(57)【要約】【課題】従来より正確にトルクを計測可能なトルクセンサ及びステアリング装置を提供する。【解決手段】本発明に係るトルクセンサ１０では、第１レゾルバ５０の極数を５とし、第２レゾルバ６０の極数を６とし、トーションバー１４の捻れ角をθとした場合に、θ＜１８０・｜１／５−１／６｜＝６となるように第１及び第２のストッパ部１９，２７を構成したので、従来のようなトルクの誤検出が防がれ、正確にトルク計測を行うことができる。また、このようなトルクセンサ１０は、ステアリング装置７０に組み込んで用いることができる。【選択図】  図２
2004294265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒形ボディの内部に回転可能に設けたトーションバーの回転角を極数が異なる１対のレゾルバの電気角として検出し、それら電気角の差分に基づき、前記トーションバーの捻れ角に対応した負荷トルクを計測可能としたトルクセンサにおいて、
前記捻れ角を規制するストッパ部を設け、
前記一方のレゾルバの極数をｎとし、前記他方のレゾルバの極数をｍとし、前記捻れ角をθとした場合に、
θ＜１８０・｜１／ｎ−１／ｍ｜
となるように前記ストッパ部を構成したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記請求項１に記載のトルクセンサを、ハンドル操作に伴って回転駆動される軸部に連結して備えたことを特徴とする電動ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トーションバーの捻れ角を１対のレゾルバで検出してトルクを計測可能としたトルクセンサ及びそのようなトルクセンサを備えた電動ステアリング装置に関する。
【０００２】
【関連技術】
レゾルバは、例えば、サーボモータに備えられて回転角を検出する役割を果たす（例えば、特許文献１参照）。そして、近年では、筒形ボディの内部に回転可能に設けたトーションバーの回転角を、極数が異なる１対のレゾルバの電気角として検出し、それら電気角の差分に基づき、トーションバーの捻れ角に対応した負荷トルクを計測するトルクセンサの開発が進められている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３２８９５２号公報（請求項４２、［０００５］）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したトルクセンサでは、所定の角度を超えてトーションバーが捻れた場合には、その捻れ角が正負の何れの方向であっても、レゾルバの電気角の差分が同じになり得るため、トルクを正確に検出できない事態が生じ得た。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来より正確にトルクを計測可能なトルクセンサ及び電動ステアリング装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るトルクセンサは、筒形ボディの内部に回転可能に設けたトーションバーの回転角を極数が異なる１対のレゾルバの電気角として検出し、それら電気角の差分に基づき、トーションバーの捻れ角に対応した負荷トルクを計測可能としたトルクセンサにおいて、捻れ角を規制するストッパ部を設け、一方のレゾルバの極数をｎとし、他方のレゾルバの極数をｍとし、捻れ角をθとした場合に、
θ＜１８０・｜１／ｎ−１／ｍ｜
となるようにストッパ部を構成したところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明に係る電動ステアリング装置は、請求項１に記載のトルクセンサを、ハンドル操作に伴って回転駆動される軸部に連結して備えたところに特徴を有する。
【０００８】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
極数ｎのレゾルバでは、機械角の３６０°／ｎに電気角が０〜３６０°が対応し、極数ｍのレゾルバでは、機械角の３６０°／ｍに電気角が０〜３６０°が対応する。従って、極数ｎ，ｍのレゾルバの電気角が３６０°変化するための機械角の差は、
Δθ＝３６０°・｜１／ｎ−１／ｍ｜
である。よって、１対のレゾルバによりトーションバーの捻れ角θを求める場合には、本発明のように、トーションバーの捻れ角θが±Δθ／２未満、即ち、
θ＜１８０・｜１／ｎ−１／ｍ｜
の範囲で捻られるように規制することが好ましい。これにより、本発明では、従来より正確にトルク計測を行うことができる。また、このようなトルクセンサは、電動ステアリング装置に組み込んで用いることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトルクセンサ及び電動ステアリング装置に関する実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１には、本実施形態のトルクセンサ１０の全体が示されている。同図において符号１１は筒形ボディであって、その内側を回転軸部１２が貫通し、筒形ボディ１１の両端部に設けたベアリング１３，１３により回転可能に軸支されている。
【００１０】
回転軸部１２は、トーションバー１４と第１及び第２の延長スリーブ１５，１６とからなる。トーションバー１４は、両端部１４Ａ，１４Ｂに比べて中間部１４Ｃの径が細くなっており、負荷トルクを受けるとその中間部１４Ｃが捻れ変形する。
【００１１】
第１延長スリーブ１５は、トーションバー１４における中間部１４Ｃのほぼ全体を遊嵌状態に覆うと共に、トーションバー１４の一方の端部１４Ａ（以下、これを「基端部１４Ａ」といい、逆側の端部を「先端部１４Ｂ」という）に隙間無く嵌合されている。第１延長スリーブ１５とトーションバー１４の基端部１４Ａとの嵌合部分にはピン１７が横切って貫通しており、これにより、第１延長スリーブ１５がトーションバー１４の基端部１４Ａと一体に回転する。
【００１２】
第１延長スリーブ１５の外周面には、前記ベアリング１３が嵌合されたベアリング嵌合部２０が設けられ、そのベアリング嵌合部２０よりトーションバー１４の先端部１４Ｂ側には、第１レゾルバ嵌合部１８が設けられている。また、第１レゾルバ嵌合部１８より先端部１４Ｂ側は、第１レゾルバ嵌合部１８より外径が小さい第１ストッパ部１９が形成され、さらに先端部１４Ｂ側には、最小径部２１が形成されている。
【００１３】
第１ストッパ部１９は、図２に示すように円弧面１９Ｃに１対の平坦面１９Ｈ，１９Ｈを互いに平行に形成してなり、それら各平坦面１９Ｈにおける円弧面１９Ｃ側の両側縁部が、後述する第２延長スリーブ１６に当接可能な計４つの当接部２２なっている。
【００１４】
図１に示すように、第２延長スリーブ１６は、ピニオンギヤ２３の一端に一体形成されている。そして、トーションバー１４の先端部１４Ｂに嵌合されて、第１延長スリーブ１５における第１ストッパ部１９の外側を覆っている。第２延長スリーブ１６とトーションバー１４の先端部１４Ｂとの嵌合部分には回り止め用の凹凸部２４が周方向に複数形成されており、これにより、第２延長スリーブ１６がトーションバー１４の先端部１４Ｂと一体に回転する。従って、トーションバー１４の中間部１４Ｃが捻られると、トーションバー１４の基端部１４Ａに一体に回転する第１延長スリーブ１５と、先端部１４Ｂと一体に回転する第２延長スリーブ１６とが相対的に回転する。
【００１５】
第２延長スリーブ１６の外周面には、前記ベアリング１３が嵌合されたベアリング嵌合部２５が設けられ、そのベアリング嵌合部２５よりトーションバー１４の基端部１４Ａ側には、レゾルバ嵌合部２６が設けられている。第２レゾルバ嵌合部２６は、前記第１レゾルバ嵌合部１８と外径が同じになっている。また、第２レゾルバ嵌合部２６の内側は第２ストッパ部２７になっており、この第２ストッパ部２７と前記第１ストッパ１９とから本発明に係る「ストッパ部」が構成されている。
【００１６】
第２ストッパ部２７は、図２に示すように第１ストッパ部１９と同じ中心線（図２のＬ１，Ｌ２）で同図の上下左右に対称な形状をなして、第１ストッパ部１９の外側に遊嵌されている。また、第２ストッパ部２７には、第１ストッパ部１９の４つの当接部２２と対向する位置に、４つの受面２８が備えられている。
【００１７】
そして、トーションバー１４の中間部１４Ｃが一方に捻れることで第１延長スリーブ１５が第２延長スリーブ１６に対して同図の反時計回り方向に５．９°回転すると、図３に示すように、第１ストッパ部１９における点対称位置にある１対の当接部２２，２２が、第２ストッパ部２７における１対の受面２８，２８に面当接する。また、トーションバー１４の中間部１４Ｃが逆方向に捻られて第１延長スリーブ１５が第２延長スリーブ１６に対して図２における時計回り方向に５．９°回転すると、図３の場合とは別の１対の当接部２２，２２が、第２ストッパ部２７の１対の受面２８，２８に面当接する。
【００１８】
図１に示すように、筒形ボディ１１と回転軸部１２との間には、第１及び第２のレゾルバ５０，６０が設けられている。第１レゾルバ５０は、第１延長スリーブ１５における第１レゾルバ嵌合部１８の外面に嵌合固定された受電コイル５２及び検出用固定巻線５４と、筒形ボディ１１に内面に固定された給電コイル５１及び検出用可動巻線５３とからなる。そして、給電コイル５１と受電コイル５２との間の電磁誘導により検出用固定巻線５４が受電して励磁され、回転軸部１２の回転角に伴った検出用固定巻線５３，５４の相互インダクタンスの変化に基づいて回転軸部１２の電気角が変化する。ここで、検出用固定巻線５３，５４は、５極の巻線になっている。従って、図４（Ａ）の実線で示すように、機械角の７２°（＝３６０°／５）に電気角の０〜３６０°が対応している。
【００１９】
第２レゾルバ６０は、第２延長スリーブ１６における第２レゾルバ嵌合部２６の外面に嵌合固定された受電コイル６２及び検出用固定巻線６４と、筒形ボディ１１に内面に固定された給電コイル６１及び検出用可動巻線６３とからなる。そして、給電コイル６１と受電コイル６２との間の電磁誘導により検出用固定巻線６４が受電して励磁され、回転軸部１２の回転角に伴った検出用固定巻線６３，６４の相互インダクタンスの変化に基づいて回転軸部１２の電気角が変化する。ここで、検出用固定巻線６３，６４は、６極の巻線になっている。従って、図４（Ａ）の破線で示すように、機械角の６０°（＝３６０°／６）に電気角の０〜３６０°が対応している。
【００２０】
トルクセンサ１０は、以上のように構成されており、例えば、図５に示すように、自動車に備えた電動ステアリング装置７０に組み付けられている。具体的には、ハンドル７１に連結されたステアリングシャフト７８の先端にトルクセンサ１０の回転軸部１２が連結され、その回転軸部１２のピニオンギヤ２３が、アクチュエータ７２内でラック７４に噛合している。アクチュエータ７２には電動モータが内蔵され、この電動モータの回転出力を直動運動に変換してラック７４を直動させる。また、ラック７４の両端と、操舵輪７３，７３の回転支持部７６，７６との間は、タイロッド７５，７５によって連結されている。さらに、トルクセンサ１０の筒形ボディ１１は車両本体に固定され、トルクセンサ１０の各レゾルバ５０，６０の出力線がＥＣＵ７７に接続されている。そして、ＥＣＵ７７は、トルクセンサ１０にて検出したステアリングシャフト７８の負荷トルクに基づいて、アクチュエータ７２を駆動制御する。これにより、運転者によるハンドル７１への操舵力にアクチュエータ７２の出力を補助力として加えた合力で、ラック７４が直動駆動されて、操舵輪７３，７３が転舵する。
【００２１】
次に本実施形態の作用効果について説明する。ハンドル７１を回転させると、トルクセンサ１０におけるトーションバー１４に負荷トルクがかかってトーションバー１４の中間部１４Ｃが捻られる。すると、トーションバー１４の基端部１４Ａに一体回転する第１延長スリーブ１５と、トーションバー１４の先端部１４Ｂと一体回転する第２延長スリーブ１６とが相対的に回転し、第１レゾルバ５０の電気角と、第２レゾルバ６０の電気角との間に差が生じる。ＥＣＵ７７は、これらレゾルバ５０，６０の電気角の差分に基づいて回転軸部１２にかかる負荷トルクを演算し、その回転軸部１２にかかる負荷トルク、即ち、ハンドル７１への反力トルクを運転状況に応じて適宜変更するように、アクチュエータ７２の出力を変更する。
【００２２】
ところで、第１レゾルバ５０は５極であるので、機械角の７２°（＝３６０°／５）に電気角が０〜３６０°が対応し、第２レゾルバ６０は６極であるので、機械角６０°（＝３６０°／６）に電気角が０〜３６０°が対応している。従って、本実施形態のように極数５，６のレゾルバ５０，６０の電気角が３６０°変化するための機械角の差は、
【００２３】
Δθ＝３６０°・｜１／５−１／６｜＝１２°
【００２４】
となる。このため、図４（Ａ）に示した自然状態における第１及び第２のレゾルバ５０，６０の電気角を基準にして、トーションバー１４が±６°（＝±Δθ）捻れると、図４（Ｂ）と図４（Ｃ）とに対比して示したように、異なる機械角において第１及び第２のレゾルバ５０，６０の電気角の差分が同じになり、誤検出が生じ得る。
【００２５】
しかしながら、本実施形態では、トーションバー１４が±５．９°捻れたところで、第１延長スリーブ１５の第１ストッパ部１９と第２延長スリーブ１６の第２ストッパ部２７とが当接して、トーションバー１４の捻れ角が±６°未満の範囲に規制されるので誤った計測が防がれる。従って、このトルクセンサ１０によって計測したトルクに基づいてアクチュエータを駆動する電動ステアリング装置は、安定した制御を行うことができる。
【００２６】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）前記実施形態のトルクセンサ１０では、１対のレゾルバ５０，６０の極数は５と６であったが、これら１対のレゾルバの極数は、互いに相違していれば５と６とに限定されるものではない。
【００２７】
（２）本実施形態のトルクセンサ１０は、電動ステアリング装置７０に組み込んで用いられていたが、電動ステアリング装置以外のものに本発明に係るトルクセンサを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るレゾルバ式トルクセンサの側断面図
【図２】図１のＡ−Ａ切断面における断面図
【図３】ストッパ部がストッパ受部に当接した状態の断面図
【図４】５極と６極のレゾルバの電気角と機械角との関係を示したグラフ
【図５】電動ステアリング装置の概念図
【符号の説明】
１０…トルクセンサ
１１…筒形ボディ
１４…トーションバー
１９…第１ストッパ部
２７…第２ストッパ部
２８…ストッパ面
５０…第１レゾルバ
６０…第２レゾルバ
【図１】
2004294265.tif 000003
【図２】
2004294265.tif 000004
【図３】
2004294265.tif 000005
【図４】
2004294265.tif 000006
【図５】
2004294265.tif 000007