(57)【要約】【課題】  温度変化による変動を小さくでき、診断用検出出力を安定させることができるトルクセンサを提供すること。【解決手段】  トルクを印加する軸であって、外周に磁気異方性を有する磁気異方性部２ａ，２ｂを設けたトルク検出軸２と、磁気異方性部２ａ，２ｂへ励磁する励磁コイル６ａ〜６ｄと、磁気異方性部２ａ，２ｂの透磁率の変化を検出する検出コイル５ａ，５ｂと、検出コイル５ａ，５ｂの出力を処理してトルク値を算出するトルク検出回路８とを備えたトルクセンサ１において、励磁コイル６ａ〜６ｄにより故障診断を行うトルク診断用検出回路９を備えた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクを印加する軸であって、外周に磁気異方性を有する磁気異方性部を設けたトルク検出軸と、
前記磁気異方性部へ励磁する励磁コイルと、
前記磁気異方性部の透磁率の変化を検出する検出コイルと、
前記検出コイルの出力を処理してトルク値を算出するトルク検出手段と、
を備えた磁歪式のトルクセンサにおいて、
前記励磁コイルにより故障診断を行う故障診断手段を備えた、
ことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のトルクセンサにおいて、
前記磁気異方性部は、前記トルク検出軸の外周の２箇所に設けたものであり、
前記励磁コイル及び前記検出コイルは、前記磁気異方性部の２箇所のそれぞれに設けたものであり、
前記励磁コイルは、１箇所の励磁コイルが２つの励磁コイルで構成されるようにし、４つの励磁コイルでブリッジ回路を構成し、
前記故障診断手段は、前記励磁コイルが構成するブリッジ回路の２点を出力とし、トルク値に相当する値を算出し、前記トルク検出手段のトルク値と比較して故障診断を行う、
ことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３】
請求項２に記載のトルクセンサにおいて、
１箇所の励磁コイルを構成する２つの励磁コイルは、
内側と外側の２層に巻線したものである、
ことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項４】
請求項２に記載のトルクセンサにおいて、
１箇所の励磁コイルを構成する２つの励磁コイルは、
２つの線を同時に巻線するバイファイラ巻きで巻線したものである、
ことを特徴とするトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク検出軸へのトルク印加による磁歪の変化を検出することで、トルク値を検出する磁歪式のトルクセンサの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術においては、制御回路にてデジタルアンバランス信号を発生させ、このデジタルアンバランス信号にもとづくキャリブレーション信号を信号処理回路に供給し、信号処理回路の出力信号から信号処理回路の機能を検査する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−２４１９３４号公報（第２−４頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来では、抵抗とコイルとの差や比によりトルク値を検出しているが、出力が温度変化や経時劣化による抵抗値の変動に敏感に応動するため、診断用出力が安定せず、誤診断が発生する可能性があった。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、温度変化による変動を小さくでき、診断用検出出力を安定させることができるトルクセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明では、トルクを印加する軸であって、外周に磁気異方性を有する磁気異方性部を設けたトルク検出軸と、前記磁気異方性部へ励磁する励磁コイルと、前記磁気異方性部の透磁率の変化を検出する検出コイルと、前記検出コイルの出力を処理してトルク値を算出するトルク検出手段とを備えた磁歪式のトルクセンサにおいて、前記励磁コイルにより故障診断を行う故障診断手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明では、温度変化による変動を小さくでき、診断用検出出力を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の車両暗電流低減方法を実現する実施の形態を、実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず構造を説明する。
実施例１のトルクセンサは、センサ部分と信号処理部分とからなる。まず、センサ部分について説明する。
図１に示すのは、トルクセンサ１の断面図である。
トルクセンサ１は、まず、トルク検出軸２を軸受３により軸支し、トルク検出軸２の外周の２箇所には、傾斜した筋状の凹凸を多数有する磁気異方性部２ａ，２ｂを設ける。
【０００９】
次に、トルク検出軸２の外周には、両側の軸受３で支持した円筒状のボビン４を設ける。ボビン４の磁気異方性部２ａ，２ｂに対応する２箇所の外周には、巻線用の円筒状空間を形成する凹部４ａ，４ｂを設ける。２箇所の巻線用の凹部４ａ，４ｂの間は、ボビン４の隔壁で仕切られるようにする。
【００１０】
このボビン４の巻線用の凹部４ａには、内側から外側へ検出コイル５ａ、励磁コイル６ａ、励磁コイル６ｃと層状に巻線を行うようにする。また、凹部４ｂには、内側から外側へ検出コイル５ｂ、励磁コイル６ｂ、励磁コイル６ｄと層状に巻線を行うようにする。
さらに、２箇所に巻線がされたボビン４の外周側には、コイルを保護するためのシールドヨーク７を設ける。
【００１１】
次に、トルクセンサ１の信号処理部分について説明する。
トルクセンサ１の信号処理部分は、図２に示すように主に、トルク検出回路８とトルク診断用検出回路９で構成される。
トルク検出回路８は、差動増幅器８１、整流平滑器８２、零点補正器８３、増幅器８４からなる。
差動増幅器８１は、出力の差を増幅し、整流平滑器８２は、整流化と直流変換を行い、零点補正器８３は、直流変換した信号の零点を補正し、増幅器８４で零点補正した直流信号を増幅する。これによりトルク検出回路８は、トルクに比例した電圧出力を得る。
なお、検出コイル５ａ，５ｂは直列に接続し、これを差動増幅器８１に接続する。
【００１２】
トルク診断用検出回路９は、差動増幅器９１、整流平滑器９２、零点補正器９３、増幅器９４からなる。
差動増幅器９１は、出力の差を増幅し、整流平滑器９２は、整流化と直流変換を行い、零点補正器９３は、直流変換した信号の零点を補正し、増幅器９４で零点補正した直流信号を増幅する。
【００１３】
トルク検出回路８とトルク診断用検出回路９の出力は、比較器１１により比較されることにより、異常があるかどうかの判断を行う。
なお、励磁コイル６ａ〜６ｄは、交流電源１２に対し、励磁コイル６ａと励磁コイル６ｂを直列させて接続し、また、交流電源１２に対し、励磁コイル６ｃと励磁コイル６ｄを直列させて接続し、励磁コイル６ａ，６ｂと励磁コイル６ｃ，６ｄが並列するようにしてブリッジ回路を構成し、励磁コイル６ａ，６ｂの間と、励磁コイル６ｃ，６ｄの間を差動増幅器９１に接続する。
【００１４】
次に作用を説明する。
[トルク検出作用及び診断作用]
(a)トルク検出作用
交流電源１２、励磁コイル６ａ〜６ｄで構成する励磁回路部分は、交流、例えば正弦波の励磁電圧を発生し、励磁コイル６ａ〜６ｄに交流電流を流して励磁を行う。
励磁コイル６ａ〜６ｄに電流が流れ磁界が発生すると、トルク検出軸２の磁気異方性部２ａ，２ｂを磁気が通過する磁界となり、検出コイル５ａ，５ｂに電圧が発生する。
このとき、励磁コイル６ａ，６ｃ、励磁コイル６ｂ，６ｄには、それぞれ同じ方向に電流が流れる。
【００１５】
トルク検出軸２にトルクが印加される（捻られる）と、逆磁歪効果により、磁気異方性部２ａ，２ｂの透磁率がそれぞれ増加、減少し、磁気異方性部２ａ，２ｂに対応したそれぞれの検出コイル５ａ，５ｂに誘導起電圧の変化として現れる。
検出コイル５ａ，５ｂでの誘導起電圧の変化は、２つのコイルが逆相に直列接続されているため、トルク検出回路８では変化量のみを検出する。
トルク検出軸２にトルクが印加されると、各々の検出コイル５ａ，５ｂに誘起する電圧がそれぞれ増減するため、差動増幅器８１に正弦波の出力信号として現れ、この出力信号は全波整流、平滑され直流電圧に変換される。また、回路構成によっては、各々のコイル電圧を整流、平滑して減算することにより、差分のみの直流電圧に変換される。
【００１６】
検出コイル５ａ，５ｂ、励磁コイル６ａ〜６ｄ、トルク検出軸２、励磁電流などのバランスが崩れると、トルクが印加されていないときでも、トルクが印加された状態と同じようにトルク検出回路８の電圧がオフセットされるため、ゼロ点がずれることになる。これを補正するため、零点補正器８３直流電圧に変換された信号のオフセット電圧を変化させ、ゼロ点のずれを補正する。
最後に、既定のトルクが印加されると、既定の出力電圧となるように増幅され、トルク信号となる。
【００１７】
(b)トルク診断作用
トルク検出軸２にトルクが印加されると磁歪部である磁気異方性部２ａ，２ｂの磁気特性変化により、検出コイル５ａ，５ｂの誘起電圧がトルクに比例して変化するが、その際、励磁側の励磁コイル６ａ〜６ｄもトルク検出軸２の磁気特性変化の影響を受け、励磁電流（電圧）が変化する。この変化を検出するために、励磁コイル６ａ，６ｂ間と励磁コイル６ｃ，６ｄ間の電圧変化を診断用として検出する。
【００１８】
２箇所の励磁コイルの電圧変化を検出するトルク診断用検出回路９への入力は、励磁コイル６ａ，６ｂと励磁コイル６ｃ，６ｄで組み合わせを逆、つまり電気的な接続を逆にしており、中点電位は逆相にシフトする。トルク診断用検出回路９は、この中点の電位差の変化から印加トルクを演算する。
さらに、検出コイル５ａ，５ｂとトルク検出回路８から出力されるトルク値と、励磁コイル６ａ〜６ｄとトルク診断用検出回路９から出力されるトルク値とを比較し、故障判定し判定結果を出力する。
【００１９】
[診断用検出出力の安定化作用]
従来では、コイルとブリッジを構成する場合、抵抗とコイルによりブリッジを構成していた。しかし、出力が温度変化や経時劣化による抵抗値の変動に敏感に応動するため、診断用出力が安定せず、誤診断が発生する可能性がある。
これに対し、実施例１では、励磁コイル６ａ〜６ｄによりブリッジが構成されているため、例えば温度変化に対して、抵抗を用いた場合に比べて、検出コイル５ａ，５ｂと非常に近い変動となり、ゼロ点、つまりトルクが印加されない状態の変動が小さくなる。
また、出コイル５ａ，５ｂと同じ位置に巻線された励磁コイル６ａ〜６ｄにより、診断用検出を行うため、さらに、変動が同様のものとなり、ゼロ点の変動が小さくなる。
【００２０】
[感度の向上作用]
実施例１では、磁気異方性部２ａ，２ｂのそれぞれに対応する励磁コイルを２重にし、ハーフブリッジではなくフルブリッジにしている。各コイルのインピーダンスはトルクにより変化するが、抵抗はトルクが印加されても全く変化しないため、フルブリッジにより感度が２倍になる。
【００２１】
次に効果を説明する。
本実施の形態のトルクセンサにあっては、次に列挙する効果を得ることができる。
(1)トルクを印加する軸であって、外周に磁気異方性を有する磁気異方性部２ａ，２ｂを設けたトルク検出軸２と、磁気異方性部２ａ，２ｂへ励磁する励磁コイル６ａ〜６ｄと、磁気異方性部２ａ，２ｂの透磁率の変化を検出する検出コイル５ａ，５ｂと、検出コイル５ａ，５ｂの出力を処理してトルク値を算出するトルク検出回路８とを備えたトルクセンサ１において、励磁コイル６ａ〜６ｄにより故障診断を行うトルク診断用検出回路９を備えたため、検出コイル５ａ，５ｂと同じ位置で近い変動になる励磁コイル６ａ〜６ｄで診断を行うので、温度変化等の変動が同様のものとなり、診断用の出力を安定させることができる。
【００２２】
(2)磁気異方性部２ａ，２ｂは、トルク検出軸２の外周の２箇所に設けたものであり、励磁コイル６ａ〜６ｄ及び検出コイル５ａ，５ｂは、磁気異方性部２ａ，２ｂの２箇所のそれぞれに設けたものであり、励磁コイル６ａ〜６ｄは、１箇所の励磁コイルが２つの励磁コイルで構成されるようにし、４つの励磁コイル６ａ〜６ｄでブリッジ回路を構成し、トルク診断用検出回路９は、励磁コイル６ａ〜６ｄが構成するブリッジ回路の２点を出力とし、トルク値に相当する値を算出し、トルク検出回路８のトルク値と比較して故障診断を行うため、温度変化による抵抗の変動が小さくなり、診断用検出出力を安定させることができ、１系統の励磁コイルを２重巻きにしてハーフブリッジをフルブリッジにしたため、感度が２倍にできる。
【００２３】
(3)１箇所の励磁コイルを構成する２つの励磁コイルは、内側と外側の２層に巻線したものであるため、検出コイルと同じ位置で同等の変動をさせることによりゼロ点の変動をさらに抑制し、診断用の出力を安定させることができる。
【００２４】
実施例１の効果について、ここで、さらに説明しておく。
センサにおける検出値を診断するための値を決める場合、その値は、抵抗による所定の電位、もしくは電位の比、により値を決める回路構成となることが多い。つまり、抵抗を所定値、あるいはゼロ点として処理できるのである。しかしながら、抵抗は温度特性を有し、センサの検出コイルと異なる位置、つまり基板上に位置する。また、影響度合い、要因も異なるため、抵抗の特性が変動すれば、診断の信頼性が低下することになる。実施例１では、このような抵抗の影響を極力排除するとともに、検出コイルと同じ位置で同様の変動となる励磁コイルで診断を行うのであり、この点従来に比べて非常に有利である。
【００２５】
（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態を実施例１に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
【００２６】
実施例１では、２重の励磁コイルは、内側と外側の２層に巻線したが、２線を同時に巻線するバイファイラ巻きにより巻線したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】トルクセンサの断面図である。
【図２】トルクセンサの回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  トルクセンサ
２  トルク検出軸
２ａ  磁気異方性部
２ｂ  磁気異方性部
３  軸受
４  ボビン
４ａ  凹部
４ｂ  凹部
５ａ  検出コイル
５ｂ  検出コイル
６ａ〜６ｄ  励磁コイル
７  シールドヨーク
８  トルク検出回路
８１  差動増幅器
８２  整流平滑器
８３  零点補正器
８４  増幅器
９  トルク診断用検出回路
９１  差動増幅器
９２  整流平滑器
９３  零点補正器
９４  増幅器
１１  比較器
１２  交流電源
【図１】
2006234690.tif 000003
【図２】
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