JP2007327800A - Rotation angle detector, and electric power steering device equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多回転の絶対角度を検出するための回転角度検出装置およびそれを備える電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device for detecting an absolute angle of multiple rotations and an electric power steering device including the rotation angle detection device.
従来より、電動パワーステアリング装置においてハンドルの操舵角を検出するための装置として、レゾルバ式の回転角度検出装置が知られている。図7は、電動パワーステアリング装置における従来の回転角度検出装置の構成を示す断面図である。この回転角度検出装置は、レゾルバ40と回転数検出器50とから構成されている。レゾルバ40は、ステータハウジング410と第1のステータ421と第2のステータ422と第1のロータ431と第2のロータ432と第1の回転軸部材441と第2の回転軸部材442とを備えている。第1のステータ421と第2のステータ422とはステータハウジング410に固定され、第1のロータ431は第1の回転軸部材441に固定され、第2のロータ432は第2の回転軸部材442に固定されている。第1のステータ421と第1のロータ431とは対向しており、第2のステータ422と第2のロータ432とは対向している。また、第1のロータ431と第2のロータ432とは互いに電気的に接続されている。回転数検出器50は、回転数をカウントするための回転数検出センサ51と、レゾルバ40の回転数のカウントが可能となるように回転数検出センサ51を固定するためのギヤ52、53とを備えている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a resolver type rotation angle detection device is known as a device for detecting a steering angle of a steering wheel in an electric power steering device. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional rotation angle detection device in the electric power steering device. This rotation angle detection device is composed of a
第1のステータ421は、外部から与えられる励磁信号としての第1の電圧信号SRを受け取りそれを第1のロータ431に伝えるための巻線(以下、「第1のステータ巻線」という。)を有している。第1のロータ431は、第1の電圧信号SRに基づいて電圧(第2の電圧信号)を誘起させるための巻線(以下、「第1のロータ巻線」という。)を有している。第2のロータ432は、第1のロータ431から励磁信号としての第2の電圧信号を受け取りそれを第2のステータ422に伝えるための巻線(以下、「第2のロータ巻線」という。)を有している。第2のステータ422は、(回転角度と電圧との関係に着目したときに)絶対角度の零度を基準として正弦曲線状の電圧が誘起されるように構成された巻線(以下、「sin巻線」という。)と、絶対角度の零度を基準として余弦曲線状の電圧が誘起されるように構成された巻線(以下、「cos巻線」という。)とを有している。
The
図7に示す回転角度検出装置において、外部から第1のステータ巻線に励磁信号としての第1の電圧信号SRが与えられると、第1の電圧信号SRに基づいて第1のロータ巻線に電圧(第2の電圧信号)が誘起される。このとき、第2の電圧信号の電圧レベルは、第1のステータ巻線の巻数と第1のロータ巻線の巻数との比(変圧比)に基づく大きさとなる。第1のロータ巻線に誘起された第2の電圧信号は第2のロータ巻線に送られる。そして、第2のステータ422では、第2のロータ巻線に与えられた第2の電圧信号を励磁信号として、sin巻線およびcos巻線に上述のような電圧が誘起される。そして、sin巻線に誘起された電圧(sin信号)とcos巻線に誘起された電圧(cos信号)とに基づいて、相対角度が求められる。一方、回転数検出センサ51では、レゾルバ40の回転数のカウントが行われる。以上のようにして検出された相対角度と回転数とに基づいて、絶対角度の検出が行われている。
In the rotation angle detection device shown in FIG. 7, when the first voltage signal SR as an excitation signal is given to the first stator winding from the outside, the first rotor winding is applied to the first rotor winding based on the first voltage signal SR. A voltage (second voltage signal) is induced. At this time, the voltage level of the second voltage signal has a magnitude based on a ratio (transformation ratio) between the number of turns of the first stator winding and the number of turns of the first rotor winding. A second voltage signal induced in the first rotor winding is sent to the second rotor winding. In the
また、特開2001−194251号公報には、トーションバーの上部軸に設けられた第1のレゾルバから出力される第1のレゾルバ信号とトーションバーの下部軸に設けられた第2のレゾルバから出力される第2のレゾルバ信号とによって、操舵トルクと操舵角とを検出するパワーステアリング装置の発明が開示されている。
図7に示した従来の構成によると、レゾルバ40の他に、回転数をカウントするための回転数検出器50が設けられている。また、上記特開2001−194251号公報に開示された構成によると、2個のレゾルバが設けられている。従来、(1個の)レゾルバのみによっては、相対角度の検出を行うことはできるが、多回転の絶対角度を検出することができなかった。このため、多回転の絶対角度を検出するためには、上述のように、回転数を検出するためのセンサを備える構成や複数のレゾルバを備える構成にしなければならなかった。その結果、低コスト化や省スペース化が課題となっている。
According to the conventional configuration shown in FIG. 7, in addition to the
そこで、本発明では、低コスト化や省スペース化を実現することができる多回転の回転角度検出装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a multi-rotation angle detector that can realize cost reduction and space saving.
第1の発明は、励磁信号を非接触で2次側に伝える第1の回転トランスと励磁信号から位置信号を生成する第2の回転トランスとを備えるレゾルバ式の回転角度検出装置であって、
前記第1の回転トランスは、
励磁信号としての第1の電圧信号を受け取る第1のステータ巻線を有する第1のステータと、
前記第1のステータの内側に設けられ、所定の回転軸を中心に回転自在に構成された、前記第1の電圧信号に基づいて前記第1のステータ巻線との相対的な位置関係に応じた第2の電圧信号を生成する第1のロータ巻線を有する第1のロータと
を含み、
前記第2の回転トランスは、
前記第1のロータとともに回転し、前記第1のロータ巻線から前記第2の電圧信号を受け取る第2のロータ巻線を有する第2のロータと、
前記第2のロータの外側に設けられ、励磁信号としての前記第2の電圧信号に基づいて前記第2のロータの回転角度に応じた位置信号としての第3の電圧信号を生成する第2のステータ巻線を有する第2のステータと
を含み、
前記第1のロータのみが回転に伴って前記所定の回転軸方向に移動し、該移動により前記第1のステータ巻線と前記第1のロータ巻線との相対的な位置関係が変化することを特徴とする。
A first invention is a resolver type rotation angle detection device including a first rotation transformer that transmits an excitation signal to a secondary side in a non-contact manner and a second rotation transformer that generates a position signal from the excitation signal,
The first rotary transformer
A first stator having a first stator winding for receiving a first voltage signal as an excitation signal;
According to the relative positional relationship with the first stator winding based on the first voltage signal, which is provided inside the first stator and is configured to be rotatable around a predetermined rotation axis. A first rotor having a first rotor winding for generating a second voltage signal,
The second rotary transformer is
A second rotor having a second rotor winding that rotates with the first rotor and receives the second voltage signal from the first rotor winding;
A second voltage signal that is provided outside the second rotor and generates a third voltage signal as a position signal corresponding to a rotation angle of the second rotor based on the second voltage signal as an excitation signal; A second stator having a stator winding,
Only the first rotor moves in the predetermined rotation axis direction with rotation, and the relative positional relationship between the first stator winding and the first rotor winding changes due to the movement. It is characterized by.
第2の発明は、トーションバーによって連結された第1のシャフトと第2のシャフトとからなるステアリングシャフトを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記第1のシャフトまたは前記第2のシャフトの回転角度を検出する、第1の発明に係る回転角度検出装置を備えることを特徴とする。
A second invention is an electric power steering apparatus including a steering shaft composed of a first shaft and a second shaft connected by a torsion bar,
A rotation angle detection device according to the first aspect of the present invention is provided that detects a rotation angle of the first shaft or the second shaft.
第3の発明は、トーションバーによって連結された第1のシャフトと第2のシャフトとからなるステアリングシャフトを備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記第1のシャフトおよび前記第2のシャフトのそれぞれに第1の発明に係る回転角度検出装置を備え、当該回転角度検出装置によって検出された前記第1のシャフトおよび前記第2のシャフトの回転角度に基づき操舵トルクおよび操舵角を検出することを特徴とする。
A third invention is an electric power steering device including a steering shaft composed of a first shaft and a second shaft connected by a torsion bar,
Each of the first shaft and the second shaft includes the rotation angle detection device according to the first invention, and the rotation angles of the first shaft and the second shaft detected by the rotation angle detection device. The steering torque and the steering angle are detected based on the above.
上記第1の発明によれば、第1のロータの回転に伴い、第1のステータ巻線と第1のロータ巻線との相対的な位置関係が変化する。このため、第1のステータと第1のロータとによって構成される第1の回転トランス(回転変圧器)の変圧比が、第1のロータの回転に伴って変化する。ここで、第2のステータ巻線で生成される位置信号(角度信号)としての第3の電圧信号の電圧レベルは、第2のロータ巻線に励磁信号として与えられる第2の電圧信号の電圧レベルに依存する。また、第2の電圧信号は、外部から第1のステータ巻線に励磁信号として与えられる第1の電圧信号に基づき上記第1の回転トランスで生成される。従って、第3の電圧信号の電圧レベルは、上記第1の回転トランスの変圧比に依存している。また、その変圧比は、上述のように第1のロータの回転に伴って変化する。このため、相対角度が同じである場合であっても、回転数が異なれば、第3の電圧信号の電圧レベルは異なる大きさとなる。従って、第3の電圧信号によって回転数を検出することができる。これにより、第3の電圧信号のみに基づいて相対角度と回転数とから多回転の絶対角度を検出することができる。従って、他のセンサ等を備えることなく、多回転の絶対角度を検出することができる。 According to the first aspect, the relative positional relationship between the first stator winding and the first rotor winding changes with the rotation of the first rotor. For this reason, the transformation ratio of the 1st rotation transformer (rotation transformer) comprised by the 1st stator and the 1st rotor changes with rotation of the 1st rotor. Here, the voltage level of the third voltage signal as the position signal (angle signal) generated by the second stator winding is the voltage of the second voltage signal applied as the excitation signal to the second rotor winding. Depends on the level. The second voltage signal is generated by the first rotary transformer based on a first voltage signal supplied as an excitation signal from the outside to the first stator winding. Therefore, the voltage level of the third voltage signal depends on the transformation ratio of the first rotary transformer. Further, the transformation ratio changes as the first rotor rotates as described above. For this reason, even if the relative angles are the same, the voltage level of the third voltage signal has a different magnitude if the rotational speed is different. Therefore, the rotational speed can be detected by the third voltage signal. Thereby, the absolute angle of multiple rotations can be detected from the relative angle and the rotation speed based only on the third voltage signal. Therefore, the absolute angle of multiple rotations can be detected without providing other sensors.
上記第2の発明によれば、電動パワーステアリング装置において、1つの回転角度検出装置のみによって、ハンドルの多回転の回転角度を検出することができる。また、ハンドル操作によるトルクを検出するために回転角度検出装置を用いることもできる。このため、電動パワーステアリング装置全体で必要な部品が削減され、コストが低減する。 According to the second aspect, in the electric power steering apparatus, the rotation angle of the multi-rotation of the handle can be detected by only one rotation angle detection device. In addition, a rotation angle detection device can be used to detect torque due to steering operation. For this reason, parts required for the entire electric power steering apparatus are reduced, and the cost is reduced.
上記第3の発明によれば、電動パワーステアリング装置において、操舵フィーリングの向上やコストの低減が実現される。 According to the third aspect, in the electric power steering apparatus, improvement in steering feeling and reduction in cost are realized.
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<1.レゾルバの構成>
図1は、本発明の一実施形態に係るレゾルバ式の回転角度検出装置(以下、「レゾルバ」という。)30の構成を示す断面図である。このレゾルバ30は、ステータハウジング310と第1のステータ321と第2のステータ322と第1のロータ331と第2のロータ332と第1の回転軸部材341と第2の回転軸部材342とを備えている。第1のステータ321と第2のステータ322とはステータハウジング310に固定され、第1のロータ331は第1の回転軸部材341に固定され、第2のロータ332は第2の回転軸部材342に固定されている。第1のステータ321と第1のロータ331とは対向しており、第2のステータ322と第2のロータ332とは対向している。また、第1のロータ331と第2のロータ332とは互いに電気的に接続されている。
<1. Resolver configuration>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a resolver-type rotation angle detection device (hereinafter referred to as “resolver”) 30 according to an embodiment of the present invention. The
本実施形態では、このレゾルバ30は、電動パワーステアリング装置のステアリングシャフト102に取り付けられる。ステアリングシャフト102は、その一端がハンドルに固着されている。図1に示すように、電動パワーステアリング装置のステアリングシャフト102にはキー103が設けられ、レゾルバ30の第1の回転軸部材341にはキー溝350が設けられている。第1の回転軸部材341のキー溝350は、摺動自在にステアリングシャフト102のキー103に遊嵌されている。また、回転軸200を中心にステアリングシャフト102の回転とともに第1の回転軸部材341および第2の回転軸部材342が回転するようになっている。ここで、ステータハウジング310と第1の回転軸部材341とは、ねじ部360によって螺接されている。これにより、第1の回転軸部材341は、回転に伴って上下に移動する。その結果、ハンドルが回転することによって、第1のステータ321と第1のロータ331との相対的な位置関係が変化する。
In the present embodiment, the
上述のように、第1のステータ321と第1のロータ331とは対向している。その第1のステータ321は、外部から与えられる励磁信号としての第1の電圧信号SRを受け取りそれを第1のロータ331に伝えるための第1のステータ巻線を有している。また、第1のロータ331は、第1の電圧信号SRに基づいて電圧(第2の電圧信号)を誘起させるための第1のロータ巻線を有している。このように、第1のステータ321と第1のロータ331とによって、第1のステータ321を一次側、第1のロータ331を二次側とする変圧器(第1の回転トランス)が構成されている。
As described above, the
上述のように、第2のステータ322と第2のロータ332とは対向し、第1のロータ331と第2のロータ332とは互いに電気的に接続されている。その第2のロータ332は、第1のロータ331から励磁信号としての第2の電圧信号を受け取りそれを第2のステータ322に伝えるための第2のロータ巻線を有している。また、第2のステータ322は、(回転角度と電圧との関係に着目したときに)絶対角度の零度を基準として正弦曲線状の電圧が誘起されるように構成されたsin巻線と、絶対角度の零度を基準として余弦曲線状の電圧が誘起されるように構成されたcos巻線とを有している。このように、第2のステータ322と第2のロータ332とによって、第2のステータ322を一次側、第2のロータ332を二次側とする変圧器(第2の回転トランス)が構成されている。
As described above, the
<2.絶対角度の検出>
次に、本実施形態における多回転の絶対角度の検出について説明する。第1のステータ巻線には、外部から励磁信号としての第1の電圧信号SRが与えられる。このとき、第1のステータ321と第1のロータ331とによって構成される変圧器に関し、第1のステータ巻線の両端間の電圧をV1、第1のロータ巻線の両端間の電圧をV2、変圧比をKとすると、次式(1)が成立する。
K=V1/V2 ・・・(1)
<2. Absolute angle detection>
Next, detection of the absolute angle of multiple rotations in this embodiment will be described. The first stator winding is supplied with a first voltage signal SR as an excitation signal from the outside. At this time, with respect to the transformer constituted by the
K = V1 / V2 (1)
ここで、第1のロータ巻線のうち第1のステータ巻線と対向する部分にある巻線の巻数Nが大きくなれば、上記変圧比Kは小さくなる。一方、上記巻数Nが小さくなれば、上記変圧比Kは大きくなる。 Here, if the number of turns N of the winding in the portion facing the first stator winding in the first rotor winding increases, the transformation ratio K decreases. On the other hand, if the number of turns N is reduced, the transformation ratio K is increased.
第1のロータ巻線には、式(1)より算出される電圧V2が誘起される。その誘起された電圧V2は、第2の電圧信号として第1のロータ331から第2のロータ332に送られる。第2のロータ332では、第2の電圧信号が励磁信号として第2のロータ巻線に与えられる。ここで、第2のロータ332は、上述したsin巻線およびcos巻線を有する第2のステータ322と対向している。これにより、第2のステータ322のsin巻線およびcos巻線には、第2の電圧信号の電圧レベルV2に基づき回転角度に応じた電圧が誘起される。詳しくは、上述したように、sin巻線には絶対角度の零度を基準として正弦曲線状の電圧(以下、「sin信号」という。)が誘起され、cos巻線には絶対角度の零度を基準として余弦曲線状の電圧(以下、「cos信号」という。)が誘起される。なお、本実施形態においては、sin信号とcos信号とによって第3の電圧信号が構成されている。
A voltage V2 calculated from equation (1) is induced in the first rotor winding. The induced voltage V <b> 2 is sent from the
本実施形態では、第1の回転軸部材341の回転に伴って、第1のステータ321と第1のロータ331との相対的な位置関係が変化する。このため、回転によって第1のステータ巻線と対向する部分にある第1のロータ巻線の巻数Nが変化する。すなわち、回転によって、第1のステータ321と第1のロータ331とによって構成される変圧器の変圧比Kが変化する。これにより、上記巻数Nが増加すれば、変圧比Kは小さくなるので、式(1)からも把握されるように、第2の電圧信号の電圧レベルV2は高くなる。一方、上記巻数Nが減少すれば、変圧比Kは大きくなるので、第2の電圧信号の電圧レベルV2は低くなる。このように、回転に従って第2の電圧信号の電圧レベルV2が変化する。その結果、相対角度が同じであっても、例えば1回転目に生じるsin信号およびcos信号の電圧レベルと2回転目に生じるsin信号およびcos信号の電圧レベルとが異なるものとなる。これにより、その電圧レベルの違いに基づいて回転数を検出することができ、相対角度と回転数とから多回転したときの絶対角度を求めている。
In the present embodiment, as the first
<3.レゾルバの動作>
次に、図2および図3を参照しつつ、本実施形態に係るレゾルバ30の動作について詳しく説明する。上述したように、第1の回転軸部材341は、回転に伴って上下に移動する。このため、例えば、ハンドルの操舵角(絶対角度)が零度の時に図1に示すような(第1のステータ321と第1のロータ331との)位置関係にあったものが、ハンドルが回転することによって図2に示すような位置関係となる。ここで、上述のとおり、第1のステータ321と第1のロータ331とによって構成される変圧器の変圧比Kは、ハンドルの回転に伴う第1の回転軸部材341の上下移動によって変化する。これについて、図3を参照しつつ説明する。なお、図3(a)〜(e)には、第1のステータ321と第1のロータ331との相対的な位置関係を示している。
<3. Resolver operation>
Next, the operation of the
図3(a)は、ハンドルの操舵角(絶対角度)が零度の時の第1のステータ321と第1のロータ331との位置関係を示している。この時には、第1のロータ巻線の全ての部分が第1のステータ巻線と対向する位置にある。このため、第1のステータ321と第1のロータ331とによって構成される変圧器の変圧比Kは小さくなる。これにより、第1のロータ巻線に誘起される第2の電圧信号の電圧レベルV2は大きくなる。
FIG. 3A shows the positional relationship between the
図3(a)に示す状態から右方向へハンドルの回転が行われると、図3(b)に示すような状態となる。この時には、第1のロータ巻線のうちほぼ半分の巻線が第1のステータ巻線と対向する位置にある。このため、変圧比Kは中程度の大きさとなる。これにより、第1のロータ巻線に誘起される第2の電圧信号の電圧レベルV2は中程度の大きさとなる。 When the handle is rotated rightward from the state shown in FIG. 3A, the state shown in FIG. 3B is obtained. At this time, almost half of the first rotor windings are in a position facing the first stator winding. For this reason, the transformation ratio K is medium. As a result, the voltage level V2 of the second voltage signal induced in the first rotor winding becomes moderate.
図3(b)に示す状態からさらに右方向へハンドルの回転が行われると、図3(c)に示すような状態となる。この時には、第1のロータ巻線の僅かの部分が第1のステータ巻線と対向する位置にある。このため、変圧比Kは大きくなる。これにより、第1のロータ巻線に誘起される第2の電圧信号の電圧レベルV2は小さくなる。 When the handle is further rotated rightward from the state shown in FIG. 3B, the state shown in FIG. 3C is obtained. At this time, a small portion of the first rotor winding is in a position facing the first stator winding. For this reason, the transformation ratio K becomes large. As a result, the voltage level V2 of the second voltage signal induced in the first rotor winding is reduced.
一方、図3(a)に示す状態から左方向へハンドルの回転が行われると、図3(d)に示すような状態となる。この時には、第1のロータ巻線のうちほぼ半分の巻線が第1のステータ巻線と対向する位置にある。このため、図3(b)に示す状態の時と同様、変圧比Kは中程度の大きさとなり、第1のロータ巻線に誘起される第2の電圧信号の電圧レベルV2は中程度の大きさとなる。 On the other hand, when the handle is rotated leftward from the state shown in FIG. 3A, the state shown in FIG. At this time, almost half of the first rotor windings are in a position facing the first stator winding. For this reason, as in the state shown in FIG. 3B, the transformation ratio K is medium, and the voltage level V2 of the second voltage signal induced in the first rotor winding is medium. It becomes size.
図3(d)に示す状態からさらに左方向へハンドルの回転が行われると、図3(e)に示すような状態となる。この時には、第1のロータ巻線の僅かの部分が第1のステータ巻線と対向する位置にある。このため、図3(c)に示す状態の時と同様、変圧比Kは大きくなり、第1のロータ巻線に誘起される第2の電圧信号の電圧レベルV2は小さくなる。 When the handle is further rotated leftward from the state shown in FIG. 3D, the state shown in FIG. At this time, a small portion of the first rotor winding is in a position facing the first stator winding. For this reason, as in the state shown in FIG. 3C, the transformation ratio K increases, and the voltage level V2 of the second voltage signal induced in the first rotor winding decreases.
以上のように、ハンドルが絶対角度の零度の位置から右方向あるいは左方向に回転するに従い変圧器の変圧比Kは大きくなり第2の電圧信号の電圧レベルV2は小さくなる。このように電圧レベルが変化する第2の電圧信号が第2のロータ巻線に与えられ、その第2の電圧信号を励磁信号としてsin信号とcos信号とが生成される。ここで、回転数が少ないほど第2の電圧信号の電圧レベルV2は大きくなるのでsin信号およびcos信号の電圧レベルは大きくなり、回転数が多いほど第2の電圧信号の電圧レベルV2は小さくなるのでsin信号およびcos信号の電圧レベルは小さくなる。従って、相対角度が同じであっても、回転数が異なれば、sin信号およびcos信号の電圧レベルは異なるものとなる。例えば、ハンドルが右方向へ最大N回転することができる場合、1回転目の相対角度が30度の時の電圧レベル、2回転目の相対角度が30度の時の電圧レベル、・・・、(N−1)回転目の相対角度が30度の時の電圧レベル、N回転目の相対角度が30度の時の電圧レベルは全て異なるものとなる。また、それらの電圧レベルの大きさは、1回転目が最も大きく、N回転目が最も小さくなる。以上より、レゾルバ30から出力されるsin信号およびcos信号の電圧レベルに基づいて回転数と相対角度とが検出されるので、絶対角度を求めることができる。
As described above, the transformation ratio K of the transformer increases and the voltage level V2 of the second voltage signal decreases as the handle rotates to the right or left from the zero-degree absolute angle position. The second voltage signal whose voltage level changes in this way is applied to the second rotor winding, and a sin signal and a cos signal are generated using the second voltage signal as an excitation signal. Here, since the voltage level V2 of the second voltage signal increases as the rotational speed decreases, the voltage levels of the sin signal and the cos signal increase, and the voltage level V2 of the second voltage signal decreases as the rotational speed increases. Therefore, the voltage levels of the sin signal and the cos signal become small. Therefore, even if the relative angles are the same, the voltage levels of the sin signal and the cos signal are different if the rotational speed is different. For example, when the steering wheel can make a maximum N rotations to the right, the voltage level when the relative angle of the first rotation is 30 degrees, the voltage level when the relative angle of the second rotation is 30 degrees,... (N-1) The voltage level when the relative angle of the rotation is 30 degrees and the voltage level when the relative angle of the N rotation is 30 degrees are all different. Further, the magnitudes of these voltage levels are the largest at the first rotation and the smallest at the Nth rotation. As described above, since the rotation speed and the relative angle are detected based on the voltage levels of the sin signal and the cos signal output from the
<4.電動パワーステアリング装置の全体構成>
次に、上述のレゾルバ30を電動パワーステアリング装置のトルクセンサに用いた例を説明する。図4は、電動パワーステアリング装置の構成をそれに関連する車両構成と共に示す概略図である。この電動パワーステアリング装置は、操舵のための操作手段としてのハンドル100に一端が固着されるステアリングシャフト102と、そのステアリングシャフト102の他端に連結されたラックピニオン機構104と、ハンドル100の操作によってステアリングシャフト102に加えられる操舵トルクを検出するためのトルクセンサ3と、当該車両の走行速度を検出する車速センサ4と、ハンドル操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生するモータ6と、そのモータ6の発生する操舵補助力をステアリングシャフト102に伝達する減速ギヤ7と、車載バッテリ8から電源の供給を受けて、トルクセンサ3および車速センサ4からのセンサ信号に基づきモータ6の駆動を制御する電子制御ユニット(ECU)5とを備えている。
<4. Overall configuration of electric power steering device>
Next, an example in which the
運転者がハンドル100を操作すると、トルクセンサ3からのセンサ信号に基づいて検出される操舵トルクおよび操舵角と車速センサ4によって検出される車速とに基づいてECU5によりモータ6が駆動される。これによりモータ6は操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速ギヤ7を介してステアリングシャフト102に加えられることにより、操舵操作による運転者の負荷が軽減される。すなわち、ハンドル操作によって加えられる操舵トルクとモータ6の発生する操舵補助力Taとの和が、出力トルクTbとして、ステアリングシャフト102を介してラックピニオン機構104に与えられる。これによりピニオン軸が回転すると、その回転がラックピニオン機構104によってラック軸の往復運動に変換される。ラック軸の両端はタイロッドおよびナックルアームからなる連結部材106を介して車輪108に連結されており、ラック軸の往復運動に応じて車輪108の向きが変わる。
When the driver operates the
<5.トルクセンサの構成>
図5は、この電動パワーステアリング装置のトルクセンサ3の構成を模式的に示した概略図である。このトルクセンサ3は、第1のレゾルバ30aと第2のレゾルバ30bとを有している。第1のレゾルバ30aおよび第2のレゾルバ30bの詳細な構成は、図1に示したとおりである。トルクセンサ3内において、ハンドル100に一端が固着されたステアリングシャフト(以下、「インプットシャフト」という。)102aと、ラックピニオン機構104に一端が連結されたステアリングシャフト(以下、「アウトプットシャフト」という。)102bとが、トーションバー102cによって接続されている。第1のレゾルバ30aは、インプットシャフト102aに設けられ、第2のレゾルバ30bは、アウトプットシャフト102bに設けられている。すなわち、第1のレゾルバ30aはインプットシャフト102aの回転角度を検出するために設けられ、第2のレゾルバ30bはアウトプットシャフト102bの回転角度を検出するために設けられている。なお、インプットシャフト102aの回転角度のうち絶対角度を符号θaで表し、アウトプットシャフト102bの回転角度のうち絶対角度を符号θbで表す。
<5. Configuration of torque sensor>
FIG. 5 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the
第1のレゾルバ30aからは、インプットシャフト102aの絶対角度(以下、「第1の絶対角度」という。)θaを検出するための第1のsin信号sinθaと第1のcos信号cosθaとが出力される。第2のレゾルバ30bからは、アウトプットシャフト102bの絶対角度(以下、「第2の絶対角度」という。)θbを検出するための第2のsin信号sinθbと第2のcos信号cosθbとが出力される。ここで、ハンドル100が回転すると、トーションバー102cがねじれ、第1の絶対角度θaと第2の絶対角度θbとは異なる値となる。それらの絶対角度の差分(θa−θb)に基づいて、ハンドル100に加えられた操舵トルクが求められる。
The
<6.制御装置の構成>
図6は、上記電動パワーステアリング装置を制御的観点から見た構成を示すブロック図である。電動パワーステアリング装置の制御装置であるECU5は、角度検出部10と、トルク検出部11と、目標電流演算部12と、減算器14と、PI制御部15と、モータ駆動部20と、電流検出器19とを備えている。なお、ECU5の構成要素のうち角度検出部10、トルク検出部11、目標電流演算部12、減算器14、およびPI制御部15は、マイクロコンピュータが所定のプログラムを実行することによりソフトウェア的に実現される。
<6. Configuration of control device>
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of the electric power steering apparatus as viewed from a control viewpoint. The
トルクセンサ3は、ハンドル100の操作に応じて、操舵角および操舵トルクを検出するための角度信号Dを出力する。この角度信号Dには、上述した第1のsin信号sinθa、第1のcos信号cosθa、第2のsin信号sinθb、および第2のcos信号cosθbが含まれている。角度検出部10は、角度信号Dに基づいて第1の絶対角度θaと第2の絶対角度θbとを検出し、それら出力する。トルク検出部11は、第1の絶対角度θaと第2の絶対角度θbとを受け取り、それらの差分(θa−θb)に基づいて操舵トルクを検出し、操舵トルク信号Tsとして出力する。車速センサ4は、この電動パワーステアリング装置が搭載される車両の走行速度を検出し、その検出値を示す信号を車速信号Ssとして出力する。
The
目標電流演算部12は、ハンドルの操舵角としての第1の絶対角度θaと操舵トルク信号Tsと車速信号Ssとに基づき目標電流値Itを設定する。電流検出器19は、モータ6に実際に供給される電流を検出し、その電流を示す電流検出値Isを出力する。減算器14は、目標電流演算部12から出力される目標電流値Itと電流検出器19から出力される電流検出値Isとの偏差(It−Is)を算出する。PI制御部15は、この偏差(It−Is)に基づき比例積分制御演算によって電圧指令値Vを生成する。モータ駆動部20は、この電圧指令値Vに基づいて、モータ6に電圧を印加する。この電圧印加によりモータ6に電流が流れ、運転者のハンドル操作を補助している。
The target
<7.効果>
本実施形態によると、レゾルバ30の第1のロータ331は、回転に伴い上下移動するように構成されている。このため、第1のステータ321と第1のロータ331とによって構成される変圧器の変圧比Kが回転に伴って変化する。これにより、回転に伴って、第1のロータ巻線に誘起される第2の電圧信号の電圧レベルが変化する。ここで、レゾルバ30から出力される角度信号(sin信号およびcos信号)Dの電圧レベルは第2のロータ巻線に与えられる励磁信号の電圧レベルに基づくところ、第2のロータ巻線には第2の電圧信号が励磁信号として与えられる。従って、回転に伴って第2のロータ巻線に与えられる励磁信号の電圧レベルは変化し、それに伴い角度信号Dの電圧レベルは変化する。このため、相対角度が同じであっても、回転数が異なれば、角度信号Dの電圧レベルは異なるものとなる。これにより、角度信号Dの電圧レベルに基づいて回転数を検出することができる。その結果、相対角度と回転数とから多回転の絶対角度が検出される。以上より、他のセンサ等を備えることなく、本実施形態に係るレゾルバ30のみで多回転の絶対角度を検出することができる。
<7. Effect>
According to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、電動パワーステアリング装置において、レゾルバ30は、ハンドルの操舵角を検出するだけでなく、ハンドル操作によって加えられるトルクを検出するために機能する。このため、電動パワーステアリング装置全体で必要な部品が削減される。これにより、電動パワーステアリング装置において、低コスト化や省スペース化が実現される。
Further, according to the present embodiment, in the electric power steering apparatus, the
3…トルクセンサ、4…車速センサ、5…電子制御ユニット(ECU)、6…モータ、30…レゾルバ式の回転角度検出装置、30a…第1のレゾルバ、30b…第2のレゾルバ、102…ステアリングシャフト、102a…インプットシャフト、102b…アウトプットシャフト、102c…トーションバー、103…キー、200…回転軸、310…ステータハウジング、321…第1のステータ、322…第2のステータ、331…第1のロータ、332…第2のロータ、341…第1の回転軸部材、342…第2の回転軸部材、350…キー溝、360…ねじ部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1の回転トランスは、
励磁信号としての第1の電圧信号を受け取る第1のステータ巻線を有する第1のステータと、
前記第1のステータの内側に設けられ、所定の回転軸を中心に回転自在に構成された、前記第1の電圧信号に基づいて前記第1のステータ巻線との相対的な位置関係に応じた第2の電圧信号を生成する第1のロータ巻線を有する第1のロータと
を含み、
前記第2の回転トランスは、
前記第1のロータとともに回転し、前記第1のロータ巻線から前記第2の電圧信号を受け取る第2のロータ巻線を有する第2のロータと、
前記第2のロータの外側に設けられ、励磁信号としての前記第2の電圧信号に基づいて前記第2のロータの回転角度に応じた位置信号としての第3の電圧信号を生成する第2のステータ巻線を有する第2のステータと
を含み、
前記第1のロータのみが回転に伴って前記所定の回転軸方向に移動し、該移動により前記第1のステータ巻線と前記第1のロータ巻線との相対的な位置関係が変化することを特徴とする、回転角度検出装置。 A resolver-type rotation angle detection device including a first rotation transformer that transmits an excitation signal to the secondary side in a non-contact manner and a second rotation transformer that generates a position signal from the excitation signal,
The first rotary transformer
A first stator having a first stator winding for receiving a first voltage signal as an excitation signal;
According to the relative positional relationship with the first stator winding based on the first voltage signal, which is provided inside the first stator and is configured to be rotatable around a predetermined rotation axis. A first rotor having a first rotor winding for generating a second voltage signal,
The second rotary transformer is
A second rotor having a second rotor winding that rotates with the first rotor and receives the second voltage signal from the first rotor winding;
A second voltage signal that is provided outside the second rotor and generates a third voltage signal as a position signal corresponding to a rotation angle of the second rotor based on the second voltage signal as an excitation signal; A second stator having a stator winding,
Only the first rotor moves in the predetermined rotation axis direction with rotation, and the relative positional relationship between the first stator winding and the first rotor winding changes due to the movement. A rotation angle detector.
前記第1のシャフトまたは前記第2のシャフトの回転角度を検出する、請求項1に記載の回転角度検出装置を備えることを特徴とする、電動パワーステアリング装置。 An electric power steering apparatus comprising a steering shaft composed of a first shaft and a second shaft connected by a torsion bar,
The electric power steering apparatus comprising the rotation angle detection device according to claim 1, wherein the rotation angle detection device according to claim 1 detects a rotation angle of the first shaft or the second shaft.
前記第1のシャフトおよび前記第2のシャフトのそれぞれに請求項1に記載の回転角度検出装置を備え、当該回転角度検出装置によって検出された前記第1のシャフトおよび前記第2のシャフトの回転角度に基づき操舵トルクおよび操舵角を検出することを特徴とする、電動パワーステアリング装置。
An electric power steering apparatus comprising a steering shaft composed of a first shaft and a second shaft connected by a torsion bar,
The rotation angle detection device according to claim 1 is provided in each of the first shaft and the second shaft, and the rotation angles of the first shaft and the second shaft detected by the rotation angle detection device. A steering torque and a steering angle are detected based on the electric power steering apparatus.
Priority Applications (1)
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JP2006158009A JP2007327800A (en) | 2006-06-07 | 2006-06-07 | Rotation angle detector, and electric power steering device equipped therewith |
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WO2010124604A1 (en) * | 2009-04-30 | 2010-11-04 | 浙江关西电机有限公司 | Position detection device and signal processing device and method thereof |
WO2010124587A1 (en) * | 2009-04-30 | 2010-11-04 | 浙江关西电机有限公司 | Position detection device and signal processing device and method thereof |
CN109000835A (en) * | 2018-09-19 | 2018-12-14 | 西安旭彤电子科技股份有限公司 | A kind of dynamic difference formula torque sensor |
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2006
- 2006-06-07 JP JP2006158009A patent/JP2007327800A/en active Pending
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CN109000835B (en) * | 2018-09-19 | 2020-09-11 | 西安旭彤电子科技股份有限公司 | Dynamic differential torque sensor |
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