JP3309604B2 - トルクセンサ - Google Patents
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Description
し、特に、トルク検出用のコイルを有して車両のパワー
ステアリング装置等に好適なトルクセンサについて、コ
イルの接続不良等の異常を検出可能としたものである。
88757号公報に開示されたものがある。従来のこの
トルクセンサは、トルク検出用コイルと温度補償用のコ
イルとに発振電圧を与え、これらのコイルからの検出電
圧を差動増幅してトルクを検出するトルクセンサにおい
て、抵抗分圧によって発生した基準電圧を順方向にダイ
オードを介して差動入力の一方に印加するものである。
このようなトルクセンサでは、発振回路が故障してコイ
ルに与える発振電圧が消滅し、これに伴って検出電圧が
基準電圧以下になると、差動入力の一方が基準電圧に保
たれるので差動入力のバランスが崩れる。そして、差動
増幅後の出力が強制的に所定範囲外に変化する。これに
より、発振回路の故障を差動増幅後の出力によって検出
することが可能となる。単にコイルからの検出電圧を差
動増幅して出力するだけでは、発振電圧が消滅した場合
に、差動入力の双方が共に低下するため、差動増幅後の
出力によっては発振電圧の異常が判定できないのであ
る。
ルクセンサによれば、発振回路の故障による発振電圧の
消滅は、差動増幅回路の出力によって検出することがで
きるようになった。しかしながら、トルクセンサの異常
には種々のものがあり、発振回路の故障以外にも、やは
り差動入力の双方が共に揃って変化するため単なる差動
増幅後の出力によっては異常が検出できないものがあ
る。例えば、コイルと発振回路等の間に設けられたコネ
クタが外れたとき、コイルを保持したコイルヨークの回
転等に起因してコイルのリード線が切れたとき、コイル
の装填等の組み立て時にコイルのリード線が切れたとき
等の異常状態がある。このような場合、双方のコイル
が、未接続の状態となり、電気的には無限大のインダク
タンスが接続されたのと等価になる。そして、この状態
で発振電圧が供給されると発振電圧がそのままの大きさ
で検出されて検出電圧は共に大きな値のものとなること
から、このときの一対の検出電圧を差動増幅してもその
出力には異常は現れない。しかも、発振電圧の供給がな
されていることから、このような異常状態については、
発振電圧の消滅に基礎を置く上記従来のトルクセンサに
よっては検出することができない。このため、差動増幅
回路の出力を受ける制御回路等においては、差動増幅回
路の出力を監視するだけでは、トルクセンサにそのよう
な異常が在るか否かを判定することができないという問
題点がある。
解決の課題に着目してなされたものであって、コイルの
接続不良その他の異常であって一対の検出電圧が同様に
変化する異常があることを差動増幅回路の出力によって
判定することができるトルクセンサを提供することを目
的としている。
に、本発明のトルクセンサは、トルクに応じて互いに逆
方向にインダクタンスが変化する一対のコイルと、該一
対のコイルに誘導される一対の検出電圧を受けて差動増
幅する差動増幅回路とを有し、該差動増幅回路の出力に
より前記トルクを検出するトルクセンサにおいて、前記
一対の検出電圧の何れか一方を入力とし該入力が所定の
上限値を超えたとき及び所定の下限値を下回ったときに
検出信号を送出する検出回路と、該検出回路の検出信号
を受けると前記差動増幅回路の出力が定常出力範囲外の
所定の値になるように前記差動増幅回路を制御する制御
回路とを備えたものである。
される検出電圧の正常変化範囲の上限値、又はこれより
大きな値に設定される。また、所定の下限値は、前述の
正常変化範囲の下限値、又はこれより小さな値に設定さ
れる。
イルリード線の断線等によるコイルの接続不良がある
と、以下のように作用する。先ず、双方のコイルが未接
続の状態であると、本来コイルが接続されるべき回路側
から見ると無限大のインダクタンスを持つコイルが接続
された状態と等価になる。すなわち、トルクに応じてコ
イルのインダクタンスが変化しうる本来の範囲を超えて
両コイルのインダクタンスが大きく変化したかの如くな
る。そして、このことに対応して一対の検出電圧は双方
が共に揃って正常値を超えた大きな値のものとなる。こ
れに対し、この発明では、上述の検出回路を備えること
から、トルクの検出電圧が所定の上限値を超えて異常に
大きくなったとき等には、この検出回路によって検出信
号が制御回路に送出される。そして、この制御回路によ
って差動増幅回路の出力が強制的に定常出力範囲外の所
定の値に変化させられる。そこで、コイルの接続不良が
あると、その異常状態が差動増幅後の出力に反映され
て、差動増幅回路の出力が所定範囲外のものとなる。こ
れにより、差動増幅回路の出力を受ける制御回路等で
は、差動増幅回路の出力が所定の範囲内か否かに応じ
て、トルクセンサにそのような異常が在るか否かを判定
することが可能となる。
イルの接続不良その他の異常であって一対の検出電圧が
同様に変化する異常があることを差動増幅回路の出力に
よって判定することができるものである。
明する。図1は、本発明の一実施例について、その全体
構成を示す断面図である。これは、本発明に係るトルク
センサを、車両用の電動パワーステアリング装置に適用
した例であり、操舵系に発生する操舵トルクを検出する
トルクセンサに適用したものである。より具体的には、
操舵トルクに応じて発生する回転変位を軸方向の直線変
位に変換し、この変位に対応してコイルのインダクタン
スが変化することを利用して、操舵トルクを電気信号と
して検出するものである。
ング1内には、トーションバー4を介して連結された入
力軸2及び出力軸3が、軸受5a,5b及び5cによっ
て回転自在に支持されている。ただし、入力軸2,出力
軸3及びトーションバー4は、同軸に配置されている。
入力軸2の図示しない図1右端側には、ステアリングホ
イールが回転方向に一体に取り付けられており、また、
出力軸3の図示しない図1左端側には、例えば公知のラ
ックアンドピニオン式ステアリング装置を構成するピニ
オン軸が連結されている。従って、操縦者がステアリン
グホイールを操舵することによって発生した操舵力は、
入力軸2,トーションバー4,出力軸3及びラックアン
ドピニオン式ステアリング装置を介して、図示しない転
舵輪に伝達される。
所定の位置には、入力軸2側に突出した凸部3aが形成
されていて、この凸部3aは、入力軸2の左端部外周面
に形成された凸部3aよりも幅広の縦溝2aに挿入され
ている。これにより、入力軸2及び出力軸3間の所定範
囲(例えば±5度程度)以上の相対回転を防止してい
る。
つ一体に回転するウォームホイール6が外嵌し、このウ
ォームホイール6に、電動モータ7の出力軸7a外周面
に形成されたウォーム7bが噛み合っている。従って、
電動モータ7の回転力は、その出力軸7a,ウォーム7
b及びウォームホイール6を介して出力軸3に伝達され
るようになっており、電動モータ7の回転方向を適宜切
り換えることにより、出力軸3に任意の方向の操舵補助
トルクが付与されるようになっている。
軸方向及び回転方向への相対変位が自在な円筒形のスラ
イダ8が外嵌し、そのスライダ8の左端部には、凸部3
aに近接する円筒形のクロスガイド9の端部が結合され
ている。そして、クロスガイド9内周面の凸部3aに対
向する部分には軸方向に長い縦溝9aが形成されてお
り、その縦溝9aには、内端が凸部3aに圧入され径方
向外側に突出したピン3bの外端が挿入されている。
方向には一体であるが、軸方向には縦溝9aの長さの範
囲において相対変位が可能となっている。スライダ8
は、スプリング10によって図1右方に常時付勢される
ようになっている。ただし、縦溝9aから周方向に約1
80度離隔したクロスガイド9内周面に形成された凹部
9bに転動可能に収容されたボール11が、入力軸2の
左端側外周面に形成された周方向に連続する溝2cにも
入り込んでいるため、スライダ8の軸方向への移動は規
制されている。そして、溝2cは、軸に対して若干傾斜
しているため、入力軸2及び出力軸3間にトーションバ
ー4の捩じれを伴って相対回転が生じ、入力軸2に対す
るスライダ8の回転方向位置が変化すると、溝2cに沿
ってボール11が軸方向に移動し、これによってスライ
ダ8が軸方向に移動するようになっている。
ば、鉄)製であって、その外周面の軸方向中央部分には
軸方向の所定距離に渡る大径部8aが形成されている。
そして、その大径部8aを軸方向の両側から挟み込むよ
うに、導電性で且つ非磁性の材料(例えば、アルミニウ
ム)製の比較的肉薄のリング部材12及び13がスライ
ダ8に外嵌している。なお、リング部材12及び13は
同一の部材であって、大径部8a両端の段差を埋めるよ
うな厚みを有している。
電性で且つ非磁性の材料からなる領域(リング部材1
2,13)と、磁性材料からなる領域(大径部8a)と
が形成されている。さらに、ハウジング1の内周面に
は、スライダ8の外周面を包囲するように、軸方向に離
隔した同規格の一対のコイル15及び16が配設されて
いる。具体的には、コイル15及び16は、ボビン17
の内周面に同軸に保持されていて、そのボビン17がハ
ウジング1の内周面に圧入されている。
ルクが零の位置)にある時の、スライダ8及びコイル1
5,16の配置関係を拡大した図2に示すように、大径
部8aの軸方向の中心位置aが、コイル15及び16間
の中心に位置し、リング部材12及び13の軸方向外側
の端面位置b1 ,b2 が、それぞれコイル15及び16
の軸方向外側端部よりも外側に位置し、大径部8a及び
リング部材12の境界位置c1 がコイル15の内側に位
置し、大径部8b及びリング部材13の境界位置c2 が
コイル16の内側に位置するようになっている。
び13の軸方向寸法(b1 −c1 ,b2 −c2 )は、ス
ライダ8の進退範囲の全域に渡って、端面位置b1 ,b
2 が常にコイル15及び16の軸方向外側端部よりも外
側に位置し、境界位置c1 が常にコイル15の内側に位
置し、境界位置c2 が常にコイル16の内側に位置する
ようになっている。具体的には、スライダ8が中立位置
にある時のコイル15及び16の軸方向外側の端面位置
を、リング部材12又は13の軸方向の中心位置に合わ
せるとともに、その端面位置からリング部材12及び1
3の両端部位置までの距離を、スライダ8の中立位置か
らの最大進退距離よりも長くすることにより、上述した
寸法関係を満足するようにしている。
が固定されており、このセンサケース内に回路基板21
が収容され、そして、この回路基板21にはトルクセン
サの回路部分が搭載されている。また、コイル15及び
16はそのコイルリード線15a,16aがコネクタ2
2に接続されており、このコネクタ22が回路基板21
上の対応するコネクタに挿着等されている。これによ
り、操舵トルク等のトルクに応じてインダクタンスが変
化する一対のコイル15及び16が、コネクタ22を介
してトルクセンサの回路に接続される。
て説明する。図3にそのブロック図を示すが、トルクセ
ンサの回路部分30は、所定周波数の交流電流をコイル
15,16に供給するための発振回路31と、コイル1
5の自己誘導起電力による電圧信号を整流及び平滑して
出力する整流・平滑回路32と、コイル16の自己誘導
起電力による電圧信号を整流及び平滑して出力する整流
・平滑回路33と、整流・平滑回路32の出力及び整流
・平滑回路33の出力の差を増幅して出力する差動アン
プ(差動増幅回路)34,36と、その差動アンプ34
の出力に含まれる外部からのノイズ成分を除去するノイ
ズ除去フィルタ35と、差動アンプ36の出力に含まれ
る外部からのノイズ成分を除去するノイズ除去フィルタ
37と、整流・平滑回路32の出力電圧を入力としこの
入力値が所定の入力範囲外のとき異常検出信号を送出す
る異常検出回路(検出回路)100と、異常検出信号の
送出を受けて差動アンプ34の出力を強制的に定常出力
範囲外の所定のローレベルの値に変化させるアンプ制御
回路(制御回路)110とを備えるものである。
数が数KHzで振幅が数Vの発振電圧Aを発生するもの
であり、この発振電圧Aは、電流制限用抵抗R15とコ
ネクタ22とを介してコイル15に供給されるととも
に、電流制限用抵抗R16とコネクタ22とを介してコ
イル16に供給される。これによりコイル15に交流電
流が流れると、コイル15に自己誘導起電力が発生する
が、この起電力による電圧Bは、抵抗R15のコイル1
5側端子電圧として検出され、発振電圧Aが抵抗R15
の抵抗値とコイル15のインダクタンスとの比で分圧さ
れた電圧に一致する。すなわち、発振電圧Bは、その振
幅が概ね発振電圧Aの数分の1であって、コイル15の
インダクタンスの変化に応じて振幅の変化するものであ
る。同様に、抵抗R16のコイル16側端子電圧として
検出される発振電圧B’は、その振幅が概ね発振電圧A
の数分の1であって、コイル16のインダクタンスの変
化に応じて振幅の変化するものである。もっとも、コネ
クタ22が回路基板21から離脱してしまったような場
合には、コイル15と抵抗R15との接続およびコイル
16と抵抗R16との接続が断たれることから、抵抗R
15,R16とコイル15,16とを介する交流電流が
流れない。そこで、抵抗R15,R16の一端に供給さ
れた発振電圧Aは分圧されることなく、抵抗R15,R
16の他端に伝えられる。そして、この場合における発
振電圧B,発振電圧B’は、発振電圧Aにほぼ一致す
る。つまり、コネクタ22の接続が正常な場合における
電圧の数倍となる。
を入力とし、これをその平均電圧が所定の基準電圧VRE
となるようにクランプするクランプ回路と、クランプ回
路の出力を全波整流する全波整流回路と、全波整流回路
の出力を平滑して出力する平滑回路とを具備し、平滑回
路の出力を検出電圧Cとして出力する。ここで、上記の
基準電圧VREは、通常差動アンプ34等の動作点電圧に
対応して、例えば電源電圧Vccの半分の(Vcc/2)が
採用される。これにより、基準電圧VREを基準として、
発振電圧Bの振幅に対応した電圧信号が求まる。すなわ
ち、コイル15のインダクタンスに対応した値の検出電
圧Cが得られる。この検出電圧Cは、差動アンプ34,
36の反転側入力信号とされる。
B’を入力とし検出電圧C’を出力すること以外は、整
流・平滑回路32と同様の構成である。そこで、基準電
圧VREを基準として、発振電圧Bの振幅に対応した電圧
信号が求まる。すなわち、コイル16のインダクタンス
に対応した値の検出電圧C’が得られる。この検出電圧
C’は、差動アンプ34,36の非反転側入力信号とさ
れる。
aを主体として構成される。その詳細は図4に示すが、
オペアンプ34aは、出力と反転入力端子間に負帰還抵
抗Rf が接続され、検出電圧C’のラインが抵抗Rs を
介して反転入力端子に接続され、検出電圧Cのラインが
抵抗Rc を介して非反転入力端子に接続されたものであ
る。さらに、オペアンプ34aは、基準電圧VREのライ
ンが抵抗Ri を介して非反転入力端子に接続されてい
る。これにより、差動アンプ34は、基準電圧VREを基
準として動作し、基準電圧VREを基準とする検出電圧C
と検出電圧C’との差を増幅する差動増幅回路として機
能する。差動アンプ34の出力Dは、トルクの検出信号
として、ノイズ除去フィルタ35を介して、モータ制御
回路40に送出される。
5aとコイル35bとが差動アンプ34の出力Dのライ
ンに直列に挿入接続されたものである。ここで、コンデ
ンサ35aはノイズ除去用の3端子のものであり、第3
の端子はセンサケース20等に接続されている。これに
より、主に外部から差動アンプ34の出力Dのラインに
重畳してくるノイズ成分が除去される。
ルタ37は、差動アンプ34及びノイズ除去フィルタ3
5と同様の構成及び機能であり、差動アンプ36の出力
D’が、やはりトルク検出信号としてノイズ除去フィル
タ37を介してモータ制御回路40に送出される。これ
により、トルクセンサの回路30においては差動アンプ
以降の回路が二重になり、差動アンプ34,36の出力
D,D’が共にモータ制御回路40に送出される。出力
D,D’は、トルクセンサの回路30における差動アン
プ以降の回路が正常なときには、値が一致する。
2の出力すなわち検出電圧Cのラインと接地GNDとの
間で順に直列に接続された抵抗R101,R102,R
103と、反転入力端子が抵抗R101,R102の接
続点に接続され非反転入力端子が基準電圧VREのライン
に接続されコンパレータとして動作するオペアンプ10
1と、非反転入力端子が抵抗R102,R103の接続
点に接続され反転入力端子が基準電圧VREのラインに接
続されコンパレータとして動作するオペアンプ102
と、オペアンプ101の出力ラインに対し順方向直列に
挿入接続されたダイオードD101と、オペアンプ10
2の出力ラインに対し順方向直列に挿入接続されたダイ
オードD102ととから構成される。そして、ダイオー
ドD101のカソードとダイオードD102のカソード
との接続点に、異常検出信号Eの出力ラインが接続され
ている。
01のカソードとダイオードD102のカソードとの接
続点に電流制限用抵抗を介してベースが接続されコレク
タがオペアンプ34aの非反転入力端子に接続されエミ
ッタが接地されたスイッチング用NPNトランジスタ1
11によって構成される。アンプ制御回路110は、オ
ペアンプ34aの非反転入力端子に接続されたトランジ
スタ111のコレクタラインを介してアンプ制御信号F
を差動アンプ34に送出して、差動アンプ34の出力を
制御する。
常動作範囲における一方の最大進退距離まで移動してコ
イル15のインダクタンスが最も大きくなったときの検
出電圧Cの値をCMAX とし、スライダ8がその中立位置
から定常動作範囲における他方の最大進退距離まで移動
してコイル15のインダクタンスが最も小さくなったと
きの検出電圧Cの値をCMIN とし、さらに温度変化等の
変動分を考慮して、定常状態における検出電圧Cの範囲
についての上限値DMAX を値CMAX より僅かに大きな値
に採り、下限値DMIN を値CMIN より僅かに小さな値に
採る。そして、抵抗R101,R102,R103の値
は、検出電圧Cが上限値DMAX のときに抵抗R102と
抵抗R103との接続点に発生する電圧が基準電圧VRE
となり、検出電圧Cが下限値DMIN のときに抵抗R10
2と抵抗R103との接続点に発生する電圧が基準電圧
VREとなるように、それぞれの抵抗値が決められる。
MAX を超えると、抵抗R102と抵抗R103との接続
点に発生する電圧が基準電圧VREより大きくなって、オ
ペアンプ102の出力がハイレベルとなる。そして、こ
のオペアンプ102の出力がダイオードD102を介し
てトランジスタ111のベースに伝えられる。すなわ
ち、有意の検出信号Eが送出される。これを受けてトラ
ンジスタ111がオンする。なお、このときトランジス
タ111のベース電圧はダイオードD101の存在によ
りオペアンプ101の出力の影響を受けない。トランジ
スタ111がオンすると、トランジスタ111のコレク
タラインすなわちアンプ制御信号Fのラインが接地GN
Dに導通し、オペアンプ34aの非反転入力が強制的に
接地された状態となる。そこで、この場合は、差動アン
プ34の出力が強制的に出力限界のローレベルに変化す
る。つまり、検出電圧Cが所定の上限値DMAX を超える
と、異常検出回路100及びアンプ制御回路110によ
って、差動アンプ34の出力が強制的に定常出力範囲外
のローレベルに変化させられる。
下回ると、抵抗R101と抵抗R102との接続点に発
生する電圧が基準電圧VREより小さくなって、オペアン
プ101の出力がハイレベルとなる。そして、このオペ
アンプ101の出力がダイオードD101を介してトラ
ンジスタ111のベースに伝えられる。すなわち、この
場合も、有意の検出信号Eが送出される。これを受けて
トランジスタ111がオンする。なお、このときトラン
ジスタ111のベース電圧はダイオードD102の存在
によりオペアンプ102の出力の影響を受けない。トラ
ンジスタ111がオンすると、同様にアンプ制御信号F
のラインが接地GNDに導通して、オペアンプ34aの
非反転入力が強制的に接地された状態となり、この場合
も、やはり差動アンプ34の出力が強制的に出力限界の
ローレベルに変化する。つまり、検出電圧Cが所定の下
限値DMIN を下回った場合も、異常検出回路100及び
アンプ制御回路110によって、差動アンプ34の出力
が強制的に定常出力範囲外のローレベルに変化させられ
る。
DMAX との範囲内であるときには、オペアンプ101,
102の出力が共にローレベルであり、トランジスタ1
11がオフ状態であるから、トランジスタ111のコレ
クタラインはハイインピーダンス状態となり、異常検出
信号Eは差動アンプ34の動作に何ら影響を与えること
がない。そこで、この場合には、差動アンプ34は、差
動アンプ36と同様に、整流・平滑回路32の出力及び
整流・平滑回路33の出力の差を増幅して出力する差動
増幅回路として通常通り動作する。
すなわちノイズ除去フィルタ35,37を介する差動ア
ンプ34,36の出力D,D’は、モータ制御回路40
に送出される。モータ制御回路40は、差動アンプ3
4,36の出力D,D’の例えば平均値に基づいてスラ
イダ8の中立位置からの変位の方向及び大きさを演算す
る変位演算部41と、変位演算部41の演算結果に基づ
いて操舵系に発生している操舵トルクを求めその操舵ト
ルクを軽減する操舵補助トルクが発生するような駆動電
流Iを電動モータ7に供給するモータ駆動回路42と、
例えば差動アンプ34,36の両出力の差が所定の値以
上に開くとトルクセンサに異常が発生したと判定してモ
ータ駆動回路42の出力動作を停止等させる異常監視回
路43とを備えている。そして、トルクセンサの回路3
0の回路基板21とは別個に設けられ、又はトルクセン
サの回路30と共に回路基板21上に配設される。な
お、異常監視回路43における上記の所定値は、二重系
になっている差動アンプ34及びノイズ除去フィルタ3
5と差動アンプ36及びノイズ除去フィルタ37との定
常状態における差に対応して決まるものであり、小さな
値である。
ネクタ22の接続が適正な状態であり、トルクセンサの
回路30も正常な場合における動作を説明する。今、操
舵系が直進状態にあり、操舵トルクが零であるものとす
ると、入力軸2及び出力軸3間には相対回転は生じない
から、出力軸3と一体に回転するスライダ8と、入力軸
2との間にも相対回転は生じない。従って、ボール11
は溝2cの初期位置に収まった状態を維持するから、ス
ライダ8には進退力は発生せず、スライダ8は中立位置
から動かない。
力軸2に回転力が生じると、その回転力は、トーション
バー4を介して出力軸3に伝達される。このとき、出力
軸3には、転舵輪及び路面間の摩擦力や出力軸3の図示
しない左端側に構成されたラックアンドピニオン式ステ
アリング装置のギアの噛み合い等の摩擦力に応じた抵抗
力が生じるため、入力軸2及び出力軸3間には、トーシ
ョンバー4が捩じれることによって出力軸3が遅れる相
対回転が発生する。
たスライダ8にも入力軸2に対する相対回転が生じる
が、スライダ8と一体となったクロスガイド9の凹部9
bに収容されたボール11が入力軸2に形成された溝2
c内にも収まっているので、溝2cの傾斜角に従ってス
ライダ8は軸方向に進退するようになる。なお、ボール
11と、溝2c,凹部9bの内面との間には、ボール1
1が転動できるように若干の隙間を持たせる必要がある
が、スプリング10がスライダ8を一方向に付勢してい
るので、その隙間によるスライダ8のがたつきは防止さ
れている。
に発生する操舵トルク)発生時の入力軸2及び出力軸3
間の相対回転によってスライダ8が図1右方に移動し、
左操舵トルク(左回転方向操舵時に発生する操舵トル
ク)発生時の入力軸2及び出力軸3間の相対回転によっ
てスライダ8が図1左方に移動するものとする。する
と、大径部8aは、リング部材12,13よりも磁束を
通しやすい性質を有しているため、右操舵トルク発生時
には、コイル15の自己インダクタンスは増大しコイル
16の自己インダクタンスは減少するから、コイル15
の自己誘導起電力は大きくなり、コイル16の自己誘導
起電力は小さくなる。逆に、左操舵トルク発生時には、
コイル15の自己インダクタンスは減少しコイル16の
自己インダクタンスは増大するから、コイル15の自己
誘導起電力は小さくなり、コイル16の自己誘導起電力
は大きくなる。
応した発振電圧Bの振幅は小さくなる一方、コイル16
の自己誘導起電力に対応した発振電圧B’の振幅は大き
くなる。さらに、このことに対応して、検出電圧Cの値
が小さくなり、検出電圧C’の値が大きくなる。しか
も、この場合はコネクタ22の接続等が正常であるか
ら、検出電圧C及び検出電圧C’の値は、共に、値C
MIN 以上で値CMAX 以下すなわち所定の範囲(下限値D
MIN 〜上限値DMAX )内となる。そこで、異常検出回路
100の異常検出信号Eがローレベルとなってアンプ制
御回路110のアンプ制御信号Fはローレベルになら
ず、差動アンプ34の動作は異常検出信号E及びアンプ
制御信号Fの影響を受けることなく、差動アンプ34,
36は共に検出電圧Cと検出電圧C’との差を演算して
出力する。その結果、差動アンプ34及び36の出力
は、一致し、図5に示すD及びD’のように、操舵トル
クの方向及び大きさに従ってリニアに変化するようにな
る。また、差動アンプ34及び36において整流・平滑
回路32,33の差を求めているため、温度等による自
己インダクタンスの変化はキャンセルされる。
算回路41が、ノイズ除去フィルタ35,37を介して
供給される差動アンプ34,36の出力の平均値を演算
し、その値に例えば所定の比例ゲインを乗じてスライダ
8の変位量を求め、その結果をモータ駆動回路42に送
出する。モータ駆動部42は、スライダ8の変位の方向
及び大きさが操舵トルクの方向及び大きさに対応するこ
とから、変位演算回路41の出力に応じた方向及び大き
さの駆動電流Iを電動モータ7に供給する。
している操舵トルクの方向及び大きさに応じた回転力が
発生し、その回転力が出力軸7a,ウォーム7b及びウ
ォームホイール6を介して出力軸3に伝達されるから、
出力軸3に操舵補助トルクが付与されたことになり、操
舵トルクが減少し、操縦者の負担が軽減される。そし
て、スライダ8の大径部8a,リング部材12,13及
びコイル15,16の軸方向の寸法関係を上述のように
設定しているので、スライダ8の進退範囲全域のいずれ
の位置にあっても、リング部材12,13の全体がコイ
ル15,16の内側に入り込んでしまったり、外側に出
てしまったりすることがないから、図5に示した差動ア
ンプ34,36の出力は常にリニアに変化する。このた
め、操舵系に発生する操舵トルクを、その大きさに関係
なく正確に検出できるから、的確な操舵補助トルクを付
与することができる。
リング部材12及び13は、交番磁界と鎖交する場合に
は、うず電流が発生して磁束を通し難くなるため、空気
よりも更に磁束を通し難い性質を有する。従って、リン
グ部材12,13を設けない場合に比べて、コイル1
5,16の自己インダクタンスの変化を急峻にすること
ができるから、差動アンプ34,36の出力を急峻にし
てセンサ感度を上げることができる。逆に、センサ感度
が従来のままでよければ、コイル15,16の巻き数等
を少なくしてコイル15,16を小型化できる。
磁束は、うず電流による表皮効果によって、コイル1
5,16に近い表皮部分に集中することになる。ちなみ
に、コイル15,16に供給する交流電流の周波数を
f、リング部材12,13をなす材料の透磁率をμ、そ
の電気伝導率をσとすれば、磁束が集中する表皮の厚さ
δは、下記の(1)式のようになる。
(1)式で求められる厚さδ以上あればよいから、スラ
イダ8の外径寸法を小さくできる。さらには、コイルの
相互インダクタンスを変化させるのではなく、自己イン
ダクタンスを変化させる形式であるため、発振コイルは
不要である。従って、差動を取る構成であってもコイル
は二つで済み、小型化及び低コスト化を図ることができ
る。
おけるトルクセンサの動作を説明する。コネクタ22が
接続不良の場合は、コイル15,16が共に、抵抗R1
5,R16と整流・平滑回路32,33との接続ライン
から切り離されてしまう。このため、ステアリングホイ
ールの操舵に応じてスライダ8が進退してコイル15,
16の自己インダクタンスが変化しても、発振回路31
から抵抗R15,R16を経て整流・平滑回路32,3
3に至る信号には何ら影響がない。この場合、常時、発
振回路31からの発振電圧Aが抵抗R16,R15を介
してそのまま整流・平滑回路32,33に入力される。
すなわち、コイル15,16が接続された定常状態にお
ける信号の数倍の振幅の信号が、整流・平滑回路32,
33に入力される。そして、整流・平滑回路32,33
の出力である検出電圧C,C’は、揃って上限値DMAX
を超える。
36は、検出電圧C,C’の値が同様の値であることか
ら、その出力D’が基準電圧VREを基準として略零とな
る(図6におけるD’参照)。また、上限値DMAX を超
える検出電圧Cを受けた異常検出回路100は異常検出
信号Eを有意のハイレベルとしてアンプ制御回路110
に送出し、これを受けてアンプ制御回路110はアンプ
制御信号Fを有意のローレベルとして差動アンプ34に
送出する。そして、ローレベルのアンプ制御信号Fを非
反転入力端子に受けた差動アンプ34は、検出電圧C,
C’の値に拘わらず、出力Dがアンプ出力限界のローレ
ベルになる(図6におけるD参照)。これにより、コネ
クタ22が接続不良の場合、差動アンプ34の出力Dが
定常出力範囲外のローレベルになると共に、差動アンプ
34,36の出力D,D’が異なる電圧値となる。
視回路43が、ノイズ除去フィルタ35,37を介して
供給される差動アンプ34,36の出力を比較し、両出
力の差が所定の値以上に開いていることから、モータ駆
動回路42に停止信号等を送出して、モータ駆動回路4
2の出力動作を停止させる。これにより、トルクセンサ
の故障等によって不所望な操舵補助トルクが発生してス
テアリングホイールがロックする事態を回避することが
できる。このように、コネクタ22が接続不良の場合、
トルクセンサに異常が発生していることを、差動アンプ
の出力によって判定することができる。
接続不良の場合の動作について説明したが、コイルを保
持したコイルヨークの回転等に起因してコイルのリード
線が切れた場合や、コイルの装填等の組み立て時にコイ
ルのリード線が切れた場合も同様の動作である。また、
コネクタが接続されていてもその端子の接触状態が悪い
場合や、コイルのリード線が断線しかかっている場合
も、コイル側の抵抗値が大きくなることから、やはり上
述の場合とほぼ同様の動作となる。さらに、詳細な説明
は割愛するが、発振回路31の故障やコイル15,16
の短絡等の異常事態の場合、検出電圧Cが下限値DMIN
を下回ることから、やはり異常検出回路100の異常検
出信号Eが有意のハイレベルとなり、さらにアンプ制御
回路110のアンプ制御信号Fが有意のローレベルとな
って、差動アンプ34の出力Dが定常出力範囲外のロー
レベルになる。そこで、このようなトルクセンサの異常
を、差動増幅回路の出力によって、判定することができ
るしたがって、この発明のトルクセンサは、コイルの接
続不良その他の異常であって一対の検出電圧が同様に変
化する異常があることを差動増幅回路の出力によって判
定することができるものである。
いて説明する。その機械的構成及び回路の概要構成は上
述の実施例について図1乃至図3に示したものと同様で
あり、異常検出回路の構成が相違する。そこで、以下相
違点のみ説明する。図7に、異常検出回路を中心とした
回路を示すが、この異常検出回路200は、整流・平滑
回路32の出力すなわち検出電圧Cのラインと接地GN
Dとの間で順に直列に接続された抵抗R201,R20
2,R203と、カソードが抵抗R101,R102の
接続点に接続されアノードが抵抗R204を介して基準
電圧VREのラインに接続されたダイオードD201と、
アノードが抵抗R102,R103の接続点に接続され
カソードが抵抗R205を介して基準電圧VREのライン
に接続されたダイオードD202と、反転入力端子がダ
イオードD201のアノードに接続され非反転入力端子
がダイオードD202のカソードに接続されたオペアン
プ201とから構成され、オペアンプ201の出力によ
って異常検出信号Eを送出するものである。
方向電圧を無視して説明すると、抵抗R201と抵抗R
202との接続点に発生する電圧が基準電圧VREより小
さいときにはその電圧がダイオードD201を介してオ
ペアンプ201の反転入力とされる一方、抵抗R201
と抵抗R202との接続点に発生する電圧が基準電圧V
REより大きいときにはその電圧の伝達がダイオードD2
01によって断たれて基準電圧VREがオペアンプ201
の反転入力とされる。さらに、抵抗R202と抵抗R2
03との接続点に発生する電圧が基準電圧VREより大き
いときにはその電圧がダイオードD202を介してオペ
アンプ201の非反転入力とされる一方、抵抗R202
と抵抗R203との接続点に発生する電圧が基準電圧V
REより小さいときにはその電圧の伝達がダイオードD2
01によって断たれて基準電圧VREがオペアンプ201
の非反転入力とされる。これにより、上述の異常検出回
路100と同じ機能を持つ異常検出回路が、1つのオペ
アンプで実現される。なお、異常検出回路200では、
抵抗R206と抵抗R207とでオペアンプ201の出
力を抵抗分圧してオペアンプ201に正帰還をかけ、こ
れによってコンパレータとしての動作に僅かなヒステリ
シス特性を与えて、異常検出信号Eの安定を図ってい
る。
増幅回路の出力が定常出力範囲外の所定のローレベルの
値になる構成としたが、差動増幅回路の出力が定常出力
範囲外の所定のハイレベルの値になる構成であってもよ
い。この構成は、例えば、異常検出信号Eをオペアンプ
34aの反転入力に送出することで実現しうる。また、
上記実施例では、信頼性を向上させるために、差動アン
プ34,36及びノイズ除去フィルタ35,37を二系
統設けているが、三系統以上設けてもよい。逆に差動ア
ンプ34及びノイズ除去フィルタ35だけの一系統とし
てもよい。この場合は、差動増幅回路34の出力を他の
差動増幅回路の出力と比較することはできないが、差動
増幅回路34の出力が定常出力範囲以内であるかその外
であるかによって、トルクセンサの異常状態を判定する
ことが可能である。
クセンサを、車両用の電動パワーステアリング装置に適
用した場合について説明したが、本発明の適用対象はこ
れに限定されるものではない。そして、上記実施例で
は、直線方向の変位を測定するトルクセンサに本発明を
適用したが、これに限定されるものではなく、角度を検
出するトルクセンサ等にも適用可能である。
る大径部8aを、導電性で且つ非磁性の材料からなるリ
ング部材12,13で挟み込む構成としているが、これ
らの関係は逆であってもよい。例えば、スライダ8の大
径部8aの形成される部分に逆に小径部を形成し、そこ
に導電性で且つ非磁性の材料からなるリングを嵌め込ん
でもよいし、或いは、上記実施例と同じ構成のスライダ
8を導電性で且つ非磁性の材料で形成し、リング部材1
2,13を磁性材料で形成するようにしてもよい。この
場合、後者の構造であれば、同じ寸法であれば進退する
部材全体の質量を低減することができるから、イナーシ
ャをより小さくできるという利点も得られる。
ンサは、コイルの接続不良があると、一対の検出電圧が
共に揃って正常値を超えた大きな値となるが、この異常
が検出回路によって検出され、さらに制御回路によって
差動増幅回路の出力が強制的に定常出力範囲外の所定の
値に変化させられる。これにより、その異常状態が差動
増幅後の出力に反映される。
常であって一対の検出電圧が同様に変化する異常がある
ことを差動増幅回路の出力によって判定することができ
るという効果がある。
の機械的構成を示す断面図である。
ルクセンサの回路部分を中心としたモータ制御回路の概
要構成を示すブロック図である。
の出力との関係を示すグラフである。
動アンプの出力との関係を示すグラフである。
る。
なる領域) 15,16 コイル 20 センサケースカバー 21 回路基板21 22 コネクタ22 30 トルクセンサの回路部分 31 発振回路 32,33 整流・平滑回路 34 差動アンプ 35 ノイズ除去フィルタ 36 差動アンプ 37 ノイズ除去フィルタ 40 制御回路 41 変位演算回路 42 モータ駆動回路 43 異常監視回路 100 異常検出回路 110 アンプ制御回路 200 異常検出回路
Claims (1)
- 【請求項1】 トルクに応じて互いに逆方向にインダク
タンスが変化する一対のコイルと、該一対のコイルに誘
導される一対の検出電圧を受けて差動増幅する差動増幅
回路とを有し、該差動増幅回路の出力により前記トルク
を検出するトルクセンサにおいて、前記一対の検出電圧
の何れか一方を入力とし該入力が所定の上限値を超えた
とき及び所定の下限値を下回ったときに検出信号を送出
する検出回路と、該検出回路の検出信号を受けると前記
差動増幅回路の出力が定常出力範囲外の所定の値になる
ように前記差動増幅回路を制御する制御回路とを備えた
ことを特徴とするトルクセンサ。
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