JPH0382927A - ホール素子型トルクセンサの保護方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ホール素子を使用して入力トルクを測定する
ホール素子型トルクセンサに関するものであり、特に異
常時等のフェールセーフに関するものである。

（従来の技術） トルクセンサは、例えば、自動車の電動パワーステアリ
ングシステムにおいてステアリングホイールに作用する
トルクを検出するなど、種々のトルク測定に用いられる
。

ステアリング］・ルク感応型の電動パワーステアリング
装置での使用例は、例えば特開昭６３−１８０５６６号
公報に示されており、このものでは、ステアリングシャ
フトにトルク検出器を取（すけてステアリングシャフト
に作用するトルクを検出し、これに応じてマイクロコン
ピュータ等を含む制御系の出ツノを制御する。すなわち
、トルクセンサ出力は制御系に取り込まれ、処理され、
これに基づき、」二記検出トルクに列用したステアリン
グアシスト力（補助力）が得られるようモータが駆動制
御される。

上述のような検出対象部のトルクを測定し、センサ出ツ
ノとして電気的な制御情報を得る場合の制御システムに
用いるトルクセンサには、種々の型式のものが考えられ
、本出願人は、先に、特に車両用電動パワーステアリン
グのトルク検出器に適用して何滴なホール素子型トルク
センサを開発し、これについての出願をしている（昭和
６２年Ｉ２月８日イ１特訂願、平成１年６月１９日イイ
実用新案登録願）。

」二記ホール素子型）・ルクセンサは、検、′Ｊ３素子
としてホール素子を使用するものであって、測定する入
力トルクを磁石とホール素子の相対運動に変換して測定
するｌ・ルクセンサであり、ホール素子出力を測定トル
クに対応した値の電圧信号として取り出すことができる
。また、上記相対運動に伴って変化するホール素子の出
力電圧に基づいて検出をすることができることから、非
接触式のものとすることができ、接触式のもの（例えば
、ポテンショメータを利用して電気信号に変換して検出
する）のような接触部での水やほこり等の付着に起因す
る不良、接触部の欠損などのおそれ等を避けることがで
き、耐環境性、耐振動性、耐久性等の面でも優れる。

更に、上記＃訂出願においては、温度補償または取４＝
Ｊ補償のためにホール素子に流す電流を制御するように
しており、これによって、ｌ・ルク検出をより正確なも
のとするようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかして、トルク検出にあたり、前述の如く、ホール素
子及び磁石を用いて、測定する入ツノトルクを磁石とホ
ール素子の相対運動に変換しｇ＋＋＋定するようにすれ
ば、たとえ、水やほこりなどの多い環境下で使用する場
合においても、また振動の多い条件下での使用において
も、容易に高信頼性のものを得ることができ、更に、こ
れに加えて、温度補償、取（＝Ｉ補償を行うべくホール
素子に流す電流を制御する構成を採用するときは、温度
依存性を有するホール素子を使用し、かつ温度変化によ
りその磁束密度も変化する磁石を使用するかかるホール
素子型トルクセンサであっても、使用ホール素子及び磁
石の温度特性の変化の影響等を補償し得、またセンサ部
組立時の部材数イτＪけ位置等に起因する誤差なども除
去することを可能ならしめ、精度の向」二を図ることが
できるところ、次のような点では、なお改良を加える余
地がある。

すなわち、構造的には、車両用電動パワーステアリング
のトルク検出であっても、前記のように環境等に左右さ
れにくく、従って不良発生等のおそれも少なく、また、
正確な検出も可能であるが、実際に制御システムに組み
込んで使用する場合を考えれば、高精度でより高い信頼
性を確保せんとするとき、万一センザ部に異常が発生し
た場合の対策を考慮することは重要である。

上記したホール素：ｊ′−型トルクセンサは、はこりな
どの付着が原因の接触不良による故障というケースでの
異常状態の発生は回避できるものの、現実には故障を皆
無とすること、例えば断線など皆無とすることは極めて
困難であることから、実際の制御システムでの採用にお
いては、次善の策として異常時のフェールセーフ機能を
もたせることが望ましく、特に高度の信頼性が要請され
るシステムで使うものほどその必要性は大きい。

前記した本出願人の出願に係る特許出願においては、ホ
ール素子型トルクセンサにおいて異常状態を正確に検出
するだめの手段についても提案しているが、フェールセ
ーフを行わせる際、更に具体的に課題となる点は、その
ようにして異常状態の発生が検知されたときどのような
手法でもっていかにして適切に安全側に作動させるか、
またフェールセーフ機能自体高い信頼性をもたせつつ迅
速にしてかつ的確にこれを達成するかであり、これがフ
ェールセーフを実現する」二での実際」二の問題となる
。

本発明の目的は、測定する入力トルクを磁石とホール素
子の相対運動に変換して測定するＩ・ルクセンザにおい
て、ホール素子に流す電流を制御する電流制御を活用し
て適切なフェールセーフを可能とし、しかもこれを迅速
に行わせることができると共に、異常時のみならずパワ
ーオンリセット時にも同様にして対処可能で安全性を高
め得るようにしたホール素子型トルクセンザの保護方式
を提供することにある。

（課題を角Ｙ決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するため、ホール素子に流す
電流を制御する電流制御手段を具備し、測定する入力ト
ルクを磁石とホール素子の相対運動に変換して測定する
トルクセンサにおいて、異常時またはパワーオンリセッ
ト時に前記ホール素子電流を遮断するようにしたもので
ある。

（作用） 」１記トルクセンサにおけるホール素子に流す電流は電
流制御手段によって制御されるとともに、該ホール素子
電流は、異常時あるいはパワーオンリセット時の少くと
もいずれか一方のときには、遮断される。当該ホール素
子電流の遮断は、フェールセーフにあたり、適用するシ
ステムの制御系に取り込んだセンサ信号の後処理によっ
てこれに対処するような複雑な処理をするなどしないで
も、容易に、本ホール素子型トルクセンサ出力そのもの
をしてそれが安全領域のものとなるようセンサ出力自体
を制御することを可能ならしめ、更に、かかるセンサ出
力自体についての制御は、センサ出力そのものを操作す
るものである結果、対応性にも優れたものにすることに
役立つ。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

一 第１図及び第２図並びに第３図は、本発明の一実施例を
示す機能ブロック図及びタイムチャートである。

第１図において、ボール素子型トルクセンザは、検出素
子としてのホール素子を有し、図中符号１及び２は、そ
れぞれ第１及び第２のホール素子を示す。ホール素子１
，２は、δ１り定する入力トルクを磁石とホール素子の
相対運動に変換して測定するため、磁石による磁束が作
用するよう磁界中に配置される。

磁石及びホール素子１，２の相対運動のためのそれらの
相互配置に関しては、例えば磁石側を可動とするときは
、ホール素子１，２を固定とする構成にすることができ
、第４図にはその一例が示されている。

第４図は、具体的には、電動パワーステアリングシステ
ムに適用した場合、すなわち自動車のステアリングホイ
ールに入力される操舵トルクを検出する場合の例を示し
ている。

以下、この場合の構造例について説明するに、第４図に
おいて、符号３０は「ｐ空のハウジングを示し、該ハウ
ジング３０内には同軸的に２組の遊星歯車組３１が配設
されている。上側の遊星歯車組３１のビニオンキャリア
３３がステアリングホイールに連結された入力軸（図示
せず）に連結され、下側の遊星歯車組のピニオンキャリ
ア３３が入力軸にトーションバー３５を介して連結され
た化ツノ軸３６に接続されており、トーションバー３５
のねじれによる入力軸と出力軸３６との回転角差に応じ
て」二側の遊星歯車組３１のリングギア３７が回転する
。

上記リングギア３７の外周面には、係合凹部３８が形成
され、該係合四部３８に前記ハウジング３０にリングギ
ア３７の接線力向に摺動自在に配設されたスプール３９
に固着されたビン４０の球状部４０ａが係合されている
。上記スプール３９は、ばね４１によって中立位置に付
勢されており、スプール３９の左端に連結シャフト４２
が連結されている。

ステアリングホイールに操舵トルクを作用させていない
状態では、入力軸と出力軸３６とに回転角差を生じない
ので、」二側の遊星歯車組のリングギア３７は中立位置
を保持し、これにビン４０を介して連結されたスプール
３９も中立位置を保持する。これに対し、中立状態から
ステアリングホイールを例えば右切りすると、そのとき
の操舵トルクに応じてリングギア３７が右回転し、スプ
ール３９がばね４１に抗して右動することにより、連結
シャフト４２もこれに伴って右動することになる。

上述のようにして移動せしめられる連結シャフト４２側
にホール素子型トルクセンサにおける磁石が配される。

第５図に併せて示すように、連結シャフト４２には、ケ
ース体４３内において案内ロッド４４により摺動自在に
案内される磁石ホルダ４５が連結されている。該磁石ホ
ルダ４５には、その摺動力向に隣接して一対の例えば永
久磁石４６．４７が固着されている。これら永久磁石４
６．／＋７は、互いに逆極性となるように着磁されてお
り、両永久磁石４６．４７の隣接位置では磁界が零とな
り、例えば永久磁石４６側で負の磁界が、また永久磁石
４７側で正の磁界が、夫々形成される。

ケース体４３内には、更に、磁石ホルダ４５に下方から
対向する位置にプリント基板４８が配設され、該プリン
ト基板４８上には、磁石ホルダ４５の摺動方向に所定Ｉ
Ｉ！］隔を保って前記した第１及び第２のホール素子１
．２が固定配置される。すなわち、ホール素子１，２は
、前記磁石ホルダ４５が中央部に位置する中立状態（ス
テアリングホイールに操舵トルクが作用しておらず、入
力軸と出力軸３６とに回転角差を生じていない状態）で
。

その永久磁石４６，４．７の境界位置側に対向する位置
に配設される。

上記中立状態では丁度永久磁石４６及び４７の境界位置
がホール素子１，２間の中央部に一致するようになされ
ているが、前述の如きステアリングホイールの操作に件
う連結シャフト４２の移動、従って磁石ボルダ４５の移
動時の当該磁石ホルダ４５の変位と、ホール素？−１，
２間の中央部でのＩＩ− 磁束密度との関係は、第６図に示すように、磁石ホルダ
／１５が中立位置（ｘ、　＝　Ｏ）にある状態から左右
方向に変位したときに、例えば、左方向の変位ではその
変位量の増加に反比例して磁束密度が減少し、右方向の
変位ではその変位量の増加に正比例して磁束密度が増加
するように設定されている。

入力軸に加えられたトルクを変位に変換する」−記機構
において、ホール素子１，２は、その出力電圧は、供給
される入力電流と印加磁界の磁束密度との各位に応じた
ものとして表すことができる（ホール素子電圧ＶＣＣホ
ール素子電流Ｉ×磁束密度Ｂ）ので、これを取り出せば
、中立状ｆｆ！Ｎｘ−〇）からの相幻的な左右方向への
移動時にトルクに対応した値の電圧信号をセンサ出力と
してステアリングトルク感応型の電動パワーステアリン
グ装置の制御系に与えることができる。

ステアリングホイールに作用される操舵トルクを磁石と
ホール素子の相対運動に変換して測定する場合の機構に
ついては、−１−記のものに以外に、２ 次のような構成でもよい。

第７図の構成は、既述した本出願人の先の実用新案登録
出願において一例として示したのものであり、ハウジン
グ７１に回転自在に支持された入力軸７２及び出力軸７
３が弾性体としての１・−ジョンバー７４を介して連結
され、ステアリングホイールを操舵することによって発
生した回転力が、入力軸７２．１・−ジョンバー７４、
出力軸７３及びラックピニオン式ステアリング装置を介
して転舵輪に伝達されるようになっているとともに、上
記人力軸７２及び出力軸７３間の相対回転を直進変位に
変換する直進変位変換手段が設けられている。

直進変位変換手段は、図示例の場合は、入力軸７２に相
対回転自在に外嵌されたスライダ７５を有する。前記出
力軸７３及びスライダ７５は回動力向には一体であるが
、軸方向には相対変位が可能であって、入力ｌｌ１ｌ１
７２に加えられた回転力がト−ションバー７４を介して
出力軸７３に伝達される場合において該１・−ジョンバ
ー７４がねじれることにより入力軸７２及び出力１１＋
　７３間に出力１１＋７３が遅れる相対回動が５６生し
たとき、その相列回動は直進変位に変換される。

すなわち、スライダ７５の内面に形成された螺旋溝７５
ａには、人力軸７２の角孔７２ａに収容されるボールＢ
Ｏの一部分が収まっており、上記相対回動が発生したと
き、スライダ７５はその螺旋溝７５ａの傾斜角度に従っ
て、軸方向に進退する。

上記のように直進変位するスライダ７５に永久磁石４６
．４７が設けられる一方、基板７６ａにホール素子１，
２が取イＪけられたセンサ部７６がハウジング７１に固
定されており、永久磁石４６４７とホール素子１２との
相対運動がなされるようになっている。上記永久磁石４
６．４７は、図示例では、そのスライダ７５が出力軸７
３と回動方向には一体であることなどから、これをリン
グ状のものとしである。

また、第７図には、アシスト力をイリ与する制動系の構
成の一例も示されている。アシス１へ力の（−１４ 与は、基本的には、ステアリングホイールから転舵輪ま
での系の適宜の部分において行えばよく、本例では、出
力すｑ１１７３と一体に回動するウオームホイール７７
が設けられ、該ウオームホイール７７がモータ７８の出
力軸７９に形成されたウオーム８０と噛合する構成が採
られており、図示しないコントローラが、トルクセンサ
の出力に基づき操舵トルクの方向及び大きさを判断して
、その操舵トルクが減少する回転力がウオームホイール
７７に究生ずるよう、上記モータ７８に電流を供給して
モータ出力軸７９に回転力を与え、これにより、前記出
力軸７３にアシスト力を（ツ与して操縦者の負担を軽減
する。

アシスト力をイ１与する駆動系の構成については、第４
図のものも上記と同様のものであってよい。

前述した第４図及び第５図のプリント基板４８、または
第７図の裁板７６Ｆ１には、ホール素子ｌ。

２に対し正常時にはその駆動電流として所定電流を供給
制御すると共に、ホール素子１，２の出力電圧をセンサ
出力としてコントローラに出ツノする５ ための電子回路を実装することができる。かかる制御用
の電子回路には、後述するように、フェールセーフ時に
、これを上記コントローラ、ずなわちセンサ出力を取り
込み、処理するコントローラ側で行うのではなく、ホー
ル素子型Ｉ・ルクセンサの回路部分側自体で実現できる
ようにするべく、センサ出力そのものを強制的に安全範
囲（＋−ルクー０）にもたらすようにする（実際の変位
ＩＪ、　（ｘ）にかかわらず、従ってアシスト力を（す
与ずべき状態にあったとしても、トルクは零であること
を表わす状態、すなわち、みかけ上は中立位ｆｉｌ（ｘ
Ｏ）を検出しているかの如きセンサ出力に切り換えられ
るようにする）！０路機能を含めて組み込むことができ
る。

上記のトルクセンサ出力そのものを操作することによる
フェールセーフ機能は、本例では、温度補償または取（
す補償のために、ホール素子１，２に流す電流を制御す
る場合に、異常時またはパワーオンリセット時に、ホー
ル素子電流を遮断してフェールセーフとすることによっ
て行える。

第１図の機能を示すブロック図に戻り、センザ制御用の
回路は、ホール素子１，２に接続された増幅部３，４、
差動増幅部５、信号判別部６、処理部７を備える。各増
幅部３，４の出力は、センサ部出力端子１”　ｌ　、　
Ｔ　２を通して取り出される一方、出力Ｖ１と出力ｖ２
に基づき、ホール素子１゜２に供給ずべき電流が補償回
路を構成する差動増幅部５、信号判別部６を介してフィ
ードバック制御される。

」１記差動増幅１１１５からの出ツノは、これをホール
素子１．２の駆動電流の信号Ｖｆとして信号判別部６に
供給し、信号判別（ｆｌｌＫ６は、通常は、Ｖｆ＝Ｖｆ
’として出力しく第２図のｔ　Ｆ　Ｓ以前の状態）、ホ
ール素子１．２をＶｆ’で決定される電流位で駆動する
。

このようにしてホール素子１，２に流す電流を制御する
が、上記信号判別部６は、図示例では、異常信％　Ｓｌ
用の入力端子Ｃ−Ｆｌ及びパワーオンリセット信号Ｓ２
用の入力端子ＣＴ２が接続された処理部７からの出力信
瞭に応じてホール素子電流をカッＩ・する機能を有して
おり、第１図中の破線で囲った信号判別部６、処理部７
を含む回路部分によって、更に、ホール素子１，２に流
す電流を制御する場合にこれを利用して、異常時または
パワーオンリセット時にはホール素子電流を遮断してフ
ェールセーフを行う。

タイムチャートを示ず第２図並びに第３図には、それぞ
れ異常時、パワーオンリセット時における」１記異常信
号Ｓ１、パワーオンリセット信吟Ｓ２（スイッヂ信号）
に幻するＶｆ、Ｖｆ’等の関係の一例が示されている。

前者の異常時のケースは、電動パワーステアリングシス
テム作動中の例であり、正常作動中において時刻Ｌｐｓ
で仮にホール素子を含む系に断線、故障などが生じて、
第２図（ｂ）のように異常信号Ｓ１が入力されたとき、
Ｖｆ（同図（ａ））に列し、同図（ｃ）に示すように、
Ｖｆ’はＶｆ’＝Ｏとなり、これにより供給ホール素子
電流をカツトシて、センサはトルクは零という／Ｊ５力
を出して、安全を保つようになっている。

ホール素子出力電圧を増幅した変位検出電圧が異常状態
となった場合、変位量によるトルクの正確な検出は行え
ず、その誤ったセンサ出力でモータの制御が行われてし
まうと、必要以上の過剰なアシストツクが付与されたり
、あるいは操縦者の意思に反しアシスト力が発生してし
まう可能性がある。例えば、今、車両が直進状態にあっ
て、ステアリングホイールに操舵トルクが作用されてい
ない中立状態にあるときには、検出が正常な状態ならば
、この場合は、アシスト力は不要であることから、トル
クセンサはトルク＝Ｏを表わす出力を出しており、コン
トローラはアシスト用のモータに電流を供給しない状態
を維持する。

ところが、もし、かかる中立状態で異常状態が起こると
、センサからトルクは零でないという出力が出される結
果、操縦者が直進状態を紹：持しようとしているにもか
かわらず、異常発生時に電動パワーステアリング装置側
で突然にステアリングホイールを切ってしまうような事
態にもなる。

これに対し、」１記構成によれば、異常状態時に９− はホール素子型トルクセンザ内のホール素子電流をカッ
トシているため、センサ出力はトルク−０という出力を
している。この状態は上述のように中立状態にあるとい
うことを意味しており、アシスト用のモータには電流は
供給されない。

従って、異常発生に伴って自動的にかかる状態にするこ
とにより、たとえ直進中に異常が突然発生したとしても
それによって電動パワーステアリング装置のアシスト力
が発生してステアリングホイールが急に切られてしまう
などということも回避でき、センサ出力そのものを安全
領域になるような出力にしていることによってフェール
セーフとなるのであり、ｔｐｓ以後の範囲で安全を保つ
ことができる。

また、断線などの異常に対し、ホール素子型トルクセン
サ出力そのものを操作しているので極めて時間的に速い
対応が可能でもある。

異常時のフェールセーフを行うのに、これを取り込んだ
センサ出力を後処理することにより対処するという方法
も考えられるが、しかし、センサ０ 信号の後処理だけの対処では、その複雑さからくる信頼
性の低下のために、全てのモードに対応してフェールセ
ーフ機能を盛り込めないなどの不利、不便が生ずる。し
かるに、上記ホール素子型トルクセンサ出ノｊそのもの
を安全範囲（トルク−〇）にもってきて安全性を高める
手法によれば、ホール素子電流の遮断という同様の回路
構成をもって主電源投入の際のケースにも容易に対処で
きる。

パワーオンリセット時のケースを示す第３図において、
同図（ａ）のように主電源が時刻ＬＯで投入されると、
同図（ｂ）に示すパワーオンリセット信号Ｓ２が入ノＪ
され、Ｖｆ’は同図（Ｃ）のよ−うに時刻ＬＯ〜Ｌ１で
もＶｆ’＝Ｏとなり、これにより供給ホール素子電流を
カットして、前記と同様にしてＬＯ〜ｔ１間ではトルク
は零という出力を出して、安全を保つことができる。

主ｍＷ投入初期においては、回路系は不安定であり（を
圧が０から立ち上がるなどする）、ステアリングホイー
ルが急に切られてしまうなどの事態も予想されるところ
、」二連のようにして、主電源投入直後の一定期間（例
えば数秒間）は強制的にＶｆ’＝Ｏに切り換えることが
できるので、ｔ。

〜Ｌ１の範囲で安全を保つことができる。しかも、この
ようなパワーオンリセット時にも、特別に別途専用回路
を設けて対応しないでも済み、断線などの異常時のもの
と共用してフェールセーフを実現することができる。

第８図は、上記のようなフェールセーフ機能を組み込ん
だホール素子型トルクセンサの制御相の回路の具体例を
示す。

第８図の回路構成例では、各ホール素子１．２の電圧出
力側に夫々接続された差動増幅器１１ａ。

１１ｂと、各ホール素子１，２の電流入力側に夫々接続
された電流制御回路１２とを備えている。

上記電流制御回路１２は、各ホール素子電流をカットす
るように制御するための遮断用の回路を含んで構成され
る。

第８図に示すように、各ホール素子１，２は、その電流
入力側の一端が、電圧Ｖｃｃの正の直流電源に接続され
ている。

２− 」１記差動増幅器１１ａ、Ｉｌｂの夫々は、非反転入力
側及び反転入力側が夫々抵抗Ｒ＋（例えば抵抗ｆ直２．
７にΩ）及び抵抗Ｒ２（同２．７にΩ）を介して」１記
ホール素子１．２の電圧出力側に接続されたオペレーシ
ョンアンプ１３を有し、その反転入力側及び出力側間に
抵抗Ｒ３（例えば抵抗値１５０にΩ）が夫々接続され、
また、非反転入力側は抵抗Ｒ４（同１．５０にΩ）を介
してＩ／２Ｖｃｃ用の正の直流電源回路に夫々接続され
ている。

第９図は」二記１／２Ｖｃｃ川電源回路の一例を示し、
該電源回路は、Ｖｃｃ電源ラインと接地間に接続された
コンデンサ０．１と、抵抗Ｒ，１（例えば抵抗値１００
Ω）及びツェナーダイオードＺ　（１／２Ｖｃｃ）の定
電圧部と、定電圧ｒ０（と接地間に接続されたコンデン
サＣ１，と、出力側が反転入力側に接続され、かつ非反
転入力側が」１記分圧点に接続されたオペレーションア
ンプ９０とによって構成され、Ｉ／２Ｖｃｃｔ圧を該オ
ペレーションアンプ９０の出力端から取り出すようにし
ている。

電流制御回路１２は、ホール素子１．２の他方３ の電流出力側にコレクタが接続されたトランジスタＱａ
、Ｑｂと、トランジスタＱａ、Ｑｂのエミッタ及び接地
間に弁部された抵抗Ｒａｇ、Ｒｈ＋並びに各トランジス
タＱａ、Ｑｂのベースに接続された抵抗Ｒａ２．Ｒｂ２
と、差動増幅器１１ａ、］、］ｂの化ツノ電圧Ｖ１及び
Ｖ２が入力される差動増幅器Ｉ４と、該差動増幅器１４
の反転入力側に抵抗Ｒ６（例えば抵抗値１２にΩ）を介
して接続された疋の直流電源回路１５と、上記差動増幅
器１４の化ツノ側に接続された遮断制御回路１６ど、該
遮断制御回路１６の化ツノ端が非反転入力側に夫々接続
されると共に、前記トランジスタＱａ、Ｑｂのエミッタ
が反転入力側に夫々接続され、かつ出力側が前記抵抗Ｒ
ａｚ、Ｒｂ２を介してトランジスタＱａ、Ｑｂのベース
に夫々接続されたオペレーションアンプ１７ａ、１７ｂ
とを備えている。

上記差動増幅器１４は、オペレーションアンプ１４ａを
有し、その非反転入力側に抵抗Ｒ６（例えば抵抗値２．
４にΩ）を介して差動増幅器１］ａの出力電圧Ｖ１が、
また反転入力側に抵抗Ｒ７（同４ ２．４にΩ）を介して差動増幅器１１ｂの出力電圧■２
が、夫々供給され、かつ１１３力側及び反転入力側間に
抵抗Ｒ，（例えば抵抗イ直１２にΩ）とコンデンサＣ，
（例えば容１１００ｐＦ）との並列回路が接続され、更
に出力側と接地間には抵抗Ｒ，（例えば抵抗値ＩＫΩ）
が接続されている。

直流電源回路１５は、Ｖｃｃ電源ラインと接地間に接続
した抵抗Ｒ１０（例えば抵抗値５．］ＫΩ）と抵抗Ｒ１
１（同８．２にΩ）の分圧回路と、出力側が反転入力側
に接続され、かつ非反転入力側が上記分圧回路の分圧点
に接続されたオペレーションアンプ１５ａとを含んで構
成されている。

前記トランジスタＱａ、　Ｑｂ、抵抗Ｒａ　＋、　Ｒａ
　２゜Ｒｔ＋＋、Ｒｂ２及びオペレーションアンプ１７
ａ。

１７ｂは、定電流回路を構成している。

差動増幅器１４とオペレーションアンプ１７ａ。

１７ｂとの間に押入された遮断制御回路１６は、両者間
の伝送路を遮断することによってホール素子電流が零と
なるように制御するための回路であって、例えば第１０
図に示すような構成のものとすることができる。

第１０図の構成においては、前段の差動増幅器１４から
の出力電圧Ｖｆの信号路中に押入されたアナログスイッ
チ１００と、該アナログスイッチ１００の化ツノ側に設
けられた抵抗Ｒ＋ｏ＋と、上記アナログスイッチ１００
に切り換え制御用の信号を出力するためのオアゲー１−
１０１と、該オアゲート１０１の一力の入力端子に異マ
；；゛信号Ｓ１を供給するためのアンプ１０２及び抵抗
Ｒ１０２から成る回路と、上記オアゲー１−１０１の他
方の入力端子にパワーオンリセット信号Ｓ２を供給する
ためのインバータ１０３並びに抵抗Ｒ＋ｏ３．　Ｒ１０
４及びコンデンサＣ１ｏｔから成る回路とによって、遮
断制御回路１６が構成されており、該遮断制御回路１６
の出力として得られる信号Ｖｆ’が後段回路への入力、
すなわち第８図の各オペレーションアンプ１７ａ、１７
ｂの非反転入力側に対する入力となるように構成されて
いる。

第８図の回路構成において、前記した永久磁石４６．４
７と第１及び第２のホール素子１，２との相対移動時の
変位検出値としては、差動増幅器１１ａ、ｌｌｂの出力
電圧Ｖｌ、Ｖ２の平均値を適用すると共に、各ホール素
子１，２に対する駆動電流としては、第１及び第２のホ
ール素子１．２の出力電圧の差値に応じた入力電流を供
給するようにしている。

ホール素子１，２に供給する入力電流を各ホール素子１
，２の出ツノ電圧の差値に応じて制御することにより、
使用ホール素子及び永久磁石の温度特性の変化にかかわ
らず各ホール素子１．２の変位検出電圧の差値を一定に
すると共に、変位検出電圧の変位に対する傾きすなわち
電圧変化率を常に一定値に維持することができ、永久磁
石４６゜４７及びホール素子１．２間における距離の誤
差、永久磁石４６．４７及びホール素子】、２の個体差
による感度の誤差を少なくすることができる。

遮断制御回路１６を含む電流制御回路１２を利用した温
度補償は、基本的には、既述した特許出願におけるもの
と同様であってよく、以下のようにして行える。

７ すなわち、第８図において、ホール素子１，２及び永久
磁石４６．４７の周囲の温度が例えば常温であるときに
、差動増幅器１１ａ、ｌｌｂから、が１記した中立位置
からの変位Ｘに対して夫々第１］図で実線図示の平行な
特性曲＃ｉｌＤ　ａ　＋及び＋２ｂ２で表わされる変位
検出電圧Ｖ１及びＶ２が出力されるように、差動増幅器
１１　ａ　＋　　Ｉ　］　ｂ及び電流制御回路１２が調
整されているものとする。

」１記電流制御回路１２中の遮断制御回路１６は、通常
時は、オアゲー１−１０　］に異常信号Ｓ１、パワーオ
ンリセット信号Ｓ２は印加されておらず、従ってこのと
きアナログスイッチ１００はオン状態になっている。

」二連のような状態において、もし、永久磁石４６．４
７、ホール素子１，２の周囲温度が上昇したとすると、
こらに応じて永久磁石４６．４７によって生ずる磁束密
度が減少することにより、差動増幅器１１ａ、１］ｂの
出力電圧Ｖｌ、Ｖ２は、第１１図の破線図示の特性曲線
αａ２及びＱｂ２のように変位Ｘに対する傾きすなわち
電圧変化率が小さくなる。

このように、出力電圧Ｖｌ、Ｖ２の変化率が小さくなる
と、両出力電圧Ｖｌ、　Ｖ２（７）差値（Ｖ２−Ｖｌ）
も小さな値となる。このため、差動増幅器１４の出力電
圧Ｖｆが差４１　（Ｖ２−■＋）の減少に伴って増加す
ることになり、これがオン状態の遮断制御回路Ｉ６を介
してオペレーションアンプ１７ａ。

＋７ｂの非反転入力側に入力される。従って、オペレー
ションアンプ１７ａ、１７ｂの出力電圧が増加し、これ
に応じてトランジスタＱａ、Ｑｂのコレク、タエミッタ
間を流れる電流が増加し、結果的にホール素子１．２に
供給される電流が増加する。

このように、ホール素子１．２に供給される電流が増加
すると、これに応じてホール素子１．２の出力電圧の傾
きすなわち電圧変化率が増加し、差動増幅器１１ａ、ｌ
ｌｂの出力電圧Ｖｌ、Ｖ２の電圧変化率も増加する。

すなわち、第１１図の出ツノ電圧Ｖｌ、Ｖ２と変位Ｘと
の関係は下記（１）式及び（２）式で表わされる。

Ｘ＝−αＶ１−β　　　　　　　　　　・・（１）Ｘ＝
−α■２＋β　　　　　　　　　・・・（２）また、出
ノＪ電圧Ｖｌ、Ｖ２は、Ｖｕａ、Ｖｕｂをホール素子１
．２の出ツノ電圧、ｋを定数として、下記（３）式及び
（４）式で表わすことができる。

Ｖ＋＝ｌ／２Ｖｃｃ−ｋＶｏａ　　　　　　−（３）Ｖ
２＝１／２ＶＣＣ−ｋＶ＋＋ｂ　　　　　　−（４）更
にホール素子１，２の出力電圧ＶＩＩａｌｖＩＩｂは、
　（Ｒｕ／ｄ）を積感度として、下記（５）式及び（６
）式で表わすことができる。

Ｖｏａ＝　（Ｒｕ／ｄ）ＴＢ　　　　　−（５）Ｖ＋＋
ｂ＝　（Ｒｕ／ｄ）ＴＢ　　　　　・・・（６）なお、
■は入力電流、Ｂは磁束密度である。

従って、　（３）〜（６）式を（１）式及び（２）式に
代入して第１１図の特性面線Ｑ１及び悲２の傾きαａ、
　ａｂを算出すると、下記（７）式及び（８）式で表わ
すことができる。

αａ、＝（β−Ｘ）／　（Ｉ／２Ｖｃｃ−（Ｒｕ／ｄ）
ＩＢ）　　　　　　　　　　・・・（７）αｂ＝　（β
−ｘ）／　（Ｉ／２Ｖｃｃ−（Ｒｕ／ｄ）ＩＢ）　　　
　　　　　　　　　・・・（８）これら（７）式及び（
８）式から明らかなように、ホール素子ｌ、２に入力す
る電流Ｉを増加させると、ホール素子１，２の感度が高
くなって差動増幅ＩＨ１１ａ、ｌｌｂの出力電圧Ｖｌ、
Ｖ２の傾きが増加することになる。出力電圧Ｖｌ、Ｖ２
の傾きが増加すると、上記電流制御回路１２の差動増幅
器１４の出力電圧Ｖｆが減少するが、これに応じてホー
ル素子１．２の入力電流■も減少し、差動増幅器＋１ａ
、ｌｌｂの出力電圧Ｖｌ、Ｖ２の傾きαａ、αｂも減少
するので、差動増幅器１４の出力電圧Ｖｆが増加し、結
局出力電圧Ｖｌ、Ｖ２の差値（Ｖ２−Ｖｌ）が温度」１
肩にかかわらず特性曲線Ｑａ＋及び９ｂ＋における差値
と略一致する一定値に維持される。

周囲温度が常温より低下した場合についても、上記に８
３１じて温度補償を行うことができる。

以上のようにして、２つのホール素子１，２をＶｆ’で
決定される電流値で駆動し、永久磁石４６゜１ ４７により磁界が印加された場合に出される電圧出力を
それぞれＶｌ、Ｖ２として、その差をフィードバックし
てＶｆとし、遮断制御回路１６がオン状態のときには上
記のようなフィードバックによって温度補償を行うこと
ができる。

上記構成において、ｘ＝Ｏで中立状態のとき（トルク＝
Ｏ）には、］／２Ｖｃｃに相当する電圧、例えば２．５
ｖの電圧が得られる。中立状態時にこのように２．５ｖ
が得られる回路構成となっているときには、これが安全
な状態であるので、フェールセーフ時にばかがる安全領
域の出力、すなわち電動パワーステアリング装置によっ
てかつてにステアリングホイールが切られてしまうよう
なところにはならないような」１記２．５Ｖの中立出力
とするよう、ホール素子型トルクセンザそのものを制御
し、そのために遮断制御回路１６を使用する。

これは、ホール素子センサの出力を差動で受けると、ホ
ール素子電流が零のとき中立出力になっている点に着目
したものであり、遮断制御回路１６２− がオン状態の通常時には、上記２．５Ｖを中心とする所
定範囲（例えば４Ｖ〜２．５Ｖ〜ＩＶ）内のものが変位
に応じて得られるが、遮断制御回路１６を差動させると
、ホール素子出力は零に切り替わり、その結果、電動パ
ワーステアリング装置によるアシストカカ＜（＝１与さ
れるのが自動的に禁止されることになる。

すなわち、第１０図のアナログスイッチ１００がオンし
ている場合は、Ｖｆが出力され、前述の如くこれでホー
ル素子電流を決定（定電流）しているが、異常時には、
異２：５′信号Ｓ１がオアゲート＋０１を介してアナロ
グスイッチ１００に供給され、アナログスイッチ１００
はオン状態がらオフ状態に切り換えられ、Ｖｆ’はＶｆ
’＝０となる。

従って、ホール素子電流ＩはＩ＝Ｏとなり、その結果ホ
ール素子出力は′Ｏ″となり、自動的に安全領域となる
。すなわち、差動増幅器１１ａ、Ｉｌｂの出力電圧Ｖｌ
、Ｖ２はともに」１記２．５ｖとなってそれらの平均値
として中立出力の２．５ｖが得られ、異常時には、自動
的に、アシスト力の（Ｊ与を禁止する安全な状態に速や
かに切り替わり、第２図に示したように時刻ｊ；　Ｆ　
Ｓ以後は誤動作を回避し、安全を維持する。

また、パワーオンリセラＩ・時にも、本回路は上記のよ
うにホール素子電流が遮断されればトルクが零という出
力となるように予めセットされているので、これを用い
て初期設定を行うことができる。すなわち、パワーオン
リセット時には曲記第３図（ｂ）に示したようなパワー
オンリセット信号Ｓ２がオアゲート１０１を介してアナ
ログスイッチ１００に供給されることによって、アナロ
グスイッチ＋００を一定期間（ＬＯ〜Ｌ１）は自動的に
オフ状態に切り換えることができ、前記と同様にしてホ
ール素子電流■を１＝０とし、ホール素子出力をＩＩ　
ＯＩＩとして安全範囲に保つことができる。

以上のように、本例では、異フ；（゛信号Ｓ１及びパワ
ーオンリセット信号Ｓ２のうちのどちらか、あるいは両
方発生した時に、ホール素子の駆動電流の信号を零とし
て電流をカットし、トルク−Ｏという出力を出して安全
を保つようになっており、本ホール素子型トルクセンザ
を使った電動パワーステアリングシステムをより信頼性
の高いものにすることができる。

なお、」１記では、本発明を特定の実施例について述べ
たが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、磁石側を移動させる場合について説明したが、
逆に磁石側を固定し、ポール素子側を移動させるように
してもよい。

更に、磁石としては永久磁石に限らず、電磁石を使用す
るようにしてもよく、また、その数についても図示例の
ものに限定されない。

更にまた、本発明は特にパワーステアリングシステムに
適用して好適であるが、適用対象もこれに限定されるも
のではなく、異常時等のフェールセーフが必要とされる
その他の用途に適用することを妨げるものではない。

（発明の効果） 本発明によれば、ホール素子に流す電流を制御５ する電流制御手段を具備し、測定する入力トルクを磁石
とホール素子の相列運動に変換して測定するトルクセン
サにおいて、異常時またはパワーオンリセット時に前記
ポール素子電流を遮断するようにしたものであるから、
ホール素子に流す電流を制御する電流制御を活用してト
ルクセンサ側で適切なフェールセーフ機能を実現するこ
とができ、従って適用システムの信頼性を高めることが
でき、更に、ホール素子型トルクセンザ出力そのものを
制御してフェールセーフを行えるので、対応性にも優れ
ており、迅速にＸＪ処可能である等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す機能ブロック図、第２
図は異常時の場合のフェールセーフの説明に供するタイ
ムチャー１・の−例を示す図、第３図は同じくパワーオ
ンリセット時の場合のタイムチャー１・の−例を示す図
、第４図はホール素子型ｌ・ルクセンサを電動パワース
テアリング装置のトルク検出に適用した場合の構ノ戊の
一例を示す断面明 図、第５図は第４図の永久磁石及びホール素子部分を拡
大して説明するための図、第６図は永久磁石の変位と磁
束密度との関係の一例を示す特性面線図、第７図は電動
パワーステアリング装置のトルク検出に適用した場合の
構成の他の例を示す断面図、第８図はセンサ制御用の回
路構成の一例を示す回路図、第９図は第８図における一
対の差動増幅器のための直流電源回路の一例を示す回路
図、第１０図は第８図の遮断制御回路の一例を示すブロ
ック図、第】１図は第８図の回路構成において変位と一
対の差動増幅器の出力との関係の一例を示す特性曲線図
である。 １．２・・ホール素子、３．４・・増幅部、５・・・差
動増幅部、６・・信号判別部、７・・処理部、］、１ａ
。 １１ｂ・・・差動増幅器、１２・・・電流制御回路、１
３゜１４ａ、１５ａ、１７ａ、１７ｂ、９０−オペレー
ションアンプ、１４・・・差動増幅器、１６・遮断１１
Ｎ＋御回路、４５　磁石ホルダ、４６．４７・・永久磁
石、 ７５・スライダ、 ｌＯＯ・・・アナログスイッ チ、 １０１・・・オアゲート、 Ｑａ。 Ｑｂ・・）・ラング スタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ホール素子に流す電流を制御する電流制御手段を具
   備し、測定する入力トルクを磁石とホール素子の相対運
   動に変換して測定するトルクセンサにおいて、異常時ま
   たはパワーオンリセット時に前記ホール素子電流を遮断
   することを特徴とするホール素子型トルクセンサの保護
   方式。