(57)【要約】【課題】部品点数の削減及び省スペース化を図ることが出来る回転角度検出装置の提供。【解決手段】操舵軸３（４）が回転するに従って静電容量が変化する可変コンデンサ７（８）と、可変コンデンサ７（８）の静電容量に関連する値を検出する検出手段１４とを備え、検出手段１４が検出した値に基づき、操舵軸３（４）の回転角度を検出するように構成してある。【選択図】        図１
2004294238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵軸が回転するに従って静電容量が変化する可変コンデンサと、該可変コンデンサの静電容量に関連する値を検出する検出手段とを備え、該検出手段が検出した値に基づき、前記操舵軸の回転角度を検出すべくなしてあることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記可変コンデンサは、前記操舵軸の周方向に配置され、車体側に固設された複数の電極対と、前記操舵軸に偏心して固設され、前記電極対の電極間に挿入された誘電体とを有し、前記検出手段は、前記電極対それぞれについて静電容量に関連する値を検出し、該検出した値に基づき、前記操舵軸の回転角度を検出すべくなしてある請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された回転角度検出装置を、連結軸により連結された第１操舵軸及び第２操舵軸にそれぞれ備え、該第１操舵軸及び第２操舵軸にそれぞれ備える回転角度検出装置がそれぞれ有する検出手段が検出した値に基づき、前記第１操舵軸又は第２操舵軸に加えられたトルクを検出すべくなしてあることを特徴とするトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の操舵回転角度を検出する回転角度検出装置、及び車両の操舵軸に加えられた操舵トルクを検出するトルク検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の舵取装置に、電動モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減するものがある。これは、操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルク検出装置が入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵補助用の電動モータを駆動制御するものである。
このような舵取装置の回転角度検出装置及びトルク検出装置には、従来、コイルを用いて回転位置を検出する磁気検知式レゾルバ、又は光の透過を検知する光学式エンコーダの検出装置が使用されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２１０８７３号公報
【特許文献２】
特開平１０−２１３４１１号公報
【特許文献３】
特開平７−４９２０５号公報
【特許文献４】
特開昭５３−７７６５７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような磁気検知式レゾルバ又は光学式エンコーダを使用した回転角度検出装置及びトルク検出装置では、部品点数が多く、また、大きな空間を必要とするという問題がある。
特許文献１には、可変コンデンサを用いた回転角度検出装置が開示されている。また、特許文献２には、回転軸と同心状の曲面形状に形成され、回転軸に固設された回転電極と、回転電極の回転軌跡と所定のギャップを有し、その回転方向と交差した方向へ指向した状態で配置された線形状の固定電極とを備え、回転電極及び固定電極間の静電容量を抽出することにより、回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、筒状収容体内に入力軸をギャップを有して収容し、筒状収容体内において入力軸の外周面に電極を設けると共に、この電極に対向する筒状収容体の内周面に左右前後方向に４分割した電極を設けた静電容量式センサが開示されている。また、特許文献４には、導体で形成された第１の筒状体と、絶縁体で形成されその内側又は外側に第１の筒状体に対向した複数の電極を有する第２の筒状体とを備え、これら筒状体を被測定変位角に対応して相対的に回動するように２重筒状に配置すると共に、これら筒状体の断面形状をこれら筒状体の間隙が回動に対応して差動的に変化するように成形し、被測定変位角をこれら筒状体間の静電容量の変化に従って検出する角度変換器が開示されている。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、部品点数の削減及び省スペース化を図ることが出来る回転角度検出装置及びトルク検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る回転角度検出装置は、操舵軸が回転するに従って静電容量が変化する可変コンデンサと、該可変コンデンサの静電容量に関連する値を検出する検出手段とを備え、該検出手段が検出した値に基づき、前記操舵軸の回転角度を検出すべくなしてあることを特徴とする。
【０００７】
この回転角度検出装置では、可変コンデンサは、操舵軸が回転するに従って静電容量が変化し、検出手段が、可変コンデンサの静電容量に関連する値を検出し、検出手段が検出した値に基づき、操舵軸の回転角度を検出する。
これにより、部品点数の削減による部品コストの低減、省スペース化、及び操舵軸の振れ回りによる測定値のバラツキ低減を図ることが出来る回転角度検出装置を実現すること出来る。
【０００８】
第２発明に係る回転角度検出装置は、前記可変コンデンサは、前記操舵軸の周方向に配置され、車体側に固設された複数の電極対と、前記操舵軸に偏心して固設され、前記電極対の電極間に挿入された誘電体とを有し、前記検出手段は、前記電極対それぞれについて静電容量に関連する値を検出し、該検出した値に基づき、前記操舵軸の回転角度を検出すべくなしてあることを特徴とする。
【０００９】
この回転角度検出装置では、可変コンデンサは、複数の電極対が、操舵軸の周方向に配置されて車体側に固設され、誘電体が、操舵軸に偏心して固設され、電極対の電極間に挿入されている。検出手段は、電極対それぞれについて静電容量に関連する値を検出し、検出した値に基づき、操舵軸の回転角度を検出する。
これにより、部品点数の削減による部品コストの低減、従来の磁気（巻線）式レゾルバに比較して軸方向の省スペース化、及び操舵軸の振れ回りによる測定値のバラツキ低減を図ることが出来る回転角度検出装置を実現することが出来る。
【００１０】
第３発明に係るトルク検出装置は、請求項１又は２に記載された回転角度検出装置を、連結軸により連結された第１操舵軸及び第２操舵軸にそれぞれ備え、該第１操舵軸及び第２操舵軸にそれぞれ備える回転角度検出装置がそれぞれ有する検出手段が検出した値に基づき、前記第１操舵軸又は第２操舵軸に加えられたトルクを検出すべくなしてあることを特徴とする。
【００１１】
このトルク検出装置では、請求項１又は２に記載された回転角度検出装置を、連結軸により連結された第１操舵軸及び第２操舵軸にそれぞれ備え、回転角度検出装置がそれぞれ有する検出手段が検出した値に基づき、第１操舵軸又は第２操舵軸に加えられたトルクを検出するので、部品点数の削減による部品コストの低減、省スペース化、及び操舵軸の振れ回りによる測定値のバラツキ低減を図ることが出来るトルク検出装置を実現することが出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る回転角度検出装置及びトルク検出装置の実施の形態の構成を模式的に示す模式図である。この回転角度検出装置及びトルク検出装置は、上端を操舵輪１（ステアリングホイール）に連結された入力軸３（第１操舵軸）と、下端を舵取機構のピニオン５に連結された出力軸４（第２操舵軸）とを、細径のトーションバー６を介して同軸状に連結して、操舵輪１と舵取機構とを連絡する操舵軸２が構成されており、入力軸３及び出力軸４の連結部近傍は以下のように構成されている。
【００１３】
入力軸３には、出力軸４との連結側端部近傍に、円板形状をなす可変コンデンサ７が同軸状に設けられている。可変コンデンサ７の筐体は、図示しない車体側に固定されている。
上述した可変コンデンサ７と同様の可変コンデンサ８が、出力軸４の入力軸３との連結側端部近傍にも設けられており、可変コンデンサ８の筐体は、図示しない車体側に固定されている。
【００１４】
図２は、可変コンデンサ７の内部構成を示す断面図であり、（ａ）は、後述する誘電体１０を横断する面における横断面図、（ｂ）は、トーションバー６を縦断する面における縦断面図である。
可変コンデンサ７は、円形の絶縁体で形成されトーションバー６と同軸に車体側に固設された上側電極板９及び下側電極板１１と、上側電極板９の下面に入力軸３の周方向に等間隔に貼設された扇形形状の４つの電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと同形状で、電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにそれぞれ対向するように、下側電極板１１の上面に貼設された電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと、入力軸３に偏心して固設され、電極対１２ａ−１３ａ，１２ｂ−１３ｂ，１２ｃ−１３ｃ，１２ｄ−１３ｄの電極間に挿入された円板形状の誘電体１０とを備えている。
【００１５】
可変コンデンサ８の内部構成は、入力軸３が出力軸４となる以外は、可変コンデンサ７と同様である。
可変コンデンサ７，８からは、電極対に接続するそれぞれ４対のリード線が引き回され信号処理回路１４に接続されている。信号処理回路１４は、可変コンデンサ７，８の各４つの電極対１２ａ−１３ａ，１２ｂ−１３ｂ，１２ｃ−１３ｃ，１２ｄ−１３ｄの各静電容量に関連する値として、電極対のインピーダンスに生じた電圧を検出する為の図示しない検出回路及びマイクロコンピュータを備えている。
検出回路は、例えば、各電極対に同じ抵抗値の抵抗がそれぞれ直列接続され、その各直列回路に交流定電圧が印加されるようになっている。
【００１６】
信号処理回路１４は、また、可変コンデンサ７の４つの電極対に生じた各電圧と入力軸３の回転角度とを対応させて記憶しているテーブル１５と、可変コンデンサ８の４つの電極対に生じた各電圧と出力軸４の回転角度とを対応させて記憶しているテーブル１６とを備えている。テーブル１５，１６は、実測値により作成される。
入力軸３が回転すると、可変コンデンサ７の４つの電極対に生じる各電圧は、図２（ａ）に示す誘電体１０の形状により、互いに位相が９０度異なる周期電圧を示す。また、出力軸４が回転すると、可変コンデンサ８の４つの電極対に生じる各電圧は、互いに位相が９０度異なる周期電圧を示す。電極対は、誘電体１０と重なる面積が大きい程、その静電容量が大きくなり、そのインピーダンスは小さくなる。
【００１７】
以下に、このような構成の回転角度検出装置及びトルク検出装置の動作を説明する。
可変コンデンサ７，８の各４つの電極対に生じる各電圧は、入力軸３及び出力軸４の各回転角度の変化に応じて、上昇し下降する周期電圧を示す。
可変コンデンサ７の４つの電極対に生じる各電圧は、入力軸３の回転角度に対応するものとなり、信号処理回路１４は、テーブル１５を参照することにより、入力軸３の回転角度を示す信号を得ることが出来る。
同様に、可変コンデンサ８の４つの電極対に生じる各電圧は、出力軸４の回転角度に対応するものとなり、信号処理回路１４は、テーブル１６を参照することにより、出力軸４の回転角度を示す信号を得ることが出来る。
【００１８】
従って、信号処理回路１４は、可変コンデンサ７の４つの電極対に生じる各電圧から入力軸３の絶対回転角度を求めることが出来、信号処理回路１４及び可変コンデンサ７は入力軸３の回転角度検出装置として作動する。また、信号処理回路１４は、可変コンデンサ８の４つの電極対に生じる各電圧から出力軸４の絶対回転角度を求めることができ、信号処理回路１４及び可変コンデンサ８は出力軸４の回転角度検出装置として作動する。
【００１９】
入力軸３に操舵トルクが加わった場合、又は出力軸４に車輪側からの逆入力トルクが加わった場合、入力軸３の回転角度と出力軸４の回転角度とには差が生じる。この回転角度の差は、入力軸３に加わる操舵トルク又は出力軸４に加わる逆入力トルクの作用下において、入力軸３と出力軸４とを連結するトーションバー６に生じる捩れ角度に対応する。従って、前述した回転角度を示す信号の差に基づいて入力軸３に加わる操舵トルク又は出力軸４に加わる逆入力トルクを算出することが出来る。
尚、可変コンデンサの電極対の形状は、上述したものに限定されるものではなく、入力軸及び出力軸の回転に応じて、静電容量が変化する可変コンデンサであれば、どのような形状の電極であっても良い。
【００２０】
【発明の効果】
第１発明に係る回転角度検出装置によれば、部品点数の削減による部品コストの低減、省スペース化、及び操舵軸の振れ回りによる測定値のバラツキ低減を図ることが出来る回転角度検出装置を実現すること出来る。
【００２１】
第２発明に係る回転角度検出装置によれば、部品点数の削減による部品コストの低減、従来の磁気（巻線）式レゾルバに比較して軸方向の省スペース化、及び操舵軸の振れ回りによる測定値のバラツキ低減を図ることが出来る回転角度検出装置を実現すること出来る。
【００２２】
第３発明に係るトルク検出装置によれば、部品点数の削減による部品コストの低減、省スペース化、及び操舵軸の振れ回りによる測定値のバラツキ低減を図ることが出来るトルク検出装置を実現すること出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転角度検出装置及びトルク検出装置の実施の形態の構成を模式的に示す模式図である。
【図２】可変コンデンサの内部構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  操舵輪（ステアリングホイール）
２  操舵軸
３  入力軸
４  出力軸
６  トーションバー
７，８  可変コンデンサ
９  上側電極板
１０  誘電体
１１  下側電極板
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ  電極（電極対）
１４  信号処理回路（検出手段）
１５，１６  テーブル
【図１】
2004294238.tif 000003
【図２】
2004294238.tif 000004