JP2009069106A - Torque detection device and electric power steering system - Google Patents

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淳愛 浅賀
Ikunori Sakatani
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a torque detection device and electric power steering system capable of constituting a double system. <P>SOLUTION: A magnetometric sensor 110a is connected with a first shaft 200a, a magnetometric sensor 110b is connected with a second shaft 200b, and the magnetometric sensors 110a and 110b output three-phase magnetic detection signals of different phases according to the rotation of a rotator to rotation information calculation devices 101a and 101b, respectively. The rotation information calculation devices 101a and 101b calculate an absolute rotation angle position θ1 of the first shaft 200a and an absolute rotation angle position θ2 of the second shaft 200b, respectively, based on a normal two-phase magnetic detection signal out of the three-phase magnetic detection signals. An arithmetic section 102 calculates a steering torque T based on the differential value between the absolute rotation angle positions θ1 and θ2. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、2つの角度センサをトーションバーの両端に配置し、トーションバーの捩れ角度からトルクを検出するトルク検出装置、及びこのトルク検出装置を用いた電動パワーステアリング装置に関する。   The present invention relates to a torque detection device that arranges two angle sensors at both ends of a torsion bar and detects torque from a twist angle of the torsion bar, and an electric power steering device using the torque detection device.

従来のトルク検出装置としては、入力軸と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つ第1の回転体と、この第1の回転体の歯車に接続され第1の回転体より低速に回転し、中心部に磁石が配置された第2の回転体と、出力軸と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、多回転可能な歯車を持つ第3の回転体と、これらのそれぞれの回転角度を検出する第1、第2、第3の検出手段とからなる簡単な構成で、高精度・高分解能に絶対回転角度およびトルク検出を行うというものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2006−220529号公報
As a conventional torque detection device, a first target having a gear capable of multiple rotation is held by holding a first target that is connected to an input shaft and is magnetized with magnetic poles having different polarities alternately at equal intervals on the outer peripheral surface. A rotating body connected to the gear of the first rotating body and rotating at a lower speed than the first rotating body, and a magnet disposed at the center, and an output shaft connected to the outer peripheral surface. A third rotating body having a second target having magnetic poles of different polarities alternately magnetized at equal intervals and having a multi-rotatable gear, and first rotation angles for detecting the respective rotating angles. It is known that the absolute rotation angle and torque are detected with high accuracy and high resolution with a simple configuration comprising the second and third detection means (see, for example, Patent Document 1).
JP 2006-220529 A

しかしながら、上記特許文献1に記載の従来例にあっては、トーションバーの両端(入力軸と出力軸)に角度センサを設け、回転角度及びトルクを検出しているだけであり、2重系を構成していないため、改善が望まれている。
そこで、本発明は、2重系を構成することができるトルク検出装置及び電動パワーステアリング装置を提供することを課題としている。
However, in the conventional example described in Patent Document 1, angle sensors are provided at both ends (input shaft and output shaft) of the torsion bar, and only the rotation angle and torque are detected. Since it is not configured, improvement is desired.
Then, this invention makes it a subject to provide the torque detection apparatus and electric power steering device which can comprise a double system.

上記課題を解決するために、請求項1に係るトルク検出装置は、入力軸と出力軸とをトーションバーを介して同軸上に連結した軸に加わるトルクを検出するトルク検出装置であって、
前記入力軸の回転角度位置を検出する第1の角度検出手段と、
前記出力軸の回転角度位置を検出する第2の角度検出手段と、
前記第1の角度検出手段で検出した回転角度位置と前記第2の角度検出手段で検出した回転角度位置とに基づいて、前記トルクを算出するトルク算出手段と、を備え、
前記第1及び第2の角度検出手段は、回転子に支持された磁石ホルダと、前記磁石ホルダに支持された磁石と、固定子に支持され、円周方向にそれぞれ所定間隔で配置された、入力磁束に応じた信号を出力する3つの磁気検出器と、前記固定子に支持され且つ前記3つの磁気検出器の間に配設された、前記3つの磁気検出器に前記磁石からの磁束を導く3つの磁路を有した磁路部材と、前記回転子の回転時に、前記磁路部材の各磁路と前記磁石との位置関係に応じて位相の変化する、前記3つの磁気検出器からの3相の磁気検出信号に基づいて、前記回転子の回転角度位置を算出する回転情報算出手段と、をそれぞれ有することを特徴としている。
In order to solve the above problem, a torque detection device according to claim 1 is a torque detection device that detects a torque applied to a shaft in which an input shaft and an output shaft are coaxially connected via a torsion bar,
First angle detection means for detecting a rotational angle position of the input shaft;
Second angle detection means for detecting a rotational angle position of the output shaft;
Torque calculation means for calculating the torque based on the rotation angle position detected by the first angle detection means and the rotation angle position detected by the second angle detection means,
The first and second angle detecting means are supported by a magnet holder supported by a rotor, a magnet supported by the magnet holder, and a stator, and are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. Three magnetic detectors that output signals according to input magnetic flux, and magnetic flux from the magnets to the three magnetic detectors supported by the stator and disposed between the three magnetic detectors. A magnetic path member having three magnetic paths to be guided, and the three magnetic detectors whose phase changes according to the positional relationship between each magnetic path of the magnetic path member and the magnet when the rotor rotates. And rotation information calculation means for calculating the rotation angle position of the rotor based on the three-phase magnetic detection signals.

また、請求項2に係るトルク検出装置は、請求項1に係る発明において、前記3相の磁気検出信号の異常を検出する異常検出手段を有し、前記回転情報算出手段は、前記異常検出手段によって、前記3相の磁気検出信号のうちいずれか1つに異常が検出されたとき、当該異常の検出された磁気検出信号の相を除く、残り2つの相の磁気検出信号に基づいて前記回転角度位置を算出することを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a torque detecting device according to the first aspect of the present invention, further comprising an abnormality detecting unit that detects an abnormality of the three-phase magnetic detection signal, and the rotation information calculating unit includes the abnormality detecting unit. When an abnormality is detected in any one of the three-phase magnetic detection signals, the rotation is performed based on the remaining two-phase magnetic detection signals except for the phase of the magnetic detection signal in which the abnormality is detected. It is characterized by calculating an angular position.

さらに、請求項3に係るトルク検出装置は、請求項2に係る発明において、前記異常検出手段は、前記3相の磁気検出信号のサンプリング値に基づいて、前記磁気検出器の構成する3つの相の相毎に、少なくとも2通りの算出方法で、回転角度位置を算出し、当該算出した回転角度位置に基づいて、前記3相の磁気検出信号の異常を検出することを特徴としている。   Furthermore, the torque detector according to a third aspect is the invention according to the second aspect, wherein the abnormality detecting means is configured to detect three phases of the magnetic detector based on a sampling value of the three-phase magnetic detection signal. For each phase, the rotation angle position is calculated by at least two calculation methods, and the abnormality of the three-phase magnetic detection signal is detected based on the calculated rotation angle position.

また、請求項4に係るトルク検出装置は、請求項3に係る発明において、前記磁気検出器の3つの相をA相、B相、C相とし、A相、B相、C相の各相に対応する磁気検出信号のサンプリング値をそれぞれa、b、cとし、前記異常検出手段は、前記サンプリング値a及びb、前記サンプリング値a及びc、並びに前記サンプリング値b及びcの組み合わせのうち少なくとも2つの組み合わせに基づいて、当該組み合わせ毎に異なる算出方法を用いて、前記磁気検出器の相毎に、少なくとも2つの回転角度位置を算出し、当該算出した各相の回転角度位置に基づき、前記位相の異なる3相の磁気検出信号の異常を検出することを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the torque detector according to the third aspect, wherein the three phases of the magnetic detector are an A phase, a B phase, and a C phase, and each of the A phase, the B phase, and the C phase. Sampling values of the magnetic detection signal corresponding to A are respectively a, b, and c, and the abnormality detection means includes at least one of the sampling values a and b, the sampling values a and c, and the combination of the sampling values b and c. Based on the two combinations, using a different calculation method for each combination, calculate at least two rotation angle positions for each phase of the magnetic detector, and based on the calculated rotation angle positions of each phase, It is characterized by detecting abnormalities in the three-phase magnetic detection signals having different phases.

さらにまた、請求項5に係るトルク検出装置は、請求項3又は4に係る発明において、前記異常検出手段は、前記各相に対する前記回転角度位置同士の差分値に基づき、前記位相の異なる3相の磁気検出信号の異常を検出することを特徴としている。
また、請求項6に係るトルク検出装置は、請求項3〜5の何れか1項に係る発明において、前記回転情報算出手段は、前記3つの磁気検出信号のうち、前記異常検出手段によって異常が検出された磁気検出信号以外の磁気検出信号の各相に対する、当該異常の検出に用いた前記回転角度位置の平均値を、前記回転子の回転角度位置として算出することを特徴としている。
Furthermore, in the invention according to claim 3 or 4, the torque detection device according to claim 5 is characterized in that the abnormality detection means has three phases having different phases based on a difference value between the rotation angle positions with respect to the phases. It is characterized by detecting an abnormality in the magnetic detection signal.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the torque detection device according to any one of the third to fifth aspects, wherein the rotation information calculating means detects abnormality among the three magnetic detection signals by the abnormality detection means. For each phase of the magnetic detection signal other than the detected magnetic detection signal, an average value of the rotation angle positions used for detecting the abnormality is calculated as the rotation angle position of the rotor.

さらに、請求項7に係るトルク検出装置は、請求項1〜6の何れか1項に係る発明において、前記トルク算出手段は、前記第1の角度検出手段で検出した絶対回転角度位置と、前記第2の角度検出手段で検出した絶対回転角度位置との差分値に基づいて、前記トルクを算出することを特徴としている。
また、請求項8に係る電動パワーステアリング装置は、請求項1〜7の何れか1項に記載のトルク検出装置を操舵軸に配設し、当該トルク検出装置で操舵トルクを検出するように構成されていることを特徴としている。
Furthermore, the torque detection device according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the torque calculation means includes the absolute rotation angle position detected by the first angle detection means, The torque is calculated based on a difference value from the absolute rotation angle position detected by the second angle detection means.
An electric power steering device according to an eighth aspect is configured such that the torque detection device according to any one of the first to seventh aspects is disposed on a steering shaft, and the steering torque is detected by the torque detection device. It is characterized by being.

本発明に係るトルク検出装置によれば、2つの角度センサをトーションバーの両端に配置し、トーションバーの捩れ角度からトルクを検出する構成とし、前記角度センサを3つの磁気検出器からの3相の磁気検出信号のうち、2相の磁気検出信号に基づいて回転角度位置を算出することが可能な構成とするので、3相の磁気検出信号のうち何れか1つに異常が発生した場合であっても、残りの正常な2相の磁気検出信号に基づいて絶対回転角度を検出することができる。したがって、角度センサとして2重系を構成することができ、信頼性の高いトルク検出装置とすることができる。
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、上記トルク検出装置を操舵軸に配設することにより、信頼性の高い操舵トルクを得ることができる。さらに、角度センサで絶対回転角度を検出することで、操舵角も同時に検出することができるので、別途操舵角を検出するためのセンサ等を設ける必要がなくなる。
According to the torque detection device of the present invention, two angle sensors are arranged at both ends of the torsion bar, and the torque is detected from the torsion angle of the torsion bar. The angle sensor is a three-phase sensor from three magnetic detectors. Since the rotation angle position can be calculated based on the two-phase magnetic detection signal among the three-phase magnetic detection signals, an abnormality occurs in any one of the three-phase magnetic detection signals. Even if it exists, the absolute rotation angle can be detected based on the remaining normal two-phase magnetic detection signals. Therefore, a double system can be configured as the angle sensor, and a highly reliable torque detection device can be obtained.
Further, according to the electric power steering apparatus according to the present invention, a highly reliable steering torque can be obtained by arranging the torque detection device on the steering shaft. Furthermore, since the steering angle can be detected simultaneously by detecting the absolute rotation angle with the angle sensor, it is not necessary to provide a sensor for detecting the steering angle separately.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係るトルク検出装置を電動パワーステアリング装置に適用した場合における一実施形態を示す全体構成図である。
図中、符号1は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール1に運転者から作用される操舵力が入力軸2aと出力軸2bとを有するステアリングシャフト2に伝達される。このステアリングシャフト2は、入力軸2aの一端がステアリングホイール1に連結され、他端はトルク検出装置としてのトルクセンサ3を介して出力軸2bの一端に連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment when a torque detection device according to the present invention is applied to an electric power steering device.
In the figure, reference numeral 1 denotes a steering wheel, and a steering force applied to the steering wheel 1 from a driver is transmitted to a steering shaft 2 having an input shaft 2a and an output shaft 2b. The steering shaft 2 has one end of an input shaft 2a connected to the steering wheel 1 and the other end connected to one end of an output shaft 2b via a torque sensor 3 as a torque detector.

そして、出力軸2bに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント4を介してロアシャフト5に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント6を介してピニオンシャフト7に伝達される。このピニオンシャフト7に伝達された操舵力はステアリングギヤ8を介してタイロッド9に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ8は、ピニオンシャフト7に連結されたピニオン8aとこのピニオン8aに噛合するラック8bとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン8aに伝達された回転運動をラック8bで直進運動に変換している。   The steering force transmitted to the output shaft 2 b is transmitted to the lower shaft 5 via the universal joint 4 and further transmitted to the pinion shaft 7 via the universal joint 6. The steering force transmitted to the pinion shaft 7 is transmitted to the tie rod 9 via the steering gear 8 and steers steered wheels (not shown). Here, the steering gear 8 is configured in a rack and pinion type having a pinion 8a connected to the pinion shaft 7 and a rack 8b meshing with the pinion 8a, and the rotational motion transmitted to the pinion 8a is linearly moved by the rack 8b. It has been converted to movement.

ステアリングシャフト2の出力軸2bには、操舵補助力を出力軸2bに伝達する操舵補助機構10が連結されている。この操舵補助機構10は、出力軸2bに連結した減速ギヤ11と、この減速ギヤ11に連結されて操舵系に対して操舵補助力を発生する電動モータ12とを備えている。
トルクセンサ3は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達される操舵トルクTを検出するように構成されている。このトルクセンサ3の具体的構成については後述する。
A steering assist mechanism 10 for transmitting a steering assist force to the output shaft 2b is connected to the output shaft 2b of the steering shaft 2. The steering assist mechanism 10 includes a reduction gear 11 coupled to the output shaft 2b, and an electric motor 12 coupled to the reduction gear 11 and generating a steering assist force with respect to the steering system.
The torque sensor 3 is configured to detect a steering torque T applied to the steering wheel 1 and transmitted to the input shaft 2a. A specific configuration of the torque sensor 3 will be described later.

トルクセンサ3から出力される操舵トルクTはコントローラ15に入力される。また、コントローラ15には、操舵トルクTの他に車速センサ16から出力される車速検出値Vも入力される。
そして、コントローラ15は、操舵トルクT及び車速Vに応じた操舵補助力を電動モータ12で発生するための電流指令値を演算し、当該電流指令値に基づいて電動モータ12を駆動制御する。
The steering torque T output from the torque sensor 3 is input to the controller 15. In addition to the steering torque T, a vehicle speed detection value V output from the vehicle speed sensor 16 is also input to the controller 15.
Then, the controller 15 calculates a current command value for generating the steering assist force according to the steering torque T and the vehicle speed V by the electric motor 12, and drives and controls the electric motor 12 based on the current command value.

次に、トルクセンサ3の具体的構成について詳述する。
図2は、トルクセンサ3の構成を示すブロック図である。この図2に示すように、トルクセンサ3は、第1の軸200a(入力軸2a)に連結された、第1の磁石103aの回転状態を検出する第1の回転状態検出装置100aと、第2の軸200b(出力軸2b)に連結された、第2の磁石103bの回転状態を検出する第2の回転状態検出装置100bとを備えている。
Next, a specific configuration of the torque sensor 3 will be described in detail.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the torque sensor 3. As shown in FIG. 2, the torque sensor 3 includes a first rotation state detection device 100a that detects the rotation state of the first magnet 103a connected to the first shaft 200a (input shaft 2a), and a first rotation state detection device 100a. And a second rotation state detection device 100b connected to the second shaft 200b (output shaft 2b) for detecting the rotation state of the second magnet 103b.

第1の回転状態検出装置100aからの出力信号は第1の回転情報算出装置101aに入力され、第1の回転情報算出装置101aで、第1の軸200aの絶対回転角度位置θ1が算出される。
同様に、第2の回転状態検出装置100bからの出力信号は第2の回転情報算出装置101bに入力され、第2の回転情報算出装置101bで、第2の軸200bの絶対回転角度位置θ2が算出される。
An output signal from the first rotation state detection device 100a is input to the first rotation information calculation device 101a, and the first rotation information calculation device 101a calculates the absolute rotation angle position θ1 of the first shaft 200a. .
Similarly, an output signal from the second rotation state detection device 100b is input to the second rotation information calculation device 101b, where the absolute rotation angle position θ2 of the second shaft 200b is determined by the second rotation information calculation device 101b. Calculated.

そして、第1及び第2の回転情報算出装置101a及び101bで算出された絶対回転角度位置θ1及びθ2は、演算部102に入力され、この演算部102で、絶対回転角度位置θ1と絶対回転角度位置θ2との差分値を演算し、当該差分値に基づいて操舵トルクTを算出すると共に、絶対回転角度位置θ1(又は絶対回転角度位置θ2)を操舵角δとして設定し、これらを出力するようになっている。
また、図2の符号3aはトーションバーであり、このトーションバー3aは、第1の軸200aと第2の軸200bとの間に、第1の軸200a及び第2の軸200bと同軸上に連結されており、捩れトルクが入力されたとき、自身に捩れを生じる弾性部材から構成されている。
The absolute rotation angle positions θ1 and θ2 calculated by the first and second rotation information calculation devices 101a and 101b are input to the calculation unit 102, and the calculation unit 102 determines the absolute rotation angle position θ1 and the absolute rotation angle. The difference value with respect to the position θ2 is calculated, the steering torque T is calculated based on the difference value, the absolute rotation angle position θ1 (or the absolute rotation angle position θ2) is set as the steering angle δ, and these are output. It has become.
2 is a torsion bar. The torsion bar 3a is coaxial with the first shaft 200a and the second shaft 200b between the first shaft 200a and the second shaft 200b. It is connected, and when a torsional torque is inputted, it is composed of an elastic member that causes a torsion in itself.

次に、第1及び第2の磁石103a及び103b、第1及び第2の回転状態検出装置100a及び100b、並びに第1及び第2の回転情報算出装置101a及び101bの構成について説明する。
なお、第1の磁石103a及び第2の磁石103b、第1の回転状態検出装置100a及び第2の回転状態検出装置100b、並びに第1の回転情報算出装置101a及び第2の回転情報算出装置101bはそれぞれ同一構成を有するため、以下の説明では単に磁石103、回転状態検出装置100、回転情報算出装置101と称して説明する。
Next, the configuration of the first and second magnets 103a and 103b, the first and second rotation state detection devices 100a and 100b, and the first and second rotation information calculation devices 101a and 101b will be described.
The first magnet 103a and the second magnet 103b, the first rotation state detection device 100a and the second rotation state detection device 100b, and the first rotation information calculation device 101a and the second rotation information calculation device 101b. Since each has the same configuration, the following description will be simply referred to as a magnet 103, a rotation state detection device 100, and a rotation information calculation device 101.

回転状態検出装置100と磁石103とは、トーションバー3aの端部(第1の軸200a又は第2の軸200b)に取り付けられる磁石103と、図示しない静止部材に取り付けられる回転状態検出装置100とからなる磁気センサ110を構成し、図3に示すように、3つの磁気検出信号を回転情報算出装置101に出力するようになっている。なお、図3に示す、磁気センサ110は、径方向の断面図である。   The rotation state detection device 100 and the magnet 103 are a magnet 103 attached to an end portion (first shaft 200a or second shaft 200b) of the torsion bar 3a, and a rotation state detection device 100 attached to a stationary member (not shown). As shown in FIG. 3, three magnetic detection signals are output to the rotation information calculation device 101. The magnetic sensor 110 shown in FIG. 3 is a sectional view in the radial direction.

更に、図4〜図7に基づき、磁気センサ110の詳細な構成を説明する。
ここで、図4は磁気センサ110の分解斜視図である。また、図5は磁気センサ110の磁気検出器60a〜60cから出力される磁気検出信号を示す図である。また、図6は、磁気検出信号の出力原理を示す図である。
本実施形態の磁気センサ110は、図示しない静止部材に固定されて、回転軸の回転状態を検出するものとする。
Further, a detailed configuration of the magnetic sensor 110 will be described with reference to FIGS.
Here, FIG. 4 is an exploded perspective view of the magnetic sensor 110. FIG. 5 is a diagram showing magnetic detection signals output from the magnetic detectors 60 a to 60 c of the magnetic sensor 110. FIG. 6 is a diagram illustrating the output principle of the magnetic detection signal.
The magnetic sensor 110 of the present embodiment is fixed to a stationary member (not shown) and detects the rotation state of the rotating shaft.

以下、構成を説明する。
回転軸には円環状の磁石ホルダ30が支持される。磁石ホルダ30は磁性体として、磁性材料から構成されている。更に、磁石ホルダ30には、円環状の磁石40(磁石103)が支持される。磁石40は、その半周の円周面がS極に着磁され、あとの半周の円周面がN極に着磁されている。つまり、磁石40は、2極に着磁されている。
Hereinafter, the configuration will be described.
An annular magnet holder 30 is supported on the rotating shaft. The magnet holder 30 is made of a magnetic material as a magnetic body. Further, the magnet holder 30 supports an annular magnet 40 (magnet 103). The magnet 40 has a semicircular circumferential surface magnetized to the S pole, and the other half circumferential surface is magnetized to the N pole. That is, the magnet 40 is magnetized in two poles.

一方、図示しない静止部材には、磁路部材50と、回路基板70とが支持される。回路基板70には、3つの磁気検出器60a〜60cがそれぞれ電気角120°の位相をもつように実装されている。なお、本実施形態においては、磁気検出器60a〜60cにアナログホールICを用いる。
磁性材料で構成された磁路部材50は、磁石40からの磁束を磁気検出器60a〜60cに導くための3つの磁路を形成する。この3つの磁路は、磁束の通る空隙52と、この空隙52を通る磁束を案内する軸方向に突設された壁50aから形成される。つまり、突設された壁50aと壁50aとを空隙52を挟んで対向させることで磁路を形成する。
On the other hand, the magnetic path member 50 and the circuit board 70 are supported by a stationary member (not shown). Three magnetic detectors 60a to 60c are mounted on the circuit board 70 so as to have a phase of an electrical angle of 120 °. In the present embodiment, analog Hall ICs are used for the magnetic detectors 60a to 60c.
The magnetic path member 50 made of a magnetic material forms three magnetic paths for guiding the magnetic flux from the magnet 40 to the magnetic detectors 60a to 60c. The three magnetic paths are formed by a gap 52 through which magnetic flux passes and a wall 50a protruding in the axial direction for guiding the magnetic flux through the gap 52. That is, the magnetic path is formed by making the projecting wall 50a and the wall 50a face each other with the gap 52 interposed therebetween.

磁路部材50は、磁路を形成する壁50aと壁50aとの間に磁気検出器60a〜60cを挟み込むように配置され、且つ磁路部材50の前記突設された壁50aがある面とは反対側の面が、磁石40とアキシャル対向する位置に配置される。この構成によって、磁石40の磁束は、磁路を形成する突設された2つの壁50aに案内されて、磁気検出器60a〜60cを通過する。   The magnetic path member 50 is disposed so that the magnetic detectors 60a to 60c are sandwiched between the wall 50a and the wall 50a forming the magnetic path, and the surface of the magnetic path member 50 where the protruding wall 50a is provided. The opposite surface is arranged at a position facing the magnet 40 in the axial direction. With this configuration, the magnetic flux of the magnet 40 is guided by two protruding walls 50a that form a magnetic path, and passes through the magnetic detectors 60a to 60c.

上記のような構成の磁気センサ110は、図4に示すように、磁気検出器60a〜60c、磁路部材50、磁石40、及び磁石ホルダ30がそれぞれ軸方向に積層された構造となる。
また、磁石40と磁路部材50との間には空間ギャップがある。この空間ギャップは、狭い方が磁気検出器60a〜60cに案内される磁束の量が多くなるが、あまり狭すぎると磁石40と磁路部材50が接触する可能性があるので、0.1[m m]〜2.0[mm]くらいが望ましい。
As shown in FIG. 4, the magnetic sensor 110 configured as described above has a structure in which the magnetic detectors 60a to 60c, the magnetic path member 50, the magnet 40, and the magnet holder 30 are laminated in the axial direction.
Further, there is a space gap between the magnet 40 and the magnetic path member 50. The narrower the gap, the larger the amount of magnetic flux guided to the magnetic detectors 60a to 60c. However, if the gap is too narrow, the magnet 40 and the magnetic path member 50 may come into contact with each other. It is desirable that the distance is from mm] to 2.0 [mm].

そして、回転軸が回転すると、それに伴って磁石ホルダ30及び磁石40が回転する。この回転によって、磁石40と磁路部材50の磁路との位置関係(重なり具合)が周期的に変化する。この変化によって、磁気検出器60a〜60cを通る磁束の量及び磁極がそれぞれ変化し、磁気検出信号は、図5に示すように、それぞれが120°ずつ位相のずれた3つの正弦波として出力される。つまり、象限判別が可能となるので、磁気検出器60a〜60cから出力される磁気検出信号cosθ、cos(θ−2π/3)、cos(θ−4π/3)に基づいて回転角度位置θなどを算出することができる。   And if a rotating shaft rotates, the magnet holder 30 and the magnet 40 will rotate in connection with it. By this rotation, the positional relationship (overlapping condition) between the magnet 40 and the magnetic path of the magnetic path member 50 changes periodically. Due to this change, the amount of magnetic flux passing through the magnetic detectors 60a to 60c and the magnetic pole change, respectively, and the magnetic detection signal is output as three sine waves that are 120 degrees out of phase as shown in FIG. The That is, since quadrant discrimination is possible, the rotational angle position θ and the like based on the magnetic detection signals cos θ, cos (θ-2π / 3), cos (θ-4π / 3) output from the magnetic detectors 60a to 60c. Can be calculated.

図6(b)は、磁石40と磁路部材50との径方向の断面を軸方向から見たときの両者の位置関係を示す図であり、図6(a)には、図6(b)中の丸で囲んだ位置にある磁気検出器60aの出力信号の変化が示されている。磁石40が、図6(b)に示す、102の位置から108に示す位置へと回転位置104〜106を介して順に右回転することによって、磁気検出器60aと磁石40との位置関係が変化し、磁気検出器60aを通る磁束の量及び磁極が変化する。これにより、磁気検出器60aの出力も、図6(a)に示すように変化し、この出力の変化が正弦波を形成する。   6B is a diagram showing a positional relationship between the magnet 40 and the magnetic path member 50 when the radial cross section is viewed from the axial direction. FIG. The change of the output signal of the magnetic detector 60a located at the circled position in the middle) is shown. The positional relationship between the magnetic detector 60a and the magnet 40 is changed by rotating the magnet 40 to the right through the rotational positions 104 to 106 from the position 102 shown in FIG. However, the amount of magnetic flux passing through the magnetic detector 60a and the magnetic pole change. As a result, the output of the magnetic detector 60a also changes as shown in FIG. 6A, and this change in output forms a sine wave.

このように、本実施形態では、磁気センサ110aの磁石ホルダ30と第1の軸200aとを回転不能に連結し、磁気センサ110bの磁石ホルダ30と第2の軸200bとを回転不能に連結した構成となる。
また、磁気検出器60a〜60cの信号出力部(不図示)は、回転情報算出装置101の信号入力部(不図示)に接続されている。
As described above, in this embodiment, the magnet holder 30 of the magnetic sensor 110a and the first shaft 200a are non-rotatably connected, and the magnet holder 30 of the magnetic sensor 110b and the second shaft 200b are non-rotatably connected. It becomes composition.
In addition, signal output units (not shown) of the magnetic detectors 60 a to 60 c are connected to a signal input unit (not shown) of the rotation information calculation device 101.

図3に戻って、回転情報算出装置101は、磁気センサ110から出力される3つの磁気検出信号の異常を検出する異常検出部101Aと、異常検出部101Aからの出力に基づき、絶対回転角度位置θ、回転角速度ω、回転方向などの回転輪(回転軸)の回転状態を示す回転情報を周期的に算出する回転情報算出部101Bと、を有して構成されている。そして、算出した回転情報は、図2の演算部102へと出力される。   Returning to FIG. 3, the rotation information calculation device 101 detects the abnormality of the three magnetic detection signals output from the magnetic sensor 110 and the absolute rotation angle position based on the output from the abnormality detection unit 101A. a rotation information calculation unit 101B that periodically calculates rotation information indicating the rotation state of the rotating wheel (rotating shaft) such as θ, rotation angular velocity ω, and rotation direction. Then, the calculated rotation information is output to the calculation unit 102 in FIG.

また、回転情報算出装置101は、回転角速度ωを算出するために、回転輪の回転に応じたパルス信号を出力する不図示のパルス発生器と、そのパルス信号をカウントする不図示のパルスカウンタとを有している。
さらに、回転情報算出装置101は、回転方向を算出するために、算出した絶対回転角度位置θをRAMに保持するようになっている。
Further, the rotation information calculation device 101 calculates a rotation angular velocity ω, a pulse generator (not shown) that outputs a pulse signal corresponding to the rotation of the rotating wheel, a pulse counter (not shown) that counts the pulse signal, have.
Further, the rotation information calculation apparatus 101 holds the calculated absolute rotation angle position θ in the RAM in order to calculate the rotation direction.

また、回転情報算出装置101は、図示しないが、各種制御や演算処理を担う演算処理装置(Processing Unit)と、主記憶装置(Main Storage)を構成するRAM(Random Access Memory)と、読み出し専用の記憶装置であるROM(Read Only Memory)と、前記各装置間をデータ授受可能に接続するバスとを有した構成となっている。
そして、ROMに予め記憶された専用のコンピュータプログラムをRAMにロードし、RAMにロードされたプログラムに記述された命令に従って演算処理装置が各種ハードウェアの制御および各種演算処理を行うことで前述した回転情報の算出処理を実現するようになっている。
Although not shown, the rotation information calculation device 101 includes an arithmetic processing unit (Processing Unit) responsible for various controls and arithmetic processing, a RAM (Random Access Memory) constituting a main storage (Main Storage), and a read-only device. It has a configuration that includes a ROM (Read Only Memory) that is a storage device and a bus that connects the devices so as to be able to exchange data.
Then, a dedicated computer program stored in advance in the ROM is loaded into the RAM, and the arithmetic processing unit controls various hardware and performs various arithmetic processes in accordance with instructions described in the program loaded in the RAM. Information calculation processing is realized.

次に、異常検出部101Aにおいて、磁気検出器60a〜60cのA相、B相、C相の各相に対する回転角度位置の算出に用いられる算出式について説明する。
磁気検出器60a〜60cのA相〜C相からの磁気検出信号のサンプリング値a、b、cは、下式(1)で表すことができる。
A相:a=cosθ,
B相:b=cos(θ−2π/3),
C相:c=cos(θ−4π/3) ・・・(1)
上式(1)より、サンプリング値a、b、cの数学的関係を利用して、異常検出用の回転角度位置の算出式(後述する第1式〜第4式)を求めるための異常検出パラメータとして、下式(2)を求める。
Next, calculation formulas used in the abnormality detection unit 101A for calculating rotation angle positions for the A phase, B phase, and C phase of the magnetic detectors 60a to 60c will be described.
The sampling values a, b, and c of the magnetic detection signals from the A phase to the C phase of the magnetic detectors 60a to 60c can be expressed by the following expression (1).
Phase A: a = cos θ,
B phase: b = cos (θ-2π / 3),
Phase C: c = cos (θ-4π / 3) (1)
From the above equation (1), using the mathematical relationship between the sampling values a, b, and c, the abnormality detection for obtaining the calculation formula (the first to fourth formulas described later) of the rotation angle position for detecting the abnormality. The following equation (2) is obtained as a parameter.

Figure 2009069106
Figure 2009069106

更に、上式(2)に示す異常検出パラメータを用いて、A相、B相、C相の各相に対して、サンプリング値a、b、cを全て用いた回転角度位置の算出式である、下式(3)に示す第1式を求める。次に、上式(2)に示す異常検出パラメータを用いて、A相、B相、C相の各相に対して、第1式を変形し、下式(3)に示すように、サンプリング値a及びbのみを変数とした第2式を求める。同様に、上式(2)に示す異常検出パラメータを用いて、A相、B相、C相の各相に対して、第1式を変形し、下式(3)に示すように、サンプリング値a及びcのみを変数とした第3式、並びにサンプリング値b及びcのみを変数とした第4式を求める。   Furthermore, using the abnormality detection parameter shown in the above equation (2), a calculation formula for the rotational angle position using all sampling values a, b, and c for each of the A phase, the B phase, and the C phase. The first equation shown in the following equation (3) is obtained. Next, using the abnormality detection parameter shown in the above equation (2), the first equation is modified for each of the A phase, the B phase, and the C phase, and sampling is performed as shown in the following equation (3). The second equation with only the values a and b as variables is obtained. Similarly, using the abnormality detection parameter shown in the above equation (2), the first equation is modified for each of the A phase, the B phase, and the C phase, and sampling is performed as shown in the following equation (3). A third equation having only values a and c as variables and a fourth equation having only sampling values b and c as variables are obtained.

Figure 2009069106
Figure 2009069106

そして、上式(3)に示す第2〜第4式を用いて、異常検出部101Aで異常検出処理を実行する。
図7は、異常検出部101Aで実行される異常検出処理手順を示すフローチャートである。この異常検出処理は、所定時間毎に実行され、先ずステップS200で、異常検出部101Aは、磁気検出器60a〜60cから出力される、A相、B相、C相の3相の磁気検出信号について、サンプリング値a、b、cを同時に取得して、ステップS202に移行する。
Then, abnormality detection processing is executed by the abnormality detection unit 101A using the second to fourth expressions shown in the above expression (3).
FIG. 7 is a flowchart showing an abnormality detection processing procedure executed by the abnormality detection unit 101A. This abnormality detection process is executed at predetermined time intervals. First, in step S200, the abnormality detection unit 101A outputs the three-phase magnetic detection signals A, B, and C output from the magnetic detectors 60a to 60c. Sampling values a, b, and c are simultaneously acquired, and the process proceeds to step S202.

ステップS202では、異常検出部101Aは、前記ステップS200で取得したサンプリング値a及びbと、A相、B相、C相の各相に対応する第2式とを用いて絶対回転角度位置θA2、θB2、θC2を算出して、ステップS204に移行する。
なお、θA2、θB2、θC2は、A相、B相、C相に対する第2式を用いて算出した絶対回転角度位置である。同様に、θA3、θB3、θC3は、A相、B相、C相に対する第3式を用いて算出した絶対回転角度位置であり、θA4、θB4、θC4は、A相、B相、C相に対する第4式を用いて算出した絶対回転角度位置である。つまり、下付き文字のアルファベットが磁気検出器60a〜60cの相の種類を表し、数字が算出式の種類を表している。
In step S202, the abnormality detection unit 101A uses the sampling values a and b acquired in step S200 and the second equation corresponding to each of the A phase, the B phase, and the C phase to calculate the absolute rotation angle position θ A2. , Θ B2 , θ C2 are calculated, and the process proceeds to step S204.
Note that θ A2 , θ B2 , and θ C2 are absolute rotation angle positions calculated using the second equation for the A phase, the B phase, and the C phase. Similarly, θ A3 , θ B3 , and θ C3 are absolute rotation angle positions calculated using the third equation for the A phase, the B phase, and the C phase, and θ A4 , θ B4 , and θ C4 are the A phase, This is the absolute rotation angle position calculated using the fourth equation for the B phase and the C phase. That is, the alphabet of the subscript represents the phase type of the magnetic detectors 60a to 60c, and the number represents the type of the calculation formula.

ステップS204では、異常検出部101Aは、第2式で算出した3つの絶対回転角度位置が3つとも等しいか否かを判定する。
先ず、第2式で算出したθA2、θB2、θC2に対して、各2つの差分値「θA2B2」、「θA2C2」、「θB2C2」を算出する。次に、これら差分値と、予め設定されている閾値Et=±0.1[°]とを比較し、差分値が3つとも閾値Etの範囲内にあるときは、3つの絶対回転角度位置は等しいと判定する。
In step S204, the abnormality detection unit 101A determines whether or not the three absolute rotation angle positions calculated by the second equation are equal.
First, for each of θ A2 , θ B2 , and θ C2 calculated by the second equation, two difference values “θ A2 −θ B2 ”, “θ A2 −θ C2 ”, and “θ B2 −θ C2 ” are calculated. To do. Next, these difference values are compared with a preset threshold value E t = ± 0.1 [°], and when all three difference values are within the range of the threshold value E t , three absolute rotations It is determined that the angular positions are equal.

ここで、閾値Etを−0.1[°]〜+0.1[°]の範囲にしたのは、ノイズによる誤差や、A/D変換による誤差等を考慮するためである。
そして、3つの絶対回転角度位置が3つとも等しいと判定されたときには、ステップS206に移行し、上記差分値が1つでも閾値Etの範囲外にあるときは、3つの絶対回転角度位置は等しくないと判定して後述するステップS216に移行する。
Here, the threshold value E t was in the range of -0.1 [°] ~ + 0.1 [ °] , the error or due to noise, in order to consider the error due A / D conversion.
When the three absolute rotational angle position is determined to be equal all three, the process proceeds to step S206, when the difference value is outside the range of the threshold value E t even one, three absolute rotational angular position It is determined that they are not equal, and the process proceeds to step S216 described later.

ステップS206では、異常検出部101Aは、前記ステップS200で取得したサンプリング値a及びcと、A相、B相、C相の各相に対応する第3式とを用いて絶対回転角度位置θA3、θB3、θC3を算出して、ステップS208に移行する。
ステップS208では、異常検出部101Aは、第3式で算出した3つの絶対回転角度位置が3つとも等しいか否かを判定する。
In step S206, the abnormality detection unit 101A uses the sampling values a and c acquired in step S200 and the third formula corresponding to each of the A phase, the B phase, and the C phase to calculate the absolute rotation angle position θ A3. , Θ B3 , θ C3 are calculated, and the process proceeds to step S208.
In step S208, the abnormality detection unit 101A determines whether or not all three absolute rotation angle positions calculated by the third equation are equal.

ここでは、第3式で算出したθA3、θB3、θC3に対して、各2つの差分値「θA3B3」、「θA3C3」、「θB3C3」を算出し、これら差分値と、予め設定されている閾値Et=±0.1[°]とを比較し、差分値が3つとも閾値Etの範囲内にあるときに、3つの絶対回転角度位置は等しいと判定する。
そして、3つの絶対回転角度位置が3つとも等しいと判定されたときには、ステップS210に移行し、上記差分値が1つでも閾値Etの範囲外にあるときは、3つの絶対回転角度位置は等しくないと判定して後述するステップS214に移行する。
Here, with respect to θ A3 , θ B3 , and θ C3 calculated by the third equation, two difference values “θ A3 −θ B3 ”, “θ A3 −θ C3 ”, and “θ B3 −θ C3 ” are calculated. Calculate and compare these difference values with a preset threshold E t = ± 0.1 [°], and when all three difference values are within the range of the threshold E t , three absolute rotations It is determined that the angular positions are equal.
When the three absolute rotational angle position is determined to be equal all three, the process proceeds to step S210, when the difference value is outside the range of the threshold value E t even one, three absolute rotational angular position It is determined that they are not equal, and the process proceeds to step S214 described later.

ステップS210では、異常検出部101Aは、前記ステップS200で取得したサンプリング値b及びcと、A相、B相、C相の各相に対応する第4式とを用いて絶対回転角度位置θA4、θB4、θC4を算出して、ステップS212に移行する。
ステップS212では、異常検出部101Aは、第2〜第4式で算出した9つの絶対回転角度位置を回転情報算出部101Bに出力してから、異常検出処理を終了する。
In step S210, the abnormality detection unit 101A uses the sampling values b and c acquired in step S200 and the fourth expression corresponding to each of the A phase, the B phase, and the C phase to calculate the absolute rotation angle position θ A4. , Θ B4 , θ C4 are calculated, and the process proceeds to step S212.
In step S212, the abnormality detection unit 101A outputs the nine absolute rotation angle positions calculated by the second to fourth equations to the rotation information calculation unit 101B, and then ends the abnormality detection process.

また、前記ステップS208で3つの絶対回転角度位置は等しくないと判定したときには、既にサンプリング値a及びbが正常であることが分かっているので、サンプリング値cのみに異常が発生しているものと判断できる。したがって、ステップS214では、異常検出部101Aは、第2式で算出した3つの絶対回転角度位置を回転情報算出部101Bに出力すると共に、サンプリング値cに異常が発生していることを示すC相信号異常検出フラグを外部装置等に出力してから、異常検出処理を終了する。
ステップS216では、異常検出部101Aは、前記ステップS206と同様に、サンプリング値a及びcと、A相、B相、C相の各相に対応する第3式とを用いて絶対回転角度位置θA3、θB3、θC3を算出し、ステップS218に移行する。
Also, when it is determined in step S208 that the three absolute rotation angle positions are not equal, it is already known that the sampling values a and b are normal, so that only the sampling value c is abnormal. I can judge. Therefore, in step S214, the abnormality detection unit 101A outputs the three absolute rotation angle positions calculated by the second equation to the rotation information calculation unit 101B, and also indicates a C phase indicating that an abnormality has occurred in the sampling value c. After outputting the signal abnormality detection flag to an external device or the like, the abnormality detection process is terminated.
In step S216, the abnormality detection unit 101A uses the sampling values a and c and the third expression corresponding to each of the A phase, the B phase, and the C phase, as in step S206, to calculate the absolute rotation angle position θ. A3 , θB3 , and θC3 are calculated, and the process proceeds to step S218.

ステップS218では、異常検出部101Aは、前記ステップS208と同様に、第3式で算出した3つの絶対回転角度位置が3つとも等しいか否かを判定し、3つの絶対回転角度位置が3つとも等しい場合には、サンプリング値bのみに異常が発生しているものと判断して、ステップS220に移行する。そして、このステップS220で、異常検出部101Aは、第3式で算出した3つの絶対回転角度位置を回転情報算出部101Bに出力すると共に、サンプリング値bに異常が発生していることを示すB相信号異常検出フラグを外部装置等に出力してから、異常検出処理を終了する。   In step S218, the abnormality detection unit 101A determines whether or not the three absolute rotation angle positions calculated by the third formula are equal to each other, as in step S208, and determines that there are three three absolute rotation angle positions. If both are equal, it is determined that an abnormality has occurred only in the sampling value b, and the process proceeds to step S220. In step S220, the abnormality detection unit 101A outputs the three absolute rotation angle positions calculated by the third expression to the rotation information calculation unit 101B, and indicates that an abnormality has occurred in the sampling value b. After the phase signal abnormality detection flag is output to an external device or the like, the abnormality detection process is terminated.

一方、前記ステップS218で、第3式で算出した3つの絶対回転角度位置が等しくないと判定した場合には、ステップS222に移行し、前記ステップS210と同様に、前記ステップS200で取得したサンプリング値b及びcと、A相、B相、C相の各相に対応する第4式とを用いて絶対回転角度位置θA4、θB4、θC4を算出して、ステップS224に移行する。 On the other hand, when it is determined in step S218 that the three absolute rotation angle positions calculated by the third equation are not equal, the process proceeds to step S222, and the sampling value acquired in step S200 is acquired as in step S210. Absolute rotation angle positions θ A4 , θ B4 , and θ C4 are calculated using b and c and the fourth formula corresponding to each of the A phase, the B phase, and the C phase, and the process proceeds to step S224.

ステップS224では、異常検出部101Aは、第4式で算出した3つの絶対回転角度位置が3つとも等しいか否かを判定する。
ここでは、第4式で算出したθA4、θB4、θC4に対して、各2つの差分値「θA4B4」、「θA4C4」、「θB4C4」を算出し、これら差分値と、予め設定されている閾値Et=±0.1[°]とを比較し、差分値が3つとも閾値Etの範囲内にあるときに、3つの絶対回転角度位置は等しいと判定する。
In step S224, the abnormality detection unit 101A determines whether or not the three absolute rotation angle positions calculated by the fourth equation are all equal.
Here, with respect to θ A4 , θ B4 , and θ C4 calculated by the fourth equation, two difference values “θ A4 −θ B4 ”, “θ A4 −θ C4 ”, and “θ B4 −θ C4 ” are calculated. Calculate and compare these difference values with a preset threshold E t = ± 0.1 [°], and when all three difference values are within the range of the threshold E t , three absolute rotations It is determined that the angular positions are equal.

そして、3つの絶対回転角度位置が3つとも等しいと判定されたときには、サンプリング値aのみに異常が発生しているものと判断して、ステップS226に移行する。そして、このステップS226で、異常検出部101Aは、第4式で算出した3つの絶対回転角度位置を回転情報算出部101Bに出力すると共に、サンプリング値aに異常が発生していることを示すA相信号異常検出フラグを外部装置等に出力してから、異常検出処理を終了する。   When it is determined that all three absolute rotation angle positions are equal, it is determined that an abnormality has occurred only in the sampling value a, and the process proceeds to step S226. In step S226, the abnormality detection unit 101A outputs the three absolute rotation angle positions calculated by the fourth expression to the rotation information calculation unit 101B, and indicates that an abnormality has occurred in the sampling value a. After the phase signal abnormality detection flag is output to an external device or the like, the abnormality detection process is terminated.

一方、前記ステップS224で、第4式で算出した3つの絶対回転角度位置が等しくないと判定した場合には、ステップS228に移行し、動作停止用の異常検出フラグを、内部の動作制御部(演算処理装置)や外部装置などに出力してから、異常検出処理を終了する。
このように、異常検出部101Aでは、各サンプリング値の異常判定を行い、正常なサンプリング値を用いて算出された絶対回転角度位置のみを回転情報算出部101Bに出力するようになっている。
On the other hand, if it is determined in step S224 that the three absolute rotation angle positions calculated by the fourth equation are not equal, the process proceeds to step S228, and the abnormality detection flag for stopping operation is set to the internal operation control unit ( After outputting to an arithmetic processing device or an external device, the abnormality detection process is terminated.
As described above, the abnormality detection unit 101A performs abnormality determination for each sampling value, and outputs only the absolute rotation angle position calculated using the normal sampling value to the rotation information calculation unit 101B.

次に、回転情報算出部101Bで実行する回転情報算出処理について説明する。
図8は、回転情報算出部101Bで実行される回転情報算出処理手順を示すフローチャートである。この回転情報算出処理は、所定時間毎に実行され、先ず、ステップS300で、回転情報算出部101Bは、異常検出部101Aから絶対回転角度位置を取得したか否かを判定し、取得したと判定したときにはステップS302に移行し、取得していないと判定したときには、取得するまで待機する。
Next, the rotation information calculation process executed by the rotation information calculation unit 101B will be described.
FIG. 8 is a flowchart showing a rotation information calculation processing procedure executed by the rotation information calculation unit 101B. This rotation information calculation process is executed every predetermined time. First, in step S300, the rotation information calculation unit 101B determines whether or not the absolute rotation angle position has been acquired from the abnormality detection unit 101A, and determines that it has been acquired. If it is determined, the process proceeds to step S302, and if it is determined that it has not been acquired, the process waits until it is acquired.

ステップS302では、回転情報算出部101Bは、前記ステップS300で取得した複数の絶対回転角度位置の平均値を、最終的な回転軸の絶対回転角度位置θとして算出し、ステップS304に移行する。
ステップS304では、回転情報算出部101Bは、前記ステップS302で算出した絶対回転角度位置θと、不図示のパルスカウンタでカウントした、回転軸の回転に応じたパルス信号数とに基づき回転角速度ωを算出する。
例えば、1周を10ビット(1024)に分割し、パルス発生器から、回転軸の回転に応じてパルス信号を出力する。このパルス信号をパルスカウンタでカウントし、このカウント値から回転に応じた時間tを算出する。そして、この時間tと絶対回転角度位置θとにより、回転角速度ωを算出する。
In step S302, the rotation information calculation unit 101B calculates the average value of the plurality of absolute rotation angle positions acquired in step S300 as the final absolute rotation angle position θ of the rotation axis, and proceeds to step S304.
In step S304, the rotation information calculation unit 101B calculates the rotation angular velocity ω based on the absolute rotation angle position θ calculated in step S302 and the number of pulse signals corresponding to the rotation of the rotation axis counted by a pulse counter (not shown). calculate.
For example, one round is divided into 10 bits (1024), and a pulse signal is output from the pulse generator according to the rotation of the rotating shaft. The pulse signal is counted by a pulse counter, and a time t corresponding to the rotation is calculated from the count value. Then, the rotational angular velocity ω is calculated from the time t and the absolute rotational angular position θ.

次に、ステップS306では、回転情報算出部101Bは、前記ステップS302で算出した絶対回転角度位置θと、RAMに保持してある過去(例えば、1回前)に算出した絶対回転角度位置θとに基づき回転方向を算出して、ステップS308に移行する。
ステップS308では、回転情報算出部101Bは、前記ステップS302〜S306の算出結果の信号を演算部102に出力し、回転情報算出処理を終了する。
なお、図2において、第1の磁気センサ110a及び第1の回転情報算出装置101aが第1の角度検出手段に対応し、第2の磁気センサ110b及び第2の回転情報算出装置101bが第2の角度検出手段に対応し、演算部102がトルク算出手段に対応している。また、図3の異常検出部101A及び図7の処理が異常検出手段に対応し、図3の回転情報算出部101B及び図8の処理が回転情報算出手段に対応している。
Next, in step S306, the rotation information calculation unit 101B calculates the absolute rotation angle position θ calculated in step S302 and the absolute rotation angle position θ calculated in the past (for example, once before) held in the RAM. The rotation direction is calculated based on the above, and the process proceeds to step S308.
In step S308, the rotation information calculation unit 101B outputs the calculation result signal of steps S302 to S306 to the calculation unit 102, and ends the rotation information calculation process.
In FIG. 2, the first magnetic sensor 110a and the first rotation information calculation device 101a correspond to the first angle detection means, and the second magnetic sensor 110b and the second rotation information calculation device 101b are the second. The calculation unit 102 corresponds to the torque calculation means. 3 corresponds to the abnormality detection unit, and the rotation information calculation unit 101B of FIG. 3 and the process of FIG. 8 correspond to the rotation information calculation unit.

次に、本実施形態における動作及び効果について説明する。
運転者がステアリングホイール1を操作すると、ステアリングホイール1に連結された入力軸2aが回転し、この回転に連動して第1の磁気センサ110aの磁石ホルダ30が回転する。磁石ホルダ30には磁石40が支持されているので、磁石ホルダ30と共に磁石40も回転する。そして、磁石40が回転することにより、磁路部材50の各磁路と磁石40との位置関係も周期的に変化する。磁気検出器60a〜60cには、磁路部材50の各磁路を介して磁石40からの磁束が通過し、それぞれ、通過磁束に対応する磁気検出信号cosθ、cos(θ−2π/3)、cos(θ−4π/3)が出力される。
Next, operations and effects in the present embodiment will be described.
When the driver operates the steering wheel 1, the input shaft 2a connected to the steering wheel 1 rotates, and the magnet holder 30 of the first magnetic sensor 110a rotates in conjunction with this rotation. Since the magnet 40 is supported by the magnet holder 30, the magnet 40 also rotates together with the magnet holder 30. As the magnet 40 rotates, the positional relationship between each magnetic path of the magnetic path member 50 and the magnet 40 also changes periodically. Magnetic fluxes from the magnet 40 pass through the magnetic paths of the magnetic path member 50 through the magnetic detectors 60a to 60c, and magnetic detection signals cos θ, cos (θ-2π / 3), corresponding to the passing magnetic flux, respectively. cos (θ-4π / 3) is output.

そして、第1の回転情報算出装置101aは、上記3相の磁気検出信号に基づいて入力軸2aの絶対回転角度位置θ1を算出し、これを演算部102に出力する。
また、入力軸2aが回転すると、この回転トルクがトーションバー3aを介して出力軸2bに伝達されて出力軸2bが回転し、この回転に連動して第2の磁気センサ110bの磁石ホルダ30が回転する。そして、第2の回転情報算出装置101bは、第2の磁気センサ110bから出力される3相の磁気検出信号に基づいて、出力軸2bの絶対回転角度位置θ2を算出し、これを演算部102に出力する。
Then, the first rotation information calculation device 101a calculates the absolute rotation angle position θ1 of the input shaft 2a based on the three-phase magnetic detection signal, and outputs this to the calculation unit 102.
When the input shaft 2a rotates, this rotational torque is transmitted to the output shaft 2b via the torsion bar 3a, so that the output shaft 2b rotates, and the magnet holder 30 of the second magnetic sensor 110b moves in conjunction with this rotation. Rotate. Then, the second rotation information calculation device 101b calculates the absolute rotation angle position θ2 of the output shaft 2b based on the three-phase magnetic detection signal output from the second magnetic sensor 110b, and calculates this as the calculation unit 102. Output to.

演算部102は、絶対回転角度位置θ1と絶対回転角度位置θ2との差分値を算出し、当該差分値に基づいて操舵トルクTを算出し、これをコントローラ15に出力する。
これにより、コントローラ15は、操舵トルクT及び車速Vに応じた電流指令値を演算し、当該電流指令値に基づいて電動モータ12が駆動制御されることで、電動モータ12の発生トルクが減速ギヤ11を介してステアリングシャフト2の回転トルクに変換されて、運転者の操舵力がアシストされる。
The computing unit 102 calculates a difference value between the absolute rotation angle position θ1 and the absolute rotation angle position θ2, calculates a steering torque T based on the difference value, and outputs this to the controller 15.
Thereby, the controller 15 calculates a current command value according to the steering torque T and the vehicle speed V, and the electric motor 12 is driven and controlled based on the current command value, so that the torque generated by the electric motor 12 is reduced. 11 is converted into rotational torque of the steering shaft 2 to assist the driver's steering force.

第1及び第2の磁気センサ110a及び110bでは、3相の磁気検出信号のうち、2相の磁気検出信号に基づく絶対回転角度位置の算出が可能である。また、各相の磁気検出信号の異常判定を行い、3相の磁気検出信号のうち何れか1つに異常が検出されたとき、異常が検出された相を除く2相の磁気検出信号に基づいて絶対回転角度位置を算出することができる。このように、本実施形態では、角度センサとして2重系を構成している。   The first and second magnetic sensors 110a and 110b can calculate the absolute rotation angle position based on the two-phase magnetic detection signal among the three-phase magnetic detection signals. Further, the abnormality detection of the magnetic detection signal of each phase is performed, and when an abnormality is detected in any one of the three-phase magnetic detection signals, based on the two-phase magnetic detection signals excluding the phase in which the abnormality is detected. Thus, the absolute rotation angle position can be calculated. Thus, in the present embodiment, a double system is configured as the angle sensor.

例えば、C相の信号に異常が発生しているものとすると、サンプリング値a,bと上記(3)式に示す第2式とを用いて算出される絶対回転角度位置θA2、θB2、θC2が3つとも等しいため、異常検出部101Aで実行される図7の異常検出処理において、ステップS204でYesと判定してステップS206に移行する。そして、ステップS206で、サンプリング値a,cと上記(3)式に示す第3式とを用いて、絶対回転角度位置θA3、θB3、θC3が算出される。 For example, assuming that an abnormality has occurred in the C-phase signal, the absolute rotation angle positions θ A2 , θ B2 , calculated using the sampling values a and b and the second equation shown in the above equation (3), Since all three θ C2 are equal, in the abnormality detection process of FIG. 7 executed by the abnormality detection unit 101A, it is determined Yes in step S204, and the process proceeds to step S206. In step S206, the absolute rotation angle positions θ A3 , θ B3 , and θ C3 are calculated using the sampling values a and c and the third equation shown in the above equation (3).

次に、ステップS208で、絶対回転角度位置θA3、θB3、θC3に対して、各2つの差分値「θA3−θB3」「θA3−θC3」「θB3−θC3」を算出し、これら差分値が閾値Etの範囲内にあるか否かを判定する。このとき、サンプリング値cに異常があることから、上記差分値のうち少なくとも1つが閾値Etの範囲外となり、3つの絶対回転角度位置は等しくないと判定される。 Next, in step S208, two difference values “θ A3 −θ B3 ”, “θ A3 −θ C3 ”, and “θ B3 −θ C3 ” are obtained for the absolute rotational angular positions θ A3 , θ B3 , and θ C3 . calculated, it is determined whether these difference value is within the range of the threshold E t. At this time, since there is an abnormality in the sampling values at least one of c, the difference value is beyond the scope of the threshold value E t, 3 single absolute rotational angle position is determined to be not equal.

その結果、ステップS208でNoと判定してステップS214に移行し、異常判定部101Aは、サンプリング値a,bと第2式とを用いて算出した絶対回転角度位置θA2、θB2、θC2を最終的な3相の磁気検出信号として回転情報算出部101Bに出力すると共に、C相信号異常検出フラグを外部装置等に出力する。
そして、回転情報算出部101Bは、3つの絶対回転角度位置θA2、θB2、θC2の平均値(=(θA2+θB2+θC2)/3)を算出し、これを出力用の絶対回転角度位置θとして算出する。
As a result, No is determined in step S208, and the process proceeds to step S214. The abnormality determination unit 101A calculates the absolute rotation angle positions θ A2 , θ B2 , θ C2 calculated using the sampling values a and b and the second equation. Is output to the rotation information calculation unit 101B as the final three-phase magnetic detection signal, and a C-phase signal abnormality detection flag is output to an external device or the like.
Then, the rotation information calculation unit 101B calculates an average value (= (θ A2 + θ B2 + θ C2 ) / 3) of the three absolute rotation angle positions θ A2 , θ B2 , and θ C2 , and uses this as an absolute rotation for output. Calculated as the angular position θ.

このように、サンプリング値cに異常が発生している場合、C相信号異常検出フラグを外部のコンピュータなどに出力することで、そこで異常個所を示すメッセージ画像等を表示装置に表示することができ、磁気検出器60a〜60cの何れかに異常が発生していることが解ると共に、異常の発生箇所も解るので迅速な対応が可能となる。
また、異常検出部2aは、C相に異常があるという情報を保持し、以降は、A相及びB相からのサンプリング値a及びbのみを用いて、第2式から3つの絶対回転角度位置θA2、θB2、θC2を算出し、これらを回転情報算出部2bに出力するようにすることもできる。つまり、磁気検出器60a〜60cにおけるC相(磁気検出器60c)に異常があっても、残りのA相及びB相(磁気検出器60a及び60b)が正常であれば、回転角度位置の算出処理を継続して行い、算出結果を回転情報算出部2bに出力することができる。
As described above, when an abnormality occurs in the sampling value c, a message image indicating the abnormal part can be displayed on the display device by outputting the C-phase signal abnormality detection flag to an external computer or the like. In addition, it is understood that an abnormality has occurred in any of the magnetic detectors 60a to 60c, and the location where the abnormality has occurred is also understood, so that a quick response is possible.
Further, the abnormality detection unit 2a holds information that there is an abnormality in the C phase, and thereafter, using only the sampling values a and b from the A phase and the B phase, the three absolute rotation angle positions from the second equation are used. It is also possible to calculate θ A2 , θ B2 , and θ C2 and output them to the rotation information calculation unit 2b. That is, even if there is an abnormality in the C phase (magnetic detector 60c) in the magnetic detectors 60a to 60c, if the remaining A phase and B phase (magnetic detectors 60a and 60b) are normal, the calculation of the rotational angle position is performed. The processing can be continued and the calculation result can be output to the rotation information calculation unit 2b.

さらに、異常検出部101Aにおいては、例えば、電源投入毎、又はサンプリングタイミング毎など定期的に異常検出処理を行うようにすることで、残り2つの相に異常が発生したときにも対応することが可能である。
同様に、A相の信号に異常が発生している場合には、回転情報算出部101Bで、サンプリング値b,cと第4式とを用いて算出される3つの絶対回転角度位置の平均値(=(θA4+θB4+θC4)/3)を出力用の絶対回転角度位置θとして算出し、B相の信号に異常が発生している場合には、回転情報算出部101Bで、サンプリング値a,cと第3式とを用いて算出される3つの絶対回転角度位置の平均値(=(θA3+θB3+θC3)/3)を出力用の絶対回転角度位置θとして算出するようになっている。
Furthermore, in the abnormality detection unit 101A, for example, by performing an abnormality detection process periodically such as every time the power is turned on or every sampling timing, it is possible to cope with an abnormality occurring in the remaining two phases. Is possible.
Similarly, when an abnormality has occurred in the A-phase signal, the rotation information calculation unit 101B calculates the average value of the three absolute rotation angle positions calculated using the sampling values b and c and the fourth equation. (= (Θ A4 + θ B4 + θ C4 ) / 3) is calculated as the absolute rotation angle position θ for output, and if an abnormality has occurred in the B-phase signal, the rotation information calculation unit 101B uses the sampling value. An average value (= (θ A3 + θ B3 + θ C3 ) / 3) of the three absolute rotation angle positions calculated using a, c and the third equation is calculated as the absolute rotation angle position θ for output. It has become.

一方、すべての相の信号が正常である場合には、回転情報算出部101Bで、第2〜第4式を用いて算出される9つの絶対回転角度位置の平均値を出力用の絶対回転角度位置θとして算出するようになっている。
上記したように、本実施形態の回転情報算出装置101は、異常検出部101Aにおいて、3相の磁気検出信号におけるサンプリング値のうちA相及びB相の値a、b、A相及びC相の値a、c、並びにB相及びC相の値b、cと、上式(3)の第2式〜第4式とに基づき、絶対回転角度位置θA2〜θA4、θB2〜θB4、θC2〜θC4を算出することが可能である。また、各算出式で算出した各3つの絶対回転角度位置の差分値と閾値Etとの比較結果に基づき、サンプリング値の異常を検出することが可能である。さらに、異常があったときに、該当するサンプリング値の相に対する異常検出フラグや、動作停止用の異常検出フラグを出力することが可能である。
On the other hand, when the signals of all phases are normal, the rotation information calculation unit 101B uses the average value of the nine absolute rotation angle positions calculated using the second to fourth equations as the absolute rotation angle for output. The position θ is calculated.
As described above, the rotation information calculation apparatus 101 according to the present embodiment uses the abnormality detection unit 101A to detect the A phase and B phase values a, b, A phase, and C phase among the sampling values in the three-phase magnetic detection signal. Based on the values a and c, and the values b and c of the B phase and the C phase, and the second to fourth formulas of the above formula (3), the absolute rotational angular positions θ A2 to θ A4 , θ B2 to θ B4 , Θ C2 to θ C4 can be calculated. Further, it is possible to, based on the result of comparison between the difference value and the threshold E t of each of the three absolute rotational angular position calculated in the calculation formula, for detecting an abnormality of the sampling values. Furthermore, when there is an abnormality, it is possible to output an abnormality detection flag for the phase of the corresponding sampling value or an abnormality detection flag for stopping the operation.

これにより、磁気検出器60a〜60cのどの相に異常があるのかを正確に判断することができると共に、異常検出フラグを外部装置等に出力することで、異常の有無及び異常個所を判断することができるので、迅速な対応が可能となる。また、正常な情報を算出できないときは動作を停止することができるので、出力対象の誤動作等を防ぐことが可能である。
また、本実施形態の回転情報算出装置101は、磁気検出器60a〜60cにそれぞれ対応するA相、B相、C相のうち、1相に異常が発生した場合に、残り2つの正常な相のサンプリング値を用いて、継続して絶対回転角度位置θ、回転角速度ω及び回転方向の算出処理を行うことが可能である。
Thereby, it is possible to accurately determine which phase of the magnetic detectors 60a to 60c is abnormal, and to output the abnormality detection flag to an external device or the like to determine the presence / absence and abnormality location of the abnormality. Can be done quickly. Further, since the operation can be stopped when normal information cannot be calculated, it is possible to prevent a malfunction of the output target.
In addition, the rotation information calculation apparatus 101 according to the present embodiment has two remaining normal phases when an abnormality occurs in one of the A phase, the B phase, and the C phase corresponding to the magnetic detectors 60a to 60c. Using these sampling values, the absolute rotation angle position θ, the rotation angular velocity ω, and the rotation direction can be continuously calculated.

これにより、1相だけに異常が発生した場合には回転情報の算出処理を継続し、出力対象の正常な動作を維持できるので、誤動作による出力対象の破損の発生等を防ぐことが可能である。
このように、上記実施形態では、2つの角度センサでトルクを検出する構成とし、当該角度センサが3つの磁気検出器からの3相の磁気検出信号を用いて回転状態を算出するので、3相の磁気検出信号のうち何れか1つに異常が発生した場合であっても、残りの2相の磁気検出信号に基づいて回転状態を検出することができる。したがって、角度センサとして2重系を構成することができ、信頼性の高いトルクセンサとすることができる。
As a result, when an abnormality occurs in only one phase, the rotation information calculation process can be continued and the normal operation of the output target can be maintained, so that it is possible to prevent the output target from being damaged due to a malfunction. .
As described above, in the above embodiment, the torque is detected by the two angle sensors, and the angle sensor calculates the rotation state using the three-phase magnetic detection signals from the three magnetic detectors. Even if an abnormality occurs in any one of the magnetic detection signals, the rotation state can be detected based on the remaining two-phase magnetic detection signals. Therefore, a double system can be configured as the angle sensor, and a highly reliable torque sensor can be obtained.

また、3相の磁気検出信号の異常を検出する手段を設けることで、角度センサで検出される回転角度位置の信頼性を高めることができ、より信頼性の高いトルクセンサとすることができる。
さらに、位相の異なる3つの磁気検出信号のサンプリング値に基づいて、磁気検出器の構成する相毎に、少なくとも2通りの算出方法で回転角度位置を算出し、当該算出した回転角度位置に基づいて、前記3つの磁気検出信号の異常を検出するので、3相のうち、いずれの相の磁気検出信号に異常が発生しているのかを、容易に検出することができる。
Further, by providing a means for detecting an abnormality of the three-phase magnetic detection signal, the reliability of the rotational angle position detected by the angle sensor can be increased, and a more reliable torque sensor can be obtained.
Further, based on the sampling values of the three magnetic detection signals having different phases, the rotation angle position is calculated by at least two calculation methods for each phase constituting the magnetic detector, and based on the calculated rotation angle position. Since the abnormality of the three magnetic detection signals is detected, it is possible to easily detect which of the three phases has an abnormality in the magnetic detection signal.

また、サンプリング値a及びb、a及びc、並びにb及びcの組み合わせのうち少なくとも2つの組み合わせに基づいて、当該組み合わせ毎に異なる算出方法を用いて、前記磁気検出器の相毎に、少なくとも2つの回転角度位置を算出し、当該算出した各相の回転角度位置に基づき、前記3つの磁気検出信号の異常を検出するので、各相の磁気検出信号の異常を、容易且つ適正に検出することができる。   Further, based on at least two combinations of the sampling values a and b, a and c, and b and c, at least 2 for each phase of the magnetic detector using a different calculation method for each combination. Since one rotation angle position is calculated and the abnormality of the three magnetic detection signals is detected based on the calculated rotation angle position of each phase, the abnormality of the magnetic detection signal of each phase can be detected easily and appropriately. Can do.

さらにまた、各相に対する回転角度位置同士の差分値に基づき、3つの磁気検出信号の異常を検出するので、例えば、2相の回転角度位置の差分値が所定の誤差以上である場合に異常が発生していると判断するなど、ノイズやA/D変換による誤差を考慮した、より正確な異常検出を行うことができる。
また、3つの磁気検出信号のうち、異常が検出された磁気検出信号以外の磁気検出信号の各相に対する、当該異常の検出に用いた回転角度位置の平均値を、最終的な回転輪の回転角度位置として算出するので、より高精度の回転角度位置を算出することができる。
Furthermore, since the abnormality of the three magnetic detection signals is detected based on the difference value between the rotation angle positions for each phase, for example, if the difference value between the rotation angle positions of the two phases is equal to or greater than a predetermined error, the abnormality is detected. More accurate abnormality detection can be performed in consideration of noise and errors due to A / D conversion, such as determining that the error has occurred.
In addition, among the three magnetic detection signals, for each phase of the magnetic detection signal other than the magnetic detection signal in which the abnormality is detected, the average value of the rotation angle position used for the detection of the abnormality is determined as the final rotation of the rotating wheel. Since it is calculated as an angular position, it is possible to calculate a more accurate rotational angle position.

さらに、入力軸の絶対回転角度位置と、出力軸の絶対回転角度位置との差分値から操舵トルクを算出するので、簡易な演算で操舵トルクを得ることができる。また、角度センサで絶対回転角度位置を検出するので、同時に操舵角も得ることができ、別途舵角検出装置を設ける必要がなくなる。
さらにまた、トーションバーの捩れ角より小さい誤差である2つの絶対回転角度を検出しているため、その誤差が許容範囲ならば、舵角センサとして2重系を構成することができる。
Furthermore, since the steering torque is calculated from the difference value between the absolute rotation angle position of the input shaft and the absolute rotation angle position of the output shaft, the steering torque can be obtained with a simple calculation. Further, since the absolute rotation angle position is detected by the angle sensor, the steering angle can be obtained at the same time, and there is no need to provide a separate steering angle detection device.
Furthermore, since two absolute rotation angles, which are errors smaller than the torsion angle of the torsion bar, are detected, if the error is within an allowable range, a dual system can be configured as a steering angle sensor.

なお、上記実施形態においては、トルクセンサ3の異常判定機能を設けることもできる。この場合、第1及び第2の回転情報算出装置101a及び101bで算出された2つの絶対回転角度位置を比較し、トーションバー3aの捩れ角に所定角度(例えば、±5°)以上の差があるとき、異常が発生していると判断することができる。
さらに、上記実施形態においては、第1の磁気センサ110aを第1の軸200a(入力軸2a)に連結する場合について説明したが、第1の磁気センサ110aで入力軸2aの回転角度位置を検出できれば良く、当該第1の磁気センサ110aをトーションバー3aの入力軸2a側端部に連結することもできる。同様に、第2の磁気センサ110bをトーションバー3aの出力軸2b側端部に連結することもできる。
In the above embodiment, the abnormality determination function of the torque sensor 3 can be provided. In this case, the two absolute rotation angle positions calculated by the first and second rotation information calculation devices 101a and 101b are compared, and the torsion angle of the torsion bar 3a has a difference of a predetermined angle (for example, ± 5 °) or more. At some point, it can be determined that an abnormality has occurred.
Further, in the above embodiment, the case where the first magnetic sensor 110a is connected to the first shaft 200a (input shaft 2a) has been described. However, the rotational angle position of the input shaft 2a is detected by the first magnetic sensor 110a. The first magnetic sensor 110a may be connected to the end of the torsion bar 3a on the input shaft 2a side. Similarly, the 2nd magnetic sensor 110b can also be connected with the output-shaft 2b side edge part of the torsion bar 3a.

また、上記実施形態においては、事前に異常検出パラメータから、上式(3)を求めておき、異常検出部101Aでこの算出式を用いて、異常検出処理を実行する構成としたが、これに限らず、例えば、電源投入毎、又は出荷後の最初の電源投入時などに、異常検出パラメータの算出処理及び上式(3)に示す回転角度位置の算出式の生成処理を行う構成としても良い。また、一度生成した算出式は、電源が落ちるまで保持するか又は電源が落ちた後も保持し続けるようにすることで、上式(3)に示す算出式の生成処理負荷を軽減することが可能である。   In the above embodiment, the above formula (3) is obtained from the abnormality detection parameter in advance, and the abnormality detection unit 101A uses this calculation formula to execute the abnormality detection process. For example, the abnormality detection parameter calculation process and the rotation angle position calculation expression generation process shown in the above equation (3) may be performed every time the power is turned on or when the power is turned on for the first time after shipment. . In addition, the calculation formula once generated is held until the power is turned off, or is kept even after the power is turned off, thereby reducing the generation processing load of the formula (3). Is possible.

さらに、上記実施形態においては、磁気センサ110と、回転情報算出装置101とを別々の構成としたが、これに限らず、回転情報算出装置101に磁気センサ110を含む構成としても良い。この場合、回転情報算出装置101を、磁気センサ110に組み込んで一体とする構成としても良い。
また、上記実施形態においては、回転角度位置θを、上記第2式〜第4式のいずれかで算出したA相〜C相に対する回転角度位置の平均値により求める構成としたが、これに限らず、回転角度位置を、3相−2相変換で2相に変換し、その比(アークタンジェント)から求める構成やその他の構成としても良い。
Furthermore, in the said embodiment, although the magnetic sensor 110 and the rotation information calculation apparatus 101 were set as the separate structure, it is good also as a structure which includes the magnetic sensor 110 in not only this but the rotation information calculation apparatus 101. In this case, the rotation information calculation device 101 may be integrated into the magnetic sensor 110.
Moreover, in the said embodiment, although it was set as the structure which calculates | requires rotation angle position (theta) by the average value of the rotation angle position with respect to A phase-C phase calculated by either of the said 2nd formula-4th formula, it is not restricted to this. Instead, the rotation angle position may be converted into two phases by three-phase to two-phase conversion, and a configuration obtained from the ratio (arc tangent) or other configurations may be used.

また、上記実施形態においては、磁石40が2極に着磁された構成を説明したが、これに限らず、磁石40を、4極以上に着磁した多極着磁の構成としても良い。この場合は、絶対回転角度位置を算出することができないが、相対回転角度位置を正確に算出することができる。
さらに、上記実施形態においては、磁気検出器60a〜60cがアナログホールICである構成を説明したが、これに限らず、他のアナログ素子であっても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the structure where the magnet 40 was magnetized by 2 poles was demonstrated, it is good also as a structure of the multipolar magnetization which magnetized the magnet 40 to 4 poles or more without limiting to this. In this case, the absolute rotation angle position cannot be calculated, but the relative rotation angle position can be calculated accurately.
Furthermore, in the said embodiment, although the magnetic detectors 60a-60c demonstrated the structure which is analog Hall IC, not only this but another analog element may be sufficient.

しかしながら、ホール素子等のような一般のアナログ素子の場合、感度が低く、外部に増幅回路が必要になるが、アナログホールICを使用すると、アナログホールIC内部に増幅回路が組み込まれているので、外部に増幅回路を設ける必要がなくなるため、アナログホールICを使うのが望ましい。
また、上記実施形態においては、磁路部材50は薄い板状の構造としたが、これに限らず、壁50aの高さと同じ厚みの円弧形状の部材でもよい。しかし、板状にすることにより、軽量化及び材料コストの削減を実現できるので、板状のほうが望ましい。
However, in the case of a general analog element such as a Hall element, the sensitivity is low and an amplifier circuit is required outside. However, when an analog Hall IC is used, the amplifier circuit is built in the analog Hall IC. Since there is no need to provide an amplifier circuit outside, it is desirable to use an analog Hall IC.
Moreover, in the said embodiment, although the magnetic path member 50 was made into the thin plate-shaped structure, not only this but the arc-shaped member of the same thickness as the height of the wall 50a may be sufficient. However, a plate-like shape is preferable because it can realize weight reduction and material cost reduction.

本発明の実施形態における電動パワーステアリング装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. トルクセンサの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a torque sensor. 回転情報検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a rotation information detection apparatus. 磁気センサの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a magnetic sensor. 磁気センサの磁気検出器から出力される磁気検出信号を示す図である。It is a figure which shows the magnetic detection signal output from the magnetic detector of a magnetic sensor. 磁気検出信号の出力原理を示す図である。It is a figure which shows the output principle of a magnetic detection signal. 異常検出部で実行する異常検出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the abnormality detection process performed in an abnormality detection part. 回転情報算出部で実行する回転情報算出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the rotation information calculation process performed in a rotation information calculation part.

符号の説明Explanation of symbols

1…ステアリングホイール、2…ステアリングシャフト、3…トルクセンサ、10…操舵補助機構、11…減速ギヤ、12…電動モータ、15…コントローラ、16…車速センサ、100…回転情報検出装置、101…回転情報算出装置、101A…異常検出部、101B…回転情報算出部、102…演算部、110…磁気センサ、30…磁石ホルダ、40…磁石、50…磁路部材、60a〜60c…磁気検出器   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Steering wheel, 2 ... Steering shaft, 3 ... Torque sensor, 10 ... Steering assist mechanism, 11 ... Reduction gear, 12 ... Electric motor, 15 ... Controller, 16 ... Vehicle speed sensor, 100 ... Rotation information detection apparatus, 101 ... Rotation Information calculation device, 101A ... anomaly detection unit, 101B ... rotation information calculation unit, 102 ... calculation unit, 110 ... magnetic sensor, 30 ... magnet holder, 40 ... magnet, 50 ... magnetic path member, 60a-60c ... magnetic detector

Claims (8)

入力軸と出力軸とをトーションバーを介して同軸上に連結した軸に加わるトルクを検出するトルク検出装置であって、
前記入力軸の回転角度位置を検出する第1の角度検出手段と、
前記出力軸の回転角度位置を検出する第2の角度検出手段と、
前記第1の角度検出手段で検出した回転角度位置と前記第2の角度検出手段で検出した回転角度位置とに基づいて、前記トルクを算出するトルク算出手段と、を備え、
前記第1及び第2の角度検出手段は、回転子に支持された磁石ホルダと、前記磁石ホルダに支持された磁石と、固定子に支持され、円周方向にそれぞれ所定間隔で配置された、入力磁束に応じた信号を出力する3つの磁気検出器と、前記固定子に支持され且つ前記3つの磁気検出器の間に配設された、前記3つの磁気検出器に前記磁石からの磁束を導く3つの磁路を有した磁路部材と、前記回転子の回転時に、前記磁路部材の各磁路と前記磁石との位置関係に応じて位相の変化する、前記3つの磁気検出器からの3相の磁気検出信号に基づいて、前記回転子の回転角度位置を算出する回転情報算出手段と、をそれぞれ有することを特徴とするトルク検出装置。
A torque detection device that detects torque applied to a shaft in which an input shaft and an output shaft are coaxially connected via a torsion bar,
First angle detection means for detecting a rotational angle position of the input shaft;
Second angle detection means for detecting a rotational angle position of the output shaft;
Torque calculation means for calculating the torque based on the rotation angle position detected by the first angle detection means and the rotation angle position detected by the second angle detection means,
The first and second angle detecting means are supported by a magnet holder supported by a rotor, a magnet supported by the magnet holder, and a stator, and are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. Three magnetic detectors that output signals according to input magnetic flux, and magnetic flux from the magnets to the three magnetic detectors supported by the stator and disposed between the three magnetic detectors. A magnetic path member having three magnetic paths to be guided, and the three magnetic detectors whose phase changes according to the positional relationship between each magnetic path of the magnetic path member and the magnet when the rotor rotates. And a rotation information calculating means for calculating a rotation angle position of the rotor based on the three-phase magnetic detection signals.
前記3相の磁気検出信号の異常を検出する異常検出手段を有し、前記回転情報算出手段は、前記異常検出手段によって、前記3相の磁気検出信号のうちいずれか1つに異常が検出されたとき、当該異常の検出された磁気検出信号の相を除く、残り2つの相の磁気検出信号に基づいて前記回転角度位置を算出することを特徴とする請求項1に記載のトルク検出装置。   An abnormality detection unit that detects an abnormality of the three-phase magnetic detection signal, and the rotation information calculation unit detects an abnormality in any one of the three-phase magnetic detection signals by the abnormality detection unit. 2. The torque detection device according to claim 1, wherein the rotation angle position is calculated based on the magnetic detection signals of the remaining two phases excluding the phase of the magnetic detection signal in which the abnormality is detected. 前記異常検出手段は、前記3相の磁気検出信号のサンプリング値に基づいて、前記磁気検出器の構成する3つの相の相毎に、少なくとも2通りの算出方法で、回転角度位置を算出し、当該算出した回転角度位置に基づいて、前記3相の磁気検出信号の異常を検出することを特徴とする請求項2に記載のトルク検出装置。   The abnormality detection means calculates the rotational angle position by at least two calculation methods for each of the three phases constituting the magnetic detector based on the sampling value of the magnetic detection signal of the three phases. The torque detection device according to claim 2, wherein an abnormality of the three-phase magnetic detection signal is detected based on the calculated rotation angle position. 前記磁気検出器の3つの相をA相、B相、C相とし、A相、B相、C相の各相に対応する磁気検出信号のサンプリング値をそれぞれa、b、cとし、前記異常検出手段は、前記サンプリング値a及びb、前記サンプリング値a及びc、並びに前記サンプリング値b及びcの組み合わせのうち少なくとも2つの組み合わせに基づいて、当該組み合わせ毎に異なる算出方法を用いて、前記磁気検出器の相毎に、少なくとも2つの回転角度位置を算出し、当該算出した各相の回転角度位置に基づき、前記位相の異なる3相の磁気検出信号の異常を検出することを特徴とする請求項3に記載のトルク検出装置。   The three phases of the magnetic detector are A phase, B phase, and C phase, and the sampling values of magnetic detection signals corresponding to the A phase, B phase, and C phase are a, b, and c, respectively. Based on at least two combinations among the sampling values a and b, the sampling values a and c, and the combination of the sampling values b and c, the detection means uses the calculation method that differs for each combination, and At least two rotation angle positions are calculated for each phase of the detector, and abnormality of the three-phase magnetic detection signals having different phases is detected based on the calculated rotation angle positions of the respective phases. Item 4. The torque detection device according to Item 3. 前記異常検出手段は、前記各相に対する前記回転角度位置同士の差分値に基づき、前記位相の異なる3相の磁気検出信号の異常を検出することを特徴とする請求項3又は4に記載のトルク検出装置。   5. The torque according to claim 3, wherein the abnormality detection unit detects an abnormality of the three-phase magnetic detection signals having different phases based on a difference value between the rotation angle positions with respect to the phases. Detection device. 前記回転情報算出手段は、前記3つの磁気検出信号のうち、前記異常検出手段によって異常が検出された磁気検出信号以外の磁気検出信号の各相に対する、当該異常の検出に用いた前記回転角度位置の平均値を、前記回転子の回転角度位置として算出することを特徴とする請求項3〜5の何れか1項に記載のトルク検出装置。   The rotation information calculation means is the rotation angle position used for detecting the abnormality for each phase of the magnetic detection signal other than the magnetic detection signal in which an abnormality is detected by the abnormality detection means among the three magnetic detection signals. The torque detection device according to any one of claims 3 to 5, wherein an average value is calculated as a rotation angle position of the rotor. 前記トルク算出手段は、前記第1の角度検出手段で検出した絶対回転角度位置と前記第2の角度検出手段で検出した絶対回転角度位置との差分値に基づいて、前記トルクを算出することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載のトルク検出装置。   The torque calculation means calculates the torque based on a difference value between the absolute rotation angle position detected by the first angle detection means and the absolute rotation angle position detected by the second angle detection means. The torque detection device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that 請求項1〜7の何れか1項に記載のトルク検出装置を操舵軸に配設し、当該トルク検出装置で操舵トルクを検出するように構成されてい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 device, wherein the torque detection device according to any one of claims 1 to 7 is arranged on a steering shaft, and the torque detection device detects the steering torque.
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