JP2006275558A - 絶対回転角検出機能付きトルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】着磁極の寸法の細分化やコード板のバックラッシなどにより検知精度の向上が困難で、絶対回転角検知もできないため、高精度・高分解能にトルク検知と多回転の絶対回転角検知を行う装置の提供。
【解決手段】第１のターゲット３を保持し多回転可能な歯車を持った第１の回転体１と、第１の回転体１の絶対回転角度を検出する第１の検出手段１５と、第２のターゲット６を保持し多回転可能な第２の回転体４と、第２の回転体４の絶対回転角を検出する第２の検出手段１６と、歯車を持った第３の回転体８と、第３の回転体８の歯車に接続され中心部に第３のターゲット１０が配置された歯車を持った第４の回転体９と、第４の回転体９の絶対回転角を検出する第３の検出手段１１と、第４の回転体９の歯車に接続され、中心部に第４のターゲット１３が配置された歯車を持った第５の回転体１２と、第５の回転体１２の絶対回転角を検出する第４の検出手段１４とから構成。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のパワーステアリング等に用いられる絶対回転角検出機能付きトルク検出装置に関わるものであり、特にステアリングの絶対回転角とトルクの検出を同時に検出可能な絶対角検出機能付きトルク検出装置に関するものである。

従来、トルク及び回転角を検知する方式として、例えば特許文献１に示されたような方式が知られている。図１０において、４９は歯車部であり、回転角を検知したい回転軸（図示せず）に係合バネ５０を介して固定して取り付けられる歯車部４９は、外周端面に複数個の磁極を着磁したコード板５１が取り付けられた歯車部５２と噛み合っており、検知する回転軸の回転にしたがってコード板５１に設けられた磁極が移動する。この磁極の数を、外周端面に対向して設けられた検知素子５３でカウントすることにより、回転角を検知する。また、この構成による機構を、トーションバーを介して連結された２本の軸に各々取り付けることにより、２本の軸間にトルクが作用して、軸間のねじれが発生した時、各々の軸の回転角を比較することによって、作用したトルクの量を検知する。
特開平１１−１９４００７号公報

しかしながら、このように構成された回転角センサ或いはトルク検知センサにおいては、軸の回転角を、コード板の外周端面に配置された複数の磁極の移動数をカウントすることにより検知するため、検知角の分解能を向上させるためには、着磁磁極の寸法を細かくする必要があるという課題があった。また、コード板の回転と軸の回転とは歯車を介しているため、バックラッシ等により検知精度の向上が困難であるという課題があった。また、この回転センサは相対回転角検知しかできなく、多回転絶対回転角検知ができないという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するもので、高精度・高分解能にトルク検知及び多回転の絶対回転角検知を行う絶対回転角検出機能付きトルク検出装置の提供を目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明の絶対回転角検出機能付きトルク検出装置は、入力軸ないし出力軸と嵌合連結し外周面に等間隔をなして交互に極性の異なる磁極が着磁してある第１のターゲットを保持し多回転可能な第１の回転体と、前記第１の回転体の絶対回転角を検出する第１の検出手段と、出力軸ないし入力軸と嵌合連結し外周面に等間隔をなして交互に極性の異なる磁極が着磁してある第２のターゲットを保持し多回転可能な第２の回転体と、前記第２の回転体の絶対回転角を検出する第２の検出手段と、入力軸ないし出力軸と嵌合連結され、歯車を持った第３の回転体と、前記第３の回転体の歯車に接続され、中心部に第３のターゲットが配置された歯車を持った第４の回転体と、前記第４の回転体の絶対回転角を検出する第３の検出手段と、前記第４の回転体の歯車に接続され、中心部に第４のターゲットが配置された歯車を持った第５の回転体と、前記第５の回転体の絶対回転角を検出する第４の検出手段とからなる構成を有しており、前記第１、第２の検出手段により細かい絶対回転角を検出し、これらの絶対回転角差より高精度・高分解能にトルクを検出すると共に、前記第３の検出手段により細かい絶対回転角を検出し、前記第３、第４の検出手段により粗い多回転の絶対回転角を検出し、これらの絶対回転角より第１の回転体の多回転絶対回転角検知を行うことができるという作用効果が得られる。

以上のように本発明によれば、入力軸ないし出力軸と嵌合連結し外周面に等間隔をなして交互に極性の異なる磁極が着磁してある第１のターゲットを保持し多回転可能な歯車を持った第１の回転体と、前記第１の回転体の絶対回転角を検出する第１の検出手段と、出力軸ないし入力軸と嵌合連結し外周面に等間隔をなして交互に極性の異なる磁極が着磁してある第２のターゲットを保持し多回転可能な第２の回転体と、前記第２の回転体の絶対回転角を検出する第２の検出手段と、入力軸ないし出力軸と嵌合連結され、歯車を持った第３の回転体と、前記第３の回転体の歯車に接続され、中心部に第３のターゲットが配置された歯車を持った第４の回転体と、前記第４の回転体の絶対回転角を検出する第３の検出手段と、前記第４の回転体の歯車に接続され、中心部に第４のターゲットが配置された歯車を持った第５の回転体と、前記第５の回転体の絶対回転角を検出する第４の検出手段とから構成されたものであり、回転軸に嵌合連結した多磁極ターゲットを用いて、高精度・高分解能にトルク検知ができ、歯数の異なる歯車を持った回転体の絶対回転角差より多回転の絶対回転角検知を行うことができ、トルク検出手段信号と絶対回転角検出手段信号とを比較することにより装置の異常検知ができるという効果を奏するものである。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図９を用いて説明する。

図１は実施の形態１における絶対回転角検出機能付きトルク検出装置の基本構成図、図２は第１、第２の検出手段の絶対回転角検出信号図、図３は第３の検出手段の絶対回転角検出信号図、図４は第４の検出手段の絶対回転角検出信号図、図５は同検出装置の回路ブロック図、図６はトルク検出に使われる第１、第２の回転体の絶対回転角と第３の回転体の絶対回転角検出に使われる第３、第４の回転体の絶対回転角を示す図、図７は第３、第４の回転体の絶対回転角検出誤差が第３の回転体の絶対回転角検出に与える影響を示す図、図８はトルク検出特性を示す図、図９は第１、第２、第３、第４の検出手段の出力信号を示す図である。

図１において、１は入力軸２に嵌合した多回転可能な第１の回転体、３は第１の回転体１に保持され、外周面に等間隔をなして交互に極性の異なる磁極が着磁されている第１のターゲット、４は出力軸５に嵌合した多回転可能な第２の回転体、６は第２の回転体４に保持され、外周面に等間隔をなして交互に極性の異なる磁極が着磁されている第２のターゲット、７は入力軸２と出力軸５の間の同心軸上に配置されたトーションバー、８は第１の回転体１に嵌合した多回転可能な歯車を有する第３の回転体、９は第３の回転体８の歯車と係合した第４の回転体、１０は第４の回転体９の中央部に配置された第３のターゲット（磁石）、１１は第３のターゲット１０に対向する位置に配置されこの磁界方向を検出する第３の検出手段（磁気検知素子）、１２は第４の回転体９の歯車と係合した第５の回転体、１３は第５の回転体１２の中央部に配置された第４のターゲット（磁石）、１４は第４のターゲット１３に対向する位置に配置されこの磁界方向を検出する第４の検出手段（磁気検知素子）、１５は第１のターゲット３に対向する位置に配置されこの磁界方向を検出する第１の検出手段（磁気検知素子）、１６は第２のターゲット６に対向する位置に配置されこの磁界方向を検出する第２の検出手段（磁気検知素子）、１７は第１、第２の検出手段（磁気検知素子）が配置される基板、１８は第３、第４の検出手段（磁気検知素子）が配置される基板である。

前記第１のターゲット３と第２のターゲット６の着磁極数は同数とする。その磁極数は最大トルク検出量やトーションバー定数によって決まる。たとえば、最大トルク検出を±８Ｎ・ｍ、トーションバー定数を２Ｎ・ｍ／ｄｅｇとした時、最大捩れ角は±４ｄｅｇとなる。余裕をみて磁極数は３０極（Ｎ極１５、Ｓ極１５）と決定している。この場合、１極当り１２ｄｅｇになる。第１、第２、第３、第４の検出手段（磁気検知素子）１５，１６，１１，１４について、磁気抵抗素子（以下ＭＲ素子とする）を用いた場合について説明する。各ＭＲ素子からは磁界変化に対し、正弦波信号と余弦波信号がアナログ出力される。

第１、第２の検出手段１５，１６で第１、第２のターゲット３，６の磁界変化を検知する場合、１極に対し、１周期の正弦波および余弦波信号が出力されるため、１回転あたり磁極数分の正弦波および余弦波信号出力を得ることができる。この出力を増幅器２５にて規定の振幅に増幅し、マイクロコンピュータ２６（以下ＣＰＵとする）内のＡ／Ｄコンバータを介して演算処理し、第１、第２のターゲット３，６の回転すなわち第１、第２の回転体１，４の絶対回転角を算出することができる。図２にその波形を示す。図２（ａ）において、横軸は入力軸２および出力軸５に嵌合した第１、第２の回転体１，４の絶対回転角を示しており、縦軸は第１、第２の検出手段１５，１６からの正弦波信号１９および余弦波信号２０を示している。図２（ｂ）において、横軸は第１、第２の回転体１，４の絶対回転角を示しており、縦軸は、第１、第２の回転体１，４のＣＰＵ２６の演算過程における絶対回転角を示している。

第４の回転体９の歯車は第３の回転体８の歯車と連結されており、第４の回転体９は第３の回転体８が回転すると各歯車の歯数の比による速比で回転する。

第３の検出手段１１は、第４の回転体９の中心部に配置された第３のターゲット（磁石）１０の磁界変化を検知し、第３のターゲット（磁石）１０の０．５回転に対し、１周期の正弦波および余弦波信号が出力される。この出力をＣＰＵ２６にて演算処理し、第４の回転体９の絶対回転角を算出することができる。図３にその波形を示す。図３（ａ）において、横軸は第３の回転体８の絶対回転角を示しており、縦軸は第３の検出手段１０からの正弦波信号２１および余弦波信号２２を示している。図３（ｂ）において、横軸は第３の回転体８の絶対回転角を示しており、縦軸は、第４の回転体９のＣＰＵ演算過程における絶対回転角を示している。

第５の回転体１２の歯車は第４の回転体９の歯車を介して第３の回転体８と連結されており、第５の回転体１２は第３の回転体８が回転すると各歯車の歯数の比による速比で回転する。

第４の検出手段１４は、第５の回転体１２の中心部に配置された第４のターゲット（磁石）１３の磁界変化を検知し、第４のターゲット（磁石）１３の０．５回転に対し、１周期の正弦波および余弦波信号が出力される。この出力をＣＰＵにて演算処理し、第５の回転体１２の絶対回転角を算出することができる。図４にその波形を示す。図４（ａ）において、横軸は第３の回転体８の絶対回転角を示しており、縦軸は第４の検出手段１４からの正弦波信号２３および余弦波信号２４を示している。図４の（ｂ）において、横軸は第３の回転体８の絶対回転角を示しており、縦軸は、第５の回転体１２のＣＰＵ演算過程における絶対回転角を示している。

図５において、第１、第２、第３、第４の検知手段１５，１６，１１，１４が配置されており、増幅部２５を介してＣＰＵ２６に接続されている。このＣＰＵ２６には不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ２７も接続されている。一方、ＣＰＵ２６で算出された絶対回転角とトルクを出力信号線３０より出力する。

図６の（ａ）において、横軸は入力軸２に嵌合された第３の回転体８の絶対回転角を示しており、縦軸は第４の回転体９から得られる細かい絶対回転角を示している。

図６の（ｂ）において、横軸は入力軸２に嵌合された第３の回転体８の絶対回転角を示しており、縦軸は第５の回転体１２から得られる細かい絶対回転角を示している。第４の回転体９の歯数と第５の回転体１２の歯数が違うため、第３の回転体８の絶対回転角に対する周期は異なる。図６の（ｃ）において、横軸は入力軸２に嵌合された第３の回転体８の絶対回転角を示しており、縦軸は第４の回転体９と第５の回転体１２の絶対回転角差から得られる粗い多回転絶対回転角を示している。

図６の（ｄ）において、横軸は入力軸２に嵌合された第１の回転体１の絶対回転角を示しており、縦軸は第１の回転体１から得られる細かい絶対回転角を示している。

図６の（ｅ）において、横軸は出力軸５に嵌合された第２の回転体４の絶対回転角を示しており、縦軸は第２の回転体４から得られる細かい絶対回転角を示している。

図７は第４、第５の回転体９，１２の絶対回転角検出誤差が、第３の回転体８の絶対回転角検出に与える影響を示しており、図７の（ａ）において、横軸は入力軸２に嵌合された第３の回転体８の絶対回転角を示しており、縦軸は第４の回転体９から得られる細かい絶対回転角を示している。

図７の（ｂ）において、横軸は入力軸２に嵌合された第３の回転体８の絶対回転角を示しており、縦軸は第４の回転体９と第５の回転体１２の絶対回転角差から得られる粗い多回転絶対回転角を示している。図７の（ｃ）において、横軸は入力軸に嵌合された第１の回転体１の絶対回転角を示しており、縦軸は第１の回転体１から得られる細かい絶対回転角を示している。図８はトルク検出特性図を示しており、横軸は入力軸２および出力軸５の絶対回転角を示している。縦軸は第１の回転体１と第２の回転体４の絶対回転角差より得られるトルクを示している。第１の回転体１の絶対回転角をＸ、第２の回転体４の絶対回転角をＹ、トーションバー定数をＴとすると、検出トルクは（Ｘ−Ｙ）ＸＴで算出することができる。

次に、以上の構成によりトーションバーにかかるトルクの算出方法について説明する。

図１において、同一剛体である入力軸２とトーションバー７と出力軸５が回転したとき、この入力軸２と嵌合している第１の回転体１が回転する。この第１の回転体１が回転すると、この第１の回転体１に保持されている第１のターゲット３が回転する。これにより、第１のターゲット３に対向する位置に配置された第１の検出手段１５が磁界変化を検知し、その出力をＣＰＵにて演算処理して第１の回転体１の絶対回転角を算出する。一方、前記出力軸５と嵌合している第２の回転体４も回転する。この第２の回転体４が回転すると、この第２の回転体４に保持されている第２のターゲット６が回転する。これにより、第２のターゲット６に対向する位置に配置された第２の検出手段１６が磁界変化を検知し、その出力をＣＰＵにて演算処理して、第２の回転体４の絶対回転角を算出する。この第１、第２の回転体の絶対回転角の差をとり、これにトーションバー定数を乗ずることでトルクを算出することができる。図６にＣＰＵ２６で各検出手段の出力信号より演算した絶対回転角を示す。３４は第１の回転体１の絶対回転角、３５は第２の回転体４の絶対回転角を示す。この絶対回転角差より求めたトルクを図８に示す。

次に、回転体の絶対回転角検出の方法について説明する。

図１において、第１の回転体１に嵌合された第３の回転体８が回転したとき、その第３の回転体８の歯車に接続された第４の回転体９の歯車によって第４の回転体９を回転させる。同時に第４の回転体９の歯車に接続された第５の回転体１２の歯車によって第５の回転体１２を回転させる。第３の回転体８の歯車の歯数をａ、第４の回転体９の歯車の歯数をｂ、第５の回転体１２の歯車の歯数をｃとすると、第４の回転体９は第３の回転体８に対して、ａ／ｂ倍の速さで回転し、第５の回転体１２は第３の回転体８に対して、ａ／ｃ倍の速さで回転する。

この際、歯車の歯数ａ，ｂ，ｃを適切に選択することにより、第４の回転体９と第５の回転体１２の絶対回転角差から第３の回転体８の多回転絶対回転角を得ることができる。

中心部に第３のターゲット（磁石）１０が配置された第４の回転体９に対向して配置された第３の検出手段１１は、第４の回転体９が回転すると第３の検出手段１１を貫く磁界変化を検知する。一方、中心部に第４のターゲット（磁石）１３が配置された第５の回転体１２に対向して配置された第４の検出手段１４は、第５の回転体１２が回転すると第４の検出手段１４を貫く磁界変化を検知する。さらに、第３の検出手段１１と第４の検出手段１４の出力信号をＣＰＵ２６内のＡ／Ｄコンバータを介して入力する。第３の検出手段１１と第４の検出手段１４の出力信号から算出される絶対回転角差から第３の回転体８の粗い多回転の絶対回転角検出を行い、第３の検出手段１１の出力から第４の回転体９の細かい絶対回転角を算出し、前記の粗い多回転絶対回転角と第４の回転体９より得られる細かい絶対回転角とを組み合わせることにより、第３の回転体８の多回転絶対回転角を高精度に算出する。図６にＣＰＵで演算された各検出手段の絶対回転角を示す。３１は第３の検出手段１１の出力信号より演算した第４の回転体９の絶対回転角、３２は第４の検出手段１４の出力信号より演算した第５の回転体１２の絶対回転角、３３は第３、第４の検出手段１１，１４の出力信号より演算した第４、第５の回転体９，１２の絶対回転角差を示す。

次に、回転体の絶対回転角検出を更に高精度に行う方法について説明する。

図７の（ｂ）において、第４、第５の回転体９，１２の回転角検出には、機械的誤差、素子回路誤差が含まれるため、第４、第５の回転体９，１２の絶対回転角差にも検出誤差３６が含まれ、この絶対回転角差から第３の回転体８の絶対回転角を算出する時、検出誤差３７として表れる。回転検出範囲が広くなると絶対回転角３３の勾配が小さくなるので、第４、第５の回転体９，１２の絶対回転角差に含まれる検出誤差３６が第３の回転体８の絶対回転角検出に与える影響は大きくなる。第３の回転体８の絶対回転角の検出誤差３７が第１の回転体１の絶対回転検出角周期４１よりも小さければ、絶対回転角３３より絶対回転角検出周期４１の位置を決定することができるが、今回の場合、絶対回転角３３の回転検出範囲を狭くして検出誤差３７を小さくする必要がある。そこで、第３の回転体８の絶対回転角の検出誤差３７を第４の回転体９の絶対回転角検出周期３８よりも小さくして、絶対回転角３３より絶対回転角検出周期３８の位置を決定する。第４の回転体９の回転角検出誤差３９に対応する第３の回転体８の絶対回転角の検出誤差４０は、第３の検出手段１１の回転検出範囲が狭く絶対回転角３１の勾配が大きいので、第１の回転体１の絶対回転角検出周期４１よりも小さくできる。よって、絶対回転角３１より絶対回転角３４の位置を決定することができ、絶対回転角３３の回転検出範囲を変えずに第１の回転体１の高い検出精度を得ることができる。

次に第１の回転体と第２の回転体の絶対回転角を常に比較して、装置の異常を検知する方法について図１、図２、図６より説明する。

図１において、第１の回転体１が回転すると第２の回転体４もトークションバーを介して回転する。しかし最大トルク以上がかからない構造になっているため、第１の回転体１と第２の回転体４の絶対回転角差が規定値以上になると機構上の異常あるいは素子回路上の異常と判断できる。第１の回転体１が回転すると第１のターゲット３も回転する。この第１のターゲット３の回転と共に磁界も変化し、この磁界変化を第１の検出手段１５で検出する。第１の検出手段１５からは、この磁界変化に対して正弦波信号１９と余弦波信号２０を出力する。図２にこれらの出力信号を示す。ｘ軸に第１の回転体１の回転角をとってそれぞれの信号を示している。これらの信号は増幅器２５を介してＣＰＵ２６に入力され正弦波信号１９と余弦波信号２０より逆正接信号を算出して第１の回転体１の絶対回転角を求める。

同様に第２の回転体４が回転すると第２のターゲット６も回転する。この第２のターゲット６の回転と共に磁界も変化し、この磁界変化を第２の検出手段１６で検出する。第２の検出手段１６からは、この磁界変化に対して正弦波信号１９と余弦波信号２０を出力する。図２にこれらの出力信号を示す。ｘ軸に第２の回転体４の絶対回転角をとってそれぞれの信号を示している。これらの信号は増幅器２５を介してＣＰＵ２６に入力され正弦波信号１９と余弦波信号２０より逆正接信号を算出して、第２の回転体４の絶対回転角を求める。図６において、第１の回転体１の絶対回転角３４と第２の回転体４の絶対回転角３５との差は絶対回転角の原点を一致させておけば異常がない限り規定値以下の値となる。

次に第１の回転体１と第４の回転体９の絶対回転角を常に比較して、装置の異常を検知する方法について図１、図２、図３、図６より説明する。

図１において、第１の回転体１が回転すると、この第１の回転体１に嵌合した第３の回転体８も回転する。第１の回転体１が回転すると第１のターゲット３が回転する。第１のターゲット３の表面に３０極が着磁してあるとすると、図２に示すような出力信号が得られる。第１の回転体１が１２ｄｅｇ回転する毎に正弦波信号１９と余弦波信号２０が１周期（電気角１８０ｄｅｇ）変化する。すなわち第１の回転体１の１２ｄｅｇ毎の絶対回転角を得ることができる。第３の回転体８の歯車と第４の回転体９の歯車の歯数比を１／３とすると、図３に示すように第３の回転体８が６０ｄｅｇ回転する毎に正弦波信号２１と余弦波信号２２が１周期（電気角１８０ｄｅｇ）変化する。図６において、第１の回転体１の絶対回転角３４と第４の回転体９の絶対回転角３１との差は、絶対回転角の原点を一致させて絶対回転角３１と絶対回転角３４の勾配を１周期の回転角比（１２：６０＝１：５）にて補正すれば、装置に異常がない限り、既定値以下の値となる。

次に前記磁気検知素子１６，１７，１１，１５および増幅部等の感度バラツキをおさえ、装置動作時の回転検出誤差発生を防止する方法について図１、図２、図３、図４、図５、図９より説明する。

図１において、第１回転体１が回転すると第１のターゲット３も回転する。この第１のターゲット３の回転と共に磁界も変化し、この磁界変化を第１の検出手段１５で検出する。第１の検出手段１５からは、この磁界変化に対して正弦波信号１９と余弦波信号２０を出力する。図２にこれらの出力信号を示す。ｘ軸に第１の回転体１の絶対回転角をとってそれぞれの信号を示している。

これらの信号は増幅器２５を介してＣＰＵ２６に入力され正弦波信号１９と余弦波信号２０より逆正接信号を算出する。しかし図９に示すように正弦波信号レベル４４と余弦波信号レベル４５が、磁気検知素子や増幅部の感度バラツキにより微妙に異なると、算出された逆正接信号の精度が落ちてくる。そこで図５に示すスイッチ２８をＯＮして感度記憶モードにした時のみ、第１、第２の回転体１，４を１２ｄｅｇ以上回転させ、正弦波信号１９と余弦波信号２０の信号レベル（感度）を算出し、不揮発性のメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）２７に記憶する。同様に第２の回転体４の絶対回転角を検出する第２の検出手段１６の信号レベルについても、不揮発性のメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）２７に記憶する。舵角値を算出時にはスイッチ２８をＯＦＦし、記憶した感度により正弦波信号４３と余弦波信号４２の最大、最小レベルが一致するように操作して逆正接信号を算出して舵角値を求める。

また図１に示す第４、第５の回転体９，１２が１８０ｄｅｇ以上回転するように第３の回転体８を回転させ、図３、図４に示す正弦波信号２１，２３と余弦波信号２２，２４の信号レベル（感度）を算出し不揮発性のメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）２７に記憶し、前述したように記憶した感度により正弦波信号４３と余弦波信号４２の最大、最小レベルが一致するように操作して逆正接信号を算出して舵角値を求める。

また、図９の第１、第２、第３、第４の検出手段１５，１６，１１，１４の出力の最大値、最小値が基準範囲内４６に無い場合、温度特性などによって出力が変化しなかったり、必要な分解能が得られないことが発生する。そこで、出力が基準範囲４６内に最大値、最小値があることを比較確認する手段（図示しない）で確認することにより誤出力の防止が可能になる。なお、第１、第２、第３、第４の検出手段１５，１６，１１，１４の出力の振幅中心４７，４８を比較確認する手段（図示しない）で確認することにより特性ばらつきによる誤出力の防止が可能になる。さらに、このとき複数回ずつ入力を行い、平均値を取る、もしくは最大値、最小値を除いた平均値を取るなどすればより高い精度で誤出力の防止が可能となる。

また、任意の特定位置での第１、第２、第３、第４の検出手段１５，１６，１１，１４の信号出力又はこれらの信号出力より算出される絶対回転角を記憶することにより、任意の位置からの絶対回転角の検出も可能となる。また、トルクをかけない状態でこれらの値を記憶することによりトルクの原点も設定できる。また、このとき、図５の特定位置決定用信号線２９のように電気信号で特定位置であることの信号を送れば機械的な動作無しで特定位置の確定ができる。さらに、電気信号を複数回読み込みチェックする。または、シリアル信号などで送るようにすれば、ノイズなどにより誤った信号が入った場合除去することができる。なお、特定位置決定用信号線２９は信号出力線３０の入出力を切り替えて、同じ端子を使っても同様の効果が得られる。

本発明の絶対回転角検出機能付きトルク検出装置は、車両のパワーステアリング等で使用され、簡単な構成で高精度・高分解能にトルク検知及び絶対回転角検知を行うことができると共に機械的異常、回路素子異常を検出して信頼性を高めるという作用効果を有する。

（ａ）本発明の実施の形態１における絶対回転角検出機能付きトルク検出装置の基本構成図、（ｂ）同平面図、（ｃ）同要部断面図 本発明の実施の形態１における第１、第２の検出手段の絶対回転角検出信号図 本発明の実施の形態１における第３の検出手段の絶対回転角検出信号図 本発明の実施の形態１における第４の検出手段の絶対回転角検出信号図 本発明の実施の形態１における絶対回路角検出機能付きトルク検出装置の回路ブロック図 本発明の実施の形態１におけるトルク検出に使われる第１、第２の回転体の絶対回転角と第５の回転体の絶対回転角検出に使われる第３、第４の回転体の絶対回転角を示す図 本発明の実施の形態１における第３、第４の回転体の絶対回転角検出誤差が第５の回転体の絶対回転角検出に与える影響を示す図 本発明の実施の形態１におけるトルク検出特性を示す図 本発明の実施の形態１における第１、第２、第３、第４の検出手段の出力信号を示す図 従来のトルク及び回転角度を検知する装置を示す断面図

符号の説明

１ 第１の回転体
２ 入力軸
３ 第１のターゲット
４ 第２の回転体
５ 出力軸
６ 第２のターゲット
７ トーションバー
８ 第３の回転体
９ 第４の回転体
１０ 第３のターゲット
１１ 第３の検出手段
１２ 第５の回転体
１３ 第４のターゲット
１４ 第４の検出手段
１５ 第１の検出手段
１６ 第２の検出手段
１７ 基板
１８ 基板
１９ 正弦波信号
２０ 余弦波信号
２１ 正弦波信号
２２ 余弦波信号
２３ 正弦波信号
２４ 余弦波信号
２５ 増幅部
２６ ＣＰＵ
２７ 不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）
２８ スイッチ

Claims (14)

1. 入力軸ないし出力軸と嵌合連結し外周面に等間隔をなして交互に極性の異なる磁極が着磁してある第１のターゲットを保持し多回転可能な第１の回転体と、前記第１の回転体の絶対回転角を検出する第１の検出手段と、出力軸ないし入力軸と嵌合連結し外周面に等間隔をなして交互に極性の異なる磁極が着磁してある第２のターゲットを保持し多回転可能な第２の回転体と、前記第２の回転体の絶対回転角を検出する第２の検出手段と、入力軸ないし出力軸と嵌合連結され、歯車を持った第３の回転体と、前記第３の回転体の歯車に接続され、中心部に第３のターゲットが配置された歯車を持った第４の回転体と、前記第４の回転体の絶対回転角を検出する第３の検出手段と、前記第４の回転体の歯車に接続され、中心部に第４のターゲットが配置された歯車を持った第５の回転体と、前記第５の回転体の絶対回転角を検出する第４の検出手段とを配置したことを特徴とする絶対回転角検出機能付きトルク検出装置。
2. 第１のターゲットと第２のターゲットの着磁極数を同一にし、第１の回転体の絶対回転角と第２の回転体の絶対回転角を、前記第１、第２のターゲットによる磁界変化として第１、第２の検出手段より検出し、前記第１、第２の回転体の絶対回転角差よりトルク算出する請求項１に記載の絶対回転角検出機能付きトルク検出装置。
3. 第３の回転体の歯車に順次接続され、歯数がそれぞれ異なる歯車を有する第４の回転体及び第５の回転体の絶対回転角差と、前記第４の回転体ないし前記第５の回転体の絶対回転角を組合わせて、前記第３の回転体の多回転絶対角を算出する請求項１に記載の絶対回転角検出機能付きトルク検出装置。
4. 第３の回転体の歯車に順次接続され、歯数がそれぞれ異なる歯車を有する第４の回転体及び第５の回転体の絶対回転角差と、前記第４の回転体ないし前記第５の回転体の絶対回転角と、第１のターゲットより求められる第１の回転体の絶対回転角を組合わせて、前記第３の回転体の多回転絶対角を算出する請求項１に記載の絶対回転角検出機能付きトルク検出装置。
5. 第１、第２、第３、第４の検出手段は、第１、第２、第３、第４のターゲットに対向する位置に配置した磁気検知素子からなる請求項１に記載の絶対回転角検出機能付きトルク検出装置。
6. 入力軸と出力軸の間にトーションバーを設けた請求項１に記載の絶対回転角検出機能付きトルク検出装置。
7. 第１、第２の検出手段より算出した絶対回転角を常に比較して、絶対回転角差が規定値内であるか否かを確認する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の絶対回転角検出機能付きトルク検出装置。
8. 第１ないし第２の検出手段より算出補正した絶対回転角と第３ないし第４の検出手段より算出補正した絶対回転角を常に比較して、絶対回転角差が規定値内であるか否かを確認する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の絶対回転角検出機能付きトルク検出装置。
9. 第１、第２、第４、第５の回転体を組込み後、前記第１、第２、第４、第５の検出手段から出力される正弦波信号と余弦波信号の感度を記憶する不揮発性のメモリを有し、電源投入時毎に前記各感度にて前記正弦波信号と余弦波信号の補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の絶対回転角検出機能付きトルク検出装置。
10. 各磁気検知素子の感度を記憶するときに感度が規定値内であるか否かを確認する手段を有することを特徴とする請求項９に記載の絶対回転角検出機能付きトルク検出装置。
11. 各磁気検知素子の信号出力の振幅中心を記憶する不揮発性のメモリを有し、電源投入時毎に前記各振幅中心にて正弦波信号と余弦波信号の補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の絶対回転角検出機能付きトルク検出装置。
12. 各磁気検知素子の信号出力の振幅中心が規定値内であるか否かを確認する手段を有することを特徴とする請求項１１に記載の絶対回転角検出機能付きトルク検出装置。
13. 各磁気検知素子の任意の特定位置を判断する手段を有し、その位置での正弦波信号、余弦波信号の値を記憶し、特定位置からの絶対回転角を検出することを特徴とする請求項１に記載の絶対回転角検出機能付きトルク検出装置。
14. 各磁気検知素子の任意の特定位置を判断する手段を有し、その位置での正弦波信号、余弦波信号より算出される絶対回転角を記憶し、特定位置からの絶対回転角を検出することを特徴とする請求項１に記載の絶対回転角検出機能付きトルク検出装置。

Images