JP2007278923A - 回転角度およびトルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角度検出部とトルク検出部とを相互に関係させ、検出精度を向上した回転角度およびトルク検出装置を提供することを目的としている。
【解決手段】トルク検出部はトーションバー２を挟むように軸部８に連結した第１、第２の回転体１０、１２を有し、第１、第２の回転体１０、１２の回転角度の差に基づいてトルクを検出し、回転角度検出部は軸部８に連結し第１の回転体１０と同期した同期回転体を有し、同期回転体の回転角度に対応した第１、第２の回転体１０、１２の回転角度に基づいて、第１の回転体１０と第２の回転体１２の回転角度を補正するトルク補正手段を設けた構成である。
【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る回転角度およびトルク検出装置に関する。

図４において、従来の回転角度およびトルク検出装置は、回転角度を検出したい回転軸（図示せず）に、係合バネ６０を介して２つの歯車部５９を取り付けている。この歯車部５９は、外周面に異なる磁極を交互に配置したコード板６１を保持する歯車部６２と噛み合っている。検出する回転軸の回転にしたがって、コード板６１に設けられた磁極が回転移動するので、この磁極の変位をコード板６１の外周面に対向して設けた磁気検知素子６３でカウントすることにより、回転軸の回転角度を検出することができる。

また、トーションバーを介して連結された２本の軸にこの機構を取り付けることにより、２本の軸間にトルクが作用し、軸間のねじれが発生した時、回転軸の回転角度を比較することによってトルクを検出することができる。

上記の回転角度およびトルク検出装置では、コード板６１に磁極を着磁する磁石形成工程と、歯車部６２を歯車部５９に噛み合うように取り付ける取付工程とを備えている。一般に、コード板６１の磁極は、着磁前のコード板６１が取り付けられた歯車部６２を着磁機にセットして、コード板６１の周面方向に異なる磁極が所定間隔に交互に配置されるように着磁して形成する。そして、２つの歯車部６２を対向するように回転軸に取り付けている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平１１−１９４００７号公報

一般に、トルクを検出する構成は電動式パワーステアリング装置で用いられるが、この電動式パワーステアリング装置には、ラックアシスト式、ピニオンアシスト式、コラムアシスト式が知られており、各々の特性や仕様に合わせて選択される。ラックアシスト式、ピニオンアシスト式は車軸側のステアリングギアボックスに配置され、コラムアシスト式はステアリングコラムに配置される。また、回転角度を検出する構成はハンドル側のステアリングコラムに配置することが多い。

上記従来の構成では、回転角度を検出する回転角度検出部とトルクを検出するトルク検出部とが一体化されているので、ステアリングコラムに配置することになるが、例えば、回転角度検出部をステアリングコラムに配置し、トルク検出部をステアリングギアボックスに配置する場合は、各々別体で相互に関与しない回転角度検出装置およびトルク検出装置として配置していた。そのため、検出精度を向上するためには回転角度検出装置およびトルク検出装置の各々の精度を向上する必要があるという問題点を有していた。

本発明は上記問題点を解決するもので、回転角度検出部とトルク検出部とを相互に関係させ、検出精度を向上した回転角度およびトルク検出装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明は、特に、前記トルク検出部は前記トーションバーを挟むように前記軸部に連結した第１、第２の回転体を有し、前記第１、第２の回転体の回転角度の差に基づいて前記トルクを検出し、前記回転角度検出部は前記軸部に連結し前記第１の回転体と同期した同期回転体を有し、前記同期回転体の回転角度に基づいて前記軸部の回転角度を検出し、前記回転角度検出部および前記トルク検出部はモジュールとして構成するとともに各々の前記モジュールを分離して前記軸部に取り付け、前記同期回転体の回転角度に対応した前記第１の回転体と前記第２の回転体の対応回転角度に基づいて、前記第１の回転体と前記第２の回転体の回転角度を補正するトルク補正手段を設けた構成である。

上記構成により、トルク検出部における第１の回転体の回転角度と第２の回転体の回転角度が磁極の大きさのばらつきなどにより、本来の回転角度と異なった場合でも、第１、第２の回転体の回転角度を補正するのでトルクの検出精度を向上できるものである。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における回転角度およびトルク検出装置のトルク検出部の断面図、図２は同検出装置の回転角度検出部の上面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。

図１から図３において、本発明の一実施の形態における回転角度およびトルク検出装置は、トーションバー２の両端に入力軸４と出力軸６が連結された同一剛体である軸部８と、この軸部８の回転角度を検出する回転角度検出部と、軸部８のトルクを検出するトルク検出部とを備えている。

トルク検出部として、図１に示すように、トーションバー２を挟むように軸部８に連結した第１の回転体１０および第２の回転体１２と、第１、第２の回転体１０、１２の周面方向に極性の異なる磁極を交互に配置するとともに第１、第２の回転体１０、１２に保持させた第１のリング磁石部１４および第２のリング磁石部１６と、第１、第２のリング磁石部１４、１６の磁極に対向させて第１の磁気検知素子１８および第２の磁気検知素子２０とを配置している。この第１の磁気検知素子１８および第２の磁気検知素子２０により磁界の変化を検知する。このとき、第１のリング磁石部１４および第２のリング磁石部１６の磁極の数をＸとすると、１極あたりの角度Ｙは３６０／Ｘである。また、トルクが発生したことによる第１の回転体１０と第２の回転体１２の回転角度の差の最大値をＺ（Ｚ＜（Ｙ／２））とする。

回転角度検出部として、図２、図３に示すように、軸部８に連結し第１の回転体１０と同期した同期回転体１１と、この同期回転体１１と同期する第３の回転体２２および第４の回転体２４と、第３、第４の回転体２２、２４の周面方向に極性の異なる磁極を交互に配置するとともに第３、第４の回転体２２、２４に保持させた第３の磁石部２６および第４の磁石部２７と、第３、第４の磁石部２６、２７の磁極に対向させた第３の磁気検知素子２８および第４の磁気検知素子（図示せず）とを配置している。この第３の磁気検知素子２８および第４の磁気検知素子により磁界の変化を検知する。

同期回転体１１、第３、第４の回転体２２、２４は互いに歯車構造にするとともに、同期回転体１１に第３の回転体２２の歯を組み合わせ、第３の回転体２２に第４の回転体２４の歯を組み合わせて互いに同期回転させている。第３、第４の回転体２２、２４の歯車数は異なる歯数にして、同期回転体１１に対する第３の回転体２２の回転数比と同期回転体１１に対する第４の回転体２４の回転数比とは異ならせている。このとき、同期回転体１１の歯車の歯数をα、第３の回転体２２の歯車の歯数をβ、第４の回転体２４の歯車の歯数をγとすると、第３の回転体２２は同期回転体１１に対して、α／β倍の速さで回転し、第４の回転体２４は同期回転体１１に対して、α／γ倍の速さで回転する。

この際、歯車の歯数α、β、γを適切に選択することにより、第３の回転体２２と第４の回転体２４の回転角度の差から同期回転体１１の多回転角を得ることができる。

入力軸４が回転すると、第２の回転体１２も同期回転する。出力軸６が回転すると、第１の回転体１０と同期回転体１１が互いに同期回転しつつ第３、第４の回転体２２、２４も同期回転する。同期回転体１１の回転角度により第１の回転体１０がＸ個の磁極のうちのどの磁極に対向しているかを推測し、Ｙ度のうちのどの角度であるかを検出することができる。第２の回転体１２はトルクが発生している場合は第１の回転体１０に対して最大でＺ度ずれる場合があるが、Ｘ個の磁極のうち第１の回転体１０と同じ位置にある磁極に対向しているか、もしくはＺ＜（Ｙ／２）のためそれに隣り合った磁極に対向していることが推測され、さらに、Ｚ度ずれる間において、第２の回転体１２がＹ度のうちで同じ角度を示すことはないため、その対向した磁極のＹ度のうちのどの角度であるかを検出することができる。

また、回転角度検出部およびトルク検出部は各々回転角度検出モジュールおよびトルク検出モジュールとして構成するとともに各々のモジュールを分離して軸部８に取り付け、例えば、回転角度検出モジュールはステアリングコラム部に配置し、トルク検出モジュールはステアリングギアボックス部に配置する。

具体的なトルク補正手段としては、同期回転体１１に対応した第１の回転体１０の回転角度データと第２の回転体１２の回転角度データをそれぞれ予めメモリに記憶しておき、同期回転体１１の角度と第１の回転体１０の角度から第１の回転体１０がどの磁極に対向しているかと、第１の回転体が何度を検出しているかを確認し、予めメモリに記憶されている回転角度データに基づいて角度を補正する。第２の回転体１２も同様である。

例えば、第１の磁気検知素子１８によって検出された第１の回転体１０の回転角度をａ度とし、第２の磁気検知素子２０によって検出された第２の回転体１２の回転角度をｂ度とし、第３の磁気検知素子２８および第４の磁気検知素子によって検出された同期回転体１１の回転角度をｃ度とする。

このとき、同期回転体１１と第１の回転体１０は同期回転しているので、同期回転体１１の回転角度ｃから第１の回転体１０はＸ個の磁極のうちのｄ番目の磁極であることを検出できる。さらに、このときの同期回転体１１の角度がｃで、第１の回転体１０の角度ａであった場合の補正角度データがｅであった場合、第１の回転体１０の回転角度は（ａ−ｅ）度になる。次に、第２の回転体１２は同期回転体１１に対して第１の回転体１０とトルクによる角度ずれが発生している場合がある。このときでも角度ずれ量は磁極の角度幅（Ｙ／２）より小さいため、Ｘ個の磁極のうちのｄ番目または（ｄ−１）番目または（ｄ＋１）番目であり、同期回転体１１の角度ｃに対する第２の回転体１２の角度ｂは一意に決定する。このとき、同期回転体１１の回転角度がｃで、第２の回転体１２の角度ｂであった場合の補正角度データがｆであった場合、第２の回転体１２の回転角度は（ｂ−ｆ）度になる。これにより（ａ−ｅ）−（ｂ−ｆ）のトルクを検出できる。

上記構成により、回転角度検出部とトルク検出部とは相互に関係し合って検出精度を向上できるものである。特に、回転角度検出部のモジュールはステアリングコラム部に配置し、トルク検出部のモジュールはステアリングギアボックス部に配置した際も、回転角度検出部とトルク検出部とは相互に関係し合って検出精度を向上できるものである。

本発明にかかる回転角度およびトルク検出装置は、回転角度検出部とトルク検出部とを相互に関係させ、検出精度を向上でき、各種の車両のパワーステアリング等で用いることができる。

本発明の一実施の形態における回転角度およびトルク検出装置のトルク検出部の断面図 同検出装置の回転角度検出部の上面図 図２のＡ−Ａ断面図 従来の回転角およびトルク検出装置の断面図

符号の説明

２ トーションバー
４ 入力軸
６ 出力軸
８ 軸部
１０ 第１の回転体
１１ 同期回転体
１２ 第２の回転体
１４ 第１のリング磁石部
１６ 第２のリング磁石部
１８ 第１の磁気検知素子
２０ 第２の磁気検知素子
２２ 第３の回転体
２４ 第４の回転体
２６ 第３の磁石部
２７ 第４の磁石部
２８ 第３の磁気検知素子

Claims (3)

1. トーションバーを有する軸部と、前記軸部の回転角度を検出する回転角度検出部と、前記軸部のトルクを検出する検出部とを備え、前記トルク検出部は前記トーションバーを挟むように前記軸部に連結した第１、第２の回転体を有し、前記第１、第２の回転体の回転角度の差に基づいて前記トルクを検出し、前記回転角度検出部は前記軸部に連結し前記第１の回転体と同期した同期回転体を有し、前記同期回転体の回転角度に基づいて前記軸部の回転角度を検出し、前記回転角度検出部および前記トルク検出部はモジュールとして構成するとともに各々の前記モジュールを分離して前記軸部に取り付け、前記同期回転体の回転角度に対応した前記第１の回転体と前記第２の回転体の対応回転角度に基づいて、前記第１の回転体と前記第２の回転体の回転角度を補正するトルク補正手段を設けた回転角度およびトルク検出装置。
2. 前記同期回転体の回転角度に対応した前記第１の回転体と第２の回転体の回転角度データを予めメモリに記憶しておき、前記回転角度データに基づいて、前記第１の回転体と前記第２の回転体の回転角度を補正する請求項１記載の回転角度およびトルク検出装置。
3. 前記回転角度検出部のモジュールはステアリングコラム部に配置し、前記トルク検出部のモジュールはステアリングギアボックス部に配置した請求項１記載の回転角度およびトルク検出装置。

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