JP5398713B2 - トルクセンサ - Google Patents

Description

この発明は２軸間の相対的回転位置を検出するトルクセンサに関し、例えば自動車のパワーステアリング軸に負荷されるねじり負荷を検出するためのトルクセンサとしての用途に適したものである。

トーションバーを介して連結された入力軸及び出力軸に発生するトルクを、該入力軸及び出力軸間のねじれ量（相対回転位置）として検出するトルクセンサが公知である。例えば、下記特許文献１では、円周方向に複数の開口窓を２列で設けたアルミニウム製の円筒体をそれぞれ入力軸及び出力軸に取り付け、両円筒体における２列の開口窓列が互いに重なり合うように配置し、各開口窓列に対応して検出コイルをそれぞれ配置し、ねじれ量（相対回転位置）に応じた各列における開口窓の重なりの変化を検出コイルで検出するようにしている。しかし、特許文献１のトルクセンサは、コイルを含むセンサ構成部品の温度ドリフト特性補償対策が不十分であるため、検出精度を出しにくく、また、検出出力信号のダイナミックレンジを大きくとることもできず、更に、センサ構成部品の故障時の対策も不十分であった。

下記特許文献２においては、トルクセンサにおいて温度補償用抵抗（サーミスタ等）を検出コイルに直列に設けることで検出コイルの温度ドリフト特性補償を行うようにしたことが示されている。また、検出コイルの出力交流電圧と励磁用交流電圧の位相を合わせた上でその差を差動増幅回路で求め、その差電圧をピーク位置でサンプルホールドすることにより、検出したトルクに応じたアナログ直流電圧を得るようにしたことが示されている。しかし、これでも検出出力信号のダイナミックレンジを十分に大きくとることができず、限界があった。例えば、差動増幅回路の増幅率を上げることで見掛け上ダイナミックレンジを大きくしようとした場合、Ｓ／Ｎ比が問題となるので好ましくない。また、サンプルホールド制御用のサンプリングパルスを生成するためのサンプリングパルス発生回路は励磁用交流電圧をアナログ処理するように構成されているので、そのアナログ回路部分で温度ドリフト特性を持ってしまい、検出精度に悪影響を与えるおそれがあった。

一方、下記特許文献３〜５においては、故障診断機能を備えたトルクセンサが示されている。これらの従来技術においては、検出コイルの出力交流信号の位相あるいはその直流成分のいずれか一方から、断線、半断線等の故障、異常等を検出するようにしている。しかし、検出コイルの出力交流信号の位相及びその直流成分の両方を考慮した総合的な故障診断機能を簡便な構成で具備することが望まれている。

しかし、従来技術においては、各種のタイプの故障診断が個別の診断用回路を用いて行われていたため、極端な場合は、個々のタイプの故障検知信号別に、個別の配線を介して診断結果を中央の制御装置（例えば自動車におけるＥＣＵ）に通知しなければならず、配線数が増してしまう。例えば、検出コイルの出力交流信号の直流成分を考慮した故障診断にあっては、従来技術では、出力交流信号をローパスフィルタすることでその直流電圧成分を取り出し、取り出した直流電圧成分を評価するようにしていた。そのため、センサ部から中央の制御装置に対する出力ラインとして、出力交流信号ラインとは別に、ローパスフィルタから出力した直流電圧成分のラインを設ける必要があり、伝送線の配線数が増す、という問題があった。

特開平８−１１４５１８号 特許第３５８８６８４号 特許第３５８９０５３号 特許第３６４９０５７号 特許第４０４３１１６号

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、優れた故障診断機能を具備したトルクセンサを提供しようとするものである。また、交流位相成分及び直流電圧成分の両面に基づき精度のよい故障診断を行えるトルクセンサを提供しようとするものであり、特に、直流電圧成分に基づく故障診断情報を少ない伝送線数で実現できるトルクセンサを提供しようとするものである。更に、検出出力信号のダイナミックレンジを大きくとれるように構成することで検出精度を向上させた、トルクセンサを提供しようとするものである。更には、簡素な構成でありながら、温度ドリフトの補償性能にも優れた、トルクセンサを提供しようとするものである。

本発明に係るトルクセンサは、トーションバーを介して連結された第１及び第２の回転軸に発生するトルクを検出するトルクセンサであって、少なくとも１つのコイル、前記第１の回転軸に連結された第１の磁気応答部材、前記第２の回転軸に連結された第２の磁気応答部材を含み、前記第１及び第２の回転軸の相対的回転位置に応答してインピーダンス変化を該コイルに生じさせるように前記第1及び第２の磁気応答部材を構成したセンサ部と、所定の直流電圧でバイアスされた励磁用交流信号を前記コイルに印加するコイル駆動回路と、前記コイルの出力に含まれる直流電圧成分及び前記励磁用交流信号のピーク振幅値に相当する直流電圧の少なくとも一方を、故障診断用のオフセット電圧として生成するオフセット電圧生成回路と、前記コイルの出力に含まれる検出出力交流電圧成分と前記励磁用交流信号に基づく基準交流電圧成分との差を求め、求めた差信号を前記オフセット電圧でオフセットした出力を生じる差動増幅回路と、前記差動増幅回路から出力された差信号中の交流成分の振れ幅を検出することにより、前記コイルの前記インピーダンス変化に応答する検出データをトルク検出データとして取得するトルク検出部と、前記差動増幅回路から出力された差信号中の交流成分の振れの中心に相当する電圧を前記オフセット電圧として抽出するオフセット電圧抽出部と、前記抽出したオフセット電圧が所定範囲内であるとき正常と判定し、所定範囲外のとき異常と判定する故障診断部とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、所定の直流電圧でバイアスされた励磁用交流信号をコイルに印加することで、コイルの断線、半断線等の故障若しくは異常等に応答する信号を、コイル出力信号中の直流電圧成分から得ることができる。例えば、コイルの断線、半断線等の故障がなければ、コイル出力信号中の直流電圧成分はバイアスした所定の直流電圧に対応するものとなり、変動が生じないが、断線、半断線等の故障が起きた場合は、それに応じてコイル出力信号中の直流電圧成分は変動する。オフセット電圧生成回路において、そのようなコイルの出力に含まれる直流電圧成分を、故障診断用のオフセット電圧として生成することで、該オフセット電圧によってコイルの断線、半断線等の故障を知らせることができる。一方、励磁用交流信号のレベル（ピーク振幅値）の変動をチェックすることも、故障診断にとっては重要である。従って、オフセット電圧生成回路において、励磁用交流信号のピーク振幅値に相当する直流電圧を、故障診断用のオフセット電圧に含めて生成することで、該オフセット電圧によって励磁用交流信号のレベル（ピーク振幅値）の変動として顕在化する故障を知らせることができる。

一方、コイルの出力に含まれる検出出力交流電圧成分と励磁用交流信号に基づく基準交流電圧成分との差を求める差動増幅回路を使用することで、トルク検出信号のダイナミックレンジを拡張することは既に公知である。本発明においても、そのように有利な差動増幅回路を使用してトルク検出信号を得るようにしている。その場合において、本発明が特徴とするところは、上記のように生成した故障診断用のオフセット電圧を、差動増幅回路で求めた検出出力交流電圧成分と基準交流電圧成分との差信号に組み込む、つまり、該差信号をオフセット電圧でオフセットした点にある。こうして得られた差信号は、１つの信号でありながら、交流成分の振幅レベル（ピーク振幅値）成分において検出対象たるトルクを示す情報を含んでおり、かつ、オフセット電圧成分において上述した故障情報を含んでいる。また、公知のように、故障のタイプによっては、コイル検出出力交流電圧において位相変動をもたらすものもある。このような位相変動として顕在化する故障情報は、上記差信号そのものに含まれていると言える。

かくして、本発明によれば、差動増幅回路から出力される１つの差信号の中に、トルク検出情報と、直流成分の変動して顕在化する故障情報と、位相成分の変動として顕在化する故障情報、のすべてを含ませることができる。従って、１本の出力ラインで、トルク検出情報と必要なすべての故障情報を伝送できることになり、極めて簡素化された配線構成からなるものでありながら、高度の故障診断機能を持つトルクセンサを提供することができる、という優れた効果を奏する。しかも、上述のように、差動増幅回路はダイナミックレンジを拡張したトルク検出信号を提供するので、検出精度を向上させたトルクセンサを提供することができる。更に、コイルに接続された温度特性補償抵抗素子を具備することにより、温度ドリフト補償したコイル出力信号を生成することができ、これによっても、検出精度を向上させたトルクセンサを提供することができる。

本発明の好適な実施例によれば、所定の直流電圧が加算された励磁用交流信号を生成する交流信号生成回路を更に具備し、前記温度特性補償抵抗素子、前記コイル駆動回路、前記オフセット電圧生成回路、及び前記差動増幅回路を含む第１回路部が、前記センサ部を収納したケーシング内に収納されており、前記交流信号生成回路、前記トルク検出部、前記オフセット電圧抽出部を含む第２回路部が伝送線を介して前記ケーシングの側と接続され、前記伝送線が、１つの励磁用交流信号供給ラインと、１つの検出出力ラインと、１つのアースラインとで構成されており、前記交流信号生成回路で生成した前記励磁用交流信号が前記励磁用交流信号供給ラインを介して前記ケーシングの側に伝送され、該ケーシングの側で受け取った前記励磁用交流信号を前記コイル駆動回路に供給し、かつ、該励磁用交流信号に含まれる前記所定の直流電圧を取り出して該ケーシングの側に収納された各回路への直流電源として供給するように構成されており、前記差動増幅回路の出力が前記検出出力ラインを介して前記トルク検出部及び前記オフセット電圧抽出部の側に送られる、ようにするとよい。

これにより、前記センサ部を収納したケーシング内に、前記温度特性補償抵抗素子、前記コイル駆動回路、前記オフセット電圧生成回路、及び前記差動増幅回路を含む第１回路部を収納することで、センサ部側から、上述のように、１本の出力ラインで、トルク検出情報と必要なすべての故障情報を伝送できるように配置することができ、その際に、センサ部側の第１回路部に対して、格別の電源供給線を必要としない、という優れた効果を奏する。すなわち、１本の励磁用交流信号供給ラインにて供給される励磁用交流信号において電源用の直流電圧が加算されているため、センサ部側の第１回路部において、該励磁用交流信号に含まれる前記所定の直流電圧を取り出して該ケーシングの側に収納された各回路への直流電源として用いることができる。従って、この実施形態によれば、格別の直流電源供給線が不要となり、第１回路部と第２回路部間の伝送線を簡素化することができる。

更なる実施形態として、前記第２回路部の側において、前記検出出力ラインからの信号をインターフェースするためのプルダウン抵抗が設け、該検出出力ラインの不良時の抵抗変化に基づく直流電圧成分を該プルダウン抵抗を介して発生させるように構成し、前記オフセット電圧抽出部は、前記オフセット電圧に前記プルダウン抵抗を介して発生させた直流電圧成分を上乗せした電圧を抽出し、前記故障診断部は、検出出力ラインの不良に基づく異常にも反応しうるように構成するとよい。これにより、検出出力ラインのコネクタの接触不良等の故障も診断できるようになる。

好ましい実施形態として、前記センサ部は、第１及び第２のコイルを含み、前記第１及び第２の回転軸の相対的回転位置に応答して互いに逆特性のインピーダンス変化を該第１及び第２のコイルに生じさせるように前記第1及び第２の磁気応答部材を構成しかつ該第１及び第２のコイルを配置してなり、前記第１及び第２のコイルの各々に対応して、前記温度特性補償抵抗素子と、前記コイル駆動回路と、前記オフセット電圧生成回路と、前記差動増幅回路とをそれぞれ設け、前記トルク検出部は、前記第１のコイルに対応する前記差動増幅回路から出力された差信号中の交流成分の振れ幅を検出することにより、前記第１のコイルの前記インピーダンス変化に応答する検出データを第１のトルク検出データとして取得し、かつ、前記第２のコイルに対応する前記差動増幅回路から出力された差信号中の交流成分の振れ幅を検出することにより、前記第２のコイルの前記インピーダンス変化に応答する検出データを第２のトルク検出データとして取得するものであり、前記オフセット電圧抽出部は、前記第１のコイルに対応する前記差動増幅回路から出力された差信号中の交流成分の振れの中心に相当する電圧を第１のオフセット電圧として抽出し、かつ、前記第２のコイルに対応する前記差動増幅回路から出力された差信号中の交流成分の振れの中心に相当する電圧を第２のオフセット電圧として抽出するのであり、前記故障診断部は、前記第１及び第２のオフセット電圧の少なくとも一方が所定範囲外のとき異常と判定するものであり、更に、前記第１及び第２のトルク検出データの加算値が所定範囲内であるとき正常と判定し、所定範囲外のとき異常と判定する、別の故障診断部を具備する、ようにするとよい。これにより、相対的回転位置（トルク）に対して互いに逆特性を持つ２種類の検出信号を生成することができ、自動車のパワーステアリング軸のトルクセンサとして安全対策上必要とされる冗長性（リダンダンシー）を備えたセンサ部を提供することができる。

本発明に係るトルクセンサの一実施例を示す回路図。

図１におけるセンサ部の機構の一例を示す一部断面側面図。

トルク検出処理及び故障診断処理の動作例を説明するためのタイムチャート。

図１におけるマイクロコンピュータが実行するトルク検出処理の一例を示すフローチャート。

第１（メイン）及び第２（サブ）のトルク検出データの値と検出トルク（相対回転位置）との間の相関関係の一例を示すグラフ。

図１におけるマイクロコンピュータが実行するオフセット電圧抽出処理の一例を示すフローチャート。

図１におけるマイクロコンピュータが実行する故障診断処理１の一例を示すフローチャート。

図１におけるマイクロコンピュータが実行する故障診断処理２の一例を示すフローチャート。

以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係るトルクセンサの一実施例を示す回路図である。トルクセンサは、センサ部１０と、該センサ部１０に近接配置された第１回路部２０と、これらのセンサ部１０及び第１回路部２０から離隔して配置される第２回路部３０とで構成される。

図２は、センサ部１０の機構の一例を示す一部断面側面図である。この実施例に係るトルクセンサは、自動車のステアリングシャフトのトーションバーに負荷されるねじれトルクを検出する。公知のように、ステアリングシャフトにおいては入力軸（第１の回転軸）１と出力軸（第２の回転軸）２とがトーションバー（図示せず）を介して連結されている。入力軸１及び出力軸２はトーションバーによるねじれ変形の許す限りの限られた角度範囲（例えば最大でも＋６度〜−６度程度の範囲）で相対的に回転しうる。センサ部１０は、トーションバーの周囲に設置される。センサ部１０は、第１のコイル１１、第２のコイル１２、入力軸（第１の回転軸）１に連結された第１の磁気応答部材３、出力軸（第２の回転軸）２に連結された第２の磁気応答部材４を含む。第１及び第２の磁気応答部材３，４は、例えば、円筒形状を成した良導電性かつ非磁性（反磁性）の材質（例えば、アルミニウムあるいは銅など）からなり、それぞれ、円周方向に沿って所定ピッチ（角度）で複数の開口窓３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを２列備えている。

図示のよう組み立てられた状態において、第１の磁気応答部材３の円筒と第２の磁気応答部材４の円筒とが重なり合い、該円筒の重なり合いの内側にトーションバー（図示せず）が位置する。第１の磁気応答部材３の開口窓３ａの列と第２の磁気応答部材４の開口窓４ａの列とが重複し、その周りに第１のコイル１１が配置される。また、第１の磁気応答部材３の開口窓３ｂの列と第２の磁気応答部材４の開口窓４ｂの列とが重複し、その周りに第２のコイル１２が配置される。第１の磁気応答部材３の円筒と第２の磁気応答部材４の円筒との相対的回転位置つまりトーションバーのねじれ角に応じて、各列における開口窓３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂの重なり具合が変化する。開口窓３ａと４ａ（又は３ｂと４ｂ）が全く重なっていない状態では、コイル１１（又は１２）の内周はすべて磁気応答部材３（又は４）の円筒材質で覆われ、渦電流損失が最大となり、該コイル１１（又は１２）のインダクタンス（インピーダンス）は最小となる。逆に、開口窓３ａと４ａ（又は３ｂと４ｂ）が完全に重なっている状態では、コイル１１（又は１２）の内周を覆う磁気応答部材３（又は４）の円筒材質の面積は最小となるので渦電流損失が最小となり、かつ、該重なった開口の空間を介して内側のトーションバー（磁性体）に対する磁気結合が最大となるので、該コイル１１（又は１２）のインダクタンス（インピーダンス）は最大となる。

一方、各列における開口窓３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂの重なり具合の変化は互いに逆特性となるように、開口窓の配置を適切にずらして設定している。例えば、第１の磁気応答部材３においては、開口窓３ａの列（第１の列）と、開口窓３ｂの列（第２の列）とは、開口窓の繰り返しサイクルに関して、丁度の１／２サイクルの位相ずれを持つように開口窓列を形成（配置）する。その場合、第２の磁気応答部材４においては、開口窓４ａの列（第１の列）と、開口窓４ｂの列（第２の列）とは、開口窓の繰り返しサイクルに関して、丁度、同相となるように開口窓列を形成（配置）する。また、トーションバーのねじれ角が０の状態において、図示例のように、第１の列における開口窓３ａ，４ａの重なり具合は丁度半分となり、第２の列における開口窓３ｂ，４ｂの重なり具合も丁度半分となるように、各開口窓列を形成（配置）する。ねじれ角が０の状態から、時計方向にねじれ角が生じると、例えば、第１の列における開口窓３ａ，４ａの重なり具合が増大してそれに対応する第１のコイル１１のインダクタンス（インピーダンス）が増加するのに対して、第２の列における開口窓３ｂ，４ｂの重なり具合が減少してそれに対応する第２のコイル１２のインダクタンス（インピーダンス）が減少する。また、ねじれ角が０の状態から、反時計方向にねじれ角が生じると、第１の列における開口窓３ａ，４ａの重なり具合が減少してそれに対応する第１のコイル１１のインダクタンス（インピーダンス）が減少するのに対して、第２の列における開口窓３ｂ，４ｂの重なり具合が増加してそれに対応する第２のコイル１２のインダクタンス（インピーダンス）が増加する。

このように、センサ部１０においては、入出力軸（第１及び第２の回転軸）１，２の相対的回転位置に応答して互いに逆特性のインピーダンス変化を該第１及び第２のコイル１１，１２に生じさせるように、第１及び第２の磁気応答部材３，４を構成しかつ該第１及び第２のコイル１１，１２を配置している。なお、このようなセンサ部１０の構成それ自体は、特開平８−１１４５１８号その他で公知である。よって、センサ部１０の具体的構成は、図示の例に限らず、検出すべきトルク（ねじれ角）に対して逆特性の２つの出力を生じさせることのできる構成であれば、どのような構成であってもよい。

図１に戻り、センサ部１０内において、第１のコイル１１に直列接続された第１の温度特性補償抵抗素子（例えば正温度特性抵抗器）１３と、第２のコイル１２に直列接続された第２の温度特性補償抵抗素子（例えば正温度特性抵抗器）１４とを具備している。図２において、これらの温度特性補償抵抗素子１３，１４を含む第１回路部２０内の各回路を搭載した回路基板がセンサ部１０のケーシング１６内の基板収納スペース１５内に収納され、合成樹脂によってモールドされている。センサ部１０と検出回路部２０との間を接続する電気配線を着脱するために、センサ部１０のケーシング１６にはコネクタ１７が設けられている。このように、温度特性補償抵抗素子１３，１４は、コイル１１，１２に近接して配置されるので、コイル１１，１２と同じ温度環境におかれることとなり、コイル１１，１２の温度ドリフト特性を補償するのに都合がよいものとなっている。温度特性補償抵抗素子１３，１４としては、コイル１１，１２の温度ドリフトによるインピーダンス変化特性と同等の温度ドリフト特性を持つ抵抗素子を使用するのが望ましい。

図１において、第１回路部２０は、第１のコイル１１に対応する回路として、前記温度特性補償抵抗素子１３と、所定の直流電圧でバイアスされた励磁用交流信号を該コイル１１に印加するコイル駆動回路２１と、該コイル１１の出力に含まれる直流電圧成分を抽出する直流弁別回路２２と、励磁用交流信号のピーク振幅値に相当する直流電圧を抽出する整流回路２３と、直流弁別回路２２と整流回路２３の出力を加算してオフセット電圧ＯＦ１を生成する加算回路２４と、コイル駆動回路２１から出力された励磁用交流信号の位相をコイル出力の位相に合わせた基準交流電圧成分を生成する基準信号生成回路２５と、該コイル１１の出力に含まれる検出出力交流電圧成分と基準信号生成回路２５から出力される基準交流電圧成分との差を求め、求めた差信号を前記オフセット電圧ＯＦ１でオフセットした出力を生じる差動増幅回路２６と、電源弁別回路２７とを含んでいる。

更に、第１回路部２０は、第１のコイル１１に対応する上記回路と全く同様に、第２のコイル１２に対応する回路として、前記温度特性補償抵抗素子１４と、所定の直流電圧でバイアスされた励磁用交流信号を該コイル１２に印加するコイル駆動回路２１ａと、該コイル１２の出力に含まれる直流電圧成分を抽出する直流弁別回路２２ａと、励磁用交流信号のピーク振幅値に相当する直流電圧を抽出する整流回路２３ａと、直流弁別回路２２ａと整流回路２３ａの出力を加算してオフセット電圧ＯＦ２を生成する加算回路２４ａと、コイル駆動回路２１ａから出力された励磁用交流信号の位相をコイル出力の位相に合わせた基準交流電圧成分を生成する基準信号生成回路２５ａと、該コイル１２の出力に含まれる検出出力交流電圧成分と基準信号生成回路２５ａから出力される基準交流電圧成分との差を求め、求めた差信号を前記オフセット電圧ＯＦ２でオフセットした出力を生じる差動増幅回路２６ａと、電源弁別回路２７ａとを含んでいる。

ケーシング１６の側（センサ部１０及び第１回路部２０の側）と第２回路部３０との間を接続する伝送線（電気配線）は、コイル励磁用交流信号供給ライン１８ａ、第１のコイルの検出出力ライン１８ｂ、アースライン１８ｃ、第２のコイルの検出出力ライン１８ｄからなる。第１のコイル１１に対応する差動増幅回路２６の出力が検出出力ライン１８ｂに出力され、第２のコイル１２に対応する差動増幅回路２６ａの出力が検出出力ライン１８ｄに出力される。

第２回路部３０は、自動車のＥＣＵ（電子制御装置）に相当し、ＥＣＵのプリント回路基板上に搭載されたマイクロコンピュータ３１と周辺回路素子とを含んでいる。マイクロコンピュータ３１は、内部クロックに基づき所定の交流周波数の信号波形Ａをデジタル的に発生するように構成されている。一例として、マイクロコンピュータ３１が持つクロック発生機能を使用して、センサ部１０のコイル１１、１２を励磁するための交流信号の所望周波数に等しいクロック信号（例えばデューティ比５０％）を信号波形Ａとして発生し、出力ポートから出力する。交流信号生成回路３２は、マイクロコンピュータ３１で発生した交流周波数の信号波形Ａに基づき、所定の直流電圧ＲｅｆＶ（一例としてＤＣ６．５Ｖ）が加算されたアナログの励磁用交流信号Ｂを生成する。交流信号生成回路３２は、例えば、矩形波を三角波に変換する簡単なアナログ回路と電圧加算回路とで構成することができる。なお、マイクロコンピュータ３１で発生する交流周波数の信号波形Ａは、矩形状のクロック信号に限らず、比較的正確なデジタル正弦波であってもよい。その場合、交流信号生成回路３２がＤ−Ａ変換回路を含んでいてもよいし、あるいはＤ−Ａ変換した正弦波信号波形Ａをマイクロコンピュータ３１から出力するようにしてもよい。

なお、マイクロコンピュータ３１は、自動車におけるＥＣＵ内に搭載されている既存のマイクロコンピュータを使用する形態に限らず、本発明に係るトルクセンサのために専用のものを用意してもよい。勿論、マイクロコンピュータ３１に代えて、本発明を実施するために必要な制御・演算性能と同等の機能を達成するように構成した専用デジタル回路（クロック発生器、論理回路、計算回路、メモリ等を含むディスクリート回路若しくはＩＣあるいはＤＳＰなど）を用いてもよい。マイクロコンピュータ及び専用デジタル回路を総称してデジタル処理装置という。

交流信号生成回路３２で生成した励磁用交流信号が励磁用交流信号供給ライン１８ａを介してセンサ部１０及び第１回路部２０の側に伝送され、該第１回路部２０の側で受け取った励磁用交流信号Ｂがコイル駆動回路２１及び２１ａに供給されると共に電源弁別回路２７及び２７ａに供給される。電源弁別回路２７及び２７ａは、励磁用交流信号供給ライン１８ａを介して供給された励磁用交流信号に含まれる前記所定の直流電圧ＲｅｆＶを取り出して該第１回路部２０内の各回路へ、その直流電源Ｖｃｃ１及びＶｃｃ２として供給する。これにより、格別の直流電源供給線が不要となり、第１回路部２０と第２回路部３０間の伝送線を簡素化している。コイル駆動回路２１及び２１ａは、所定の直流電圧ＲｅｆＶでバイアスされている励磁用交流信号Ｂを、各コイル１１、１２に印加する。なお、これに限らず、コイル駆動回路２１及び２１ａは、電源用の直流電圧ＲｅｆＶが加算された励磁用交流信号Ｂから直流電圧ＲｅｆＶを一旦除去し、別の所定の直流電圧（例えば直流電圧ＲｅｆＶよりも低い２Ｖ程度の直流電圧）でバイアスした励磁用交流信号を生成し、これを各コイル１１、１２に印加するようにしてもよい。

第１のコイル１１と温度特性補償抵抗素子１３の接続点の電圧が第１のコイル１１の出力交流電圧として取り出され、コンデンサを介して直流分を除去した後、第１の差動増幅回路２６に入力される。同様に、第２のコイル１２と温度特性補償抵抗素子１４の接続点の電圧が第２のコイル１２の出力交流電圧として取り出され、コンデンサを介して直流分を除去した後、第２の差動増幅回路２６ａに入力される。各コイル１１，１２の出力交流電圧は、各コイル１１，１２のインピーダンスと温度特性補償抵抗素子１３，１４のインピーダンスの分圧比で表わされるので、温度ドリフトによるインピーダンス変化分が相殺・除去若しくは低減され、温度ドリフト補償を行うことができる。

また、第１のコイル１１と温度特性補償抵抗素子１３の接続点から取り出された第１のコイル１１の出力交流電圧は、第１の直流弁別回路２２に入力され、該コイル１１の出力に含まれる直流電圧成分が抽出される。同様に、第２のコイル１２と温度特性補償抵抗素子１４の接続点から取り出された第２のコイル１２の出力交流電圧は、第２の直流弁別回路２２ａに入力され、該コイル１２の出力に含まれる直流電圧成分が抽出される。ここで抽出される直流電圧成分は、コイル１１又は１２に断線、半断線等の故障がなければ、バイアスした所定の直流電圧に対応するものとなり、変動が生じないが、断線、半断線等の故障が起きた場合は、それに応じて変動したレベルを持つものとなる。すなわち、コイル１１又は１２に関する断線、半断線等に関する故障情報を含んでいる。

一方、整流回路２３は、励磁用交流信号の交流成分のみを整流し、該励磁用交流信号のピーク振幅値に相当する直流電圧を抽出する。整流回路２３ａも同様である。ここで抽出される直流電圧は、励磁用交流信号に異常がなければ所定レベルを維持しているが、励磁用交流信号供給ライン１８ａのコネクタの外れや接触不良、断線、半断線など、なんらかの異常があれば、それに応じて変動したレベルを持つものとなる。すなわち、励磁用交流信号の供給系統に関する故障情報を含んでいる。

加算回路２４は、直流弁別回路２２と整流回路２３の出力を加算してオフセット電圧ＯＦ１を生成する。これにより、オフセット電圧ＯＦ１は、コイル１１に関する断線、半断線等に関する故障情報と励磁用交流信号の供給系統に関する故障情報の両方を含むものとなる。加算回路２４ａも同様に、直流弁別回路２２ａと整流回路２３ａの出力を加算してオフセット電圧ＯＦ２を生成し、これにより、オフセット電圧ＯＦ２は、コイル１２に関する断線、半断線等に関する故障情報と励磁用交流信号の供給系統に関する故障情報の両方を含むものとなる。これらの直流弁別回路２２，２２ａ，整流回路２３，２３ａ，加算回路２４，２４ａは、オフセット電圧生成回路に該当する。

差動増幅回路２６，２６ａで各コイル１１，１２の出力交流電圧とコイル励磁用交流信号に基づく基準交流電圧との差を求めるのに先立って、基準信号生成回路２５、２５ａにおいてコイル励磁用交流信号に基づく基準交流電圧の位相を、コイル出力交流電圧の位相に合わせるための位相シフトを行う。これは、コイル１１，１２のインダクタンスにより、コイル出力交流電圧には励磁用交流信号に対して所定の位相遅れが生じているため、この所定位相遅れ分だけ励磁用交流信号の位相を基準信号生成回路２５、２５ａで遅延させ、両者の位相を合わせた上で差動増幅回路２６、２６ａで差信号を求めるようにするためである。なお、基準信号生成回路２５、２５ａから差動増幅回路２６、２６ａに入力される基準交流電圧も直流分除去されたものである。

第１の差動増幅回路２６では、第１のコイル１１の出力交流電圧とコイル励磁用交流信号に基づく基準交流電圧との差信号を求める。このように差動増幅演算を行う理由は、出力交流電圧から検出トルクに起因する成分を抽出し、トルク検出のダイナミックレンジを大きくとる（感度を上げる）ことができるようにするためである。更に、第１の差動増幅回路２６では、前記オフセット電圧ＯＦ１を前記差信号に加算し、該差信号をオフセット電圧ＯＦ１によって正側にオフセットする。すなわち、第１の差動増幅回路２６から出力される差信号は、オフセット電圧ＯＦ１の加算（オフセット）によって、正電圧の領域でのみ振動するものとなり、かつ、該オフセット電圧ＯＦ１が持つ上記故障情報を含むものとなる。これによって、１本の出力ライン１８ｂで伝送される差信号中に、トルク検出情報と故障情報を含ませることができる。また、後段にてトルク検出値のサンプリングを行う際に、正の値でのみトルク検出値のサンプリング値が得られるようにすることを可能にする。

同様に、第２の差動増幅回路２６ａでも、第２のコイル１２の出力交流電圧とコイル励磁用交流信号に基づく基準交流電圧との差信号を求め、かつ、オフセット電圧ＯＦ２を前記差信号に加算し、１本の出力ライン１８ｄで伝送される差信号中に、トルク検出情報と故障情報を含ませる。

第１及び第２の差動増幅回路２６，２６ａから出力された差信号は、それぞれ検出出力ライン１８ｂ，１８ｄを介して第２回路部３０に伝送される。第２回路部３０の側において、検出出力ライン１８ｂ，１８ｄからの差信号をそれぞれインターフェースするためのプルダウン抵抗３３，３３ａが設けられている。第１のコイル１１に対応する検出出力ライン１８ｂの信号は、プルダウン抵抗３３を介してノイズフィルタ３４に入力され、ノイズフィルタ３４の出力はマイクロコンピュータ３１のＡ／Ｄポート（アナログ／デジタル変換入力ポート）＃１に入力されると共に、直流除去用のコンデンサ３５を介してコンパレータ３６に入力される。同様に、第２のコイル１２に対応する検出出力ライン１８ｄの信号も、プルダウン抵抗３３ａを介してノイズフィルタ３４ａに入力され、ノイズフィルタ３４ａの出力はマイクロコンピュータ３１のＡ／Ｄポート（アナログ／デジタル変換入力ポート）＃２に入力されると共に、直流除去用のコンデンサ３５ａを介してコンパレータ３６ａに入力される。

プルダウン抵抗３３，３３ａは、検出出力ライン１８ｂ，１８ｄの経路でコネクタ接触不良等の不具合が生じた場合に、それによって生じる抵抗変化に基づく直流電圧成分を該差信号中に含ませるためのものである。これにより、検出信号伝送線に係る故障情報も上記差信号中に含ませるようにすることができる。

ノイズフィルタ３４，３４ａは、検出出力ライン１８ｂ，１８ｄの伝送過程で差信号に混入したノイズ成分を除去するものである。コンパレータ３６，３６ａは、各差動増幅回路２６，２６ａから出力された差信号を波形整形し、各コイル１１、１２の検出出力交流電圧の位相を示す矩形波信号を生成する。各コンパレータ３６，３６ａの出力は、マイクロコンピュータ３１のタイマーキャプチャー入力＃１，＃２に入力される。コンパレータ３６，３６ａは、検出信号中の交流位相成分に含まれる故障情報に基づき故障診断を行うためのものである。なお、検出信号中の交流位相成分に含まれる故障情報に基づき故障診断を行わない場合は省略できる。

図３はトルク検出処理及び故障診断処理の動作例を説明するためのタイムチャートであり、横軸が時間軸である。図３において、Ａはマイクロコンピュータ３１が発生する所定の交流周波数の信号波形（クロック信号）Ａを示し、Ｂは該信号波形Ａに応じて交流信号生成回路３２が発生する励磁用交流信号Ｂを示し、一例として三角波からなり、所定の直流電圧ＲｅｆＶが加算されている。

ＣＫｓは、マイクロコンピュータ３１内で発生されるサンプリングクロックを示し、クロック信号Ａと同一周期であって、クロック信号Ａの立ち上がり時から時間Ｔｓ経過した時に発生される。図中、時間Ｔｇは、励磁用交流信号Ｂの三角波における最小値から最大値までの時間を示し、通常、クロック信号Ａの半周期の時間である。また、サンプリングクロックＣＫｍは、クロック信号Ａと同一周期であって、サンプリングクロックＣＫｓの発生タイミングから時間Ｔｇ後に発生される。すなわち、サンプリングクロックＣＫｓとＣＫｍは、半周期の位相ずれを持つ２相クロックである。

図３において、Ｃは、第１の差動増幅回路２６から検出出力ライン１８ｂを経てマイクロコンピュータ３１のＡ／Ｄポート＃１に入力される差信号Ｃの一例（又は第２の差動増幅回路２６ａから検出出力ライン１８ｄを経てマイクロコンピュータ３１のＡ／Ｄポート＃２に入力される差信号Ｄの一例）を示す。なお、サンプリングクロックＣＫｓは、クロック信号Ａと同一周期に限らず、クロック信号Ａの２倍周期等であってもよく、要するに整数倍の周期であればよい。

概して、検出したトルクに対応するコイル１１，１２のインピーダンスを検出するためには、その出力交流電圧のピーク値のレベルを検出する。一方、特定の位相タイミングでサンプリングを行う場合は、必ずしも、ピーク値のタイミングでサンプリングを行わなくてもインピーダンス検出は可能であり、要は、常に同じ位相タイミングでサンプリングを行えばよい。例えば、サンプリングクロックＣＫｓは、コイル１１，１２の出力交流電圧のピーク値の近傍に対応して前記差信号をサンプリングするように、サンプリングタイミングを設定している。すなわち、時間Ｔｓは、クロック信号Ａの立ち上がり時から励磁用交流信号Ｂのピークに達するまでの時間Ｔｇに、励磁用交流信号Ｂに対する検出出力交流電圧Ｃ，Ｄの位相遅れを考慮した時間Ｔｄを加算した時間に設定される。

サンプリングクロックＣＫｓは、検出出力交流電圧Ｃ，Ｄの正のピークの近傍で発生し、該検出出力交流電圧Ｃ，Ｄの正（上）のピークの近傍の値をサンプリングするために使用される。サンプリングクロックＣＫｍは、前記検出出力交流電圧Ｃ，Ｄの負のピークの近傍で発生し、該検出出力交流電圧Ｃ，Ｄの負（下）のピークの近傍の値をサンプリングするために使用される。

図４は、マイクロコンピュータ３１が実行するトルク検出処理の一例を示す。ステップＳ１では、上サンプリングクロックＣＫｓの発生タイミングかを判定する。上サンプリングクロックＣＫｓのタイミングであれば、ステップＳ２では、Ａ／Ｄポート＃１，＃２からの前記差信号Ｃ，Ｄのデジタルデータをサンプリングし、サンプリングした各データを上ピークのホールド値Ｕ１，Ｕ２として所定のレジスタ内にホールドする。次に、ステップＳ３では、下サンプリングクロックＣＫｍの発生タイミングかを判定する。下サンプリングクロックＣＫｍのタイミングであれば、ステップＳ４では、Ａ／Ｄポート＃１，＃２からの前記差信号Ｃ，Ｄのデジタルデータをサンプリングし、サンプリングした各データを下ピークのホールド値Ｄ１，Ｄ２として所定のレジスタ内にホールドする。ステップＳ５では、それぞれ、第１のコイル１１に関する上ピークのホールド値Ｕ１と下ピークのホールド値Ｄ１の差Ｕ１−Ｄ１と、第２のコイル１２に関する上ピークのホールド値Ｕ２と下ピークのホールド値Ｄ２の差Ｕ２−Ｄ２を演算し、第１のコイル１１に関するトルク検出データＴＤＤ１と第２のコイル１２に関するトルク検出データＴＤＤ２を得る。次のステップＳ６では、第１（メイン）のトルク検出データＴＤＤ１を正常時のトルク検出データとして出力する。第２（サブ）のトルク検出データＴＤＤ２は、冗長性のために用意されるものであり、後述の故障診断に際して利用されるほか、第１のコイル１１の検出系統に異常が検出された場合に、代替的なトルク検出データとして利用することが可能である。なお、差信号Ｃ又はＤには、故障情報としてのオフセット電圧ＯＦ１又はＯＦ２が含まれているが、上述のように、上ピークと下ピークの差を演算することによりトルク検出データＴＤＤ１又はＴＤＤ２を得ているので、オフセット電圧ＯＦ１又はＯＦ２が自動的に相殺される。

例えば、図３に示されたＣの例では、サンプリングクロックＣＫｓの発生タイミングにおける差信号Ｃのデジタル値がＬ１であり、この値Ｌ１が上ピークのホールド値Ｕ１としてレジスタ内にホールドされ。また、サンプリングクロックＣＫｍの発生タイミングにおける差信号Ｃのデジタル値がＬ２であり、この値Ｌ２が下ピークのホールド値Ｄ１としてレジスタ内にホールドされる。そして、上ピークのホールド値Ｕ１と下ピークのホールド値Ｄ１の差Ｕ１−Ｄ１は、「Ｌ１−Ｌ２」であり、これが第１のトルク検出データＴＤＤ１としてホールドされ、出力される。

例えば、第１のトルク検出データＴＤＤ１のとりうる最小値は、上ピークのホールド値Ｕ１のとりうる最小値（例えば略ＯＦ１）と下ピークのホールド値Ｄ１のとりうる最大値（例えば略ＯＦ１）との差であるから略０であり（例えばＵ１−Ｄ１＝略ＯＦ１−略ＯＦ１＝０）、一方、トルク検出データＴＤＤ１のとりうる最大値は、Ｕ１のとりうる最大値とＤ１のとりうる最小値との差であるから、差Ｄのとりうる所定の最大値に近いものとなる。従って、ダイナミックレンジが拡大されていることが理解できる。第２のトルク検出データＴＤＤ２についても同様である。従って、高感度でトルク検出を行うことができる。

図５は、第１（メイン）及び第２（サブ）のトルク検出データＴＤＤ１，ＴＤＤ２の値と検出トルク（相対回転位置）との間の相関関係の一例を示すグラフである。このように、第１（メイン）のトルク検出データＴＤＤ１の関数と第２（サブ）のトルク検出データＴＤＤ２の関数とは、検出トルク（相対回転位置）に関して逆特性を示し、正常であれば、両者を加算した値ＴＣは常に略一定値となる。なお、横軸において、「０」の位置はトルク０の位置を示し、その右側の「＋」で記した領域は例えば時計方向のねじれに応じた領域を示し、左側の「−」で記した領域は例えば反時計方向のねじれに応じた領域を示す。図５では、トルク検出データＴＤＤ１，ＴＤＤ２の値と検出トルク（相対回転位置）との間の相関関係は、リニア特性を示しているが、これに限らず、非リニア特性であってもよい。

図６は、マイクロコンピュータ３１が実行するオフセット電圧抽出処理の一例を示す。ステップＳ７では、前記ステップＳ２及びＳ４でホールドしたデータを用い、交流成分の振れの中心に相当する電圧を抽出するための、
ＯＦ１＝｛（Ｕ１−Ｄ１）／２｝＋Ｄ１
なる式に従い、第１のコイル１１に関連するオフセット電圧ＯＦ１を抽出する。つまり、第１のコイル１１の検出データ（差信号Ｃ）の上ピークホールド値Ｕ１から下ピークのホールド値Ｄ１を引き、それを２で割り、Ｄ１を加算することにより、オフセット電圧ＯＦ１を抽出する。ステップＳ８では、同様に、
ＯＦ２＝｛（Ｕ２−Ｄ２）／２｝＋Ｄ２
なる式に従い、第２のコイル１２に関連するオフセット電圧ＯＦ２を抽出する。

図７は、マイクロコンピュータ３１が実行する故障診断処理１の一例を示すものであり、上記抽出したオフセット電圧ＯＦ１，ＯＦ２に基づき故障診断を行う。検出用コイル１１，１２の回路系統のいずれかの箇所で異常が生じている場合、例えば、コイル内の断線、半断線（切れかかり）、あるいはショートなどが生じている場合、あるいはコイル接続端子部分での接触不良、接続外れ、接続コネクタの異常、接続ケーブルの異常などが生じている場合など、各コイル１１，１２の検出出力中の直流成分に異常が生じる。上述のとおり、このような各コイル１１，１２の検出出力中の直流成分の異常を検出し易くするために、オフセット電圧ＯＦ１，ＯＦ２が検出信号（差信号Ｃ，Ｄ）中に含まれるようになつており、これは図６のルーチンで抽出される。従って、抽出したオフセット電圧ＯＦ１，ＯＦ２に基づきこれらの異常検出を容易に行うことができる。

ステップＳ１１では、第１の（メイン）コイル１１の検出出力から抽出したオフセット電圧ＯＦ１が所定の上限値ＯＦｍａｘより大きいかを判定する。ステップＳ１２では、オフセット電圧ＯＦ１が所定の下限値ＯＦｍｉｎより小さいかを判定する。オフセット電圧ＯＦ１が所定の上限値ＯＦｍａｘと下限値ＯＦｍｉｎの範囲内に収まっていれば、メインコイル１１の検出出力に含まれる直流成分が異常ではないことを意味する。その場合は、ステップＳ１１のＮＯ，Ｓ１２のＮＯを経てステップＳ１３に進む。オフセット電圧ＯＦ１が所定の上限値ＯＦｍａｘと下限値ＯＦｍｉｎの範囲内に収まっていない場合は、ステップＳ１１又はＳ１２がＹＥＳとなり、メインコイル１１の検出出力に含まれる直流成分が異常であることを示している。その場合は、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１３〜Ｓ１６では、第２の（サブ）コイル１２に関して故障を診断する。

ステップＳ１３及びＳ１５では、第２の（サブ）コイル１２の検出出力から抽出したオフセット電圧ＯＦ２が所定の上限値ＯＦｍａｘより大きいかを判定する。ステップＳ１４及びＳ１６では、オフセット電圧ＯＦ２が所定の下限値ＯＦｍｉｎより小さいかを判定する。オフセット電圧ＯＦ２が所定の上限値ＯＦｍａｘと下限値ＯＦｍｉｎの範囲内に収まっていれば、サブコイル１２の検出出力に含まれる直流成分が異常ではないことを意味する。ステップＳ１３とＳ１４が共にＮＯであれば、メインコイル１１もサブコイル１２も正常であることを意味する。その場合は、ステップＳ１７で両コイル１１，１２が正常である旨の判定を下し、ステップＳ１８でメインコイル１１から得たトルク検出データＴＤＤ１を使用するように指示する。

一方、ステップＳ１５とＳ１６が共にＮＯであれば、メインコイル１１は異常であるが、サブコイル１２は正常であることを意味する。その場合は、ステップＳ１９でメインコイル１１が異常である旨の判定を下し、その旨の警報信号を出力する。そして、トルク検出データとして、代替的に、サブコイル１２から得た第２のトルク検出データＴＤＤ２を使用するように指示する（ステップＳ２０）。なお、その場合、第２のトルク検出データＴＤＤ２を逆特性に変換して、本来のトルク検出データＴＤＤ１と同様の特性に変換して利用に供するようにするとよい。

サブコイル１２の検出出力から抽出したオフセット電圧ＯＦ２が所定の上限値ＯＦｍａｘと下限値ＯＦｍｉｎの範囲内に収まっていない場合は、ステップＳ１３又はＳ１４がＹＥＳとなり、あるいは、ステップＳ１５又はＳ１６がＹＥＳとなり、サブコイル１２の検出出力に含まれる直流成分が異常であることを示している。ステップＳ１３又はＳ１４がＹＥＳの場合は、ステップＳ２１でサブコイル１２が異常である旨の判定を下し、その旨の警報信号を出力する。そして、ステップＳ１８でメインコイル１１から得たトルク検出データＴＤＤ１を使用するように指示する。ステップＳ１５又はＳ１６がＹＥＳの場合は、ステップＳ２２で両コイル１１，１２が異常である旨の判定を下し、緊急異常信号を出力する。

なお、本発明に係るトルクセンサのコイル構成を第１の（メイン）コイル１１のみで構成する場合は、図７に示す故障診断処理１は、ステップＳ１１，Ｓ１２のみで構成し、第１の（メイン）コイル１１の検出出力から抽出したオフセット電圧ＯＦ１に基づき故障診断を行うようにすればよい。

図８は、マイクロコンピュータ３１が実行する故障診断処理２の一例を示すものであり、上記抽出したオフセット電圧ＯＦ１，ＯＦ２に基づく故障診断機能に加えて、検出出力中の位相成分に基づき故障診断を行う機能を付加している。検出用コイル１１，１２の回路系統のいずれかの箇所で異常が生じている場合、例えば、コイル内の断線、半断線（切れかかり）、あるいはショートなどが生じている場合、あるいは検出ターゲットである磁気応答部材３、４に何らかの異常が生じている場合など、各コイル１１，１２の検出出力交流電圧Ｃ，Ｄの電気的位相が正常時に比べて進み又は遅れが生じる。図８で負荷した位相成分に基づく故障診断処理においては、このような交流位相成分に基づく故障診断を行う。

図１において、コンパレータ３６，３６ａにおいて、各コイル１１，１２の検出出力交流電圧（差信号Ｃ，Ｅの交流成分）とアース電圧とを比較し、検出出力交流電圧（差信号Ｃ，Ｅの交流成分）の正電圧領域に対応して１、負電圧領域に対応して０の矩形波信号Ｅ，Ｆを出力する。この矩形波信号Ｅ，Ｆの立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジのタイミングは、各コイル１１，１２の検出出力交流電圧（差信号Ｃ，Ｅの交流成分）の電気的位相を示している。コンパレータ３６，３６ａから出力される矩形波信号Ｅ，Ｆは、マイクロコンピュータ３１のタイマーキャプチャー入力＃１，＃２に入力される。マイクロコンピュータ２１では、タイマーキャプチャー入力＃１，＃２に入力された矩形波信号Ｅ，Ｆの立ち上がりエッジのタイミングをクロック信号Ａの立ち上がり時からの経過時間ＰＴにてサンプリングし、サンプリングした時間データを位相検出データとしてホールドする（図３参照）。例えば、第１のコイル１１の検出出力交流電圧（差信号Ｃの交流成分）の位相検出データをＰＴ１で示し、第２のコイル１２の検出出力交流電圧（差信号Ｅの交流成分）の位相検出データをＰＴ２で示す。

図８において、ステップＳ１１〜Ｓ２２は、図７における同一番号の処理ステップＳと同じであり、直流成分に基づく故障診断を行う。交流位相成分に基づく故障診断を行うためにステップＳ２３〜Ｓ３１が追加されている。以下、交流位相成分に基づく故障診断を行うためのステップＳ２３〜Ｓ３１について説明する。

ステップＳ２３では、第１のコイル１１の検出出力交流電圧（差信号Ｃの交流成分）の位相検出データＰＴ１が所定の上限値ＰＴｍａｘより大きいかを判定する。ステップＳ２４では、該位相検出データＰＴ１が所定の下限値ＰＴｍｉｎより小さいかを判定する。該位相検出データＰＴ１が所定の基準範囲（上限値ＰＴｍａｘと下限値ＰＴｍｉｎの間の範囲）内に収まっていれば、第１のコイル１１の検出出力交流電圧の電気的位相が正常であることを意味する。その場合は、ステップＳ２３，Ｓ２４が共にＮＯであり、ステップＳ２５，Ｓ２６の処理に進み、もう一方のコイル１２の検出出力交流電圧（差信号Ｄの交流成分）の位相検出データＰＴ２について同様の判定を行う。第２のコイル１２の位相検出データＰＴ２が所定の上限値ＰＴｍａｘと下限値ＰＴｍｉｎの範囲内に収まっていなければ、ステップＳ２５，Ｓ２６のいずれかがＹＥＳとなり、ステップＳ２９，Ｓ３０の処理に進む。この場合、第１のコイル１１の検出出力交流電圧の電気的位相は正常であるが、第２のコイル１２の検出出力交流電圧の電気的位相は異常であることを示している。ステップＳ２９，Ｓ３０は、前述のステップＳ１１，Ｓ１２と同じ判定処理であり、第１のコイル１１の検出出力から抽出されたオフセット電圧ＯＦ１が所定の正常値の範囲内に収まっているか否かを判定する。第１のコイル１１の検出出力から抽出されたオフセット電圧ＯＦ１が所定の正常値の範囲内に収まっていれば、ステップＳ３０がＮＯであり、ステップＳ２１に行き、第２のコイル１２に以上があることを示す警報信号を出力する。他方、オフセット電圧ＯＦ１が所定の正常値の範囲内に収まっていなければ、ステップＳ２９又はＳ３０がＹＥＳとなり、ステップＳ３１に行き、両コイル１１，１２が異常である旨の判定を下し、緊急異常信号を出力する。

一方、第１のコイル１１の検出出力交流電圧の電気的位相が正常値の範囲内に収まっていない場合は、ステップＳ２３又はＳ２４がＹＥＳとなり、ステップＳ２７，Ｓ２８の処理に進み、もう一方のコイル１２の検出出力交流電圧（差信号Ｄの交流成分）の位相検出データＰＴ２について同様の判定を行う。第２のコイル１２の位相検出データＰＴ２が所定の上限値ＰＴｍａｘと下限値ＰＴｍｉｎの範囲内に収まっていなければ、ステップＳ２７，Ｓ２８のいずれかがＹＥＳとなり、ステップＳ２２に進む。この場合、第１のコイル１１の検出出力交流電圧の電気的位相と第２のコイル１２の検出出力交流電圧の電気的位相の双方に異常があると診断されたので、ステップＳ２２で、両コイル１１，１２が異常である旨の判定を下し、緊急異常信号を出力する。

第２のコイル１２の位相検出データＰＴ２が所定の上限値ＰＴｍａｘと下限値ＰＴｍｉｎの範囲内に収まっている場合は、ステップＳ２８のＮＯからステップＳ１５に進む。ステップＳ１５，Ｓ１６では、前述のように、第２のコイル１２のオフセット電圧ＯＦ２が所定値の範囲内に収まっているか否かを判定する。この判定結果に応じて、ステップＳ１９でメインコイル１の異常を示す警報を出力するか、若しくは、ステップＳ２２で両コイル１１，１２が異常である旨の緊急異常信号を出力する。

なお、本発明に係るトルクセンサのコイル構成を第１の（メイン）コイル１１のみで構成する場合は、図８に示す故障診断処理２は、ステップＳ２３，Ｓ２４とステップＳ１１，Ｓ１２のみで構成し、第１の（メイン）コイル１１の検出出力の位相成分に基づく故障診断（Ｓ２３，Ｓ２４）と、第１の（メイン）コイル１１の検出出力から抽出したオフセット電圧ＯＦ１に基づく故障診断（Ｓ１１，Ｓ１２）を行うようにすればよい。

Claims (9)

1. トーションバーを介して連結された第１及び第２の回転軸に発生するトルクを検出するトルクセンサであって、
   少なくとも１つのコイル、前記第１の回転軸に連結された第１の磁気応答部材、前記第２の回転軸に連結された第２の磁気応答部材を含み、前記第１及び第２の回転軸の相対的回転位置に応答してインピーダンス変化を該コイルに生じさせるように前記第1及び第２の磁気応答部材を構成したセンサ部と、
   所定の直流電圧でバイアスされた励磁用交流信号を前記コイルに印加するコイル駆動回路と、
   前記コイルの出力に含まれる直流電圧成分及び前記励磁用交流信号のピーク振幅値に相当する直流電圧の少なくとも一方を、故障診断用のオフセット電圧として生成するオフセット電圧生成回路と、
   前記コイルの出力に含まれる検出出力交流電圧成分と前記励磁用交流信号に基づく基準交流電圧成分との差を求め、求めた差信号を前記オフセット電圧でオフセットした出力を生じる差動増幅回路と、
   前記差動増幅回路から出力された差信号中の交流成分の振れ幅を検出することにより、前記コイルの前記インピーダンス変化に応答する検出データをトルク検出データとして取得するトルク検出部と、
   前記差動増幅回路から出力された差信号中の交流成分の振れの中心に相当する電圧を前記オフセット電圧として抽出するオフセット電圧抽出部と、
   前記抽出したオフセット電圧が所定範囲内であるとき正常と判定し、所定範囲外のとき異常と判定する故障診断部と
   を具備することを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記オフセット電圧生成回路は、前記コイルの出力に含まれる直流電圧成分と前記励磁用交流信号のピーク振幅値に相当する直流電圧を加算したものを前記オフセット電圧として生成する、請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 前記差動増幅回路から出力された差信号を波形整形するコンパレータと、
   前記コンパレータの出力に基づき前記コイルの検出出力交流電圧の位相が基準範囲より外れているか否かを判定する第２の故障診断部と
   を更に具備する、請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
4. 前記トルク検出部は、
   所定のクロック信号の整数倍周期で正振幅領域に対応する第１のサンプリングタイミング信号と負振幅領域に対応する第２のサンプリングタイミング信号とを生成し、
   前記差動増幅回路が出力する差信号の振幅値を前記第１及び第２のサンプリングタイミング信号でそれぞれサンプリングし、サンプリングした振幅値の差を求めることで前記トルク検出データを取得する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のトルクセンサ。
5. 所定の直流電圧が加算された励磁用交流信号を生成する交流信号生成回路を更に具備し、
   前記コイル駆動回路、前記オフセット電圧生成回路、及び前記差動増幅回路を含む第１回路部が、前記センサ部を収納したケーシング内に収納されており、
   前記交流信号生成回路、前記トルク検出部、前記オフセット電圧抽出部を含む第２回路部が伝送線を介して前記ケーシングの側と接続され、
   前記伝送線が、１つの励磁用交流信号供給ラインと、１つの検出出力ラインと、１つのアースラインとで構成されており、
   前記交流信号生成回路で生成した前記励磁用交流信号が前記励磁用交流信号供給ラインを介して前記第１回路部の側に伝送され、該第１回路部の側で受け取った前記励磁用交流信号を前記コイル駆動回路に供給し、かつ、該励磁用交流信号に含まれる前記所定の直流電圧を取り出して該第１回路部内の各回路の直流電源として供給するように構成されており、
   前記差動増幅回路の出力が前記検出出力ラインを介して前記トルク検出部及び前記オフセット電圧抽出部の側に送られる、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のトルクセンサ。
6. 前記第２回路部の側において、前記検出出力ラインからの信号をインターフェースするためのプルダウン抵抗が設け、該検出出力ラインの不良時の抵抗変化に基づく直流電圧成分を該プルダウン抵抗を介して発生させるように構成し、
   前記オフセット電圧抽出部は、前記オフセット電圧に前記プルダウン抵抗を介して発生させた直流電圧成分を上乗せした電圧を抽出し、
   前記故障診断部は、検出出力ラインの不良に基づく異常にも反応しうることを特徴とする請求項５に記載のトルクセンサ。
7. 前記第２回路部は、デジタル処理装置を含み、
   前記トルク検出部、前記オフセット電圧抽出部、前記故障診断部の各機能が、該デジタル処理装置によって実行されるように構成され、
   前記デジタル処理装置は、更に、内部クロックに基づき所定の交流周波数の信号波形をデジタル的に発生するように構成され、
   前記交流信号生成回路は、前記デジタル処理装置で発生した前記交流周波数の信号波形に基づきアナログの前記励磁用交流信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載のトルクセンサ。
8. 前記コイルに接続された温度特性補償抵抗素子を更に具備する、請求項１乃至７のいずれかに記載のトルクセンサ。
9. 前記センサ部は、第１及び第２のコイルを含み、前記第１及び第２の回転軸の相対的回転位置に応答して互いに逆特性のインピーダンス変化を該第１及び第２のコイルに生じさせるように前記第1及び第２の磁気応答部材を構成しかつ該第１及び第２のコイルを配置してなり、
   前記第１及び第２のコイルの各々に対応して、前記温度特性補償抵抗素子と、前記コイル駆動回路と、前記オフセット電圧生成回路と、前記差動増幅回路とをそれぞれ設け、
   前記トルク検出部は、前記第１のコイルに対応する前記差動増幅回路から出力された差信号中の交流成分の振れ幅を検出することにより、前記第１のコイルの前記インピーダンス変化に応答する検出データを第１のトルク検出データとして取得し、かつ、前記第２のコイルに対応する前記差動増幅回路から出力された差信号中の交流成分の振れ幅を検出することにより、前記第２のコイルの前記インピーダンス変化に応答する検出データを第２のトルク検出データとして取得するものであり、
   前記オフセット電圧抽出部は、前記第１のコイルに対応する前記差動増幅回路から出力された差信号中の交流成分の振れの中心に相当する電圧を第１のオフセット電圧として抽出し、かつ、前記第２のコイルに対応する前記差動増幅回路から出力された差信号中の交流成分の振れの中心に相当する電圧を第２のオフセット電圧として抽出するのであり、
   前記故障診断部は、前記第１及び第２のオフセット電圧の少なくとも一方が所定範囲外のとき異常と判定するものであり、
   更に、前記第１及び第２のトルク検出データの加算値が所定範囲内であるとき正常と判定し、所定範囲外のとき異常と判定する、別の故障診断部を具備する、
   ことを特徴とする請求項８に記載のトルクセンサ。

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