(57)【要約】【課題】トルクセンサのセンサ感度の向上とストッパ強度の確保を行いながら加工コストを低減することができるトルクセンサ及び電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】同軸に配設された第１及び第２の回転軸１，２を、トーションバー３を介して連結するとともに、前記第１の回転軸の外周面を包囲する円筒部材１２を前記第２の回転軸と回転方向に一体に形成し、前記第１の回転軸１に、前記円筒部材の内周面と対向して、軸方向に延長する複数の凸条１１ａを形成する溝１１ｂを形成し、前記円筒部材１２に前記凸条１１ａとの重なり度合いが変化する窓１２，１２ｂを形成し、当該窓と前記凸条との重なり度合いに基づいてトルクを検出するようにしたトルクセンサであって、前記第１の回転軸１に、前記凸条１１ａを形成する溝１１ｂを複数ずつグループ化するように前記第１及び第２の回転軸の相対回動角度を規制するストッパ溝１１ｃを形成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸に配設された第１及び第２の回転軸を、トーションバーを介して連結するとともに、前記第１の回転軸の外周面を包囲する円筒部材を前記第２の回転軸と回転方向に一体に形成し、前記第１の回転軸に、前記円筒部材の内周面と対向して、軸方向に延長する複数の凸条を形成する溝を形成し、前記円筒部材に前記凸条との重なり度合いが変化する窓を形成し、当該窓と前記凸条との重なり度合いに基づいてトルクを検出するようにしたトルクセンサであって、
前記第１の回転軸に、前記凸条を形成する溝を複数ずつグループ化するように前記第１及び第２の回転軸の相対回動角度を規制するストッパ溝を形成したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記凸条を形成する溝数をＡ、前記ストッパ溝数をＢとしたときに、Ａ＝ｎＢ（ｎは正の２以上の整数）に設定した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】
前記ストッパ溝の溝幅は前記凸条を形成する溝の溝幅に対して大きく設定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】
前記請求項１乃至３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備えた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】
従来の例えば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、入力軸の大径部に軸方向に例えば４つのＶ字状の溝を形成して４つの凸条を形成し、これら凸条を覆うように出力軸に一体化された円筒部材を配置し、この円筒部材に凸条と一部対向する窓を形成して、窓と凸条の相対回転による磁気変化に基づいてトルクを検出するようにしている。そして、入力軸と出力軸との相対回転の位置規制を入力軸の大径部より先端側に同様に凸部を形成し、これを出力軸に形成した凹部内に挿入することにより、凹部の円周方向側壁に凸部が係合することにより、相対位置規制が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３３６９７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載のトルクセンサにあっては、入力軸に形成した軸方向溝によって円筒部材の窓に対向する凸条とストッパとなる凸部とを形成するようにしており、センサシャフトの溝数、幅、周方向位置と、ストッパの溝数、幅、周方向位置とを一致させて、センサシャフトの溝数を８とし、ストッパ溝数を４とする場合に比較して加工コストを低減させることできるものである。
【０００５】
しかしながら、センサシャフトの溝数、すなわち凸条の数は多い方が、センサ感度の観点から好ましく、センサシャフトの溝数を増やし且つ且つストッパの溝数をセンサシャフトと同じにした場合には、ストッパとなる凸部の幅が薄くなり、必要なストッパ強度を得ることができず、センサ感度の向上とストッパ強度の確保との双方を満足することはできない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、トルクセンサのセンサ感度の向上とストッパ強度の確保を行いながら加工コストを低減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】
【０００６】
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、同軸に配設された第１及び第２の回転軸を、トーションバーを介して連結するとともに、前記第１の回転軸の外周面を包囲する円筒部材を前記第２の回転軸と回転方向に一体に形成し、前記第１の回転軸に、前記円筒部材の内周面と対向して、軸方向に延長する複数の凸条を形成する溝を形成し、前記円筒部材に前記凸条との重なり度合いが変化する窓を形成し、当該窓と前記凸条との重なり度合いに基づいてトルクを検出するようにしたトルクセンサであって、前記第１の回転軸に、前記凸条を形成する溝を複数ずつグループ化するように前記第１及び第２の回転軸の相対回動角度を規制するストッパ溝を形成した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、前記凸条を形成する溝数をＡ、前記ストッパ溝数をＢとしたときに、Ａ＝ｎＢ（ｎは正の２以上の整数）に設定した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、前記ストッパ溝の溝幅が前記凸条を形成する溝の溝幅に対して大きく設定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備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、前記第１の回転軸に、前記凸条を形成する溝を複数ずつグループ化するように前記第１及び第２の回転軸の相対回動角度を規制するストッパ溝を形成したので、凸条を形成する溝のうちの複数本に一本がストッパ溝となるので、凸条数を増加させてセンサ感度を向上させながら、ストッパ溝によって形成される凸部の幅を広くすることができ、ストッパ強度を確保することができる。しかも、凸条を形成するとストッパ溝とを同時に加工することができるので、加工コストを低減することができる。
また、上記効果を有するトルクセンサを使用して電動パワーステアリング装置を構成するので、操舵トルクの検出精度を高くすると共に信頼性を高めた操舵補助制御を行うことができ、全体の製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一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】上記電動パワーステアリング装置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】センサシャフトの形成方法を説明する斜視図であって、（ａ）は冷間鍛造品を示す斜視図、（ｂ）はストッパ部を切削加工した完成品を示す斜視図である。
【図４】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５】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６】トルク演算回路を示すブロック図である。
【図７】トルクセンサの第１の比較例を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図８】トルクセンサの第２の比較例を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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又はセレーション結合している。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。
【００１２】
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。
【００１３】
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１対の検出コイル１３及び１４と、センサシャフト部１１及び検出コイル１３，１４の間に配置された円筒部材１２とから構成される。
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、このセンサシャフト部１１の先端にセンサシャフト部１１の外径より小径のストッパ部１６が形成されている。
【００１４】
センサシャフト部１１の表面には、図２及び図３に示すように、軸方向に延びた複数Ａ個（図２の例ではＡ＝１２）の凸条１１ａを円周方向に沿って形成するように軸方向溝１１ｂが形成され、これら軸方向溝１１ｂを複数でグループ化するように複数Ｂ個（図２の例ではＢ＝４）のストッパ溝１１ｃが形成されている。すなわち、軸方向溝１１ｂの溝数Ａはｎを正の整数としたときにＡ＝ｎＢとなるように形成されている。
凸条１１ａ及び軸方向溝１１ｂは円周方向で見ると不等配置され、ストッパ溝１１ｃは円周方向に等配置されている。そして、ストッパ溝１１ｃでグループ化された軸方向溝１１ｂは、底辺が略平坦なＶ字形状に形成され、同様にストッパ溝１１ｃも底辺が略平坦なＶ字形状に形成されている。
【００１５】
また、ストッパ溝１１ｃの開放端の幅が軸方向溝１１ｂの開放端の幅より広く形成されていると共に、ストッパ溝１１ｃの深さが軸方向溝１１ｂの深さより深く形成されている。換言すれば、軸方向溝１１ｂの溝底の方がストッパ溝１１ｃの溝底よりもセンサシャフト１１の中心軸からの距離が大きく設定されている。すなわち、軸方向溝１１ｂの深さは底辺がストッパ部１６の外周面に達する深さに設定され、ストッパ溝１１ｃの深さは底辺がストッパ部１６の外周面より内側となるように設定されている。このため、ストッパ部１６では、ストッパ溝１１ｃ間に幅広のストッパ凸条１６ａが形成されている。
【００１６】
このセンサシャフト部１１を形成するには、先ず、円柱状のブランクを冷間鍛造によって、図３（ａ）に示すように凸条１１ａを形成する軸方向溝１１ｂ及びストッパ溝１１ｃを形成した冷間鍛造形状１１′を形成し、次いで、図３（ｂ）に示すように、冷間鍛造形状１１′のセンサシャフト部１１の先端部に対応する部分を旋盤等で軸方向溝１１ｂの底部に相当する位置又はそれより内側（ストッパ溝より外側）まで切削加工することにより、小径のストッパ部１６を形成して完成品となる。
【００１７】
このように、軸方向溝１１ｂ及びストッパ溝１１ｃが軸方向に重なることなく円周方向の異なる位置に形成されているので、冷間鍛造により、軸方向溝１１ｂ及びストッパ溝１１ｃを同時に形成することができる。因みに、軸方向溝１１ｂとストッパ溝１１ｃとが軸方向で重なっている場合には、一回の冷間鍛造で全てを形成することはできず、一回目の鍛造で一方の溝を形成した後、二回目の鍛造で他方の溝を形成することになり、加工工程が増加するとともに加工時間も長くなる。
【００１８】
また、出力軸２の端部２ｅには、センサシャフト部１１のストッパ部１６におけるストッパ溝１１ｃ内に挿入されてストッパ凸条１６ａの側面と係合して回動位置を規制する図示しないストッパ突起が形成されている。
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。
【００１９】
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、円周方向に凸条１１ａに対応する間隔で配置された複数個（図２では１２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１２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。
【００２０】
円筒部材１２の外周は、同一規格の検出コイル１３及び１４が捲回されたヨーク１５ａ及び１５ｂで包囲されている。すなわち、検出コイル１３及び１４は円筒部材１２と同軸に配置され、検出コイル１３は窓１２ａからなる第１の窓列部分を包囲し、検出コイル１４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１３及び１４の出力線は入力軸側ハウジング部５ａの内部に配置された回路基板１９に接続されている。
【００２１】
図４（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４（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４（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。
【００２２】
この実施例では、窓１２ａ及び１２ｂがそれぞれ１２個設けられているが、凸条１１ａが不等配置されているので、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不等配となる。
窓１２ａ、１２ｂの角度ａは軸方向溝１１ｂに対向し窓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の先端の角度ｃは軸方向溝１１ｂの開放端の角度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。
【００２３】
図４（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の時計方向端部にセンサシャフト部１１の凸条１１ａの円周方向の反時計方向端部が位置し、窓１２ｂの反時計方向端部に凸条１１ａの時計方向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。
【００２４】
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。このため、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
トルクが作用しない状態では、インダクタンスが最小となる位相（窓１２ａ及び１２ｂと凸条１１ａとが重なっていない位相）に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１３及び１４のインダクタンスは、一方は増加し、他方は減少する。
【００２８】
図５は操舵トルクＴと検出コイル１３（又は１４）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４（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５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１３のインダクタンスＬ１３は減少し、検出コイル１４のインダクタンスＬ１４は増加する。
【００２９】
また、左操舵トルク発生時は、図４（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５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１３のインダクタンスＬ１３は増加し、検出コイル１４のインダクタンスＬ１４のインダクタンスは減少する。
図５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る。
図６は、回路基板１９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１３及び１４を使用して操舵トルクを検出するトルク検出系統を有するトルク演算部２１を備えている。
【００３０】
また回路基板１９は、トルク演算部２１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２１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を備えている。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２１とに供給される。
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２１に供給する電流増幅部２１１を備えている。
【００３１】
トルク演算部２１は、一対の検出コイル１３及び１４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２１０を備えている。
このブリッジ回路２１０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１３及び１４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の抵抗値が調整されている。
そして、ブリッジ回路２１０の抵抗Ｒ１ａ、Ｒ１ｂの接続点が交流信号源２００の電流増幅部２１１に接続されて、交流電圧信号Ｖｏｓｃが入力される。
【００３２】
また、トルク演算部２１は、ブリッジ回路２１０の検出コイル１３及び１４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Ｖｏｓｃが入力されたメイン増幅・全波整流部２１２と、このメイン増幅・全波整流部２１２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２１３を有する。ここで、メイン増幅・全波整流部２１２では、検出コイル１３及び１４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２１３に出力する。また、メイン平滑・中立調整部２１３では、メイン増幅・全波整流部２１２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Ｔｍ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】
また、トルク演算部２１は、ブリッジ回路２１０の検出コイル１３及び１４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Ｖｏｓｃが入力されたサブ増幅・全波整流部２１４と、このサブ増幅・全波整流部２１４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２１５を有する。ここで、サブ増幅・全波整流部２１４では、検出コイル１３及び１４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２１５に出力する。また、サブ平滑・中立調整部２１５では、サブ増幅・全波整流部２１４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Ｔｓ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。
【００３４】
さらに、トルク演算部２１は、例えば特開２００６−２６７０４５号公報に記載されているように、交流電圧信号Ｖｏｓｃ及びサブ増幅・全波整流部２１４から出力されるブリッジ回路２１０の差分信号Ｖｄｅｆに基づいて検出コイル１３又は１４と抵抗Ｒ１ａ又はＲ１ｂとの接触不良等をブリッジ回路２１０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ＡＢを出力する。すなわち、監視部２１６では、印加した交流信号の波形と、ブリッジ回路２１０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１３，１４、抵抗Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ若しくは回路２１０が異常であると判定して異常信号ＡＢを出力する。
【００３５】
この監視部２１６から出力される異常信号ＡＢはサブ平滑・中立調整部２１５に供給され、このサブ平滑・中立調整部２１５では、異常信号ＡＢ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５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２１３には異常信号ＡＢは入力されない。
【００３６】
コントロールユニット３０は、図６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Ｔｍ及びサブトルク検出信号Ｔｓ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Ｔｍ及びサブトルク検出信号Ｔｓ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Ｔｍ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。
【００３７】
異常判定部３２は、メイントルク検出信号Ｔｍ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Ｔｓ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Ｔｍとサブトルク検出信号Ｔｓの加算値が所定値（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５に示す電圧クロス特性から外れる異常を検出する。
【００３８】
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Ｔｍ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Ｔｓ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。
【００３９】
異常判定部３２で、トルクセンサＴＳのトルク検出系統（トルク演算部２１及びブリッジ回路２１０）の異常が判定された場合に、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。
【００４０】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、入力軸１に連結された図示しないステアリングホイールが操舵されておらず、入力軸１及び出力軸２が相対回転することなく同一回転位相にあるものとする。
この状態では、入力軸１及び出力軸２間に介挿されたトーションバー３に捩じれが生じていない。このため、入力軸１に形成されたセンサシャフト部１１の凸条１１ａは、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、先端の反時計方向端部が窓１２ａの時計方向端部に位置するとともに、窓１２ｂの反時計方向端部に位置する。
【００４１】
この状態では、励磁コイル１３及び１４で検出するインピーダンスが等しく中央値となり、ブリッジ回路２１０から出力される２つの交流出力電圧が等しくなる。このため、メイン増幅・全波整流部２１２では、検出コイル１３及び１４の両端に表れる電圧信号の差分信号Ｖｄｅｆを算出したときに、この差分信号Ｖｄｅｆが略零となる。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２１３に出力する。このメイン平滑・中立調整部２１３では、メイン増幅・全波整流部２１２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Ｔｍとしてコントローラ３０に出力される。
【００４２】
このため、コントローラ３０では、操舵補助制御部３４で、メイントルク検出信号Ｔｍに基づいて例えば操舵補助制御指令を演算し、この操舵補助制御電流指令と、電動モータ３４で検出したモータ電流との偏差に基づいて操舵補助制御電圧を算出し、この操舵補助制御電圧に基づいてモータ駆動回路３４に供給するゲート駆動電流を出力する。このとき、メイントルク検出信号Ｔｍが零であるので、ゲート駆動電流も零となり、モータ駆動回路３４からモータ電流の出力が停止される。このため、電動モータ３１は停止状態を継続する。
【００４３】
その後、図示しないステアリングホイールを例えば左操舵すると、トルクセンサＴＭのセンサシャフト部１１ａの凸条１１ａが反時計方向に回動することにより、円筒部材１２の窓１２ａに対向する凸条１１ａの外周面の面積が増加するが、窓１２ｂに対向する凸条１１ａは窓１２ｂから遠ざかる。
このため、検出コイル１３のインダクタンスＬは増加し、検出コイル１４のインダクタンスＬは減少し、検出コイル１３のインピーダンスが変化することから、メイン増幅・全波整流部２１２で算出される差分信号Ｖｄｅｆが例えば負方向に増加し、これが増幅されると共に、全波整流されたトルク検出値Ｔｍがメイン平滑・中立調整部に出力される。このメイン平滑・中立調整部２１３で平滑化及び中立位置が調整されてトルク検出値Ｔｍがコントローラ３０に出力される。
【００４４】
したがって、操舵補助制御部３３で，検出されるトルク検出値Ｔｍに基づいて操舵補助電流指令値が算出され、この操舵補助電流指令値と、モータ電流検出値との偏差に基づいてＰＩ制御等を行って電圧指令値を算出し、この電圧指令値に基づいてモータ駆動回路３４から駆動電流が電動モータ３１に供給される。このため、電動モータ３１から操舵補助力が発生され、この操舵補助力がウォーム８及びウォームホイール７を介して出力軸２に伝達されることにより、出力軸２が反計方向に回転駆動されて軽い操舵力で操舵することができる。
同様に、ステアリングホイールを右操舵したときには、入力軸１が図４で見て時計方向に回転されるので、メイン増幅・全波整流部２１２で算出される差分信号Ｖｄｅｆが例えば正方向に増加し、電動モータ３１で上記とは逆方向の操舵補助力が発生されて、出力軸２が時計方向に回転駆動されて軽い操舵力で操舵することができる。
【００４５】
ところで、上述した実施形態においては、凸条１１ａを形成する軸方向溝１１ｂの複数例えば２つずつグループ化するように軸方向溝１１ｂに比較して幅及び深さが大きいストッパ溝１１ｃを形成するようにしたので、凸条１１ａを形成する軸方向溝１１ｂの溝数Ａと、ストッパ溝１１ｃの溝数Ｂとの関係を、ｎを２以上の整数としたとき、Ａ＝ｎＢとすることができ、凸条１１ａの数を増加させてセンサ感度を向上させながらストッパ溝１１ｃの溝数Ｂを減少させることができる。このため、ストッパ溝１１ｃによって形成されるストッパ部１６のストッパ凸条１６ａの幅を広くすることができ、ストッパ強度を確保することができる。しかも、凸条１１ｃを形成する軸方向溝１１ｂとストッパ溝１１ｃとを同時に加工することができるので、加工コストを低減することができると共に、加工時間も短縮することができる。
【００４６】
因みに、軸方向溝１１ｂとストッパ溝１１ｃとを同一の溝で形成する場合には、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、センサシャフト部１１の凸条１１ａを８本としたときに、ストッパ凸条１６ａも８本となる。そして、本実施形態のようにセンサシャフト部１１の凸条１１ａを１２本とする場合には、センサ感度を向上させることができるが、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、ストッパ凸条１６ａも１２本となり、各ストッパ凸条１６ａの幅を確保することができなくなる。そして、製造のバラツキにより、各ストッパ凸条１６ａに荷重を受ける部分が分散されずに何れか１つのストッパ凸条１６ａに荷重が集中するおそれがあり、結果的にストッパの限界強度が低下することになる。
しかしながら、本実施形態では、上述したように、センサシャフト部１１の凸条１１ａの本数を増加させながら、ストッパ溝１１ｃの溝数を減少させることができ、ストッパ凸条１６ａの強度を十分に確保することができる。
【００４７】
そして、上記効果を有するトルクセンサＴＳを使用して操舵系に入力される操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに基づいて操舵補助電流指令値を算出し、算出した操舵補助電流指令値と、電動モータのモータ電流検出値との偏差に基づいてモータ駆動回路３４を駆動する電圧指令値を算出するので、操舵トルクのセンサ感度を向上させることができ、正確な操舵補助制御を行うことができるとともに全体の製造コストを低減することができる。ストッパ部１６の強度を向上させることができるので、電動パワーステアリング装置の信頼性を向上させることができる。
【００４８】
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。
なお、上記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にそれぞれ検出コイル１３及び１４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。
【００４９】
また、上記実施形態においては、ストッパ溝１１ｃの溝数Ｂを４に設定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、ストッパ１１ｃの溝数Ｂはセンサシャフト部１１の凸条１１ａの本数の約数に設定すればよい。
また、上記実施形態においては、ヨーク１５ａ及び１５ｂ内にそれぞれ１つの検出コイル１３及び１４を巻装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、ヨーク１５ａ及び１５ｂ内にそれぞれ一対の検出コイル１３ａ，１３ｂ及び１４ａ，１４ｂを巻装するようにしても良い。この場合には、検出コイル１３ａ及び１４ａで一つのブリッジ回路を形成し、検出コイル１３ｂ及び１４ｂでもう一つのブリッジ回路を形成し、各ブリッジ回路について前述したトルク演算部２１を個別に設けることにより、メイン及びサブの検出トルクＴｍ及びＴｓを２組検出することができ、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。
【００５０】
また、上記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】
【００５１】
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…センサシャフト部、１１ａ…凸条、１１ｂ…軸方向溝、１１ｃ…ストッパ溝、１２…円筒部材、１３，１４…検出コイル、１５ａ，１５ｂ…ヨーク、１６…ストッパ部、１６ａ…ストッパ凸条、１９…回路基板、２０…トルク演算回路、２１…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、２１０…ブリッジ回路、２１１…電流増幅部、２１２…メイン増幅・全波整流部、２１３…メイン平滑・中立調整部、２１４…サブ増幅・全波整流部、２１５……サブ平滑・中立調整部、２１６…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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【図７】
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【図８】
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