JP4581002B2 - 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

この発明は、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサと、これを備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。

非接触式トルクセンサとして、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサが知られている。磁歪式トルクセンサは、車両用ステアリング装置の操舵トルク検出用などに用いられている（特許文献１参照）。

この種の磁歪式トルクセンサは、磁気異方性を異にする２つの磁歪膜を回転シャフトに設けるとともに、各磁歪膜に対向してそれぞれ検出コイルを配置して構成され、回転シャフトにトルク（よじれ）が加えられると磁歪膜の透磁率が変化し、これに応じて検出コイルのインダクタンスが変化する。

そこで、磁歪式トルクセンサでは、前記検出コイルをそれぞれスイッチング素子を介して間欠的に一定の励磁期間を設けて励磁し、励磁を解消したとき（励磁期間の終点）の両検出コイルの検出出力の差に基づいて前記トルクを間欠的に検出する。なお、隣り合う励磁期間（ある励磁期間の終点と次の励磁期間の始点との間）で、インダクタンスに蓄えられたエネルギは抵抗を通じて放出するように構成される。

１つの検出コイルに対して、具体的な駆動・検出回路は、例えば、図８に示すように構成される。すなわち、電源電圧Ｅに抵抗Ｒの抵抗器とインダクタンスＬの検出コイルとが直列に接続され、その直列回路にスイッチング用のトランジスタＱが接続される。

図９Ａに示すスイッチング信号ＳｓがトランジスタＱのベースに供給されると、時点ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６で検出コイルが励磁される。

この場合、励磁期間での検出出力Ｓｃの電圧変化は、次の（１）式で与えられる。
Ｖ（ｔ）＝Ｅ・ｅｘｐ（−Ｒｔ／Ｌ） …（１）

ここで、Ｅは励磁するための電源の電圧、Ｖ（ｔ）は、前記励磁期間の終点の時点ｔにおける電圧である。Ｒは、回路抵抗（電源Ｅがこの抵抗Ｒを通じて検出コイルに印加される。）、Ｌは検出コイルのインダクタンスである。

また、両検出コイルの検出出力の和に基づいて磁歪式トルクセンサの故障を検出することも提案されている（特許文献２参照）。

さらに、この特許文献２では、さらに２個の検出コイル及び２個のスイッチング素子を付加することで、温度変化及び磁場変化があっても、これらの影響を受けずに前記トルクの検出並びに前記故障の検出を可能とする磁歪式トルクセンサが提案されている。

さらにまた、特許文献３には、直列接続された２個の検出コイルを並列接続した４個の検出コイルを設けた磁歪式トルクセンサが提案され、励磁電流（通電電流）が流れる方向を１スイッチング周期毎に切り替えて各２個の検出コイルの両端に電圧を供給するためのスイッチング素子としてＦＥＴ４個を用いたブリッジ回路が開示されている。

特開２００５−３２１３１６号公報（図４、図１０） 特開２００６−６４４４５号公報 特開２００７−３０９９２５号公報

ところで、特許文献１に係わる図８に示したＲＬ回路により電圧変化（過度応答電圧）Ｖ（ｔ）を検出する場合には、トランジスタＱのコレクタ端子と電源電圧Ｅとの間に浮遊抵抗成分が入ったり、該浮遊抵抗成分が変化すると、上記（１）式に基づく検出出力Ｓｃが、図９Ｂの実線の特性から破線の特性に変動するので安定してトルク変動を検出することが困難である。実際上、車両用ステアリング装置において、検出コイルは、シャフト側に配置され、トランジスタＱや電源電圧Ｅは、電子回路側に配置されるので、抵抗ＲとインダクタンスＬの直列回路の電源電圧Ｅ側及びトランジスタＱのコレクタ端子側の両方にコネクタ（カプラ）が介在されることが一般的であり、このコネクタの接触抵抗（上記浮遊抵抗）が変化すると、過渡応答電圧の波形が変化してしまうという課題がある。

すなわち、特許文献１に係る技術では、過度応答電圧の変化が、シャフトを捩ることを原因として発生するインダクタンスの変化に基づく検出しようとする所望の変化であるのか、コネクタの接触抵抗の変化を原因とする誤差分の増加であるのかを切り分けることができないという課題がある。

これに対して特許文献３では、直列接続された各２個の検出コイルの中点に発生する検出電圧Ｖが、電源電圧Ｅを各２個の直列に接続された各検出コイルの各インダクタンスＬのインピーダンスＺ１、Ｚ２の分圧電圧｛（２）式参照｝で得られるように構成し、各中点に現れる両分圧電圧を差動増幅器により検出する構成としているので、４個の検出コイルと電子回路との間にコネクタが介在されていても、検出電圧（分圧電圧）Ｖは、その抵抗分の変動の影響をほとんど受けることがない。

しかしながら、この特許文献３に係る技術では、４個の検出コイルを駆動するのに４個のＦＥＴからなるブリッジ回路を用いているために、ブリッジ回路が配置される電子回路側と４個の検出コイルとの間の配線数が増加して回路構成が複雑化するという新たな課題が発生する。
検出電圧（分圧電圧） Ｖ＝Ｅ×Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２） …（２）

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、簡易な構成で低コストの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。

また、この発明は、上記特許文献２に係る技術に関連してなされたものであり、温度変化及び磁場変化があってもこれらの影響を受けない簡易な構成で低コストの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。

この発明に係る磁歪式トルクセンサは、電源と、第１ダンピング用抵抗器と、シャフトに設けられ、異なる磁気異方性を有する第１及び第２磁歪部と、前記第１磁歪部に対向配置された第１検出コイルと、前記第２磁歪部に対向配置された第２検出コイルと、第２ダンピング用抵抗器と、スイッチング素子と、トルク検出部と、を備え、前記電源と接地との間に、直列に、前記第１ダンピング用抵抗器、前記第１検出コイル、前記第２検出コイル、前記第２ダンピング用抵抗器、及び前記スイッチング素子の順で接続し、前記トルク検出部は、前記第１検出コイルと前記第２検出コイルの接続点の電位に基づき、前記シャフトに入力されるトルクを検出することを特徴とする。

この構成によれば、電源とスイッチング素子との間に第１検出コイルと第２検出コイルを直列に接続するという簡易な構成で低コストの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ができる。

この場合、例えば、第１及び第２検出コイルに、共通に電源を供給する線（電源供給線）と、第１及び第２検出コイルの接続点の電位を検出する線（第１検出出力線）と、スイッチング素子を接続する線（スイッチング素子線）の３本の線を接続するだけで、トルクを検出することができるので、簡易な構成で低コストの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実現できる。

そして、さらに、一端が、前記第１検出コイルと前記第１ダンピング用抵抗器との接続点に接続されるとともに、前記第２磁歪部に対向配置された第３検出コイルと、一端が、前記第３検出コイルの他端に直列に接続され、他端が前記第２検出コイルと前記第２ダンピング用抵抗器との接続点に接続されるとともに、前記第１磁歪部に対向配置された第４検出コイルと、故障検出部と、を備え、前記故障検出部は、前記第１検出コイルと前記第２検出コイルの接続点の電位と、前記第３検出コイルと前記第４検出コイルの接続点の電位に基づき、前記磁歪式トルクセンサの故障を検出するように構成する。

この構成によれば、第１〜第４検出コイルでスイッチング素子が共用されるので、構成が簡易であり低コストである。そして、例えば、新たに、第３検出コイルと第４検出コイルの接続点の電位を検出する線（第２検出出力線）を設けることのみで、温度変化及び磁場変化があってもこれらの影響を受けない簡易な構成で低コストの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実現できる。

なお、上記検出コイルの接続点の電位を検出する線には、それぞれハイインピーダンス入力のボトムホールド回路を設けることで、線を接続するコネクタのインピーダンス（接触抵抗）の変動の影響を無視することができる。

この発明によれば、簡易な構成で低コストの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実現できる。

また、この発明によれば、温度変化及び磁場変化があってもこれらの影響を受けない簡易な構成で低コストの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実現できる。

以下、この発明に係る磁歪式トルクセンサとこれを備えた電動パワーステアリング装置の実施例を図面を参照して説明する。

図１に示すように、車両用の電動パワーステアリング装置１００はステアリング（操舵手段）２に連結されたステアリングシャフト１を備えている。ステアリングシャフト１は、ステアリング２に一体結合されたメインステアリングシャフト３と、ラック＆ピニオン機構のピニオン７が設けられたピニオン軸５とが、ユニバーサルジョイント４によって連結されて構成されている。

ピニオン軸５はその下部、中間部、上部を軸受６ａ、６ｂ、６ｃによって支持されており、ピニオン７はピニオン軸５の下端部に設けられている。ピニオン７は、車幅方向に往復動可能なラック軸８のラック歯８ａに噛合し、ラック軸８の両端には、タイロッド９、９を介して転舵輪としての左右の前輪１０、１０が連結されている。

この構成により、ステアリング２の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪１０、１０を転舵させて車両の向きを変えることができる。ここで、ラック軸８、ラック歯８ａ、タイロッド９、９は転舵機構を構成する。

また、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリング２による操舵力を軽減するための補助操舵力を供給する電動機１１を備えており、この電動機１１の出力軸に設けられたウォームギヤ１２が、ピニオン軸５において中間部の軸受６ｂの下側に設けられたウォームホイールギヤ１３に噛合している。

また、ピニオン軸５において中間部の軸受６ｂと上部の軸受６ｃとの間には、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサ３０が配置されている。

図２にも示すように、磁歪式トルクセンサ３０は、ピニオン軸５の外周面に周方向全周に亘って環状に設けられた第１磁歪膜３１および第２磁歪膜３２と、第１磁歪膜３１に対向配置された第１検出コイル１０１および第４検出コイル１０４と、第２磁歪膜３２に対向配置された第２検出コイル１０２および第３検出コイル１０３と、第１〜第４検出コイル１０１〜１０４にそれぞれ接続された検出部５０ａを主要構成としている。

第１、第２磁歪膜３１、３２は、歪みに対して透磁率の変化が大きい素材からなる金属膜であり、例えば、ピニオン軸５の外周にメッキ法で形成したＮｉ−Ｆｅ系の合金膜からなる。

第１磁歪膜３１は、ピニオン軸５の軸線に対して約４５度傾斜した方向に磁気異方性を備えるように構成されており、第２磁歪膜３２は、第１磁歪膜３１の磁気異方性の方向に対して約９０度傾斜した方向に磁気異方性を備えるように構成されている。すなわち、２つの磁歪膜３１、３２の磁気異方性は互いに約９０度位相を異にしている。

第１検出コイル１０１および第４検出コイル１０４は、第１磁歪膜３１の周囲にこれと所定の隙間を有した状態で同軸状に配置されており、ピニオン軸５の軸線方向に互いにずらして配置されている。

第２検出コイル１０２および第３検出コイル１０３は、第２磁歪膜３２の周囲にこれと所定の隙間を有した状態で同軸状に配置されており、ピニオン軸５の軸線方向に互いにずらして配置されている。

第１、第２磁歪膜３１、３２の磁気異方性を前述のように設定したことにより、ピニオン軸５にトルクが作用した状態では、第１、第２磁歪膜３１、３２の一方に圧縮力が作用し、他方に引っ張り力が作用するようになり、その結果、一方の磁歪膜の透磁率が増加し、他方の磁歪膜の透磁率が減少する。そして、これに応じて一方の磁歪膜の周囲に配置された２つの検出コイルのインダクタンスが増加し、他方の磁歪膜の周囲に配置された２つの検出コイルのインダクタンスが減少する。

第１〜第４検出コイル１０１〜１０４のインダクタンス変化は電圧変化に変換されてＥＣＵ５０（電子制御装置）を構成する検出部５０ａに出力される。

ＥＣＵ５０は、検出部５０ａと制御部５０ｂとを含んで構成される。

制御部５０ｂは、検出部５０ａからの出力電圧ＶＴ１、ＶＴ２、ＶＴ３、ＶＴ４に基づいて、ピニオン軸５に作用する操舵トルクの検出と、磁歪式トルクセンサ３０の故障検出を実行する。制御部５０ｂは、また、検出した操舵トルクに基づき電動機１１を制御する。

図２は、磁歪式トルクセンサ３０と検出部５０ａの詳細な回路結線図を示している。

図示しない車載バッテリからＥＣＵ５０（検出部５０ａ）に供給される電源を安定化した電源電圧Ｅが、小抵抗｛上記（２）式の電圧検出に影響を与えない程度の抵抗値｝のダンピング用抵抗である抵抗器４２ａを通じ、コネクタ２０３（２０３ａ、２０３ｂ）及び配線を通じて第１検出コイル１０１の一端１０１ａに供給されるとともに、第３検出コイル１０３の一端１０３ａに供給される。

第１検出コイル１０１の他端１０１ｂは、配線を通じて第２検出コイル１０２の一端１０２ａに接続されるとともに、配線及びコネクタ２０１（２０１ａ、２０１ｂ）を通じて検出部５０ａ内のボトムホールド回路３６ａ（第１ボトムホールド回路）の入力端子５２ａに接続される。

この場合、ボトムホールド回路３６ａの入力端子５２ａには、磁歪式トルクセンサ３０から第１検出信号Ｓｃ１が供給される。

第３検出コイル１０３の他端１０３ｂは、配線を通じて第４検出コイル１０４の一端１０４ａに接続されるとともに、配線及びコネクタ２０２（２０２ａ、２０２ｂ）を通じて検出部５０ａ内のボトムホールド回路３６ｂ（第２ボトムホールド回路）の入力端子５２ｂに接続される。

この場合、ボトムホールド回路３６ｂの入力端子５２ｂには、磁歪式トルクセンサ３０から第２検出信号Ｓｃ２が供給される。

第４検出コイル１０４の他端１０４ｂと第２検出コイル１０２の他端１０２ｂは配線を通じて接続されるとともに、配線及びコネクタ２０４（２０４ａ、２０４ｂ）を通じて検出部５０ａ内のダンピング用抵抗である抵抗器４２ｂの一端に接続され、抵抗器４２ｂの他端はトランジスタ４１のコレクタ端子に接続される。トランジスタ４１のコレクタ端子は逆回復ダイオード４３を通じて電源電圧Ｅに接続される。トランジスタ４１のエミッタ端子は接地され、トランジスタ４１のベース端子には、制御部５０ｂ（図１参照）からスイッチング信号Ｓｓが供給されている。ダンピング用抵抗である抵抗器４２ａ、４２ｂは、検出コイル１０１、１０２のインピーダンスに比べて十分小さいので回路動作を考慮する上では短絡されているとみなすことができる。

図３は、ボトムホールド回路３６（３６ａと３６ｂは同一構成）の詳細な回路図を示している。

第１又は第２検出信号Ｓｃ１、Ｓｃ２（代表して検出信号Ｓｃという。）が供給されるボトムホールド回路３６の入力端子５２（５２ａ、５２ｂ）は、バッファアンプＡ２の正相入力端子に接続され、バッファアンプＡ２の出力端子にはダイオードＤ２のカソード端子が接続される。ダイオードＤ２のアノード端子は、バッファアンプＡ２の逆相入力端子に接続されるとともに、Ａ／Ｄ変換器５６を介してボトムホールド回路３６の出力端子５４（５４ａ、５４ｂ）に接続される。

ダイオードＤ２のアノード端子と電源電圧Ｅとの間に抵抗器Ｒ２とコンデンサＣ２の並列回路が接続されている。

ダイオードＤ２のアノード端子には、検出信号Ｓｃのトラックホールド信号Ｓｃ´（Ｓｃ１´、Ｓｃ２´）が現れる。ここで、トラックホールド信号Ｓｃ´と称したのは、検出信号Ｓｃの減少方向では検出信号Ｓｃとトラックホールド信号Ｓｃ´とが追従する（トラックする）同一波形とされるが、検出信号Ｓｃの増加方向では、逆回復ダイオード４３の作用下に検出信号Ｓｃが上昇するのに対し、トラックホールド信号Ｓｃ´では、コンデンサＣ２が抵抗器Ｒ２を通じて放電されて上昇するので、緩やかに上昇するからであり、トラックホールド信号Ｓｃ´では一時的にボトムがホールドされて徐々に上昇する波形とされるからである。

ボトムホールド回路３６の出力端子５４には、Ａ／Ｄ変換器５６によってサンプリングされたトラックホールド信号Ｓｃ´のボトムがホールドされた出力電圧ＶＴ１、ＶＴ２が得られる。

ここで、検出部５０ａ及びボトムホールド回路３６の動作について、図４のタイムチャートに基づいて、詳しく説明する。

トランジスタ４１は、図４Ａに示すスイッチング信号Ｓｓにより所定周期（同一周期）で所定時間（同一時間）オンオフされる。

時点ｔ１〜ｔ２、時点ｔ３〜ｔ４、時点ｔ５〜ｔ６が所定時間のオン期間であり、時点ｔ１〜ｔ３、時点ｔ３〜ｔ５等が所定周期である。

時点ｔ１においてトランジスタ４１がオンされると、第１〜第４検出コイル１０１〜１０４が励磁される。時点ｔ１から時点ｔ２にかけて上述した（２）式に対応する、ピニオン軸５の捩れに応じた図４Ｂに示す方形波信号の第１検出信号Ｓｃ１と第２検出信号Ｓｃ２が得られる。

ボトムホールド回路３６は、バッファアンプＡ２の正相入力端子に供給される検出信号Ｓｃ（Ｓｃ１、Ｓｃ２）の電圧が下がると、バッファアンプＡ２の出力端子の電圧も下がり、ダイオードＤ２が導通して逆相入力端子の電圧も同様に下がる。すなわち、検出信号Ｓｃ１の電圧の低下中には、バッファアンプＡ２はボルテージフォロワとして動作し、同一の電圧が逆相入力端子及びボトムホールド回路３６の出力端子５４に現れる。このとき、同時に、コンデンサＣ２に電荷が充電される。すなわち、検出信号Ｓｃが低下中には、トラックホールド信号Ｓｃ´が検出信号Ｓｃに追従する（トラックする。）。

一方、電圧が下がった時点、例えば時点ｔ２で検出信号Ｓｃ１の電圧が上昇すると、ダイオードＤ２が非導通となる。抵抗器Ｒ２は放電用の抵抗器である。

したがって、このとき、コンデンサＣ２に充電された電荷によるコンデンサＣ２の端子間電圧が、ホールドされ、トラックホールド信号Ｓｃ´（Ｓｃ１´、Ｓｃ２´）がＡ／Ｄ変換器５６でＡ／Ｄ変換され、第１出力電圧ＶＴ１及び第２出力電圧ＶＴ２が得られる。

図４Ｃは、トラックホールド信号Ｓｃ´（Ｓｃ１´、Ｓｃ２´）をＡ／Ｄ変換器５６でＡ／Ｄ変換して時点ｔ２、ｔ４、ｔ６で得られた第１出力電圧ＶＴ１及び第２出力電圧ＶＴ２をそれぞれ補間した第１出力電圧ＶＴ１と第２出力電圧ＶＴ２を描いている。

第１出力電圧ＶＴ１と第２出力電圧ＶＴ２の差信号がアナログ信号処理的に描いた差動増幅器３８によって得られ、差動増幅器３８の出力信号である差信号がトルク検出電圧ＶＴ３とされる。

また、第１出力電圧ＶＴ１と第２出力電圧ＶＴ２の和信号がアナログ信号処理的に描いた加算器３９によって得られ、加算器３９の出力信号である和信号が故障検出電圧ＶＴＦとされる。

図５は、各種出力電圧を描いている。

第１出力電圧ＶＴ１と第２出力電圧ＶＴ２の差信号がトルク検出電圧ＶＴ３となり、第１出力電圧ＶＴ１と第２出力電圧ＶＴ２の和信号が故障検出電圧ＶＴＦになることが分かる。なお、このようにトルク検出電圧ＶＴ３と故障検出電圧ＶＴＦが得られることは、特許文献１（特開２００５−３２１３１６号公報の図１０）等により周知である。

ここで、第１出力電圧ＶＴ１と第２出力電圧ＶＴ２は、第１〜第４検出コイル１０１〜１０４の４つの検出コイルを利用して得ているので、特許文献２（特開２００６−６４４４５号公報の図５、図８、図１１）に詳細に記載されているように、温度変化及び磁場変化によるオフセットがキャンセルされた電圧となっている。

そこで、故障検出電圧ＶＴＦに対して、図５に示すように、制御部５０ｂは、故障検出閾値範囲ＴＨ（最小閾値電圧Ｔｈ１と最大閾値電圧Ｔｈ２の範囲）を設けることで、故障検出電圧ＶＴＦが故障検知閾値範囲ＴＨの外の値となった場合に、磁歪式トルクセンサ３０に故障が発生していると検知することができる。

なお、温度変化及び磁場変化の少ない環境下でトルクのみを検出する場合、あるいはトルクの検出精度がそれほどには要求されない用途では、図６に示すように、２個の検出コイルと１個のボトムホールド回路を省略した磁歪式トルクセンサ３０Ａと検出部５０ａＡの簡単な構成を採用することもできる。

この図６例の磁歪式トルクセンサ３０Ａは、シャフトであるピニオン軸５に設けられ、異なる磁気異方性を有する第１及び第２磁歪膜３１、３２と、一端１０１ａに電源電圧Ｅが供給され第１磁歪膜３１に対向配置された第１検出コイル１０１と、一端１０２ａが第１検出コイル１０１の他端１０１ｂに直列に接続され第２磁歪膜３２に対向配置された第２検出コイル１０２と、第２検出コイル１０２の他端１０２ｂに直列接続されたスイッチング素子であるトランジスタ４１と、第１検出コイル１０１と第２検出コイル１０２の接続点（中点）の電位を表す第１検出信号Ｓｃ１に基づき、シャフトであるピニオン軸５に入力されるトルクを検出するトルク検出部としての検出部５０ａＡとを備える。

このように、２つの第１及び第２検出コイル１０１、１０２とスイッチング素子であるトランジスタ４１を電源電圧Ｅと接地間に直列に接続し、第１及び第２検出コイル１０１、１０２間の中点電位を検出する構成とすれば、第１及び第２検出コイル１０１、１０２に、電源電圧Ｅを供給するコネクタ２０３に接続された線（電源線）と、第１及び第２検出コイル１０１、１０２の接続点の電位を検出するコネクタ２０１に接続された線（第１検出出力線）と、スイッチング素子であるトランジスタ４１を接続するコネクタ２０４に接続された線（スイッチング線）の３本の線を接続するだけで、検出部５０ａＡで第１出力電圧ＶＴ１によりトルクを検出することができるので、簡易な構成で低コストの磁歪式トルクセンサ３０Ａを実現できる。

なお、従来技術に係る図８に示した駆動・検出回路に対比して、磁歪式トルクセンサ３０Ａを簡略化した、図６例の実施形態に係る検出信号Ｓｃを得るための駆動・検出回路を図７に示す。検出信号Ｓｃの値を表す検出電圧（分圧電圧）Ｖは、上述した（２）式のＶ＝Ｅ×Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）で得られることが理解される。この構成によれば、電源電圧Ｅとスイッチング素子であるトランジスタＱとの間に第１検出コイル１０１（インダクタンスＬ、インピーダンスＺ１）と第２検出コイル１０２（インダクタンスＬ、インピーダンスＺ２）を直列に接続するという簡易な構成で低コストの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構築することができる。

そして、図２例の磁歪式トルクセンサ３０は、図６例の磁歪式トルクセンサ３０Ａに対して、さらに、一端１０３ａに電源電圧Ｅが供給され、第２磁歪膜３２に対向配置された第３検出コイル１０３と、一端１０４ａが第３検出コイル１０３の他端１０３ｂに直列に接続され他端１０４ｂが第２検出コイル１０２の他端１０２ｂに接続され第１磁歪膜３１に対向配置された第４検出コイル１０４と、第１検出コイル１０１と第２検出コイル１０２の接続点の電位を表す第１検出信号Ｓｃ１と、第３検出コイル１０３と第４検出コイル１０４の接続点の電位を表す第２検出信号Ｓｃ２に基づき、磁歪式トルクセンサ３０の故障を検出する検出部５０ａ（故障検出部）と、を備えるように構成する。

この構成によれば、図２例の磁歪式トルクセンサ３０は、第１〜第４検出コイル１０１〜１０４でスイッチング素子であるトランジスタ４１が共用されるので、構成が簡易であり低コスト化が図れる。

しかも、図２例の磁歪式トルクセンサ３０の配線構成によれば、図６例の磁歪式トルクセンサ３０ａＡの配線構成に対して、第３検出コイル１０３と第４検出コイル１０４の接続点（中点）の電位を検出するコネクタ２０２（図２参照）に接続される線（第２検出出力線）を設けることのみで、温度変化及び磁場変化があってもこれらの影響を受けないトルク検出と故障検出が可能であり、かつ簡易な構成で低コストの磁歪式トルクセンサ３０及び電動パワーステアリング装置１００を実現できる。

図６に示す検出部５０ａＡは、第１検出コイル１０１と第２検出コイル１０２の接続点に接続されるハイインピーダンス入力の第１ボトムホールド回路としてのボトムホールド回路３６ａを含んでいるので、配線を接続するコネクタ２０１のインピーダンス（接触抵抗）の変動による検出電圧の変動の影響を無視することができる。

同様に、図２に示す検出部５０ａは、第３検出コイル１０３と第４検出コイル１０４の接続点に接続されるハイインピーダンス入力の第２ボトムホールド回路としてのボトムホールド回路３６ｂを含んでいるので、配線を接続するコネクタ２０２のインピーダンス（接触抵抗）の変動の影響を無視することができる。

なお、図２に示した磁歪式トルクセンサ３０を用いた電動パワーステアリング装置１００では、コネクタ２０１、２０２の他に、第１及び第３検出コイル１０１、１０３の各一端１０１ａ、１０３ａと電源電圧Ｅとの間に接続されるコネクタ２０３と、第２検出コイル１０２の他端１０２ｂと第４検出コイル１０４の他端１０４ｂとの接続点とスイッチング素子であるトランジスタ４１との間に接続されるコネクタ２０４の４組のコネクタ２０１〜２０４のみを用いて構成しているので、構成が簡単であり、コストを低減することができる。

この発明の一実施形態にかかる磁歪式トルクセンサを備えた一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。 図１中、磁歪式トルクセンサと検出部の詳細構成図である。 図２中、ボトムホールド回路の回路図である。 磁歪式トルクセンサの動作説明に供されるタイムチャートであって、図４Ａは、スイッチング信号の波形図、図４Ｂは、検出信号の波形図、図４Ｃは、出力電圧の説明図である。 磁歪式トルクセンサの動作説明に供される特性図である。 他の実施形態に係る磁歪式トルクセンサと検出部の詳細構成図である。 この発明の一実施例に係る駆動・検出回路図である。 従来技術に係る駆動・検出回路図である。 図９Ａは、励磁信号に対応するスイッチング信号の波形図、図９Ｂは、直列抵抗分が変化した場合の波形変動（電圧変動）の説明図である。

符号の説明

３０、３０Ａ、３０ａＡ…磁歪式トルクセンサ
３１…第１磁歪膜 ３２…第２磁歪膜
３６（３６ａ、３６ｂ）…ボトムホールド回路
５０…ＥＣＵ
５０ａ、５０ａＡ…検出部 ５０ｂ…制御部
１００…電動パワーステアリング装置
１０１〜１０４…第１〜第４検出コイル

Claims (6)

1. 電源と、
   第１ダンピング用抵抗器と、
   シャフトに設けられ、異なる磁気異方性を有する第１及び第２磁歪部と、
   前記第１磁歪部に対向配置された第１検出コイルと、
   前記第２磁歪部に対向配置された第２検出コイルと、
   第２ダンピング用抵抗器と、
   スイッチング素子と、
   トルク検出部と、を備え、
   前記電源と接地との間に、直列に、前記第１ダンピング用抵抗器、前記第１検出コイル、前記第２検出コイル、前記第２ダンピング用抵抗器、及び前記スイッチング素子の順で接続し、
   前記トルク検出部は、前記第１検出コイルと前記第２検出コイルの接続点の電位に基づき、前記シャフトに入力されるトルクを検出する
   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、
   さらに、
   一端が、前記第１検出コイルと前記第１ダンピング用抵抗器との接続点に接続されるとともに、前記第２磁歪部に対向配置された第３検出コイルと、
   一端が、前記第３検出コイルの他端に直列に接続され、他端が前記第２検出コイルと前記第２ダンピング用抵抗器との接続点に接続されるとともに、前記第１磁歪部に対向配置された第４検出コイルと、
   故障検出部と、を備え
   前記故障検出部は、前記第１検出コイルと前記第２検出コイルの接続点の電位と、前記第３検出コイルと前記第４検出コイルの接続点の電位に基づき、前記磁歪式トルクセンサの故障を検出する
   ことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
3. 請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記トルク検出部は、
   前記第１検出コイルと前記第２検出コイルの接続点に接続されるハイインピーダンス入力の第１ボトムホールド回路を
   含むことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
4. 請求項２記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記故障検出部は、
   前記第１検出コイルと前記第２検出コイルの接続点にコネクタを介して接続されるハイインピーダンス入力の第１ボトムホールド回路と、
   前記第３検出コイルと前記第４検出コイルの接続点にコネクタを介して接続されるハイインピーダンス入力の第２ボトムホールド回路と、
   を含むことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
5. 請求項１〜４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ダンピング用抵抗器及び前記スイッチング素子の接続点と前記電源との間に逆回復ダイオードが挿入されている
   ことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁歪式トルクセンサが操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに基づいて転舵する
   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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