(57)【要約】【課題】トルクセンサの高い信頼性を確保しながら磁気バランスのバラツキを抑制することができるトルクセンサ及びこれを備えた電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】回転軸に生じるトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する複数対の検出コイル１３ａ，１３ｂ，１４ａ、１４ｂを有するトルク検出部１０と、前記複数対の検出コイルのそれぞれに抵抗体を直列接続して構成される複数組のブリッジ回路と、該複数組のブリッジ回路のそれぞれに交流信号を印加し、当該複数組のブリッジ回路の差分信号に基づいて検出トルクを演算する複数組のトルク演算部とを備え、前記トルク検出部１０の周囲に磁気シールド部材１８ａ，１８ｂを配置し、該磁気シールド部材の少なくとも一部が当該トルク検出部を支持する磁気シールド機能を有するハウジング５ａに一体成形されている。【選択図】図１
2012173009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に生じるトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する複数対の検出コイルを有するトルク検出部と、前記複数対の検出コイルのそれぞれに抵抗体を直列接続して構成される複数組のブリッジ回路と、該複数組のブリッジ回路のそれぞれに交流信号を印加し、当該複数組のブリッジ回路の差分信号に基づいて検出トルクを演算する複数組のトルク演算部とを備え、
前記トルク検出部の周囲に磁気シールド部材を配置し、該磁気シールド部材の少なくとも一部が当該トルク検出部を支持する磁気シールド機能を有するハウジングに一体成形されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記磁気シールド部材は、前記トルク検出部の軸方向の両端部に個別に配置され、両磁気シールド部材の一方が前記ハウジングに一体形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記トルク検出部は、軸方向に並設された一対のヨークを有し、前記一方のヨークに前記複数対の検出コイルの対となる一方のコイルが内装され、他方のヨークに前記複数対の検出コイルの対となる他方のコイルが内装されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記一対のヨークのそれぞれに、内装する各検出コイルの巻き始め及び巻き終わりが接続されたコネクタが配設されていることを特徴とする請求項３に記載のトルクセンサ。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のトルクセンサを備え、該トルクセンサの検出トルクに基づいてステアリング機構に伝達する操舵補助トルクを発生する電動モータを駆動して操舵補助制御を行う操舵補助制御部を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のトルクセンサを備え、該トルクセンサの検出トルクに基づいてステアリング機構に伝達する操舵補助トルクを発生する電動モータを駆動して操舵補助制御を行う操舵補助制御部と、前記トルクセンサの複数のトルク演算部から出力される複数の検出トルクに基づいて前記トルクセンサのトルク検出部の異常を判定する異常判定部とを有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に発生するトルクを非接触で検出するトルクセンサ及び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。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動パワーステアリング装置に適用されるトルクセンサとして、特許文献１に記載されたトルクセンサが知られている。このトルクセンサは、回転軸に生じるトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する１対の検出コイル及び抵抗でなるブリッジ回路を２系統設けて、これらブリッジ回路を冗長的に接続している。これにより、以上を容易に検出可能にするとともに、検出回路の一方で異常を生じても、他方の検出回路からのトルク信号によって操舵アシストを継続することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６７０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載のトルクセンサにあっては、それぞれがコイルヨークに内装された４つのコイルが軸方向に沿って配列される構成となっている。そのため、個々のコイルに作用する磁気バランスのバラツキが生じてしまうという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、トルクセンサの高い信頼性を確保しながら磁気バランスのバラツキを抑制することができるトルクセンサ及びこれを備えた電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を解決するために、本発明の一の形態に係るトルクセンサは、回転軸に生じるトルクに応じて互いに逆方向にインピーダンスが変化する複数対の検出コイルを有するトルク検出部と、前記複数対の検出コイルのそれぞれに抵抗体を直列接続して構成される複数組のブリッジ回路と、該複数組のブリッジ回路のそれぞれに交流信号を印加し、当該複数組のブリッジ回路の差分信号に基づいて検出トルクを演算する複数組のトルク演算部とを備え、前記トルク検出部の周囲に磁気シールド部材を配置し、該磁気シールド部材の少なくとも一部が当該トルク検出部を支持する磁気シールド機能を有するハウジングに一体成形されていることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の他の形態に係るトルクセンサは、前記磁気シールド部材は、前記トルク検出部の軸方向の両端部に個別に配置され、両磁気シールド部材の一方が前記ハウジングに一体形成されていることを特徴としている。
さらに、本発明の他の形態に係るトルクセンサは、前記トルク検出部は、軸方向に並設された一対のヨークを有し、前記一方のヨークに前記複数対の検出コイルの対となる一方のコイルが内装され、他方のヨークに前記複数対の検出コイルの対となる他方のコイルが内装されていることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の他の形態に係るトルクセンサは、前記一対のヨークのそれぞれに、内装する各検出コイルの巻き始め及び巻き終わりが接続された接続コネクタが配設されていることを特徴としている。
また、本発明の一の形態に係る電動パワーステアリング装置は、上記の何れかの構成を有するトルクセンサを備え、該トルクセンサの検出トルクに基づいてステアリング機構に伝達する操舵補助トルクを発生する電動モータを駆動して操舵補助制御を行う操舵補助制御部を有することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の一の形態に係る電動パワーステアリング装置は、上記の何れかの構成を有するトルクセンサを備え、該トルクセンサの検出トルクに基づいてステアリング機構に伝達する操舵補助トルクを発生する電動モータを駆動して操舵補助制御を行う操舵補助制御部と、前記トルクセンサの複数のトルク演算部から出力される複数の検出トルクに基づいて前記トルクセンサのトルク検出部の異常を判定する異常判定部とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数対の検出コイルを有するトルク検出部の周囲に磁気シールド部材を配置し、この磁気シールド部材の少なくとも一部が磁気シールド機能を有するハウジングに一体形成されているので、複数対のコイルでトルク検出部を構成する際に生じ易くなる磁気バランスのバラツキを防止することができ、トルク検出感度を安定させることができる。また、磁気シールド部材の一部がハウジングと一体成形されているので、部品点数を低減できるとともに、組付工数を低減して、製造コストを低減することができる。
上記効果を有するトルクセンサを電動パワーステアリング装置に搭載したので、トルクセンサの複数の検出トルクに基づいてトルク検出部の異常を判定することが可能となり、信頼性の高い電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す電動パワーステアリング装置の主要部を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に適用し得るトルクセンサの構成を示す斜視図である。
【図３】センサシャフト部の表面の凸条と円筒部材の窓配置を説明する図である。
【図４】トルクと検出コイルのインダクタンスとの関係を示す特性線図である。
【図５】第１の実施形態に適用し得るトルク演算回路を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に適用し得るトルクセンサの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の主要部を示す断面図であり、図２は、本発明に係るトルクセンサの構成を示す斜視図である。
図１において、５は電動パワーステアリング装置を構成する磁気シールド機能を有する例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されたハウジングであって、このハウジング５は入力軸側ハウジング部５ａと出力軸側ハウジング部５ｂとに２分割された構造を有する。入力軸側ハウジング部５ａの内部には、入力軸１が軸受６ａによって回転自在に支持されている。また、出力軸側ハウジング部５ｂの内部には出力軸２が軸受６ｂ及び６ｃによって回転自在に支持されている。
【００１２】
そして、入力軸１及び出力軸２は入力軸１の内部に配設されたトーションバー３を介して連結されている。
入力軸１、トーションバー３及び出力軸２は同軸に配置されており、入力軸１とトーションバー３とはピン結合し、また、トーションバー３と出力軸２とはスプライン結合している。図１において、入力軸１の突出端には、図示されていないステアリングホイールが一体的に取り付けられている。また、出力軸２には入力軸１とは反対側にピニオン軸２ａが一体的に形成されており、ピニオン軸２ａはラック４と噛合して公知のラックアンドピニオン式ステアリング機構を構成している。
【００１３】
また、出力軸２には、これと同軸で且つ一体に回転するウォームホイール７が固着されており、図示されていない電動モータで駆動されるウォーム８と出力軸側ハウジング部５ｂ内で噛合している。ウォームホイール７は金属製のハブ７ａに合成樹脂製の歯部７ｂが一体的に固定されている。電動モータの回転力は、ウォーム８及びウォームホイール７を介して出力軸２に伝達され、電動モータの回転方向を適宜切り換えることにより、出力軸２に任意の方向の操舵補助トルクが付与される。
【００１４】
次に、図１及び図２を参照して入力軸１及び出力軸２間のトルクを検出するトルクセンサＴＳを構成するトルク検出部１０の構成を説明する。トルク検出部１０は入力軸１に形成されたセンサシャフト部１１と、入力軸側ハウジング部５ａの内側に配置された２対の検出コイル１３ａ，１３ｂ及び１４ａ，１４ｂと、両者の間に配置された円筒部材１２から構成される。
入力軸１には磁性材料で構成されたセンサシャフト部１１が形成されており、センサシャフト部１１の表面には、軸方向に延びた複数（図２の例では９個）の凸条１１ａが円周方向に沿って等間隔に形成されており、凸条１１ａの間には凸条１１ａの幅ｔ１よりも幅広の溝部１１ｂが形成されている。
【００１５】
また、センサシャフト部１１の外側には、センサシャフト部１１に接近して導電性で且つ非磁性の材料、例えばアルミニウムで構成された円筒部材１２がセンサシャフト部１１と同軸に配置されており、円筒部材１２の延長部１２ｅは出力軸２の端部２ｅの外側に固定されている。
円筒部材１２には、前記したセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａに対向する位置に、円周方向に等間隔に配置された複数個（図２では９個）の長方形の窓１２ａからなる第１の窓列と、前記第１の窓列から軸方向にずれた位置に、前記窓１２ａと同一形状で、円周方向の位相が異なる複数個（図２では９個）の長方形の窓１２ｂからなる第２の窓列とが設けられている。
【００１６】
円筒部材１２の外周は、同一規格の検出コイル１３ａ、１４ａ及び１３ｂ、１４ｂが捲回されたヨーク１５ａ及び１５ｂで包囲されている。即ち、検出コイル１３ａ、１４ａ及び１３ｂ、１４ｂは円筒部材１２と同軸に配置され、検出コイル１３ａ及び１４ａは窓１２ａからなる第１の窓列部分を包囲し、検出コイル１３ｂ及び１４ｂは窓１２ｂからなる第２の窓列部分を包囲する。ヨーク１５ａ及び１５ｂは入力軸側ハウジング部５ａの内部に固定され、検出コイル１３ａ、１４ａ及び１３ｂ、１４ｂの出力線はヨーク１５ａ及び１５ｂに形成されたコネクタ１６を介して入力軸側ハウジング部５ａの内部に配置された回路基板１７に接続されている。
【００１７】
そして、図２に示すように、ヨーク１５ａの軸方向における入力軸側と、ヨーク１５ｂの軸方向における出力軸側とにそれぞれ例えばアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されるリング状の磁気シールド部材１８ａ及び１８ｂが配置されている。ここで、本実施形態では、入力軸１側の磁気シールド部材１８ａが入力軸側ハウジング部５ａと一体成形されている。また、他方の磁気シールド部材１８ｂは入力軸側ハウジング部５ａの内周面に形成された雌ねじ部に螺合される。
【００１８】
図３（ａ）及び（ｂ）は出力軸２側から見たセンサシャフト部の表面の凸条と円筒部材の窓配置を説明する図で、図３（ａ）は、基準位置（トーションバー３が捩れていない状態）におけるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと円筒部材１２における第１の窓列の窓１２ａとの位置関係を示し、図３（ｂ）は基準位置（トーションバー３が捩れていない状態）におけるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと円筒部材１２における第２の窓列の窓１２ｂとの位置関係を示す図である。
【００１９】
この実施例では、窓１２ａ及び１２ｂがそれぞれ９個設けられているので、第１の窓列の窓１２ａ及び第２の窓列の１２ｂは、それぞれ円周方向に角度θ＝３６０／９＝４０度ずつずれていることになる。
窓１２ａ、１２ｂの角度ａは窓１２ａ、１２ｂのない部分の角度ｂよりも小さく設定（ａ＜ｂ）され、凸条１１ａの角度ｃは溝部１１ｂの角度ｄよりも小さく設定（ｃ＜ｄ）される。これは、検出コイルのインピーダンスの変化を急峻にするためである。
【００２０】
図３（ａ）及び（ｂ）から明らかなように、トーションバー３が捩れていない状態、即ち操舵トルクが零（０）の状態では、窓１２ａの円周方向の幅の中央部にセンサシャフト部１１の凸条１１ａの円周方向の一方の端部が位置し、窓１２ｂの円周方向の幅の中央部に凸条１１ａの円周方向の他方の端部が位置するように、窓１２ａ及び１２ｂの円周方向の幅と凸条１１ａの幅、及び窓１２ａ及び１２ｂとの円周方向の相対位置関係が設定される。即ち、凸条１１ａに対する窓１２ａと１２ｂとの円周方向の位置関係は互いに逆になっている。
操舵系が直進状態にあって操舵トルクが零である場合はトーションバー３には捩れが発生せず、入力軸１と出力軸２とは相対回転しない。したがって入力軸１の側にあるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと、出力軸２の側にある円筒部材１２との間にも相対回転が生じない。
【００２１】
一方、ステアリングホイールを操作して入力軸１に回転力が加わると、その回転力はトーションバー３を経て出力軸２に伝達される。このとき、出力軸２には舵輪と路面との間の摩擦力や出力軸２に結合されているステアリング機構のギヤの噛み合い等の摩擦力が作用するため、入力軸１と出力軸２との間を結合するトーションバー３に捩れが発生し、入力軸１の側にあるセンサシャフト部１１の表面の凸条１１ａと出力軸２の側にある円筒部材１２との間に相対回転が生じる。
【００２２】
円筒部材１２に窓がない部位では、円筒部材１２は導電性で且つ非磁性材で構成されていることから、検出コイル１３及び１４に交流電流を流して交番磁界を発生させると、円筒部材１２の外周面にコイル電流と反対方向の渦電流が発生する。この渦電流による磁界とコイル電流による磁界とを重畳すると、円筒部材１２の内側の磁界は相殺される。
円筒部材１２に窓が形成されている部位では、円筒部材１２の外周面に発生した渦電流は、窓１２ａ及び１２ｂによって外周面を周回できないため、窓１２ａ及び１２ｂの端面に沿って円筒部材１２の内周面側に回り込み、内周面をコイル電流と同方向に流れ、また隣の窓１２ａ及び１２ｂの端面に沿って外周面側に戻り、ループを形成する。つまり、検出コイル内側に渦電流のループを、円周方向に周期的に配置した状態が発生する。コイル電流による磁界と渦電流による磁界とは重畳され、円筒部材１２の内外には、円周方向に周期的に強弱変化する磁界と、中心に向かうほど小さくなる半径方向に勾配を持った磁界が形成される。円周方向の周期的な磁界の強弱は、隣り合う渦電流の影響を受ける窓１２ａ及び１２ｂの中心で強く、そこからずれるに従い弱くなる。
【００２３】
円筒部材１２の内側には、磁性材料からなるセンサシャフト部１１が同軸に配置されており、その凸条１１ａは、窓１２ａ及び１２ｂと同じ周期で配置されている。磁界中に置かれた磁性体は磁化して磁束を生じるが、磁束の量は飽和するまでは磁界の強さに応じて大きくなる。このため、円筒部材１２により円周方向の周期的な磁界の強弱と中心に向かうほど小さくなる半径方向に勾配を持った磁界とにより、センサシャフト部１１に発生する磁束は、円筒部材１２とセンサシャフト部１１との相対的な位相により増減する。磁束が最大となる位相は、円筒部材１２の窓１２ａ及び１２ｂの中心とセンサシャフト部１１の凸条１１ａの中心とが一致した状態で、磁束の増減に応じて検出コイル１３及び１４のインダクタンスも増減し、略正弦波状に変化する。
【００２４】
トルクが作用しない状態では、インダクタンスが最大となる位相（窓１２ａ及び１２ｂと凸条１１ａの中心とが一致している位相）に対して、センサシャフト部１１の凸条１１ａの中心は凸条１１ａの中心角ｃの１／２だけずれた位置に設定されているから、トルクが作用してトーションバー３が捩れ、センサシャフト部１１と円筒部材１２との間に位相差が生じると、２つの検出コイル１３ａ，１３ｂ及び１４ａ，１４ｂのインダクタンスは、一方が増加し他方が減少する。
【００２５】
図４は操舵トルクＴと検出コイル１３ａ（又は１４ａ）及び１３ｂ（又は１４ｂ）のインダクタンスの変化との関係を示す特性線図で、横軸は操舵トルクＴ、縦軸はインダクタンスＬを示す。右操舵トルク発生時は、図３（ａ）及び（ｂ）においてセンサシャフト部１１が反時計方向に回転するから、図４に示すように、操舵トルクＴが増大するにつれ検出コイル１３ａ（又は１４ａ）のインダクタンスＬ１３は増加し、検出コイル１３ｂ（又は１４ｂ）のインダクタンスＬ１４は減少する。
【００２６】
また、左操舵トルク発生時は、図３（ａ）及び（ｂ）においてセンサシャフト部１１が時計方向に回転するから、図４に示すように操舵トルクＴが増大するにつれ検出コイル１３ａ（又は１４ａ）のインダクタンスＬ１３は減少し、検出コイル１３ｂ（又は１４ｂ）のインダクタンスＬ１４は増加する。
図４のインダクタンスＬ１３、Ｌ１４の特性は比例して出力される電圧にそのまま置き換えることができ、インダクタンスＬ１３、Ｌ１４の特性を電圧に置き換えると、検出コイル１３ａの検出電圧、検出コイル１３ｂの検出電圧と操舵トルクＴとの関係になり、両検出電圧の交点である中立電圧が本実施形態では２．５Ｖとなるように調整されている。この電圧クロス特性から検出コイル１３ａの検出電圧と検出コイル１３ｂの検出電圧との合計値は２．５＋２．５＝５．０Ｖとなる。
【００２７】
図５は、回路基板１７に搭載されるトルク演算回路２０のブロック図である。
トルク検出部１０の一対の検出コイル１３ａ及び１３ｂを使用して第１のトルクを検出する第１トルク検出系統と、一対の検出コイル１４ａ及び１４ｂを使用して第２のトルクを検出する第２トルク検出系統とを構成するように同一構成を有する２組のトルク演算部２１Ａ及び２１Ｂを備えている。
【００２８】
なお、トルク演算部２１Ａ及び２１Ｂに所定周波数の交流信号を出力する交流信号源２００と、トルク演算部２１Ａ及び２１Ｂからそれぞれ出力されるメイントルク及びサブトルクが入力されるノイズフィルタ２０２及びノイズフィルタ２０２から出力されるフィルタ出力を操舵補助用電動モータ３１を操舵補助制御するコントロールユニット３０に出力するコネクタ２０３はトルク演算部２１Ａ及び２１Ｂに対して共通に設けられている。また、コネクタ２０３に入力される電源及び基準電源がノイズフィルタでフィルタ処理されて電源電圧Ｖ及び基準電圧Ｖｒｅｆとして交流信号源２００とトルク演算部２１Ａ及び２１Ｂとに供給される。
【００２９】
ここで、交流信号源２００は、所定周波数の交流信号を発生する発振部２０１と、この発振部２０１から出力される交流信号を電流増幅してトルク演算部２１Ａ及び２１Ｂに供給する電流増幅部２１１Ａ及び２１１Ｂを備えている。
トルク演算部２１Ａは、一対の検出コイル１３ａ及び１３ｂの一端が互い接続されて接地され、他端に抵抗Ｒ１ａ及びＲ１ｂが直列に接続され、これら抵抗Ｒ１ａ及びＲ１ｂの他端を互いに接続した構成を有するブリッジ回路２１０Ａを備えている。
【００３０】
同様に、トルク演算部２１Ｂは、一対の検出コイル１４ａ及び１４ｂの一端が互い接続されて接地され、他端に抵抗Ｒ２ａ及びＲ２ｂが直列に接続され、これら抵抗Ｒ２ａ及びＲ２ｂの他端を互いに接続した構成を有するブリッジ回路２１０Ｂを備えている。
これらブリッジ回路２１０Ａ及び２１０Ｂでは、入力軸１にトルクが作用していない状態では、検出コイル１３ａ及び１３ｂの両端に表れる電圧がそれぞれ等しくなるように、つまり差分電圧が０となるように予め抵抗Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ及びＲ２ａ、Ｒ２ｂの抵抗値が調整されている。
そして、ブリッジ回路２１０Ａ及び２１０Ｂの抵抗Ｒ１ａ、Ｒ１ｂの接続点及び抵抗Ｒ２ａ、Ｒ２ｂの接続点がそれぞれ交流信号源２００の電流増幅部２１１Ａ及び２１１Ｂに個別に接続されて、交流電圧信号Ｖｏｓｃ１及びＶｏｓｃ２が入力される。
【００３１】
また、トルク演算部２１Ａは、ブリッジ回路２１０Ａの検出コイル１３ａ及び１３ｂの両端に表れる電圧信号が入力されるとともに、交流電圧信号Ｖｏｓｃ１が入力されたメイン増幅・全波整流部２１２Ａと、このメイン増幅・全波整流部２１２Ａから出力される整流信号が入力されるメイン平滑・中立調整部２１３Ａを有する。ここで、メイン増幅・全波整流部２１２Ａでは、検出コイル１３ａ及び１３ｂの両端に表れる電圧信号の差分信号Ｖｄｅｆを算出し、この差分信号Ｖｄｅｆを増幅するとともに、整流して整流信号をメイン平滑・中立調整部２１３Ａに出力する。また、メイン平滑・中立調整部２１３Ａでは、メイン増幅・全波整流部２１２Ａから入力される整流信号を平滑化するとともに、中立電圧を調整してトルク検出信号としてノイズフィルタ２０２に出力する。そして、ノイズフィルタ２０２でフィルタ処理されたトルク検出信号がコネクタ２０３を介してメイントルク検出信号Ｔｍ１として操舵補助制御を行うコントロールユニット３０に出力される。
【００３２】
また、トルク演算部２１Ａは、ブリッジ回路２１０Ａの検出コイル１３ａ及び１３ｂの両端に表れる電圧信号が入力されるとともに、交流電圧信号Ｖｏｓｃ１が入力されたサブ増幅・全波整流部２１４Ａと、このサブ増幅・全波整流部２１４Ａから出力される整流信号が入力されるサブ平滑・中立調整部２１５Ａを有する。ここで、サブ増幅・全波整流部２１４Ａでは、検出コイル１３ａ及び１３ｂの両端に表れる電圧信号の差分信号Ｖｄｅｆを算出し、この差分信号Ｖｄｅｆを増幅するとともに、整流して整流信号をサブ平滑・中立調整部２１５Ａに出力する。また、サブ平滑・中立調整部２１５Ａでは、サブ増幅・全波整流部２１４Ａから入力される整流信号を平滑化するとともに、中立電圧を調整してトルク検出信号としてノイズフィルタ２０２に出力する。そして、ノイズフィルタ２０２でフィルタ処理されたトルク検出信号がコネクタ２０３を介してサブトルク検出信号Ｔｓ１として操舵補助制御を行うコントロールユニット３０に出力される。
【００３３】
さらに、トルク演算部２１Ａは、前述した特許文献１に記載されているように、交流電圧信号Ｖｏｓｃ１及びサブ増幅・全波整流部２１４Ａから出力されるブリッジ回路２１０Ａの差分信号Ｖｄｅｆに基づいて検出コイル１３ａ又は１３ｂと抵抗Ｒ１ａ又はＲ１ｂとの接触不良等をブリッジ回路２１０Ａの差分電圧Ｖｄｅｆの変化で検出するとともに、基準電圧Ｖｒｅｆに対する位相ずれに基づいて回路系の異常を検出し、異常を検出したときに異常信号ＡＢ１を出力する。すなわち、監視部２１６Ａでは、印加した交流信号の波形と、ブリッジ回路の差分電圧Ｖｄｅｆの波形との位相差を検出し、位相差が所定値を超えたときに検出コイル１３ａ，１３ｂ、抵抗Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ若しくは回路２１０Ａが異常であると判定して異常信号ＡＢ１を出力する。
【００３４】
この監視部２１６Ａから出力される異常信号ＡＢ１はサブ平滑・中立調整部２１５Ａに供給され、このサブ平滑・中立調整部２１５Ａでは、異常信号ＡＢ１が入力されると、出力するトルク検出信号を０Ｖに設定する。これにより、メイントルク信号との図４に示す電圧クロス特性のバランスが崩れることにより、コントロールユニット３０が故障を検出することができる。このため、コントロールユニット３０で操舵補助用電動モータ３１の駆動に使用するメイン側のメイン平滑・中立調整部２１３Ａには異常信号ＡＢ１は入力されない。
同様に、トルク演算部２１Ｂでも、トルク換算部２１Ａと同様の構成および機能を有するメイン増幅・全波整流部２１２Ｂ、メイン平滑・中立調整部２１３Ｂ、サブ増幅・全波整流部２１４Ｂ、サブ平滑・中立調整部２１５Ｂ及び監視部２１６Ｂを備えている。
【００３５】
コントロールユニット３０は、図５に示すように、トルクセンサＴＳからメイントルク検出信号Ｔｍ１、Ｔｍ２及びサブトルク検出信号Ｔｓ１、Ｔｓ２が入力されている。このコントロールユニット３０は、入力されたメイントルク検出信号Ｔｍ１、Ｔｍ２及びサブトルク検出信号Ｔｓ１、Ｔｓ２に基づいて信号監視を行う異常判定部３２と、メイントルク検出信号Ｔｍ１、Ｔｍ２に基づいて操舵補助制御を行って操舵補助用電動モータ３１を駆動制御する操舵補助制御部３３とを備えている。
【００３６】
異常判定部３２は、メイントルク検出信号Ｔｍ１及びＴｍ２が所定値（例えば０．３Ｖ）以下か否かで断線や地絡を検出し、所定値（例えば４．７Ｖ）以上か否かで天絡を検出する。また、サブトルク検出信号Ｔｓ１及びＴｓ２が所定値（例えば０．３Ｖ）以下か否かで断線や地絡を検出するとともに、トルク演算回路２０の自己診断を行い、所定値（例えば４．７Ｖ）以上か否かで天絡を検出する。さらに、メイントルク検出信号Ｔｍ１、Ｔｍ２とサブトルク検出信号Ｔｓ１、Ｔｓ２の各加算値が所定値（例えば５．３Ｖ）以上若しくは所定値（例えば４．７Ｖ）以下か否かで、図４に示す電圧クロス特性から外れる異常を検出する。
【００３７】
そして、操舵補助制御部３３では、上記異常判定部３２によって異常が検出されない正常状態では、メイントルク検出信号Ｔｍ１を用いて操舵補助電流指令値を演算し、演算した操舵補助電流指令値と、操舵補助用電動モータ３１に供給するモータ電流の検出値との偏差を例えばＰＤ制御処理して操舵補助電圧指令値を算出し、算出した操舵補助電圧指令値に基づいてモータ駆動回路３４を制御する駆動信号を形成し、この駆動信号をモータ駆動回路３４に出力する。
ここで、サブトルク検出信号Ｔｓ１、Ｔｓ２はトルクセンサの異常監視に利用されるのみで、操舵補助用電動モータ３１の駆動には利用されない。
【００３８】
異常判定部３２で、トルクセンサＴＳの第１トルク検出系統（トルク演算部２１Ａ及びブリッジ回路２１０Ａ）の異常が判定された場合に、第２トルク検出系統（トルク演算部２１Ｂ及びブリッジ回路２１０Ｂ）が正常であるときには、第１トルク検出系統のメイントルク検出信号Ｔｍ１に代えて第２トルク検出系統のメイントルク検出信号Ｔｍ２を用いて操舵補助制御部３３で操舵補助制御を継続する。
さらに、異常判定部３２で、第１トルク検出系統及び第２トルク検出系統の双方の異常が判定された場合には、操舵補助制御部３３で、正常な過去トルク値を使用して操舵補助用電動モータ３１を駆動し、操舵補助トルクを徐々に減少させるトルク漸減処理を行い、安全に操舵補助制御を停止させるフェールセーフモードに移行する。
【００３９】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
先ず、電動パワーステアリング装置のハウジング５にトルクセンサＴＳを組付けるには、上述した図２に示すように、入力軸側ハウジング部５ａが、入力軸１側に磁気シールド部材１８ａが一体成形された構成を有する。このため、入力軸側ハウジング部５ａの入力軸１側端部からトルク検出部１０を挿通することはできないので、出力軸２側からトルク検出部１０を挿通する。このとき、ヨーク１５ａ及び１５ｂにそれぞれ形成されたコネクタ１６を入力軸側ハウジング部５ａの回路基板装着部に開口する連通孔５ｃに対向させる。そして、ヨーク１５ａ及び１５ｂにそれぞれ形成されたコネクタ１６に連通孔５ｃを通じて外部導出コネクタ１９を接続する。
【００４０】
その後、入力軸側ハウジング部５ａの出力軸２側端面から磁気シールド部材１８ｂを内周面に形成した雌ねじ部に螺合させながら挿入し、その先端をトルク検出部１０のヨーク１５ｂの出力軸２側端面に当接させて強固に締付ける。これにより、ヨーク１５ａ及び１５ｂが入力軸側ハウジング部５ａに円周方向に回ることなく装着される。
そして、トルク検出部１０のヨーク１５ａ及び１５ｂの装着後又はその前に、入力軸側ハウジング部５ａに軸受６ａを介してトーションバー３を内装した入力軸１を回転自在に支持する。
【００４１】
その後、入力軸側ハウジング部５ａの開放端面に、ウォームホイール７を装着した出力軸２を軸受６ｂ及び６ｃで回転自在に保持し、ウォームホイール７にウォーム８を噛合させ、出力軸側ハウジング部５ｂを装着する。このとき、出力軸２に装着された円筒体１２が出力軸側ハウジング部５ｂの開放端面より突出しているので、この円筒体１２をヨーク１５ａ及び１５ｂの内周側に所定ギャップを保って挿入する。一方、トーションバー３のセレーション軸部が入力軸側ハウジング部５ａより突出しているので、このセレーション軸部を出力軸２のセレーション孔部に結合させるように入力軸１を回動させて調整しながら入力軸側ハウジング部５ａ及び出力軸側ハウジング部５ｂを連結して、ハウジング５が一体化される。
【００４２】
その後、ヨーク１５ａ及び１５ｂのコネクタ１６に連結された外部導出用コネクタ１９に形成された接続ピンを図示しないスルーホールに挿通するように回路基板１７を装着し、この回路基板１７に接続ピンを例えば半田付けすることにより、回路基板１７に形成された印刷配線を通じて搭載されたトルク演算回路２０に接続される。
このように、トルク検出部１０を構成するヨーク１５ａ及び１５ｂの軸方向両端に磁気シールド部材１８ａ及び１８ｂが配置され、入力軸側ハウジング部５ａ自体も磁気シールド機能を有するので、ヨーク１５ａ及び１５ｂに配置された検出コイル１３ａ、１４ａ及び１３ｂ、１４ｂが確実に磁気シールドされ、磁気バランスのバラツキを防止することができ、トルク検出感度を安定させることができる。
【００４３】
しかも、一方の磁気シールド部材１８ａが入力軸側ハウジング部５ａと一体成形されているので、２つの磁気シールド部材１８ａ及び１８ｂを個別に配置する場合に比べて、部品点数を低減できるとともに、組付工数を低減して、製造コストを低減することができる。また、一体成形された磁気シールド部材１８ａによってヨーク１５ａ及び１５ｂの位置決めを行うことができ、ヨーク１５ａ及び１５ｂの取り付け精度を向上させることができる。
【００４４】
さらに、ヨーク１５ａ及び１５ｂ内に装着される検出コイル１３ａ、１４ａ及び１３ｂ、１４ｂがそれぞれ窓１２ａ及び１２ｂに対向するので、ヨーク内の検出コイル同士のトルクに対するインダクタンス特性が同一となり、ヨークを共用することができ、４つの検出コイル毎にヨークを形成する場合に比較して軸方向長さを短くすることができる。
このようにして、電動パワーステアリング装置の組立が完了し、この電動パワーステアリング装置を車両の操舵系に装着し、入力軸１の突出端にステアリングホイールを装着するとともに、ラック４を例えばタイロッドを介して転舵輪に連結することにより、ステアリングホイールを操舵したときの操舵トルクに応じた操舵補助トルクを操舵補助用電動モータ３１で発生することができる。
【００４５】
このとき、コントロールユニット３０の異常判定部３２で、トルクセンサＴＳの第１のトルク検出系統が正常であるときには、この第１のトルク検出系統のトルク演算部２１Ａのメイン増幅・全波整流部２１２Ａ及びメイン平滑・中立調整部２１３Ａで演算されるメイントルク検出信号Ｔｍ１に基づいて操舵補助制御が行われてモータ駆動回路３３が制御され、このモータ駆動回路３３から出力されるモータ電流で操舵補助用電動モータ３１が駆動され、操舵トルクに応じた操舵補助トルクが発生させる。
【００４６】
一方、異常判定部３２で第１のトルク検出系統が異常であると判定されたときには、第２のトルク検出系統が正常である状態では、操舵補助制御部３３で、トルク演算部２１Ｂのメイン増幅・全波整流部２１２Ｂ及びメイン平滑・中立調整部２１３Ｂで演算されたメイントルク検出信号Ｔｍ２に基づいて操舵補助制御が継続されてモータ駆動回路３３が制御され、このモータ駆動回路３３から出力されるモータ電流で操舵補助用電動モータ３１が駆動され、操舵トルクに応じた操舵補助トルクを発生させる。
【００４７】
さらに、異常判定部３２で、第１のトルク検出系統及び第２のトルク検出系統の双方が異常である判定されたときには、操舵補助制御部３３で、正常な過去トルク値を使用して操舵補助用電動モータ３１を駆動し、操舵補助トルクを徐々に減少させるトルク漸減処理を行い、安全に操舵補助制御を停止させるフェールセーフモードに移行する。
このように、トルクセンサＴＳに２つのトルク検出系統を設けているので、一方のトルク検出系統に異常が発生しても、操舵補助制御を正常に継続することができる。
【００４８】
しかも、トルクセンサＴＳが前述した構成を有するので、複数の検出トルクに基づいてトルク演算部の異常を判定することが可能となり、信頼性の高い電動パワーステアリング装置を提供することができる。
なお、上記第１の実施形態においては、ヨーク１５ａ及び１５ｂにコネクタ１６を設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ヨーク１５ａ及び１５ｂから直接接続ピンを突出させ、入力軸側ハウジング部５ａの開放端部側に接続ピンを挿通するスリットを形成するようにしてもよい。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施形態を図６について説明する。
この第２の実施形態では、トルク検出部１０のヨーク１５ａ及び１５ｂの軸方向両端に配置した磁気シールド部材１８ａ及び１８ｂのうち出力軸２側の磁気シールド部材１８ｂを入力軸側ハウジング部５ａに一体成形し、入力軸１側の磁気シールド部材１８ａを入力軸側ハウジング部５ａに螺合させるようにしたものである。したがって、前述した図２との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
この第２の実施形態では、トルク検出部１０のヨーク１５ａ及び１５ｂの入力軸側ハウジング部５ａに対する挿入方向が軸受６ａ側から行うことを除いては前述した第１の実施形態と同様であるので、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５０】
なお、上記第１及び第２の実施形態においては、トルクセンサＴＳのトルク検出部１０の２つのヨーク１５ａ及び１５ｂにそれぞれ２つの検出コイル１３ａ、１４ａ及び１３ｂ、１４ｂを内装する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、３つ以上の検出コイルを内装して３対以上の検出コイルとすることもできる。この場合には、検出コイルの対数に応じてトルク演算回路２０のトルク演算部の数を増加させればよく、より信頼性の高いトルクセンサを提供することができる。
【００５１】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、入力軸側ハウジング部５ａに一体成形されていない磁気シールド部材１８ａ又は１８ｂを入力軸側ハウジング部５ａに形成した雌ねじ部に螺合する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、磁気シールド部材１８ａ又は１８ｂを入力軸側ハウジング部５ａに嵌合させるようにしたり、別途固定部材を設けるようにしたりしてもよい。
【００５２】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、コントロールユニット３０側に異常判定部３２を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、トルク演算回路２０側に異常判定部３２を設け、この異常判定部３２の異常判定結果をコントロールユニット３０に通知するようにしてもよい。
また、上記第１及び第２の実施形態においては、本発明によるトルクセンサＴＳを電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動パワーステアリング装置以外にも回転軸のトルクを検出する場合に本発明によるトルクセンサＴＳを適用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…入力軸、２…出力軸、３…トーションバー、５…ハウジング、５ａ…入力軸側ハウジング部、５ｂ…出力軸側ハウジング部、７…ウォームホイール、８…ウォーム、ＴＳ…トルクセンサ、１０…トルク検出部、１１…センサシャフト、１２…円筒部材、１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ…検出コイル、１５ａ，１５ｂ…ヨーク、１６…コネクタ、１７…回路基板、１８ａ，１８ｂ…磁気シールド部材、１９…接続コネクタ、２０…トルク演算回路、２１Ａ，２１Ｂ…トルク演算部、３０…コントロールユニット、３１…操舵補助用電動モータ、３２…異常判定部、３３…操舵補助制御部、３４…モータ駆動回路、２００…交流信号源、２０１……発振部、２０２…ノイズフィルタ、２０３…コネクタ、２１０Ａ，２１０Ｂ…ブリッジ回路、２１１Ａ，２１１Ｂ…電流増幅部、２１２Ａ，２１２Ｂ…メイン増幅・全波整流部、２１３Ａ，２１３Ｂ…メイン平滑・中立調整部、２１４Ａ，２１４Ｂ…サブ増幅・全波整流部、２１５Ａ，２１５Ｂ……サブ平滑・中立調整部、２１６Ａ，２１６Ｂ…監視部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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