JP2009002895A - 発振回路およびトルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 回路への負担軽減と回路の簡略化を両立した発振回路を提供する。
【解決手段】 発振信号を出力する発振信号出力部と、前記発振信号出力部に接続され、この発振信号出力部の出力する発振信号を増幅する増幅器と、前記増幅器および電源に接続され、この電源から供給される電圧を前記増幅器から出力される発振信号に応じた発振電圧として出力するとともに、前記増幅器から供給される発振信号の電圧値を所定値低下させる変換器と、コイルおよび前記変換器に接続され、この変換器から供給される発振電圧の最高値が正の値であって、最低値が負の値となるようにこの発振電圧を所定値低下させる電圧低下手段とから構成されることとした。
【選択図】 図２

Description

本発明は発振回路に関し、特に磁界変化を検出するトルクセンサにおける発振回路に関する。

従来、特許文献１に開示されるトルクセンサは、発振回路に接続されたトルク検出回路の一端側にこの発振回路が出力する直流電圧を含んだ発振電圧が与えられる。一方、他端側には発振電圧に含まれる直流電圧と等しい直流電圧が与えられる。よって、トルク検出回路を構成する抵抗やコイルへ直流電圧が流れることを回避し、発振回路の負担を軽減している。
特開平５−１４９８０５号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、トルク検出回路の両端に電圧をかける必要があり、回路の複雑化と製造コスト増大を招くという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、回路への負担軽減と回路の簡略化を両立した発振回路を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、発振信号を出力する発振信号出力部と、前記発振信号出力部に接続され、この発振信号出力部の出力する発振信号を増幅する増幅器と、前記増幅器および電源に接続され、この電源から供給される電圧を前記増幅器から出力される発振信号に応じた発振電圧として出力するとともに、前記増幅器から供給される発振信号の電圧値を所定値低下させる変換器と、コイルおよび前記変換器に接続され、この変換器から供給される発振電圧の最高値が正の値であって、最低値が負の値となるようにこの発振電圧を所定値低下させる電圧低下手段とから構成されることとした。

よって、回路への負担軽減と回路の簡略化を両立した発振回路を提供できる。

以下、本発明の発振回路およびトルクセンサを実現する最良の形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

［トルクセンサの全体構成］
実施例１につき図１ないし図５に基づき説明する。図１は実施例１におけるトルクセンサＴＳの断面図である。トルクセンサＴＳは、入力軸１、出力軸２、トーションバー３、コイルＬ、制御回路基板２０を有する。入力軸１の軸方向をｙ軸とし、出力軸２と反対方向を正とする。

トルクセンサハウジング５内には入力軸１が設けられ、ウォームハウジング７内には出力軸２が設けられている。またモータＭが収装され、入力軸１及び出力軸２に対し径方向から組み付けられている。なお、モータＭはブラシレスタイプでなくともよい。

入力軸１と出力軸２はトーションバー３により一体とされ、出力軸２にはウォームホイール８が組み付き、ｙ軸正方向からウォームハウジング７に格納されている。ウォームシャフト９はウォームホイール８と噛合い、ウォームシャフト９はモータＭの出力軸と一体構成されている。入力軸１は、トルクセンサハウジング５に支持されるとともに、出力軸２の端部によって相対回転可能に支持される。

トルクセンサハウジング５の内周にはコイルＬが格納される。このコイルＬは互いに直列接続された第１、第２コイルＬ１，Ｌ２から形成される。操舵によりトーションバー３が捩れ、入力軸１と出力軸２が相対回転すると、互いに逆方向にインピーダンスが変化する構成である。これにより磁界を変化させ、トルクセンサ信号として出力する。

出力軸２はウォームハウジング７に支持され、外周にはウォームホイール８が設けられてモータＭに接続されたウォームシャフト９と噛合わされる。

制御回路基板２０は発振回路１００（図２参照）、各種車両信号、コイルＬ、モータＭの制御回路を一体とした回路基板である。また、制御回路基板２０におけるｙ軸負方向側であって、ウォームシャフト９と軸方向に重なる位置には、磁気によりウォームシャフト９の歯形の位置を検出し、モータＭの回転角を検出する回転角度センサ１３が設けられている。

［回路の詳細］
図２は、制御回路基板２０に設けられた発振回路１００の回路図であり、発振部１０１、増幅部１０２を有する。増幅部１０２は反転増幅回路であり、オペアンプ１１０、トランジスタ１２０、ダイオード１３０を有する。

発振部１０１の出力はオペアンプ１１０の反転入力端子と接続する。オペアンプ１１０の非反転入力端子はＶ_ＣＥと接続する。オペアンプ１１０の出力はトランジスタ１２０のベース側と接続する。

トランジスタ１２０のエミッタ側とダイオード１３０のアノード側を接続する。トランジスタ１２０のコレクタ側はＶ_ＣＣと接続する。ダイオード１３０のカソード側はブリッジ回路２００とＳＷ回路３００を接続する。

ブリッジ回路２００はトルクの変動によりインピーダンスが変化する２つのコイルＬ１，Ｌ２が直列接続されている。定抵抗Ｒ１０，Ｒ３０の直列接続とＲ２０，Ｒ４０の直列接続をコイルＬ１，Ｌ２と並列接続する。

コイルＬ１，Ｌ２の中点Ａの出力と、定抵抗Ｒ１０，Ｒ３０の中点Ｂの出力は第１差動増幅回路３１０と接続する。コイルＬ１，Ｌ２の中点Ａの出力と、定抵抗Ｒ２０，Ｒ４０の中点Ｃの出力は第２差動増幅回路３２０と接続する。第１差動増幅回路３１０の出力は第１全波整流回路３３０と接続する。第２差動増幅回路３２０の出力は第２全波整流回路３４０と接続する。

ＳＷ回路３００の出力は、全波整流回路１５と接続する。第２全波整流回路３４０の出力は、第２平滑化回路３６０と接続する。第１平滑化回路３５０と第２平滑化回路３６０の出力は、トルク信号として出力する。

発振部１０１が図３の交流電圧を発生し、オペアンプ１１０に出力する。オペアンプ１１０にて、ブリッジ回路２００の一端部に印加する交流電圧の振幅と直流電圧を調整する。交流電圧の増幅率は次式のようになる。
Ｖ_ＣＥ−Ｒ３・Ｉ_Ｂ＋Ｖ_ＢＥ＋Ｖ_Ｄ ＞ Ｖｂ

ブリッジ回路２００の一端部には図３の交流電圧が印加される。この交流電圧に含まれる直流電圧はＶ_ＣＥとなり、交流電圧の負電圧は
−（Ｒ３・Ｉ_Ｂ＋Ｖ_ＢＥ＋Ｖ_Ｄ）
まで発生させることができる。ダイオード１３０を増やせば負の電圧領域が広がるため、振幅が増加してもＶ_ＣＥを変更せずに直流電流を一定の電流に抑制することができる。

ブリッジ回路２００のコイルＬ１，Ｌ２はトルクが加わると互いに逆方向にインピーダンスが変化する方向になっている。コイルＬ１，Ｌ２の中点Ａの出力と、定抵抗Ｒ１０，Ｒ３０の中点Ｂの出力を第１差動増幅回路３１０にて増幅し、全波整流回路１５にて波形を積分しトルク信号を出力する。

同様にコイルＬ１，Ｌ２の中点Ａの出力と、定抵抗Ｒ２０，Ｒ４０の中点Ｃの出力を第２差動増幅回路３２０にて増幅し、第２全波整流回路３４０にて全波整形し、第２平滑化回路３６０にて波形を積分しトルク信号を出力する。

［本願実施例の効果］
（１）（２）発振信号を出力する発振部１０１と、この発振部１０１の出力する発振電圧Ｖａを増幅するオペアンプ１１０と、オペアンプ１１０の出力電圧Ｖｂを所定値低下させるトランジスタ１２０と、トランジスタ１２０から供給される発振電圧Ｖｂを所定値低下させ、発振回路１００の出力電圧Ｖｏｕｔの最高値が正の値であって、最低値が負の値となるように電圧を低下させるダイオード１３０と、を備え、このダイオード１３０はコイルＬ１，Ｌ２と接続することとした。

これにより、発振回路１００内を流れる直流電圧をほぼ０とし、発振回路１００への負担を軽減することができる。加えてブリッジ回路２００の下流側接続点Ｐ５をグランドに接続すれば、ブリッジ回路２００の上流／下流の電位差をほぼ０とし、ブリッジ回路２００の発熱／電力消費を抑制することができる。

（３）電圧低下手段はダイオード１３０であることとした。抵抗は抵抗値のばらつきが大きいため、電圧低下手段をダイオード１３０とすることにより誤差の小さい回路とすることができる。

（５）また、電圧低下手段をダイオード１３０とすることにより、インピーダンス変化を伴わない回路とすることができる。よって、インピーダンス変化をトルク値の変化として検出するトルクセンサＴＳの検出精度を向上させることができる。

（４）（６）発振電圧の最高値と最低値の絶対値はほぼ等しいこととした。発振電圧の最高値と最低値の絶対値が０をまたぐほぼ同じ値であるため、発振電圧が供給される負荷に流れる電流をほぼ０とすることができ、負荷における消費電力および発熱をさらに抑制することができる。
（他の実施例）

以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

トルクセンサの断面図である。 発振回路の回路図である。 発振部の出力電圧のタイムチャートである。 オペアンプの出力電圧のタイムチャートである。 ブリッジ回路の出力電圧のタイムチャートである。

符号の説明

１ 入力軸
２ 出力軸
３ トーションバー
５ トルクセンサハウジング
７ ウォームハウジング
８ ウォームホイール
９ ウォームシャフト
１３ 回転角度センサ
２０ 制御回路基板
１００ 発振回路
１０１ 発振部
１１０ オペアンプ
１２０ トランジスタ
１３０ ダイオード
２００ ブリッジ回路
Ｃ コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２ 第１、第２コイル
Ｍ モータ
Ｒ１〜Ｒ４０ 抵抗
トルクセンサ ＴＳ

Claims (6)

1. 発振信号を出力する発振信号出力部と、
   前記発振信号出力部に接続され、この発振信号出力部の出力する発振信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器および電源に接続され、この電源から供給される電圧を前記増幅器から出力される発振信号に応じた発振電圧として出力するとともに、前記増幅器から供給される発振信号の電圧値を所定値低下させる変換器と、
   コイルおよび前記変換器に接続され、この変換器から供給される発振電圧の最高値が正の値であって、最低値が負の値となるようにこの発振電圧を所定値低下させる電圧低下手段と
   から構成される発振回路。
2. トーションバーによって接続された入力軸および出力軸と、
   前記入力軸および出力軸に設けられ、前記トーションバーの捩れに応じて磁界の通り易さを変化させる磁界可変手段と、
   発振信号を出力する発振信号出力部と、
   前記発振信号出力部に接続され、この発振信号出力部の出力する発振信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器および電源に接続され、この電源から供給される電圧を前記増幅器から出力される発振信号に応じた発振電圧として出力するとともに、前記増幅器から供給される発振信号の電圧値を所定値低下させる変換器と、
   前記変換器に接続され、この変換器から供給される発振電圧の最高値が正の値であって、最低値が負の値となるようにこの発振電圧を所定値低下させる電圧低下手段と、
   両端が前記電圧低下手段およびグランドにそれぞれ接続され、コイルと抵抗から構成されるとともに、前記磁界可変手段の磁界の変化をインピーダンス変化として出力するトルク検出回路と
   から構成されるトルクセンサ。
3. 請求項１に記載の発振回路において、
   前記電圧低下手段はダイオードであること
   を特徴とする発振回路。
4. 請求項１に記載の発振回路において、
   前記発振電圧の最高値と最低値の絶対値はほぼ等しいこと
   を特徴とする発振回路。
5. 請求項２に記載のトルクセンサにおいて、
   前記電圧低下手段はダイオードであること
   を特徴とするトルクセンサ。
6. 請求項２に記載のトルクセンサにおいて、
   前記発振電圧の最高値と最低値の絶対値はほぼ等しいこと
   を特徴とするトルクセンサ。

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