JPH06102113A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トルク検出コイルのみの電圧に基づいて、周
囲温度の影響がないトルク信号を検出できるようにす
る。 【構成】 操舵力により作用したトルクに応じてインピ
ーダンスが変化するトルク検出コイル12と、このトルク
検出コイル12に直流電圧を含んだ交流電圧を与える発振
回路10と、トルク検出コイル12の出力電圧がローパスフ
ィルタ13を介して入力される増幅回路14と、トルク検出
コイル12の出力電圧をクランプするクランプ回路15と、
クランプした電圧のピーク値を検出するピーク検出回路
16と、増幅回路14及びピーク検出回路16の各出力電圧を
差動増幅する差動増幅回路17とを備えて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトルクセンサに関し、例
えば自動車の電動パワーステアリング装置に適したトル
クセンサを提案するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の操舵輪の操舵力を補助するパワ
ーステアリング装置として電動式のものが開発されてい
る。これは操舵輪に作用したトルクをトルクセンサによ
り検出し、検出したトルクに応じて、操舵機構に設けて
いる電動機を駆動して操舵輪の操舵力を補助する構造と
なっている。

【０００３】図１は、このようなパワーステアリング装
置に用いる従来のトルクセンサの半截断面図である。図
示していない操舵輪が取付けられる入力軸１と、図示し
ていない操舵機構が取付けられる出力軸２とをトーショ
ンバーTBを介して同軸的に連結している。入力軸１に
は、その外周に円筒状の磁性体からなる検出リング３，
４を、軸長方向に適長離隔して外嵌固着しており、出力
軸２には、その外周に円筒状の磁性体からなる検出リン
グ５を外嵌固着してある。

【０００４】検出リング３の左端縁には矩形状の多数の
歯部3a,3a を周方向に等ピッチで形成している。検出リ
ング４の右端縁は入力軸１の軸心に直交する平面となっ
ており、左端縁には矩形状の多数の歯部4a,4a を周方向
に等ピッチで形成している。検出リング５の右端縁には
検出リング４と対応する矩形状の多数の歯部5a,5a を周
方向に等ピッチで形成している。検出リング３と４とが
対向している位置の外周面側には、内フランジを設けた
磁性体の筒体６が配設されており、この筒体６内には、
その内周面に沿って巻回した温度補償コイルＬ₁ が巻装
されている。また、検出リング４と５とが対向している
位置の外周面側には、内フランジを設けた磁性体の筒体
７が配設されており、この筒体７内には、その内周面に
沿って巻回したトルク検出コイルＬ₂ が巻装されてい
る。

【０００５】温度補償コイルＬ₁ 及びトルク検出コイル
Ｌ₂ には図示しない発振回路の発振電圧が与えられるよ
うになっており、発振電圧を与えると筒体６は検出リン
グ３，４と、筒体７は検出リング４，５と夫々磁気回路
を形成する。そして温度補償コイルＬ₁ 及びトルク検出
コイルＬ₂ のインピーダンスは、夫々の磁気回路の状態
に応じたものとなり、そのインピーダンスに応じた交流
電圧出力が得られる。

【０００６】したがって、入力軸１を回転させた場合
は、トーションバーTBが捩じれてトーションバーTBに回
転トルクが作用するとともに、検出リング４の歯部4a,4
a と、検出リング５の歯部5a,5a との対向面積が変化す
る。そうするとトルク検出コイルＬ₂ のインピーダンス
が変化して、トルク検出コイルＬ₂ の交流電圧出力は作
用したトルクに応じたものとなる。一方、検出リング３
と４との間には捩れが生じないため、温度補償コイルＬ
₁ のインピーダンスは変化せず、温度補償コイルＬ₁ の
交流電圧出力は変化しない。

【０００７】一方、周囲温度が変化すると、その周囲温
度に応じて温度補償コイルＬ₁ 及びトルク検出コイルＬ
₂ のインピーダンスが変化し、温度補償コイルＬ₁ 及び
トルク検出コイルＬ₂ の交流電圧出力が変化する。その
ため、温度補償コイルＬ₁ の交流電圧出力とトルク検出
コイルＬ₂ の交流電圧出力との差を求めることにより、
周囲温度による交流電圧出力の変化分を相殺して、周囲
温度の影響をうけずにトルクを検出できるようにしてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のト
ルクセンサは、周囲温度の影響をうけないように温度補
償コイル及びトルク検出コイルを夫々設ける必要があ
る。そのため、トルクセンサの大型化が避けられず、ま
た、その重量が重くなるという問題がある。本発明は斯
かる問題に鑑み、温度補償コイルを使用せずに、周囲温
度の影響がなくトルクを検出できるトルクセンサを提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るトルクセン
サは、発振回路が出力する、直流電圧を含んだ交流電圧
をトルク検出コイルに与え、該トルク検出コイルのイン
ピーダンスに応じた交流電圧出力に基づいてトルクを検
出すべく構成しているトルクセンサにおいて、前記トル
ク検出コイルの交流電圧出力に含まれたトルク検出コイ
ルの直流抵抗に応じた直流電圧を検出する検出回路と、
トルク検出コイルの前記交流電圧出力を検波する検波回
路と、前記検出回路の出力電圧と前記検波回路の出力電
圧とを差動増幅する差動増幅回路とを備え、該差動増幅
回路の出力電圧によりトルクを検出すべく構成してある
ことを特徴とする。

【００１０】

【作用】直流電圧を含んだ交流電圧をトルク検出コイル
に与えると周囲温度及び検出すべきトルクに応じてトル
ク検出コイルのインピーダンスが変化し、その変化に応
じて交流電圧出力が変化する。また周囲温度に応じてト
ルク検出コイルの直流抵抗が変化し、その変化に応じて
直流電圧出力が変化する。トルク検出コイルの周囲温度
変化に応じた交流電圧出力の変化量と同レベルまで、交
流電圧出力に含まれた直流電圧を増幅すると、周囲温度
に応じた交流電圧変化と、周囲温度に応じた直流電圧変
化とが等しくなる。直流電圧を検出する検出回路の出力
電圧と、交流電圧出力を検波する検波回路の出力電圧と
を差動増幅すると、周囲温度に応じた電圧変化分が相殺
されて、トルクに応じた出力電圧のみが得られる。これ
により周囲温度の影響をうけずにトルクを検出できる。

【００１１】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面により詳
述する。図２は本発明に係るトルクセンサの要部構成を
示す半截断面図である。図示していない操舵輪が取付け
られる入力軸１と、図示していない操舵機構が取付けら
れる出力軸２とをトーションバーTBを介して同軸的に連
結している。入力軸１には、その外周に円筒状の磁性体
からなる検出リング４を外嵌固着しており、出力軸２に
は、その外周に円筒状の磁性体からなる検出リング５を
外嵌固着してある。検出リング４の左端縁には矩形状の
多数の歯部4a,4a を周方向に等ピッチで形成している。
検出リング５の右端縁には検出リング４と対応する矩形
状の多数の歯部5a,5a を周方向に等ピッチで形成してい
る。検出リング４と５とが対向している位置の外周面側
には内フランジを設けた磁性体の筒体７が配設されてお
り、この筒体７内にはその周方向に沿って巻回したトル
ク検出コイルＬ₂ が巻装されている。

【００１２】トルク検出コイルＬ₂ には図示しない発振
回路の発振電圧が与えられるようになっており、発振電
圧を与えると筒体７は検出リング４，５と磁気回路を構
成する。そしてトルク検出コイルＬ₂ のインピーダンス
は磁気回路の状態に応じたものとなり、そのインピーダ
ンスに応じた交流電圧出力が得られる。したがって、入
力軸１を回転させた場合は、トーションバーTBが捩じれ
てトーションバーTBに回転トルクが作用するとともに検
出リング４の歯部4a,4a と、検出リング５の歯部5a,5a
との対向面積が変化する。そうするとトルク検出コイル
Ｌ₂ のインピーダンスが変化して、トルク検出コイルＬ
₂ の交流電圧出力が、作用したトルクに応じて変化する
ようになっている。

【００１３】図３は本発明に係るトルクセンサの要部回
路の構成を示すブロック図である。高周波発振をする発
振回路10の直流電圧を含んだ発振電圧たる交流電圧は、
分圧用抵抗11とトルク検出コイル12との直列回路の両端
に与えられる。トルク検出コイル12の直流電圧を含んだ
交流電圧はローパスフィルタ13及びクランプ回路15に与
えられる。ローパスフィルタ13の出力電圧は増幅回路14
へ入力され、その出力電圧は差動増幅回路17の一方の入
力端子へ与えられる。

【００１４】クランプ回路15の出力電圧はピーク検出回
路16へ入力され、その出力電圧は差動増幅回路17の他方
の入力端子へ与えられる。差動増幅回路17から、その出
力電圧たるトルク信号が出力される。なお、クランプ回
路15とピーク検出回路16とにより、検波回路を構成して
いる。

【００１５】次にこのように構成したトルクセンサの動
作を、各部の電圧波形を示す図４から図９までの各図と
ともに説明する。いま、発振回路10を発振動作させる
と、図４に示すように直流電圧Ｖ_D を基準にして変化す
る発振電圧たる交流電圧Ｖ_A が出力されて、抵抗11とト
ルク検出コイル12との直列回路の両端間に加わり、抵抗
11とトルク検出コイル12のインピーダンスとにより分圧
される。そしてトルク検出コイル12には、周囲温度及び
検出すべきトルクに関連するインピーダンスに応じた図
５に示す交流電圧Ｖ_A ′が発生し、その直流抵抗に応じ
た周囲温度にのみ関連する直流電圧Ｖ_D ′が発生する。
トルク検出コイル12の直流電圧Ｖ_D ′はローパスフィル
タ13を通り図６に示す直流電圧Ｖ_D ′が増幅回路14へ入
力される。

【００１６】一方、トルク検出コイル12の交流電圧
Ｖ_A ′はクランプ回路15へ入力されて、図７に示すよう
に交流電圧Ｖ_A ′の負の最大値が０Ｖ以下にならないよ
うにクランプする。クランプした交流電圧Ｖ_A ″をピー
ク検出回路16へ入力し、交流電圧Ｖ_A ″のピーク値Ｖ_AP
を図８に示すように検出する。そしてピーク検出回路16
により保持したピーク値Ｖ_APと同レベルになるように増
幅回路14にオフセット電圧を与えて、ローパスフィルタ
13からの直流電圧Ｖ_D ′ (図６参照) を増幅する。それ
により増幅回路14の出力電圧たる直流電圧Ｖ_D ″のレベ
ルは図９に示す如く図８に示すピーク値Ｖ_APと同レベル
になる。

【００１７】そして、増幅回路14から周囲温度に応じた
直流電圧がピーク検出回路16から周囲温度及びトルクに
応じた交流電圧が夫々得られることになる。この増幅回
路14の出力電圧Ｖ_D ″たる直流電圧と、ピーク検出回路
16の出力電圧Ｖ_APたる直流電圧とが差動増幅回路17へ入
力されて差動増幅され、周囲温度に応じた電圧変化分が
相殺されて温度補償され、差動増幅回路17からトルクに
応じた出力電圧のみが得られて、周囲温度の影響をうけ
ずにトルクを検出できることになる。

【００１８】図10はトルクセンサの回路部の取付構造を
示す断面図である。トルクに応じた磁気回路の状態が得
られる磁気回路部とともに、トルク検出コイルを収納す
る図示しない検出器ケースの外周側には、外形が例えば
正方形であって適宜の高さを有し、開口断面が正方形を
した深さが浅い端子配設穴20a を形成している端子箱部
20を検出器ケースと一体的に取付けている。端子箱部20
の開口端面には、端子箱部20の外形と同形状の正方形を
した金属製のプレート21をパッキング22a を介して配設
しており、端子箱部20の開口部を水密に覆っている。

【００１９】プレート21の外面側には、プレート21の外
形と同寸法の正方形をした有底角筒状のカバー23を、パ
ッキング22b を介してプレート21の中央に位置させて水
密に取付けている。このカバー23の中央部には、後述す
るコードを水密に挿通するゴムブッシュ24を水密に取付
けている。プレート21の内面側には、弾発力を有する例
えばステンレススチール薄板またはバネ板材等の金属板
からなる接地板25が配設されており、接地板25とプレー
ト21とを貫通させて外周面にメッキ層を形成しているコ
ンデンサブッシング端子26,26,26,26 をプレート21に取
付けている。

【００２０】接地板25の端部は外側に向かってく字状に
折曲げられた弾持部25a,25a を形成しており、この弾持
部25a,25a は、その弾発力により端子箱部20の内面に強
固に押圧している。コンデンサブッシング端子26,26,2
6,26 のメッキ層は断面コ字状をした連結金具27と半田
付等により接続され、更にねじ止め等により接地板25と
接続されている。連結金具27の端部には、適宜の制御回
路を形成しているプリント基板28をネジ止めして取付け
ている。プリント基板28の制御回路の所定位置にはコン
デンサブッシング端子26,26,26,26 の中心導体の各一端
部26a,26a,26a,26a が接続されている。コンデンサブッ
シング端子26,26,26,26 の各他端部は、ゴムブッシュ24
を挿通させたケーブル29の各リード29a,29b,29c,29d と
各別に接続されている。プリント基板28に形成されてい
る制御回路の所定位置は、図示しないリードを介して、
端子箱部20を設けてある検出器ケース内の図示しないト
ルク検出コイルと接続されている。

【００２１】このようなトルクセンサの端子箱部のカバ
ー構造によれば、端子箱部20内の防水性のためパッキン
グ22a により端子箱部20とプレート21とが絶縁されてい
るにもかかわらず、接地板25に設けた弾持部25a,25a の
弾発力によって、コンデンサブッシング端子26,26,26,2
6 の外周面に形成したメッキ層を端子箱部20に確実に接
地することができる。

【００２２】本実施例では接地板25の対向する２つの端
面に弾持部25a,25a を形成したが、それらの端面と直交
する他の２つの端面にも同様に弾持部を形成すれば、プ
レート21を端子箱部20に、より確実に接地することがで
きる。またプレート21は正方形状としたが、それは単な
る例示であることは言うまでもなく、円形状であっても
よく、この場合は、接地板25を円形状になして、その周
縁に弾持部を形成すれば、同様の効果が得られる。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、温
度補償コイルを用いず、トルク検出コイルを用いて周囲
温度の影響をうけないトルク信号を得ることができる。
そのため、部品点数を減少させ得、その小型、軽量化が
図れるとともにトルクセンサのコストダウンも図れる等
の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のトルクセンサの要部構成を示す半截断面
図である。

【図２】本発明に係るトルクセンサの要部構成を示す半
裁断面図である。

【図３】本発明に係るトルクセンサの要部回路の構成を
示すブロック図である。

【図４】発振回路が出力する交流電圧の波形図である。

【図５】トルク検出コイルの出力電圧の波形図である。

【図６】ローパスフィルタの出力電圧の波形図である。

【図７】クランプ回路の出力電圧の波形図である。

【図８】ピーク検出回路の出力電圧の波形図である。

【図９】増幅回路の出力電圧の波形図である。

【図１０】トルクセンサの回路部の取付構造を示す断面
図である。

【符号の説明】

10 発振回路 12 トルク検出コイル 13 ローパスフィルタ 14 増幅回路 15 クランプ回路 16 ピーク検出回路 17 差動増幅回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発振回路が出力する、直流電圧を含んだ
   交流電圧をトルク検出コイルに与え、該トルク検出コイ
   ルのインピーダンスに応じた交流電圧出力に基づいてト
   ルクを検出すべく構成しているトルクセンサにおいて、 前記トルク検出コイルの交流電圧出力に含まれたトルク
   検出コイルの直流抵抗に応じた直流電圧を検出する検出
   回路と、トルク検出コイルの前記交流電圧出力を検波す
   る検波回路と、前記検出回路の出力電圧と前記検波回路
   の出力電圧とを差動増幅する差動増幅回路とを備え、該
   差動増幅回路の出力電圧によりトルクを検出すべく構成
   してあることを特徴とするトルクセンサ。