JP2004191068A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】検出コイルの自己誘導電圧に起因する励磁コイルのインダクタンスの変化を防止すると共に、温度変化に起因するインダクタンスの変化の影響も解消するようにしたトルクセンサを提供する。
【解決手段】励磁コイル１６が励磁されたときの検出コイル２０，２２の出力に基づいてトルク伝達軸に印加されるトルクを検出するトルクセンサ１０において、前記検出コイルを４個備え、その中の２個（第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂ）を負電圧側同士の差動結合とすると共に、残余の２個（第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂ）を、前記負電圧側同士の差動結合とされた２個のそれと巻き方向を逆向きにして正電圧側同士の差動結合とし、それぞれの出力に基づいて前記トルク伝達軸に印加されるトルクを検出する。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トルクセンサに関し、より詳しくは非接触型の磁歪式のトルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
非接触型の磁歪式のトルクセンサは、一般に、トルク伝達軸に固定され、一軸磁気異方性を備えた磁性金属薄膜と、それに近接して配置された励磁コイルと検出コイルとを備え、印加トルクによって磁歪膜に生じた透磁率の増減を検出コイルの電位差として取り出して印加トルクを検出する。
【０００３】
この種のトルクセンサにあっては、温度変化によって各コイルのインダクタンスが変化する（温度ドリフトが発生する）ため、検出特性が変動するという不具合がある。このため、振幅の正負（上下）が異なる２出力を差動増幅することにより、温度変化に起因するインダクタンスの変化を相殺させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２２１９４１号公報（図５、図９および図１０）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
励磁コイルに励磁信号が供給されて電圧が印加されると、相互誘導によって検出コイルに誘導電流が発生する。このとき、検出コイルには、誘導電流に起因した自己誘導電圧が生じる。そのため、励磁コイルと検出コイルの間にさらに相互誘導が生じ、励磁コイルを流れる電流が変化する（励磁コイルの見掛け上のインダクタンスが変化する）。
【０００６】
このように、検出コイルの自己誘導電圧によって励磁コイルのインダクタンスが変化するため、検出コイルの出力がトルク伝達軸に印加されたトルクに比例した値を示さず、検出精度が低下するという不具合があったが、従来技術に係るトルクセンサにあっては、温度変化に起因するインダクタンスの変化の影響を解消するに止まり、検出コイルの自己誘導電圧に起因する励磁コイルのインダクタンスの変化については考慮されていなかったため、改良の余地を残していた。
【０００７】
従って、この発明の目的は、検出コイルの自己誘導電圧に起因する励磁コイルのインダクタンスの変化を防止して検出コイルの出力と印加されたトルクの関係を比例関係としてトルクの検出精度を向上させるようにしたトルクセンサを提供すると共に、温度変化に起因するインダクタンスの変化の影響も解消して安定した検出特性を得るようにしてトルクの検出精度を一層向上させるようにしたトルクセンサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１項にあっては、トルク伝達軸に固定され、磁気異方性を備えた磁歪膜と、前記磁歪膜に近接して配置された励磁コイルおよび検出コイルと、前記励磁コイルが励磁されたときの前記検出コイルの出力を入力して入力値から前記トルク伝達軸に印加されるトルクを検出する検出部とを備えたトルクセンサにおいて、前記検出コイルを４個備え、その中の２個を負電圧側同士の差動結合とすると共に、残余の２個を、前記負電圧側同士の差動結合とされた２個のそれと巻き方向を逆向きにして正電圧側同士の差動結合とし、さらに前記検出部は、前記負電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの出力と前記正電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの出力とに基づいて前記トルク伝達軸に印加されるトルクを検出するように構成した。
【０００９】
検出コイルを４個備え、その中の２個の検出コイルを負電圧側同士の差動結合とすると共に、残余の２個の検出コイルを正電圧側同士の差動結合としたので、温度変化に起因するインダクタンスの変化を相殺してその影響を解消し、よって安定した検出特性を得ることができる。また、負電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの巻き方向と正電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの巻き方向を逆向きに（背反的に）して各検出コイルの極性を相違させるようにしたので、検出コイルの自己誘導電圧およびそれに起因する励磁コイルの相互誘導電圧が相殺されて励磁コイルのインダクタンスに変化が生じないため、検出コイルの出力と印加されたトルクの関係が比例関係となり、よってトルクの検出精度を一層向上させることができる。
【００１０】
また、請求項２項にあっては、前記トルクセンサは、電動機によって車両の操舵トルクを補助する電動パワーステアリング装置の前記操舵トルクを検出するトルクセンサであるように構成した。
【００１１】
請求項１項に係るトルクセンサは上記した効果を有するので、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に装着されて大きな温度変化に曝されるときも、インダクタンスの変化の影響を解消して安定した検出特性を得ることができるため、運転者からステアリングホイールを介して印加される操舵トルクを精度良く検出することができ、よって電動パワーステアリングの操舵フィーリングを一層向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の一つの実施の形態に係るトルクセンサを説明する。
【００１３】
図１は、この発明の一つの実施の形態に係るトルクセンサを模式的に示す原理図である。
【００１４】
図示の如く、トルクセンサ１０は、トルク伝達軸（回転軸）１２に固定され、磁気異方性を備えた磁歪膜（磁性金属薄膜）１４と、磁歪膜１４に近接して配置された励磁コイル（１次側と示す）１６と、同様に磁歪膜１４に近接して配置された２次側と３次側の２個の検出コイル２０，２２とを備える。以下、２次側の検出コイル２０を「２次側検出コイル」と呼び、３次側の検出コイル２２を「３次側検出コイル」と呼ぶ。
【００１５】
トルク伝達軸１２は、Ｎｉをほとんど含まない、クロムモリブデン鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４１０５、記号ＳＣＭ）などからなる。また、磁歪膜１４は、磁気異方正が与えられた第１の磁歪膜１４ａと第２の磁歪膜１４ｂから構成される。
【００１６】
第１の磁歪膜１４ａと第２の磁歪膜１４ｂは、具体的には、図に矢印で示す如く、トルク伝達軸１２の軸線１２ａに対して±４５度の方向に一軸磁気異方性を備えるように構成されると共に、トルク伝達軸１２の全周に所定幅にわたって固定（貼付）される。より詳しくは、各磁歪膜１４ａ，１４ｂは歪み応力（圧縮応力および引っ張り応力）に対して透磁率の変化の大きい素材からなる金属膜であり、例えば、トルク伝達軸１２の外周に湿式メッキ法で形成した、Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜からなる。Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜は、例えば、重量％においてＮｉが５０から６０であり、残余がＦｅである。
【００１７】
磁歪膜１４は上記したようにトルク伝達軸１２の外表面に直接設けても良く、あるいはパイプ状の別部材上に形成した後、別部材ごとトルク伝達軸１２上に固定するようにしても良い。また、磁歪膜１４およびトルク伝達軸１２の素材も上記したものに止まらないことはいうまでもない。
【００１８】
励磁コイル１６は、第１の励磁コイル１６ａと第２の励磁コイル１６ｂから構成される。第１の励磁コイル１６ａと第２の励磁コイル１６ｂは、それぞれ第１の磁歪膜１４ａと第２の磁歪膜１４ｂ（およびトルク伝達軸１２）に近接して、より詳しくは０．４〜０．６ｍｍ程度の間隙をもって配置された磁心（図示せず）に巻かれてなり、励磁電源２６から交流電流を通電されて励磁される。
【００１９】
２次側検出コイル２０は、第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂから構成される。第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂは、励磁コイル１６と同様に、それぞれ第１の磁歪膜１４ａと第２の磁歪膜１４ｂ（およびトルク伝達軸１２）に近接して、より詳しくは０．４〜０．６ｍｍ程度の間隙をもって配置される。励磁コイル１６の磁心と検出コイル２０の磁心は、磁歪膜１４（およびトルク伝達軸１２）に近接しつつ対向して配置される。また、第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂは巻き方向が逆向きにされ、差動結合、具体的には負電圧側同士の差動結合とされる。
【００２０】
また、３次側検出コイル２２も、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂからなると共に、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂは、それぞれ第１の磁歪膜１４ａと第２の磁歪膜１４ｂ（およびトルク伝達軸１２）に近接して、より詳しくは０．４〜０．６ｍｍ程度の間隙をもって配置される。また、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂも巻き方向が逆向きにされ、差動結合、具体的には正電圧側同士の差動結合とされる。
【００２１】
尚、第１の３次側検出コイル２２ａは第１の２次側検出コイル２０ａと巻き方向が逆向きにされて極性が相違させられると共に、第２の３次側検出コイル２２ｂは第２の２次側検出コイル２０ｂと巻き方向が逆向きにされ、極性が相違させられる。
【００２２】
このように、この実施の形態に係るトルクセンサ１０にあっては、計４個の検出コイルを備えると共に、接続されるコイル同士、および同一の磁歪膜に近接して配置されるコイル同士は、それぞれ巻き方向が逆向き（背反的）になるように配置される。
【００２３】
トルク伝達軸１２（および磁歪膜１４）と磁心の間には磁気回路が形成され、その磁気回路において、励磁コイル１６が励磁されたとき、外部から印加されるトルクに応じてトルク伝達軸１２に生じる応力歪みに比例する透磁率の増減が生じ、各検出コイル２０，２２の出力端にその誘導電圧が微少な電圧値の変化として出力される。
【００２４】
２次側検出コイル２０と３次側検出コイル２２の出力は、処理回路２８に入力される。処理回路２８は、後述するように印加トルクの方向および大きさを検出し、それらを示す出力を生じる。
【００２５】
以下、この実施の形態に係るトルクセンサ１０を、車両の操舵トルクを補助する電動パワーステアリング装置に装着し、運転者から入力される操舵トルクを検出するトルクセンサとして利用した場合を例にとって詳説する。
【００２６】
図２は、トルクセンサ１０を電動パワーステアリング装置の操舵トルクを検出するトルクセンサとして利用した場合を示す説明図である。
【００２７】
図示の如く、車両３０において運転席に配置されたステアリングホイール３４は、ステアリングシャフト３６に連結され、ステアリングシャフト３６はユニバーサルジョイント３８，４０を介してコネクティングシャフト４２に連結される。
【００２８】
コネクティングシャフト４２は、ラック・ピニオン型ステアリングギア４４のピニオン４６に連結される。ピニオン４６はラック４８に噛み合っており、よってステアリングホイール３４から入力された回転運動はピニオン４６を介してラック４８の往復運動に変換され、フロントアクスルの両端に配置されたタイロッド（ステアリングロッド）５０およびキングピン（図示せず）を介して２個の前輪（操舵輪）５２を所望の方向に転舵させる。
【００２９】
ラック４８上には同軸に電動機（電動モータ）５４およびボールねじ機構５６が配置され、電動機出力はボールねじ機構５６を介してラック４８の往復運動に変換され、ステアリングホイール３４を介して入力された操舵トルク（操舵力）を補助（減少）する方向にラック４８を駆動する。
【００３０】
ここで、ステアリングシャフト３６の適宜位置には前記したトルクセンサ１０が設けられ、運転者が入力した操舵力（操舵トルク）の方向と大きさに応じた信号を出力する。
【００３１】
トルクセンサ１０の出力は、電動パワーステアリング装置用のＥＣＵ（電子制御ユニット）６０に入力される。ＥＣＵ６０は、マイクロコンピュータからなり、車載バッテリ（１２Ｖの片電源）６２から駆動電源を供給されて所定のクロック周波数（動作周波数）で動作する。
【００３２】
ＥＣＵ６０は、トルクセンサ１０が検出した操舵トルクの方向と大きさ、および図示しない別のＥＣＵから供給される車速を表す信号に基づいて操舵トルクのアシスト量と方向を決定し、指令値（ＰＷＭ制御のデューティ比）を算出してモータ駆動回路６４を介して電動機５４を駆動制御する。このため、トルクセンサ１０の操舵トルクの検出精度は、電動パワーステアリングの操舵フィーリングに影響することになる。
【００３３】
また、ＥＣＵ６０は、トルクセンサ１０の出力に基づいてトルクセンサ１０の故障を検出し、故障が検出されたときは運転席付近に配置された警告灯６６を点灯させて運転者に報告する。
【００３４】
図３は、トルクセンサ１０の構成を詳細に示すブロック図である。
【００３５】
図示の如く、ＥＣＵ６０には、５Ｖの定電圧レギュレータ６８を介して車載バッテリ６２が接続され、５Ｖの動作電圧が供給される。ここで、ＥＣＵ６０のクロック周波数（動作周波数。より詳しくは、マイクロコンピュータを構成するＣＰＵの内部周波数）は、クリスタル（水晶）発振子７０の発振周波数（外部周波数）を内部で所定倍して得た周波数とされる。この実施の形態にあっては、クリスタル発振子７０の発振周波数を１０ＭＨｚ、ＥＣＵ６０内部での倍率を４倍とし、よってＥＣＵ６０の内部では、供給された５Ｖの動作電圧から、振幅５Ｖ、周波数４０ＭＨｚの矩形波が生成されるものとする。
【００３６】
ＥＣＵ６０は、その内部に分周器（回路）６０ａを備える。分周器６０ａは、ＥＣＵ６０のクロック周波数をカウントするカウンタ（図示せず）を備え、外部からのプログラミングによってカウンタの設定値（カウント値）を変更することで、分周比を任意の値に設定することができる。この実施に形態にあっては、カウンタのカウント値を１６００に設定することで分周比を１／１６００とし、分周器６０ａから２５ｋＨｚ（振幅５Ｖ）の矩形波が出力されるものとする。
【００３７】
分周器６０ａの出力は、リファレンス電圧生成部７２に入力される。尚、この明細書で「リファレンス電圧」とは、処理回路２８の内部で発生する交流信号の中点（振幅の中点）を示す電圧値を意味する。リファレンス電圧生成部７２は、分周器６０ａから出力された振幅５Ｖの矩形波のデューティ比５０％に相当する電圧、即ち、２．５Ｖの定電圧をリファレンス電圧として出力する。
【００３８】
一方、分周器６０ａから出力された２５ｋＨｚの矩形波は帯域２次フィルタ（バンドパスフィルタ）７４にも入力され、そこで矩形波を構成する２５ｋＨｚ以外の高調波成分が除去（減衰）されると共に、リファレンス電圧生成部７２で生成されたリファレンス電圧が入力され、よって中点を２．５Ｖとする振幅５Ｖ、周波数２５ｋＨｚの正弦波（ｓｉｎ波）が生成される。
【００３９】
帯域２次フィルタ７４で生成された正弦波は、反転増幅部（オペアンプ）７６で波形の反転と振幅の増幅処理が施された後（処理後の波形の中点も前記したリファレンス電圧とされる）、ＲＣフィルタ（ローパスフィルタ）７８を介して励磁コイル１６（具体的には、第１の励磁コイル１６ａおよびそれに接続された第２の励磁コイル１６ｂ）に励磁信号として供給される。励磁コイル１６に励磁信号が供給されると、２次側検出コイル２０と３次側検出コイル２２には、ステアリングシャフト３６（図３で図示せず）に印加された操舵トルクの方向および大きさに応じた位相の出力（電圧波形）が生じる。
【００４０】
この実施の形態では、上記した如く、励磁信号である正弦波はＥＣＵ６０から出力される矩形波を分周して得た波形から生成する、即ち、励磁信号をデジタル信号から生成するようにしたので、温度変化や電源電圧の変動の影響を受け難い安定した励磁信号を供給することができる。従って、２次側検出コイル２０と３次側検出コイル２２が出力する波形も安定するため、トルクの検出精度を向上させることができる。このため、運転者からステアリングホイール３４を介して印加される操舵トルクを精度良く検出することができ、よって電動パワーステアリングの操舵フィーリングを向上させることができる。
【００４１】
さらに、帯域２次フィルタ７４や反転増幅部７６、ＲＣフィルタ７８といった励磁信号を生成するためのアナログ回路の特性に個体差（製造バラツキ）が生じた場合には、外部からのプログラミングによってカウンタの設定値（カウント値）を変更し、分周器６０ａの分周比を変更することにより、アナログ回路に入力される矩形波の周波数をアナログ回路の特性、特に帯域２次フィルタ７４の時定数に対応した値に設定することができる。このため、アナログ回路の特性に個体差が生じた場合であっても、ノイズを含まない励磁信号（正弦波）を生成することができ、トルクの検出精度を一層向上させることができる。
【００４２】
また、正弦波（励磁信号）の中点を示すリファレンス電圧を矩形波のデューティ比５０％に相当する電圧としたので、図４に示す如く、励磁電源から供給される電圧Ｖｃｃに変動が生じて正弦波の振幅が変化しても、それに追従して振幅の中点を示すリファレンス電圧Ｖｒｅｆも変化することになる。例えば、励磁電源の電圧Ｖｃｃが５．２Ｖを示すとき、リファレンス電圧Ｖｒｅｆはその５０％、即ち、２．６Ｖとなる。
【００４３】
このため、車載バッテリ６２のような片電源（単電源）を利用して励磁信号を生成する場合でも、常に上下（具体的には、リファレンス電圧Ｖｒｅｆを中点としたときの上側の振幅と下側の振幅）で差の生じない大きな振幅の励磁信号を生成することができる。換言すれば、励磁電源から供給される最大電圧を利用して励磁信号を生成することができる。尚、図３に示す構成において励磁電源とは、車載バッテリ６２から分周器６０ａに至るまでの各構成、即ち、車載バッテリ６２、定電圧レギュレータ６８、ＥＣＵ６０および分周器６０ａを示す。
【００４４】
次いで、図５を参照し、２次側検出コイル２０と３次側検出コイル２２について詳説する。図５は、図３で符合Ｓで示すセンシング部の拡大図である。尚、センシング部Ｓは、励磁コイル１６と、２次側検出コイル２０と、３次側検出コイル２２と、図示しないステアリングシャフト３６（およびそれに固定された磁歪膜１４）とからなる。
【００４５】
図５に示すように、第１の励磁コイル１６ａに近接する位置には、第１の２次側検出コイル２０ａと第１の３次側コイル２２ａが配置される。前述したように、第１の２次側検出コイル２０ａと第１の３次側コイル２２ａは、巻き方向が逆向きに（背反的に）されて極性が相違させられる。具体的には、第１の励磁コイル１６ａと第１の２次側検出コイル２０ａは極性が同一にされると共に、第１の励磁コイル１６ａと第１の３次側コイル２２ａは極性が相違させられる。
【００４６】
また、第２の励磁コイル１６ｂに近接する位置には、第２の２次側検出コイル２０ｂと第２の３次側コイル２２ｂが設けられる。前述したように、第２の２次側検出コイル２０ｂと第２の３次側コイル２２ｂも、同様に巻き方向が逆向きに（背反的に）されて極性が相違させられる。具体的には、第２の励磁コイル１６ｂと第２の２次側検出コイル２０ｂは極性が相違させられると共に、第２の励磁コイル１６ｂと第１の３次側コイル２２ｂは極性が同一にされる。
【００４７】
図示の如く、第１の励磁コイル１６ａと第２の励磁コイル１６ｂは、それぞれ負電圧側と正電圧側が直列に接続される。他方、第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂは、それぞれの負電圧側同士が直列に接続された差動結合とされる。また、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂは、それぞれの正電圧側同士が直列に接続された差動結合とされる。
【００４８】
ここで、各コイルに生じる誘導電圧について説明する。同図において、矢印（黒）が自己誘導電圧を示し、矢印（白）が相互誘導電圧を示す。また、各矢印の添字は、１が励磁コイル、２が２次側検出コイル、３が３次側検出コイルの起電力によって生じた誘導電圧であることを示す。
【００４９】
符合ａが付される第１のコイル（１６ａ，２０ａ，２２ａ）を例にとって説明すると、第１の励磁コイル１６ａに励磁信号が供給されて電圧が印加されると、第１の励磁コイル１６ａには電流ｉ１が流れると共に、その流れ方向と逆向きの自己誘導電圧が生じる。このとき、第１の２次側検出コイル２０ａと第１の３次側検出コイル２２ａには、相互誘導電圧が生じる。
【００５０】
第１の２次側検出コイル２０ａと第１の３次側検出コイル２２ａに誘導電圧が生じると、各コイルには電流（誘導電流）ｉ２，ｉ３が発生すると共に、発生した電流と逆向きの自己誘導電圧が生じる。第１の２次側検出コイル２０ａと第１の３次側検出コイル２２ａに自己誘導電圧が生じると、それに起因して第１の励磁コイル１６ａに相互誘導電圧が生じるため、第１の励磁コイル１６ａの見掛け上のインダクタンスが変化する（流れる電流が変化する）。
【００５１】
しかしながら、この実施の形態にあっては、第１の２次側検出コイル２０ａと第１の３次側検出コイル２２ａの巻き方向が逆向きに（背反的に）されていることから、２つのコイルに流れる電流の位相が１８０度ずれるため、それらに生じる自己誘導電圧も対向する。従って、ｉ２＝ｉ３ならば、第１の２次側検出コイル２０ａと第１の３次側検出コイル２２ａに生じる自己誘導電圧同士が相殺されて零になると共に、それらに起因して生じる第１の励磁コイル１６ａの相互誘導電圧も相殺されて零になる。
【００５２】
よって各コイルにおいて発生する誘導電圧は、符合ｂが付される第２のコイル（１６ｂ，２０ｂ，２２ｂ）を例にとって示すように、励磁コイル１６の自己誘導電圧と、それに起因して生じる２次側検出コイル２０と３次側検出コイルの２２の相互誘導電圧のみとなる。即ち、検出コイル２０，２２の自己誘導電圧に起因する励磁コイル１６のインダクタンスの変化が生じなくなり、検出コイル２０，２２の出力が印加されたトルクのみを反映する値となる。
【００５３】
このように、２次側検出コイル２０と３次側検出コイル２２のコイルの巻き方向を逆方向に（背反的に）したため、検出コイル２０，２２の自己誘導電圧およびそれに起因して発生する励磁コイル１６の相互誘導電圧が相殺され、励磁コイル１６のインダクタンスは変化しない。このため、検出コイル２０，２２の出力と印加されたトルクの関係が比例関係となり、よってトルクの検出精度を向上させることができる。
【００５４】
次いで、温度変化に起因するインダクタンスの変化について説明する。前述した如く、第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂは、負電圧側同士が直列に接続された差動結合とされるため、温度変化に起因するインダクタンスの変化が第１および第２の２次側検出コイル２０ａ，２０ｂのそれぞれで生じたとしても、２次側検出コイル２０全体としてはインダクタンスの変化は相殺されて零となる。また、３次側検出コイル２２においても、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂが正電圧側同士の差動結合とされるため、同様にインダクタンスの変化は相殺されて零となる。
【００５５】
また、第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂを負電圧側同士の差動結合とすると共に、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂを正電圧側同士の差動結合としたため、トルクセンサ１０を電動パワーステアリング装置に装着して大きな温度変化に曝される場合でも、温度変化に起因するインダクタンスの変化を相殺してその影響を解消することができ、よって安定した検出特性を得ることができる。このため、運転者からステアリングホイール３４を介して印加される操舵トルクを精度良く検出することができ、よって電動パワーステアリングの操舵フィーリングを一層向上させることができる。
【００５６】
図３の説明に戻ると、ＲＣフィルタ７８から出力された励磁信号、より具体的には、実際に励磁コイル１６に供給される電圧波形は、２次側バイアス電圧生成部８０にも入力され、そこで位相が９０度進められた２次側ｃｏｓ波が生成される。また、励磁信号（実際に励磁コイル１６に入力される電圧波形）は３次側バイアス電圧生成部８２にも入力され、そこで位相が９０度遅らされた（−９０度進められた）３次側ｃｏｓ波が生成される。
【００５７】
２次側検出コイル２０の出力（電圧波形）は２次側加算部８４で前記した２次側ｃｏｓ波が加算され、２次側加算波形が生成される。また、３次側検出コイル２２の出力（電圧波形）は３次側加算部８６で前記した３次側ｃｏｓ波が加算され、３次側加算波形が生成される。即ち、２次側ｃｏｓ波と３次側ｃｏｓ波は、各検出コイルが出力した電圧波形に加算されるバイアス電圧を意味する。
【００５８】
図６は、ステアリングシャフト３６にトルクが印加されていないときの２次側加算波形などの各波形を示す説明グラフである。また、図７は、同様にステアリングシャフト３６にトルクが印加されていないときの３次側加算波形などの各波形を示す説明グラフである。
【００５９】
図６に示すように、ステアリングシャフト３６にトルクが印加されていないときは、第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂの出力が相殺され、Ｖ２で示す２次側検出コイル２０全体としての出力（以下、「２次側出力」と呼ぶ）は、リファレンス電圧Ｖｒｅｆと一致する（零となる）。従って、Ｖｐｌｕｓ２で示す２次側加算波形は、Ｖｃｏｓ２で示す２次側ｃｏｓ波と一致する。尚、実際に励磁コイル１６に供給される励磁信号（正弦波）をＶｓｉｎで示す。
【００６０】
また、図７に示すように、ステアリングシャフト３６にトルクが印加されていないときは、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂの出力も相殺され、Ｖ３で示す３次側検出コイル２２全体としての出力（以下、「３次側出力」と呼ぶ）はリファレンス電圧Ｖｒｅｆと一致する（零となる）。従って、Ｖｐｌｕｓ３で示す３次側加算波形は、Ｖｃｏｓ３で示す３次側ｃｏｓ波と一致する。
【００６１】
他方、ステアリングシャフト３６に右回転方向のトルクが印加されると、第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂのインダクタンスのバランスが崩れ、図８に示すように、励磁信号Ｖｓｉｎと同位相の２次側出力Ｖ２が生じる。このため、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２は、２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２より位相が遅れ方向にずれる。ステアリングシャフト３６に右回転方向のトルクが印加されたときの２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２に対する２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２の位相差（共にリファレンス電圧Ｖｒｅｆを示すときの位相差）を「Ｒ２」で示す。
【００６２】
また、３次側検出コイル２２においても、第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂのインダクタンスのバランスが崩れることから、図９に示すように、励磁信号Ｖｓｉｎと同位相の３次側出力Ｖ３が生じる。このため、３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３は、３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３より位相が進み方向にずれる。ステアリングシャフト３６に右回転方向のトルクが印加されたときの３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３に対する３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３の位相差（共にリファレンス電圧Ｖｒｅｆを示すときの位相差）を「Ｒ３」で示す。
【００６３】
ステアリングシャフト３６に左回転方向のトルクが印加されたときの２次側加算波形などの各波形を図１０に示すと共に、３次側加算波形などの各波形を図１１に示す。
【００６４】
２次側出力Ｖ２は、図１０に示すように、右回転方向のトルクが印加されたときのそれに対して１８０度位相がずれた波形となる。従って、２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２と２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２の位相差（共にリファレンス電圧Ｖｒｅｆを示すときの位相差。「Ｌ２」で示す）も１８０度反対となり、２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２より位相が進み方向にずれる。また、３次側出力Ｖ３も、図１１に示すように、右回転方向のトルクが印加されたときのそれに対して１８０度位相がずれた波形となり、３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３と３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３の位相差（共にリファレンス電圧Ｖｒｅｆを示すときの位相差。「Ｌ３」で示す）も１８０度反対となる。即ち、３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３より位相が遅れ方向にずれる。
【００６５】
図１２に、印加されるトルクに対する２次側出力Ｖ２と３次側出力Ｖ３の関係を示す。前述の如く、２次側検出コイル２０を負電圧側同士の差動結合としたのに対し、３次側検出コイル２２を正電圧側同士の差動結合としたため、２次側出力Ｖ２と３次側出力Ｖ３は印加されるトルクに対して相反する特性を有する。
【００６６】
このため、２次側出力Ｖ２と３次側出力Ｖ３のそれぞれにバイアス電圧を印加し、よって得た波形（即ち、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３）とバイアス電圧（即ち、２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２と３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３）の位相差の方向と大きさを検出することで、印加されたトルクの方向と大きさを正確に検出することができる。
【００６７】
ここで、励磁コイル１６に発生する自己誘導電圧は、印加される電圧に対して逆向きの起電力となるため、実際に励磁コイル１６に供給される励磁信号Ｖｓｉｎと９０度の位相差を有する。従って、励磁信号Ｖｓｉｎの位相を９０度ずらした波形をバイアス電圧とすることで前記位相差が最大となり、かつ左右のトルクに対して同一の位相差を得ることができる。換言すれば、トルクの検出感度が最大となると共に、左右のトルクに対して同一の感度を得ることができる。
【００６８】
これについて、図１３および図１４を参照して説明する。図１３は、２次側出力Ｖ２に２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２を加えたときのベクトル合成を示す説明図（フェーザ図）である。また、図１４は、２次側出力Ｖ２に、励磁信号Ｖｓｉｎに対して６０度位相ずれしたバイアス電圧を加えたときのベクトル合成を示す説明図（フェーザ図）である。両図において、Ｖ２（＋）はステアリングシャフト３６に右回転方向のトルクが印加されたときの２次側出力Ｖ２を示し、Ｖ２（−）は左回転方向のトルクが印加されたときの２次側出力Ｖ２を示す。
【００６９】
図１３および図１４において、θＲは励磁信号が生成されてから実際に励磁コイル１６に供給されるまでの間に直流抵抗成分によって生じる位相差である。このθＲが生じることから、前述の２次側および３次側バイアス電圧生成部８０，８２では、実際に励磁コイル１６に供給される励磁信号Ｖｓｉｎの位相を所定量ずらして２次側および３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２，Ｖｃｏｓ３を得るようにした。
【００７０】
図１３に示すように、右回転方向のトルクが印加されたときの２次側出力Ｖ２を示すベクトルに、２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２を示すベクトルを加算して合成することで、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２を示すベクトル（Ｖｐｌｕｓ２（＋））と２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２を示すベクトルのなす角度、即ち、位相差を最大とすることができる。また、同図から、２次側出力Ｖ２の電圧値が大きくなってそのベクトルが大きくなるに従って、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２を示すベクトルと２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２を示すベクトルのなす角度が大きくなり、位相差が大きくなることが分かる。即ち、トルクが印加されることによって発生する透磁率の増減を電圧値で検出し、さらにその電圧値の変化を位相の変化で記述することができる。
【００７１】
尚、図１４に示すように、右回転方向のトルクが印加されたときの２次側出力Ｖ２を示すベクトルに９０度以外のバイアス電圧、例えば６０度のバイアス電圧を加えることによっても、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２を示すベクトルとバイアス電圧を示すベクトルのなす角度、即ち、位相差は増大するが、９０度の２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２を加えた場合に比して、その増加量は小さくなる。
【００７２】
また、同じ６０度のバイアス電圧を、左回転方向のトルクが印加されたときの２次側出力Ｖ２を示すベクトル（Ｖ２（−））に加算すると、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２を示すベクトル（Ｖｐｌｕｓ２（−））と２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２を示すベクトルとのなす角度が、右回転方向のトルクが印加されたときのそれと相違するという不具合がある。即ち、入力されるトルクの大きさが同じでも、入力方向によって位相の変化量（ずれ量）が相違するため、右回転方向のトルクと左回転方向のトルクで検出感度が一致しないという不都合がある。
【００７３】
これに対し、図１３に示すように、＋９０度の２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２を加算することで、左右の角度の変化量（位相の変化量（ずれ量）の絶対値）を一致させることができ、よって右回転方向のトルクと左回転方向のトルクの検出感度を一致させることができる。
【００７４】
尚、３次側出力Ｖ３と３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３のベクトル合成については、図１３および図１４において括弧内に記載した＋と−が逆になると共に、＋９０度を示すベクトルの代わりに、それと逆向きの−９０度を示すベクトルが使用される以外、上記の説明がそのまま妥当する。
【００７５】
このように、励磁コイル１６に供給される励磁信号Ｖｓｉｎの位相を所定量ずらして得たバイアス電圧と２次側および３次側検出コイル２０，２２の出力Ｖ２，Ｖ３を加算するようにしたので、加算値である２次側および３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２，Ｖｐｌｕｓ３と、その比較対象であるバイアス電圧（即ち、２次側および３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２，Ｖｃｏｓ３）との位相のずれを大きくして検出感度を向上させることができるため、トルクの検出精度を向上させることができる。
【００７６】
さらに、前記バイアス電圧を、励磁信号Ｖｓｉｎの位相を９０度進めて生成した２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２と、励磁信号Ｖｓｉｎの位相を９０度遅せて生成した３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３とすることで、２次側および３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２，Ｖｐｌｕｓ３と２次側および３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２，Ｖｃｏｓ３との位相ずれが最大となって検出感度を一層向上させることができると共に、左右のトルクに対しても検出感度が同一となるため、より一層検出精度を向上させることができる。このため、運転者からステアリングホイール３４を介して印加される操舵トルクを精度良く検出することができ、よって電動パワーステアリングの操舵フィーリングを一層向上させることができる。
【００７７】
尚、２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２と３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３の位相を１８０度ずらして（９０度と−９０度に）設定したのは、図１５に示すように、例えば処理回路２８が温度変化などの影響を受けて２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２と３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３のそれぞれの位相にバラツキが生じても、それぞれのべクトルは同じ回転方向に動くことから、２次側と３次側でその影響が相殺されるためである。
【００７８】
図３の説明に戻ると、位相比較部９０は、上記した２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２の位相差（ずれ）を検出する。具体的には、論理積回路（素子）、より具体的にはＡＮＤ回路（２次側ＡＮＤ回路。図示せず）に励磁信号Ｖｓｉｎと２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２を入力し、印加トルクの大きさと方向（換言すれば、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２の位相差）に対応した矩形波を得る。これを２次側検出トルクＶｔ２とする。
【００７９】
さらに、位相比較部９０は、３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３を図示しないインバータで反転させて得た波形（以下、「反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖ」という）と３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３の位相差（ずれ）を検出する。具体的には、論理積回路（素子）、より具体的にはＡＮＤ回路（３次側ＡＮＤ回路。図示せず）に励磁信号Ｖｓｉｎと反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖを入力し、印加トルクの大きさと方向（換言すれば、反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖと３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３の位相差）に対応した矩形波を得る。これを３次側検出トルクＶｔ３とする。図６から図１１の下部に、反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖ、２次側検出トルクＶｔ２および３次側検出トルクＶｔ３などを示す各矩形波を示す。
【００８０】
図６から図１１に示す如く、２次側検出トルクＶｔ２は、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と励磁信号Ｖｓｉｎの両方がリファレンス電圧Ｖｒｅｆ以上となったときにＨ（Ｈｉｇｈ）信号（レベル）とされ、いずれか一方がリファレンス電圧Ｖｒｅｆを下回るときはＬ（Ｌｏｗ）信号（レベル）とされる。また、３次側検出トルクＶｔ３は、反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖと励磁信号Ｖｓｉｎの両方がリファレンス電圧Ｖｒｅｆ以上となったときにＨ信号とされ、いずれか一方がリファレンス電圧Ｖｒｅｆを下回るときにＬ信号とされる。尚、理解の便宜のため、図６から図１１において、Ｈ信号の出力期間をハッチングで示す。
【００８１】
図６と図７を比較して分かるように、印加されるトルクが零のときは、２次側検出トルクＶｔ２と３次側検出トルクＶｔ３は常に同一の出力を示す。他方、図８と図９に示すように右回転方向のトルクが印加されると、印加トルクの大きさに比例して２次側検出トルクＶｔ２のＨ信号の出力時間が延長される一方、３次側検出トルクＶｔ３のＨ信号の出力時間が短縮される。また、図１０と図１１に示すように、左回転方向のトルクの印加されると、印加トルクの大きさに比例して２次側検出トルクＶｔ２のＨ信号の出力時間が短縮される一方、３次側検出トルクＶｔ３のＨ信号の出力時間が延長される。
【００８２】
このように、２次側検出トルクＶｔ２は、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２の位相差、即ち、印加トルクの大きさと方向に応じてＨ信号の出力時間が増減する。また、３次側検出トルクＶｔ３も、反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖと３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３の位相差、即ち、印加トルクの大きさと方向に応じてＨ信号の出力時間が増減する。そして、２次側検出トルクＶｔ２と３次側検出トルクＶｔ３は、印加トルクの方向に対して相反する出力を示すので、それらの差分をとることで、ステアリングシャフト３６に印加されたトルクの方向と大きさを感度良く検出することができる。
【００８３】
尚、図６から図１１において、リファレンス電圧Ｖｒｅｆは前記したように励磁信号の中点を正確に示していることから、励磁信号Ｖｓｉｎを所定量位相させて得た２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２や３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３の中点、さらには２次側出力Ｖ２や３次側出力Ｖ３の中点も正確に示される。従って、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２や３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３（および反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖ）の中点も正確に示される。
【００８４】
そのため、２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２と２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２の位相差、および３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３と反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖの位相差を正確に検出することができ、トルクの検出精度を向上させることができる。従って、運転者からステアリングホイール３４を介して印加される操舵トルクを精度良く検出することができ、よって電動パワーステアリングの操舵フィーリングを一層向上させることができる。尚、この実施の形態にあって、検出波形の振幅の大きさは検出していないが、上記の如く、この実施の形態に係るトルクセンサ１０は検出波形の振幅の中点を正確に知ることができるため、振幅の大きさを精度良く検出することも可能である。
【００８５】
図３の説明に戻ると、位相比較部９０から出力された２次側検出トルクＶｔ２と３次側検出トルクＶｔ３は、それぞれＣＲフィルタ（平滑回路）９２，９４を介して平滑化された後、ＥＣＵ６０に入力されると共に、差動増幅部９６に入力されて前記した差分が増幅される。差動増幅部９６の出力は、最終的な検出トルクＶｔｆとしてＥＣＵ６０に入力される。
【００８６】
ＥＣＵ６０は、入力された最終的な検出トルクＶｔｆ（および２次側検出トルクＶｔ２と３次側検出トルクＶｔ３）に基づき、ステアリングシャフト３６に入力されたトルク（操舵トルク）の方向と大きさを検出する。
【００８７】
このように、励磁信号の位相を所定量ずらして得たバイアス電圧を２次側出力Ｖ２および３次側出力Ｖ３のそれぞれに加算し、よって得た２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３（具体的には、それを反転させて得た反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖ）のそれぞれをバイアス電圧と位相で比較し、その位相差に基づいてトルクを検出する、即ち、トルクの印加によって発生する透磁率の増減を電圧値の変化で検出し、その電圧値の変化を位相で検出するようにしたので、電圧値の変化のみでトルクを検出する場合に比して検出感度が高くなると共に、検出電圧が微弱であっても電動機５４などの通電電流からのノイズの影響を受け難くなり、よってトルクの検出精度を向上させることができる。
【００８８】
さらには、相反する特性を有する２次側出力Ｖ２と３次側出力Ｖ３（具体的には、それらから求められる２次側検出トルクＶｔ２と３次側検出トルクＶｔ３）のそれぞれに基づいて前記位相差を検出し、それらの差分を増幅してトルクを検出するようにしたので、検出感度がより向上し、差動増幅部９６による増幅率を小さくすることができ、他の電気機器からのノイズの影響を受け難くなり（即ち、ノイズが増幅されないため、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができ）、よってトルクの検出精度を一層向上させることができる。また、温度変化に起因するインダクタンスの変化および差動増幅部９６の増幅率の変化を２つの出力（位相差）で相殺することができるため、その影響を解消して安定した検出特性を得ることができる。
【００８９】
また、２次側出力Ｖ２と３次側出力Ｖ３に加算されるバイアス電圧を、それぞれ励磁信号の位相を９０度または−９０度ずらすことによって生成したので、バイアス電圧（２次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ２と３次側ｃｏｓ波Ｖｃｏｓ３）に対する加算波形（２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３（具体的には、それを反転させて得た反転後３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３ｉｎｖ））の位相差が最大となって検出感度を一層向上させることができると共に、トルクの入力方向が異なっても検出感度が一致するため、より一層検出精度を向上させることができる。
【００９０】
図３の説明を続けると、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３（インバータで反転させる前の波形）は、さらに故障検出部９８に入力される。
【００９１】
ここで、トルクセンサ１０が正常な状態にある場合、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２は、図６、図８および図１０に示すように、トルクの印加の有無に関わらず、励磁信号Ｖｓｉｎの電圧値がリファレンス電圧Ｖｒｅｆを上回る瞬間（下側の振幅から上側の振幅に移行する瞬間）において常にＨ信号を示すと共に、励磁信号Ｖｓｉｎの電圧値がリファレンス電圧Ｖｒｅｆを下回る瞬間（上側の振幅から下側の振幅に移行する瞬間）において常にＬ信号を示す。また、３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３は、図７、図９および図１１に示すように、トルクの印加の有無に関わらず、励磁信号Ｖｓｉｎの電圧値がリファレンス電圧Ｖｒｅｆを上回る瞬間において常にＬ信号を示すと共に、励磁信号Ｖｓｉｎの電圧値がリファレンス電圧Ｖｒｅｆを下回る瞬間において常にＨ信号を示す。しかしながら、トルクセンサ１０に故障が発生すると、上記した出力の関係が崩れる場合がある。
【００９２】
そこで、故障検出部９８は、２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３の出力を励磁信号Ｖｓｉｎの立ち上がりと立ち下がりのタイミングで検出し、検出値が上記した関係にないとき、トルクセンサ１０の故障を示す信号を生成してＥＣＵ６０に出力するようにした。
【００９３】
ＥＣＵ６０は、故障検出部９８からトルクセンサ１０の故障を示す信号が出力されたとき、前記した警告灯６６を点灯させて運転者に警報する。
【００９４】
ここで、前述の如く、励磁信号ＶｓｉｎをＥＣＵ６０のクロック周波数（動作周波数）に基づいて生成するようにしたので、励磁信号Ｖｓｉｎの立ち上がりと立ち下がりのタイミングにおける２次側加算波形Ｖｐｌｕｓ２と３次側加算波形Ｖｐｌｕｓ３の検出を、ＥＣＵ６０の処理に同期して行うことができる。即ち、トルクセンサ１０が出力を生じてからＥＣＵ６０で故障検出が行なわれるまでの時間的な遅れを解消することができる。このため、この実施の形態に係るトルクセンサ１０にあっては、故障検出をできる限り早く（タイムリーに）行なう必要があるという、車両に搭載されるセンサに対する要求を十分に満足することができる。
【００９５】
また、検出コイルを２系統（２次側と３次側）備え、それらの出力に基づいてトルクセンサ１０の故障を検出するようにしたので、トルクセンサ１０の故障をより正確に検出することができる。
【００９６】
以上のように、この実施の形態に係るトルクセンサにあっては、トルク伝達軸１２（およびステアリングシャフト３６）に固定され、磁気異方性を備えた磁歪膜１４と、前記磁歪膜１４に近接して配置された励磁コイル１６および検出コイル（２次側検出コイル２０と３次側検出コイル２２）と、前記励磁コイル１６が励磁されたときの前記検出コイルの出力（２次側出力Ｖ２と３次側出力Ｖ３）を入力して入力値から前記トルク伝達軸１２に印加されるトルク（２次側検出トルクＶｔ２、３次側検出トルクＶｔ３、最終的な検出トルクＶｔｆ）を検出する検出部（処理回路２８）とを備えたトルクセンサ１０において、前記検出コイルを４個（具体的には、２次側検出コイル２０を２個（第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂ）、３次側検出コイル２２を２個（第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂ）の計４個）備え、その中の２個（第１の２次側検出コイル２０ａと第２の２次側検出コイル２０ｂ）を負電圧側同士の差動結合とすると共に、残余の２個（第１の３次側検出コイル２２ａと第２の３次側検出コイル２２ｂ）を、前記負電圧側同士の差動結合とされた２個のそれと巻き方向を逆向き（背反的）にして正電圧側同士の差動結合とし、さらに前記検出部は、前記負電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの出力（２次側出力Ｖ２）と前記正電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの出力（３次側出力Ｖ３）とに基づいて前記トルク伝達軸１２に印加されるトルクＶｔ２，Ｖｔ３，Ｖｔｆを検出するように構成した。
【００９７】
また、前記トルクセンサ１０は、電動機（電動モータ）５４によって車両３０の操舵トルクを補助する電動パワーステアリング装置の前記操舵トルクを検出するトルクセンサであるように構成した。
【００９８】
尚、上記において、２個の検出コイルを２組設け、それぞれを負電圧側同士および正電圧側同士の差動結合としたが、検出コイルの個数はそれに限られるものではなく、偶数個の検出コイルを２組設け、それぞれを負電圧側同士および正電圧側同士の差動結合とすることにより、同様の効果を得ることができる。
【００９９】
また、この発明に係るトルクセンサ１０を、電動パワーステアリング装置に入力される操舵トルクを検出する場合を例にとって説明したが、トルクセンサ１０の用途はそれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【０１００】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、検出コイルを４個備え、その中の２個の検出コイルを負電圧側同士の差動結合とすると共に、残余の２個の検出コイルを正電圧側同士の差動結合としたので、温度変化に起因するインダクタンスの変化を相殺してその影響を解消し、よって安定した検出特性を得ることができる。また、負電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの巻き方向と正電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの巻き方向を逆向きに（背反的に）して各検出コイルの極性を相違させるようにしたので、検出コイルの自己誘導電圧およびそれに起因する励磁コイルの相互誘導電圧が相殺されて励磁コイルのインダクタンスに変化が生じないため、検出コイルの出力と印加されたトルクの関係が比例関係となり、よってトルクの検出精度を一層向上させることができる。
【０１０１】
請求項２項にあっては、請求項１項に係るトルクセンサは上記した効果を有するので、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に装着されて大きな温度変化に曝されるときも、インダクタンスの変化の影響を解消して安定した検出特性を得ることができるため、運転者からステアリングホイールを介して印加される操舵トルクを精度良く検出することができ、よって電動パワーステアリングの操舵フィーリングを一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一つの実施の形態に係るトルクセンサを模式的に示す原理図である。
【図２】図１に示すトルクセンサを電動パワーステアリング装置の操舵トルクを検出するトルクセンサとして利用した場合を示す説明図である。
【図３】図１に示すトルクセンサの構造をより詳細に示すブロック図である。
【図４】図１に示すトルクセンサのリファレンス電圧を示す説明図である。
【図５】図１に示すトルクセンサのうち、センシング部を拡大して示す説明図である。
【図６】図１に示すトルクセンサにおいてトルク伝達軸にトルクが印加されていないときの２次側検出コイルなどの出力（電圧波形）を示す説明グラフである。
【図７】図１に示すトルクセンサにおいてトルク伝達軸にトルクが印加されていないときの３次側検出コイルなどの出力（電圧波形）を示す説明グラフである。
【図８】図１に示すトルクセンサにおいてトルク伝達軸に右回転方向の印加トルクが入力されたときの２次側検出コイルなどの出力（電圧波形）を示す説明グラフである。
【図９】図１に示すトルクセンサにおいてトルク伝達軸に右回転方向の印加トルクが入力されたときの３次側検出コイルなどの出力（電圧波形）を示す説明グラフである。
【図１０】図１に示すトルクセンサにおいてトルク伝達軸に左回転方向の印加トルクが入力されたときの２次側検出コイルなどの出力（電圧波形）を示す説明グラフである。
【図１１】図１に示すトルクセンサにおいてトルク伝達軸に左回転方向の印加トルクが入力されたときの３次側検出コイルなどの出力（電圧波形）を示す説明グラフである。
【図１２】図１に示すトルクセンサの２次側検出コイルと３次側検出コイルの、印加トルクに対する出力特性を示すグラフである。
【図１３】図１に示すトルクセンサの２次側検出コイルの出力に２次側ｃｏｓ波を加えたときのベクトル合成を示す説明図（フェーザ図）である。
【図１４】図１に示すトルクセンサの２次側検出コイルの出力に励磁信号に対して６０度位相ずれしたバイアス電圧を加えたときのベクトル合成を示す説明図（フェーザ図）である。
【図１５】図１に示すトルクセンサの２次側検出コイルの出力に２次側ｃｏｓ波と３次側ｃｏｓ波を加えたときのベクトル合成を示す説明図（フェーザ図）である。
【符号の説明】
１０ トルクセンサ
１２ トルク伝達軸
１４ 磁歪膜（１次側コイル）
１４ａ 第１の磁歪膜
１４ｂ 第２の磁歪膜
１６ 励磁コイル
１６ａ 第１の励磁コイル
１６ｂ 第２の励磁コイル
２０ ２次側検出コイル（２次側コイル）（検出コイル）
２０ａ 第１の２次側検出コイル（検出コイル）
２０ｂ 第２の２次側検出コイル（検出コイル）
２２ ３次側検出コイル（３次側コイル）（検出コイル）
２２ａ 第１の３次側検出コイル（検出コイル）
２２ｂ 第２の３次側検出コイル（検出コイル）
２８ 処理回路（検出部）
３０ 車両
３６ ステアリングシャフト（トルク伝達軸）

Claims (2)

1. トルク伝達軸に固定され、磁気異方性を備えた磁歪膜と、前記磁歪膜に近接して配置された励磁コイルおよび検出コイルと、前記励磁コイルが励磁されたときの前記検出コイルの出力を入力して入力値から前記トルク伝達軸に印加されるトルクを検出する検出部とを備えたトルクセンサにおいて、前記検出コイルを４個備え、その中の２個を負電圧側同士の差動結合とすると共に、残余の２個を、前記負電圧側同士の差動結合とされた２個のそれと巻き方向を逆向きにして正電圧側同士の差動結合とし、さらに前記検出部は、前記負電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの出力と前記正電圧側同士の差動結合とされた２個の検出コイルの出力とに基づいて前記トルク伝達軸に印加されるトルクを検出するように構成したことを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記トルクセンサは、電動機によって車両の操舵トルクを補助する電動パワーステアリング装置の前記操舵トルクを検出するトルクセンサであることを特徴とする請求項１項記載のトルクセンサ。

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