合における、出力応答特性を示す線図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構成、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【実施例】

【0010】

本実施形態の電動パワーステアリング装置の構成例を図１に示す。操向ハンドル１の操舵軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速機構を構成する減速ギア（ウォームギア）３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ、６ｂを経て、更にハブユニット７ａ、７ｂを介して操向車輪８Ｌ、８Ｒに連結されている。
ピニオンラック機構５は、ユニバーサルジョイント４ｂから操舵力が伝達されるピニオンシャフトに連結されたピニオン５ａと、このピニオン５ａに噛合するラック５ｂとを有し、ピニオン５ａに伝達された回転運動をラック５ｂで車幅方向の直進運動に変換する。

【0011】

操舵軸２には、本実施形態のトルクセンサ１０が設けられている。トルクセンサ１０は操舵軸２に加えられる操舵トルクＴｈを検出する。トルクセンサ１０の詳細は後述する。さらに操舵軸２には、操向ハンドル１の操舵力を補助する操舵補助モータ２０が、減速ギア３を介して連結されている。
電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Erectoric Power Steering）装置を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）であるコントローラ３０には、バッテリ３１から電力が供給されるとともに、イグニション（ＩＧＮ）キー３２を経てイグニションキー信号が入力される。なお、操舵補助力を付与する手段は、モータに限られず、様々な種類のアクチュエータを利用可能である。

【0012】

コントローラ３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと、車速センサ９で検出された車速Ｖｈとに基づいてアシスト制御指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによって操舵補助モータ２０に供給する電流を制御する。
コントローラ３０は、例えば、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含むコンピュータを備えてよい。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）であってよい。

【0013】

記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモりを含んでよい。
なお、本実施形態のトルクセンサ１０を、ステアリングホイールと転舵輪との間が機械的に分離されたステアバイワイヤ（S B W ：Steer-By-Wire）式の車両操向装置に使用してもよい。例えば、車両操向装置は、車両の操舵系に付与する操舵反力を発生させる反力アクチュエータと、操舵トルクＴｈに応じて反力アクチュエータを駆動制御する制御部を備えてもよい。

【0014】

また、本実施例のＥＰＳは、操舵軸２に減速ギア３と操舵補助モータ２０、トルクセンサ１０を組付けたコラムアシスト式のＥＰＳであるが、減速ギア３と操舵補助モータ２０、トルクセンサ１０を操舵軸２下部のピニオン５ａに組付けたピニオン式、または、減速ギア３と操舵補助モータ２０、トルクセンサ１０をラック５ｂに組付けたラック式であっても構わない。

【0015】

次に、本実施形態のトルクセンサ１０について説明する。図２、図３、図４を参照する。トルクセンサ１０は、操舵軸２の入力軸２ｉｎと出力軸２ｏｕｔとの間に連結されたトーションバー１６を備える。トーションバー１６の第１端部１７０が出力軸２ｏｕｔに連結され、トーションバー１６の第２端部１７１が入力軸２ｉｎに連結されている。
さらに、トルクセンサ１０は、本発明の磁気発生部であって永久磁石である多極リング磁石１１と、リング状のステータ１２及び１３と、集磁ヨーク１４ａ及び１４ｂと、磁気センサ１５を備える。

【0016】

多極リング磁石１１は、トーションバー１６の第２端部１７１又は入力軸２ｉｎに取り付けられる。すなわち、多極リング磁石１１は、トーションバー１６の第２端部１７１側に固定される。
多極リング磁石１１は、トーションバー１６と同軸に配置され、軸線を中心とする周方向に異なる磁極であるＳ極とＮ極（図において、グレー色がＮ極を表す。）が交互に配置されている。これら磁極対は等角度ごとに配置されおり、隣接する磁極対が各々配置される角度位置の角度差はΔθである。

【0017】

ステータ１２及び１３は組立体であってステータユニット１９を構成し、ハブ１８を介してトーションバー１６の第１端部１７０又は出力軸２ｏｕｔに取り付けられる。すなわち、トーションバー１６の第１端部１７０側に固定される。また、ステータ１２及び１３の外周面に対向して、集磁ヨーク１４ａ及び１４ｂ、及び磁気センサ１５が、図示しない静止部材（ハウジング）に固定されている。尚、ステータユニット１９は本発明の磁気回路部を構成する。

【0018】

多極リング磁石１１から発生した磁束はステータ１２及び１３により集約されて、集磁ヨーク１４ａ及び１４ｂによって磁気センサ１５へ導かれ、磁気センサ１５で検出される。ステータ１２及び１３、集磁ヨーク１４ａ及び１４ｂ、及び磁気センサ１５により形成される組立体は、磁気検出部である。
ステータ１２は、例えば軟磁性材料からなり、多極リング磁石１１と同軸に配置される円環部１２ａと、円環部１２ａの内周端から軸方向に伸びる複数の歯部１２ｂを有している。円環部１２ａの内径は、多極リング磁石１１の外径よりも大きく設定されている。

【0019】

歯部１２ｂは、軸線を中心とする周方向に等角度で配置されており、隣接する歯部１２ｂが各々配置される角度位置の角度差はΔθである。このため、歯部１２ｂの総数は多極リング磁石１１の磁極対数と等しい。
同様に、ステータ１３は、例えば軟磁性材料からなり、多極リング磁石１１と同軸に配置される円環部１３ａと、円環部１３ａの内周端から軸方向に伸びる複数の歯部１３ｂを有している。ステータ１３の円環部１３ａの内径及び外径は、ステータ１２の円環部１２ａの内径及び外径と等しい。

【0020】

歯部１３ｂは、軸線を中心とする周方向に等角度で配置されており、隣接する歯部１３ｂが各々配置される角度位置の角度差はΔθである。このため、歯部１３ｂの総数は多極リング磁石１１の磁極対数や、ステータ１２の歯部１２ｂの総数と等しい。
周方向に沿った歯部１２ｂ、１３ｂの幅はＷ１であり、隣接する歯部１２ｂ間の間隔Ｗ２や隣接する歯部１３ｂ間の間隔Ｗ２よりも狭く設定されている。そして、ステータ１２の歯部１２ｂを、ステータ１３の歯部１３ｂ間の間隔の間に配置し、ステータ１２の歯部１３ｂを、ステータ１２の歯部１２ｂ間の間隔の間に配置する。すなわち、対向する円環部１２ａと円環部１３ａとの間に、ステータ１２の歯部１２ｂとステータ１３の歯部１３ｂを周方向に沿って交互に配置する。

【0021】

具体的には、ステータ１３の隣接する歯部１３ｂ間の間隔の周方向中央にステータ１２の歯部１２ｂを配置し、ステータ１２の隣接する歯部１２ｂ間的間隔の周方向中央にステータ１３の歯部１３ｂを配置する。そして、多極リング磁石１１の外周面と歯部１２ｂ及び歯部１３ｂの内周面とが互いに対向するように、対向する円環部１２ａと円環部１３ａとの間に多極リング磁石１１を配置する。
集磁ヨーク１４ａは、例えばＬ字状に形成された軟磁性材料からなり、一端が空隙を空けて円環部１２ａの端面に対向し、他端は空隙を空けて集磁ヨーク１４ｂの他端と対向している。集磁ヨーク１４ｂも同様に、Ｌ字状に形成された軟磁性材料からなり、一端が空隙を空けて円環部１３ａの端面に対向し、他端は空隙を空けて集磁ヨーク１４ａの他端と対向している。そして、磁気回路部を構成するステータユニット１９は、集磁ヨーク１４ａの一端と集磁ヨーク１４ｂの一端との間の空隙に配置され、また、磁気センサ１５は、集磁ヨーク１４ａの他端と集磁ヨーク１４ｂの他端との間に配置される。

【0022】

これにより、多極リング磁石１１から発生した磁束をステータ１２及び１３で集約し、さらに集磁ヨーク１４ａ及び１４ｂによって磁気センサ１５へ導くことができる。尚、図３は理解を容易にするため、多極リング磁石１１が、軸方向において、ステータ１２の歯部１２ｂの先端、及び、ステータ１３の歯部１３ｂの先端から露出するように描かれているが、実際は、歯部１２ｂの先端、及び、歯部１３ｂの先端は、多極リング磁石１１を覆うように軸方向に伸びている。従って、ステータ１２及び１３は、多極リング磁石１１から発せられる磁束を効率的に取り込むことができる構造となっている。図５、図９においても同様である。

【0023】

磁気センサ１５は、冗長系を形成するため、二つの磁気センサＩＣ１５０、１６０が設けられている。磁気センサＩＣ１５０は、磁束密度を検知して、磁束密度の変化に応じた信号を出力する複数の磁気検出素子を含む。磁気検出素子は、例えばＨａｌｌ素子であってよい。また、同様に、磁気センサＩＣ１６０は、磁束密度を検知して、磁束密度の変化に応じた信号を出力する複数の磁気検出素子を含む。磁気検出素子は、例えばＨａｌｌ素子であってよい。

【0024】

以上のように、ステータ１２及び１３（ステータユニット１９）、並びに集磁ヨーク１４ａ及び１４ｂは、多極リング磁石１１により生じた磁界内に配置されて、多極リング磁石１１により生じた磁束が通る磁気回路を形成する。
トーションバー１６のねじれ変形によって多極リング磁石１１との相対的な位置関係が変化することに伴って、磁気回路に発生する磁束量が変化する。磁束密度の変化を第１磁気検出素子１５１ａ、第２磁気検出素子１５１ｂにより検出することで、トーションバー１６に加わるトルクを測定することができる。

【0025】

次に、図５（ａ）～図５（ｃ）を参照してトルクセンサ１０の動作を説明する。トーションバー１６の第１端部１７０と第２端部１７１との間の相対角度が０の場合（図５の（ａ））には、ステータ１２及び１３の歯部１２ｂ及び歯部１３ｂの周方向の中心位置が多極リング磁石１１のＮ極とＳ極との境界位置と一致するように配置されている。
このため、多極リング磁石１１のＮ極から出た磁束は、歯部１２ｂ及び歯部１３ｂを通って多極リング磁石１１のＳ極に戻り、磁気センサＩＣ１５０を通らない構成、すなわち、磁気中立の状態となっている。

【0026】

一方で、図５の（ｂ）に示すように、トーションバー１６の第１端部１７０と第２端部１７１との間の相対角度が０°でなく、ステータ１２の歯部１２ｂが多極リング磁石１１のＮ極に近付き、ステータ１３の歯部１３ｂが多極リング磁石１１のＳ極に近付くと、多極リング磁石１１のＮ極から出た磁束が、ステータ１２の歯部１２ｂから円環部１２ａに入り、集磁ヨーク１４ａで導かれて磁気センサＩＣ１５０を通る。その後、集磁ヨーク１４ｂ、ステータ１３の円環部１３ａから歯部１３ｂを通って、多極リング磁石１１のＳ極に戻る。

【0027】

反対に、図４の（ｃ）に示すように、ステータ１２の歯部１２ｂが多極リング磁石１１のＳ極に近付き、ステータ１３の歯部１３ｂが多極リング磁石１１のＮ極に近付くと、磁束は反対向きに磁気センサＩＣ１５０を通る。
このように、トーションバー１６の第１端部１７０と第２端部１７１との間にねじりトルクが作用すると、ステータ１２、１３と多極リング磁石１１との相対角度が変位するので、回転角度に応じた磁束を磁気センサＩＣ１５０の第１磁気検出素子１５１ａ、第２磁気検出素子１５１ｂで検出することによって、ねじりトルクを測定することができる。

【0028】

図６を参照して、磁気センサＩＣ１５０及び磁気センサＩＣ１６０とコントローラ３０の機能構成の一例を説明する。尚、磁気センサＩＣ１６０の各構成要素は、磁気センサＩＣ１５０の各構成要素と共通しているため、特別な場合を除き、磁気センサＩＣ１６０についての説明は省略する。磁気センサＩＣ１５０は、同じ構成を有する２つのダイ１５０ａ及び１５０ｂ、動作確認部１５７を有する。一方のダイ１５０ａは、第１磁気検出素子１５１ａと、ＡＤ変換器（アナログディジタル変換器：Analog-to-Digital Converter)１５２ａと、較正部１５３ａと、記憶部１５４ａを備える。較正部１５３ａは、オフセット補正部１５５ａとゲイン補正部１５６ａを有して、ＡＤ変換器１５２ａからの出力を補正して、０～４０９５の値を有する１２ｂｉｔの信号を出力する。

【0029】

第１磁気検出素子１５１ａは、磁気回路を通る磁束を検知して、検知した磁束に応じた電圧値を出力する。ＡＤ変換器１５２ａは、第１磁気検出素子１５１ａから出力された電圧値をディジタル信号に変換する。ゲイン補正部１５６ａは、ＡＤ変換器１５２ａを介した第１磁気検出素子１５１ａからの出力に、記憶部１５４ａに設定されたゲインを乗じて増幅する。オフセット補正部１５５ａは、ゲイン補正部１５６ａの乗算結果に、記憶部１５４ａに設定されたオフセット補正値を加算する。オフセット補正値の値は、磁束密度が０の場合（磁気中立）において、較正部１５３ａからの出力の値が磁気中立を示す２０４７となるように設定する。較正部１５３ａで補正された第１磁気検出素子１５１ａに基づく出力は、操舵トルクＴｈとして動作確認部１５７へ出力される。
ダイ１５０ａと同様に、他方のダイ１５０ｂは、第２磁気検出素子１５１ｂと、ＡＤ変換器１５２ｂと、較正部１５３ｂと、記憶部１５４ｂを備え、較正部１５３ｂは、オフセット補正部１５５ｂとゲイン補正部１５６ｂを有して、ＡＤ変換器１５２ｂからの信号を補正する。

【0030】

第２磁気検出素子１５１ｂは、磁気回路を通る磁束を検知して、検知した磁束に応じた電圧値を出力する。ＡＤ変換器１５２ｂは、第２磁気検出素子１５１ｂから出力された電圧値をディジタル信号に変換する。ゲイン補正部１５６ｂは、ＡＤ変換器１５２ｂを介した第２磁気検出素子１５１ｂからの出力に、記憶部１５４ｂに設定されたゲインを乗じて増幅する。オフセット補正部１５５ｂは、ゲイン補正部１５６ｂの乗算結果に、記憶部１５４ｂに設定されたオフセット補正値を加算する。オフセット補正値の値は、磁束密度が０の場合（磁気中立）において、較正部１５３ｂからの出力の値が磁気中立を示す２０４７となるように設定する。較正部１５３ｂで補正された第２磁気検出素子１５１ｂに基づく出力は、操舵トルクＴｈとして動作確認部１５７へ出力される。

【0031】

動作確認部１５７は、較正部１５３ａにおいて補正された第１磁気検出素子１５１ａに基づく出力と、較正部１５３ｂにおいて補正された第２磁気検出素子１５１ｂに基づく出力が同一か、同一でないかを判定し、同一の場合は、第１磁気検出素子１５１ａに基づく出力をコントローラ３０へ出力する。同一でない場合は、同一でない旨の信号をコントローラ３０へ出力する。
磁気センサＩＣ１６０の動作確認部１６７も、動作確認部１５７と同様に、較正部１６３ａにおいて補正された第１磁気検出素子１６１ａに基づく出力と、較正部１６３ｂにおいて補正された第２磁気検出素子１６１ｂに基づく出力とが同一か、同一でないかを判定し、同一の場合は、第１磁気検出素子１６１ａに基づく出力をコントローラ３０へ出力する。同一でない場合は、同一でない旨の信号をコントローラ３０へ出力する。

【0032】

コントローラ３０は、選択部３５と、モータ制御部３６を備える。動作確認部１５７及び動作確認部１６７からの信号は選択部３５に入力される。選択部３５は、動作確認部１５７から第１磁気検出素子１５１ａに基づく出力が入力された場合は、第１磁気検出素子１５１ａに基づく出力をモータ制御部３６に出力する。選択部３５は、動作確認部１５７から同一でない旨の信号が入力され、動作確認部１６７から第１磁気検出素子１６１ａに基づく出力が入力された場合は、第１磁気検出素子１６１ａに基づく出力をモータ制御部３６に出力する。

【0033】

モータ制御部３６は、選択部３５から入力された第１磁気検出素子１５１ａに基づく出力である操舵トルクＴｈ、または、第１磁気検出素子１６１ａに基づく出力である操舵トルクＴｈと、車速センサ９で検出された車速Ｖｈとに基づいて操舵補助モータ２０の駆動電流を制御する。図７に、モータ制御部３６の機能構成の例を示す。操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｈは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部４１に入力される。電流指令値演算部４１は、入力された操舵トルクＴＨ及び車速Ｖｈに基づいてアシストマップ等を用いて、操舵補助モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。

【0034】

電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部４２Ａを経て電流制限部４３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部４２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差ΔＩ（＝Ｉｒｅｆｍ－Ｉｍ）が演算され、その偏差ΔＩが操舵動作の特性改善のためＰＩ（比例積分）制御部４５に入力される。ＰＩ制御部４５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＭＷ制御部４６に入力され、更に駆動部としてのインバータ４７を介して操舵補助モータ２０がＰＷＭ駆動される。操舵補助モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器４８で検出され、減算部４２Ｂにフィードバックされる。

【0035】

加算部４２Ａには補償信号生成部４４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や貫性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部４４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）４４－３と慣性４４－２を加算部４４－４で加算し、その加算結果に更に収れん性４４－１を加算部４４－５で加算し、加算部４４－５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。
このようなトルクセンサでは、上述した問題、すなわち、磁気中立の位置は目視で分からないため、多極リング磁石１１とステータ１２及び１３とをトーションバー１６に取り付けた際に、メカ中立と磁気中立の位置とがズレることがあるという問題があった。図８を参照してこの問題を説明する。

【0036】

図８は、ステータユニット１９と磁気センサＩＣ１５０との軸回転方向における相対角と、磁気センサＩＣ１５０の出力との関係（出力応答特性）に関し、温度変化による影響を示したものである。図８に示したグラフの縦軸は、磁気センサＩＣ１５０の出力を示し、横軸は、ステータユニット１９と磁気センサＩＣ１５０の軸回転方向における相対角を示す。Ｔ１は常温における出力応答特性、Ｔ２は常温よりも高温、もしくは、低温の場合の出力応答特性、Ｔ３は、Ｔ２を超える高温、もしくは、低温の場合を示す。

【0037】

ここでは、真の磁気中立の状態において、磁気センサＩＣ１５０が常温で磁気中立を示す値２０４７を出力していない場合を想定する。
このため、常温でメカ中立において磁気センサＩＣ１５０の出力値が２０４７となるように多極リング磁石１１とステータ１２及び１３とをトーションバー１６に取り付けると、メカ中立と磁気中立との間にズレが発生する。図８の例は、メカ中立においてステータユニット１９と磁気センサＩＣ１５０との相対角が０［ｄｅｇ］であり、メカ中立と磁気中立とがズレている状態を示す。

【0038】

このようにメカ中立と磁気中立とがズレていると、温度変化によってメカ中立における出力にオフセットが生じてしまうという問題が発生する。すなわち、永久磁石である多極リング磁石１１は、常温よりも高温、もしくは、低温になると減磁する。従って、Ｔ２はＴ１よりもゲインが小さくなり、Ｔ３はＴ２よりもゲインが小さくなる。
そのため、常温においては、メカ中立の状態で磁気センサＩＣ１５０の出力値は磁気中立を示す値２０４７となるが、常温よりも高温もしくは低温となると、磁気中立を示す値２０４７とはならず、メカ中立における出力にオフセットが生じる。

【0039】

そこで本願発明の発明者は、真の磁気中立の状態では磁気センサＩＣ１５０に磁束が流れないため、温度変化の影響を受けることなく磁気センサＩＣ１５０の出力値が一定となることに着目した。そのため、以下で説明するトルクセンサ１０の出力調整方法で磁気中立を定めることによって、メカ中立の位置で出力のオフセットが発生してしまうことを抑制することができる。
磁気発生部である多極リング磁石１１から磁気回路部であるステータユニット１９に導かれる磁束密度が零になる中立位置（磁気中立）と、磁気中立における磁気センサＩＣ１５０の出力調整（トルクセンサ１０の出力調整方法）、および、トルクセンサ１０の組立方法について説明する。

【0040】

このトルクセンサ１０の出力調整方法は、ステータユニット１９に対する磁気センサＩＣ１５０の相対的な回転方向の位置と磁気センサＩＣ１５０の出力との関係が、ステータユニット１９に対する磁気センサＩＣ１５０の相対的な軸方向の位置が変化すると磁気センサＩＣ１５０の出力は変化するが、磁気中立の位置では、磁気センサＩＣ１５０に磁束が流れないため、ステータユニット１９に対する磁気センサＩＣ１５０の相対的な軸方向の位置が変化しても、図８で説明した温度変化が生じた場合と同様に、磁気センサＩＣ１５０の出力は変化しない、といことに基づくものである。

【0041】

トルクセンサ１０の出力調整方法は、図９、図１０に基づき、以下の手順で行われる。図９は、ステータユニット１９に対する磁気センサＩＣ１５０の相対的な軸方向の位置関係を示し、図１０は、ステータユニット１９と磁気センサＩＣ１５０の軸回転方向における相対角（横軸）と、磁気センサＩＣ１５０の出力（縦軸）との関係を示す図である。

【0042】

（１）図９（ａ）に示すように、ステータユニット１９をトーションバー１６の第１端部１７０の軸方向における所定位置に固定する。
（２）多極リング磁石１１をトーションバー１６の第２端部１７１の軸方向において、ステータユニット１９における第１端部１７０側の端面からＤ１の位置に仮固定する。
（３）多極リング磁石１１のステータユニット１９に対する回転方向における相対角度（ｄｅｇ）が分かるように互いにマークを付し、マークした最初の位置を回転方向における相対角度の仮の原点として、多極リング磁石１１をＤ１の位置に保ったまま多極リング磁石１１を回転させ、ステータユニット１９に対する相対角度と磁気センサＩＣ１５０の出力との関係を示す第１出力応答特性を求める。図１０においてＡで示した線がＤ１の位置における第１出力応答特性を示す。

【0043】

（４）多極リング磁石１１をトーションバー１６の第２端部１７１の軸方向において、ステータユニット１９における第１端部１７０側の端面からＤ１より大きいＤ２の位置に仮固定する。
（５）多極リング磁石１１をＤ２の位置に保ったまま多極リング磁石１１を回転させ、ステータユニット１９に対する相対角度と磁気センサＩＣ１５０の出力との関係を示す第２出力応答特性を求める。図１０においてＢで示した線がＤ２の位置における第２出力応答特性を示す。

【0044】

（６）図９において示していないが、多極リング磁石１１をトーションバー１６の第２端部１７１の軸方向において、ステータユニット１９における第１端部１７０側の端面からＤ２より大きいＤ３の位置に仮固定する。
（７）多極リング磁石１１をＤ３の位置に保ったまま多極リング磁石１１を回転させ、ステータユニット１９に対する相対角度と磁気センサＩＣ１５０の出力との関係を示す第３出力応答特性を求める。図１０においてＣで示した線がＤ３の位置における第３出力応答特性を示す。

【0045】

（８）磁気センサＩＣ１５０の第１出力応答特性を表すＡで示した線と、第２出力応答特性を表すＢで示した線と、第３出力応答特性を表すＣで示した線との交点（Ｘ１、Ｙ１）を求め、この交点におけるＸ１を磁気中立の位置として定める。すなわち、第１～３出力応答特性の相対角度が同一となるＸ１と、第１～３出力応答特性の出力が同一となるＹ１を求め、そのＸ１を磁気中立の位置として定める。

【0046】

（９）多極リング磁石１１のステータユニット１９に対する回転方向における相対角度（ｄｅｇ）をＸ１にし（磁気中立にする。）、磁気中立を示す出力値として設定した２０４７とＹ１との差であるＹ２をオフセット補正値としてＹ１に加算し、磁気センサＩＣ１５０のオフセット補正を行う。例えば、上記のオフセット補正値として、差Ｙ２を記憶部１５４ａ、１５４ｂ、１６４ａ及び１６４ｂに記憶してよい。オフセット補正部１５５ａ、１５５ｂ、１６５ａ及び１６５ｂは、ゲイン補正部１５６ａ、１５６ｂ、１６６ａ、１６６ｂの乗算結果に差Ｙ２を加算してよい。

【0047】

多極リング磁石１１は、軸線を中心とする周方向にＳ極とＮ極が交互に配置されているが、外見上、Ｓ極とＮ極がどこにあるか認識することができない。そのため、図５（ａ）で示すような磁気中立の位置を目視で認識することができない。また、磁気検出素子１５１ａ、１５１ｂ、１６１ａ、１６１ｂからの信号は、アナログ信号ではなくディジタル信号として出力されるため、磁気検出素子１５１ａ、１５１ｂ、１６１ａ、１６１ｂからの信号で磁気中立の位置を定めることができない。それに対して、本実施例のトルクセンサ１０の出力調整方法では、正確に、磁気中立の位置を定めることができる。

【0048】

本実施例のトルクセンサ１０の出力調整方法では、ステータユニット１９をトーションバー１６の所定位置に固定し、多極リング磁石１１をトーションバー１６における軸方向の位置を変化させて回転させ、磁気中立の位置を定めたが、多極リング磁石１１をトーションバー１６の所定位置に固定し、ステータユニット１９をトーションバー１６における軸方向の位置を変化させて回転させ、磁気中立の位置を定めても構わない。

【0049】

また、本実施例のトルクセンサ１０の出力調整方法では、ステータユニット１９における第１端部１７０側の端面からＤ１、Ｄ２、Ｄ３の３か所の位置で多極リング磁石１１を回転させて、第１出力応答特性と第２出力応答特性、第３出力応答特性を求め、磁気中立の位置を定めたが、３か所ではなく、２か所で出力応答特性を求め、磁気中立の位置を定めても構わない。そうすることによって、簡易に磁気中立の位置を定めることができる。

【0050】

次に、トルクセンサ１０の組立方法について説明する。トルクセンサ１０の組立方法は、以下の手順で行われる。
工程１：トーションバー１６にトルクを伝達させない状態（メカ中立の状態）で、ステータユニット１９をトーションバー１６の第１端部１７０の軸方向における取付位置に固定する。
工程２：前記したトルクセンサ１０の出力調整方法によって、多極リング磁石１１のステータユニット１９に対する回転方向における磁気中立の位置を定める。
工程３：トーションバー１６にトルクを伝達させない状態（メカ中立の状態）で、多極リング磁石１１を、磁気中立を保ちながらトーションバー１６の第２端部１７１の軸方向における取付位置に固定する。
工程４：多極リング磁石１１のステータユニット１９に対する回転方向における磁気中立の位置で、前記したトルクセンサ１０の出力調整方法で行った磁気センサＩＣ１５０のオフセット補正を行う。

【0051】

本実施例のトルクセンサ１０の組立方法では、工程３の後に、磁気センサＩＣ１５０のオフセット補正を行ったが、工程２において磁気中立の位置を定めた後にオフセット補正を行っても構わない。
本実施例のトルクセンサ１０は、多極リング磁石１１とステータユニット１９とは、多極リング磁石１１の外周面と歯部１２ｂ及び歯部１３ｂの内周面とが互いに対向するように、すなわち、多極リング磁石１１がステータユニット１９の径方向内側に配置されている構成であるが、多極リング磁石１１とステータユニット１９とは、多極リング磁石１１の端面とステータユニットの端面とが互いに対向するように、すなわち、多極リング磁石１１とステータユニット１９とが軸方向に空隙をおいて配置されていても構わない。

【0052】

以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。

【符号の説明】

【0053】

１…操向ハンドル、２…操舵軸、２ｉｎ…入力軸、２ｏｕｔ…出力軸、３…減速ギア、４ａ、４ｂ…ユニバーサルジョイント、５…ピニオン機構、５…ピニオン機構、５ａ…ピニオン、５ｂ…ラック、６ａ、６ｂ…タイロッド、７ａ、７ｂ…ハブユニット、８Ｌ、８Ｒ…操向車輪、９…車速センサ、１０…トルクセンサ、１２、１３…ステータ、１２ａ、１３ａ…円環部、１２ｂ、１３ｂ…歯部、１８…ハブ、１９…ステータユニット、１４ａ、１４ｂ…集磁ヨーク、１５…磁気センサ、１５０、１６０…磁気センサＩＣ、１５１ａ、１６１ａ…第１磁気検出素子、１５１ｂ、１６１ｂ…第２磁気検出素子、１６…トーションバー、１７０…第１端部、１７１…第２端部、２０…操舵補助モータ、３０…コントローラ、３１…バッテリ、３２…イグニッションキー、３５…選択部、１５２ａ、１５２ｂ、１６２ａ、１６２ｂ、…ＡＤ変換器、１５３ａ、１５３ｂ、１６３ａ、１６３ｂ、…較正部、１５４ａ、１５４ｂ、１６４ａ、１６４ｂ、…記憶部、１５７、１６７…動作確認部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】