JP2009128220A - 磁歪式トルクセンサおよび電動ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】故障検出の信頼性を向上することができる磁歪式トルクセンサおよび電動ステアリング装置を提供する。
【解決手段】ピニオン軸に設けられ、磁気異方性を有し磁化容易な方向を互いに異にする第１磁歪膜および第２磁歪膜と、第１磁歪膜の磁気特性の変化を検出する第１検出コイルと、第２磁歪膜の磁気特性の変化を検出する第２検出コイルとを備え、第１検出コイルおよび第２検出コイルの検出結果に基づいてピニオン軸に入力されるトルクを検出する磁歪式トルクセンサであって、第１検出コイルの検出信号と、第２検出コイルの検出信号との和に基づいて故障検出を行う電子制御装置と、第１検出コイルの検出信号と、第２検出コイルの検出信号とを、それぞれ所定の上限値又は下限値で同時に制限するステップＳ２、Ｓ６，Ｓ４，Ｓ８とを備えることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

この発明は、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサと、これを備えた電動ステアリング装置に関するものである。

従来から、車両用のステアリング装置などのシャフトに作用する回転方向のトルクを検出するためのトルクセンサとして、いわゆるトーションバー式のトルクセンサが知られている。このトーションバー式のトルクセンサの場合、トーションバーとしてシャフトの一部がくびれて細く形成されているため、ここに過大なトルクが作用すると破損する虞がある。そのため、トーションバー式のトルクセンサでは、トーションバーが必要以上にねじれるのを、ピン等の規制部材を設けて機械的に防止するようになっている。

ところで、トーションバー式のトルクセンサの他に、シャフトに作用する回転方向のトルクを検出するトルクセンサとして、シャフトに取り付けた磁歪素子の磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルク検出を行う磁歪式のトルクセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種の磁歪式トルクセンサの中には、磁化容易な方向を互いに異にする磁気異方性を有した２つの磁歪膜を回転シャフトに設け、この磁歪膜の透磁率の変化をそれぞれ検出コイルによって検出するものがある。この磁歪式トルクセンサの場合、シャフトの一部にくびれを形成する必要が無いため、トーションバー式のトルクセンサと比較して十分な強度が得られ、その結果、過大なトルク入力による破損の虞が無く、規制部材を省略することができる。

ところで、上述の磁歪式トルクセンサを用いる場合、トルクを検出すると同時にトルクセンサが正常に動作しているか否かの故障判定を行うように構成されている。
２つの磁歪膜を有した磁歪式トルクセンサの場合、トルクを検出するときには、一方の検出コイルの検出信号（以下、第１検出信号と呼ぶ）と、他方の検出コイルの検出信号（以下、第２の検出信号と呼ぶ）との差に基づいてトルク検出信号ＶＴ３を算出している。また、故障判定を行う場合には、第１検出信号と第２検出信号との和に基づいて故障検出信号ＶＴＦを算出し、この故障検出信号ＶＴＦに基づいて故障判定を行っている。具体的には、第１検出信号と第２検出信号とが逆相の関係であるため、正常時には一定の値となる故障検出信号ＶＴＦが、何らかの原因により変動して所定の範囲から外れた場合に故障状態であると判定するようになっている。なお、図７は（１）式に基づいてトルク検出信号ＶＴ３を算出した場合の出力特性と、故障検出信号ＶＴＦを算出した場合の出力特性とを示すものである。なお、（１）式、（２）式において、ｋ，Ｖ０，Ｃは定数である。
ＶＴ３＝ｋ・（ＶＴ１−ＶＴ２）＋Ｖ０ ・・・ （１）式
ＶＴＦ＝｜ＶＴ１＋ＶＴ２｜−Ｃ ・・・ （２）式
特開２００６−０６４４４５号公報

しかしながら、上述した磁歪式トルクセンサでは、例えば、温度ドリフトなどによる中点のばらつきにより、２つの磁歪膜の出力特性がそれぞれ対称にならない場合があるため、例えば、図７中、破線で示すトルクよりも外側のトルクのように、過大なトルクが入力されると、２つの磁歪膜のいずれか一方の出力が電源電圧の上限値又は下限値に先に達してその上限値や下限値で一定の値となり、故障ではないにもかかわらず故障検出信号ＶＴＦが増減して故障判定がなされてしまう虞がある。なお、図７に示すグラフの場合、ＶＴ１とＶＴ２とが先に下限値に達し、故障検出信号ＶＴＦが増加する一例を示している。また、ＶＴ１とＶＴ２とが先に上限値に達した場合には故障検出信号ＶＴＦは減少する。

そこで、この発明は、故障検出の信頼性を向上することができる磁歪式トルクセンサおよび電動ステアリング装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、シャフト（例えば、実施の形態におけるピニオン軸５）に設けられ、磁化容易な方向を互いに異にする磁気異方性を有した第１磁歪膜（例えば、実施の形態における第１磁歪膜３１）および第２磁歪膜（例えば、実施の形態における第２磁歪膜３２）と、前記第１磁歪膜の磁気特性の変化を検出する第１検出手段（例えば、実施の形態における第１検出コイル３３）と、前記第２磁歪膜の磁気特性の変化を検出する第２検出手段（例えば、実施の形態における第２検出コイル３４）とを備え、前記第１検出手段および前記第２検出手段の検出結果に基づいて前記シャフトに入力されるトルクを検出する磁歪式トルクセンサであって、前記第１検出手段の検出信号と、前記第２検出手段の検出信号とに基づいて故障検出を行う故障検出手段（例えば、実施の形態における電子制御装置５０）と、前記第１検出手段の検出信号と、前記第２検出手段の検出信号とを、それぞれ所定の上限値又は下限値に制限する検出信号制限手段（例えば、実施の形態におけるステップＳ２、Ｓ６，Ｓ４，Ｓ８又は制限回路６２）とを備えることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の発明において、前記検出信号制限手段は、電源電圧とその中点電圧との間に前記上限値を設定するとともに、電源の基準電圧と中点電圧との間に前記下限値を設定することを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１に記載の発明において、前記検出信号制限手段が非線形素子（例えば、実施の形態におけるツェナーダイオード６３）であって、該非線形素子は、第１検出手段の検出信号と第２検出手段の検出信号との間の電位差を所定範囲内に制限することを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、操舵トルクを磁歪式トルクセンサ（例えば、実施の形態における磁歪式トルクセンサ３０，６０）によって検出し、検出した操舵トルクに応じて電動機（例えば、実施の形態における電動機１１）を駆動して車両を転舵させる電動ステアリング装置において、前記磁歪式トルクセンサは、請求項１乃至３の何れか一項に記載の磁歪式トルクセンサであることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、磁化容易な方向を互い異にする第１磁歪膜および第２磁歪膜の磁気変化をそれぞれ検出する第１検出手段と第２検出手段との検出信号の上限値および下限値を、検出信号制限手段によって制限することで、過大なトルクの入力があった場合でも、例えば、第１検出手段の検出信号と第２検出手段の検出信号との和を一定の値に保つことができるため、故障検出手段による誤検出を防止して故障検出の信頼性を向上することができる効果がある。

請求項２に記載した発明によれば、請求項１の効果に加え、上限値を電源電圧と中点電圧との間に設定するとともに、下限値を電源の基準電圧と中点電圧との間に設定することで、検出信号が電源電圧や基準電圧に達する前に積極的に制限することができる。したがって、電源回路構成が単純な片電源回路等を用いつつ、過大なトルクによる誤検出を防止することができるため、少ない部品点数で故障検出の信頼性を向上することができる。

請求項３に記載した発明によれば、請求項１の効果に加え、第１検出手段の検出信号と、第２検出手段の検出信号との間の電位差が、非線形素子によって電源電圧よりも低い電位差に制限されることで、第１検出手段の検出信号と第２検出手段の検出信号とを基準に検出信号を制限する上限値及び下限値を設定することができる。また、制限された第１検出手段の検出信号と第２検出手段の検出信号との和が常に一定となり、過大なトルク入力によって故障であると誤検出されるのを防止することができるため、故障検出の信頼性を向上することができる効果がある。

請求項４に記載した発明によれば、請求項１乃至３の何れか一項の効果に加え、電動ステアリング装置の操舵トルクを検出するための磁歪式トルクセンサが、正常であるにもかかわらず、過大なトルクの入力で故障であると誤検出するのを防止することができ、したがって、電動ステアリング装置の信頼性が向上する効果がある。

次に、この発明に係る磁歪式トルクセンサおよびこれを備えた車両用の電動パワーステアリング装置の第１の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、車両用電動パワーステアリング装置（電動ステアリング装置）１００はハンドル（操舵手段）２に連結されたステアリングシャフト１を備えている。ステアリングシャフト１は、ハンドル２に一体結合されたメインステアリングシャフト３と、ラック＆ピニオン機構のピニオン７が設けられたピニオン軸５とが、ユニバーサルジョイント４によって連結されて構成されている。

ピニオン軸５はその下部、中間部、上部を軸受６ａ，６ｂ，６ｃによって支持されており、ピニオン７はピニオン軸５の下端部に設けられている。ピニオン７は、車幅方向に往復動し得るラック軸８のラック歯８ａに噛合し、ラック軸８の両端には、タイロッド９，９を介して転舵輪としての左右の前輪１０，１０が連結されている。この構成により、ハンドル２の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪１０，１０を転舵させて車両の向きを変えることができる。ここで、ラック軸８、ラック８ａ、タイロッド９は転舵機構を構成する。

また、電動パワーステアリング装置１００は、ハンドル２による操舵力を軽減するための補助操舵力を供給する電動機１１を備えており、この電動機１１の出力軸に設けられたウォームギヤ１２が、ピニオン軸５において中間部の軸受６ｂの下側に設けられたウォームホイールギヤ１３に噛合している。また、ピニオン軸５において中間部の軸受６ｂと上部の軸受６ｃとの間には、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサ３０が配置されている。

図１、図２に示すように、磁歪式トルクセンサ３０は、ピニオン軸５の外周面に周方向全周に亘って環状に設けられた第１磁歪膜３１と第２磁歪膜３２とを備え、これら第１磁歪膜３１と第２磁歪膜３２とがピニオン軸５の軸線方向に沿って並んで配置されている。第１磁歪膜３１および第２磁歪膜３２は、歪みに対して透磁率の変化が大きい素材からなる金属膜であり、ピニオン軸５の外周にメッキ法等で形成したＮｉ−Ｆｅ系の合金膜からなる。

第１磁歪膜３１は、磁気異方性を備えた磁歪膜であってピニオン軸５の軸線に対して約４５度傾斜した方向にその磁化容易な方向が設定されている。第２磁歪膜３２も、第１磁歪膜３１と同様に磁気異方性を備えており、その磁化容易な方向が第１磁歪膜３１の磁化容易な方向に対して９０度の方向に設定されている。

第１磁歪膜３１および第２磁歪膜３２は、それぞれの磁化容易な方向に沿って圧縮力および引っ張り力が作用すると、この圧縮力および引っ張り力に応じて透磁率が大きく増減するようになっており、ピニオン軸５に右又は左回転のトルクが作用すると、第１磁歪膜３１と第２磁歪膜３２とのいずれか一方に磁化容易な方向に沿う圧縮力が作用し、第１磁歪膜３１と第２磁歪膜３２とのいずれか他方に磁化容易な方向に沿う引っ張り力が作用することとなる。これにより、第１磁歪膜３１と第２磁歪膜３２とのいずれか一方の透磁率が増加し、第１磁歪膜３１と第２磁歪膜３２とのいずれか他方の透磁率が減少する。

第１磁歪膜３１には、所定の隙間を有した状態で第１検出コイル３３が対向配置され、一方、第２磁歪膜３２には、所定の隙間を有した状態で第２検出コイル３４が対向配置されている。
第１検出コイル３３および第２検出コイル３４は、上述した第１磁歪膜３１および第２磁歪膜３２の透磁率の変化を検出するものであり、第１磁歪膜３１の透磁率が変化すると、第１検出コイル３３のインダクタンスが増加又は減少し、第２磁歪膜３２の透磁率が変化すると、第２検出コイル３４のインダクタンスが増加又は減少することとなる。

第１検出コイル３３および第２検出コイル３４はそれぞれ検出回路３５に接続されている。
この検出回路３５は、図示しない車載バッテリーより電源供給がなされており、第１検出コイル３３および第２検出コイル３４に所定の電流を流し、そのインダクタンス変化を、トルク入力に対して互いに逆相で電源電圧（例えば、５Ｖ）を最大値、電源の基準電圧（例えば、０Ｖ）を最小値とする電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２に変換する変換回路３８，３９を備え、この変換された電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２をそれぞれ電子制御装置５０に向けて出力する。なお、図示都合上、図２では、第１検出コイル３３および第２検出コイル３４に所定の電流を流す回路を省略している。

また、検出回路３５は、電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２の差分を増幅する差動増幅回路４０を有し、この差動増幅回路４０から出力される差分増幅信号であるトルク検出信号ＶＴ３を電子制御装置５０に出力する。なお、トルク検出信号ＶＴ３も上述した電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２と同様に電源電圧を最大値とする電圧信号となっている。

電子制御装置５０（図１参照）は、検出回路３５から出力されたトルク検出信号ＶＴ３に基づいて電動機１１によって発生させる補助操舵力を決定し、この決定した補助操舵力に基づいて電動機１１を駆動制御するものである。さらに、この電子制御装置５０では、検出回路３５から出力された電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２に基づいて、磁歪式トルクセンサ３０の故障検知を行うように構成されている。

具体的には、電子制御装置５０による故障検知は、従来の（２）式と同じ以下に示す（３）式によって故障検出信号ＶＴＦを算出して、この故障検出信号ＶＴＦに基づいて判定される。なお、（３）式においてＣは定数である。
ＶＴＦ＝｜ＶＴ１＋ＶＴ２｜−Ｃ ・・・ （３）式

ここで、電圧信号ＶＴ１と電圧信号ＶＴ２とは一方向のトルク入力に対して互いに逆相となるため、これら電圧信号ＶＴ１と電圧信号ＶＴ２とを加算することで、通常は一定電圧の信号出力が得られることとなる。電子制御装置５０では、この故障検出信号ＶＴＦの正常な範囲が、それぞれ図示しない上限値と下限値との両閾値で予め設定されており、その範囲内から故障検出信号ＶＴＦが所定時間外れた場合に故障を検出するようになっている。つまり、電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２のいずれか一方の信号出力が停止したり、著しく変動したりした場合などに故障状態であると判定されることとなる。

さらに、電子制御装置５０にあっては、入力されるトルクの絶対値が所定のトルク閾値を超えた場合、電圧信号ＶＴ１および電圧信号ＶＴ２を、それぞれ一定値に制限する制限処理が行われるように設定されている。
以下、この電子制御装置５０による制限処理について図３のフローチャートに従って説明する。

まず、ステップＳ１では、電圧信号ＶＴ１が、この電圧信号ＶＴ１の中点電圧ＶＴ１０に所定の制限値Ｖ０を加算した電圧値よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ１の判定結果が「Ｙｅｓ」（ＶＴ１＞ＶＴ１０＋Ｖ０）である場合は、ステップＳ２に進み、「Ｎｏ」（ＶＴ１≦ＶＴ１０＋Ｖ０）である場合は、ステップＳ５に進む。
ステップＳ２では、電圧信号ＶＴ１を、中点電圧ＶＴ１０に制限値Ｖ０を加算した電圧値（ＶＴ＝ＶＴ１０＋Ｖ０）で一定となるように制限してステップＳ３に進む。ここで、中点電圧ＶＴ１０とは、入力トルクが「０」の場合の電圧信号ＶＴ１の電圧値を示しており、通常は、例えば電源電圧が５Ｖの場合、その半分の２．５Ｖに設定される。

一方、ステップＳ５では、電圧信号ＶＴ１が中点電圧ＶＴ１０から制限値Ｖ０を減算した電圧値よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ５の判定結果が「Ｙｅｓ」（ＶＴ１＜ＶＴ１０−Ｖ０）である場合は、ステップＳ６に進み、「Ｎｏ」（ＶＴ１≧ＶＴ１０−Ｖ０）である場合は、ステップＳ３に進む。
ステップＳ６では、電圧信号ＶＴ１を、中点電圧ＶＴ１０から制限値Ｖ０を減算した電圧値で一定となるように制限してステップＳ３に進む。

次に、ステップＳ３では、電圧信号ＶＴ２が、この電圧信号ＶＴ２の中点電圧ＶＴ２０に上述した制限値Ｖ０を加算した電圧値よりも高いか否かを判定する。ステップＳ１の判定結果が「Ｙｅｓ」（ＶＴ２＞ＶＴ２０＋Ｖ０）である場合は、ステップＳ４に進み、「Ｎｏ」（ＶＴ２≦ＶＴ２０＋Ｖ０）である場合は、ステップＳ７に進む。
ステップＳ４では、電圧信号ＶＴ２を、中点電圧ＶＴ２０に制限値Ｖ０を加算した電圧値で一定となるように制限してこの処理を一旦終了して最初に戻る。ここで、中点電圧ＶＴ２０とは、上述した中点電圧ＶＴ１０と同様に、入力トルクが「０」の場合の電圧信号ＶＴ２の電圧値を示しており、通常は、例えば電源電圧が５Ｖの場合、その半分の２．５Ｖに設定される。

一方、ステップＳ７では、電圧信号ＶＴ２が中点電圧ＶＴ２０から制限値Ｖ０減算した電圧値よりも低いか否かを判定する。ステップＳ７の判定結果が「Ｙｅｓ」（ＶＴ２＜ＶＴ２０−Ｖ０）である場合は、ステップＳ８に進み、「Ｎｏ」（ＶＴ２≧ＶＴ２０−Ｖ０）である場合は、この処理を一旦終了して最初の処理に戻る。
ステップＳ８では、電圧信号ＶＴ２を、中点電圧ＶＴ２０から制限値Ｖ０を減算した電圧値で一定となるように制限して、この処理を一旦終了して最初の処理に戻る。

ここで、上述した制限値Ｖ０は、中点電圧ＶＴ１０（例えば、２．５Ｖ）と電圧信号ＶＴ１の出力し得る最大値（例えば、５Ｖ）との差分の電圧値よりも小さく、且つ、中点電圧ＶＴ１０（例えば、２．５Ｖ）と電圧信号ＶＴ１の出力し得る最小値（例えば、０Ｖ）との差分の電圧値よりも小さい電圧値（例えば、２Ｖ程度）に設定される。なお、電圧信号ＶＴ２は、中点電圧ＶＴ２０を基準にして電圧信号ＶＴ１と基本的に逆相になる信号であるため、制限電圧Ｖ０は、中点電圧ＶＴ２０と電圧信号ＶＴ２の出力し得る最大値との差分の電圧値よりも小さく、且つ、中点電圧ＶＴ２０と電圧信号ＶＴ２の最小値との差分の電圧値よりも小さい電圧値となる。すなわち、制限値Ｖ０により、中点電圧ＶＴ１０，ＶＴ２０を基準にして、電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２の最大値、最小値よりも中点電圧ＶＴ１０、ＶＴ２０側に、電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２に対する所定の上限値と下限値とがそれぞれ設定されることとなる。

図４は、横軸をトルク、縦軸を検出信号の電圧値（検出電圧）とし、検出回路３５に供給される電源が片電源（例えば、０〜５Ｖ）の場合の、電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２、トルク検出信号ＶＴ３、および、故障検出信号ＶＴＦの出力特性を示すものである。
この図４に示す電圧信号ＶＴ１および電圧信号ＶＴ２によれば、中点電圧ＶＴ１０およびＶＴ２０（例えば、２．５Ｖ程度）を基準として上下に制限値Ｖ０（例えば、２Ｖ程度）だけ変化した時点（ＶＴ１０±Ｖ０およびＶＴ２０±Ｖ０）で、上述したフローチャートのステップＳ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８によりトルクの増加に対する電圧値の上昇が停止されて一定の電圧値に制限される。これにより、電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２の中点電圧ＶＴ１０と中点電圧ＶＴ２とが何らかの理由で一致していない場合であっても、電圧値ＶＴ１，ＶＴ２は、トルクが「０」から所定のトルク±Ｔ０だけ変位した時点で同時に制限されることとなるため、互いに逆相の状態が維持され、この結果、電圧信号ＶＴ１と電圧信号ＶＴ２との和である故障検出信号ＶＴＦが所定のトルク±Ｔ０の範囲外でも一定の電圧値となる。

なお、上述したステップＳ２、Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８の処理は、フローチャートの記載からすれば同時に行われていないが、電子制御装置５０ではノイズ等の影響を受けないように故障検出信号ＶＴＦが所定の範囲を外れた状態がある程度維持されたときに故障検出がなされるようになっているため、故障を検出するために要する時間と比較すれば図３に示すフローチャートのステップＳ１〜Ｓ８の一連の処理にかかる時間は一瞬であり、略同時に行われているとみなすことができる。そして、これらステップＳ２、Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８が検出信号制限手段を構成している。

したがって、上述した第１実施形態によれば、磁化容易な方向を互い異にする第１磁歪膜および第２磁歪膜の磁気変化をそれぞれ検出する第１検出コイルと第２検出コイルとの検出信号である電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２の上限値および下限値を、ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８によって同時に制限することで、過大なトルクの入力があった場合でも、電圧信号ＶＴ１と電圧信号ＶＴ２の和を一定の値に保つことができるため、電子制御装置５０による故障検出の誤検出を防止して信頼性を向上することができる。

また、制限値Ｖ０を電源電圧（例えば、５Ｖ）と中点電圧（例えば、２．５Ｖ）との間の電圧、電源の基準電圧（例えば、０Ｖ）と中点電圧（例えば、２．５Ｖ）との間に設定することで、電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２が最大値および最小値である電源電圧や基準電圧に達する前に、積極的に一定電圧に制限することができるため、電源回路構成が単純な片電源回路（例えば、０〜５Ｖなど）を用いつつ、過大なトルクによる誤検出を防止することができ、その結果、少ない部品点数で故障検出の信頼性を向上することができる。

次に、図５、図６を参照してこの発明の第２の実施の形態を説明する。なお、上述した第１の実施の形態では、電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２を電子制御装置５０で制限する場合について説明したが、この第２の実施の形態では、電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２を制限する構成が第１の実施の形態と異なるだけであるため、同一部分に同一符号を付して説明する。

図５に示すように、第２の実施の形態の磁歪式トルクセンサ６０は、ピニオン軸５の軸周りに設けられた第１磁歪膜３１および第２磁歪膜３２の透磁率の変化を検出する第１検出コイル３３と第２検出コイル３４とを備え、この第１検出コイル３３と第２検出コイル３４とが、それぞれ検出回路６１に接続されている。

検出回路６１は、第１検出コイル３３と第２検出コイル３４とのインダクタンス変化を、トルク入力に応じて互いに逆相となる電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２にそれぞれ変換する変換回路３８，３９とを備えている。また検出回路６１は、変換回路３８，３９によって変換された電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２の差分を増幅する差分増幅回路４０を備えている。

また、検出回路６１の変換回路３８の出力側と変換回路３９の出力側との間には、これらの間の電位差を所定の範囲内に制限する制限回路６２が介装されている。この制限回路６２は、カソードを外側にして直列接続された２つのツェナーダイオード６３，６３を備えており、これらツェナーダイオード６３，６３によって、変換回路３８の出力側と変換回路３９の出力側との間の電位差が、ツェナー電圧（Ｖｚ／２）の２倍の電圧Ｖｚで制限されるようになっている。ここで、一つのツェナーダイオード６３のツェナー電圧（Ｖｚ／２）は、上述した第１の実施の形態の制限電圧Ｖ０と同等の電圧に設定されている。なお、制限回路６２を構成するものは、上述したツェナーダイオード６３に限られるものではなく、例えば電圧を制限可能な非線形素子であればよい。また、その位置も変換回路３８，３９の入力側であってもよい。

図６は、横軸を入力トルク、縦軸を検出電圧とした場合の電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２、故障検出信号ＶＴＦ、および、トルク検出信号ＶＴ３の特性を示したものである。この図６に示すように、電圧信号ＶＴ１と電圧信号ＶＴ２の間の電位差は、ツェナーダイオード６３，６３の個別のツェナー電圧（図中、Ｖｚ／２）を加算した全体のツェナー電圧Ｖｚに達すると、この全体のツェナー電圧Ｖｚで維持される。つまり、過大なトルク入力があったとしても電圧信号ＶＴ１と電圧信号ＶＴ２とは同時に制限されて互いに逆相の状態が維持されるため、第１の実施の形態と同様に、故障検出信号ＶＴＦは一定の電圧値となる。

したがって、上述の第２の実施の形態によれば、電圧信号ＶＴ１と、電圧信号ＶＴ２との間の電位差がツェナー電圧Ｖｚを超えるような場合、このツェナー電圧Ｖｚで制限される。よって、電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２が互いに逆相となる状態が維持されて、制限回路６２により制限された電圧信号ＶＴ１と電圧信号ＶＴ２との和である故障検出信号ＶＴＦが一定の電圧値となり、その結果、第１の実施の形態と同様に、過大なトルク入力によって故障であると誤検出されるのを防止して故障検出の信頼性を向上することができる。

〔他の実施形態〕
この発明は、前述した実施形態の電動パワーステアリング装置への適用に限るものではなく、ステアリング・バイ・ワイヤ・システムの車両用ステアリング装置にも適用可能である。ステアリング・バイ・ワイヤ・システムとは、操舵手段と転舵機構とが機械的に分離されていて、操舵手段に作用する操舵トルクに応じて、転舵機構に設けられたステアリングモータを駆動して車両の転舵輪を転舵させる操舵システムであり、この操舵手段に作用する操舵トルクの検出にこの発明に係る磁歪式トルクセンサを用いることができる。

本発明の第１の実施形態における電動パワーステアリング装置の全体構成図である。 本発明の第１の実施形態における磁歪式トルクセンサの概略構成図である。 本発明の第１の実施形態における電子制御装置で行われる電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２の制限処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における電圧信号ＶＴ１，ＶＴ２および故障検出信号ＶＴＦの出力特性を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態における図２に相当する概略構成図である。 本発明の第２の実施形態における図４に相当するグラフである。 従来の図４に相当するグラフである。

符号の説明

５ ピニオン軸（シャフト）
１１ 電動機
３０，６０ 磁歪式トルクセンサ
３１ 第１磁歪膜
３２ 第２磁歪膜
３３ 第１検出コイル（第１検出手段）
３４ 第２検出コイル（第２検出手段）
５０ 電子制御装置（故障検出手段）
６２ 制限回路（検出信号制限手段）
ステップＳ２、Ｓ６，Ｓ４，Ｓ８ 検出信号制限手段

Claims (4)

1. シャフトに設けられ、磁化容易な方向を互いに異にする磁気異方性を有した第１磁歪膜および第２磁歪膜と、
   前記第１磁歪膜の磁気特性の変化を検出する第１検出手段と、
   前記第２磁歪膜の磁気特性の変化を検出する第２検出手段とを備え、
   前記第１検出手段および前記第２検出手段の検出結果に基づいて前記シャフトに入力されるトルクを検出する磁歪式トルクセンサであって、
   前記第１検出手段の検出信号と、前記第２検出手段の検出信号とに基づいて故障検出を行う故障検出手段と、
   前記第１検出手段の検出信号と、前記第２検出手段の検出信号とを、それぞれ所定の上限値又は下限値に制限する検出信号制限手段とを備えることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
2. 前記検出信号制限手段は、電源電圧とその中点電圧との間に前記上限値を設定するとともに、電源の基準電圧と中点電圧との間に前記下限値を設定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。
3. 前記検出信号制限手段は非線形素子であって、該非線形素子は、前記第１検出手段の検出信号と前記第２検出手段の検出信号との間の電位差を所定範囲内に制限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。
4. 操舵トルクを磁歪式トルクセンサによって検出し、検出した操舵トルクに応じて電動機を駆動して車両を転舵させる電動ステアリング装置において、
   前記磁歪式トルクセンサは、請求項１乃至３の何れか一項に記載の磁歪式トルクセンサであることを特徴とする電動ステアリング装置。

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