(57)【要約】【課題】検出精度を保ちつつ、部品点数を削減して低コスト化を図ることができるトルク検出装置を提供する。【解決手段】第１の端部が入力軸３に係合され、第２の端部が出力軸４に係合されたトーションバー２の入力側及び出力側のそれぞれにレゾルバ５、６が配設されており、このレゾルバ５、６により検出される前記入力軸３と出力軸４の各回転角度の差に基づいてトルクを検出するトルク検出装置１。入力側のレゾルバ５の回転トランスと出力側のレゾルバ６の回転トランスとを共通化して１つの磁気回路を形成するように構成されている。  【選択図】      図１
2008267856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端部が入力軸に係合され、第２の端部が出力軸に係合されたトーションバーの入力側及び出力側のそれぞれにレゾルバが配設されており、このレゾルバにより検出される前記入力軸と出力軸の各回転角度の差に基づいてトルクを検出するトルク検出装置であって、
入力側のレゾルバの回転トランスと出力側のレゾルバの回転トランスとを共通化して１つの磁気回路を形成するように構成したことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
前記共通化された回転トランスが、前記トーションバーの径方向外方に配設された固定部材の内周面に固設された励磁コイル部と、この励磁コイル部と対向して配設され、前記入力軸の外周面及び出力軸の外周面にそれぞれ設けられた一対の出力コイル部とからなる請求項１に記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はトルク検出装置に関する。さらに詳しくは、入力軸と出力軸とに係合されたトーションバーのねじれ角をレゾルバで検出し、このねじれ角からトルクを検出するトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の電動式パワーステアリング装置では、舵取り時の運転者の労力を軽減するために、運転者によりステアリングホイール等の操舵部材が回転操作されると、当該操舵部材に負荷される操舵トルクに応じて、操舵力補助用の電動モータの出力回転が制御される。そして、前記操舵トルクを検出する装置として、トーションバーの入力側と出力側とに一対のレゾルバが設けられたトルク検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、従来技術として、図３に示される構造のトルク検出装置３１が記載されている。このトルク検出装置３１は、トーションバー３２の第１の端部３２ａに係合された入力軸３３と、トーションバー３２の第２の端部３２ｂに係合された出力軸３４との各回転角の差に基づいてトルクを検出ものであり、トーションバー３２の入力側に配設された第１のレゾルバ（入力側レゾルバ）３５と、トーションバー３２の出力側に配設された第２のレゾルバ（出力側レゾルバ）３６とを備えている。
【０００４】
前記トーションバー３２の径方向外方には固定部材であるハウジング３７が、当該トーションバー３２の周囲を囲むように配設されている。前記ハウジング３７の内周面には、環状の第１ヨーク３８が固設されており、この第１ヨーク３８内に第１コイル３９が設けられている。また、入力軸３３の外周面には、第１ヨーク３８と対向する環状の第２ヨーク４０が固設されており、この第２ヨーク４０内に第２コイル４１が設けられている。そして、前記第１ヨーク３８及び第１コイル３９と、第２ヨーク４０及び第２コイル４１とで、第１磁気回路５０が構成されている。
【０００５】
また、前記第２ヨーク４０よりも出力軸３４側の入力軸３３外周面には、第３ヨーク４２が固設されており、この第３ヨーク４２の周囲には第３コイル４３が巻回されている。この第３コイル４３は、前記第２コイル４１と接続されている。一方、前記ハウジング３７の内周面には、前記第３ヨーク４２及び第３コイル４３と対向する第４ヨーク４４及び第４コイル４５が配設されている。この第４コイル４５は、位相を９０°ずらした２種類のコイルからなっている。以上の構成要素によって、入力側の第１のレゾルバ３５が構成されている。なお、図３において、４６及び４７は、それぞれ第１コイル３９に接続されたリード線及び第４コイル４５に接続されたリード線を示しており、いずれもハウジング３７の外方に引き出されている。
【０００６】
トーションバー３２の出力側に配設される前記第２のレゾルバ３６も、第１のレゾルバ３５と同様に４つのヨークと４つのコイルとを備えている。図４は、これら２つのレゾルバ３５、３６の回路図である。
【０００７】
図４に示されるように、特許文献１記載の従来技術では、トーションバー３２の入力側と出力側のそれぞれに磁気回路５０、５１が構成されている。そして、トーションバー３２がねじれている場合、第１コイル３９に交流電圧を加えると、その電圧に応じて第１ヨーク３８及び第２ヨーク４０に磁束が発生するとともに、その磁束密度に応じて、第２コイル４１に電圧が誘起される。この第２コイル４１は、第３コイル４３に接続されているので、この第３コイル４３にも交流電圧が発生する。そして、前記第３コイル４３に発生した交流電圧によって、第４コイル４５に交流電圧が誘起される。ここに、第４コイル４５は、９０°位相がずれた２種類のコイルからなっているので、その発生電圧も９０°位相がずれたものになる。この第４コイル４５の交流電圧が、リード線４７からハウジング３７外に取り出される。
【０００８】
そして、９０°位相がずれた２つの出力電圧から入力軸３３の回転角θ１を求めることができ、また、同様にして第２のレゾルバ３６の出力電圧から出力軸３４の回転角θ２を求めることができる。この回転角θ１と回転角θ１の差（θ１−θ２）にトーションバー３２の剛性ないしはバネ定数（Ｎ・ｍ／ｄｅｇ）を乗ずることで、トルク値（Ｎ／ｍ）を求めることができる。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１７０３５７号公報（図５〜８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述した回転トランスを有するタイプ（ブラシレスタイプ）のレゾルバを備えたトルク検出装置は、トーションバーのねじれ角を高精度に検出することができることから、１´（１分）程度の精度が要求される自動車用の電動式パワーステアリング装置に適したものであるが、多数のヨークとコイルが必要であることから、部品点数が多くなり、コストアップの要因となっていた。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、検出精度を保ちつつ、部品点数を削減して低コスト化を図ることができるトルク検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のトルク検出装置は、第１の端部が入力軸に係合され、第２の端部が出力軸に係合されたトーションバーの入力側及び出力側のそれぞれにレゾルバが配設されており、このレゾルバにより検出される前記入力軸と出力軸の各回転角度の差に基づいてトルクを検出するトルク検出装置であって、
入力側のレゾルバの回転トランスと出力側のレゾルバの回転トランスとを共通化して１つの磁気回路を形成するように構成したことを特徴としている。
【００１３】
本発明のトルク検出装置では、入力側のレゾルバの回転トランスと出力側のレゾルバの回転トランスとを共通化して１つの磁気回路を形成しているので、励磁のためのコイル１個と、磁気ヨーク１セット分の部品を削減することができ、その分のコストダウンを図ることができる。また、部品点数を減らした分、装置の組立工数を減らすことができ、さらにコストダウンを図ることができる。一方、後述するように、入力軸又は出力軸の各回転角を求めるに際し、回転トランス部の特性を表す変圧比は式上で相殺され、当該回転トランス部は装置の精度には無関係であることから、入力側のレゾルバの回転トランスと出力側のレゾルバの回転トランスとを共通化しても各レゾルバの角度検出精度（トルク検出精度）が低下することはない。
【００１４】
前記共通化された回転トランスを、前記トーションバーの径方向外方に配設された固定部材の内周面に固設された励磁コイル部と、この励磁コイル部と対向して配設され、前記入力側の外周面及び出力軸の外周面にそれぞれ設けられた一対の出力コイル部とで構成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のトルク検出装置によれば、検出精度を保ちつつ、部品点数を削減して低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明のトルク検出装置の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係るトルク検出装置１の部分断面説明図である。このトルク検出装置１は、自動車用の電動式パワーステアリング装置に用いられ、上端にステアリングホイール等の操舵部材（図示せず）が固定された入力軸３と、車輪側の出力軸４とがトーションバー２を介して同一軸線上で互いに連結されている。
【００１７】
トーションバー２の径方向外方には固定部材であるハウジング７が、当該トーションバー２の周囲を囲むように配設されている。前記ハウジング７の内周面であって、トーションバー２の入力側端部（第１の端部）付近に対応する箇所には、環状の第１ヨーク８が固設されており、この第１ヨーク８の周囲には位相を９０°ずらした２種類のコイルからなる第１コイル９が設けられている。また、入力軸３の外周面には、第１ヨーク８と対向する環状の第２ヨーク１０が固設されており、この第２ヨーク１０の周囲には第２コイル１１が設けられている。
【００１８】
また、前記ハウジング７の内周面であって、トーションバー２の出力側端部（第２の端部）付近に対応する箇所には、環状の第３ヨーク１２が固設されており、この第３ヨーク１２の周囲には位相を９０°ずらした２種類のコイルからなる第３コイル１３が設けられている。また、出力軸４の外周面には、第３ヨーク１２と対向する環状の第４ヨーク１４が固設されており、この第４ヨーク１４の周囲には第４コイル１５が設けられている。
【００１９】
前記第１ヨーク８と第３ヨーク１２との間のハウジング７内周面には、環状の第５ヨーク１６が固設されており、この第５ヨーク１６内の第５コイル１７が設けられている。また、前記入力側３の外周面及び出力軸４の外周面には、第５ヨーク１６に対向して、それぞれ第６ヨーク１８及び第７ヨーク２０が固設されている。そして、第６ヨーク１８及び第７ヨーク２０内には、それぞれ第６コイル１９及び第７コイル２１が設けられている。第６コイル１９は、前記第２コイル１１と接続されており、一方、第７コイル２１は、前記第４コイル１５と接続されている。
【００２０】
図１において、２２〜２４は、それぞれ第１コイル９に接続されたリード線、第３コイル１３に接続されたリード線、及び第５コイル１７に接続されたリード線を示しており、いずれもハウジング７の外方に引き出されて、図示しない制御部に接続されている。
【００２１】
本実施の形態では、第５〜７ヨーク及び第５〜７コイルにより回転トランス部が構成されており、第５コイル１７が共通の励磁コイルとして機能し、第６コイル１９及び第７コイル２１が入力軸側用及び出力軸側用の各出力コイルとして機能する。そして、第５ヨーク１６、第６ヨーク１８及び第７ヨーク２０によって、入力側のレゾルバ５と出力側のレゾルバ６に共通の磁気回路３０が構成される。また、第１〜２ヨーク及び第１〜２コイルにより入力軸側の角度検出部が構成され、第３〜４ヨーク及び第３〜４コイルにより出力軸側の角度検出部が構成されている。図２は、入力側のレゾルバ５及び出力側のレゾルバ６の回路図である。
【００２２】
操舵部材が操作されてトーションバー２がねじれている場合、励磁コイルである第５コイル１７に交流電圧を加えると、その電圧に応じて第５ヨーク１６、第６ヨーク１８及び第７ヨーク２０に磁束が発生するとともに、その磁束密度に応じて、第６コイル１９及び第７コイル２１に電圧が誘起される。
【００２３】
前記第６コイル１９は、第２コイル１１に接続されているので、この第２コイル１１にも交流電圧が発生する。そして、前記第２コイル１１に発生した交流電圧によって、第１コイル９に交流電圧が誘起される。ここに、第１コイル９は、９０°位相がずれた２種類のコイルからなっているので、その発生電圧も９０°位相がずれたものになる。この第１コイル９の交流電圧が、リード線２２からハウジング７外に取り出される。
【００２４】
同様にして、前記第７コイル２１は、第４コイル１５に接続されているので、この第４コイル１５にも交流電圧が発生する。そして、前記第４コイル１５に発生した交流電圧によって、第３コイル１３に交流電圧が誘起される。ここに、第３コイル１３は、９０°位相がずれた２種類のコイルからなっているので、その発生電圧も９０°位相がずれたものになる。この第３コイル１３の交流電圧が、リード線２３からハウジング７外に取り出される。
【００２５】
そして、９０°位相がずれた２つの出力電圧から入力軸３の回転角θ１を求めることができ、また、同様にして出力軸側のレゾルバ６の出力電圧から出力軸４の回転角θ２を求めることができる。この回転角θ１と回転角θ１の差（θ１−θ２）にトーションバー２の剛性ないしはバネ定数（Ｎ・ｍ／ｄｅｇ）を乗ずることで、トルク値（Ｎ／ｍ）を求めることができる。
【００２６】
ところで、回転トランス部は、外部から入力される交流信号を角度検出部に伝達する機能を有するだけであり、レゾルバとしては変圧比なる特性値に関与するものの、角度検出精度には無関係である。すなわち、励磁をｓｉｎωｔ、変圧比をｋとすると、出力電圧Ｖ及び回転角θは、
Ｖｓｉｎ（ｔ）＝ｋ・ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ        ・・・・（１）
Ｖｃｏｓ（ｔ）＝ｋ・ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ        ・・・・（２）
で示され、式（１）及び（２）より、回転角θは、
θ＝Ａｔａｎ−１（Ｖｓｉｎ（ｔ）／Ｖｃｏｓ（ｔ））      ・・・・（３）
で表すことができる。
【００２７】
式（３）より明らかなように、回転角を算出する式において変圧比ｋは相殺され、回転トランス部は角度検出精度には無関係である。したがって、本実施の形態のように、励磁コイル部を１つにし、磁気回路を共通にした場合でも、磁気回路を入力側レゾルバと出力側レゾルバのそれぞれに設けた従来の装置に比べて、角度検出精度が低下することはない。
【００２８】
本実施の形態に係るトルク検出装置では、入力側のレゾルバの回転トランスと出力側のレゾルバの回転トランスとを共通化して１つの磁気回路を形成しているので、励磁のためのコイル１個と、磁気ヨーク１セット分の部品を削減することができ、その分のコストダウンを図ることができる。また、部品点数を減らした分、装置の組立工数を減らすことができ、さらにコストダウンを図ることができる。
また、磁路として不要であることから、回転トランスの出力コイルの磁気ヨークの一部２５も不要となり、この分のコストも削減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のトルク検出装置の一実施の形態の部分断面説明図である。
【図２】図１に示されるトルク検出装置におけるレゾルバの回路図である。
【図３】従来のトルク検出装置の部分断面説明図である。
【図４】図３に示されるトルク検出装置におけるレゾルバの回路図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      トルク検出装置
２      トーションバー
３      入力軸
４      出力軸
５      レゾルバ（入力側）
６      レゾルバ（出力側）
７      ハウジング
８      第１ヨーク
９      第１コイル
１０      第２ヨーク
１１      第２コイル
１２      第３ヨーク
１３      第３コイル
１４      第４ヨーク
１５      第４コイル
１６      第５ヨーク
１７      第５コイル
１８      第６ヨーク
１９      第６コイル
２０      第７ヨーク
２１      第７コイル
【図１】
2008267856.tif 000003
【図２】
2008267856.tif 000004
【図３】
2008267856.tif 000005
【図４】
2008267856.tif 000006