(57)【要約】      （修正有）【課題】トルクセンサの温度補償装置を供する。【解決手段】、一対のコイル１１，１２の各インダクタンス変化に基づいて第１補正電圧Ｕ１と第２補正電圧Ｕ２をそれぞれ出力する別の一対の整流変換回路４３，４４と、第１補正電圧Ｕ１と第２補正電圧Ｕ２を加算して温度補正用電圧Ｖｓを求める加算手段４７と、加算手段４７から出力された温度補正用電圧Ｖｓに基づいて前記トルク検出電圧Ｖｔを補正する補正手段３０とを備え、前記一対のコイル１１，１２にエミッタ端子を接続しコレクタ端子を直流電源に接続したＮＰＮ型トランジスタ５１のベース端子にＰＮＰ型トランジスタ５２のエミッタ端子を直流電源とともに接続し、ＰＮＰ型トランジスタ５２のベース端子に交流電源を接続したトルクセンサの温度補償装置。【選択図】  図２
2004156980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタを介して交流電源に接続されトルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する一対のコイルと、
前記一対のコイルの各インダクタンス変化に基づいて平滑回路を介して出力された第１，第２電圧の互いの電圧差を求めトルク検出電圧として出力するトルク検出手段とを備えたトルクセンサにおいて、
前記一対のコイルの各インダクタンス変化に基づいて第１補正電圧と第２補正電圧をそれぞれ出力する別の一対の整流変換回路と、
前記第１補正電圧と第２補正電圧を加算して温度補正用電圧を求める加算手段と、
前記加算手段から出力された温度補正用電圧に基づいて前記トルク検出電圧を補正する補正手段とを備え、
前記一対のコイルにエミッタ端子を接続しコレクタ端子を直流電源に接続したＮＰＮ型トランジスタのベース端子にＰＮＰ型トランジスタのエミッタ端子を直流電源とともに接続し、
前記ＰＮＰ型トランジスタのベース端子に交流電源を接続したことを特徴とするトルクセンサの温度補償装置。
【請求項２】
前記整流変換回路は交流電圧を平滑する平滑回路であることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサの温度補償装置。
【請求項３】
前記整流変換回路は交流電圧から直流分を抽出するフィルタ回路であることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサの温度補償装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源に接続された一対のコイルのインダクタンス変化に基づいてトルクを検出するトルクセンサにおける温度補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
斯かるトルクセンサは、コイル自体が温度特性を有するとともに、トルクセンサの構成部品例えばコイル保持部のハウジング等の熱膨張などによる温度変位がトルクセンサ検出出力に影響して正確なトルクの検出を妨げている。
【０００３】
そこでトルクセンサにサーミスタ等の温度検出専用の温度センサを取り付けた例（例えば、特許文献１参照）がある。
【０００４】
【特許文献１】
2004156980.tif 000003
【０００５】
特許文献１は、一対のコイルとブリッジ回路を構成する一対の抵抗の一方にサーミスタを挿入して、せめてブリッジ回路の温度変化だけは補償を行っているものである。
【０００６】
同特許文献１の場合、一対のコイルには制御ボードの発振出力端子が接続されて交流電源から交流が供給されるようになっているが、その具体的構造は明らかでない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この交流電源が温度に対して安定していないと、回路上の温度補償を行っても結局高精度のトルクを検出することはできない。
【０００８】
本発明は、斯かる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、交流電源が温度に対して安定した交流電圧を供給して高精度のトルクを検出可能とするトルクセンサの温度補償装置を供する点にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、トランジスタを介して交流電源に接続されトルクに応じて互いに逆方向にインダクタンスが変化する一対のコイルと、前記一対のコイルの各インダクタンス変化に基づいて平滑回路を介して出力された第１，第２電圧の互いの電圧差を求めトルク検出電圧として出力するトルク検出手段とを備えたトルクセンサにおいて、前記一対のコイルの各インダクタンス変化に基づいて第１補正電圧と第２補正電圧をそれぞれ出力する別の一対の整流変換回路と、前記第１補正電圧と第２補正電圧を加算して温度補正用電圧を求める加算手段と、前記加算手段から出力された温度補正用電圧に基づいて前記トルク検出電圧を補正する補正手段とを備え、前記一対のコイルにエミッタ端子を接続しコレクタ端子を直流電源に接続したＮＰＮ型トランジスタのベース端子にＰＮＰ型トランジスタのエミッタ端子を直流電源とともに接続し、前記ＰＮＰ型トランジスタのベース端子に交流電源を接続したトルクセンサの温度補償装置とした。
【００１０】
トルクセンサの一対のコイルの各インダクタンスが温度特性を有しているが、各コイルの誘導起電力に応じた第１電圧と第２電圧の互いの電圧差をトルク検出電圧としているので、各コイルの温度変化は略相殺されてトルク検出電圧に影響を与えない。
【００１１】
トルクセンサの構成部品例えばコイル保持部のハウジング等の熱膨張等による温度変位は、補正手段により温度補正用電圧に基づいてトルク検出電圧を補正することにより補償しようとするが、交流電源が安定しないと温度補正用電圧自体に影響して正確な補正ができない。
【００１２】
そこでＮＰＮ型トランジスタのみの交流電源における電圧の温度特性をＰＮＰ型トランジスタを縦列に組合せることにより温度の影響を受けない安定した電圧を供給できる交流電源とし、トルク検出電圧を正確に補正して高精度のトルクを検出することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のトルクセンサの温度補償装置において、前記整流変換回路は交流電圧を平滑する平滑回路であることを特徴とする。
【００１４】
簡単な平滑回路により交流電圧を平滑した第１，第２補正電圧を容易に求めることができる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のトルクセンサの温度補償装置において、前記整流変換回路は交流電圧から直流分を抽出するフィルタ回路であることを特徴とする。
【００１６】
簡単なフィルタ回路により交流電圧から直流分を抽出した第１，第２補正電圧を容易に求めることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１ないし図６に基づき説明する。
本実施の形態に係るトルクセンサ１は、車両のパワーステアリング装置に適用されたもので、その概略構造を図１に示す。
【００１８】
ハウジング２にベアリング５，６を介して回転自在に軸支され同軸に挿入された入力軸３と出力軸４とが、内部でトーションバー７により連結されている。
円筒状のコア８が出力軸４の大径端部４ａの外周面にセレーション嵌合して出力軸４に対して軸方向にのみ摺動自在に設けられ、入力軸３より突設されたスライダピン９が大径端部４ａの周方向に長尺の長孔を貫通して前記コア８のスパイラル溝８ａに係合している。
【００１９】
ハウジング２の内部に支持された２個のトルク検出用のコイル１１，１２が、軸方向に摺動する円筒状のコア８の外周に空隙を介して設けられている。
該２個のコイル１１，１２は、コア８の軸方向の移動中心に関して互いに反対側に配置されている。
【００２０】
入力軸３に捩じり力が作用すると、トーションバー７を介して出力軸４に回転力が伝達されるが、トーションバー７は弾性変形して入力軸３と出力軸４との間に回転方向の相対的変位が生じる。
この回転方向の相対的変位は、スライダピン９とスパイラル溝８ａとの係合を介してコア８を軸方向に摺動させる。
【００２１】
コア８が軸方向に移動すると、コイル１１，１２のそれぞれコア８を囲む面積が変化し、一方の面積が増すと他方の面積が減る関係にある。
コア８を囲む面積が大きくなると、磁気損失が増えコイルのインダクタンスは減り、逆にコア８を囲む面積が小さくなると、磁気損失が減りコイルのインダクタンスは増す。
【００２２】
したがってコア８がコイル１１側に移動するトルクが作用したときは、コイル１１のインダクタンスＬ１が減少し、コイル１２のインダクタンスＬ２が増加し、逆にコア８がコイル１２側に移動するトルクが作用したときは、コイル１１のインダクタンスＬ１が増加し、コイル１２のインダクタンスＬ２が減少する。
【００２３】
このトルクセンサ１のコイル１１，１２のインダクタンスＬ１，Ｌ２の変化に基づいてトルクを検出する電気的回路を概略構成図として図２に示す。
コイル１１，１２は互いに一端が接続され、その接続端と各他端から信号線が延び、電子コントロールユニットＥＣＵに配設されたトルク検出回路２０の接続端子に接続される。
【００２４】
トルク検出回路２０内では、コイル１１，１２の接続端は接地され、各他端はそれぞれ抵抗１３，１４を介して交流電源回路５０のＮＰＮ型トランジスタ５１のエミッタ端子に接続されている。
【００２５】
交流電源回路５０は、ＮＰＮ型トランジスタ５１にさらにＰＮＰ型トランジスタ５２が縦列に接続された構成をしている。
すなわちＮＰＮ型トランジスタ５１は、コレクタ端子に定電圧が掛かり、ベース端子にコレクタ接地のＰＮＰ型トランジスタ５２のエミッタ端子が抵抗５３を介して接続されている。
【００２６】
ＰＮＰ型トランジスタ５２のエミッタ端子には抵抗５４を介して定電圧が掛かり、ベース端子に交流電圧が入力される。
ＮＰＮ型トランジスタ５１とＰＮＰ型トランジスタ５２とは出力電圧の温度特性が互いに逆向きの性質を有し、温度上昇に対してＰＮＰ型トランジスタ５２の出力電圧が下降傾向にあるのに対してＮＰＮ型トランジスタ５１の出力電圧が上昇傾向にある。
【００２７】
したがってＮＰＮ型トランジスタ５１とＰＮＰ型トランジスタ５２を縦列に接続して使用することにより、最終段出力電圧の温度特性を一定にして交流電源回路５０の温度補償を行うことができる。
【００２８】
かかる交流電源回路５０の出力電圧の掛かる抵抗１３とコイル１１の接続部から延出した電圧信号線１６がコンデンサ２１を介して平滑回路２３に接続され、コイル１２と抵抗１４の接続部から延出した電圧信号線１７がコンデンサ２２を介して平滑回路２４に接続されている。
【００２９】
すなわちコイル１１，１２，抵抗１３，１４によりブリッジ回路が構成され、該ブリッジ回路に発振電圧が入力され、その出力電圧が平滑回路２３，２４に入力され、平滑されて第１，第２電圧Ｖ１，Ｖ２として出力される。
【００３０】
第１，第２電圧Ｖ１，Ｖ２は、それぞれ抵抗２５，２６を介して演算増幅器である差動アンプ２７の反転入力端子，非反転入力端子に入力される。
差動アンプ２７には、抵抗２８により負帰還がかけられて差動増幅器として機能し、その出力は、トルク検出電圧ＶｔとしてＣＰＵ３０に入力される。
なお差動アンプ２７の非反転入力端子には、バイアス電圧Ｖ０が入力される。
【００３１】
したがって差動アンプ２７は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の差を増幅度Ａ倍し、バイアス電圧Ｖ０を加えた電圧をトルク検出電圧Ｖｔとして出力する。
すなわちトルク検出電圧Ｖｔは、
Ｖｔ＝（Ｖ２−Ｖ１）・Ａ＋Ｖ０
である。
【００３２】
なお右操舵トルク（右方向の捩じりトルク）と左操舵トルク（左方向の捩じりトルク）のいずれにも偏しない中立時のトルク検出電圧Ｖｔを中立点電圧と称し、正常時上記バイアス電圧Ｖ０が中立点電圧となる。
【００３３】
本トルクセンサー１は、以上のような概略回路構成をなし、その動作を第１，第２電圧Ｖ１，Ｖ２及びトルク検出電圧Ｖｔの様子を示した図３に基づいて以下説明する。
図３において示された座標は、縦軸を電圧とし、横軸右方向を右操舵トルク、横軸左方向を左操舵トルクとして原点０が中立点である。
【００３４】
図３は、トルクセンサ１が正常に動作したときのもので、右操舵トルクが大きくなると、入力軸３と出力軸４の相対的回転によりコア８がコイル１１側に移動し、コイル１２のインダクタンスＬ２を増加してその誘導起電力を大きくし、逆にコイル１１のインダクタンスＬ１を減少させてその誘導起電力を小さくするので、第２電圧Ｖ２が大きくなり、第１電圧Ｖ１が小さくなる（図３▲１▼参照）。
【００３５】
また左操舵トルクが大きくなる場合は、上記とは逆に第２電圧Ｖ２が小さくなり、第１電圧Ｖ１が大きくなる（図３▲１▼参照）。
したがって両者の差をＡ倍してバイアス電圧を加えた差動アンプ２７の出力であるトルク検出電圧Ｖｔは、図３▲２▼に示すように中立点でバイアス電圧Ｖ０を通る右上がりの傾斜線となる。
【００３６】
この図３▲２▼のグラフに示すトルク検出電圧Ｖｔの傾斜線に基づいてトルク検出電圧Ｖｔから左右への操舵トルクを検出できる。
【００３７】
ＣＰＵ３０は、トルク検出電圧Ｖｔに基づきモータ制御の指示信号をモータドライバ３１に出力し、モータドライバ３１によりステアリングを補助するモータ３２が駆動される。
したがってステアリング操作において操舵トルクに応じたモータ３２の補助が得られる。
【００３８】
以上のようなパワーステアリングの制御機構において、トルクセンサ１の温度による影響は避けられない。
第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の互いの電圧差からトルク検出電圧Ｖｔを求めているので、各コイル１１，１２自体の温度変化は互いに相殺されてトルク検出電圧Ｖｔに殆ど影響を与えないが、トルクセンサ１のコア８やスライダピン９等の構造部品やハウジング２の熱膨張による歪みは第１，第２電圧Ｖ１，Ｖ２にそれぞれ別個に影響し、よってトルク検出電圧Ｖｔが変動して正確なトルクが得られない。
【００３９】
そこで本トルクセンサ１には、温度補償回路４０が付設されている。
図２に示すように電圧信号線１６，１７から分岐した電圧信号線４１，４２がそれぞれ平滑回路４３，４４に接続され、各平滑回路４３，４４がそれぞれ抵抗４５，４６を介して互いが接続され、その接続点が演算増幅器である加算器４７の非反転入力端子に接続されている。
【００４０】
加算器４７の反転入力端子は抵抗４８を介して出力端子と接続されるとともに抵抗４９を介して接地されて、加算器４７は入力電圧である第１，第２補正電圧Ｕ１，Ｕ２の和Ｕ１＋Ｕ２を温度補正用電圧ＶｓとしてＣＰＵ３０に出力する。
【００４１】
温度補償回路４０の第１，第２補正電圧Ｕ１，Ｕ２の和Ｕ１＋Ｕ２である温度補正用電圧Ｖｓは、温度が一定ならば操舵トルクに対して関係なく略一定値を示す。
【００４２】
この加算器４７の出力である温度補正用電圧Ｖｓは温度により変化する。
左右の操舵が中立状態にあるときの温度補正用電圧Ｖｓの温度特性が、例えば図４に示すようであったとする。
【００４３】
ただしこの温度補正用電圧Ｖｓの温度特性は交流電源電圧の出力値が一定値に安定しているときに決まる特性であって、交流電源電圧自体が温度により変化すると図４の温度特性曲線が上下することになり、温度補正用電圧Ｖｓから温度を正確に検出し対応させることができないが、本交流電源回路５０は、前記したようにＮＰＮ型トランジスタ５１とＰＮＰ型トランジスタ５２を縦列に接続して使用することにより、最終段出力電圧の温度特性を略一定値に保つようにしているので、温度補償回路４０で検出される温度補正用電圧Ｖｓの温度特性に基づいて正確な温度を得ることができるようにしている。
【００４４】
一方トルク検出電圧Ｖｔについても左右の操舵が中立状態でのトルク検出電圧Ｖｔ０の温度特性が、例えば図５に示すようであったとする。
トルク検出電圧Ｖｔの中立状態での正常な電圧はバイアス電圧Ｖ０で一定値であるが、トルクセンサ構成部材等の温度による影響でずれが生じ傾斜した温度特性曲線（略直線）を示している。
【００４５】
図５においてある温度におけるトルク検出電圧Ｖｔ０とバイアス電圧Ｖ０との電圧差ΔＶ（＝Ｖｔ０−Ｖ０）がその温度における温度補正値である。
【００４６】
したがって図４の温度特性により温度補正用電圧Ｖｓから温度ｔを検出し、同検出温度ｔから図５の温度特性曲線により温度補正値ΔＶを導出することができるが、本実施の形態では、予め温度を変化させて温度補正用電圧Ｖｓと温度補正値ΔＶとの対応関係を直接測定してメモリー３３に記録しておく。
【００４７】
図６に予め測定してメモリー３３に記録した温度補正用電圧Ｖｓと温度補正値ΔＶとの対応関係を示す。
この対応関係に照合して温度補正用電圧Ｖｓから対応する温度補正値ΔＶが直接抽出される。
【００４８】
実際にトルク検出回路２０により検出されたトルク検出電圧Ｖｔを、この温度補正値ΔＶを加算してＶｔ＋ΔＶに補正する。
この補正トルク検出電圧Ｖｔ＋ΔＶから図３▲２▼に基づき実際の操舵トルクが検出される。
【００４９】
したがって温度補償回路４０から検出された温度補正用電圧ＶｓがＣＰＵ３０に入力されると、ＣＰＵ３０は、メモリー３３に記録された温度補正用電圧Ｖｓと温度補正値ΔＶとの対応関係に照合して対応する温度補正値ΔＶを抽出し、同温度補正値ΔＶにより別途入力されているトルク検出電圧Ｖｔを補正してコイル自身の温度変化以外の他の構成部品に依存する温度変化および交流電源回路５０の温度変化に影響されない正確な操舵トルクを検出し、モータ３２の駆動に供することができる。
【００５０】
本実施の形態におけるトルクサンサ１の温度補償装置は以上のように構成され、温度補償回路４０は、電子コントロールユニットＥＣＵなどに配設すればよく、トルクセンサに取り付ける必要がない。
【００５１】
そのため特別な基板や保持部品が不要で部品点数を削減してコストの低減を図ることができる。
また温度検出専用のサーミスタ等の温度センサを用いないので、益々低コスト化が図れる。
【００５２】
また温度補正用電圧Ｖｓと温度補正値ΔＶの対応関係だけを記録しておけば、温度補正用電圧Ｖｓの温度特性（図４）やトルク検出電圧Ｖｔ０の温度特性（図５）を測定して記録しておく必要はなく、制御手順も簡略化され誤差も生じ難い。
【００５３】
なお前記メモリー３３に記録された温度補正用電圧Ｖｓと温度補正値ΔＶとの対応関係に基づき演算手段により、温度補償回路４０から検出された温度補正用電圧Ｖｓから温度補正値ΔＶを直接的に算出することもできる。
【００５４】
以上の実施の形態では、温度補正用電圧ＶｓをＣＰＵ３０に入力させていたが、この温度補正用電圧Ｖｓを適当に変更してトルク検出回路２０の差動アンプ２７の非反転入力端子に直接的にバイアス電圧として入力させて温度に関係なく常にトルク検出電圧Ｖｔが操舵トルクに対して一定の関係（図３▲２▼参照）にあるようにしてもよい。
【００５５】
以上の実施の形態における温度補償回路４０では、一対のコイル１１，１２からそれぞれ電圧信号線４１，４２が延びて平滑回路４３，４４に接続されていたが、いずれか一方の平滑回路および電圧信号線を取り除き、他方の平滑回路のみとし、その平滑回路の出力を温度補正電圧Ｖｓとすることも可能である。
【００５６】
その場合、予め温度を変化させて残された平滑回路の温度補正電圧Ｖｓと温度補正値ΔＶとの対応関係を直接測定してメモリー３３に記録しておくことで、この対応関係に照合して温度補正用電圧Ｖｓから対応する温度補正値ΔＶが直接抽出され、この温度補正値ΔＶによりトルク検出電圧Ｖｔを補正し温度補償することができる。
【００５７】
なお温度補償回路４０の加算器４７の非反転入力端子に入力される第１，第２補正電圧Ｕ１，Ｕ２を、トルク検出回路２０の平滑回路２３，２４の出力から入力してもよく（この場合コンデンサ２１，２２は省略）、このようにすることで温度補償回路４０の平滑回路４３，４４を省くことができ、益々部品点数を削減することができる。
【００５８】
また温度補償回路４０において交流電圧を平滑回路４３，４４により平滑にして第１，第２補正電圧Ｕ１，Ｕ２を求めていたが、交流電圧から一対のフィルタ回路により直流分を抽出して第１，第２補正電圧としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るトルクセンサの機械的部分の概略構成図である。
【図２】同トルクセンサの電気的回路の概略構成図である。
【図３】正常時における第１，第２電圧及びトルク検出電圧の状態を示す図である。
【図４】温度検出電圧の温度特性の一例を示す図である。
【図５】中立状態でのトルク検出電圧の温度特性の一例を示す図である。
【図６】予め測定してメモリーに記録した温度補正用電圧Ｖｓと温度補正値ΔＶとの対応関係を示す図である。
【符号の説明】
１…トルクセンサ、２…ハウジング、３…入力軸、４…出力軸、５，６…ベアリング、７…トーションバー、８…コア、９…スライダピン、
１１，１２…コイル、１３，１４…抵抗、１６，１７…電圧信号線、
２０…トルク検出回路、２１，２２…コンデンサ、２３，２４…平滑回路、２５，２６…抵抗、２７…差動アンプ、２８…抵抗、
３０…ＣＰＵ、３１…モータドライバ、３２…モータ、３３…メモリー、
４０…温度補償回路、４１，４２…電圧信号線、４３，４４…平滑回路、４５，４６…抵抗、４７…加算器、４８，４９…抵抗。
５０…交流電源回路、５１…ＮＰＮ型トランジスタ、５２…ＰＮＰ型トランジスタ、５３，５４…抵抗。
【図１】
2004156980.tif 000004
【図２】
2004156980.tif 000005
【図３】
2004156980.tif 000006
【図４】
2004156980.tif 000007
【図５】
2004156980.tif 000008
【図６】
2004156980.tif 000009