(57)【要約】【課題】簡単な構造でトルクセンサの構造上の温度補償も可能としたトルクセンサの温度補償装置を安価に供する。【解決手段】交流電源にトランジスタを介装した交流電源回路５０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１１，１２と、一対のコイル１１，１２の各インダクタンス変化に基づいて平滑回路２３，２４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２０とを備えたトルクセンサにおいて、前記交流電源回路５０のトランジスタ５２の端子間電圧を温度補正用電圧として抽出する補正用電圧抽出手段４０と、補正用電圧抽出手段４０が抽出した温度補正用電圧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３１とを備えたトルクセンサの温度補償装置。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源にトランジスタを介装した交流電源回路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、
前記交流電源回路のトランジスタの端子間電圧を温度補正用電圧として抽出する補正用電圧抽出手段と、
前記補正用電圧抽出手段が抽出し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】
前記交流電源回路は、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回路とし、
前記補正用電圧抽出手段は、前記ＰＮＰ型トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧を温度補正用電圧として抽出す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】
特開２００２−１４８１２８号公報（段落［００２４］）
【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】
【発明が解決しようとする課題】
したがってトルクセンサにおける構造上の温度による影響は避けられない。
すなわちトルクセンサの構造部品やハウジングの熱膨張による歪みはトルク検出電圧に影響する。
【０００７】
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、簡単な構造でトルクセンサの構造上の温度補償も可能としたトルクセンサの温度補償装置を安価に供する点にある。
【０００８】
【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、交流電源にトランジスタを介装した交流電源回路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、前記交流電源回路のトランジスタの端子間電圧を温度補正用電圧として抽出する補正用電圧抽出手段と、前記補正用電圧抽出手段が抽出し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たトルクセンサの温度補償装置とした。
【０００９】
トランジスタは、そのベース・エミッタ間電圧が温度特性を有しているので、交流電源回路のトランジスタから補正用電圧抽出手段が温度補正用電圧を抽出し、補正手段が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で、トルクセンサの構造上の温度補償を実行することができる。
【００１０】
交流電源回路に既存のトランジスタを利用して温度補正用電圧を抽出しているので、別途温度センサや温度検出回路を必要とせず構造を簡素化し、コストの低減を図ることができる。
【００１１】
なお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。
【００１２】
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、前記交流電源回路は、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回路とし、前記補正用電圧抽出手段は、前記ＰＮＰ型トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧を温度補正用電圧として抽出することを特徴とする。
【００１３】
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、トルク検出電圧をより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。
なおトランジスタのベース・エミッタ間電圧の温度特性はコレクタ・エミッタ間電圧にも表われる。
【００１４】
【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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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源５５の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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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としてモータ制御回路３０のＣＰＵ３１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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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）。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
モータ制御回路３０において、ＣＰＵ３１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３２に出力し、モータドライバ３２によりステアリングを補助するモータ３４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３４の補助が得られる。
【００３５】
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。
【００３６】
そこで本トルクセンサ１には、補正用電圧抽出回路４０を備えて、温度補正用電圧Ｖｓを抽出してトルク検出電圧Ｖｔを温度補正用電圧Ｖｓに基づいて補正するようにしている。
【００３７】
補正用電圧抽出回路４０は、図２に示すように交流電源回路５０のＰＮＰ型トランジスタ５２のエミッタ端子から延出した電圧信号線４１に抵抗４２の一端を接続し、他端に一端を接地されたコンデンサ４３が接続された温度補正用電圧Ｖｓを抽出する極めて簡単な回路であり、抵抗４２とコンデンサ４３の接続点から出力線４４が延び、モータ制御回路３０のＣＰＵ３１に接続され、抽出した温度補正用電圧ＶｓをＣＰＵ３１に出力するように構成されている。
【００３８】
温度補正用電圧Ｖｓは、ＰＮＰ型トランジスタ５２のコレクタ・エミッタ間電圧に相当し、ベース端子に一定の入力電圧Ｖｉｎが入力され、ベース・エミッタ間電圧をＶｂｅとすると、Ｖｓ＝Ｖｂｅ＋Ｖｉｎとなり、温度補正用電圧Ｖｓは温度特性を有するベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅに一定の入力電圧Ｖｉｎが加算されるので、温度補正用電圧Ｖｓ自体に温度特性が現われる。
【００３９】
一般にベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅは、数ｍＶ／℃の温度係数を有するので、温度補正用電圧Ｖｓの出力温度特性を表示すると、図４に示すような特性を示す。
すなわち温度ｔ（℃）の増加に伴い、温度補正用電圧Ｖｓ（Ｖ）は低下する右下がりの特性直線を示す。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
したがって補正用電圧抽出回路４０から抽出された温度補正用電圧ＶｓがＣＰＵ３１に入力されると、ＣＰＵ３１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３４の駆動に供することができる。
【００４６】
本実施の形態におけるトルクセンサ１の温度補償装置は以上のように構成され、補正用電圧抽出回路４０は、抵抗４２とコンデンサ４３の極めて簡単な回路であり、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。
【００４７】
交流電源回路５０の既存のトランジスタ５２を利用して温度補正用電圧を抽出しているので、別途サーミスタ等の専用の温度センサや温度検出回路を必要とせず部品点数を大幅に削減し、構造を簡素化し、コストの低減を図ることができる。
【００４８】
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。
【００４９】
なお温度補正用電圧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ＣＰＵ３１で算出することもできる。
【００５０】
以上の実施の形態では、温度補正用電圧ＶｓをＣＰＵ３１に入力させていたが、この温度補正用電圧Ｖｓまたは温度補正値ΔＶ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。
【００５１】
なお交流電源回路５０においてトランジスタ５１，５２を２段縦列に接続していたが、１段のトランジスタを介装した交流電源回路であっても、そのトランジスタから温度補正用電圧を抽出して利用することは可能である。
【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】温度補正用電圧の温度特性を示す図である。
【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…モータ制御回路、３１…ＣＰＵ、３２…モータドライバ、３３…メモリー、３４…モータ、
４０…補正用電圧抽出手段、４１…電圧信号線、４２…抵抗、４３…コンデンサ、４４…出力線、
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、５５…交流電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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