(57)【要約】【課題】スイッチング素子の正常時と故障時とを区別する。【解決手段】シャフト２０に設けられた磁歪膜３０ａ，３０ｂと、この磁歪膜３０ａ，３０ｂの透磁率変化を検出する検出手段と、を有する磁歪式トルクセンサにおいて、前記検出手段は、前記磁気特性変化部材に対向する複数の検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄと、スイッチング素子１５ａ，１５ｂとの直列接続回路が基準電圧に印加され、前記複数の検出コイルの接続点ＶＳ１，ＶＳ２の電圧を出力するものであり、前記スイッチング素子１５ａ，１５ｂの駆動状態を監視信号Ａ，Ｂを用いて監視する駆動状態監視手段（ＣＰＵ６０）を備えた。【選択図】図１
2007285862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトに設けられた磁気特性変化部材と、
この磁気特性変化部材の磁気特性変化を検出する検出手段と、
を有する磁歪式トルクセンサにおいて、
前記検出手段は、
基準電圧が印加される前記磁気特性変化部材に対向する複数の検出コイルと、スイッチング素子とが、
前記複数の検出コイルの接続点の電圧を出力するものであり、
前記スイッチング素子の駆動状態を監視する駆動状態監視手段を備えたことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項２】
前記磁気特性変化部材は、前記シャフトの軸方向の近接する２箇所に被着された第１の磁歪膜および第２の磁歪膜であり、
前記第１の磁歪膜と前記第２の磁歪膜とは、互いに逆方向の異方性を有し、
前記複数の検出コイルは、前記第１の磁歪膜および前記第２の磁歪膜を被着するシャフトに離間して挿入され、
前記駆動状態監視手段は、前記スイッチング素子の駆動状態を監視することを特徴とする請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトに被着された磁気特性変化部材の磁気特性変化を検出する磁歪式トルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵によってステアリング軸（シャフト）に加えられるトルクをトルクセンサが検出するように構成されている。そして、このトルクセンサからのトルク信号に応じた操舵補助力が付与されるように構成されている。このようなトルクセンサとして磁歪式トルクセンサが開示され（特許文献１、特許文献２）、この技術はシャフトの表面に磁気異方性を備えた磁歪膜を被着させている。そして、シャフトに外部からトルクが加えられたときには、捩れに応じた磁歪膜の透磁率変化を検出コイルのインピーダンス特性の変化として検出するようなっている。また、特許文献２，３には、パルス状の励磁電圧を印加して、検出コイルのインピーダンス特性の変化を検出している技術が開示されている。この技術は、パルス状の励磁電圧を印加することによって、検出コイルに流れる増加電流の最大値が所定範囲に納まるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−２３９６５２号公報（図４）
【特許文献２】特開２００５−３３１４５６号公報（図１１，図１２）
【特許文献３】特開２００５−３２１３１６号公報（図４，図５，図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、これら各特許文献に記載のトルクセンサは、スイッチング素子が短絡するＯＮ故障について考慮されていない。ここで、２個の検出コイルとスイッチング素子との直列回路に励磁電圧を印加する場合の、２個の検出コイルの接続点の電位状態、特に、トルクが加えられない場合の電位状態を検討する。正常時には、検出コイルの接続点には励磁電圧の中間電位が現れる。一方、ＯＮ故障時の場合には、検出コイルの内部抵抗と印加直流電圧によって規定される直流電流が検出コイルに流れ、検出コイルの接続点には中間電位が現れる。すなわち、正常時であっても、ＯＮ故障時であっても、検出コイルの接続点には印加電圧の中間電位が現れ、正常時とＯＮ故障時とを区別することが困難である。また、ＯＦＦ故障時と正常時とを区別できることが好ましい。
【０００４】
そこで、本発明は、スイッチング素子の正常時と故障時とを区別することができる磁歪式トルクセンサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明の磁歪式トルクセンサは、シャフトに設けられた磁気特性変化部材と、この磁気特性変化部材の磁気特性変化を検出する検出手段と、を有する磁歪式トルクセンサにおいて、前記検出手段は、基準電圧が印加される前記磁気特性変化部材に対向する複数の検出コイルと、スイッチング素子とが、前記複数の検出コイルの接続点の電圧を出力するものであり、前記スイッチング素子の駆動状態を監視する駆動状態監視手段を備えたことを特徴とする。
【０００６】
これによれば、シャフトに加えれたトルクによって、磁気特性変化部材の磁気特性が変化する。また、複数の検出コイルと、スイッチング素子とを備え、基準電圧が印加される検出手段は、検出コイルの接続点の電圧を検出し、この磁気特性変化を検出する。このとき、駆動状態監視手段は、スイッチング素子の駆動状態が監視されるので、スイッチング素子のＯＮ故障による過大電流、断線の回避が容易となる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の磁歪式トルクセンサにおいて、前記磁気特性変化部材は、前記シャフトの軸方向の近接する２箇所に被着された第１の磁歪膜および第２の磁歪膜であり、前記第１の磁歪膜と前記第２の磁歪膜とは、互いに逆方向の異方性を有し、前記複数の検出コイルは、前記第１の磁歪膜および前記第２の磁歪膜を被着するシャフトに離間して挿入され、前記駆動状態監視手段は、前記スイッチング素子の駆動状態を監視することを特徴とする。
【０００８】
これによれば、シャフトの軸方向の近接する２箇所に被着された第１の磁歪膜および第２の磁歪膜は、互いに逆方向の異方性を有しているので、トルク印加前の検出電位である中間電位と、検出電位とを比較することにより、トルクの方向を検出することができ、温度特性の補償を行うことができる。また、スイッチング素子の駆動状態が監視される。この駆動状態の監視には、スイッチング素子の両端の電圧監視が含まれる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、スイッチング素子の正常時と故障時とを区別することができる磁歪式トルクセンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１実施形態）
本発明の一実施形態である磁歪式トルクセンサユニットについて説明する。
図１に示される磁歪式トルクセンサユニット１００は、後記する電動パワーステアリング装置のステアリング軸に加えられるトルクを検出するために使用されるものである。また、磁歪式トルクセンサユニット１００は、シャフト（ステアリング軸）２０の近接する軸方向２箇所に被着されている磁歪膜３０ａ，３０ｂと、直列接続されている検出コイル４０ａ，４０ｂと、逆方向に直列接続されている検出コイル４０ｃ，４０ｄと、検出コイル４０ａ，４０ｂの接続点ＶＳ１および検出コイル４０ｃ，４０ｄの接続点ＶＳ２の差分電圧を演算する差動増幅器５０と、検出コイル４０ａ，４０ｂに励磁電圧を印加するスイッチング素子１５ａと、検出コイル４０ｃ，４０ｄに励磁電圧を印加するスイッチング素子１５ｂと、差動増幅器５０の出力電圧を信号処理してトルク信号Ｔを出力するＣＰＵ６０とを備えている。また、ＣＰＵ６０は、スイッチング素子１５ａ，１５ｂを制御する励磁信号を生成し、スイッチング素子１５ａ，１５ｂの監視を行う監視信号Ａ，監視信号Ｂが入力される。ＣＰＵ６０は、この監視信号Ａ，Ｂの状態を判定して、スイッチング素子１５ａ，１５ｂの駆動状態を監視する駆動状態監視手段として機能する。また、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは、磁歪膜３０ａ，３０ｂの磁気特性変化を検出する検出手段として機能する。
【００１１】
磁歪膜３０ａ，３０ｂは、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ系やＦｅ−Ｃｒ系の磁気異方性を有する膜状の磁気特性変化部材であり、シャフト２０の近接する軸方向２箇所に各々逆方向の異方性となるように被着されている。このため、シャフト２０にトルクが一方向に加えられると、磁歪膜３０ａ，３０ｂには、透磁率差が現れ、トルクが逆方向に加えられると逆方向の透磁率差が現れる。
【００１２】
ここで、磁歪膜３０ａ，３０ｂの被着方法および異方性の付与方法について説明する。まず、シャフト２０に、ロックウェル硬さがＨＲＣ４０〜６５となる熱処理を施した後、シャフト２０の軸方向２箇所の外周面に、上下に離間して磁歪膜３０ａ，３０ｂをメッキや蒸着によって被着する。次に、シャフト２０を捩ることにより、磁歪膜３０ａに対し反時計廻りのトルクＴ（例えば、１０ｋｇｆ・ｍ（９８Ｎ・ｍ）程度）を加え、この状態でコイルを用いて磁歪膜３０ａを高い周波数で振動させることにより、磁歪膜３０ａを約３００℃で数秒加熱して冷却した後に反時計廻りのトルクＴを取り除くと、磁歪膜３０ａには異方性が付与される。次に、逆方向へとシャフト２０を捩ることにより、磁歪膜３０ｂに対し時計廻りのトルクＴ（例えば、１０ｋｇｆ・ｍ（９８Ｎ・ｍ）程度）を加え、この状態でコイルを用いて磁歪膜３０ｂを磁歪膜３０ａと同様に高い周波数で振動させることにより、磁歪膜３０ｂを約３００℃で加熱する。この結果、磁歪膜３０ｂには磁歪膜３０ａとは逆方向の異方性が付与される。
【００１３】
検出コイル４０ａの一端と検出コイル４０ｂの一端と差動増幅器５０の非反転入力（＋）とが接続され、検出コイル４０ｃの一端と検出コイル４０ｄの一端と差動増幅器５０の反転入力（−）とが接続されている。言い換えれば、検出コイル４０ａ，４０ｂの直列回路の接続点ＶＳ１と検出コイル４０ｃ，４０ｄの直列回路の接続点ＶＳ２との電圧信号がが差動増幅器５０に入力されている。また、検出コイル４０ａの他端と検出コイル４０ｄの一端とが検出コイル電源に接続されている。
【００１４】
また、スイッチング素子１５ａ，１５ｂは、トランジスタであり、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに励磁電圧を印加するものである。スイッチング素子１５ａのコレクタと検出コイル４０ｂの他端とが接続され、この接続点の電圧信号が監視信号ＢとしてＣＰＵ６０に入力される。さらに、スイッチング素子１５ｂのコレクタと検出コイル４０ｄの他端とが接続され、この接続点の電圧信号が監視信号ＡとしてＣＰＵ６０に入力される。なお、スイッチング素子１５ａ，１５ｂのエミッタは接地され図示しない転流ダイオードが接続されている。
【００１５】
検出コイル４０ａ，４０ｂの直列回路あるいは検出コイル４０ｃ，４０ｄの直列回路は、磁歪膜３０ａ，３０ｂの透磁率差をインダクタンス差として検出するものである。直列回路の両端に励磁電圧が印加されると、磁歪膜３０ａ，３０ｂの透磁率差の変動が接続点ＶＳ１，ＶＳ２の電位変動となって検出される。すなわち、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの各接続点の電位と、トルク変化前の電位である中点電位との差によってトルク変化が検出される。このとき、検出コイル４０ｃ，４０ｄは逆方向に接続されているので、接続点ＶＳ１の電位と接続点ＶＳ２の電位とは逆方向に変動する。すなわち、何れか一方の接続点の電位のみを検出する場合よりも２倍の感度が得られる。
【００１６】
差動増幅器５０は、接続点ＶＳ１と接続点ＶＳ２との電位差を増幅するものである。ＣＰＵ６０は、Ａ／Ｄ変換器６０ａが内蔵されており、差動増幅器５０のアナログ出力電圧をデジタル信号に変換して信号処理する。さらに、ＣＰＵ６０は、シャフト２０に加えられたトルクの強度と方向を算出して、トルク信号Ｔを生成する。また、ＣＰＵ６０は、矩形波信号である励磁信号を生成し、この励磁信号（電流信号）はスイッチング素子１５ａ，１５ｂのゲートに入力される。なお、差動増幅器５０はＯＰ Ａｍｐ電源により駆動され、ＣＰＵ６０はＣＰＵ電源により駆動され、双方の電源共に５Ｖである。
【００１７】
次に、図２を参照して各部の波形を説明する。図２（ａ）は、励磁信号の波形（であり、デューティ１／２の矩形波信号である。この励磁信号によりスイッチング素子１５ａ，１５ｂ（図１参照）がＯＮ／ＯＦＦ制御される。すなわち、励磁信号（電流信号）がＨｉｇｈレベルのとき、スイッチング素子１５ａ，１５ｂがＯＮ状態となり、コレクタ電圧が接地電位となる。また、励磁信号がＬｏｗレベルのとき、スイッチング素子１５ａ，１５ｂがＯＦＦ状態となり、コレクタ電圧が電源電位となる。なお、ＯＦＦ状態に遷移する時、検出コイル４０ａ，４０ｂあるいは検出コイル４０ｃ，４０ｄに蓄積されていた磁気エネルギーは転流ダイオードを介して放電される。これにより、スイッチング素子１５ａ，１５ｂの破壊は免れる。図２（ｂ）は、監視信号Ａの波形であり、正常時は、スイッチング素子１５ｂのコレクタ電圧波形そのものの矩形波信号が時間的に継続するが、スイッチング素子１５ｂの故障時には、接地電位が継続する。したがって、監視信号Ａ，Ｂの状態が継続的に接地電位になっているか否かを判定することによってスイッチング素子１５ａ，１５ｂの駆動状態が判定される。
【００１８】
図２（ｃ）は検出コイル電圧の波形であり、正常時には検出コイル４０ａ，４０ｂおよび検出コイル４０ｃ，４０ｄには検出コイル電源の電源電圧を最大値とする矩形波電圧が印加される。一方、異常時であるＯＮ故障時には、電源電圧が常時印加される。
【００１９】
図２（ｄ）は、検出コイル電流の波形であり、検出コイル４０ａ，４０ｂあるいは検出コイル４０ｃ，４０ｄに検出コイル電源の電源電圧が印加されると、検出コイルのインダクタンスの逆数を比例係数として電流が単調増加する。但し、磁歪膜３０ａ，３０ｂの透磁率は非線形特性を有するので電流は比例しない。なお、最大電流は励磁信号のパルス幅により制限される。一方、スイッチング素子１５ａ，１５ｂがＯＦＦ状態に遷移した時、転流ダイオードを介して磁気エネルギーが放電するので、ＯＦＦ状態では検出コイル４０ａ，４０ｂあるいは検出コイル４０ｃ，４０ｄには電流が流れない。
【００２０】
また、故障時の検出コイル４０ａ，４０ｂあるいは検出コイル４０ｃ，４０ｄには、電源電圧が印加され続けるので、電流が増加し続ける。これにより、検出コイル４０ａ，４０ｂあるいは検出コイル４０ｃ，４０ｄの内部抵抗で制限される定常電流Ｉｓが流れ、あるいは、過大電流が流れる。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態によれば、スイッチング素子１５ａ，１５ｂの両端の電圧信号である監視信号Ａ，ＢをＣＰＵ６０に入力させて、監視信号Ａ，Ｂが継続的に接地電位になったときにスイッチング素子１５ａ，１５ｂがＯＮ故障したと判定している。これにより、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに過大電流が流れることを防止することができ、ひいては断線を防止することができる。
【００２２】
（第２実施形態）
前記第１実施形態は、スイッチング素子１５ａ，１５ｂを用いて検出コイル４０ａ，４０ｂあるいは検出コイル４０ｃ，４０ｄに正電圧の矩形波電圧を印加したが、ブリッジ回路を用いて矩形波交流電圧を印加することができる。
以下、図３を参照して、本発明の第２実施形態である磁歪式トルクセンサユニット１５０について説明するが、シャフト２０、磁歪膜３０ａ，３０ｂ、差動増幅器５０、および、ＣＰＵ６０については、第１実施形態と同様であるので相違点のみ説明する。
【００２３】
ブリッジ回路１０は、４個のスイッチング素子１０ａ、１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを備えており、スイッチング素子１０ａ，１０ｃはｐチャネルＭＯＳＦＥＴであり、スイッチング素子１０ｂ，１０ｄはｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子１０ａおよびスイッチング素子１０ｃのドレインが検出コイル電源に接続され、スイッチング素子１０ｂおよびスイッチング素子１０ｄのソースが接地されている。また、スイッチング素子１０ａのソースとスイッチング素子１０ｂのドレインと端子Ｓ１とが接続され、スイッチング素子１０ｃのソースとスイッチング素子１０ｄのドレインと端子Ｓ２とが接続されている。また、スイッチング素子１０ａのゲートとスイッチング素子１０ｂとゲート端子Ｇ１とが接続され、スイッチング素子１０ｃのゲートとスイッチング素子１０ｄのゲートとゲート端子Ｇ２とが接続されている。これにより、スイッチング素子１０ａ，１０ｂあるいはスイッチング素子１０ｃ，１０ｄは、ゲート端子Ｇ１，Ｇ２を電源電位にすると端子Ｓ１，Ｓ２が接地電位になり、ゲート端子Ｇ１，Ｇ２を接地電位にすると端子Ｓ１，Ｓ２が電源電位になるインバータ回路を構成する。
【００２４】
検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ自体は第１実施形態と同様であるが、接続方法が第１実施形態と異なる。すなわち、検出コイル４０ｂの一端と検出コイル４０ｃの一端とブリッジ回路１０の端子Ｓ１とが接続され、この接続点の電位が監視信号ＡとしてＣＰＵ６０に入力されている。同様に、検出コイル４０ａの一端と検出コイル４０ｄの一端とブリッジ回路１０の端子Ｓ２とが接続され、この接続点の電位が監視信号ＢとしてＣＰＵ６０に入力されている。また、検出コイル４０ａの他端と検出コイル４０ｂの他端との接続点ＶＳ１が差動増幅器５０の非反転入力（＋）に接続され、検出コイル４０ｃの他端と検出コイル４０ｄの他端との接続点ＶＳ２が差動増幅器５０の反転入力（−）に接続されている。また、インバータ５５は、励磁信号Ｉを用いてその反転信号を生成するものである。励磁信号Ｉがブリッジ回路１０のゲート端子Ｇ２に入力され、その反転信号がゲート端子Ｇ１に入力されている。
【００２５】
この構成によれば、ブリッジ回路１０は、端子Ｇ１を接地電位にすることにより端子Ｓ１が電源電位になり、ゲート端子Ｇ１を検出コイル電源の電源電位にすることにより端子Ｓ１が接地電位になる。同様に、ゲート端子Ｇ２を接地電位にすることにより端子Ｓ２が電源電位になり、ゲート端子Ｇ２を電源電位にすることにより端子Ｓ２が接地電位になる。
【００２６】
図４は、シャフト２０に、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが巻回された様子を示した図である。シャフト２０の近接する軸方向２箇所に磁歪膜３０ａ，３０ｂが被着され、検出コイル４０ａ，４０ｃが磁歪膜３０ｂの表面の軸方向２箇所で、シャフト２０に離間して挿入され、検出コイル４０ｂ，４０ｄが磁歪膜３０ａの表面の軸方向２箇所で、シャフト２０に離間して挿入されている。なお、巻線の巻回方向は、同一方向であり磁界Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４を打ち消していない。また、検出コイル４０ａ，４０ｄと検出コイル４０ｂ，４０ｃとの間には矩形波電圧が印加され、検出コイル４０ａと検出コイル４０ｂとの接続点ＶＳ１が引き出され、検出コイル４０ｃと検出コイル４０ｄとの接続点ＶＳ２が引き出されている。
【００２７】
次に、図５を参照して、本実施形態の各部の波形を説明する。図５（ａ）は、励磁信号の波形であり、パルス幅Ｔ１、デューティ１／２の矩形波の連続信号である。図５（ｂ）は、監視信号Ａの波形であり、正常時にはブリッジ回路１０の端子Ｓ１の矩形波電圧波形が現れ、スイッチング素子１０ｂがＯＮ故障する故障時には、接地電位が継続する。図５（ｃ）は、監視信号Ｂの波形であり、正常時にはブリッジ回路１０の端子Ｓ２の矩形波電圧波形が現れ、スイッチング素子１０ｄがＯＮ故障する故障時には、接地電位が継続する。
【００２８】
図５（ｄ）は、検出コイル電圧の波形である。励磁信号Ｉのハイレベル信号がブリッジ回路１０のゲート端子Ｇ２に印加され、この反転信号であるローレベル信号がゲート端子Ｇ１に印加されると、端子Ｓ２が接地電位になり、端子Ｓ１が電源電位となる。一方、励磁信号Ｉのローレベル信号がゲート端子Ｇ２に印加され、この反転信号であるハイレベル信号がゲート端子Ｇ１に印加されると、端子Ｓ１が接地電位になり、端子Ｓ２が電源電位になる。これにより、検出コイル４０ａ，４０ｂの直列回路、および、検出コイル４０ｃ，４０ｄの直列回路には、正および負の電圧に交互に反転する矩形波交流電圧が印加される。一方、スイッチング素子１０ｂ，１０ｄあるいはスイッチング素子１０ａ，１０ｃがＯＮ故障する故障時には、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄには電圧が印加されない。
【００２９】
図５（ｅ）は、検出コイル電流の波形である、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに正の電圧が印加されると、インダクタンスの逆数を比例係数として時間的に単調増加する電流が流れる。また、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに負の電圧が印加されると時間的に単調減少する電流が流れる。このとき、増加電流あるいは減少電流は、パルス幅Ｔ１により制限され、飽和電流は流れない。なお、インダクタンスを規定する透磁率は非線形特性を有するので、電流は直線的には変化しない。一方、スイッチング素子１０ｂ，１０ｄあるいはスイッチング素子１０ａ，１０ｃがＯＮ故障する故障時には、電流が流れない。また、励磁信号が５Ｖに張り付いた状況では、ゲート端子Ｇ１の電位が０Ｖであり、ゲート端子Ｇ２の電位が５Ｖとなり、スイッチング素子１０ａ，１０ｄが常に導通状態になる。この場合は、検出コイル電源からの電流が常に検出コイルに供給されることになる。
【００３０】
なお、波形を図示しないが、スイッチング素子１０ａがＯＮ故障すると端子Ｓ１すなわち監視信号Ａが電源電位となり、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄには電源電位と接地電位との間で矩形波電圧が印加される。また、スイッチング素子１０ｃがＯＮ故障すると端子Ｓ２すなわち監視信号Ｂが電源電位となり、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄには電源電位と接地電位との間で矩形波電圧が印加される。すなわち、本実施形態によれば、監視信号Ａ，Ｂが接地電位あるいは電源電位で継続している否かを判定することによってスイッチング素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄがＯＮ故障しているか否かが判定される。
【００３１】
（使用例）
次に、前記実施形態の磁歪式トルクセンサユニット１００，１５０が使用される電動パワーステアリング装置について、図６を参照して説明する。
電動パワーステアリング装置２００は、操向ハンドル２１０を回転させると操向ハンドル２１０に直結するステアリング軸であるシャフト２０は、ラックピニオン機構２７０を構成するピニオン２６０を回転し、これによってラック軸２５０を移動させて転舵輪２２０の方向を変える。このとき、検出コイル４０を用いて磁歪式トルクセンサユニット１００，１５０が検出したトルク信号Ｔに応じて、制御装置２３０が電動機２４０を駆動制御する。電動機２４０は、動力伝達機構２８０を介してピニオン２６０を回転させ、操向ハンドル２１０の操舵トルクを軽減するように動作する。なお、運転者の操舵トルクをＴＨとし、ピニオン２６０に伝達されるトルクをＴＰとし、電動機２４０による補助トルクの大きさに関連した定数をＫＡとすると、ＴＨ＝ＴＰ／（１＋ＫＡ）の関係が成立する。また、磁歪式トルクセンサユニット１００，１５０は、操向ハンドル２１０と転舵輪２２０とが機械的に切り離されたステアバイワイヤ（Steer＿By＿Wire）にも適用可能である。
【００３２】
（比較例）
次に、本発明に関連する比較例について説明する。
図７に記載のトルク検出回路は、抵抗器Ｒ１と、検出コイル４０ａと、検出コイル４０ｂと、抵抗器Ｒ２とがこの順番で直列接続されている。すなわち、検出コイル４０ａ，４０ｂが直列接続されている点で前記各実施形態と一致するが、抵抗器Ｒ１，Ｒ２も直列接続されている点で相違する。スイッチング素子１５ｃは、トランジスタであり、コレクタが検出コイル４０ａと検出コイル４０ｂとの接続点に接続されており、エミッタが接地され、ベースには励磁信号（電流信号）が入力されている。また、抵抗器Ｒ１の一端と抵抗器Ｒ２の一端とが検出コイル電源に接続され、抵抗器Ｒ１の他端と検出コイル４０ａとの接続点ＶＳ１が引き出され、抵抗器Ｒ２の他端と検出コイル４０ｂとの接続点ＶＳ２が引き出されている。
【００３３】
通常時に、Ｈｉｇｈレベルの励磁信号が入力され、スイッチング素子１５ｃがＯＮ状態になると、検出コイル４０ａ，４０ｂ、および、抵抗器Ｒ１，Ｒ２には、指数関数的に増加する電流が流れる。このとき増加電流の最大値は励磁信号のパルス幅によって制限され、接続点ＶＳ１，ＶＳ２の最大電圧を測定すれば、検出コイル４０ａ，４０ｂのインダクタンスを測定することができる。また、Ｌｏｗレベルの励磁信号が入力され、スイッチング素子１５ｃがＯＦＦ状態になると、増加した電流が指数関数的に減少する。そして、検出コイル４０ａ，４０ｂのインダクタンスが変化すると、接続点ＶＳ１，ＶＳ２の電位が変動する。
【００３４】
一方、スイッチング素子１５ｃがＯＮ故障する異常時には、コレクタ電位が接地電位に維持され、検出コイル４０ａ，４０ｂ、および、抵抗器Ｒ１，Ｒ２には、電流が指数関数的に増加し、抵抗器Ｒ１，Ｒ２の抵抗値によって制限される最大電流が定常的に流れる。このとき、接続点ＶＳ１，ＶＳ２の電位は継続的に接地電位となるので、異常状態として検出することができる。
【００３５】
（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記第１実施形態は、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄと直列接続されたスイッチング素子１５ａ，１５ｂの両端電圧を監視したが、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに流れる電流を監視することもでき、電流監視も駆動状態監視手段に含まれる。
（２）前記各実施形態では、検出コイル４０ｃ，４０ｄを検出コイル４０ａ，４０ｂの逆方向に接続して接続点ＶＳ１と接続点ＶＳ２との差動出力を得たが、同方向に接続するとトルク印加により同方向に電位変動し、差動出力はゼロ点近傍になる。言い換えれば、異常が発生するとゼロ点でなくなるので、これを検出して異常検出手段とすることができる。
（３）前記第１実施形態では、スイッチング素子１５ａ，１５ｂにトランジスタを用いたがＦＥＴ、ＩＧＢＴ等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態である磁歪式トルクセンサユニットの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態である磁歪式トルクセンサユニットの各部の波形を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態である磁歪式トルクセンサユニットの構成図である。
【図４】シャフトに検出コイルが巻回された状態および接続方法を示した図である。
【図５】本発明の他の実施形態である磁歪式トルクセンサユニットの各部の波形を示す図である。
【図６】電動パワーステアリング装置の構成図である。
【図７】比較例であるトルク検出回路の構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ブリッジ回路
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ  スイッチング素子
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ  スイッチング素子
２０  シャフト（ステアリング軸）
３０ａ，３０ｂ  磁歪膜（磁気特性変化部材）
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ  検出コイル（検出手段）
５０  差動増幅器
５５  インバータ
６０  ＣＰＵ
６０ａ  Ａ／Ｄ変換器
１００，１５０  磁歪式トルクセンサユニット
２００  電動パワーステアリング装置
２１０  操向ハンドル
２２０  転舵輪
２３０  制御装置
２４０  電動機
２５０  ラック軸
２６０  ピニオン
２７０  ラックピニオン機構
２８０  動力伝達機構
Ｒ１，Ｒ２  抵抗器
ＶＳ１，ＶＳ２  接続点
【図１】
2007285862.tif 000003
【図２】
2007285862.tif 000004
【図３】
2007285862.tif 000005
【図４】
2007285862.tif 000006
【図５】
2007285862.tif 000007
【図６】
2007285862.tif 000008
【図７】
2007285862.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月20日(2006.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトに設けられた磁気特性変化部材と、
この磁気特性変化部材の磁気特性変化を検出する複数の検出コイルと、
前記各検出コイルに、スイッチング素子により所定電圧に変換された励磁信号を印加する励磁信号発生手段とを有し、
前記複数の検出コイルの接続点の電圧に基づいて、センサ出力を得る磁歪式トルクセンサにおいて、
前記スイッチング素子の駆動状態を監視する駆動状態監視手段を設けたことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
【請求項２】
前記磁気特性変化部材は、前記シャフトの軸方向の近接する２箇所に被着された第一の磁歪膜および第二の磁歪膜であり、
前記第一の磁歪膜と前記第二の磁歪膜とは、互いに逆方向の異方性を有し、
前記複数の検出コイルは、前記第一の磁歪膜および前記第二の磁歪膜を被着するシャフトに離間して配置されることを特徴とする請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明の磁歪式トルクセンサは、シャフトに設けられた磁気特性変化部材と、この磁気特性変化部材の磁気特性変化を検出する複数の検出コイルと、前記各検出コイルに、スイッチング素子により所定電圧に変換された励磁信号を印加する励磁信号発生手段とを有し、前記複数の検出コイルの接続点の電圧に基づいて、センサ出力を得る磁歪式トルクセンサにおいて、前記スイッチング素子の駆動状態を監視する駆動状態監視手段を設けたことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
これによれば、シャフトに加えられたトルクによって、磁気特性変化部材の磁気特性が変化する。また、励磁信号発生手段は、複数の検出コイルに、励磁信号を印加する。これにより、複数の検出コイルの接続点の電圧に基づいて、この磁気特性変化が検出される。このとき、駆動状態監視手段は、スイッチング素子の駆動状態が監視されるので、スイッチング素子のＯＮ故障による過大電流、断線の回避が容易となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の磁歪式トルクセンサにおいて、前記磁気特性変化部材は、前記シャフトの軸方向の近接する２箇所に被着された第一の磁歪膜および第二の磁歪膜であり、前記第一の磁歪膜と前記第二の磁歪膜とは、互いに逆方向の異方性を有し、前記複数の検出コイルは、前記第一の磁歪膜および前記第二の磁歪膜を被着するシャフトに離間して配置されることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
これによれば、シャフトの軸方向の近接する２箇所に被着された第一の磁歪膜および第二の磁歪膜は、互いに逆方向の異方性を有しているので、トルク印加前の検出電位である中間電位と、検出電位とを比較することにより、トルクの方向を検出することができ、温度特性の補償を行うことができる。また、スイッチング素子の駆動状態が監視される。この駆動状態の監視には、スイッチング素子の両端の電圧監視が含まれる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、スイッチング素子１５ａ，１５ｂは、トランジスタであり、検出コイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに励磁電圧を印加するものであり、励磁信号発生手段として機能する。スイッチング素子１５ａのコレクタと検出コイル４０ｂの他端とが接続され、この接続点の電圧信号が監視信号ＢとしてＣＰＵ６０に入力される。さらに、スイッチング素子１５ｂのコレクタと検出コイル４０ｄの他端とが接続され、この接続点の電圧信号が監視信号ＡとしてＣＰＵ６０に入力される。なお、スイッチング素子１５ａ，１５ｂのエミッタは接地され図示しない転流ダイオードが接続されている。