(57)【要約】【課題】トルク測定装置において、耐久性と信頼性を向上させる。【解決手段】トーションバー２１上に設けられたインピーダンス不連続部２２と、このインピーダンス不連続部２２に近接して張設された導電ワイヤ２３と、この導電ワイヤ２３の始点２３ａとインピーダンス不連続部２２との間に電気的な定在波を発生させる定在波発生手段２４と、導電ワイヤ２３の始点２３ａにおける振幅を検出する振幅検出手段２５と、導電ワイヤ２３の始点２３ａからインピーダンス不連続部２２までの距離Ｘ１、Ｘ２を演算する距離演算手段２６とを備え、これらの距離Ｘ１、Ｘ２の差分値からトルクＴを求める。【選択図】　　　　図２
2004085386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物体に加わっているトルクを測定するトルク測定装置において、被測定物体上に設けられたインピーダンス不連続部と、該インピーダンス不連続部に近接して張設された導電ワイヤと、該導電ワイヤの始点と前記インピーダンス不連続部との間に電気的な定在波を発生させる定在波発生手段と、前記導電ワイヤの始点における振幅を検出する振幅検出手段と、前記導電ワイヤの始点から前記インピーダンス不連続部までの距離を演算する距離演算手段とを備えていることを特徴とするトルク測定装置。
【請求項２】
前記インピーダンス不連続部と前記導電ワイヤが被測定物体の軸線方向の異なる２点に設けられ、各導電ワイヤに対して求めた前記導電ワイヤの始点から前記インピーダンス不連続部までの距離の差分値から前記被測定物体に加わっているトルクを測定することを特徴とする請求項１記載のトルク測定装置。
【請求項３】
被測定物体が軸線方向の中間に所定の長さで位置してトルクが加わった際に主として捩れる断面円形の捩れ部と、該捩れ部の両端から軸線方向にそれぞれ延在して前記インピーダンス不連続部と前記導電ワイヤが設けられる所定の半径の被測定部とを有していることを特徴とする請求項２記載のトルク測定装置。
【請求項４】
前記インピーダンス不連続部が導電体であることを特徴とする請求項１記載のトルク測定装置。
【請求項５】
前記インピーダンス不連続部が誘電体であることを特徴とする請求項１記載のトルク測定装置。
【請求項６】
前記インピーダンス不連続部が磁性体であることを特徴とする請求項１記載のトルク測定装置。
【請求項７】
前記インピーダンス不連続部が導電体と磁性体の積層構造体であることを特徴とする請求項１記載のトルク測定装置。
【請求項８】
前記インピーダンス不連続部が直線状とされて被測定物体の軸線と平行に配置され、前記導電ワイヤが輪状とされて被測定物体の軸線と直交する平面内に配置されていることを特徴とする請求項２記載のトルク測定装置。
【請求項９】
前記インピーダンス不連続部が輪状とされて被測定物体の軸線と所定角度で交わる平面内に配置され、前記導電ワイヤが直線状とされて被測定物体の軸線と平行に配置されていることを特徴とする請求項２記載のトルク測定装置。
【請求項１０】
双方の前記インピーダンス不連続部が平行に配置されていることを特徴とする請求項９記載のトルク測定装置。
【請求項１１】
双方の前記インピーダンス不連続部が被測定物体の軸線と直交する線に対称に配置されていることを特徴とする請求項９記載のトルク測定装置。
【請求項１２】
前記インピーダンス不連続部が被測定物体の外面に突起状に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項記載のトルク測定装置。
【請求項１３】
前記導電ワイヤが芯線と外皮線を含む非同軸ケーブルとされ、前記芯線が前記インピーダンス不連続部側に偏心されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のうちのいずれか１項記載のトルク測定装置。
【請求項１４】
前記導電ワイヤがプリント基板から作製されていることを特徴とする請求項１３記載のトルク測定装置。
【請求項１５】
前記外皮線がシールド線として使用されていることを特徴とする請求項１３記載のトルク測定装置。
【請求項１６】
各インピーダンス不連続部に対して前記導電ワイヤの対が設けられ、該導電ワイヤの対の芯線の一端が前記定在波発生手段に接続され、他端同士が短絡され、外皮線が接地されていることを特徴とする請求項１３から請求項１５のうちのいずれか１項記載のトルク測定装置。
【請求項１７】
前記定在波発生手段が周波数可変発振器とされ、前記振幅検出手段によって検出した振幅が常に極小値または極大値となるように発振周波数を制御し、該発振周波数に基づいて前記距離演算手段が前記導電ワイヤの始点から前記インピーダンス不連続部までの距離を求めることを特徴とする請求項１記載のトルク測定装置。
【請求項１８】
前記定在波発生手段の発振周波数を或る範囲で連続的に変化させ、前記振幅検出手段によって検出した振幅が再現する周波数幅から被測定物体に加わっているトルクを測定することを特徴とする請求項１記載のトルク測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車の電子制御パワーステアリング装置に使用可能であり、ハンドルからステアリングコラムに加わっているトルクを測定するトルク測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３２は自動車の電子制御パワーステアリング装置を示す構成図であり、１はハンドル、２はステアリングコラムの入力軸、３は操舵トルク検出装置、４はステアリングコラムの出力軸、５はパワーステアリングギヤボックス、６はステアリングギヤボックス、７はタイロッド、８はタイヤ、９は駆動モータ、１０は回転センサ、１１は車速センサ、１２はコントロールユニットである。
【０００３】
図３３は特許２００３４２６号に開示されている操舵トルク検出装置３を示す断面図である。１３はステアリングコラムの入力軸２と出力軸４の間に設けられたトーションバー、１４は入力軸２に固定されたスリーブ、１５はスリーブ１４に固定されたスリップリング、１５ａはスリップリング１５に設けられた導電金具、１６はスリーブ１４に回転可能に嵌合された取付具、１６ａは導電金具１５ａと摺動可能に取付具１６に設けられた摺動子、１７はトーションバー１３に加わっている操舵トルクを電気信号として取り出すポテンショメータ、１７ａは抵抗体印刷部を有してスリーブ１４に固定されたポテンショメータ本体部、１７ｂは出力軸４と一体に回転可能に設けられたブラシホルダ、１７ｃはブラシホルダ１７ｂに保持されポテンショメータ本体部１７ａに弾性接触されたポテンショメータブラシである。これらのスリップリング１５、取付具１６、およびポテンショメータ１７は事前にスリーブ１４に固定されており、その際にポテンショメータ本体部１７ａとポテンショメータブラシ１７ｃの接触位置や接触圧が調整されている。
【０００４】
次に動作について説明する。
ハンドル１の回転に伴って入力軸２が回転すると、トーションバー１３にトルクが加わり、トーションバー１３が捩れ、ポテンショメータ本体部１７ａが回転する。これにより、抵抗体印刷部とポテンショメータブラシ１７ｃの接触位置が変化し、ポテンショメータ１７の出力電圧が変化する。この出力電圧はスリップリング１５を介してコントロールユニット１２に入力する。同時に、コントロールユニット１２には回転センサ１０の検出信号と車速センサ１１の検出信号が入力する。
【０００５】
コントロールユニット１２は、操舵トルク検出装置３からの検出信号と車速センサ１１からの検出信号とを演算処理し、制御信号を駆動モータ９に出力する。駆動モータ９の出力はパワーステアリングギヤボックス５に入力し、出力軸４の回転を補助する。この間に、駆動モータ９の回転数が回転センサ１０からコントロールユニット１２にフィードバックされ、コントロールユニット１２が駆動モータ９を連続制御する。これにより、駆動モータ９によって補助された出力軸４の回転力がステアリングギヤボックス６とタイロッド７を介してタイヤ８に伝わり、タイヤ８の向きを変える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電子制御パワーステアリング装置は以上のように構成され、トーションバー１３に加わっているトルクを検出する操舵トルク検出装置３の役割は極めて重要となっている。しかし、従来の操舵トルク検出装置３では、ポテンショメータ本体部１７ａとポテンショメータブラシ１７ｃが摺動するうえに、スリップリング１５の導電金具１５ａと取付具１６の摺動子１６ａも摺動するので、それらが時の経つにつれて磨耗し、耐久性や信頼性が低下するなどの課題があった。また、従来の操舵トルク検出装置３では、組み立ての際にポテンショメータ本体部１７ａとポテンショメータブラシ１７ｃの初期位置や接触圧を調整する必要があるので、組み立てばらつきによる誤差が生じるなどの課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、磨耗する部分を無くすことによって耐久性と信頼性を向上させたトルク測定装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るトルク測定装置は、被測定物体上に設けられたインピーダンス不連続部と、インピーダンス不連続部に近接して張設された導電ワイヤと、導電ワイヤの始点とインピーダンス不連続部との間に電気的な定在波を発生させる定在波発生手段と、導電ワイヤの始点における振幅を検出する振幅検出手段と、導電ワイヤの始点からインピーダンス不連続部までの距離を演算する距離演算手段とを備えているものである。
【０００９】
この発明に係るトルク測定装置は、インピーダンス不連続部と導電ワイヤが被測定物体の軸線方向の異なる２点に設けられ、各導電ワイヤに対して求めた導電ワイヤの始点からインピーダンス不連続部までの距離の差分値から被測定物体に加わっているトルクを求めるものである。
【００１０】
この発明に係るトルク測定装置は、被測定物体が軸線方向の中間に所定の長さで位置してトルクが加わった際に主として捩れる断面円形の捩れ部と、この捩れ部の両端から軸線方向にそれぞれ延在してインピーダンス不連続部と導電ワイヤが設けられる所定の半径の被測定部とを有しているものである。
【００１１】
この発明に係るトルク測定装置は、インピーダンス不連続部が導電体であるものである。
【００１２】
この発明に係るトルク測定装置は、インピーダンス不連続部が誘電体であるものである。
【００１３】
この発明に係るトルク測定装置は、インピーダンス不連続部が磁性体であるものである。
【００１４】
この発明に係るトルク測定装置は、インピーダンス不連続部が導電体と磁性体の積層構造体であるものである。
【００１５】
この発明に係るトルク測定装置は、インピーダンス不連続部が直線状とされて被測定物体の軸線と平行に配置され、導電ワイヤが輪状とされて被測定物体の軸線と直交する平面内に配置されているものである。
【００１６】
この発明に係るトルク測定装置は、インピーダンス不連続部が輪状とされて被測定物体の軸線と所定角度で交わる平面内に配置され、導電ワイヤが直線状とされて被測定物体の軸線と平行に配置されているものである。
【００１７】
この発明に係るトルク測定装置は、双方のインピーダンス不連続部が平行に配置されているものである。
【００１８】
この発明に係るトルク測定装置は、双方のインピーダンス不連続部が被測定物体の軸線と直交する線に対称に配置されているものである。
【００１９】
この発明に係るトルク測定装置は、インピーダンス不連続部が被測定物体の外面に突起状に設けられているものである。
【００２０】
この発明に係るトルク測定装置は、導電ワイヤが芯線と外皮線を含む非同軸ケーブルとされ、芯線がインピーダンス不連続部側に偏心されているものである。
【００２１】
この発明に係るトルク測定装置は、導電ワイヤがプリント基板から作製されているものである。
【００２２】
この発明に係るトルク測定装置は、外皮線がシールド線として使用されているものである。
【００２３】
この発明に係るトルク測定装置は、各インピーダンス不連続部に対して導電ワイヤの対が設けられ、導電ワイヤの対の芯線の一端が定在波発生手段に接続され、他端同士が短絡され、外皮線が接地されているものである。
【００２４】
この発明に係るトルク測定装置は、定在波発生手段が周波数可変発振器とされ、振幅検出手段によって検出した振幅が常に極小値または極大値となるように発振周波数を制御し、この発振周波数に基づいて距離演算手段が導電ワイヤの始点からインピーダンス不連続部までの距離を求めるものである。
【００２５】
この発明に係るトルク測定装置は、定在波発生手段の発振周波数を或る範囲で連続的に変化させ、振幅検出手段によって検出した振幅が再現する周波数幅から被測定物体に加わっているトルクを測定するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるトルク測定装置を示すブロック構成図である。図１において、２０は軸線すなわち捩れの中心線、２１は例えば自動車のステアリングコラムの入力軸と出力軸の間に取り付けられるトーションバー（被測定物体）、２１ａはトーションバー２１の軸線２０の方向の中央部に位置する捩れ部、２１ｂはトーションバー２１の軸線２０の方向の両端部に位置する被測定部、２２はトーションバー２１の被測定部２１ｂの外周面にそれぞれ設けられたインピーダンス不連続部、２３はインピーダンス不連続部２２の上方近傍を通るようにそれぞれ張設された導電ワイヤ、２３ａは定在波が入力される導電ワイヤ２３上の始点、２３ｂはインピーダンス不連続部２２の上方に在ってインピーダンス不連続部２２の移動に伴って移動する導電ワイヤ２３上の移動点である。
【００２７】
また、２４は導電ワイヤ２３の始点２３ａにそれぞれ接続された定在波発生手段、２５は導電ワイヤ２３の始点２３ａにおける信号の振幅をそれぞれ検出する振幅検出手段、２６は振幅検出手段２５が検出した振幅に基づいて導電ワイヤ２３の始点２３ａから移動点２３ｂまでの距離をそれぞれ求める距離演算手段、２７は双方の距離演算手段２６によってそれぞれ求めた導電ワイヤ２３の始点２３ａから移動点２３ｂまでの距離の差分値からトルクを求めるトルク演算手段である。定在波発生手段２４は例えば交流電源とされ、振幅検出手段２５は例えば交流信号用の電圧計とされ、距離演算手段２６は例えば振幅と距離を対応付けるデータマップから構成され、トルク演算手段２７の出力は例えば自動車のコントロールユニットに入力されている。
【００２８】
トーションバー２１は例えば断面円形とされ、捩れ部２１ａの直径は被測定部２１ｂの直径よりも小さくされている。インピーダンス不連続部２２はトーションバー２１と異なる材料から成る細長い導電体とされ、その長手がトーションバー２１の軸線２０と平行な方向に向けられ、トーションバー２１に埋設または貼設によって固定されている。そして、導電ワイヤ２３は輪状とされ、トーションバー２１の軸線２０と直交する平面内に張設されている。この際に、導電ワイヤ２３はインピーダンス不連続部２２と接触させる必要がない。なぜなら、導電ワイヤ２３に定在波発生手段２４から交流信号を送った際に導電ワイヤ２３の周りに電界や磁界が発生し、この電界中や磁界中にインピーダンス不連続部２２が存在するだけで信号が反射するからである。なお、導電ワイヤ２３は１本で示されているが、後述するように往路と復路の２本が必要とされている。
【００２９】
ここで、図２に示すようにトーションバー２１の被測定部２１ｂに矢印方向のトルクＴが加わると、トーションバー２１の捩れ部２１ａが捩れ、インピーダンス不連続部２２が軸線２０の周りに回転する。これにより、導電ワイヤ２３上の移動点２３ｂの位置が移動し、導電ワイヤ２３の始点２３ａから移動点２３ｂまでの距離Ｘ１と距離Ｘ２が変化する。したがって、これらの距離Ｘ１と距離Ｘ２の差分値を求めることにより、トーションバー２１に加わっているトルクＴを知ることができる。
【００３０】
例えば、トルクＴがトーションバー２１に加わったとき、その捩れ部２１ａが角度θだけ捩れたとすると、
θ＝｛Ｔ／（Ｇ・ＩＰ）｝Ｌ　　・・・（１）
となる。ここに、Ｇはトーションバー２１のせん断弾性係数、ＩＰは捩れ部２１ａの断面２次極モーメント、Ｌは捩れ部２１ａの長さである。
そして、トーションバー２１の被測定部２１ｂの半径をｒとすると、捩れ角度θによって生じた距離Ｘ１と距離Ｘ２の差分値ｄ（＝Ｘ２−Ｘ１）は、
ｄ＝ｒθ＝｛（ｒＬ）／（Ｇ・ＩＰ）｝Ｔ　　・・・（２）
となる。したがって、差分値ｄはトルクＴに比例するので、差分値ｄを求めることによってトルクＴを知ることができる。
【００３１】
次に、導電ワイヤ２３の始点２３ａから移動点２３ｂまでの距離を求める方法を説明する。
図３に示すように導電ワイヤ２３に電流が紙面の表側から裏側に向かって流れると、導電ワイヤ２３の周囲に磁力線Ｈ１が導電ワイヤ２３に対して同心円状に発生する。そして、図４に示すように導電ワイヤ２３の近傍に導電体から成るインピーダンス不連続部２２が存在すると、磁力線Ｈ１を打ち消すような磁力線Ｈ２を発生させる渦電流Ｃがインピーダンス不連続部２２に流れ、磁力線Ｈ２が発生した部分における磁力線Ｈ１が消滅するか、その強度が弱まり、磁界分布が不均一となる。これにより、この部分の磁気的インピーダンスが不連続となり、信号の反射が生じて定在波が発生する。
【００３２】
すなわち、図５に示すように定在波発生手段２４から周波数ｆの交流信号が発生し、導電ワイヤ２３の途中にインピーダンス不連続部２２が存在すると、定在波発生手段２４から送信された信号がインピーダンス不連続部２２によって反射される。そして、この反射信号と送信信号が干渉し、導電ワイヤ２３上に定在波Ｗが発生する。この定在波Ｗは移動点２３ｂで必ず振幅が最小となる波節となる。例えば、定在波Ｗが導電ワイヤ２３の始点２３ａにおいても波節となった場合には、始点２３ａから移動点２３ｂまでの距離Ｄは発振信号の波長λの２分の１の整数倍（図５では２倍）となる。したがって、始点２３ａから移動点２３ｂまでの距離Ｄは、
Ｄ＝２（λ／２）＝λ　　・・・（３）
となる。そして、図６に示すようにインピーダンス不連続部２２の位置がずれると、始点２３ａから移動点２３ｂまでの距離Ｄ’は、
Ｄ’＝（λ／２）｛２＋ｓｉｎ−１（ａ／Ａ）／π｝　・・・（４）
となる。ここに、Ａは定在波Ｗの最大振幅、ａは振幅検出手段２５によって検出した始点２３ａにおける振幅である。したがって、始点２３ａにおける振幅ａを検出することによって、距離Ｄ’をλ／４の範囲内で検出できる。
【００３３】
以上のように、この実施の形態１によれば、トルクＴを非接触で測定できるので、従来のポテンショメータ、スリップリング、取付具などが有する磨耗部分が存在せず、耐久性や信頼性が向上するという効果が得られる。また、トーションバー２１に信号線を接続する必要がないので、トーションバー２１が１回転以上回転した場合でも、信号線が絡むことがなく、トルクＴが加わったまま回転するトーションバー２１のトルクＴを測定できるという効果が得られる。さらに、トーションバー２１の捩れ部２１ａの両端の被測定部２１ｂにインピーダンス不連続部２２と導電ワイヤ２３を設け、双方の導電ワイヤ２３に対して距離Ｘ１、Ｘ２を求めるので、温度変化などによってトーションバー２１が変形しても、その影響を相殺できるなどの効果が得られる。
【００３４】
実施の形態２．
図７および図８はこの発明の実施の形態２によるトルク測定装置の要部の構成および作用を説明する図である。このトルク測定装置は全体的に実施の形態１と同様とされているが、実施の形態１のインピーダンス不連続部２２が導電体とされている半面、この実施の形態２のインピーダンス不連続部２８は誘電体とされている。
【００３５】
導電ワイヤ２３に電流が紙面の表側から裏側に向かって流れると、図７に示すように導電ワイヤ２３の周囲に電気力線Ｅが放射状に発生する。そして、図８に示すように導電ワイヤ２３の近傍に誘電体から成るインピーダンス不連続部２８が存在すると、電気力線Ｅがインピーダンス不連続部２８の方に引っ張られ、電界分布が不均一となる。これにより、この部分の電気的インピーダンスが不連続となり、実施の形態１の場合と同様に信号の反射が生じて定在波Ｗが発生する。したがって、この実施の形態２でも実施の形態１と同様な効果が得られる。
【００３６】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３によるトルク測定装置の要部の構成および作用を説明する図である。このトルク測定装置も全体的に実施の形態１と同様とされているが、実施の形態１のインピーダンス不連続部２２が導電体とされている半面、この実施の形態３のインピーダンス不連続部２９は磁性体とされている。
【００３７】
導電ワイヤ２３に電流が紙面の表側から裏側に向かって流れると、図３に示したように導電ワイヤ２３の周囲に磁力線Ｈ１が導電ワイヤ２３に対して同心円状に発生する。そして、図９に示すように導電ワイヤ２３の近傍に磁性体から成るインピーダンス不連続部２９が存在すると、磁力線Ｈ１がインピーダンス不連続部２９の方に引っ張られ、磁界分布が不均一となる。これにより、この部分の磁気的インピーダンスが不連続となり、実施の形態１の場合と同様に信号の反射が生じて定在波Ｗが発生する。したがって、この実施の形態３でも実施の形態１と同様な効果が得られる。
【００３８】
実施の形態４．
図１０はこの発明の実施の形態４によるトルク測定装置の要部の構成および作用を説明する図である。このトルク測定装置も全体的に実施の形態１と同様とされているが、実施の形態１のインピーダンス不連続部２２が導電体とされている半面、この実施の形態４のインピーダンス不連続部３０は磁性体３０ａと導電体３０ｂの積層構造体とされている。
【００３９】
導電ワイヤ２３に電流が紙面の表側から裏側に向かって流れると、図３に示したように導電ワイヤ２３の周囲に磁力線Ｈ１が導電ワイヤ２３に対して同心円状に発生する。そして、図１０に示すように導電ワイヤ２３の近傍に磁性体３０ａが存在すると、磁力線Ｈ１が磁性体３０ａの方に引っ張られ、磁界分布が不均一となる。さらに、導電体３０ｂが存在すると、磁力線Ｈ１を打ち消すような磁力線Ｈ２を発生させる渦電流Ｃが流れる。これにより、この部分の磁気的インピーダンスが不連続となり、実施の形態１の場合と同様に信号の反射が生じて定在波Ｗが発生する。したがって、この実施の形態４でも実施の形態１と同様な効果が得られる。
【００４０】
実施の形態５．
図１１はこの発明の実施の形態５によるトルク測定装置を示すブロック構成図である。このトルク測定装置は次のことを除いて実施の形態１と同様とされている。すなわち、実施の形態１の直線状のインピーダンス不連続部２２の代りに、被測定部２１ｂの外周面を一周する１つの輪状のインピーダンス不連続部３１が設けられている。また、実施の形態１の輪状の導電ワイヤ２３の代りに、１本の直線状の導電ワイヤ３２が設けられている。
【００４１】
インピーダンス不連続部３１はトーションバー２１の軸線２０と角度αで交わるように設けられ、左右のインピーダンス不連続部３１は平行とされている。そして、導電ワイヤ３２はインピーダンス不連続部３１の上方近傍でトーションバー２１の軸線２０と平行に張設されている。この際に、導電ワイヤ３２の始点３２ａはインピーダンス不連続部３１側から見て同じ側（図１１では右側）に位置付けられ、導電ワイヤ３２はその始点３２ａからインピーダンス不連続部３１の反対側（図１１では左側）に延ばされている。
【００４２】
次に動作について説明する。
図１２に示すように、トーションバー２１の被測定部２１ｂにトルクＴが加わって捩れ部２１ａが角度θだけ捩れると、導電ワイヤ３２の始点３２ａから移動点３２ｂまでの距離Ｘ１と距離Ｘ２が変化し、これらの距離Ｘ１と距離Ｘ２の差分値ｄ（＝Ｘ１−Ｘ２）は、図１３に示すように、
ｄ＝（ｒθ）／ｔａｎα
＝（ｒ／ｔａｎα）｛Ｔ／（Ｇ・ＩＰ）｝Ｌ　　・・・（５）
となる。
式（１）で示すように、捩れ角度θはトルクＴに比例するので、式（５）に基づいて差分値ｄを求めることによっても、トーションバー２１に加わっているトルクＴを知ることができる。なお、距離ｄを求める方法は実施の形態１と同様である。
【００４３】
以上のように、この実施の形態５によれば、実施の形態１と同様な効果が得られる上に、導電ワイヤ３２が直線状であるので、導電ワイヤ３２を実施の形態１の場合よりも容易に位置決めできるという効果が得られる。
【００４４】
実施の形態６．
図１４はこの発明の実施の形態６によるトルク測定装置のブロック構成図である。このトルク測定装置は全体的に実施の形態５と同様とされているが、左右のインピーダンス不連続部３１が実施の形態５では平行に配置されている反面、この実施の形態６では軸線２０と直交する中心線２０’に関して対称に配置されている。この際に、導電ワイヤ３２の始点３２ａはインピーダンス不連続部３１から見て反対側（図１４では外側）に位置付けられ、導電ワイヤ３２は始点３２ａからインピーダンス不連続部３１の反対側（図１４では内側）に延ばされている。したがって、この実施の形態６でも実施の形態５と同様な効果が得られる。
【００４５】
実施の形態７．
図１５はこの発明の実施の形態７によるトルク測定装置の要部を示す斜視図であり、図１６は図１５に示す要部の左側面図である。このトルク測定装置は全体的には実施の形態１と同様とされているが、実施の形態１の埋設または貼設によって固定されたインピーダンス不連続部２２の代りに、突起状のインピーダンス不連続部３３が設けられている。このインピーダンス不連続部３３の材質は上述と同様な導電体、誘電体または磁性体であってもよいが、トーションバー２１と同じ材料であっても支障はない。この実施の形態７では、インピーダンス不連続部３３によって物理的な形状の不連続点が形成され、電気的または磁気的インピーダンスが不連続点として働く。これにより、電界分布または磁界分布が不均一となり、実施の形態１〜４と同様に信号の反射が生じて定在波Ｗが発生する。したがって、この実施の形態７でも実施の形態１〜４と同様な効果が得られる。
【００４６】
実施の形態８．
図１７はこの発明の実施の形態８によるトルク測定装置の要部を示す部分斜視図である。このトルク測定装置は全体的に実施の形態５と同様とされているが、実施の形態５の導電ワイヤ３２の代りに、非同軸ケーブルから成る直線状の導電ワイヤ３４が設けられている。導電ワイヤ３４の断面形状は円形とされ、導電ワイヤ３４には芯線３４ａ、絶縁体３４ｂ、外皮線３４ｃおよび被覆３４ｄが含まれている。そして、芯線３４ａは信号の往路に用いられ、外皮線３４ｃは信号の復路に用いられている。
【００４７】
ここで、図示しない同軸ケーブルの場合には芯線と外皮線が同心となっているので、磁界が外部に漏れず、磁気インピーダンスの不連続部を検出することが不可能となる。そこで、この実施の形態８では芯線３４ａをインピーダンス不連続部３１側に偏心させ、図１８に示すように磁力線Ｈ１が外部に漏れるようにしている。なお、図１８では被覆３４ｄの表示を省略している。
【００４８】
この実施の形態８では、実施の形態５と同様な効果が得られる。そのうえに、実施の形態５の導電ワイヤ２３のように往路と復路の位置合わせをする必要がなく、導電ワイヤ３４を実施の形態５の場合よりも容易かつ高精度に設置できるという効果が得られる。また、外皮線３４ｃをシールド線として使用すれば、外部の電界を外皮線３４ｃによって遮断できるので、電界ノイズの影響を排除でき、信頼性がさらに向上するという効果が得られる。
【００４９】
実施の形態９．
図１９はこの発明の実施の形態９によるトルク測定装置の要部を示す斜視図である。このトルク測定装置は全体的に実施の形態１と同様とされているが、実施の形態１の導電ワイヤ２３の代りに、非同軸ケーブルから成る１本の輪状の導電ワイヤ３５が張設されている。この導電ワイヤ３５は断面円形とされ、芯線３５ａ、絶縁体３５ｂ、外皮線３５ｃおよび被覆３５ｄを含み、芯線３５ａは内方に偏心されている。
【００５０】
この実施の形態９では、磁界が導電ワイヤ３５の内側に漏れるので、トルクＴの測定が可能となり、実施の形態１と同様な効果が得られる。そのうえに、導電ワイヤ３５に関しては実施の形態８の導電ワイヤ３４と同様な効果が得られる。
【００５１】
実施の形態１０．
図２０はこの発明の実施の形態１０によるトルク測定装置の要部を示す部分斜視図である。このトルク測定装置は全体的に実施の形態８と同様とされているが、実施の形態８の断面円形の導電ワイヤ３４の代りに、断面方形の導電ワイヤ３６が設けられている。この導電ワイヤ３６は非同軸プリント基板ケーブルとされ、その芯線３６ａはインピーダンス不連続部３１側に偏心されている。
【００５２】
この導電ワイヤ３６を製造する際には、図２１（ａ）に示すように、銅箔などの芯線３６ａを偏心させて積層した例えば中間層のガラスエポキシ（ガラス布基材エポキシ樹脂銅張積層板）３６ｂと表裏層の外皮線３６ｃとから成る多層基板を用意する。そして、図２１（ｂ）に示すように、多層基板の両側面に外皮線３６ｃと同様な材料から成るメッキ３６ｄを施す。
【００５３】
この実施の形態１０では、導電ワイヤ３６をプリント基板ケーブルとしたので、導電ワイヤ３６を実施の形態８の導電ワイヤ３４よりも容易に作製できるとともに、導電ワイヤ３６の芯線３６ａの偏心位置を高精度で決定できるという効果が得られる。また、ガラスエポキシ３６ｂなどのプリント基板材料を使用したので、導電ワイヤ３６の剛性が向上し、導電ワイヤ３６の張設作業が容易になるなどの効果が得られる。
【００５４】
実施の形態１１．
図２２はこの発明の実施の形態１１によるトルク測定装置の要部を示す斜視図である。このトルク測定装置は全体的に実施の形態９と同様とされている反面、実施の形態９の断面円形の導電ワイヤ３５の代りに、断面方形で輪状の導電ワイヤ３７が設けられている。この導電ワイヤ３７は非同軸プリント基板ケーブルとされ、導電ワイヤ３７の芯線３７ａは内側に偏心されている。
【００５５】
この実施の形態１１では、磁界が輪状の導電ワイヤ３７の内側に漏れるので、トルクＴの測定が可能となり、実施の形態９と同様な効果が得られる。そのうえに、導電ワイヤ３７に関しては実施の形態１０の導電ワイヤ３６と同様な効果が得られる。
【００５６】
実施の形態１２．
図２３はこの発明の実施の形態１２によるトルク測定装置の要部の構成を示す図である。このトルク測定装置は全体的に実施の形態８と同様とされているが、各インピーダンス不連続部３１に対して１対の導電ワイヤ３４が設けられている。そして、各導電ワイヤ３４の芯線３４ａの一端は定在波発生手段２４に接続され、他端同士は短絡され、外皮線３４ｃは接地されている。そして、一方の芯線３４ａは信号の往路に用いられ、他方の芯線３４ａは信号の復路に用いられている。
【００５７】
この実施の形態１２では、実施の形態８と同様な効果が得られるうえに、外部の電界を導電ワイヤ３４の外皮線３４ｃによって遮断できるので、電界ノイズの影響を排除できるという効果も得られる。ただしこの場合に、導電ワイヤ３４に対応するインピーダンス不連続部３１は磁界の不連続部を形成するので、磁性体とする必要がある。
【００５８】
実施の形態１３．
図２４はこの発明の実施の形態１３によるトルク測定装置の要部の構成を示す図である。このトルク測定装置は全体的に実施の形態１２と同様とされているが、実施の形態１２の断面円形の導電ワイヤ３４の代りに、実施の形態１０と同様な１対の断面方形の導電ワイヤ３６が設けられている。そして、各導電ワイヤ３６の芯線３６ａの一端は定在波発生手段２４に接続され、他端同士は短絡され、外皮線３６ｃは接地されている。したがって、この実施の形態１３では実施の形態１２と同様な効果が得られるうえに、導電ワイヤ３６に関しては実施の形態１０と同様な効果が得られる。
【００５９】
実施の形態１４．
図２５はこの発明の実施の形態１４によるトルク測定装置の要部の構成を示すブロック図である。このトルク測定装置は全体的に実施の形態１と同様とされているが、定在波発生手段２４’は単なる交流電源ではなく、入力信号によって発振周波数を変えることができる例えばＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ　ＣｏｎｔｒｏｌＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）のような発振器とされている。また、振幅検出手段２５と距離演算手段２６の間が分断され、振幅検出手段２５に比較器３８が接続され、この比較器３８の出力が定在波発生手段２４’に入力されている。そして、定在波発生手段２４’の出力は距離演算手段２６に入力されている。なお、この実施の形態１４によるトルク測定装置は全体的に実施の形態５と同様に構成できるが、説明を容易にするために実施の形態１と同様な構成としている。
【００６０】
比較器３８は振幅検出手段２５が検出した振幅を予め設定してある値と比較する。この予め設定してある値は定在波Ｗの極小値とする。したがって、導電ワイヤ２３の始点２３ａにおける振幅と定在波Ｗの極小値との差が、比較器３８から周波数調整信号Ｓ１となって定在波発生手段２４’に入力する。定在波発生手段２４’は比較器３８から入力した周波数調整信号Ｓ１に基づいて発信周波数を変化させる。そして、始点２３ａにおける定在波Ｗの振幅が予め設定してある値と一致すると、定在波発生手段２４’で発生する発振周波数が一定となり、定在波発生手段２４’から周波数信号Ｓ２となって距離演算手段２６に入力する。
【００６１】
ここで、比較器３８に予め設定してある値が定在波Ｗの極小値であるので、図２６に示すように、導電ワイヤ２３に形成される定在波Ｗは導電ワイヤ２３の始点２３ａにおいて常に波節となる。周波数ｆで波長λの定在波Ｗの山を４つとすると、始点２３ａから移動点２３ｂまでの距離Ｘは、
Ｘ＝４（Ｖ／２）（１／ｆ）　　・・・（６）
で表すことができる。ここに、Ｖは導電ワイヤ２３を伝播する信号の一定の速度である。したがって、距離Ｘは周波数ｆから求めることができる。
そして、図２７に示すように距離Ｘが大きくなって距離Ｘ’になると、周波数ｆ’を小さくして波長λ’を拡大し、始点２３ａが波節となるように調節する。これにより、距離演算手段２６は定在波発生手段２４’からの周波数信号Ｓ２から距離Ｘ’を求め、トルク演算手段２７はこのように求めた２つの距離Ｘ、Ｘ’の差から式（２）を用いるか、実施の形態５の構成とした場合には式（５）を用いてトルクＴを求めることができる。
【００６２】
以上のように、この実施の形態１４によれば実施の形態１または実施の形態５と同様な効果が得られる。そのうえに、トルクＴを周波数ｆで出力することが可能となり、コンピュータとの結合性が向上するという効果が得られる。
【００６３】
実施の形態１５．
図２８および図２９はこの発明の実施の形態１５によるトルク測定装置において距離Ｘ、Ｘ’を求める方法を説明する図である。このトルク測定装置は全体的に実施の形態１４と同様とされているが、比較器３８に予め設定してある値は定在波Ｗの極小値ではなく極大値とされている。したがって、比較器３８は導電ワイヤ２３の始点２３ａにおける定在波Ｗの振幅を予め設定してある定在波Ｗの極大値と比較する。そして、それらの差が周波数調整信号Ｓ１となって比較器３８から定在波発生手段２４’に入力する。
【００６４】
ここで、比較器３８に予め設定してある値が定在波Ｗの極大値であるので、図２８に示すように、導電ワイヤ２３に形成される定在波Ｗは始点２３ａにおいて常に波腹となる。周波数ｆで波長λの定在波Ｗの山を３つ半とすると、始点２３ａから移動点２３ｂまでの距離Ｘは、
Ｘ＝３．５（Ｖ／２）（１／ｆ）　　・・・（７）
で表すことができる。ここに、Ｖは導電ワイヤ２３を伝播する信号の一定の速度である。したがって、距離Ｘは周波数ｆから求めることができる。
そして、図２９に示すように距離Ｘが大きくなって距離Ｘ’になると、周波数ｆ’を小さくして波長λ’を拡大し、始点２３ａが波腹となるように調節する。これにより、距離演算手段２６は定在波発生手段２４’からの周波数信号Ｓ２から距離Ｘ’を求め、トルク演算手段２７はこのように求めた２つの距離Ｘ、Ｘ’の差から式（２）を用い、実施の形態５の構成とした場合には式（５）を用いてトルクＴを求めることができる。
【００６５】
この実施の形態１５では、実施の形態１４と同様な効果が得られるうえに、波節を検出する実施の形態１４と比較してＳ／Ｎが向上するという効果が得られる。
【００６６】
実施の形態１６．
図３０はこの発明の実施の形態１６によるトルク測定装置の要部の構成を示すブロック図である。このトルク測定装置は全体的に実施の形態１と同様とされているが、実施の形態１の定在波発生手段２４の代りに実施の形態１２と同様な定在波発生手段２４’が設けられ、振幅検出手段２５と距離演算手段２６の間に周波数分析手段３９が介在されている。この周波数分析手段３９は例えばＴＦＴ回路のような周波数分析機能を有する素子から構成され、定在波発生手段２４’が接続されている。そして、定在波検出手段２４’には振幅が周期的に変化する正弦波、三角波、バースト波などの信号Ｓ３が入力されている。なお、この実施の形態１６によるトルク測定装置も全体的に実施の形態５と同様に構成できるが、説明を容易にするために実施の形態１と同様な構成としている。
【００６７】
導電ワイヤ２３の始点２３ａにおける振幅は周期的に変化するので、振幅検出手段２５は周期的に変化する振幅を検出する。そして、その振幅が周波数分析手段３９に入力すると、周波数分析手段３９は定在波発生手段２４’の発振周波数を用いて周波数分析する。その結果に基づく周波数と波長の関係は図３１に示すようになり、周波数の変化に応じて振幅の山と谷ができる。これらの隣り合う山の周波数差または谷の周波数差ｆｐは、始点２３ａから移動点２３ｂまでの距離Ｘに依存し、
ｆｐ＝Ｖ／（２Ｘ）　　・・・（８）
となる。これにより、距離演算手段２６は周波数差ｆｐから距離Ｘを求め、トルク演算手段２７は２つの距離Ｘの差から式（２）を用い、実施の形態５の構成とした場合には式（５）を用いてトルクＴを求めることができる。
【００６８】
この実施の形態１６では、始点２３ａから移動点２３ｂまでの距離Ｘを周波数差ｆｐから求めることができる。すなわち、トルクＴを周波数ｆで出力できるので、実施の形態１４と同様な効果が得られる。
【００６９】
なお、上述の実施の形態１〜１６ではインピーダンス不連続部２２、３１と導電ワイヤ２３、３２をトーションバー２１の２つの被測定部２１ｂすなわち２点に設けたが、例えば片方の距離が所定値である場合には、１点に設けただけでもトルクＴを求めることができる。また、トーションバー２１が例えば小型である場合には、１つのインピーダンス不連続部２２、３１に対して複数の導電ワイヤ２３、３２を設け、各導電ワイヤ２３、３２に対する距離の差分値からトルクＴを求めることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、インピーダンス不連続部に導電ワイヤが近接して張設された構成としたので、被測定物体に加わっているトルクを非接触で測定できる。したがって、従来のような磨耗によって経時変化する部分が存在せず、耐久性と信頼性が向上するという効果が得られる。また、被測定物体から配線を引き出す必要がないので、被測定物体が１回転以上回転しても、従来のように配線が絡むことがなく、トルクが加わったまま回転する被測定物体のトルクを測定できるという効果が得られる。さらに、インピーダンス不連続部と導電ワイヤが被測定物体の軸線方向の２点に設けられた構成とすれば、温度変化などによって被測定物体が変形しても、その影響を相殺できるなどの効果が得られる。
【００７１】
この発明によれば、定在波発生手段が周波数可変発振器とされ、振幅検出手段によって検出した振幅が常に極小値または極大値となるように発振周波数を制御し、この発振周波数に基づいて距離演算手段が導電ワイヤの始点からインピーダンス不連続部までの距離を求める構成としたので、トルクを周波数で出力でき、コンピュータとの結合性が向上するなどの効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるトルク測定装置を示すブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるトルク測定装置のトーションバーにトルクが加わった状態を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるトルク測定装置の要部の作用を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるトルク測定装置の要部の作用を説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるトルク測定装置の導電ワイヤの始点から移動点までの距離を求める方法を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１によるトルク測定装置の導電ワイヤの始点から移動点までの距離を求める方法を説明する図であり、移動点が移動した状態を示している。
【図７】この発明の実施の形態２によるトルク測定装置の要部の作用を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態２によるトルク測定装置の要部の作用を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態３によるトルク測定装置の要部の作用を説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態４によるトルク測定装置の要部の構成および作用を説明する図である。
【図１１】この発明の実施の形態５によるトルク測定装置を示すブロック構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態５によるトルク測定装置のトーションバーにトルクが加わった状態を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態５によるトルク測定装置の導電ワイヤの始点から移動点までの距離の差分値を求める方法を説明する図である。
【図１４】この発明の実施の形態６によるトルク測定装置を示すブロック構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態７によるトルク測定装置の要部を示す斜視図である。
【図１６】この発明の実施の形態７によるトルク測定装置の要部を示し、図１５に示す要部の左側面図である。
【図１７】この発明の実施の形態８によるトルク測定装置の要部を示す部分斜視図である。
【図１８】この発明の実施の形態８によるトルク測定装置の導電ワイヤの作用を説明する図である。
【図１９】この発明の実施の形態９によるトルク測定装置の要部を示す斜視図である。
【図２０】この発明の実施の形態１０によるトルク測定装置の要部を示す部分斜視図である。
【図２１】この発明の実施の形態１０によるトルク測定装置の導電ワイヤの作製方法を説明する斜視図である。
【図２２】この発明の実施の形態１１によるトルク測定装置の要部を示す斜視図である。
【図２３】この発明の実施の形態１２によるトルク測定装置の要部の構成を示す図である。
【図２４】この発明の実施の形態１３によるトルク測定装置の要部の構成を示す図である。
【図２５】この発明の実施の形態１４によるトルク測定装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図２６】この発明の実施の形態１４によるトルク測定装置の導電ワイヤの始点から移動点までの距離を求める方法を説明する図である。
【図２７】この発明の実施の形態１４によるトルク測定装置の導電ワイヤの始点から移動点までの距離を求める方法を説明する図であり、移動点が移動した状態を示している。
【図２８】この発明の実施の形態１５によるトルク測定装置において導電ワイヤの始点から移動点までの距離を求める方法を説明する図である。
【図２９】この発明の実施の形態１５によるトルク測定装置において導電ワイヤの始点から移動点までの距離を求める方法を説明する図であり、移動点が移動した状態を示している。
【図３０】この発明の実施の形態１６によるトルク測定装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図３１】この発明の実施の形態１６によるトルク測定装置の周波数と波長の関係を示すグラフである。
【図３２】従来のパワーステアリング装置を示す概略構成図である。
【図３３】従来の操舵トルク検出装置を示す断面図である。
【符号の説明】
２１　トーションバー（被測定物体）、２１ａ　捩れ部、２１ｂ　被測定部、２２，２８，２９，３０，３１，３３　インピーダンス不連続部、２３，３２，３４，３５，３６，３７　導電ワイヤ、２３ａ，３２ａ　始点、２３ｂ，３２ｂ移動点、２４，２４’　定在波発生手段、２５　振幅検出手段、２６　距離演算手段、２７　トルク演算手段、３８　比較器、３９　周波数分析手段、Ｔ　トルク、Ｗ　定在波、Ｘ１、Ｘ２　距離。
【図１】
2004085386.tif 000003
【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】
2004085386.tif 000008
【図７】
2004085386.tif 000009
【図８】
2004085386.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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