JP2007309925A - 磁歪式トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも電源投入のときから所定時間経過までの間は、検出コイルに過大電流が流れることを回避することができる磁歪式トルクセンサを提供する。
【解決手段】磁歪膜３０ａ、３０ｂが被覆されたシャフト２０と、磁歪膜３０ａ、３０ｂの磁気特性変化を検出する検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄとを備え、シャフト２０に加えられたトルクを検出する磁歪式トルクセンサ１００において、前記磁歪式トルクセンサは、さらに、通電遮断手段７０を備え、通電遮断手段７０は、電源投入のときから所定時間経過までの間は、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに励磁電圧を印加させない。言い換えれば、通電遮断手段７０により励磁信号Ｉおよびその反転信号がブリッジ回路１０に入力されることが遮断される。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁歪膜の磁気特性変化を検出する検出コイルを備えた磁歪式トルクセンサに関する。

車両に搭載される電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵によってステアリング軸（シャフト）に加えられるトルクをトルクセンサが検出するように構成されている。そして、電動パワーステアリング装置は、このトルクセンサからのトルク信号に応じた操舵補助力が付与されるように構成されている。このようなトルクセンサとして磁歪式トルクセンサが開示され（特許文献１、特許文献２）、この技術はシャフトの表面に磁気異方性を備えた磁歪膜を被着させている。そして、シャフトに外部からトルクが加えられたときには、捩れに応じた磁歪膜の透磁率変化をシャフトを離間して挿入した検出コイルのインピーダンス特性の変化として検出するようになっている。また、特許文献２には、パルス状の励磁電圧を印加して、検出コイルのインピーダンス特性の変化を検出している技術が開示されている。この技術は、パルス幅を制限した励磁電圧を印加することによって、検出コイルに流れる増加電流の最大値が所定範囲に納まるようになっている。
特開２００４−２３９６５２号公報（図４） 特開２００５−３３１４５３号公報（図１１，図１２）

特許文献２に開示されている技術を電動パワーステアリング装置に用いる場合において、車両のイグニッションスイッチをＯＮするとスイッチング回路の起動が安定せず、直流の励磁電圧が検出コイルに印加されることがある。また、矩形波状の励磁電圧を生成するスイッチング回路が矩形波信号、および、その反転信号により生成される場合には、電源投入時にＣＰＵにより作られる矩形波信号が生成されるまでの所定時間は、ハイレベル信号、および、ローレベル信号がスイッチング回路に入力され、この所定時間は直流の励磁電圧が検出コイルに印加されることになる。
直流の励磁電圧印加により、検出コイルの内部抵抗で定まる飽和電流が流れ、磁歪膜、および、シャフトが磁化され、トルク検出開始時の検出信号が不安定になることがある。これにより、イグニッションスイッチをＯＮする毎に操舵トルクの変化が生じ、操舵フィーリングが悪化する問題点がある。
なお、検出コイルへの直流電圧の印加が継続すると、過大電流が流れることによる検出コイルの断線、あるいは、スイッチング素子の破壊が生じることもある。

そこで、本発明は、少なくとも電源投入のときから所定時間経過までの間は、検出コイルに過大電流が流れることを回避することができる磁歪式トルクセンサを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の磁歪式トルクセンサは、磁歪膜が被覆されたシャフトと、前記磁歪膜の磁気特性変化を検出する検出コイルとを備え、前記シャフトに加えられたトルクを検出する磁歪式トルクセンサにおいて、前記磁歪式トルクセンサは、さらに、通電遮断手段を備え、前記通電遮断手段は、電源投入のときから所定時間経過までの間は、前記検出コイルに励磁電圧を印加させないことを特徴とする。

これによれば、シャフトに加えられたトルクによって磁歪膜の磁気特性が変化する。この磁気特性変化を検出コイルのインダクタンス変化として検出することができる。また、少なくとも電源投入のときから所定時間経過までの間は、通電遮断手段が励磁電圧を検出コイルに印加させないので、電源投入時の不安定性が回避される。

また、前記通電遮断手段には、前記励磁電圧を生成するブリッジ回路の電源を遮断するリレーも含まれる。これによれば、リレーがブリッジ回路の電源を遮断するので、励磁電圧が生成されない。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の磁歪式トルクセンサにおいて、前記励磁電圧は、複数のスイッチング素子により生成され、前記通電遮断手段は、前記複数のスイッチング素子に入力される駆動信号を遮断することを特徴とする。これによれば、励磁電圧を生成する複数のスイッチング素子の駆動が駆動電流遮断手段によって停止される。このため、検出コイルに励磁電圧が印加されない。

また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の磁歪式トルクセンサにおいて、前記トルクセンサは、車両に搭載され、前記電源投入は、前記車両のイグニッションスイッチのＯＮにより行われることを特徴とする。これによれば、イグニッションスイッチＯＮのときから所定時間経過までの間は、検出コイルに励磁電圧が印加されない。

また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の磁歪式トルクセンサにおいて、前記励磁信号の供給を行う制御手段を更に備え、前記制御手段は、前記励磁信号の送信が可能となったときに、前記通電遮断手段に対して通電許可信号を供給することを特徴とする。これによれば、励磁信号が送信可能になったときに通電許可信号が通電遮断手段に供給され、通電遮断手段による励磁信号の遮断が解除される。

また、励磁電圧が、矩形波状の励磁信号、および、この反転信号から生成される矩形波電圧であるとき、電源投入時から励磁信号が発生するまでの所定時間は、少なくとも励磁信号、あるいは、この反転信号の何れか一方が直流電圧となるので、直流電圧が検出コイルに印加される。これにより、検出コイルに飽和電流が流れ、励磁信号の生成時のトルク検出に誤差が発生することがある。しかし、電源投入時から励磁信号が発生するまでの所定時間に、検出コイルに励磁電圧を印加しないことにより、直流電圧が検出コイルに印加されることがない。なお、励磁信号のパルス幅は、検出コイルに流れる増加電流が飽和しない程度に短くする必要がある。

本発明によれば、少なくとも電源投入のときから所定時間経過までの間は、検出コイルに過大電流が流れることを回避することができる磁歪式トルクセンサを提供することができる。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態である磁歪式トルクセンサは、後記するように電動パワーステアリング装置のステアリング軸（シャフト）に加えられるトルクを検出するものである。
図１の構成図に示される磁歪式トルクセンサ１００は、シャフト（ステアリング軸）２０の近接する軸方向２箇所の全周に被着されている磁歪膜３０ａ，３０ｂと、直列接続されている検出コイル４０ａ，４０ｂと、逆向きに直列接続されている検出コイル４０ｃ，４０ｄと、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに矩形波状の励磁電圧を印加するブリッジ回路１０と、検出コイル４０ａ，４０ｂの接続点ＶＳ１および検出コイル４０ｃ，４０ｄの接続点ＶＳ２の差分電圧を出力する差動増幅器５０と、ブリッジ回路１０による励磁電圧の印加を遮断する通電遮断手段７０と、これらの素子、手段を制御しシャフト２０に印加されるトルク強度とその方向を演算するＣＰＵ６０とを備えている。

ブリッジ回路１０は、４個のスイッチング素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを備えており、スイッチング素子１０ａ，１０ｃはｐチャネルＭＯＳＦＥＴであり、スイッチング素子１０ｂ，１０ｄはｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子１０ａおよびスイッチング素子１０ｃのドレインが検出コイル電源に接続され、スイッチング素子１０ｂおよびスイッチング素子１０ｄのソースが接地されている。また、スイッチング素子１０ａのソースとスイッチング素子１０ｂのドレインと端子Ｓ１とが接続され、スイッチング素子１０ｃのソースとスイッチング素子１０ｄのドレインと端子Ｓ２とが接続されている。また、スイッチング素子１０ａのゲートとスイッチング素子１０ｂとゲート端子Ｇ１とが接続され、スイッチング素子１０ｃのゲートとスイッチング素子１０ｄのゲートとゲート端子Ｇ２とが接続されている。

この構成によれば、ブリッジ回路１０は、端子Ｇ１を接地電位にすることにより端子Ｓ１が電源電位になり、ゲート端子Ｇ１を検出コイル電源の電源電位にすることにより端子Ｓ１が接地電位になるインバータ回路を構成している。同様に、ブリッジ回路１０は、ゲート端子Ｇ２を接地電位にすることにより端子Ｓ２が電源電位になり、ゲート端子Ｇ２を電源電位にすることにより端子Ｓ２が接地電位になる。

磁歪膜３０ａ，３０ｂは、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ系やＦｅ−Ｃｒ系の磁気異方性を有する膜であり、シャフト２０の近接した軸方向２箇所に各々逆方向の異方性となるように被着されている。このため、シャフト２０にトルクが一方向に加えられると、磁歪膜３０ａ，３０ｂには、透磁率差が現れ、トルクが逆方向に加えられると透磁率変化が逆方向に現れる。

ここで、磁歪膜３０ａ，３０ｂの被着方法および異方性の付与方法について説明する。まず、シャフト２０に、ロックウェル硬さがＨＲＣ４０〜６５となる熱処理を施した後、シャフト２０の軸方向２箇所の外周面に、上下に離間して磁歪膜３０ａ，３０ｂをメッキや蒸着によって被着する。次に、シャフト２０を捩ることにより、磁歪膜３０ａに対し反時計廻りのトルクＴ（例えば、１０ｋｇｆ・ｍ（９８Ｎ・ｍ）程度）を加え、この状態でコイルを用いて磁歪膜３０ａを高い周波数で振動させることにより、磁歪膜３０ａを約３００℃で数秒加熱して冷却した後に反時計廻りのトルクＴを取り除くと、磁歪膜３０ａには異方性が付与される。次に、逆方向へとシャフト２０を捩ることにより、磁歪膜３０ｂに対し時計廻りのトルクＴ（例えば、１０ｋｇｆ・ｍ（９８Ｎ・ｍ）程度）を加え、この状態でコイルを用いて磁歪膜３０ｂを磁歪膜３０ａと同様に高い周波数で振動させることにより、磁歪膜３０ｂを約３００℃で加熱する。この結果、磁歪膜３０ｂには磁歪膜３０ａとは逆方向の異方性が付与される。

検出コイル４０ａ，４０ｂの直列回路あるいは検出コイル４０ｃ，４０ｄの直列回路は、磁歪膜３０ａ，３０ｂの透磁率差をインダクタンス差として検出するものである。直列回路の両端に励磁電圧を印加すると、磁歪膜３０ａ，３０ｂの透磁率差が接続点ＶＳ１，ＶＳ２の電位変動となって検出される。すなわち、トルク発生前の中間電位と接続点ＶＳ１，ＶＳ２の電位の差分がトルクに対応する。このとき、検出コイル４０ｃ，４０ｄは逆方向に接続されているので、接続点ＶＳ１の電位と接続点ＶＳ２の電位とは逆方向に変動する。これにより、何れか一方の電位を検出する場合よりも２倍の感度が得られる。また、検出コイルを直列接続し、２つの電位信号の差動出力を得ることにより温度変化による変動が打ち消される。

差動増幅器５０は、オペアンプにより構成され、接続点ＶＳ１と接続点ＶＳ２との電位差を増幅するものである。ＣＰＵ６０は、制御手段として機能し、Ａ／Ｄ変換器６０ａが内蔵されており、差動増幅器５０のアナログ出力電圧をデジタル信号に変換して処理する。さらに、ＣＰＵ６０は、シャフト２０に加えられたトルクの強度と方向を算出して、トルク信号Ｔを出力する。また、ＣＰＵ６０は、矩形波信号である励磁信号Ｉを生成し、この励磁信号Ｉは後記する通電遮断手段７０を介してブリッジ回路１０のゲート端子Ｇ２に入力され、インバータ５５および通電遮断手段７０を介してゲート端子Ｇ１に入力される。また、この励磁信号ＩはＣＰＵ電源投入のときから所定時間（信号起動時間）、矩形波電圧の発生が禁止され、ローレベルが出力される。そのため、励磁信号Ｉの反転信号は、この所定時間ハイレベルとなる。なお、ＣＰＵ６０は、ＣＰＵ電源の立ち上がり後、所定時間経過することにより、励磁信号Ｉの送信が可能になったことを通知する通電許可信号を生成する。なお、この通電許可信号を伝送する伝送線は、抵抗器Ｒでプルダウンされている。また、差動増幅器５０はＯＰ Ａｍｐ電源により駆動され、ＣＰＵ６０はＣＰＵ電源により駆動され、双方の電源共に５Ｖである。

本実施形態の特徴構成である通電遮断手段７０は、ブリッジ回路１０のゲート端子Ｇ１，Ｇ２への励磁信号Ｉおよびその反転信号の伝達を所定時間遮断し、通電許可信号を用いてこの遮断を許可する。具体的には、ゲート端子Ｇ１およびゲート端子Ｇ２を接地電位あるいは電源電位に設定することにより、端子Ｓ１および端子Ｓ２が同電位となり、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに電流が流れない。この通電遮断手段７０により、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄへの励磁電圧の印加がＣＰＵ電源の立ち上がり後に所定時間遮断される。すなわち、励磁信号Ｉとその反転信号との双方の信号がブリッジ回路１０に入力されることが遮断される。

次に、磁歪式トルクセンサ１００の動作を説明する。電動パワーステアリング装置に備えられる磁歪式トルクセンサ１００は、車両のイグニッションスイッチがＯＮになることにより各部が起動する。
図２（ａ）はイグニッションスイッチ（ＩＧ−ＳＷ）の出力電圧の時間変化を示し、図２（ｂ）は検出コイル電源の時間変化を示し、図２（ｃ）はゲートＩＣ電源の時間変化であり、図２（ｄ）はＣＰＵ電源の時間変化を示す図である。イグニッションスイッチのＯＮにより各部の電源電圧［Ｖ］が立ち上がっている。
図２（ｅ）は、励磁信号Ｉの波形であり、イグニッションスイッチＯＮから所定の信号起動時間が経過してからパルス幅ｔ１、デューティ１／２の矩形波電圧が発生する。この矩形波電圧が、通電遮断手段７０を介してブリッジ回路１０のゲート端子Ｇ２に印加され、この反転波形の電圧がゲート端子Ｇ１に印加される。図２（ｆ）の実線は通電許可信号の波形であり、ＣＰＵ６０によって励磁信号Ｉの送信が可能になったときにローレベル状態からハイレベル状態に遷移している。この通電許可信号により、通電遮断手段７０は励磁信号Ｉおよびその反転信号のゲート端子Ｇ１，Ｇ２への入力を許可する。

図２（ｇ）は検出コイル電圧の波形である。励磁信号Ｉのハイレベル信号がブリッジ回路１０のゲート端子Ｇ２に印加され、この反転信号であるローレベル信号がゲート端子Ｇ１に印加されると、端子Ｓ２が接地電位になり、端子Ｓ１が電源電位となる。一方、励磁信号Ｉのローレベル信号がゲート端子Ｇ２に印加され、この反転信号であるハイレベル信号がゲート端子Ｇ１に印加されると、端子Ｓ１が接地電位になり、端子Ｓ２が電源電位になる。これにより、検出コイル４０ａ，４０ｂの直列回路、および、検出コイル４０ｃ，４０ｄの直列回路には、正および負の電圧に交互に反転する矩形波交流電圧が印加される。

図２（ｈ）は、検出コイル電流の波形である、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに正の電圧が印加されると、インダクタンスの逆数を比例係数として時間的に単調増加する電流が流れる。また、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに負の電圧が印加されると時間的に単調減少する電流が流れる。このとき、増加電流あるいは減少電流は、パルス幅ｔ１により制限され、飽和電流は流れない。なお、インダクタンスを規定する透磁率は非線形特性を有するので、電流は直線的には変化しない。

また、図２（ｆ）の破線のように、励磁信号Ｉのタイミングと通電許可信号のタイミングをずらした場合には、図２（ｇ）の破線のように時間幅ｔ２の負のパルス電圧が印加され、この時間ｔ２だけ負の減少電流が流れる。そして、パルス幅ｔ１の正のパルス電圧が印加されると、負の電流値から時間的に電流が増加し、負のパルス電圧が印加される時点で、電流の増加が停止し、電流が再び減少する。すなわち、時間幅ｔ２を可変することにより平均電流が低下し、さらには、時間幅ｔ２をパルス幅ｔ１に略等しくすることによって、図２（ｉ）の検出コイル電流に示すように検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに交流電流を流すことができる。言い換えれば、励磁信号Ｉの立ち上がりあるいは立ち下がりタイミングでの検出コイル電流の値を適切に設定することにより交流電流を流すことができる。

図３（ａ）は、シャフト２０に、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが巻回された様子を示した図である。シャフト２０に被着された磁歪膜３０ｂの表面に検出コイル４０ａ，４０ｃが軸方向２箇所に遊挿され、磁歪膜３０ａの表面に検出コイル４０ｂ，４０ｄが軸方向２箇所に遊挿されている。なお、巻線の巻回方向は、同一方向であり磁界Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４を打ち消していない。また、検出コイル４０ａ，４０ｄと検出コイル４０ｂ，４０ｃとの間には矩形波電圧が印加され、検出コイル４０ａと検出コイル４０ｂとの接続点ＶＳ１が引き出され、検出コイル４０ｃと検出コイル４０ｄとの接続点ＶＳ２が引き出されている。

図３（ｂ）は、矩形波交流電圧を検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに印加し、交流電流が流れた場合の磁界Ｈ［Ａ／ｍ］と磁束密度（磁化力）Ｂ＝４πＩ［Ｔ］との関係を示した図である。励磁信号のパルス幅ｔ１を適切に選定することにより、磁束を飽和させないようにすることができる。また、正負対称の交流電流を流すことにより、正または負のパルス電流の場合のみよりも磁束密度の絶対値が約半分となる。また、電流と磁束密度（磁化力）との関係が線形性を保つことができる。

以上説明したように本実施形態によれば、通電遮断手段７０によって、励磁信号Ｉとその反転信号との何れか一方あるいは双方がブリッジ回路１０のゲート端子Ｇ１，Ｇ２に入力されることが回避される。これにより、信号起動時間に生成される直流信号によって検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに直流電圧が印加されることが回避され、内部抵抗に依存する飽和電流が検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに流れることはない。このため、信号起動時間に磁歪膜３０ａ，３０ｂは飽和することはない。また、信号起動時間の終了時刻と通電遮断手段７０の遮断終了時刻との差である時間差ｔ２を変えることにより、平均電流を変えることができるので、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに流れる電流を交流にすることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態は、信号起動時間に発生する直流電圧がゲート端子Ｇ１に入力されることを回避するために、通電遮断手段７０を用いて励磁信号Ｉおよびその反転信号を遮断したが、信号起動時間に対応する時間を微分回路を用いて生成し、ゲートＩＣを用いて信号を遮断することができる。

図４は、磁歪式トルクセンサ１１０の構成図である。図４において、ブリッジ回路１０、シャフト２０、磁歪膜３０ａ，３０ｂ、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ、差動増幅器５０、ＣＰＵ６０については第１実施形態と同様であるので説明を省略し、相違点のみ説明する。
ＣＰＵ６０が生成する励磁信号Ｉは、右側ＦＥＴ駆動信号として、ゲート端子Ｇ２に直接入力される。また、コンデンサＣと抵抗器Ｒとで構成される微分回路８０がゲートＩＣ電源の立ち上がり電圧の微分波形を生成する。この微分波形と励磁信号ＩとのＮＯＲ演算がゲートＩＣ８５を用いて行われる。この演算結果であるＮＯＲ信号が、左側ＦＥＴ駆動信号として、ゲート端子Ｇ１に入力される。

図５は、各部の信号波形であり、図５（ａ）〜（ｅ）については、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。図５（ｆ）は、微分回路８０の出力波形であり、この波形は、ゲートＩＣ電源（図６（ｃ））の立ち上がりと同時に電源電圧に略等しい電圧が瞬時に発生し、コンデンサＣと抵抗器Ｒとの時定数で減少している。図５（ｇ）は、右側ＦＥＴ駆動信号の波形であり、励磁信号Ｉの波形（図５（ｅ））そのものである。図６（ｈ）は左側ＦＥＴ駆動信号の波形であり、励磁信号Ｉの反転信号が出力されるが、微分回路８０の出力電圧が一定電圧以上ある場合には出力されない。なお、微分回路８０の時定数は、信号起動時間に合わせて適宜選定される。図６（ｉ）は、検出コイル電圧波形であり、図６（ｊ）は検出コイル電流波形であり、これらも基本的には第１実施形態と同様の波形である。但し、微分回路出力とゲートＩＣ８５のしきい値電圧との関係により、左側ＦＥＴ駆動信号の立ち上がり時刻が変化し得る。

（第３実施形態）
前記各実施形態は、ブリッジ回路１０のゲート端子Ｇ１，Ｇ２に入力される矩形波信号を制御したが、ブリッジ回路１０に印加される電源電圧を制御しても検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに直流電圧が印加されることを回避することができる。
図６は、磁歪式トルクセンサ１２０の構成図である。図６において、ブリッジ回路１０、シャフト２０、磁歪膜３０ａ，３０ｂ、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ、差動増幅器５０、インバータ５５、ＣＰＵ６０については第１実施形態と同様であるので説明を省略し、相違点のみ説明する。

通電遮断手段であるリレー９５は、リレーコイル９５ａおよび接点９５ｂを内蔵しており、リレーコイル９５ａに通電することにより、検出コイル電源をブリッジ回路１０のスイッチング素子１０ａ，１０ｃに供給する。タイマ手段９０は、検出コイル電源が立ち上がってから設定時間後にリレーコイル９５ａに通電する。この設定時間は、前記した信号起動時間である。

図７の信号波形を参照して、本実施形態の動作を説明する。
図７（ａ）〜（ｅ）の各波形は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。図７（ｆ）は、リレー駆動信号であり、タイマ手段９０が生成する。この信号は、イグニッションスイッチ（ＩＧ−ＳＷ）（図７（ａ））がＯＮしてから励磁信号Ｉ（図７（ｅ））の信号起動時間だけ遅延している。図７（ｇ）の右側ＦＥＴ駆動信号は、励磁信号Ｉと同一波形であり、図７（ｈ）の左側ＦＥＴ駆動信号は励磁信号Ｉの反転波形である。図７（ｉ）は検出コイル電圧波形であり、信号起動時間経過後に第１実施形態と同様の矩形波交流電圧が印加される。図７（ｊ）は、検出コイル電流であり第１実施形態と同様の電流が流れる。すなわち、本実施形態によれば、信号起動時間に発生する左側ＦＥＴ駆動信号の直流電圧によって、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに直流電圧が印加されることはない。

（使用例）
次に、前記実施形態の磁歪式トルクセンサ１００，１１０，１２０が使用される電動パワーステアリング装置について、図８を参照して説明する。
電動パワーステアリング装置２００は、操向ハンドル２１０を回転させると操向ハンドル２１０に直結するステアリング軸であるシャフト２０は、ラックピニオン機構２７０を構成するピニオン２６０を回転し、これによってラック軸２５０を移動させて転舵輪２２０の方向を変える。このとき、検出コイル４０を用い磁歪式トルクセンサ１００，１１０，１２０が検出したトルク信号Ｔに応じて、制御装置２３０が電動機２４０を駆動制御する。電動機２４０は、動力伝達機構２８０を介してピニオン２６０を回転させ、操向ハンドル２１０の操舵トルクを軽減するように動作する。なお、運転者の操舵トルクをＴＨとし、ピニオン２６０に伝達されるトルクをＴＰとし、電動機２４０による補助トルクの大きさに関連した定数をＫＡとすると、ＴＨ＝ＴＰ／（１＋ＫＡ）の関係が成立する。また、電動パワーステアリング装置２００には、操向ハンドル２１０と転舵輪２２０とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ（Steer＿By＿Wire）が含まれる。

本使用例によれば、イグニッションスイッチがＯＮするときの信号起動時間は、ブリッジ回路１０が駆動しないので、トルク検出開始時の検出信号が不安定になることがなく、磁歪膜、および、シャフトが不要に磁化されることが無い。これにより、操舵トルクの変化が生じることがなく、操舵フィーリングが悪化することもない。

（比較例）
次に、通電遮断手段を設けない場合の構成・動作を比較例として説明する。図９において、ブリッジ回路１０、シャフト２０、磁歪膜３０ａ，３０ｂ、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ、差動増幅器５０、インバータ５５、ＣＰＵ６０については前記各実施形態と同様であるので説明を省略する。すなわち、本比較例は、励磁信号Iおよびこの反転信号が直接ブリッジ回路１０のゲート端子Ｇ１，Ｇ２に入力され、検出コイル電源がスイッチング素子１０ａ、１０ｃのドレインに直接印加されている。

次に、本比較例の動作について図１０を参照して説明する。
図１０（ａ）〜（ｄ）の各波形は、前記各実施形態と同様であるので説明を省略する。図１０（ｅ）の励磁信号Ｉは、信号起動時間経過後にＣＰＵ６０によって生成されるデューティ１／２の矩形波信号波形である。この励磁信号とこの反転信号がブリッジ回路１０のゲート端子Ｇ１，Ｇ２に入力され、図１０（ｆ）に示される検出コイル電圧の波形が生成される。この波形は、信号起動時間以外の部分は、前記各実施形態と同様に矩形波交流電圧であるが、信号起動時間は、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに直流電圧が印加される。このため、図１０（ｇ）に示される検出コイル電流波形は、検出コイル電源の立ち上がりと共に、徐々に増加し、検出コイルの内部抵抗で規定される飽和電流が流れる。そして、検出コイル電圧の極性が負に反転すると、電流の減少が始まる。このとき電流の減少幅は、励磁信号のパルス幅ｔ１で規定され、再び、検出コイル電圧の極性が正に反転すると検出コイルの電流が増加する。このため、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに流れる平均電流はΔＩのオフセットが生じ、磁歪膜３０ａ，３０ｂが磁化される。なお、図１０（ｈ）は右側ＦＥＴ駆動信号の波形であり、図１０（ｉ）は左側ＦＥＴ駆動信号の波形である。

次に、図１１を参照して本比較例の磁歪膜３０ａ，３０ｂが磁化されることを説明する。図１１（ａ）は、信号起動時間に直流電圧Ｖが印加され、直流電流Ｉが流れた状態を図示しており、一方向に磁化されている点が図３（ａ）と相違する。図１１（ｂ）は、飽和した直流電流が流れ、磁化力４πＩが飽和した状態を示している。図１１（ｃ）は、残留磁束密度［Ｔ］とトルクセンサ中点電圧との関係を示した図であり、残留磁束密度の増加と共に中点電圧（接続点ＶＳ１，ＶＳ２の電圧）が変動する。なお、ブリッジ回路１０によって、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄには矩形波交流電圧が印加されるが、接続点Ｓ１，Ｓ２の電位が電源電位あるいは接地電位の何れかになるので、接続点ＶＳ１，ＶＳ２の電圧は、電源電圧（５Ｖ）の中点電位（２．５Ｖ）が基準である。

（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記各実施形態は、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに矩形波交流電圧の励磁電圧を印加したが、正または負のパルス電圧を印加した場合でも、電源投入後所定時間経過するまでは、励磁電圧の印加を行わないことにより、電源投入後のスイッチング回路の起動が安定するまで信号起動時間の間、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに直流電圧が印加されない。
（２）前記各実施形態では、検出コイル４０ｃ，４０ｄを検出コイル４０ａ、４０ｂの逆方向に接続して接続点ＶＳ１と接続点ＶＳ２との差動出力を得たが、同方向に接続するとトルク印加により同方向に電位変動し、差動出力はゼロ点近傍になる。言い換えれば、異常が発生するとゼロ点でなくなるので、これを検出して異常検出手段とすることができる。

本発明の一実施形態である磁歪式トルクセンサの構成図である。 本発明の一実施形態である磁歪式トルクセンサの各部の時間変化を示す図である。 シャフトに検出コイルが巻回され、矩形波交流電圧が印加された様子を示す図および磁界と磁化力の関係を示した図である。 本発明の他の実施形態である磁歪式トルクセンサの構成図である。 本発明の他の実施形態である磁歪式トルクセンサの各部の時間変化を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態である磁歪式トルクセンサの構成図である。 本発明のさらに他の実施形態である磁歪式トルクセンサの各部の時間変化を示す図である。 電動パワーステアリング装置の構成図である。 本発明の比較例である磁歪式トルクセンサの構成図である。 本発明の比較例である磁歪式トルクセンサの各部の時間変化を示す図である。 シャフトに検出コイルが巻回され、直流電圧が印加された様子を示す図、磁界と磁化力の関係を示した図、および、残留磁束密度とトルクセンサ中点電圧との関係を示す図である。

符号の説明

１０ ブリッジ回路
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ スイッチング素子
２０ シャフト（ステアリング軸）
３０ａ，３０ｂ 磁歪膜
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ 検出コイル
５０ 差動増幅器
５５ インバータ
６０ ＣＰＵ（制御手段）
６０ａ Ａ／Ｄ変換器
７０ 通電遮断手段
８０ 微分回路
８５ ゲートＩＣ
９０ タイマ手段
９５ リレー（通電遮断手段）
９５ａ リレーコイル
９５ｂ 接点
１００，１１０，１２０ 磁歪式トルクセンサ
２００ 電動パワーステアリング装置
２１０ 操向ハンドル
２２０ 転舵輪
２３０ 制御装置
２４０ 電動機
２５０ ラック軸
２６０ ピニオン
２７０ ラックピニオン機構
２８０ 動力伝達機構

Claims (4)

1. 磁歪膜が被覆されたシャフトと、前記磁歪膜の磁気特性変化を検出する検出コイルとを備え、前記シャフトに加えられたトルクを検出する磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記磁歪式トルクセンサは、さらに、通電遮断手段を備え、
   前記通電遮断手段は、電源投入のときから所定時間経過までの間は、前記検出コイルに励磁電圧を印加させないことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
2. 前記励磁電圧は、複数のスイッチング素子により生成され、
   前記通電遮断手段は、前記複数のスイッチング素子に入力される励磁信号を遮断することを特徴とする請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ。
3. 前記トルクセンサは、車両に搭載され、
   前記電源投入は、前記車両のイグニッションスイッチのＯＮにより行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁歪式トルクセンサ。
4. 前記励磁信号の供給を行う制御手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記励磁信号の送信が可能となったときに、前記通電遮断手段に対して通電許可信号を供給することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の磁歪式トルクセンサ。

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