JP2000111428A - トルクセンサ - Google Patents
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- G—PHYSICS
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- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ブリッジ回路のコイルと電気抵抗との接続部に
発生する過渡電圧に基づいてトルクを検出するようにな
っているトルクセンサにおいて、一対のコイル同士が短
絡した異常をも検出したい。 【解決手段】トルクを検出しないタイミングで、一方の
方形波状の制御電圧Ｖ2のみをトランジスタＴ2 に出力
するとともに、その制御電圧Ｖ2 の立ち下がりに同期し
たタイミングで出力電圧Ｖ3 をＡ／Ｄ変換して読み込
み、そして、その出力電圧Ｖ3 が電源電圧ＶDDに等しい
か否かに基づいて、コイル１０、１１同士の短絡を検出
する。
発生する過渡電圧に基づいてトルクを検出するようにな
っているトルクセンサにおいて、一対のコイル同士が短
絡した異常をも検出したい。 【解決手段】トルクを検出しないタイミングで、一方の
方形波状の制御電圧Ｖ2のみをトランジスタＴ2 に出力
するとともに、その制御電圧Ｖ2 の立ち下がりに同期し
たタイミングで出力電圧Ｖ3 をＡ／Ｄ変換して読み込
み、そして、その出力電圧Ｖ3 が電源電圧ＶDDに等しい
か否かに基づいて、コイル１０、１１同士の短絡を検出
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、回転軸に発生す
るトルクを検出するトルクセンサに関し、特に、発生す
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
する一対のコイルと、一対の電気抵抗とからなるブリッ
ジ回路を備え、ブリッジ回路のコイルと電気抵抗との接
続部に発生する過渡電圧に基づいてトルクを検出するよ
うになっているトルクセンサにおいて、一対のコイル同
士が短絡した異常をも検出できるようにしたものであ
る。
るトルクを検出するトルクセンサに関し、特に、発生す
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
する一対のコイルと、一対の電気抵抗とからなるブリッ
ジ回路を備え、ブリッジ回路のコイルと電気抵抗との接
続部に発生する過渡電圧に基づいてトルクを検出するよ
うになっているトルクセンサにおいて、一対のコイル同
士が短絡した異常をも検出できるようにしたものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のトルクセンサとしては、本出願人
が先に提案した特開平１０−３８７１５号公報に開示さ
れたものがある。即ち、上記公報に開示された従来のト
ルクセンサにあっては、一対のコイル及び電気抵抗でブ
リッジ回路を形成し、一対のコイル同士の接続部を、コ
イル駆動回路を介して電源に接続している。そして、そ
のコイル駆動回路は、一対のコイルに共通のスイッチン
グ素子であるトランジスタを有していて、そのトランジ
スタのゲートに方形波状に変化する制御電圧を供給し、
そのときのコイル及び電気抵抗の接続部に表れる出力電
圧（過渡電圧）の差を作動アンプで検出し、その作動ア
ンプの出力に基づいてトルクを検出するようになってい
た。
が先に提案した特開平１０−３８７１５号公報に開示さ
れたものがある。即ち、上記公報に開示された従来のト
ルクセンサにあっては、一対のコイル及び電気抵抗でブ
リッジ回路を形成し、一対のコイル同士の接続部を、コ
イル駆動回路を介して電源に接続している。そして、そ
のコイル駆動回路は、一対のコイルに共通のスイッチン
グ素子であるトランジスタを有していて、そのトランジ
スタのゲートに方形波状に変化する制御電圧を供給し、
そのときのコイル及び電気抵抗の接続部に表れる出力電
圧（過渡電圧）の差を作動アンプで検出し、その作動ア
ンプの出力に基づいてトルクを検出するようになってい
た。
【０００３】そして、上記公報の［００６０］欄以降に
記載された第３の実施の形態にあっては、ブリッジ回路
の一方の出力電圧に基づいて異常を検出する異常監視部
を設けている。つまり、その異常監視部は、ブリッジ回
路の一方の出力電圧の瞬時値が適正な範囲内にあるか否
かに基づいて作動アンプの中立電圧を調整することによ
り、その作動アンプの出力電圧を制御するようになって
いる。その結果、上記公報の［００６２］欄に記載され
るように、作動アンプの出力電圧が供給されるコントロ
ーラにおいては、一対のコイルの両方が短絡又は断線し
た異常を検出することができた。さらには、上記公報の
［００６３］欄に記載されるように、上記第３の実施の
形態のコントローラは、作動アンプの出力電圧に基づい
て、一対のコイルの一方が短絡又は断線した異常を検出
するようにもなっていた。なお、ここで言うコイルの短
絡とは、コイルと接地との間が通じてしまう現象のこと
である。
記載された第３の実施の形態にあっては、ブリッジ回路
の一方の出力電圧に基づいて異常を検出する異常監視部
を設けている。つまり、その異常監視部は、ブリッジ回
路の一方の出力電圧の瞬時値が適正な範囲内にあるか否
かに基づいて作動アンプの中立電圧を調整することによ
り、その作動アンプの出力電圧を制御するようになって
いる。その結果、上記公報の［００６２］欄に記載され
るように、作動アンプの出力電圧が供給されるコントロ
ーラにおいては、一対のコイルの両方が短絡又は断線し
た異常を検出することができた。さらには、上記公報の
［００６３］欄に記載されるように、上記第３の実施の
形態のコントローラは、作動アンプの出力電圧に基づい
て、一対のコイルの一方が短絡又は断線した異常を検出
するようにもなっていた。なお、ここで言うコイルの短
絡とは、コイルと接地との間が通じてしまう現象のこと
である。
【０００４】そして、上記公報の実施の形態に開示され
たトルクセンサは、車両の電動パワーステアリング装置
に適用されたものであり、上記のような異常が検出され
た場合には、コントローラは、操舵補助トルクを発生さ
せる制御を停止し、不要な操舵補助トルクが発生するよ
うなことを防止できる、というものであった。
たトルクセンサは、車両の電動パワーステアリング装置
に適用されたものであり、上記のような異常が検出され
た場合には、コントローラは、操舵補助トルクを発生さ
せる制御を停止し、不要な操舵補助トルクが発生するよ
うなことを防止できる、というものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】確かに、上記公報に開
示されたトルクセンサによれば、一対のコイルの両方が
短絡又は断線した異常や、一対のコイルの一方が短絡又
は断線した異常を検出することができる。
示されたトルクセンサによれば、一対のコイルの両方が
短絡又は断線した異常や、一対のコイルの一方が短絡又
は断線した異常を検出することができる。
【０００６】しかしながら、本発明者等が鋭意検討した
ところ、上記公報に開示されたようなトルクセンサであ
っても、検出できない異常があることが判った。検出で
きない異常とは、上記一対のコイル同士が短絡した異常
である。つまり、一対のコイル同士が短絡してしまって
も、ブリッジ回路の出力電圧が接地電圧や電源電圧に固
定されるようなことはないし、ブリッジ回路の両方の出
力の差が極端に大きくなるようなことがないため、上記
公報に開示された構成では、一対のコイル同士が短絡し
た異常を検出することができないのである。
ところ、上記公報に開示されたようなトルクセンサであ
っても、検出できない異常があることが判った。検出で
きない異常とは、上記一対のコイル同士が短絡した異常
である。つまり、一対のコイル同士が短絡してしまって
も、ブリッジ回路の出力電圧が接地電圧や電源電圧に固
定されるようなことはないし、ブリッジ回路の両方の出
力の差が極端に大きくなるようなことがないため、上記
公報に開示された構成では、一対のコイル同士が短絡し
た異常を検出することができないのである。
【０００７】そして、そのような異常をコントローラが
認識できなければ、例えばトルクセンサを車両の電動パ
ワーステアリング装置に適用した場合であれば、異常が
発生しているにも関わらず、操舵補助トルク発生用の電
動モータと操舵系との間を接続しているクラッチをオフ
にして完全なマニュアルステアリング状態に移行するこ
とはできないし、また、異常が発生したことをアラーム
表示等によって運転者に知らしめることもできない、と
いう不具合がある。
認識できなければ、例えばトルクセンサを車両の電動パ
ワーステアリング装置に適用した場合であれば、異常が
発生しているにも関わらず、操舵補助トルク発生用の電
動モータと操舵系との間を接続しているクラッチをオフ
にして完全なマニュアルステアリング状態に移行するこ
とはできないし、また、異常が発生したことをアラーム
表示等によって運転者に知らしめることもできない、と
いう不具合がある。
【０００８】本発明は、このような従来の技術が有する
未解決の課題に着目してなされたものであって、一対の
コイル同士が短絡した異常をも検出できるトルクセンサ
を提供することを目的としている。
未解決の課題に着目してなされたものであって、一対の
コイル同士が短絡した異常をも検出できるトルクセンサ
を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、回転軸に生じた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ようになっている一対
のコイルのそれぞれと、一対の電気抵抗とを個別に直列
に接続し、前記コイルと前記電気抵抗との各接続部に発
生する過渡電圧に基づいて前記トルクを検出するように
なっているトルクセンサにおいて、前記過渡電圧を発生
させるためのスイッチング手段を、前記一対のコイルの
それぞれに個別に対応して設けるとともに、前記トルク
を検出しないタイミングで前記スイッチング手段のいず
れか一方を動作させることにより、前記一対のコイルの
異常を検出するようにした。
に、本発明は、回転軸に生じた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ようになっている一対
のコイルのそれぞれと、一対の電気抵抗とを個別に直列
に接続し、前記コイルと前記電気抵抗との各接続部に発
生する過渡電圧に基づいて前記トルクを検出するように
なっているトルクセンサにおいて、前記過渡電圧を発生
させるためのスイッチング手段を、前記一対のコイルの
それぞれに個別に対応して設けるとともに、前記トルク
を検出しないタイミングで前記スイッチング手段のいず
れか一方を動作させることにより、前記一対のコイルの
異常を検出するようにした。
【００１０】なお、本発明のトルクセンサのより具体的
な構成としては、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、導電性
で且つ非磁性の材料からなる円筒部材を、前記第１の回
転軸の外周面を包囲するように、前記第２の回転軸と回
転方向に一体とし、前記第１の回転軸の少なくとも前記
円筒部材に包囲された被包囲部を磁性材料で形成し、前
記被包囲部には軸方向に延びる溝を形成し、前記円筒部
材には前記第１の回転軸との相対回転位置に応じて前記
溝との重なり具合が互いに逆方向に変化するように二列
の窓を形成し、前記円筒部材の前記窓が形成されたそれ
ぞれの部分を包囲するように一対のコイルを配設し、そ
れら一対のコイルのそれぞれと、一対の電気抵抗とを個
別に直列に接続し、一対のコイルのそれぞれに個別に対
応してスイッチング素子を設け、そのスイッチング素子
を方形波状の電圧で駆動した際に前記コイルと電気抵抗
との間に発生する過渡電圧に基づいて、前記第１及び第
２の回転軸に発生するトルクを検出するようにした構成
が考えられる。
な構成としては、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、導電性
で且つ非磁性の材料からなる円筒部材を、前記第１の回
転軸の外周面を包囲するように、前記第２の回転軸と回
転方向に一体とし、前記第１の回転軸の少なくとも前記
円筒部材に包囲された被包囲部を磁性材料で形成し、前
記被包囲部には軸方向に延びる溝を形成し、前記円筒部
材には前記第１の回転軸との相対回転位置に応じて前記
溝との重なり具合が互いに逆方向に変化するように二列
の窓を形成し、前記円筒部材の前記窓が形成されたそれ
ぞれの部分を包囲するように一対のコイルを配設し、そ
れら一対のコイルのそれぞれと、一対の電気抵抗とを個
別に直列に接続し、一対のコイルのそれぞれに個別に対
応してスイッチング素子を設け、そのスイッチング素子
を方形波状の電圧で駆動した際に前記コイルと電気抵抗
との間に発生する過渡電圧に基づいて、前記第１及び第
２の回転軸に発生するトルクを検出するようにした構成
が考えられる。
【００１１】ここで、非磁性材料とは、常磁性体及び一
部の反磁性体のことであり、磁性材料とは、強磁性体の
ことである。そして、非磁性材料の透磁率は、空気と同
程度であり、磁性体の透磁率に比べて小さい。また、過
渡電圧とは、方形波状に変化する電圧が供給されること
により変化している電圧のことである。そして、コイル
を方形波状に変化する電圧で駆動するようになっている
から、その方形波状の電圧の供給間隔は、トルクセンサ
の出力が供給されるコントローラ側のサンプリング・ク
ロックに同期していればよい。このため、実際にコイル
に電流が流れている時間が大幅に短くなり、消費電流が
少なくなって発熱量も低減する。また、方形波は、正弦
波に比べて少ない電子部品でも容易に高精度に発生させ
ることができる。なお、コイルと電気抵抗との間に発生
する過渡電圧を保持するためのサンプルホールド回路を
設ければ、過渡電圧が極短い間に消えてしまっても、ト
ルクを検出することが可能となる。
部の反磁性体のことであり、磁性材料とは、強磁性体の
ことである。そして、非磁性材料の透磁率は、空気と同
程度であり、磁性体の透磁率に比べて小さい。また、過
渡電圧とは、方形波状に変化する電圧が供給されること
により変化している電圧のことである。そして、コイル
を方形波状に変化する電圧で駆動するようになっている
から、その方形波状の電圧の供給間隔は、トルクセンサ
の出力が供給されるコントローラ側のサンプリング・ク
ロックに同期していればよい。このため、実際にコイル
に電流が流れている時間が大幅に短くなり、消費電流が
少なくなって発熱量も低減する。また、方形波は、正弦
波に比べて少ない電子部品でも容易に高精度に発生させ
ることができる。なお、コイルと電気抵抗との間に発生
する過渡電圧を保持するためのサンプルホールド回路を
設ければ、過渡電圧が極短い間に消えてしまっても、ト
ルクを検出することが可能となる。
【００１２】そして、一対のコイルの異常を検出する具
体的な構成としては、例えば、トルクを検出しないタイ
ミング（上記トルクセンサの具体的な構成例であれば、
トルク検出のために両スイッチング素子を方形波状の電
圧で駆動させるタイミングの合間）で、スイッチング手
段の一方を動作させ、そのときにスイッチング手段の他
方が対応するコイルと電気抵抗との間に発生する出力電
圧に基づき、一対のコイル同士の短絡を判断することが
できる。つまり、一対のコイル同士が短絡していない状
態であれば、スイッチング手段の一方を動作させても、
スイッチング手段の他方が対応するコイルには電流は流
れないから、そのコイルと電気抵抗との間の電圧は電源
電圧の筈である。しかし、一対のコイル同士が短絡して
いる状態であれば、スイッチング手段の一方を動作させ
ると、スイッチング手段の他方が対応するコイルにも電
流は流れ、そのコイルと電気抵抗との間の電圧が電源電
圧よりも低くなる。
体的な構成としては、例えば、トルクを検出しないタイ
ミング（上記トルクセンサの具体的な構成例であれば、
トルク検出のために両スイッチング素子を方形波状の電
圧で駆動させるタイミングの合間）で、スイッチング手
段の一方を動作させ、そのときにスイッチング手段の他
方が対応するコイルと電気抵抗との間に発生する出力電
圧に基づき、一対のコイル同士の短絡を判断することが
できる。つまり、一対のコイル同士が短絡していない状
態であれば、スイッチング手段の一方を動作させても、
スイッチング手段の他方が対応するコイルには電流は流
れないから、そのコイルと電気抵抗との間の電圧は電源
電圧の筈である。しかし、一対のコイル同士が短絡して
いる状態であれば、スイッチング手段の一方を動作させ
ると、スイッチング手段の他方が対応するコイルにも電
流は流れ、そのコイルと電気抵抗との間の電圧が電源電
圧よりも低くなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】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乃至図３は本発明の第１の実
施の形態の構成を示す図であって、これは、本発明に係
るトルクセンサを、車両用の電動パワーステアリング装
置に適用した例である。
に基づいて説明する。図１乃至図３は本発明の第１の実
施の形態の構成を示す図であって、これは、本発明に係
るトルクセンサを、車両用の電動パワーステアリング装
置に適用した例である。
【００１４】先ず、構成を説明すると、電動パワーステ
アリング装置全体の断面図である図１に示すように、ハ
ウジング１内には、トーションバー４を介して連結され
た入力軸２及び出力軸３が、軸受５ａ及び５ｂによって
回転自在に支持されている。これら入力軸２，出力軸３
及びトーションバー４は、同軸に配置されていて、入力
軸２及びトーションバー４間は、それら各端部がスプラ
イン結合されるスリーブ２Ａを介して連結され、トーシ
ョンバー４の他端側は出力軸３内の深く入り込んだ位置
にスプライン結合されている。また、入力軸２及び出力
軸３は、鉄等の磁性材料から形成されている。
アリング装置全体の断面図である図１に示すように、ハ
ウジング１内には、トーションバー４を介して連結され
た入力軸２及び出力軸３が、軸受５ａ及び５ｂによって
回転自在に支持されている。これら入力軸２，出力軸３
及びトーションバー４は、同軸に配置されていて、入力
軸２及びトーションバー４間は、それら各端部がスプラ
イン結合されるスリーブ２Ａを介して連結され、トーシ
ョンバー４の他端側は出力軸３内の深く入り込んだ位置
にスプライン結合されている。また、入力軸２及び出力
軸３は、鉄等の磁性材料から形成されている。
【００１５】そして、入力軸２の図示しない図１右端側
には、ステアリングホイールが回転方向に一体に取り付
けられており、また、出力軸３の図示しない図１左端側
には、例えば公知のラックアンドピニオン式ステアリン
グ装置を構成するピニオン軸が連結されている。従っ
て、操縦者がステアリングホイールを操舵することによ
って発生した操舵力は、入力軸２，トーションバー４，
出力軸３及びラックアンドピニオン式ステアリング装置
を介して、図示しない転舵輪に伝達する。
には、ステアリングホイールが回転方向に一体に取り付
けられており、また、出力軸３の図示しない図１左端側
には、例えば公知のラックアンドピニオン式ステアリン
グ装置を構成するピニオン軸が連結されている。従っ
て、操縦者がステアリングホイールを操舵することによ
って発生した操舵力は、入力軸２，トーションバー４，
出力軸３及びラックアンドピニオン式ステアリング装置
を介して、図示しない転舵輪に伝達する。
【００１６】入力軸２端部に固定されたスリーブ２Ａ
は、出力軸３端部外周面を包囲するような長さを有して
いる。そして、そのスリーブ２Ａの出力軸３端部外周面
を包囲する部分の内周面には軸方向に長い複数の凸部２
ａが形成され、これら凸部２ａに対向する出力軸３の外
周面には軸方向に長い複数（凸部２ａと同数）の溝３ａ
が形成され、それら凸部２ａ及び溝３ａは周方向に余裕
を持って嵌め合わされていて、これにより、入力軸２及
び出力軸３間の所定範囲（例えば±５度程度）以上の相
対回転を防止している。
は、出力軸３端部外周面を包囲するような長さを有して
いる。そして、そのスリーブ２Ａの出力軸３端部外周面
を包囲する部分の内周面には軸方向に長い複数の凸部２
ａが形成され、これら凸部２ａに対向する出力軸３の外
周面には軸方向に長い複数（凸部２ａと同数）の溝３ａ
が形成され、それら凸部２ａ及び溝３ａは周方向に余裕
を持って嵌め合わされていて、これにより、入力軸２及
び出力軸３間の所定範囲（例えば±５度程度）以上の相
対回転を防止している。
【００１７】そして、出力軸３には、これと同軸且つ一
体に回転するウォームホイール６が外嵌し、このウォー
ムホイール６の樹脂製の噛合部６ａと、電動モータ７の
出力軸７ａ外周面に形成されたウォーム７ｂとが噛み合
っている。従って、電動モータ７の回転力は、その出力
軸７ａ，ウォーム７ｂ及びウォームホイール６を介して
出力軸３に伝達されるようになっており、電動モータ７
の回転方向を適宜切り換えることにより、出力軸３に任
意の方向の操舵補助トルクが付与されるようになってい
る。
体に回転するウォームホイール６が外嵌し、このウォー
ムホイール６の樹脂製の噛合部６ａと、電動モータ７の
出力軸７ａ外周面に形成されたウォーム７ｂとが噛み合
っている。従って、電動モータ７の回転力は、その出力
軸７ａ，ウォーム７ｂ及びウォームホイール６を介して
出力軸３に伝達されるようになっており、電動モータ７
の回転方向を適宜切り換えることにより、出力軸３に任
意の方向の操舵補助トルクが付与されるようになってい
る。
【００１８】さらに、入力軸２と一体となっているスリ
ーブ２Ａには、出力軸３の外周面に近接してこれを包囲
するように、肉薄の円筒部材８が回転方向に一体に固定
されている。
ーブ２Ａには、出力軸３の外周面に近接してこれを包囲
するように、肉薄の円筒部材８が回転方向に一体に固定
されている。
【００１９】即ち、円筒部材８は導電性で且つ非磁性の
材料（例えば、アルミニウム）から形成されていて、こ
の円筒部材８及びその周囲の斜視図である図２にも示す
ように、円筒部材８の出力軸３を包囲する部分のうち、
スリーブ２Ａに近い側には、周方向に等間隔離隔した長
方形の複数（この実施例では、九つ）の窓８ａ，…，８
ａが形成され、スリーブ２Ａから遠い側には、窓８ａ，
…，８ａと位相が１８０度ずれるように周方向に等間隔
離隔した長方形（窓８ａと同形状）の複数（この実施例
では、九つ）の窓８ｂ，…，８ｂが形成されている。
材料（例えば、アルミニウム）から形成されていて、こ
の円筒部材８及びその周囲の斜視図である図２にも示す
ように、円筒部材８の出力軸３を包囲する部分のうち、
スリーブ２Ａに近い側には、周方向に等間隔離隔した長
方形の複数（この実施例では、九つ）の窓８ａ，…，８
ａが形成され、スリーブ２Ａから遠い側には、窓８ａ，
…，８ａと位相が１８０度ずれるように周方向に等間隔
離隔した長方形（窓８ａと同形状）の複数（この実施例
では、九つ）の窓８ｂ，…，８ｂが形成されている。
【００２０】また、出力軸３の円筒部材８に包囲された
部分の外周面には、軸方向に延びる横断面略長方形の複
数（窓８ａ，８ｂと同数、従ってこの例では九つ）の溝
３Ａが形成されている。
部分の外周面には、軸方向に延びる横断面略長方形の複
数（窓８ａ，８ｂと同数、従ってこの例では九つ）の溝
３Ａが形成されている。
【００２１】より具体的には、円筒部材８の周面を周方
向にＮ（この例ではＮ＝９）等分した角度を一周期角度
θ（＝３６０／Ｎ，この例ではθ＝４０度）とし、円筒
部材８の出力軸３から遠い側の部分では一周期角度θの
一方の端から所定角度の部分が窓８ａ，…，８ａとな
り、残りの部分が塞がっており、また、窓８ａ，…，８
ａとの位相が半周期（θ／２）ずれるように、円筒部材
８の出力軸３に近い側の部分では一周期角度θの他方の
端から所定角度の部分が窓８ｂ，…，８ｂとなり、残り
の部分が塞がっている。
向にＮ（この例ではＮ＝９）等分した角度を一周期角度
θ（＝３６０／Ｎ，この例ではθ＝４０度）とし、円筒
部材８の出力軸３から遠い側の部分では一周期角度θの
一方の端から所定角度の部分が窓８ａ，…，８ａとな
り、残りの部分が塞がっており、また、窓８ａ，…，８
ａとの位相が半周期（θ／２）ずれるように、円筒部材
８の出力軸３に近い側の部分では一周期角度θの他方の
端から所定角度の部分が窓８ｂ，…，８ｂとなり、残り
の部分が塞がっている。
【００２２】ただし、トーションバー４に捩じれが生じ
ていないとき（操舵トルクが零のとき）に、窓８ａの周
方向幅中央部と、溝２Ａの周方向の一方の端部とが重な
り、窓８ｂの周方向幅中央部と、溝２Ａの周方向の他方
の端部とが重なり合うようになっている。従って、窓８
ａ及び溝２Ａの重なり状態と、窓８ｂ及び溝２Ａの重な
り状態とは、周方向で逆になっており、窓８ａ，８ｂの
周方向幅中央部と溝２Ａの周方向幅中央部とはそれぞれ
θ／４ずつずれている。
ていないとき（操舵トルクが零のとき）に、窓８ａの周
方向幅中央部と、溝２Ａの周方向の一方の端部とが重な
り、窓８ｂの周方向幅中央部と、溝２Ａの周方向の他方
の端部とが重なり合うようになっている。従って、窓８
ａ及び溝２Ａの重なり状態と、窓８ｂ及び溝２Ａの重な
り状態とは、周方向で逆になっており、窓８ａ，８ｂの
周方向幅中央部と溝２Ａの周方向幅中央部とはそれぞれ
θ／４ずつずれている。
【００２３】そして、円筒部材８は、同一規格のコイル
１０及び１１が巻き付けられたヨーク９で包囲されてい
る。即ち、コイル１０及び１１は、円筒部材８と同軸に
配置されていて、コイル１０は窓８ａ，…，８ａが形成
された部分を包囲するようにヨーク９に巻き付けられ、
コイル１１は窓８ｂ，…，８ｂが形成された部分を包囲
するようにヨーク９に巻き付けられていて、ヨーク９は
ハウジング１に固定されている。なお、ハウジング１内
のウォームホイール６が配設されている空間とヨーク９
が配設されている空間との間は、オイルシール１２によ
って隔離されていて、これによりウォームホイール６及
びウォーム７の噛み合い部分に供給される潤滑油がヨー
ク９側に入り込まないようになっている。
１０及び１１が巻き付けられたヨーク９で包囲されてい
る。即ち、コイル１０及び１１は、円筒部材８と同軸に
配置されていて、コイル１０は窓８ａ，…，８ａが形成
された部分を包囲するようにヨーク９に巻き付けられ、
コイル１１は窓８ｂ，…，８ｂが形成された部分を包囲
するようにヨーク９に巻き付けられていて、ヨーク９は
ハウジング１に固定されている。なお、ハウジング１内
のウォームホイール６が配設されている空間とヨーク９
が配設されている空間との間は、オイルシール１２によ
って隔離されていて、これによりウォームホイール６及
びウォーム７の噛み合い部分に供給される潤滑油がヨー
ク９側に入り込まないようになっている。
【００２４】そして、コイル１０及び１１は、センサケ
ース１３内の制御基板１４上に構成されているモータ制
御回路に接続されている。モータ制御回路は、図３に示
すように、コイル１０，１１と直列に接続された電気抵
抗値の等しい二つの電気抵抗Ｒ0 を有し、それらコイル
１０，１１及び電気抵抗Ｒ0 によってブリッジ回路を形
成している。このブリッジ回路のうち、電気抵抗Ｒ0 同
士の接続部は電源ＶDDに接続されており、一方のコイル
１０の電気抵抗Ｒ0 とは逆側の端部は、ＮＰＮ型のトラ
ンジスタＴ1 を介して接地に接続可能となっており、他
方のコイル１１の電気抵抗Ｒ0 とは逆側の端部は、ＮＰ
Ｎ型のトランジスタＴ2 を介して接地に接続可能となっ
ている。つまり、トランジスタＴ1 、Ｔ2 がオン／オフ
することにより、コイル１０及び１１のそれぞれが独立
に接地側に接続又は接地との間が遮断されるようになっ
ている。なお、いわゆるフライホイールダイオードにつ
いてはその図示は省略している。
ース１３内の制御基板１４上に構成されているモータ制
御回路に接続されている。モータ制御回路は、図３に示
すように、コイル１０，１１と直列に接続された電気抵
抗値の等しい二つの電気抵抗Ｒ0 を有し、それらコイル
１０，１１及び電気抵抗Ｒ0 によってブリッジ回路を形
成している。このブリッジ回路のうち、電気抵抗Ｒ0 同
士の接続部は電源ＶDDに接続されており、一方のコイル
１０の電気抵抗Ｒ0 とは逆側の端部は、ＮＰＮ型のトラ
ンジスタＴ1 を介して接地に接続可能となっており、他
方のコイル１１の電気抵抗Ｒ0 とは逆側の端部は、ＮＰ
Ｎ型のトランジスタＴ2 を介して接地に接続可能となっ
ている。つまり、トランジスタＴ1 、Ｔ2 がオン／オフ
することにより、コイル１０及び１１のそれぞれが独立
に接地側に接続又は接地との間が遮断されるようになっ
ている。なお、いわゆるフライホイールダイオードにつ
いてはその図示は省略している。
【００２５】トランジスタＴ1 及びＴ2 のゲートには、
図示しないマイクロプロセッサやＡ／Ｄ変換器，Ｄ／Ａ
変換器等のインタフェース回路等を含んで構成されたコ
ントローラ２５から、制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 が個別に供給
されるようになっている。
図示しないマイクロプロセッサやＡ／Ｄ変換器，Ｄ／Ａ
変換器等のインタフェース回路等を含んで構成されたコ
ントローラ２５から、制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 が個別に供給
されるようになっている。
【００２６】制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 は、図４に示すように
方形波状に変化する電圧であって、その方形波の出力間
隔はコントローラ２５のサンプリング・クロックに同期
するようになっている。また、制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 は、
トランジスタＴ1 、Ｔ2 がＮＰＮ型であるため、そのト
ランジスタＴ1 、Ｔ2 をオンとするタイミングで論理値
“０”から“１”に立ち上がり、トランジスタＴ1 、Ｔ
2 をオフとするタイミングで論理値“１”から“０”に
立ち下がる、いわゆる正論理の電圧となっている。
方形波状に変化する電圧であって、その方形波の出力間
隔はコントローラ２５のサンプリング・クロックに同期
するようになっている。また、制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 は、
トランジスタＴ1 、Ｔ2 がＮＰＮ型であるため、そのト
ランジスタＴ1 、Ｔ2 をオンとするタイミングで論理値
“０”から“１”に立ち上がり、トランジスタＴ1 、Ｔ
2 をオフとするタイミングで論理値“１”から“０”に
立ち下がる、いわゆる正論理の電圧となっている。
【００２７】さらに、コイル１０及び電気抵抗Ｒ0 間の
電圧であるブリッジ回路の一方の出力電圧Ｖ3 と、コイ
ル１１及び電気抵抗Ｒ0 間の電圧であるブリッジ回路の
他方の出力電圧Ｖ4 とが、差動アンプ２２に入力される
ようになっている。
電圧であるブリッジ回路の一方の出力電圧Ｖ3 と、コイ
ル１１及び電気抵抗Ｒ0 間の電圧であるブリッジ回路の
他方の出力電圧Ｖ4 とが、差動アンプ２２に入力される
ようになっている。
【００２８】なお、差動アンプ２２には、コントローラ
２５から供給される制御電圧ＶR に応じて中立電圧Ｖr
を生成する中立電圧生成部２２Ａからその中立電圧Ｖr
も供給されるようになっており、差動アンプ２２は、下
記の（１）式で表されるような出力電圧Ｖ5 を出力する
ようになっている。なお、下記式中のＧはアンプゲイン
である。
２５から供給される制御電圧ＶR に応じて中立電圧Ｖr
を生成する中立電圧生成部２２Ａからその中立電圧Ｖr
も供給されるようになっており、差動アンプ２２は、下
記の（１）式で表されるような出力電圧Ｖ5 を出力する
ようになっている。なお、下記式中のＧはアンプゲイン
である。
【００２９】 Ｖ5 ＝Ｇ×（Ｖ3 −Ｖ4 ）＋Ｖr ……（１） 例えば、中立電圧Ｖr を２．５Ｖとすれば、出力電圧Ｖ
5 は、２．５Ｖを中心に出力電圧Ｖ3 及びＶ4 の差に応
じた振幅で変化するようになる。
5 は、２．５Ｖを中心に出力電圧Ｖ3 及びＶ4 の差に応
じた振幅で変化するようになる。
【００３０】差動アンプ２２の出力電圧Ｖ5 は、サンプ
ルホールド回路２３によってホールドされることによ
り、所定のサンプリング時における出力電圧Ｖ0 として
コントローラ２５に供給されるようになっている。
ルホールド回路２３によってホールドされることによ
り、所定のサンプリング時における出力電圧Ｖ0 として
コントローラ２５に供給されるようになっている。
【００３１】コントローラ２５は、サンプルホールド回
路２３に、制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 の立ち上がりと同時に立
ち上がるとともに、それから所定時間経過後に立ち下が
る図５（ｃ）に示すような短いパルス状の電圧でなるホ
ールド信号ＶS を、サンプルホールド回路２３に供給す
るようになっていて、サンプルホールド回路２３は、そ
のホールド信号ＶS の立ち下がり時点における出力電圧
Ｖ5 を出力電圧Ｖ0 としてホールドするようになってい
る。
路２３に、制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 の立ち上がりと同時に立
ち上がるとともに、それから所定時間経過後に立ち下が
る図５（ｃ）に示すような短いパルス状の電圧でなるホ
ールド信号ＶS を、サンプルホールド回路２３に供給す
るようになっていて、サンプルホールド回路２３は、そ
のホールド信号ＶS の立ち下がり時点における出力電圧
Ｖ5 を出力電圧Ｖ0 としてホールドするようになってい
る。
【００３２】なお、ホールド信号ＶS の立ち下がりタイ
ミング（つまり、ホールド信号ＶSとしてのパルス波の
幅）は、過渡状態（変化している状態）にある出力電圧
Ｖ3及びＶ4 が差動アンプ２２に供給されている最中と
する。より具体的には、制御電圧Ｖ1 の立ち下がり時点
から、コイル１０，１１のインダクタンスと電気抵抗Ｒ
0 とで決まる時定数τだけ経過した時刻を、ホールド信
号ＶS を立ち下げるタイミングとする。時定数τを用い
るのは、出力電圧Ｖ3 及びＶ4 に差がある場合に、その
差が最も大きくなる時点で出力電圧Ｖ5 をホールドする
ためである。
ミング（つまり、ホールド信号ＶSとしてのパルス波の
幅）は、過渡状態（変化している状態）にある出力電圧
Ｖ3及びＶ4 が差動アンプ２２に供給されている最中と
する。より具体的には、制御電圧Ｖ1 の立ち下がり時点
から、コイル１０，１１のインダクタンスと電気抵抗Ｒ
0 とで決まる時定数τだけ経過した時刻を、ホールド信
号ＶS を立ち下げるタイミングとする。時定数τを用い
るのは、出力電圧Ｖ3 及びＶ4 に差がある場合に、その
差が最も大きくなる時点で出力電圧Ｖ5 をホールドする
ためである。
【００３３】一方、出力電圧Ｖ5 は、サンプルホールド
回路２３に供給される他に、アンプ２４に供給されるよ
うになっていて、そのアンプ２４で増幅されてコントロ
ーラ２５に入力されるようになっている。
回路２３に供給される他に、アンプ２４に供給されるよ
うになっていて、そのアンプ２４で増幅されてコントロ
ーラ２５に入力されるようになっている。
【００３４】そして、コントローラ２５は、アンプ２４
で増幅された出力電圧Ｖ5 を、操舵トルクの検出タイミ
ングで出力された制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 の立ち下がりに同
期してＡ／Ｄ変換して読み込むようになっており、その
読み込んだ出力電圧Ｖ5 に基づき、入力軸２及び円筒部
材８の相対回転変位の方向及び大きさを演算しその結果
に所定の比例定数を乗じて操舵系に発生している操舵ト
ルクを求め、その演算結果に基づいて操舵トルクを軽減
する操舵補助トルクが発生する駆動電流Ｉが電動モータ
７に供給されるように、図示しないパワートランジスタ
等から構成されるモータ駆動部２６を制御するようにな
っている。
で増幅された出力電圧Ｖ5 を、操舵トルクの検出タイミ
ングで出力された制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 の立ち下がりに同
期してＡ／Ｄ変換して読み込むようになっており、その
読み込んだ出力電圧Ｖ5 に基づき、入力軸２及び円筒部
材８の相対回転変位の方向及び大きさを演算しその結果
に所定の比例定数を乗じて操舵系に発生している操舵ト
ルクを求め、その演算結果に基づいて操舵トルクを軽減
する操舵補助トルクが発生する駆動電流Ｉが電動モータ
７に供給されるように、図示しないパワートランジスタ
等から構成されるモータ駆動部２６を制御するようにな
っている。
【００３５】なお、コントローラ２５には、図示しない
車速センサから車速検出信号が供給されるようになって
いて、その車速検出信号に基づいて車両が高速走行中で
あるか否かを判定し、高速走行中には操舵補助トルクは
不要であると判断して、モータ駆動部２６に対する制御
を禁止するようになっている。また、コントローラ２５
には、図示しないが、電動モータ７の電流をフィードバ
ック制御するための電流検出信号も供給されるようにな
っている。
車速センサから車速検出信号が供給されるようになって
いて、その車速検出信号に基づいて車両が高速走行中で
あるか否かを判定し、高速走行中には操舵補助トルクは
不要であると判断して、モータ駆動部２６に対する制御
を禁止するようになっている。また、コントローラ２５
には、図示しないが、電動モータ７の電流をフィードバ
ック制御するための電流検出信号も供給されるようにな
っている。
【００３６】さらに、コントローラ２５には、ブリッジ
回路の一方の出力電圧Ｖ3 も直接供給されるようになっ
ており、コントローラ２５は、任意のタイミングで、そ
の出力電圧Ｖ3 をＡ／Ｄ変換して読み込むようになって
いる。
回路の一方の出力電圧Ｖ3 も直接供給されるようになっ
ており、コントローラ２５は、任意のタイミングで、そ
の出力電圧Ｖ3 をＡ／Ｄ変換して読み込むようになって
いる。
【００３７】ここで、方形波状の制御電圧Ｖ1 、Ｖ
2 は、操舵トルクを検出するタイミングで、同時にコン
トローラ２５から各トランジスタＴ1 、Ｔ2 に出力され
るのであるが、その制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 の出力タイミン
グの間隔は、図６（ａ）に示すように、比較的広くなっ
ており、全体としては、トルクを検出しない時間帯（非
トルク検出タイミング）が比較的長くなっている。な
お、制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 の方形波の幅は、数十μ秒であ
る。
2 は、操舵トルクを検出するタイミングで、同時にコン
トローラ２５から各トランジスタＴ1 、Ｔ2 に出力され
るのであるが、その制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 の出力タイミン
グの間隔は、図６（ａ）に示すように、比較的広くなっ
ており、全体としては、トルクを検出しない時間帯（非
トルク検出タイミング）が比較的長くなっている。な
お、制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 の方形波の幅は、数十μ秒であ
る。
【００３８】そして、コントローラ２５は、図６（ａ）
に実線で示すように、方形波状の制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 の
立ち下がりに同期したタイミングｔ1 において、Ａ／Ｄ
変換を行って出力電圧Ｖ5 を読み込み、上述したような
操舵補助トルクの生成制御を実行するようになってい
る。
に実線で示すように、方形波状の制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 の
立ち下がりに同期したタイミングｔ1 において、Ａ／Ｄ
変換を行って出力電圧Ｖ5 を読み込み、上述したような
操舵補助トルクの生成制御を実行するようになってい
る。
【００３９】さらに、コントローラ２５は、上記のよう
に比較的長い時間帯である非トルク検出タイミングにお
いて、種々の異常検出処理を実行するようになってい
る。異常検出処理として、本実施の形態では、その実行
タイミングが異なる三種類の処理を設定してる。
に比較的長い時間帯である非トルク検出タイミングにお
いて、種々の異常検出処理を実行するようになってい
る。異常検出処理として、本実施の形態では、その実行
タイミングが異なる三種類の処理を設定してる。
【００４０】第１の異常検出処理は、図６（ｃ）に示す
ように、制御電圧Ｖ1 及びＶ2 のいずれも出力せずにサ
ンプルホールドだけを行った直後のタイミングｔ2 に同
期して実行される処理であって、その具体的な内容は、
タイミングｔ2 でＡ／Ｄ変換を行って出力電圧Ｖ3 、Ｖ
0 、Ｖ5 をそれぞれ読み込み、その出力電圧Ｖ3 に基づ
いた（このときの出力電圧Ｖ3 の正常値は、電源ＶDDの
電圧）異常確認処理（コイル１０、１１の接地側への短
絡検出、トランジスタＴ1 、Ｔ2 の導通確認、出力電圧
Ｖ3 用のＡ／Ｄ変換器の異常確認）と、その出力電圧Ｖ
0 とその初期記憶値とを比較することによる異常確認処
理（差動アンプ２２の異常確認、中立電圧生成部２２Ａ
の異常確認、出力電圧Ｖ0 用のＡ／Ｄ変換器の異常確
認）と、その出力電圧Ｖ5 とその初期記憶値とを比較す
ることによる異常検出処理（アンプ２４の異常確認、中
立電圧生成部２２Ａの異常確認、出力電圧Ｖ5 用のＡ／
Ｄ変換器の異常確認）と、を行うようになっている。
ように、制御電圧Ｖ1 及びＶ2 のいずれも出力せずにサ
ンプルホールドだけを行った直後のタイミングｔ2 に同
期して実行される処理であって、その具体的な内容は、
タイミングｔ2 でＡ／Ｄ変換を行って出力電圧Ｖ3 、Ｖ
0 、Ｖ5 をそれぞれ読み込み、その出力電圧Ｖ3 に基づ
いた（このときの出力電圧Ｖ3 の正常値は、電源ＶDDの
電圧）異常確認処理（コイル１０、１１の接地側への短
絡検出、トランジスタＴ1 、Ｔ2 の導通確認、出力電圧
Ｖ3 用のＡ／Ｄ変換器の異常確認）と、その出力電圧Ｖ
0 とその初期記憶値とを比較することによる異常確認処
理（差動アンプ２２の異常確認、中立電圧生成部２２Ａ
の異常確認、出力電圧Ｖ0 用のＡ／Ｄ変換器の異常確
認）と、その出力電圧Ｖ5 とその初期記憶値とを比較す
ることによる異常検出処理（アンプ２４の異常確認、中
立電圧生成部２２Ａの異常確認、出力電圧Ｖ5 用のＡ／
Ｄ変換器の異常確認）と、を行うようになっている。
【００４１】第２の異常検出処理は、図６（ｃ）に示す
ように、サンプルホールド回路２３をホールド状態にし
たままのタイミングｔ3 〜ｔ5 に同期して実行される処
理であって、その具体的な内容は、タイミングｔ3 で中
立電圧Ｖr を通常のトルク検出タイミングとは異なる値
に切り換え、次いで、タイミングｔ4 で各Ａ／Ｄ変換を
行って出力電圧Ｖ0 及び出力電圧Ｖ5 を読み込み、そし
て、その出力電圧Ｖ0とタイミングｔ2 で読み込んだ出
力電圧Ｖ0 とを比較することによる異常検出処理（サン
プルホールド回路２３の異常確認）と、その出力電圧Ｖ
5 とその初期記憶値及び中立電圧Ｖr の切り換え分のオ
フセット電圧の和とを比較することによる異常検出処理
（中立電圧生成部２２Ａの異常確認）と、を行い、さら
に、タイミングｔ5 において中立電圧Ｖr を通常のトル
ク検出タイミングにおける値に戻すようになっている。
ように、サンプルホールド回路２３をホールド状態にし
たままのタイミングｔ3 〜ｔ5 に同期して実行される処
理であって、その具体的な内容は、タイミングｔ3 で中
立電圧Ｖr を通常のトルク検出タイミングとは異なる値
に切り換え、次いで、タイミングｔ4 で各Ａ／Ｄ変換を
行って出力電圧Ｖ0 及び出力電圧Ｖ5 を読み込み、そし
て、その出力電圧Ｖ0とタイミングｔ2 で読み込んだ出
力電圧Ｖ0 とを比較することによる異常検出処理（サン
プルホールド回路２３の異常確認）と、その出力電圧Ｖ
5 とその初期記憶値及び中立電圧Ｖr の切り換え分のオ
フセット電圧の和とを比較することによる異常検出処理
（中立電圧生成部２２Ａの異常確認）と、を行い、さら
に、タイミングｔ5 において中立電圧Ｖr を通常のトル
ク検出タイミングにおける値に戻すようになっている。
【００４２】そして、第３の異常検出処理は、図６
（ｃ）に示すタイミングｔ6 、ｔ7 に同期して実行され
る処理であって、その具体的な内容は、タイミングｔ6
において図６（ａ）に破線で示すように一方の方形波状
の制御電圧Ｖ2 のみを出力するとともに、その制御電圧
Ｖ2 の立ち下がりに同期したタイミングｔ7 において出
力電圧Ｖ3 をＡ／Ｄ変換して読み込み、そして、その出
力電圧Ｖ3 が電源電圧ＶDDに等しいか否かに基づいて、
コイル１０、１１同士の短絡を検出するようになってい
る。
（ｃ）に示すタイミングｔ6 、ｔ7 に同期して実行され
る処理であって、その具体的な内容は、タイミングｔ6
において図６（ａ）に破線で示すように一方の方形波状
の制御電圧Ｖ2 のみを出力するとともに、その制御電圧
Ｖ2 の立ち下がりに同期したタイミングｔ7 において出
力電圧Ｖ3 をＡ／Ｄ変換して読み込み、そして、その出
力電圧Ｖ3 が電源電圧ＶDDに等しいか否かに基づいて、
コイル１０、１１同士の短絡を検出するようになってい
る。
【００４３】なお、これら第１〜３の異常検出処理は、
一回の非トルク検出タイミング内において全て実行して
もよいし、或いは、複数回の非トルク検出タイミングに
分けて実行してもよい。また、非トルク検出タイミング
の度に第１〜３の異常検出処理の全て又はいずれかを実
行してもよいし、或いは、第１〜３の異常検出処理の全
て又はいずれかを実行する非トルク検出タイミングと、
第１〜３の異常検出処理を全く実行しない非トルク検出
タイミングとが所定の周期で繰り返すようにしてもよ
い。
一回の非トルク検出タイミング内において全て実行して
もよいし、或いは、複数回の非トルク検出タイミングに
分けて実行してもよい。また、非トルク検出タイミング
の度に第１〜３の異常検出処理の全て又はいずれかを実
行してもよいし、或いは、第１〜３の異常検出処理の全
て又はいずれかを実行する非トルク検出タイミングと、
第１〜３の異常検出処理を全く実行しない非トルク検出
タイミングとが所定の周期で繰り返すようにしてもよ
い。
【００４４】次に、本実施の形態の動作を説明する。
今、操舵系が直進状態にあり、操舵トルクが零であるも
のとすると、入力軸２及び出力軸３間には相対回転は生
じない。従って、出力軸３と円筒部材８との間にも、相
対回転は生じない。
今、操舵系が直進状態にあり、操舵トルクが零であるも
のとすると、入力軸２及び出力軸３間には相対回転は生
じない。従って、出力軸３と円筒部材８との間にも、相
対回転は生じない。
【００４５】一方、ステアリングホイールを操舵して入
力軸２に回転力が生じると、その回転力は、トーション
バー４を介して出力軸３に伝達される。このとき、出力
軸３には、転舵輪及び路面間の摩擦力や出力軸３の図示
しない左端側に構成されたラックアンドピニオン式ステ
アリング装置のギアの噛み合い等の摩擦力に応じた抵抗
力が生じるため、入力軸２及び出力軸３間には、トーシ
ョンバー４が捩じれることによって出力軸３が遅れる相
対回転が発生し、出力軸３及び円筒部材８間にも相対回
転が生じる。
力軸２に回転力が生じると、その回転力は、トーション
バー４を介して出力軸３に伝達される。このとき、出力
軸３には、転舵輪及び路面間の摩擦力や出力軸３の図示
しない左端側に構成されたラックアンドピニオン式ステ
アリング装置のギアの噛み合い等の摩擦力に応じた抵抗
力が生じるため、入力軸２及び出力軸３間には、トーシ
ョンバー４が捩じれることによって出力軸３が遅れる相
対回転が発生し、出力軸３及び円筒部材８間にも相対回
転が生じる。
【００４６】円筒部材８に窓がない状態では、円筒部材
８は導電性で且つ非磁性の材料からなるから、コイルに
交流電流を流してコイル内部に交番磁界を生じさせる
と、円筒部材８の外周面にコイル電流と反対方向の渦電
流が発生する。
８は導電性で且つ非磁性の材料からなるから、コイルに
交流電流を流してコイル内部に交番磁界を生じさせる
と、円筒部材８の外周面にコイル電流と反対方向の渦電
流が発生する。
【００４７】この渦電流による磁界とコイルによる磁界
とを重ね合わせると、円筒部材８の内側の磁界は相殺さ
れる。円筒部材８に窓８ａ，８ｂを設けた場合、円筒部
材８の外周面に生じた渦電流は、窓８ａ，８ｂによって
外周面を周回できないため、窓８ａ，８ｂの端面に沿っ
て円筒部材８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８ａ，８ｂの端面に沿っ
て外周面側に戻り、ループを形成する。
とを重ね合わせると、円筒部材８の内側の磁界は相殺さ
れる。円筒部材８に窓８ａ，８ｂを設けた場合、円筒部
材８の外周面に生じた渦電流は、窓８ａ，８ｂによって
外周面を周回できないため、窓８ａ，８ｂの端面に沿っ
て円筒部材８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８ａ，８ｂの端面に沿っ
て外周面側に戻り、ループを形成する。
【００４８】つまり、コイルの内側に、渦電流のループ
を周方向に周期的に（θ＝３６０／Ｎ）に配置した状態
となる。コイル電流と渦電流の作る磁界は重ね合わさ
れ、円筒部材８の内外には、周方向に周期的な磁界の強
弱と、更に中心に向かうほど小さくなる勾配を持った磁
界が形成される。周方向の磁界の強弱は、隣り合う渦電
流の影響を強く受ける窓８ａ，８ｂの中心部分で強く、
そこから半周期（θ／２）ずれたところで弱い。
を周方向に周期的に（θ＝３６０／Ｎ）に配置した状態
となる。コイル電流と渦電流の作る磁界は重ね合わさ
れ、円筒部材８の内外には、周方向に周期的な磁界の強
弱と、更に中心に向かうほど小さくなる勾配を持った磁
界が形成される。周方向の磁界の強弱は、隣り合う渦電
流の影響を強く受ける窓８ａ，８ｂの中心部分で強く、
そこから半周期（θ／２）ずれたところで弱い。
【００４９】円筒部材８の内側には、磁性材料からなる
軸３が同軸に配設され、その軸３には凸部３Ａ，凹部３
Ｂが窓８ａ，８ｂと同じ周期を持って形成されている。
磁界中に置かれた磁性体は磁化して、自発磁化（磁束）
を発するがその量は飽和に至るまでは磁界の強さに応じ
て大きくなる。
軸３が同軸に配設され、その軸３には凸部３Ａ，凹部３
Ｂが窓８ａ，８ｂと同じ周期を持って形成されている。
磁界中に置かれた磁性体は磁化して、自発磁化（磁束）
を発するがその量は飽和に至るまでは磁界の強さに応じ
て大きくなる。
【００５０】このため、円筒部材８によって作られる周
方向に周期的な強弱と半径方向に勾配を持つ磁界によっ
て、軸３の自発磁化は、円筒部材８との相対的な位相に
よって増減する。
方向に周期的な強弱と半径方向に勾配を持つ磁界によっ
て、軸３の自発磁化は、円筒部材８との相対的な位相に
よって増減する。
【００５１】自発磁化が最大となる位相は、窓８ａ，８
ｂの中心と凸部の中心とが一致した状態であり、自発磁
化の増減に応じて、コイルのインダクタンスも増減す
る。その変化は、ほぼ正弦波状となる。
ｂの中心と凸部の中心とが一致した状態であり、自発磁
化の増減に応じて、コイルのインダクタンスも増減す
る。その変化は、ほぼ正弦波状となる。
【００５２】トルクが作用しない状態においては、自発
磁化（インダクタンス）が最大となる位相に対して１／
４周期（θ／４）ずれた状態となっており、更にスリー
ブ２Ａに近い側の窓列と他方の窓列との位相は前述のよ
うに１／２周期（θ／２）の位相差としてある。
磁化（インダクタンス）が最大となる位相に対して１／
４周期（θ／４）ずれた状態となっており、更にスリー
ブ２Ａに近い側の窓列と他方の窓列との位相は前述のよ
うに１／２周期（θ／２）の位相差としてある。
【００５３】このため、トルクにより円筒部材８と軸３
に位相差が生じると、二つのコイル１０，１１のインダ
クタンスは一方は増加し、他方は同じ割合で減少する。
ここで、操舵系が中立位置にあって操舵トルク零の場合
には、コイル１０，１１のインダクタンスは等しいか
ら、それらコイル１０，１１のインピーダンスには差は
生じず、従ってコイル１０及び１１の自己誘導起電力は
等しい。
に位相差が生じると、二つのコイル１０，１１のインダ
クタンスは一方は増加し、他方は同じ割合で減少する。
ここで、操舵系が中立位置にあって操舵トルク零の場合
には、コイル１０，１１のインダクタンスは等しいか
ら、それらコイル１０，１１のインピーダンスには差は
生じず、従ってコイル１０及び１１の自己誘導起電力は
等しい。
【００５４】この状態で、コントローラ２５からトラン
ジスタＴ1 、Ｔ2 に図４（ａ）に実線で示す制御電圧Ｖ
1 、Ｖ2 が供給されると、ブリッジ回路の出力電圧Ｖ3
及びＶ4 は、図５（１）（ａ）に示すように、その過渡
時の値も等しくなる。
ジスタＴ1 、Ｔ2 に図４（ａ）に実線で示す制御電圧Ｖ
1 、Ｖ2 が供給されると、ブリッジ回路の出力電圧Ｖ3
及びＶ4 は、図５（１）（ａ）に示すように、その過渡
時の値も等しくなる。
【００５５】すると、差動アンプ２２の出力電圧Ｖ
5 は、図５（１）（ｂ）に示すように中立電圧Ｖr を維
持する。また、図５（１）（ｄ）に示すように、サンプ
ルホールド回路２３の出力電圧Ｖ0 も中立電圧Ｖr のま
まである。
5 は、図５（１）（ｂ）に示すように中立電圧Ｖr を維
持する。また、図５（１）（ｄ）に示すように、サンプ
ルホールド回路２３の出力電圧Ｖ0 も中立電圧Ｖr のま
まである。
【００５６】この結果、コントローラ２５は操舵系の操
舵トルクが零であることを検出するから、モータ駆動部
２６からは特に駆動電流Ｉは出力されず、操舵系には不
要な操舵補助トルクは発生しない。
舵トルクが零であることを検出するから、モータ駆動部
２６からは特に駆動電流Ｉは出力されず、操舵系には不
要な操舵補助トルクは発生しない。
【００５７】一方、右操舵トルク発生時には、操舵トル
ク零の場合に比べて、右操舵トルクが増大するに従って
コイル１０のインダクタンスは増大、コイル１１のイン
ダクタンスは減少する。逆に、左操舵トルクが増大する
に従って、コイル１０のインダクタンスは減少、コイル
１１のインダクタンスは増大する。
ク零の場合に比べて、右操舵トルクが増大するに従って
コイル１０のインダクタンスは増大、コイル１１のイン
ダクタンスは減少する。逆に、左操舵トルクが増大する
に従って、コイル１０のインダクタンスは減少、コイル
１１のインダクタンスは増大する。
【００５８】そして、コイル１０，１１のインダクタン
スが上記のように変化すれば、コイル１０及び１１のイ
ンピーダンスも同様の傾向で変化するし、コイル１０及
び１１の自己誘導起電力も同様の傾向で変化する。
スが上記のように変化すれば、コイル１０及び１１のイ
ンピーダンスも同様の傾向で変化するし、コイル１０及
び１１の自己誘導起電力も同様の傾向で変化する。
【００５９】このため、右操舵トルク発生時には、図５
（２）（ａ）に示すように、出力電圧Ｖ3 は出力電圧Ｖ
4 よりも素早く立ち下がるため、出力電圧Ｖ3 及びＶ4
の過渡期にはそれらに差が生じることになり、その差は
発生する操舵トルクが大きい程、大きくなる。逆に、左
操舵トルク発生時には、図５（３）（ａ）に示すよう
に、出力電圧Ｖ4 は出力電圧Ｖ3 よりも素早く立ち下が
るため、出力電圧Ｖ3 及びＶ4 の過渡期にはそれらに差
が生じることになり、その差は発生する操舵トルクが大
きい程、大きくなる。
（２）（ａ）に示すように、出力電圧Ｖ3 は出力電圧Ｖ
4 よりも素早く立ち下がるため、出力電圧Ｖ3 及びＶ4
の過渡期にはそれらに差が生じることになり、その差は
発生する操舵トルクが大きい程、大きくなる。逆に、左
操舵トルク発生時には、図５（３）（ａ）に示すよう
に、出力電圧Ｖ4 は出力電圧Ｖ3 よりも素早く立ち下が
るため、出力電圧Ｖ3 及びＶ4 の過渡期にはそれらに差
が生じることになり、その差は発生する操舵トルクが大
きい程、大きくなる。
【００６０】以上から、図５（２）（ｂ），（３）
（ｂ）に示すように、差動アンプ２２の出力電圧Ｖ
5 は、発生した操舵トルクの方向及び大きさに従って、
中立電圧Ｖrから大きく変化するようになる。なお、温
度等の外乱による自己インダクタンスの同相成分の変化
も差動アンプ２２においてキャンセルされる。
（ｂ）に示すように、差動アンプ２２の出力電圧Ｖ
5 は、発生した操舵トルクの方向及び大きさに従って、
中立電圧Ｖrから大きく変化するようになる。なお、温
度等の外乱による自己インダクタンスの同相成分の変化
も差動アンプ２２においてキャンセルされる。
【００６１】そして、コントローラ２５は、アンプ２４
を介して供給される出力電圧Ｖ5 と中立電圧Ｖr との差
に比例定数を乗じて操舵トルクを求め、その結果をモー
タ駆動部２６に供給し、モータ駆動部２６は、操舵トル
クの方向及び大きさに応じた駆動電流Ｉを電動モータ７
に供給する。
を介して供給される出力電圧Ｖ5 と中立電圧Ｖr との差
に比例定数を乗じて操舵トルクを求め、その結果をモー
タ駆動部２６に供給し、モータ駆動部２６は、操舵トル
クの方向及び大きさに応じた駆動電流Ｉを電動モータ７
に供給する。
【００６２】すると、電動モータ７には、操舵系に発生
している操舵トルクの方向及び大きさに応じた回転力が
発生し、その回転力がウォームギア等を介して出力軸３
に伝達されるから、出力軸３に操舵補助トルクが付与さ
れたことになり、操舵トルクが減少し、操縦者の負担が
軽減される。
している操舵トルクの方向及び大きさに応じた回転力が
発生し、その回転力がウォームギア等を介して出力軸３
に伝達されるから、出力軸３に操舵補助トルクが付与さ
れたことになり、操舵トルクが減少し、操縦者の負担が
軽減される。
【００６３】このように、本実施の形態のようにコイル
１０，１１に対して方形波状に変化する制御電圧Ｖ1 、
Ｖ2 を供給する構成であっても、出力電圧Ｖ3 及びＶ4
の過渡電圧の差が表れたタイミングで出力電圧Ｖ5 をＡ
／Ｄ変換してそれを読み込むようにしているから、操舵
系に発生している操舵トルクの方向及び大きさを把握
し、それに応じた操舵補助トルクを発生させることがで
きる。
１０，１１に対して方形波状に変化する制御電圧Ｖ1 、
Ｖ2 を供給する構成であっても、出力電圧Ｖ3 及びＶ4
の過渡電圧の差が表れたタイミングで出力電圧Ｖ5 をＡ
／Ｄ変換してそれを読み込むようにしているから、操舵
系に発生している操舵トルクの方向及び大きさを把握
し、それに応じた操舵補助トルクを発生させることがで
きる。
【００６４】そして、コイル１０，１１を方形波状に変
化する制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 で駆動する構成であると、コ
イル１０，１１に電流が流れるのはその制御電圧Ｖ1 、
Ｖ2が立ち上がっている間だけであるから、制御電圧Ｖ
1 、Ｖ2 の波形のデューティ比を十分に小さくすれば、
消費電流を大幅に低減することができる。そこで、本実
施の形態の構成であると、操舵トルクの検出に必要なの
は、過渡期において出力電圧Ｖ3 及びＶ4 の差が十分に
生じた際の出力電圧Ｖ5 であり、そのためには制御電圧
Ｖ1 、Ｖ2 を立ち下げた時点から時定数τだけ経過する
までその制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 が立ち上がっていればよ
い。従って、安全率を見込んで、時定数τよりも若干長
い時間だけトランジスタＴ1 、Ｔ2 をオンにすればよい
から、制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 のデューティ比を極小さく
（例えば５％程度まで低減）することができる。その結
果、コイル１０，１１に電流が流れる時間が極短くなる
から、消費電力が小さくなって経済的であるし、発熱量
も低減される。発熱量が低減されれば、故障発生率の低
減等も期待できるようになる。
化する制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 で駆動する構成であると、コ
イル１０，１１に電流が流れるのはその制御電圧Ｖ1 、
Ｖ2が立ち上がっている間だけであるから、制御電圧Ｖ
1 、Ｖ2 の波形のデューティ比を十分に小さくすれば、
消費電流を大幅に低減することができる。そこで、本実
施の形態の構成であると、操舵トルクの検出に必要なの
は、過渡期において出力電圧Ｖ3 及びＶ4 の差が十分に
生じた際の出力電圧Ｖ5 であり、そのためには制御電圧
Ｖ1 、Ｖ2 を立ち下げた時点から時定数τだけ経過する
までその制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 が立ち上がっていればよ
い。従って、安全率を見込んで、時定数τよりも若干長
い時間だけトランジスタＴ1 、Ｔ2 をオンにすればよい
から、制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 のデューティ比を極小さく
（例えば５％程度まで低減）することができる。その結
果、コイル１０，１１に電流が流れる時間が極短くなる
から、消費電力が小さくなって経済的であるし、発熱量
も低減される。発熱量が低減されれば、故障発生率の低
減等も期待できるようになる。
【００６５】また、コントローラ２５でオン・オフ制御
される制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 をトランジスタＴ1 、Ｔ2 に
供給するだけで、コイル１０，１１を方形波状に変化す
る電圧で駆動させることができるから、正弦波駆動の場
合と比較して必要な電子部品数も少なくなるし、個々の
電子部品に要求される精度も低くて済む。このため、コ
スト低減も期待できる。
される制御電圧Ｖ1 、Ｖ2 をトランジスタＴ1 、Ｔ2 に
供給するだけで、コイル１０，１１を方形波状に変化す
る電圧で駆動させることができるから、正弦波駆動の場
合と比較して必要な電子部品数も少なくなるし、個々の
電子部品に要求される精度も低くて済む。このため、コ
スト低減も期待できる。
【００６６】さらに、本実施の形態では、上述したよう
な第１、第２及び第３の異常検出処理を適宜実行するよ
うになっているから、モータ制御回路を構成する各部の
異常を検出することができ、その異常が検出された場合
には、電動モータ７に対する制御を禁止し電動パワース
テアリング装置そのものを停止状態にするとともに、運
転席前面等に備えられた警告ランプを点灯させて異常発
生を運転者に認識させることができる。
な第１、第２及び第３の異常検出処理を適宜実行するよ
うになっているから、モータ制御回路を構成する各部の
異常を検出することができ、その異常が検出された場合
には、電動モータ７に対する制御を禁止し電動パワース
テアリング装置そのものを停止状態にするとともに、運
転席前面等に備えられた警告ランプを点灯させて異常発
生を運転者に認識させることができる。
【００６７】特に、本実施の形態では、コイル１０、１
１のそれぞれに個別に対応してトランジスタＴ1 、Ｔ2
を設けるとともに、上述した第３の異常検出処理におい
て、その一方のトランジスタＴ2 （トランジスタＴ1 で
もよい）を駆動させ、そのときの出力電圧Ｖ3 （トラン
ジスタＴ1 を駆動させた場合には、出力電圧Ｖ4 ）に基
づいた異常検出処理を実行するようにしているから、コ
イル１０、１１同士の短絡異常をも検出することが可能
になっている。
１のそれぞれに個別に対応してトランジスタＴ1 、Ｔ2
を設けるとともに、上述した第３の異常検出処理におい
て、その一方のトランジスタＴ2 （トランジスタＴ1 で
もよい）を駆動させ、そのときの出力電圧Ｖ3 （トラン
ジスタＴ1 を駆動させた場合には、出力電圧Ｖ4 ）に基
づいた異常検出処理を実行するようにしているから、コ
イル１０、１１同士の短絡異常をも検出することが可能
になっている。
【００６８】つまり、コイル１０、１１同士が短絡した
状態で、例えば一方のトランジスタＴ2 のみを駆動させ
てコイル１１にのみ電流を供給させると、トランジスタ
Ｔ1はオフ状態であるにも関わらず、コイル１０にも電
流が流れ、出力電圧Ｖ3 が電源電圧ＶDDよりも低下して
しまうから、そのときの出力電圧Ｖ3 に基づけば、コイ
ル１０、１１同士に短絡異常が発生しているか否かを判
断することができるのである。
状態で、例えば一方のトランジスタＴ2 のみを駆動させ
てコイル１１にのみ電流を供給させると、トランジスタ
Ｔ1はオフ状態であるにも関わらず、コイル１０にも電
流が流れ、出力電圧Ｖ3 が電源電圧ＶDDよりも低下して
しまうから、そのときの出力電圧Ｖ3 に基づけば、コイ
ル１０、１１同士に短絡異常が発生しているか否かを判
断することができるのである。
【００６９】ちなみに、コイル１０、１１を共通のトラ
ンジスタで駆動させる構成では、そのコイル１０、１１
の一方のみを駆動させることは不可能であるから、上記
のようなコイル１０、１１同士の短絡異常を検出するこ
とはできない。
ンジスタで駆動させる構成では、そのコイル１０、１１
の一方のみを駆動させることは不可能であるから、上記
のようなコイル１０、１１同士の短絡異常を検出するこ
とはできない。
【００７０】よって、本実施の形態の構成であれば、電
動パワーステアリング装置の信頼性を、さらに向上する
ことができるのである。ここで、本実施の形態では、ト
ランジスタＴ1 、Ｔ2 がスイッチング手段に対応する。
動パワーステアリング装置の信頼性を、さらに向上する
ことができるのである。ここで、本実施の形態では、ト
ランジスタＴ1 、Ｔ2 がスイッチング手段に対応する。
【００７１】なお、上記実施の形態では、本発明にかか
るトルクセンサを車両用の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、本発明の適用対象
はこれに限定されるものではない。
るトルクセンサを車両用の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、本発明の適用対象
はこれに限定されるものではない。
【００７２】また、上記実施の形態では、第３の異常検
出処理の他に、第１及び第２の異常検出処理を実行する
ようになっているが、モータ制御回路の構成を上記公報
の例えばの第３の実施の形態と同様の構成とすることに
より、種々の異常検出を可能とすれば、第１及び第２の
異常検出処理を省略するようにしてもよい。但し、コイ
ル１０、１１同士の短絡異常を検出することは、上記公
報に開示された各実施の形態の構成でも不可能であるか
ら、第３の異常検出処理は省略しない。
出処理の他に、第１及び第２の異常検出処理を実行する
ようになっているが、モータ制御回路の構成を上記公報
の例えばの第３の実施の形態と同様の構成とすることに
より、種々の異常検出を可能とすれば、第１及び第２の
異常検出処理を省略するようにしてもよい。但し、コイ
ル１０、１１同士の短絡異常を検出することは、上記公
報に開示された各実施の形態の構成でも不可能であるか
ら、第３の異常検出処理は省略しない。
【００７３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にあって
は、一対のコイルに過渡電圧を発生させるためのスイッ
チング手段を、一対のコイルのそれぞれに個別に対応し
て設けるとともに、トルクを検出しないタイミングでス
イッチング手段のいずれか一方を動作させることによ
り、一対のコイルの異常を検出するようにしたため、コ
イル同士の短絡異常を検出することができ、トルクセン
サの信頼性をさらに向上できるという効果がある。
は、一対のコイルに過渡電圧を発生させるためのスイッ
チング手段を、一対のコイルのそれぞれに個別に対応し
て設けるとともに、トルクを検出しないタイミングでス
イッチング手段のいずれか一方を動作させることによ
り、一対のコイルの異常を検出するようにしたため、コ
イル同士の短絡異常を検出することができ、トルクセン
サの信頼性をさらに向上できるという効果がある。
【図１】本発明の一実施の形態の構成を示す正断面図で
ある。
ある。
【図２】実施の形態の要部の斜視図である。
【図３】実施の形態のモータ制御回路の回路図である。
【図４】コントローラからコイルに供給される電圧の波
形図である。
形図である。
【図５】実施の形態のモータ制御回路内の各電圧の波形
図である。
図である。
【図６】異常検出処理の実行タイミングを説明する波形
図である。
図である。
２ 入力軸 ３ 出力軸 ３Ａ 溝 ３Ｂ 凸部 ４ トーションバー ８ 円筒部材 ８ａ，８ｂ 窓 １０，１１ コイル ２２ 差動アンプ ２３ サンプルホールド回路 ２５ コントローラ ２６ モータ駆動部 Ｔ1 、Ｔ2 トランジスタ（スイッチング手段）
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D032 CC33 CC48 CC49 DA15 DA23 DA64 DB02 DD10 DD17 DE09 EB11 EC23 GG01 3D033 CA03 CA16 CA21 CA28 CA31 CA32 CA33
Claims (1)
- 【請求項１】 回転軸に生じた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ようになっている一対
のコイルのそれぞれと、一対の電気抵抗とを個別に直列
に接続し、前記コイルと前記電気抵抗との各接続部に発
生する過渡電圧に基づいて前記トルクを検出するように
なっているトルクセンサにおいて、 前記過渡電圧を発生させるためのスイッチング手段を、
前記一対のコイルのそれぞれに個別に対応して設けると
ともに、前記トルクを検出しないタイミングで前記スイ
ッチング手段のいずれか一方を動作させることにより、
前記一対のコイルの異常を検出するようになっているこ
とを特徴とするトルクセンサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29276598A JP4026247B2 (ja) | 1998-10-01 | 1998-10-01 | トルクセンサ |
| DE19901178A DE19901178B4 (de) | 1998-10-01 | 1999-01-14 | Drehmomentsensor |
| US09/229,737 US6386052B1 (en) | 1998-10-01 | 1999-01-14 | Torque sensor |
| KR1019990000763A KR100292081B1 (ko) | 1998-10-01 | 1999-01-14 | 토크센서 |
Applications Claiming Priority (1)
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