JP2001159570A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルクセンサのブリッジ回路を構成する抵抗
体の抵抗値の異常な変化を検出し、信頼性の高いトルク
センサを提供する。 【解決手段】 トルクを検出するブリッジ回路は、検出
コイル１３と抵抗Ｒ11及びＲ12が直列接続された第１ア
ームと、検出コイル１４と抵抗Ｒ21及びＲ22が直列接続
された第２アームとから構成される。検出コイル１３の
接合点Ｐ3 の電圧Ｖ3 と検出コイル１４の接合点Ｐ4 の
電圧Ｖ4 の差分電圧信号Ｖdef-1 （＝Ｖ3−Ｖ4 ）と、
抵抗Ｒ11とＲ12の接合点Ｐ1 の電圧Ｖ1 と抵抗Ｒ21とＲ
22の接合点Ｐ2 の電圧Ｖ2 の差分電圧信号Ｖdef-2 （＝
Ｖ1 −Ｖ2 ）とを比較し、両差分電圧信号の差が零であ
れば、ブリッジ回路を構成する回路要素が正常、差が零
でなければ故障と判定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回転軸に発生す
るトルクを検出するトルクセンサに関し、特に、発生す
るトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化
する一対の検出コイルと一対の抵抗体からなるブリッジ
回路を備えたトルクセンサにおいて、検出コイルに直列
に接続された抵抗体に障害が発生して抵抗値が変化した
ような場合に、トルクの誤検出を防止できるトルクセン
サの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】非接触型のトルクセンサとしては、トル
クに比例したトーションバーの捩れを検出コイルのイン
ダクタンスの変化に変換し、このインダクタンスの変化
を一対の検出コイルと抵抗体で構成するブリッジ回路で
検出するものがある。

【０００３】即ち、一対の検出コイルと抵抗体で構成す
る第１及び第２のアームを備えたブリッジ回路に交流電
圧を供給し、そのときの第１のアームの検出コイルと抵
抗体の接続部に表れる出力電圧と、第２のアームの検出
コイルと抵抗体の接続部に表れる出力電圧との差分の電
圧を差動増幅器で検出し、トルク信号を得るように構成
されている。

【０００４】図６は、上記したトルクセンサのトルク検
出回路の一例を示すブロック図である。トルク検出回路
１００はコネクタ１０９を介して図示しない制御装置に
接続され、制御装置からは各回路要素に電源電圧Ｖ及び
基準電圧Ｖref がノイズフイルタ１０８を経て供給さ
れ、検出されたメイントルク信号及びサブトルク信号が
図示されていない制御装置に出力される。

【０００５】トルクを検出するブリッジ回路は、検出コ
イル１１１と抵抗Ｒ101 とが直列に接続された第１のア
ームと、検出コイル１１２と抵抗Ｒ102 とが直列に接続
された第２のアームとから構成される。

【０００６】発振部１２１は電源電圧Ｖ及び基準電圧Ｖ
ref の供給を受けて所定周波数の交流電圧を出力する。
出力された交流電圧は電流増幅部１２２で増幅され、増
幅された交流電圧Ｖosc が、検出コイル１１１と抵抗Ｒ
101 とで構成されたブリッジ回路の第１のアーム、及び
検出コイル１１２と抵抗Ｒ102 とで構成されたブリッジ
回路の第２のアームに供給される。なお、トルクが作用
しない状態では検出コイル１１１及び１１２の両端に表
れる電圧が等しくなるように予め抵抗Ｒ101 及びＲ102
の値を調整しておくものとする。

【０００７】検出コイル１１１及び検出コイル１１２の
両端に表れる電圧信号は、メイン増幅・全波整流部１２
３において両検出コイルの差分の信号に変換されて増幅
されると共に整流され、更にメイン平滑・中立調整部１
２６で出力波形が調整された後、ノイズフイルタ１０８
を経てメイントルク信号として出力される。

【０００８】さらに、検出コイル１１１及び検出コイル
１１２の両端に表れる電圧信号は、サブ増幅・全波整流
部１２４において両検出コイルの差分の信号に変換され
て増幅されると共に整流され、更にサブ平滑・中立調整
部１２７で出力波形が調整された後、ノイズフイルタ１
０８を経てサブトルク信号として出力される。

【０００９】なお、検出トルクに基いて装置を制御する
制御装置、例えば電動パワーステアリング装置の制御装
置に入力される検出トルク信号は、メイン増幅・全波整
流部から出力される両検出コイルの差分の信号であるメ
イントルク信号である。

【００１０】トルク検出回路１００をメイン増幅・全波
整流部１２３とメイン平滑・中立調整部１２６、及びサ
ブ増幅・全波整流部１２４とサブ平滑・中立調整部１２
７との２組設け、２組の検出トルク信号（メイントルク
信号及びサブトルク信号）を出力するように構成されて
いるのは、図示しない制御回路においてこれ等の２組の
信号電圧が正常な使用範囲にあるか否かに基いて、回路
要素の故障等を検出するためである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記したトルク検出回
路では、ブリッジ回路を構成する抵抗Ｒ101 又はＲ102
の抵抗値は本来変化しないものとして扱われてきたが、
実際にはプリント配線基板と抵抗体との間に接触不良が
発生したり、抵抗体自体の破損や経年変化などの原因に
より、抵抗値が変化することがある。

【００１２】このような抵抗体の抵抗値の変化は、あた
かも検出コイルのインピーダンスが変化したように検出
回路で検出される。

【００１３】前記したトルク検出回路で説明すれば、ブ
リッジ回路を構成する抵抗Ｒ101 又は抵抗Ｒ102 の抵抗
値が変化すると、検出コイル１１１又は検出コイル１１
２のインピーダンスが変化していない状態（トルクが発
生していない状態）においても、抵抗値の変化によりブ
リッジ回路の第１アームに流れる電流の大きさと、第２
アームに流れる電流の大きさとの間に差が生じるから、
検出コイル１１１の両端の電圧と検出コイル１１２の両
端の電圧との間に電圧差が生じる。

【００１４】このため、トルクが発生しておらず、検出
コイル１１１又は検出コイル１１２のインピーダンスは
変化していないにも拘らず、あたかもトルクが発生した
ように、検出コイル１１１又は１１２のインピーダンス
の変化として検出され、メイン増幅・全波整流部及びサ
ブ増幅・全波整流部から両検出コイルの差分の信号が検
出トルク信号として出力されてしまうことになる。

【００１５】一方、前記した構成のトルク検出回路で
は、ブリッジ回路の検出コイル１１１及び検出コイル１
１２の両端に表れる電圧信号が、それぞれ検出回路であ
るメイン増幅・全波整流部１２３及びサブ増幅・全波整
流部１２４に入力されるから、ブリッジ回路を構成する
抵抗Ｒ101 又はＲ102 に障害が発生して抵抗値に変化が
生じた場合でも、メイン増幅・全波整流部１２３の出力
電圧とサブ増幅・全波整流部１２４の出力電圧には差が
なく、抵抗値の変化に対応する電圧信号は出力されない
から、上記構成のトルク検出回路では抵抗体自体の抵抗
値が変化するなどの破損が生じても、その故障を検出す
ることはできず、誤つたトルク信号が出力されてしま
う。

【００１６】この発明は、トルク検出回路を構成するブ
リッジ回路の回路要素に障害が発生した場合に、この障
害の発生を検知することができる信頼性の高いトルクセ
ンサを提供することを目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するもので、請求項１の発明は、回転軸に生じたトル
クに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する一
対の検出コイルと、各検出コイルに直列に接続された一
対の抵抗体とから構成されるブリッジ回路に交流電圧を
印加し、前記一対の検出コイルの端子部に表れる交流電
圧の差分の電圧に基いてトルクを検出するトルクセンサ
において、前記一対の抵抗体はそれぞれ直列に接続され
た２つの抵抗要素から構成されることを特徴とする。

【００１８】具体的には、前記トルクセンサは、前記一
対の検出コイルの端子部に表れる交流電圧を入力し、そ
の差分の電圧を出力する第１の増幅器と、前記一対の直
列に接続された２つの抵抗要素の中間点に表れる交流電
圧を入力し、その差分の電圧を出力する第２の増幅器と
から構成される。

【００１９】そして、前記トルクセンサによれば、前記
一対の直列に接続された２つの抵抗要素の中間点に表れ
る交流電圧の差分の電圧を、前記一対の検出コイルの端
子部に表れる交流電圧の差分の電圧と比較することによ
り前記ブリッジ回路の回路要素の異常を検出することが
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。以下に説明する実施の形態は、
この発明の実施の形態のトルクセンサを車両用の電動パ
ワーステアリング装置に適用した例である。

【００２１】図１は、トルク検出部を含む電動パワース
テアリング装置の主要部の構成を示す断面図、図２はそ
のトルク検出部の構成を示す斜視図である。

【００２２】図１及び図２において、５ａ及び５ｂはハ
ウジングであり、入力軸側５ａと出力軸側５ｂとの２分
割構造となつている。ハウジング５ａ及び５ｂの内部に
は、入力軸１、その内部に配置されたトーシヨンバー
３、及びトーシヨンバー３を介して入力軸１に連結され
た出力軸２が、軸受６ａ、６ｂ及び６ｃによつて回転自
在に支持されている。

【００２３】入力軸１、トーシヨンバー３、及び出力軸
２は同軸に配置されており、入力軸１とトーシヨンバー
３とはスプライン結合し、また、トーシヨンバー３と出
力軸２もスプライン結合している。図１において、入力
軸１の左端側には、図示されていないステアリングホイ
ールが一体的に取り付けられている。また、出力軸２に
はピニオン軸２ａが一体的に形成されており、ピニオン
軸２ａはラック４と噛合して公知のラックアンドピニオ
ン式ステアリング機構を構成している。

【００２４】また、出力軸２には、これと同軸で且つ一
体に回転するウオームホイール７が固着されており、図
示されていない電動モータで駆動されるウオーム８と噛
合している。ウオームホイール７は金属製のハブ７ａに
合成樹脂製の歯部７ｂが一体的に固定されている。電動
モータの回転力は、ウオーム８及びウオームホイール７
を介して出力軸２に伝達され、電動モータの回転方向を
適宜切り換えることにより、出力軸２に任意の方向の操
舵補助トルクが付与される。

【００２５】次に、図１及び図２を参照してトルクセン
サのトルク検出部の構成を説明する。トルク検出部は入
力軸１の、図１で右端側に形成されたセンサシャフト部
１１と、ハウジング５ａの内側に配置された検出コイル
１３と１４、及び両者の間に配置された円筒部材１２か
ら構成される。

【００２６】図２はトルク検出部の構成を示す斜視図で
ある。入力軸１の、図１で右端に近い外側には磁性材料
で構成されたセンサシャフト部１１が形成されており、
センサシャフト部１１の表面には、軸方向に延びた複数
（図示の例では９個）の凸条１１ａが円周方向に沿つて
等間隔に形成されており、凸条１１ａの間には凸条１１
ａの幅ｔ1 よりも幅広の溝部１１ｂが形成されている。

【００２７】また、センサシャフト部１１の外側には、
センサシャフト部１１に接近して導電性で且つ非磁性の
材料、例えばアルミニウムで構成された円筒部材１２が
センサシャフト部１１と同軸に配置されており、円筒部
材１２の延長部１２ｅは出力軸２の端部２ｅの外側に固
定されている。

【００２８】円筒部材１２には、前記したセンサシャフ
ト部１１の表面の凸条１１ａに対向する位置に、円周方
向に等間隔に配置された複数個（図２では９個）の長方
形の窓１２ａからなる第１の窓列と、前記第１の窓列か
ら軸方向にずれた位置に、前記窓１２ａと同一形状で、
円周方向の位相が異なる複数個（図２では９個）の長方
形の窓１２ｂからなる第２の窓列とが設けられている。

【００２９】円筒部材１２の外周は、同一規格の検出コ
イル１３及び１４が捲回されたヨーク１５で包囲されて
いる。即ち、検出コイル１３及び１４は円筒部材１２と
同軸に配置され、検出コイル１３は窓１２ａからなる第
１の窓列部分を包囲し、検出コイル１４は窓１２ｂから
なる第２の窓列部分を包囲する。ヨーク１５はハウジン
グ５ａの内部に固定され、検出コイル１３及び１４のリ
ード線はハウジング５ａの内部に配置された回路基板１
６に接続される。

【００３０】図３の（ａ）及び（ｂ）はセンサシャフト
部の表面の凸条と円筒部材の窓配置を説明する図で、図
３の（ａ）は、基準位置（トーシヨンバー３が捩れてい
ない状態）におけるセンサシャフト部１１の表面の凸条
１１ａと円筒部材１２の第１の窓列の窓１２ａとの位置
関係を示し、図３の（ｂ）は基準位置（トーシヨンバー
３が捩れていない状態）におけるセンサシャフト部１１
の表面の凸条１１ａと円筒部材１２の第２の窓列の窓１
２ｂとの位置関係を示す図である。

【００３１】この実施例では、窓１２ａ及び１２ｂがそ
れぞれ９個設けられているから、第１の窓列の窓１２ａ
及び第２の窓列の１２ｂは、それぞれ円周方向に角度θ
＝３６０／Ｎ度（図２、図３の例では角度θ＝３６０／
９＝４０度）づつずれていることになる。

【００３２】図３の（ａ）及び（ｂ）から明らかなよう
に、トーシヨンバー３が捩れていない状態、即ち操舵ト
ルクが零（０）の状態では、窓１２ａの円周方向の幅の
中央部にセンサシャフト部１１の凸条１１ａの円周方向
の一方の端部が位置し、窓１２ｂの円周方向の幅の中央
部に凸条１１ａの円周方向の他方の端部が位置するよう
に、窓１２ａ及び１２ｂの円周方向の幅と凸条１１ａの
幅、及び窓１２ａ及び１２ｂとの円周方向の相対位置関
係が設定される。即ち、凸条１１ａに対する窓１２ａと
１２ｂとの円周方向の位置関係は互いに逆になつてい
る。

【００３３】操舵系が直進状態にあつて操舵トルクが零
である場合はトーションバー３には捩れが発生せず、入
力軸１と出力軸２とは相対回転しない。従つて入力軸１
の側にあるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａ
と、出力軸２の側にある円筒部材１２との間にも相対回
転が生じない。

【００３４】一方、ステアリングホイールを操作して入
力軸１に回転力が加わると、その回転力はトーションバ
ー３を経て出力軸２に伝達される。このとき、出力軸２
には舵輪と路面との間の摩擦力や出力軸２に結合されて
いるステアリング機構のギヤの噛み合い等の摩擦力が作
用するから、入力軸１と出力軸２との間を結合するトー
ションバーに捩れが発生し、入力軸１の側にあるセンサ
シャフト部１１の表面の凸条１１ａと出力軸２の側にあ
る円筒部材１２との間に相対回転が生ずる。

【００３５】円筒部材１２に窓がない場合は、円筒部材
１２は導電性で且つ非磁性材で構成されているから、検
出コイル１３及び１４に交流電流を流して交番磁界を発
生させると、円筒部材１２の外周面にコイル電流と反対
方向の渦電流が発生する。この渦電流による磁界とコイ
ル電流による磁界とを重畳すると、円筒部材１２の内側
の磁界は相殺される。

【００３６】円筒部材１２に窓が形成されている場合
は、円筒部材１２の外周面に発生した渦電流は、窓１２
ａ及び１２ｂによつて外周面を周回できないため、窓１
２ａ及び１２ｂの端面に沿つて円筒部材１２の内周面側
に回り込み、内周面をコイル電流と同方向に流れ、また
隣の窓１２ａ及び１２ｂの端面に沿つて外周面側に戻
り、ループを形成する。つまり、検出コイル内側に渦電
流のループを、円周方向に周期的に配置した状態が発生
する。

【００３７】コイル電流による磁界と渦電流による磁界
とは重畳され、円筒部材１２の内外には、円周方向に周
期的に強弱変化する磁界と、中心に向かうほど小さくな
る半径方向に勾配を持つた磁界が形成される。円周方向
の周期的な磁界の強弱は、隣り合う渦電流の影響を受け
る窓１２ａ及び１２ｂの中心で強く、そこからずれるに
従い弱くなる。

【００３８】円筒部材１２の内側には、磁性材料からな
るセンサシャフト部１１が同軸に配置されており、その
凸条１１ａは、窓１２ａ及び１２ｂと同じ周期で配置さ
れている。

【００３９】磁界中に置かれた磁性体は磁化して磁束を
生ずるが、磁束の量は飽和するまでは磁界の強さに応じ
て大きくなる。このため、円筒部材１２により円周方向
の周期的な磁界の強弱と中心に向かうほど小さくなる半
径方向に勾配を持つた磁界とにより、センサシャフト部
１１に発生する磁束は、円筒部材１２とセンサシャフト
部１１との相対的な位相により増減する。

【００４０】磁束が最大となる位相は、円筒部材１２の
窓１２ａ及び１２ｂの中心とセンサシャフト部１１の凸
条１１ａの中心とが一致した状態で、磁束の増減に応じ
て検出コイル１３及び１４のインダクタンスも増減し、
略正弦波状に変化する。

【００４１】トルクが作用しない状態では、インダクタ
ンスが最大となる位相（窓１２ａ及び１２ｂと凸条１１
ａの中心とが一致している位相）に対して、センサシャ
フト部１１の凸条１１ａの中心は凸条１１ａの中心角ｃ
の１／２だけずれた位置に設定されているから、トルク
が作用してトーションバー３が捩れ、センサシャフト部
１１と円筒部材１２との間に位相差が生じると、２つの
検出コイル１３及び１４のインダクタンスは、一方が増
加し他方が減少する。

【００４２】図４はトルクの大きさと検出コイル１３及
び１４のインダクタンスの変化を説明する図で、横軸は
トルクＴ、縦軸はインダクタンスＬを示す。右操舵トル
ク発生時は、図３の（ａ）及び（ｂ）において円筒部材
１２が時計方向に回転するから、図４に示すように、ト
ルクが増大するにつれ検出コイル１３のインダクタンス
Ｌ13は増加し、検出コイル１４のインダクタンスＬ14は
減少する。

【００４３】また、左操舵トルク発生時は、図３の
（ａ）及び（ｂ）において円筒部材１２が反時計方向に
回転するから、図４に示すようにトルクが増大するにつ
れ検出コイル１３のインダクタンスＬ13は減少し、検出
コイル１４のインダクタンスＬ14は増加する。

【００４４】図５は、トルク検出回路のブロック図であ
る。トルク検出回路２０はコネクタ２９を介して図示し
ない制御装置に接続され、制御装置からは各回路要素に
電源電圧Ｖ及び基準電圧Ｖref が、ノイズフイルタ２８
を経て供給され、一方、検出されたトルク信号がノイズ
フイルタ２８を経て制御装置に出力される。

【００４５】トルクを検出するブリッジ回路は、検出コ
イル１３と抵抗Ｒ11及び抵抗Ｒ12とが直列に接続された
第１アームと、検出コイル１４と抵抗Ｒ21及び抵抗Ｒ22
とが直列に接続された第２アームとから構成される。

【００４６】発振部２１は電源電圧Ｖ及び基準電圧Ｖre
f の供給を受けて所定周波数の交流電圧を出力する。出
力された交流電圧は電流増幅部２２で増幅され、増幅さ
れた交流電圧Ｖosc が、検出コイル１３と抵抗Ｒ11及び
抵抗Ｒ12とで構成されたブリッジ回路の第１のアーム、
及び検出コイル１４と抵抗Ｒ21及び抵抗Ｒ22とで構成さ
れたブリッジ回路の第２のアームに供給される。

【００４７】なお、トルクが作用していない状態では、
ブリッジ回路の第１アーム及び第２アームに等しい電流
が流れて検出コイル１３の端部Ｐ3 に表れる電圧Ｖ3
と、検出コイル１４の端部Ｐ4 に表れる電圧Ｖ4 とが等
しくなるように、予め検出コイル１３及び１４の特性を
揃え、また、抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12の接合点Ｐ1 に表れる
電圧Ｖ1 と抵抗Ｒ21と抵抗Ｒ22の接合点Ｐ2 に表れる電
圧Ｖ2 とが等しくなるように、抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ21の抵
抗値、及び抵抗Ｒ12と抵抗Ｒ22の抵抗値を揃えておくも
のとする。

【００４８】検出コイル１３の接合点Ｐ3 に表れる電圧
Ｖ3 と、検出コイル１４の接合点Ｐ4 に表れる電圧Ｖ4
は、メイン増幅・全波整流部２３に入力されて、その差
分の電圧信号Ｖdef-1 （＝Ｖ3 −Ｖ4 ）に変換されて増
幅されると共に整流され、更にメイン平滑・中立調整部
２５で出力波形が調整された後、ノイズフイルタ２８を
経てメイントルク信号として制御装置に出力される。

【００４９】一方、抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ12の接合点Ｐ1 の
電圧Ｖ1 と、抵抗Ｒ21と抵抗Ｒ22の接合点Ｐ2 の電圧Ｖ
2 は、サブ増幅・全波整流部２４に入力され、その差分
の電圧信号Ｖdef-2 （＝Ｖ1 −Ｖ2 ）に変換されて増幅
されると共に整流され、更にサブ平滑・中立調整部２７
で出力波形が調整された後、ノイズフイルタ２８を経て
サブトルク信号として制御装置に出力される。

【００５０】図示しない制御回路では、メイン平滑・中
立調整部２５から出力された差分の電圧信号Ｖdef-1
と、サブ平滑・中立調整部２７から出力された差分の電
圧信号Ｖdef-2 との差の信号ＶＤ検出し、この差の信号
ＶＤが零であるか零以外であるかを判定する。

【００５１】そして、零の場合はブリッジ回路を構成す
る回路要素は正常であると判定し、差の信号ＶＤが零以
外の信号の場合は、ブリッジ回路を構成する回路要素が
故障していると判定して、必要な処置、例えば警告表示
をするほか、検出トルク信号を無効にするなどの処置を
とる。

【００５２】以下、トルク検出回路２０の動作と、ブリ
ッジ回路の回路要素の故障判定について説明する。

【００５３】まず、ブリッジ回路を構成する回路要素が
正常で、トルクが発生していない状態を説明する。

【００５４】この場合は、トルクが発生していないので
検出コイル１３と検出コイル１４のインピーダンスは等
しく、また、抵抗Ｒ11と抵抗Ｒ21の抵抗値、及び抵抗Ｒ
12と抵抗Ｒ22の抵抗値は予め等しく設定されているか
ら、ブリッジ回路を構成する第１のアーム（検出コイル
１３側のアーム）に流れる電流Ｉ1 と、第２のアーム
（検出コイル１４側のアーム）に流れる電流Ｉ2 とは等
しくなる。

【００５５】このため、検出コイル１３の接合点Ｐ3 に
表れる電圧Ｖ3 と検出コイル１４の接合点Ｐ4 に表れる
電圧Ｖ4 とは等しなり、メイン平滑・中立調整部２５か
らは差分の電圧信号Ｖdef-1 （＝Ｖ3 −Ｖ4 ）として、
電圧信号Ｖdef-1 ＝０が出力される。

【００５６】また、ブリッジ回路を構成する第１のアー
ムに流れる電流Ｉ1 と第２のアームに流れるＩ2 とが等
しいから、抵抗Ｒ11とＲ12の接合点Ｐ1 に表れる電圧Ｖ
1 と抵抗Ｒ21とＲ22の抵抗接合点Ｐ2 に表れる電圧Ｖ2
とは等しくなり、サブ平滑・中立調整部２７からは差分
の電圧信号Ｖdef-2 （＝Ｖ1 −Ｖ2 ）として、電圧信号
Ｖdef-2 ＝０が出力される。

【００５７】図示しない制御回路では、メイン平滑・中
立調整部２５から出力された差分の電圧信号Ｖdef-1
と、サブ平滑・中立調整部２７から出力された差分の電
圧信号Ｖdef-2 との差の信号ＶＤとして零（０）、即
ち、 ｛ＶＤ＝（Ｖdef-1 ）−（Ｖdef-2 ）＝０｝ が出力されるから、ブリッジ回路を構成する回路要素が
正常で、故障のないことが判定できる。

【００５８】次に、ブリッジ回路を構成する回路要素が
正常で、トルクが発生している状態を説明する。

【００５９】この場合は、トルクが発生しているため検
出コイル１３と検出コイル１４のインピーダンスは一方
が増加し、他方が減少する。ブリッジ回路を構成する第
１のアーム（検出コイル１３側のアーム）に流れる電流
Ｉ1 と、第２のアーム（検出コイル１４側のアーム）に
流れる電流Ｉ2 とは、一方が増加し他方が減少して電流
の大きさが異なる。

【００６０】このため、検出コイル１３の接合点Ｐ3 に
表れる電圧Ｖ3 と検出コイル１４の接合点Ｐ4 に表れる
電圧Ｖ4 も異なり、メイン平滑・中立調整部２５からは
その差分の電圧信号Ｖdef-1 （＝Ｖ3 −Ｖ4 ）として零
以外の値（Ｘ0 ）の電圧信号が出力される。この信号は
検出されたトルクの大きさに比例した検出トルク信号で
ある。

【００６１】また、ブリッジ回路を構成する第１のアー
ムに流れる電流Ｉ1 と第２のアームに流れるＩ2 とは異
なるから、抵抗Ｒ11とＲ12の接合点Ｐ1 に表れる電圧Ｖ
1 と抵抗Ｒ21とＲ22の抵抗接合点Ｐ2 に表れる電圧Ｖ2
とは異なり、サブ平滑・中立調整部２７からは差分の電
圧信号Ｖdef-2 （＝Ｖ1 −Ｖ2 ）として零以外の値（Ｙ
0 ）の電圧信号が出力される。この信号も検出されたト
ルクの大きさに比例した信号である。

【００６２】以上のとおり、前記した検出コイル接合点
Ｐ3 とＰ4 に表れる電圧の差分の電圧信号Ｖdef-1 （＝
Ｖ3 −Ｖ4 ＝Ｘ0 ）、及び抵抗接合点Ｐ1 とＰ2 に表れ
る電圧の差分の電圧信号Ｖdef-2 （＝Ｖ1 −Ｖ2 ＝Ｙ0
）は、共に検出トルクの大きさに比例する信号である
から、予めトルク検出回路２０が正常な状態にあると
き、差分信号Ｖdef-1 （＝Ｖ3 −Ｖ4 ）と差分信号Ｖde
f-2 （＝Ｖ1 −Ｖ2 ）との値が等しくなるように、即
ち、電圧信号Ｖdef-1 とＶdef-2 の差の信号ＶＤが、
｛ＶＤ＝（Ｖdef-1 ）−（Ｖdef-2 ）＝（Ｘ0 −Ｙ0 ）
＝０｝になるように、メイン平滑・中立調整部２５及び
サブ平滑・中立調整部２７の増幅度を設定しておくもの
とする。

【００６３】このように、予めメイン平滑・中立調整部
２５及びサブ平滑・中立調整部２７の増幅度を設定する
ことにより、ブリッジ回路を構成する回路要素が正常の
場合には、トルクが発生していない場合も、又トルクが
発生している場合も、制御回路では電圧信号Ｖdef-1 と
Ｖdef-2 の差の信号ＶＤとして零（０）、即ち、｛ＶＤ
＝（Ｖdef-1 ）−（Ｖdef-2 ）＝０｝が出力されるか
ら、ブリッジ回路を構成する回路要素が正常で、故障の
ないことが判定できる。

【００６４】次に、ブリッジ回路を構成する回路要素に
故障が生じ、且つトルクが発生していない状態を説明す
る。ここでは、検出コイル１３及び１４は正常で、抵抗
Ｒ11、Ｒ12、Ｒ21、Ｒ22のいずれか１つの抵抗値が増加
したものとして説明する。

【００６５】トルクが発生していないので検出コイル１
３と検出コイル１４のインピーダンスは等しいが、抵抗
Ｒ11、Ｒ12、Ｒ21、Ｒ22のいずれか１つの抵抗値が増加
したので、ブリッジ回路を構成する第１のアーム（検出
コイル１３側のアーム）に流れる電流Ｉ1 と、第２のア
ーム（検出コイル１４側のアーム）に流れる電流Ｉ2と
の大きさが異なる。

【００６６】このため、検出コイル１３の接合点Ｐ3 に
表れる電圧Ｖ3 と検出コイル１４の接合点Ｐ4 に表れる
電圧Ｖ4 も異なり、メイン平滑・中立調整部２５からは
その差分の電圧信号Ｖdef-1 （＝Ｖ3 −Ｖ4 ）として零
以外の値（Ｘ1 ）の電圧信号が出力される。即ち、あた
かもトルクが発生しているような電圧信号Ｖdef-1 が出
力される。

【００６７】また、ブリッジ回路を構成する第１のアー
ムに流れる電流Ｉ1 と第２のアームに流れるＩ2 とは異
なるから、抵抗Ｒ11とＲ12の接合点Ｐ1 に表れる電圧Ｖ
1 と抵抗Ｒ21とＲ22の抵抗接合点Ｐ2 に表れる電圧Ｖ2
とは異なり、サブ平滑・中立調整部２７からは差分の電
圧信号Ｖdef-2 （＝Ｖ1 −Ｖ2 ）として零以外の値（Ｙ
1 ）の電圧信号が出力される。ここで、値（Ｘ1 ）と値
（Ｙ1 ）とは異なる値となるのが普通である。

【００６８】何故ならば、先に述べたとおり、ブリッジ
回路を構成する回路要素に故障がない場合に、電圧信号
Ｖdef-1 とＶdef-2 の差の信号ＶＤが零になるようにメ
イン平滑・中立調整部２５及びサブ平滑・中立調整部２
７の増幅度を設定しているからであり、ブリッジ回路を
構成する回路要素に故障が生じた場合には、電圧信号Ｖ
def-1 の値（Ｘ1 ）とＶdef-2 の値（Ｙ1 ）とは異なる
値となる。

【００６９】この結果、図示しない制御回路では、メイ
ン平滑・中立調整部２５から出力された差分の電圧信号
Ｖdef-1 と、サブ平滑・中立調整部２７から出力された
差分の電圧信号Ｖdef-2 との差の信号ＶＤとして零以外
の値、即ち、 ｛ＶＤ＝（Ｖdef-1 ）−（Ｖdef-2 ）＝（Ｘ1 ）−（Ｙ
1 ）≠０｝ が出力されるから、ブリッジ回路を構成する回路要素に
故障要素のあることが判定できる。

【００７０】次に、ブリッジ回路を構成する回路要素に
故障が生じ、且つトルクが発生している場合は、検出コ
イル１３と検出コイル１４のインピーダンスに差が生じ
るから、ブリッジ回路を構成する第１のアーム（検出コ
イル１３側のアーム）に流れる電流Ｉ1 と、第２のアー
ム（検出コイル１４側のアーム）に流れる電流Ｉ2 との
大きさが異なる。

【００７１】このため、検出コイル１３の接合点Ｐ3 に
表れる電圧Ｖ3 と検出コイル１４の接合点Ｐ4 に表れる
電圧Ｖ4 も異なり、メイン平滑・中立調整部２５からは
その差分の電圧信号Ｖdef-1 （＝Ｖ3 −Ｖ4 ）として零
以外の値（Ｘ2 ）の電圧信号が出力される。

【００７２】また、抵抗Ｒ11、Ｒ12、Ｒ21、Ｒ22のいず
れか１つの抵抗値が増加したので、ブリッジ回路を構成
する第１のアーム（検出コイル１３側のアーム）に流れ
る電流Ｉ1 と、第２のアーム（検出コイル１４側のアー
ム）に流れる電流Ｉ2 との大きさが異なるから、抵抗Ｒ
11とＲ12の接合点Ｐ1 に表れる電圧Ｖ1 と抵抗Ｒ21とＲ
22の抵抗接合点Ｐ2 に表れる電圧Ｖ2 とは異なり、サブ
平滑・中立調整部２７からは差分の電圧信号Ｖdef-2
（＝Ｖ1 −Ｖ2 ）として零以外の値（Ｙ2 ）の電圧信号
が出力される。ここで、値（Ｘ2 ）と値（Ｙ2 ）とは異
なる値となるのが普通である。

【００７３】この結果、図示しない制御回路では、メイ
ン平滑・中立調整部２５から出力された差分の電圧信号
Ｖdef-1 と、サブ平滑・中立調整部２７から出力された
差分の電圧信号Ｖdef-2 との差の信号ＶＤとして零以外
の値、即ち、 ｛ＶＤ＝（Ｖdef-1 ）−（Ｖdef-2 ）＝（Ｘ2 ）−（Ｙ
2 ）≠０｝ が出力されるから、ブリッジ回路を構成する回路要素に
故障要素のあることが判定できる。

【００７４】以上、この発明の実施の形態のトルクセン
サを車両用の電動パワーステアリング装置に適用した例
で説明したが、この発明のトルクセンサは、車両用の電
動パワーステアリング装置以外の各種の機械装置におけ
るトルク検出装置にも適用できることは言うまでもな
い。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明は、回転
軸に生じたトルクに応じて互いに逆方向にインピーダン
スが変化する一対の検出コイルと、各検出コイルに直列
に接続された一対の抵抗体とから構成されるブリッジ回
路に交流電圧を印加し、前記一対の検出コイルの端子部
に表れる交流電圧の差分の電圧に基いてトルクを検出す
るトルクセンサにおいて、前記一対の抵抗体をそれぞれ
直列に接続された２つの抵抗要素から構成したもので、
前記一対の直列に接続された２つの抵抗要素の中間点に
表れる交流電圧の差分の電圧を、前記一対の検出コイル
の端子部に表れる交流電圧の差分の電圧と比較して、ブ
リッジ回路を構成する回路要素の故障を検出するもので
ある。

【００７６】トルクセンサのブリッジ回路を構成する回
路要素の故障、例えばプリント配線基板と抵抗体との間
に発生した接触不良、抵抗体自体の破損や経年変化など
の原因により抵抗値が変化した場合は、従来のトルクセ
ンサでは、あたかも検出コイルのインピーダンスの変化
したように検出され、誤つた検出トルク信号が出力され
てしまうが、この発明によれば、このようなブリッジ回
路を構成する回路要素の故障を確実に検出することがで
き、信頼性の高いトルクセンサを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】電動パワーステアリング装置の主要部の構成を
示す断面図。

【図２】電動パワーステアリング装置のトルクセンサの
構成を示す斜視図。

【図３】センサシャフト部の表面の凸条と円筒部材の窓
配置を説明する図。

【図４】トルクの大きさと２つの検出コイルのインダク
タンスの変化を説明する図。

【図５】トルク検出回路の構成を説明するブロック図。

【図６】従来のトルク検出回路の構成を説明するブロッ
ク図。

【符号の説明】

１ 入力軸 ２ 出力軸 ３ トーシヨンバー ４ ラック ５ａ、５ｂ ハウジング ６ａ、６ｂ、６ｃ 軸受 ７ ウオームホイール ８ ウオーム １１ センサシャフト部 １１ａ 凸条 １１ｂ 溝部 １２ 円筒部材 １２ａ 窓（第１の窓列の） １２ｂ 窓（第２の窓列の） １３、１４ 検出コイル １５ ヨーク １６ 回路基板 ２０ トルク検出回路 ２１ 発振部 ２２ 電流増幅部 ２３ メイン増幅・全波整流部 ２４ サブ増幅・全波整流部 ２５ メイン平滑・中立調整部 ２７ サブ平滑・中立調整部 ２８ ノイズフイルタ ２９ コネクタ Ｒ11、Ｒ12、Ｒ21、Ｒ22 抵抗

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に生じたトルクに応じて互いに逆
   方向にインピーダンスが変化する一対の検出コイルと、
   各検出コイルに直列に接続された一対の抵抗体とから構
   成されるブリッジ回路に交流電圧を印加し、前記一対の
   検出コイルの端子部に表れる交流電圧の差分の電圧に基
   いてトルクを検出するトルクセンサにおいて、 前記一対の抵抗体はそれぞれ直列に接続された２つの抵
   抗要素から構成されることを特徴とするトルクセンサ。
2. 【請求項２】 前記トルクセンサは、前記一対の検出コ
   イルの端子部に表れる交流電圧を入力し、その差分の電
   圧を出力する第１の増幅器と、前記一対の直列に接続さ
   れた２つの抵抗要素の中間点に表れる交流電圧を入力
   し、その差分の電圧を出力する第２の増幅器とを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。