JP2010261739A - Torque detection device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steering sensor capable of detecting axial torque of a steering shaft with a simple structure. <P>SOLUTION: The steering shaft 60 includes an input shaft 61 and an output shaft 62 connected to each other via a torsion bar 63. The steering sensor 10 includes magnetic sensors 21A, 21B for detecting the absolute angle a rotor 71 fixed to the input shaft 61; magnetic sensors 41A, 41B for detecting the absolute angle of a rotor 72 fixed to the output shaft 62; and an arithmetic circuit for performing an operation on the axial torque on the steering shaft 60 on the basis of the difference between the absolute angle of the input shaft 61 and the absolute angle of the output shaft 62. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は弾性部材を介して接続された入力軸及び出力軸を有する回転軸の軸トルクを検出するトルク検出装置に関する。   The present invention relates to a torque detection device that detects an axial torque of a rotary shaft having an input shaft and an output shaft connected via an elastic member.

電動パワーステアリング装置(EPS)は、ステアリングホイールの操作によりステアリングシャフトに加わる操舵トルク及びステアリング操作時の車速に基づいて電動モータを駆動し、ウォーム歯車減速機構等を介してステアリングシャフトに操舵補助力を付与する制御装置である。車両挙動安定制御の高機能化に伴い、ステアリングホイールの操舵角及び操舵方向を検出し、これらの検出情報を横滑り防止装置(ECS)の制御信号として利用する車両も開発されている。従来は、ステアリングシャフトの操舵トルクを検出するためのトルクセンサと、ステアリングホイールの操舵角及び操舵方向を検出するためのセンサは、同一シャフト上に近接配置されているにも関わらず、用途が異なるために別々に搭載されている。近年の車両のインテリジェンス化に伴い、複数のセンサの一体化による省スペース化、高機能化の実現が要求されている。例えば、特開2001−194251号公報には、ステアリングシャフトに加わる操舵トルクを検出するセンサと、ステアリングホイールの操舵角を検出するセンサとを一体化するパワーステアリング検出装置が提案されている。このパワーステアリング検出装置は、ステアリングシャフトの捩れによる位相差を検出するための二つのレゾルバと、ステアリングシャフトの絶対角を検出するためのアブソリュートレゾルバとを備える。   The electric power steering device (EPS) drives an electric motor based on the steering torque applied to the steering shaft by the operation of the steering wheel and the vehicle speed at the time of the steering operation, and provides the steering assist force to the steering shaft via the worm gear reduction mechanism or the like. This is a control device to be assigned. Along with the enhancement of vehicle behavior stability control, vehicles have been developed that detect the steering angle and steering direction of the steering wheel and use the detected information as a control signal for the skid prevention device (ECS). Conventionally, the torque sensor for detecting the steering torque of the steering shaft and the sensor for detecting the steering angle and steering direction of the steering wheel have different applications despite being arranged close to each other on the same shaft. Are mounted separately for. With the recent intelligence of vehicles, it is required to realize space saving and high functionality by integrating a plurality of sensors. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-194251 proposes a power steering detection device in which a sensor for detecting a steering torque applied to a steering shaft and a sensor for detecting a steering angle of a steering wheel are integrated. This power steering detection device includes two resolvers for detecting a phase difference caused by twisting of the steering shaft, and an absolute resolver for detecting an absolute angle of the steering shaft.

特開2001−194251号公報JP 2001-194251 A

しかし、同公報に開示のパワーステアリング検出装置では、ステアリングシャフトの操舵トルクを検出するための手段として、二つのレゾルバを用いているため、センサ構造が大規模かつ複雑なものとなり、小型化かつ低コスト化が要求される車載センサには不向きである。   However, in the power steering detection device disclosed in the publication, since two resolvers are used as means for detecting the steering torque of the steering shaft, the sensor structure becomes large and complicated, and the size and size of the sensor are reduced. It is not suitable for in-vehicle sensors that require cost reduction.

そこで、本発明は、簡易な構造で回転軸の軸トルクを検出できるトルク検出装置を提案することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to propose a torque detection device that can detect the shaft torque of the rotating shaft with a simple structure.

上記の課題を解決するため、本発明に係わるトルク検出装置は、弾性部材を介して相互に接続される入力軸及び出力軸を備える回転軸の軸トルクを検出するためのトルク検出装置であって、入力軸に固定される第一の回転体であって、第一の回転体の回転中心を通る直線が第一の回転体の外周と交差する二点間の距離が一定である第一の回転体と、第一の回転体の外周付近に配置される第一の磁気センサであって、第一の回転体の回転に伴い周期的に変化する第一の回転体の外周と第一の磁気センサとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第一の検出信号を出力する第一の磁気センサと、第一の磁気センサと第一の回転体の回転中心とを結ぶ直線上において、第一の回転体の回転中心と第一の磁気センサとの距離に等しい距離だけ第一の回転体の回転中心から離れた位置に配置される第二の磁気センサであって、第一の回転体の回転に伴い周期的に変化する第一の回転体の外周と第二の磁気センサとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第二の検出信号を出力する第二の磁気センサと、第一の検出信号と第二の検出信号とを差動演算する第一の差動演算手段と、第一の差動演算手段が差動演算した結果に基づいて、入力軸の絶対角を算出する第一の角度算出手段と、出力軸に固定される第二の回転体であって、第二の回転体の回転中心を通る直線が第二の回転体の外周と交差する二点間の距離が一定である第二の回転体と、第二の回転体の外周付近に配置される第三の磁気センサであって、第二の回転体の回転に伴い周期的に変化する第二の回転体の外周と第三の磁気センサとの間の第三の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第三の検出信号を出力する第三の磁気センサと、第三の磁気センサと第二の回転体の回転中心とを結ぶ直線上において、第二の回転体の回転中心と第三の磁気センサとの距離に等しい距離だけ第二の回転体の回転中心から離れた位置に配置される第四の磁気センサであって、第二の回転体の回転に伴い周期的に変化する第二の回転体の外周と第四の磁気センサとの間の第四の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第四の検出信号を出力する第四の磁気センサと、第三の検出信号と第四の検出信号とを差動演算する第二の差動演算手段と、第二の差動演算手段が差動演算した結果に基づいて、出力軸の絶対角を算出する第二の角度算出手段と、入力軸の絶対角と出力軸の絶対角との差分に基づいて軸トルクを演算する演算手段と、を備える。   In order to solve the above problems, a torque detection device according to the present invention is a torque detection device for detecting the axial torque of a rotary shaft having an input shaft and an output shaft connected to each other via an elastic member. A first rotating body fixed to the input shaft, wherein a distance between two points where a straight line passing through the rotation center of the first rotating body intersects the outer periphery of the first rotating body is constant A first magnetic sensor disposed near the outer periphery of the rotating body and the first rotating body, the outer periphery of the first rotating body and the first magnetic sensor periodically changing with the rotation of the first rotating body; A first magnetic sensor for detecting a magnetic field change corresponding to a change in a first distance between the magnetic sensor and outputting a first detection signal; and a rotation center of the first magnetic sensor and the first rotating body. Is equal to the distance between the center of rotation of the first rotating body and the first magnetic sensor. A second magnetic sensor disposed only at a position away from the rotation center of the first rotating body, the outer circumference of the first rotating body and the second magnetic sensor periodically changing with the rotation of the first rotating body A second magnetic sensor that detects a change in the magnetic field corresponding to a change in the second distance from the magnetic sensor and outputs a second detection signal; a first detection signal; and a second detection signal. First differential calculation means for performing differential calculation, first angle calculation means for calculating the absolute angle of the input shaft based on the result of differential calculation by the first differential calculation means, and fixed to the output shaft A second rotating body having a constant distance between two points where a straight line passing through the rotation center of the second rotating body intersects the outer periphery of the second rotating body, A second magnetic sensor disposed near the outer periphery of the second rotating body, wherein the second rotation changes periodically with the rotation of the second rotating body; A third magnetic sensor for detecting a change in the magnetic field corresponding to a change in the third distance between the outer periphery of the third magnetic sensor and the third magnetic sensor and outputting a third detection signal; a third magnetic sensor; On the straight line connecting the rotation center of the rotating body of the second rotating body, it is arranged at a position separated from the rotation center of the second rotating body by a distance equal to the distance between the rotation center of the second rotating body and the third magnetic sensor. A magnetic field corresponding to a change in a fourth distance between the outer circumference of the second rotating body and the fourth magnetic sensor, which is a fourth magnetic sensor and periodically changes as the second rotating body rotates. A fourth magnetic sensor for detecting a change and outputting a fourth detection signal; a second differential operation means for performing a differential operation on the third detection signal and the fourth detection signal; and a second difference A second angle calculating means for calculating an absolute angle of the output shaft based on the result of the differential calculation by the dynamic calculating means; Computing means for computing shaft torque based on the difference between the diagonal and the absolute angle of the output shaft.

本発明によれば、磁気センサを用いて入力軸と出力軸との位相差を検出するので、トルク検出装置の小型化、低コスト化に資することができる。   According to the present invention, since the phase difference between the input shaft and the output shaft is detected using the magnetic sensor, the torque detector can be reduced in size and cost.

本発明によれば、簡易な構造で回転軸の軸トルクを検出できるトルク検出装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the torque detection apparatus which can detect the axial torque of a rotating shaft with a simple structure can be provided.

実施例1に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す説明図である。1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an electric power steering device according to Embodiment 1. FIG. 実施例1に係るステアリングセンサの断面図である。1 is a cross-sectional view of a steering sensor according to Embodiment 1. FIG. 図2の3−3線矢視断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG. 2. 図2の4−4線矢視断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line 4-4 in FIG. 図2の5−5線矢視断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line 5-5 in FIG. 実施例1に係るステアリングセンサの機能構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the function structure of the steering sensor which concerns on Example 1. FIG. 磁気抵抗効果素子の出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the output characteristic of a magnetoresistive effect element. 回転体の回転角度に対する磁束密度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the magnetic flux density with respect to the rotation angle of a rotary body. 対角配置された一対の磁気センサから出力される二つの検出信号を示すグラフである。It is a graph which shows two detection signals output from a pair of magnetic sensor arranged diagonally. 対角配置された一対の磁気センサから出力される二つの検出信号を差動演算して成る信号を示すグラフである。It is a graph which shows the signal which carries out differential calculation of the two detection signals output from a pair of diagonally arranged magnetic sensor. 回転体の絶対角と電圧値との対応関係を示すマップデータである。It is map data which shows the correspondence of the absolute angle of a rotary body, and a voltage value. ステアリングシャフトの回転数を検出する磁気センサの出力信号波形である。It is an output signal waveform of the magnetic sensor which detects the rotation speed of a steering shaft. 二つの回転体の絶対角の初期位相差及び電圧値の初期差分を示すグラフである。It is a graph which shows the initial phase difference of the absolute angle of two rotary bodies, and the initial difference of a voltage value. 二つの回転体の位相差から操舵トルクを求めるためのマップデータである。It is map data for calculating | requiring steering torque from the phase difference of two rotary bodies. 回転体の平面形状の算出方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the calculation method of the planar shape of a rotary body. a=0.9のときの楕円関数H(X,Y)のグラフである。It is a graph of elliptic function H (X, Y) when a = 0.9. a=1.5のときの楕円関数H(X,Y)のグラフである。It is a graph of elliptic function H (X, Y) when a = 1.5. a=0.5のときの楕円関数H(X,Y)のグラフである。It is a graph of elliptic function H (X, Y) when a = 0.5. 実施例2に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the electric power steering apparatus which concerns on Example 2. FIG. 回転体と磁気センサとの配置関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the arrangement | positioning relationship between a rotary body and a magnetic sensor. キャリブレーション実施前のcos信号及びsin信号を示すグラフである。It is a graph which shows the cos signal and sin signal before calibration execution. cos信号の振幅補正及びオフセット補正を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the amplitude correction and offset correction of a cos signal. sin信号の振幅補正及びオフセット補正を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the amplitude correction and offset correction of a sin signal. cos信号のデジタルサンプリングを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the digital sampling of a cos signal. sin信号のデジタルサンプリングを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the digital sampling of a sin signal. 変換テーブルの説明図である。It is explanatory drawing of a conversion table. cos信号及びsin信号の読み込み範囲を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the reading range of a cos signal and a sin signal. リニア出力値のグラフである。It is a graph of a linear output value.

以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施例について説明する。同一の部材については、同一の符号を付すものとし、重複する説明を省略する。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. About the same member, the same code | symbol shall be attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は、本実施例に係わる電動パワーステアリング装置200の概略構成を示す説明図である。電動パワーステアリング装置200は、ステアリングシャフト60に加えられる操舵トルク及びステアリング操作時の車速に基づいて操舵補助力を電気的に制御するための制御機構である。ステアリングシャフト60は、所定の捩れ−トルク特性を有する弾性部材から成るトーションバー63と、トーションバー63の入力側に接続された入力軸61と、トーションバー63の出力側に接続された出力軸62とを備える回転軸である。入力軸61と出力軸62は互いに同軸配置されているが、直接連結されておらず、トーションバー63を介在させて接続されている。入力軸61は、ステアリングホイール270に接続されており、ステアリングホイール270の回転に同期して回転する。一方、出力軸62は、ステアリングギア機構240に接続されており、トーションバー63を介して入力軸61から出力軸62に伝達された回転運動は、ステアリングギア機構240によってロッド250の直線運動に変換され、これにより車輪261,262の転舵方向が制御される。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus 200 according to the present embodiment. The electric power steering device 200 is a control mechanism for electrically controlling the steering assist force based on the steering torque applied to the steering shaft 60 and the vehicle speed during the steering operation. The steering shaft 60 includes a torsion bar 63 made of an elastic member having a predetermined torsion-torque characteristic, an input shaft 61 connected to the input side of the torsion bar 63, and an output shaft 62 connected to the output side of the torsion bar 63. And a rotating shaft. The input shaft 61 and the output shaft 62 are arranged coaxially with each other, but are not directly connected but are connected with a torsion bar 63 interposed therebetween. The input shaft 61 is connected to the steering wheel 270 and rotates in synchronization with the rotation of the steering wheel 270. On the other hand, the output shaft 62 is connected to the steering gear mechanism 240, and the rotational motion transmitted from the input shaft 61 to the output shaft 62 via the torsion bar 63 is converted into a linear motion of the rod 250 by the steering gear mechanism 240. Thus, the steering direction of the wheels 261 and 262 is controlled.

ここで、入力軸61の回転運動は、トーションバー63を介して出力軸62に伝達されるが、車輪261,262と路面との間の摩擦の影響により、出力軸62は入力軸61の回転に遅れて回転し始めるので、トーションバー63に捩れが発生する。ステアリングセンサ10は、ステアリングシャフト60の回転数、入力軸61の一回転以内の絶対角、及び入力軸61と出力軸62との回転角度差(位相差)に基づいて、ステアリングシャフト60に加えられた操舵トルク、操舵角及び操舵方向を検出し、操舵トルクの検出情報をコントローラ(ECU)210に出力し、操舵角及び操舵方向の検出情報を横滑り防止装置(ECS)280に出力する。コントローラ210は、操舵トルク及び車速に基づいて操舵補助力の指令値を演算し、これをモータ220に出力する。モータ220の出力トルクは減速機構230を介して出力軸62に伝達される。   Here, the rotational motion of the input shaft 61 is transmitted to the output shaft 62 via the torsion bar 63, but the output shaft 62 rotates due to the friction between the wheels 261 and 262 and the road surface. The torsion bar 63 is twisted because it starts to rotate with a delay. The steering sensor 10 is applied to the steering shaft 60 based on the rotational speed of the steering shaft 60, the absolute angle within one rotation of the input shaft 61, and the rotational angle difference (phase difference) between the input shaft 61 and the output shaft 62. The detected steering torque, steering angle, and steering direction are detected, the detected information of the steering torque is output to the controller (ECU) 210, and the detected information of the steering angle and the steering direction is output to the skid prevention device (ECS) 280. The controller 210 calculates a command value for the steering assist force based on the steering torque and the vehicle speed, and outputs this to the motor 220. The output torque of the motor 220 is transmitted to the output shaft 62 via the speed reduction mechanism 230.

なお、本明細書では、車輪261,262の転舵方向が舵角中心にある時のステアリングホイール270の位置を基準位置と称する。また、その基準位置に対してステアリングホイール270が時計回りに操舵される場合を正方向の操舵と称し、ステアリングホイール270が反時計回りに操舵される場合を負方向の操舵と称する。   In the present specification, the position of the steering wheel 270 when the steering direction of the wheels 261 and 262 is at the center of the steering angle is referred to as a reference position. A case where the steering wheel 270 is steered clockwise with respect to the reference position is referred to as positive direction steering, and a case where the steering wheel 270 is steered counterclockwise is referred to as negative direction steering.

次に、図2乃至図5を参照しながら、ステアリングセンサ10の内部構造について説明する。図2はステアリングセンサ10の断面図、図3は図2の3−3線矢視断面図、図4は、図2の4−4線矢視断面図、図5は図2の5−5線矢視断面図である。入力軸61には、回転体71が固定されている。回転体71は、強磁性材質(例えば、鉄、コバルト、ニッケル等)から成るロータである。入力軸61の軸芯方向をZ軸方向とすると、回転体71は、Z軸に垂直なXY平面内で回転する。図3に示すように、回転体71をその回転平面(XY平面)に投影した形状(以下、「平面形状」と称する。)は、回転中心Pを通過する如何なる直線に関しても、「回転体71の回転中心Pを通る直線が回転体71の外周と交差する二点間の距離が一定である」という条件を満たす形状(但し、円を除く)を成している。このような形状として、本実施例では、二つの異なる半楕円を結合して成る形状を例示するが、この例示に限定されるものではない。回転体71の外周付近には、回転体71の回転中心Pを通る直線401上に対角配置された一対の磁気センサ21A,21Bと、直線401に直交するとともに回転中心Pを通る直線402上に対角配置された一対の磁気センサ21C,21Dが配置されている。それぞれの磁気センサ21A,21B,21C,21Dは、回転中心Pに対して、90deg間隔で固定されており、回転体71が回転したとしても、回転中心Pとそれぞれの磁気センサ21A,21B,21C,21Dとの間の距離は常に一定である。   Next, the internal structure of the steering sensor 10 will be described with reference to FIGS. 2 is a sectional view of the steering sensor 10, FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG. 2, FIG. 4 is a sectional view taken along line 4-4 in FIG. 2, and FIG. FIG. A rotating body 71 is fixed to the input shaft 61. The rotating body 71 is a rotor made of a ferromagnetic material (for example, iron, cobalt, nickel, etc.). When the axial center direction of the input shaft 61 is the Z-axis direction, the rotating body 71 rotates in the XY plane perpendicular to the Z-axis. As shown in FIG. 3, the shape (hereinafter referred to as “planar shape”) in which the rotating body 71 is projected onto the rotating plane (XY plane) is “rotating body 71” with respect to any straight line passing through the rotation center P. Is formed in a shape that satisfies the condition that the distance between two points intersecting the outer periphery of the rotating body 71 is constant (excluding a circle). In this embodiment, as such a shape, a shape formed by combining two different semi-ellipses is illustrated, but the shape is not limited to this example. Near the outer periphery of the rotator 71, a pair of magnetic sensors 21A and 21B arranged diagonally on a straight line 401 passing through the rotation center P of the rotator 71, and on a straight line 402 orthogonal to the straight line 401 and passing through the rotation center P A pair of magnetic sensors 21C and 21D arranged diagonally are arranged. Each of the magnetic sensors 21A, 21B, 21C, and 21D is fixed at an interval of 90 degrees with respect to the rotation center P, and even if the rotating body 71 rotates, the rotation center P and the respective magnetic sensors 21A, 21B, and 21C. , 21D is always constant.

図2に示すように、磁気センサ21Aは、外部磁界を発生させるための磁界発生手段として機能する磁石101と、回転体71の回転に連動して変化する外部磁界の変化を電圧変化として検出する磁気抵抗効果素子91とを主要構成として備える。磁気センサ21Aの実装形態として、磁石101の中心点を通るZ方向の直線上に磁気抵抗効果素子91が位置するように一枚のプリント配線基板111の表面に磁気抵抗効果素子91を配置し、プリント配線基板111の裏面に磁石101を配置するのが好ましい。図3に示す例では、プリント配線基板111は、中空環状に形成されているが、端部を有するC字型の形状でもよい。一枚のプリント配線基板111を使用することで、ステアリングセンサ10の組み立てが容易になり、取り付け精度の向上が期待できる。また、磁石101から発生する外部磁界を効率よく集磁するために、磁石101の両極にヨーク(図示せず)を配置するのが好ましい。なお、磁気センサ21B,21C,21Dの構成は、磁気センサ21Aの構成と同じである。   As shown in FIG. 2, the magnetic sensor 21 </ b> A detects, as a voltage change, a change in the external magnetic field that changes in conjunction with the rotation of the magnet 101 that functions as a magnetic field generation unit for generating an external magnetic field and the rotating body 71. A magnetoresistive element 91 is provided as a main component. As a mounting form of the magnetic sensor 21A, the magnetoresistive effect element 91 is arranged on the surface of one printed wiring board 111 so that the magnetoresistive effect element 91 is positioned on a straight line in the Z direction passing through the center point of the magnet 101, It is preferable to arrange the magnet 101 on the back surface of the printed wiring board 111. In the example shown in FIG. 3, the printed wiring board 111 is formed in a hollow ring shape, but may be a C-shape having an end. By using one printed wiring board 111, the assembly of the steering sensor 10 is facilitated, and an improvement in mounting accuracy can be expected. In order to efficiently collect an external magnetic field generated from the magnet 101, it is preferable to arrange yokes (not shown) on both poles of the magnet 101. The configuration of the magnetic sensors 21B, 21C, and 21D is the same as the configuration of the magnetic sensor 21A.

磁気抵抗効果素子91は、磁化方向が特定の方向に設定されていて、外部磁界の変位に対して磁化状態(例えば、磁化方向や磁化の強さ)が影響を受けないように構成されたピン磁性層(図示せず)と、外部磁界の変化によって磁化状態が変位するフリー磁性層(図示せず)とを備えている。図2に示すように、入力軸61の回転に同期して、回転体71が回転すると、回転体71の外周と磁気抵抗効果素子91との間のギャップGの間隔は、周期的に変化する。ギャップGの間隔が変化すると、磁気抵抗効果素子91の裏面に配置された磁石101から磁気抵抗効果素子91を通過して回転体71に引かれる磁束密度が変化する。すると、磁気抵抗効果素子91内のフリー磁性層の磁化状態が変動するので、磁化状態が変動しないピン磁性層の磁化状態と、磁化状態が変動するフリー磁性層との間に磁化状態の変位差が発生する。この磁化状態の変位差は、回転体71の回転角度を反映する物理量であり、具体的には、磁気抵抗効果素子91の抵抗値の変化として現れる。磁気抵抗効果素子91には、プリント配線基板111からバイアス電流が供給されており、磁気抵抗効果素子91の抵抗値の変化は、出力電圧の変化として検出される。磁気抵抗効果素子91の出力電圧は、回転体71の回転角度を示す検出信号として信号処理される。なお、磁気抵抗効果素子91として、GMR素子、MR素子、AMR素子、TMR素子などを適用することができる。   The magnetoresistive element 91 has a magnetization direction set to a specific direction and is configured so that the magnetization state (for example, the magnetization direction and the strength of magnetization) is not affected by the displacement of the external magnetic field. A magnetic layer (not shown) and a free magnetic layer (not shown) whose magnetization state is displaced by a change in the external magnetic field are provided. As shown in FIG. 2, when the rotating body 71 rotates in synchronization with the rotation of the input shaft 61, the gap G between the outer periphery of the rotating body 71 and the magnetoresistive effect element 91 changes periodically. . When the gap G changes, the magnetic flux density drawn from the magnet 101 disposed on the back surface of the magnetoresistive effect element 91 through the magnetoresistive effect element 91 to the rotating body 71 changes. Then, since the magnetization state of the free magnetic layer in the magnetoresistive effect element 91 changes, the displacement difference of the magnetization state between the magnetization state of the pinned magnetic layer where the magnetization state does not change and the free magnetic layer where the magnetization state changes. Will occur. This displacement difference in the magnetized state is a physical quantity that reflects the rotation angle of the rotating body 71, and specifically appears as a change in the resistance value of the magnetoresistive effect element 91. A bias current is supplied to the magnetoresistive effect element 91 from the printed wiring board 111, and a change in the resistance value of the magnetoresistive effect element 91 is detected as a change in the output voltage. The output voltage of the magnetoresistive effect element 91 is signal-processed as a detection signal indicating the rotation angle of the rotating body 71. As the magnetoresistive element 91, a GMR element, MR element, AMR element, TMR element, or the like can be applied.

磁気抵抗効果素子91の動作領域は、図7に示すように、磁気抵抗効果素子91を通過する磁束密度と、磁気抵抗効果素子91の出力電圧との関係が線形になる領域A又は領域Bになるように、外部磁界の強さやギャップGの平均間隔等を設計するのが好ましい。この場合、ギャップGの距離に応じて、磁気センサ21Aの出力は線形性を有することとなる。また、回転体71と磁気センサ21Aとのスラスト方向の位置関係は、回転体71の回転による芯ぶれ等によるズレを含めて回転体71が磁気抵抗効果素子91から外れない位置関係とするのが望ましい。例えば、取り付け誤差±0.5mm、芯ぶれ±0.5mm、磁気抵抗効果素子91の厚みが0.5mmとすると、回転体71の厚みは、3.0mm以上が望ましい。   As shown in FIG. 7, the operation region of the magnetoresistive effect element 91 is a region A or a region B where the relationship between the magnetic flux density passing through the magnetoresistive effect element 91 and the output voltage of the magnetoresistive effect element 91 is linear. It is preferable to design the strength of the external magnetic field, the average interval of the gap G, and the like. In this case, according to the distance of the gap G, the output of the magnetic sensor 21A has linearity. Further, the positional relationship in the thrust direction between the rotating body 71 and the magnetic sensor 21 </ b> A is a positional relationship in which the rotating body 71 does not deviate from the magnetoresistive effect element 91, including misalignment due to the runout caused by the rotation of the rotating body 71. desirable. For example, if the mounting error is ± 0.5 mm, the runout is ± 0.5 mm, and the thickness of the magnetoresistive element 91 is 0.5 mm, the thickness of the rotating body 71 is preferably 3.0 mm or more.

さて、回転体71が一回転すると、図8に示すように、磁気センサ21Aを通過する外部磁界の磁束密度の変化を示す波形には、一周期分の変化が現れる。回転体71は、異なる二つの半楕円を結合した形状に加工されているので、図8に示す磁束密度波形は厳密な意味での正弦波形ではないものの、正弦波形に類似した波形である。上述の如く磁気抵抗効果素子91を通過する磁束密度と、磁気抵抗効果素子91の出力電圧との関係は、線形であるので(図7参照)、磁気抵抗効果素子91から出力される検出信号は、正弦波に類似した波形を有する。回転体71は、回転中心Pを通過する如何なる直線に関しても、回転体71の回転中心Pを通る直線が回転体71の外周と交差する二点間の距離が一定であるような形状を成しているので、対角配置された一対の磁気センサ21A,21Bのうち一方の磁気センサ21Aと回転体71の外周との間の第一の距離が変化すると、他方の磁気センサ21Bと回転体71の外周との間の第二の距離は第一の距離の変化に追従するように相補的に変化する。つまり、第一の距離が短くなると、その短くなった距離の分だけ第二の距離が長くなる。これは一対の磁気センサ21A,21Bが180度対角配置されているためである。従って、磁気センサ21A,21Bの検出信号は、図9に示すように、180degの位相差を有している。図9において、符号501は、磁気センサ21Aの検出信号を示し、符号502は、磁気センサ21Bの検出信号を示している。なお、対角配置された他の一対の磁気センサ21C,21Dの検出信号についても、180degの位相差を有している。   Now, when the rotating body 71 rotates once, as shown in FIG. 8, a change corresponding to one cycle appears in the waveform indicating the change in the magnetic flux density of the external magnetic field passing through the magnetic sensor 21A. Since the rotating body 71 is processed into a shape in which two different half ovals are combined, the magnetic flux density waveform shown in FIG. 8 is not a sine waveform in a strict sense, but is a waveform similar to a sine waveform. Since the relationship between the magnetic flux density passing through the magnetoresistive effect element 91 and the output voltage of the magnetoresistive effect element 91 is linear as described above (see FIG. 7), the detection signal output from the magnetoresistive effect element 91 is , Having a waveform similar to a sine wave. The rotating body 71 has a shape in which the distance between two points where the straight line passing through the rotation center P of the rotating body 71 intersects the outer periphery of the rotating body 71 is constant for any straight line passing through the rotation center P. Therefore, when the first distance between one magnetic sensor 21A of the pair of magnetic sensors 21A and 21B arranged diagonally and the outer periphery of the rotating body 71 changes, the other magnetic sensor 21B and the rotating body 71 are changed. The second distance between the outer circumference and the outer circumference changes in a complementary manner so as to follow the change in the first distance. That is, when the first distance is shortened, the second distance is increased by the shortened distance. This is because the pair of magnetic sensors 21A and 21B are diagonally arranged by 180 degrees. Therefore, the detection signals of the magnetic sensors 21A and 21B have a phase difference of 180 degrees as shown in FIG. In FIG. 9, reference numeral 501 indicates a detection signal of the magnetic sensor 21A, and reference numeral 502 indicates a detection signal of the magnetic sensor 21B. Note that the detection signals of the other pair of magnetic sensors 21C and 21D arranged diagonally also have a phase difference of 180 deg.

ここで、図2の説明に戻る。出力軸62には、回転体72が固定されている。回転体72の材質及び平面形状は、回転体71の材質及び平面形状と同様である。図5に示すように、回転体72の外周付近には、回転体72の回転中心Qを通る直線403上に対角配置された一対の磁気センサ41A,41Bと、直線403に直交するとともに回転体72の回転中心Qを通る直線404上に対角配置された一対の磁気センサ41C,41Dが配置されている。それぞれの磁気センサ41A,41B,41C,41Dは、回転体72の回転中心Qに対して、90deg間隔で固定されており、回転体72が回転したとしても、その回転中心Qとそれぞれの磁気センサ41A,41B,41C,41Dとの間の距離は常に一定である。図2に示すように、磁気センサ41Aは、磁気抵抗効果素子92及び磁石102を備えており、磁石102の中心点を通るZ方向の直線上に磁気抵抗効果素子92が位置するように一枚のプリント配線基板112の裏面に磁気抵抗効果素子92を配置し、プリント配線基板112の表面に磁石102を配置するのが好ましい。   Returning to the description of FIG. A rotating body 72 is fixed to the output shaft 62. The material and planar shape of the rotating body 72 are the same as the material and planar shape of the rotating body 71. As shown in FIG. 5, in the vicinity of the outer periphery of the rotator 72, a pair of magnetic sensors 41 </ b> A and 41 </ b> B diagonally arranged on a straight line 403 passing through the rotation center Q of the rotator 72, and orthogonal to the straight line 403 and rotating. A pair of magnetic sensors 41C and 41D arranged diagonally on a straight line 404 passing through the rotation center Q of the body 72 are arranged. Each of the magnetic sensors 41A, 41B, 41C, and 41D is fixed at an interval of 90 degrees with respect to the rotation center Q of the rotating body 72. Even if the rotating body 72 rotates, the rotation center Q and the respective magnetic sensors. The distances between 41A, 41B, 41C and 41D are always constant. As shown in FIG. 2, the magnetic sensor 41 </ b> A includes a magnetoresistive effect element 92 and a magnet 102, and one piece so that the magnetoresistive effect element 92 is positioned on a straight line in the Z direction passing through the center point of the magnet 102. Preferably, the magnetoresistive effect element 92 is disposed on the back surface of the printed wiring board 112, and the magnet 102 is disposed on the front surface of the printed wiring board 112.

図2及び図4に示すように、ハウジング120の内部に回転自在に軸止されたウォームホイール82に噛合するウォーム81が入力軸61に連結されている。ウォームホイール82には、外部磁界を発生させるための磁界発生手段として機能する磁石103が取り付けられている。入力軸61が回転すると、それに同期してウォーム81が回転する。ウォーム81の回転は、ウォームホイール82に伝達され、磁石103をXZ平面内で回転させる。例えば、ウォーム81が一回転すると、ウォームホイール82は一歯分回転する。磁石103からY方向に所定のギャップ間隔で離れた位置には、磁石103の回転に連動して変化する外部磁界の変化を電圧変化として検出する磁気抵抗効果素子93がプリント配線基板113に実装されている。磁気抵抗効果素子93及び磁石103は、ステアリングシャフト60の回転に連動して変化する磁気信号を出力する磁気センサ31として機能する。なお、ウォーム81及びウォームホイール82は、ポリアセタール等の樹脂により形成される。   As shown in FIGS. 2 and 4, a worm 81 that meshes with a worm wheel 82 that is rotatably supported inside the housing 120 is connected to the input shaft 61. A magnet 103 that functions as a magnetic field generating means for generating an external magnetic field is attached to the worm wheel 82. When the input shaft 61 rotates, the worm 81 rotates in synchronization therewith. The rotation of the worm 81 is transmitted to the worm wheel 82 to rotate the magnet 103 in the XZ plane. For example, when the worm 81 rotates once, the worm wheel 82 rotates by one tooth. A magnetoresistive effect element 93 that detects a change in the external magnetic field that changes in conjunction with the rotation of the magnet 103 as a voltage change is mounted on the printed wiring board 113 at a position away from the magnet 103 by a predetermined gap interval in the Y direction. ing. The magnetoresistive effect element 93 and the magnet 103 function as the magnetic sensor 31 that outputs a magnetic signal that changes in conjunction with the rotation of the steering shaft 60. The worm 81 and the worm wheel 82 are made of a resin such as polyacetal.

図6はステアリングセンサ10の機能構成を示す説明図である。ステアリングセンサ10は、ステアリングホイール270が基準位置にあるときの入力軸61の位置を基準にして、入力軸61の一回転以内の絶対角を0deg〜360degの範囲内で検出するための入力軸角度検出部20、ステアリングシャフト60の回転数を検出するための回転数検出部30、ステアリングホイール270が基準位置にあるときの出力軸62の位置を基準にして、出力軸62の一回転以内の絶対角を0deg〜360degの範囲内で検出するための出力軸角度検出部40、及びステアリングシャフト60の多回転絶対角及び操舵トルクを演算するための演算回路50を備える。これらの各部の機能は、プリント配線基板111,112,113に実装されたICチプ(図示せず)によって実現される。なお、本実施例では、ステアリングシャフト60は、正方向及び負方向のそれぞれに最大2.5回転できるものとする。ステアリングシャフト60の多回転絶対角は、ステアリングホイール270の操舵角と同義であり、入力軸61の一回転以内の絶対角と、ステアリングシャフト60の回転数とによって求められる。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing a functional configuration of the steering sensor 10. The steering sensor 10 has an input shaft angle for detecting an absolute angle within one rotation of the input shaft 61 within a range of 0 deg to 360 deg with reference to the position of the input shaft 61 when the steering wheel 270 is at the reference position. The detection unit 20, the rotation number detection unit 30 for detecting the rotation number of the steering shaft 60, and the absolute position within one rotation of the output shaft 62 with reference to the position of the output shaft 62 when the steering wheel 270 is at the reference position An output shaft angle detection unit 40 for detecting the angle within a range of 0 deg to 360 deg, and an arithmetic circuit 50 for calculating the multi-rotation absolute angle and steering torque of the steering shaft 60 are provided. The functions of these units are realized by IC chips (not shown) mounted on the printed wiring boards 111, 112, and 113. In this embodiment, it is assumed that the steering shaft 60 can rotate a maximum of 2.5 in each of the positive direction and the negative direction. The multi-rotation absolute angle of the steering shaft 60 is synonymous with the steering angle of the steering wheel 270 and is determined by the absolute angle within one rotation of the input shaft 61 and the rotation speed of the steering shaft 60.

入力軸角度検出部20は、一対の磁気センサ21A,21Bから出力される二つの検出信号を差動演算することによりsin信号を出力する差動演算回路22Aと、一対の磁気センサ21C,21Dから出力される二つの検出信号を差動演算することによりcos信号を出力する差動演算回路22Bと、sin信号及びcos信号に基づいて入力軸61の一回転以内の絶対角を算出する角度算出回路23とを備える。ここで、図10の符号503は、図9に示す二つの検出信号501,502を差動演算回路22Aによって差動演算することにより得られるsin信号を示している。このsin信号は、理想的な正弦波形に酷似した波形形状を有する略正弦波信号である。差動演算回路22Bから出力されるcos信号についても同様に、理想的な正弦波形に酷似した波形形状を有する略正弦波信号であり、sin信号に対して相対的に90degの位相差をしている。角度算出回路23は、差動演算回路22Aから出力されるsin信号、及び差動演算回路22Bから出力されるcos信号に基づいて、入力軸61の一回転以内の絶対角を算出する。角度算出回路23は、sin信号及びcos信号に基づいて算出した絶対角に対応する電圧値をデジタルデータとして演算回路50に出力する。図11は、絶対角と電圧値との対応関係を示すマップデータ504を示す。このマップデータ504は、絶対角に比例して電圧値がデジタル値として0.5Vから4.5Vの範囲内で増減するように設定されている。   The input shaft angle detection unit 20 includes a differential operation circuit 22A that outputs a sin signal by performing a differential operation on two detection signals output from the pair of magnetic sensors 21A and 21B, and a pair of magnetic sensors 21C and 21D. A differential operation circuit 22B that outputs a cos signal by performing a differential operation on the two output detection signals, and an angle calculation circuit that calculates an absolute angle within one rotation of the input shaft 61 based on the sin signal and the cos signal 23. Here, reference numeral 503 in FIG. 10 indicates a sin signal obtained by performing a differential operation on the two detection signals 501 and 502 shown in FIG. 9 by the differential operation circuit 22A. This sin signal is a substantially sine wave signal having a waveform shape very similar to an ideal sine waveform. Similarly, the cos signal output from the differential arithmetic circuit 22B is a substantially sine wave signal having a waveform shape very similar to an ideal sine waveform, and has a phase difference of 90 deg relative to the sin signal. Yes. The angle calculation circuit 23 calculates an absolute angle within one rotation of the input shaft 61 based on the sin signal output from the differential operation circuit 22A and the cos signal output from the differential operation circuit 22B. The angle calculation circuit 23 outputs a voltage value corresponding to the absolute angle calculated based on the sin signal and the cos signal to the arithmetic circuit 50 as digital data. FIG. 11 shows map data 504 indicating the correspondence between absolute angles and voltage values. The map data 504 is set so that the voltage value increases or decreases as a digital value in the range of 0.5 V to 4.5 V in proportion to the absolute angle.

出力軸角度検出部40は、一対の磁気センサ41A,41Bから出力される二つの検出信号を差動演算することによりsin信号を出力する差動演算回路42Aと、一対の磁気センサ41C,41Dから出力される二つの検出信号を差動演算することによりcos信号を出力する差動演算回路42Bと、sin信号及びcos信号に基づいて出力軸62の一回転以内の絶対角を算出する角度算出回路43とを備える。差動演算回路42A,42B、及び角度算出回路43の機能は、それぞれ上述の差動演算回路22A,22B、及び角度算出回路23と同様である。   The output shaft angle detection unit 40 includes a differential operation circuit 42A that outputs a sin signal by performing a differential operation on two detection signals output from the pair of magnetic sensors 41A and 41B, and a pair of magnetic sensors 41C and 41D. A differential operation circuit 42B that outputs a cos signal by performing a differential operation on the two output detection signals, and an angle calculation circuit that calculates an absolute angle within one rotation of the output shaft 62 based on the sin signal and the cos signal 43. The functions of the differential operation circuits 42A and 42B and the angle calculation circuit 43 are the same as those of the above-described differential operation circuits 22A and 22B and the angle calculation circuit 23, respectively.

回転数検出部30は、ステアリングシャフト60の回転に連動して変化する磁気信号を出力する磁気センサ31、磁気センサ31の出力信号(アナログ信号)を増幅する増幅器32、及び増幅器32から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して演算回路50に出力するA/D変換器33を備える。図12は、磁気センサ31の出力信号波形を示す。本実施例では、ステアリングシャフト60の回転数は、正方向及び負方向のそれぞれに最大2.5回転に制限されているので、ウォームホイール82は、最大2.5歯分しか回転しないのであるが、仮にウォームホイール82が一回転する場合を想定すると、理論上、磁気センサ31からは一周期分の略正弦波信号が出力される。同図に示す例では、ステアリングホイール270が基準位置にあるときに磁気センサ31から出力される信号の位相が180degになるように調整してある。ステアリングシャフト60が基準位置から回転すると、磁気センサ31の出力信号波形の位相は、180degを基準にして一回転あたりΔφ(=22.5deg)の範囲で変化し、その信号レベル(電圧値)も位相変化に応じて単調増加又は単調減少する。従って、磁気センサ31の信号レベルは、ステアリングシャフト60の回転数を判定する指標になる。   The rotation speed detection unit 30 is output from the magnetic sensor 31 that outputs a magnetic signal that changes in conjunction with the rotation of the steering shaft 60, the amplifier 32 that amplifies the output signal (analog signal) of the magnetic sensor 31, and the amplifier 32. An A / D converter 33 that converts an analog signal into a digital signal and outputs the digital signal to the arithmetic circuit 50 is provided. FIG. 12 shows the output signal waveform of the magnetic sensor 31. In the present embodiment, since the rotation speed of the steering shaft 60 is limited to a maximum of 2.5 rotations in each of the positive direction and the negative direction, the worm wheel 82 rotates only by a maximum of 2.5 teeth. Assuming that the worm wheel 82 makes one rotation, the magnetic sensor 31 theoretically outputs a substantially sine wave signal for one cycle. In the example shown in the figure, the phase of the signal output from the magnetic sensor 31 is adjusted to 180 deg when the steering wheel 270 is at the reference position. When the steering shaft 60 rotates from the reference position, the phase of the output signal waveform of the magnetic sensor 31 changes within a range of Δφ (= 22.5 deg) per rotation with reference to 180 deg, and the signal level (voltage value) also changes. Monotonically increases or decreases monotonically according to the phase change. Therefore, the signal level of the magnetic sensor 31 serves as an index for determining the rotation speed of the steering shaft 60.

演算回路50は、入力軸角度検出部20及び回転数検出部30から受信した情報に基づいてステアリングシャフト60の多回転絶対角を演算する。例えば、図12に示すように、回転数検出部30から出力されるデジタル信号が2.47V〜2.52Vの範囲であれば、演算回路50は、ステアリングシャフト60が負方向に一回転したものと判定し、2.42V〜2.47Vの範囲であれば、正方向に一回転したものと判定する。具体例として、例えば、入力軸角度検出部20から受信した情報が「絶対角60deg」であり、回転数検出部30から受信した情報が「二回転目」である場合、ステアリングシャフト60の多回転絶対角は、360deg+60deg=420degとして算出される。このようにして算出された多回転絶対角は、ステアリングホイール270の操舵角を示す情報として、図2及び図4に示すコネクタ130を介して上述のコントローラ210に出力される。   The arithmetic circuit 50 calculates the multi-rotation absolute angle of the steering shaft 60 based on the information received from the input shaft angle detection unit 20 and the rotation speed detection unit 30. For example, as shown in FIG. 12, if the digital signal output from the rotation speed detection unit 30 is in the range of 2.47V to 2.52V, the arithmetic circuit 50 is obtained by rotating the steering shaft 60 once in the negative direction. If it is in the range of 2.42V to 2.47V, it is determined that the rotation has been made in the positive direction. As a specific example, for example, when the information received from the input shaft angle detection unit 20 is “absolute angle 60 deg” and the information received from the rotation speed detection unit 30 is “second rotation”, multiple rotations of the steering shaft 60 are performed. The absolute angle is calculated as 360 deg + 60 deg = 420 deg. The multi-rotation absolute angle calculated in this way is output to the above-described controller 210 via the connector 130 shown in FIGS. 2 and 4 as information indicating the steering angle of the steering wheel 270.

演算回路50は、入力軸61の絶対角を示す電圧値を入力軸角度検出部20から受信するとともに、出力軸62の絶対角を示す電圧値を出力軸角度検出部40から受信し、入力軸61と出力軸62との位相差とトーションバー63のばね定数とからステアリングシャフト60の操舵トルクを求める。ところで、位相ずれを生じさせることなく、回転体71,72をステアリングシャフト60に取り付けることは困難であるため、入力軸61と出力軸62との間に位相差が生じていないのにも関わらず、入力軸角度検出部20から出力される電圧値と、出力軸角度検出部40から出力される電圧値とが異なる場合がある。そのため、本実施例では、回転体71,72をステアリングシャフト60に取り付けた後、図13に示すように、回転体71,72の絶対角の初期位相差Δθ(=θ1−θ2)及び電圧値の初期差分ΔVrefを求める。また、本実施例においては、ステアリングホイール270の操作によりステアリングシャフト60のトーションバー63に加わる操舵トルクに起因して生じる回転体71,72の位相差の最大値(例えば、±5deg)を予め求めておく。図14は、回転体71,72の位相差から操舵トルクを求めるためのマップデータ505を示しており、横軸は回転体71,72の位相差を示し、縦軸は電圧値を示す。このマップデータ505では、入力軸角度検出部20から出力される電圧値と、出力軸角度検出部40から出力される電圧値との差分がΔVrefのときに、位相差が0degを示すように設定されている。また、回転体71,72の位相差が正方向に増大すると、位相差の増加分に線形比例してマップデータ505の値が増加し、回転体71,72の位相差が負方向に減少すると、位相差の減少分に線形比例してマップデータ505の値が減少するように設定されている。演算回路50は、このマップデータ505を用いてステアリングシャフト60の操舵トルクを求める。   The arithmetic circuit 50 receives the voltage value indicating the absolute angle of the input shaft 61 from the input shaft angle detection unit 20, and also receives the voltage value indicating the absolute angle of the output shaft 62 from the output shaft angle detection unit 40. The steering torque of the steering shaft 60 is obtained from the phase difference between the output shaft 62 and the spring constant of the torsion bar 63. By the way, since it is difficult to attach the rotating bodies 71 and 72 to the steering shaft 60 without causing a phase shift, there is no phase difference between the input shaft 61 and the output shaft 62. The voltage value output from the input shaft angle detector 20 and the voltage value output from the output shaft angle detector 40 may be different. Therefore, in this embodiment, after the rotating bodies 71 and 72 are attached to the steering shaft 60, as shown in FIG. 13, the initial phase difference Δθ (= θ1−θ2) and the voltage value of the absolute angles of the rotating bodies 71 and 72 are obtained. The initial difference ΔVref is obtained. In this embodiment, the maximum value (for example, ± 5 deg) of the phase difference between the rotating bodies 71 and 72 generated due to the steering torque applied to the torsion bar 63 of the steering shaft 60 by the operation of the steering wheel 270 is obtained in advance. Keep it. FIG. 14 shows map data 505 for obtaining the steering torque from the phase difference between the rotating bodies 71 and 72, the horizontal axis indicates the phase difference between the rotating bodies 71 and 72, and the vertical axis indicates the voltage value. In this map data 505, when the difference between the voltage value output from the input shaft angle detection unit 20 and the voltage value output from the output shaft angle detection unit 40 is ΔVref, the phase difference is set to indicate 0 deg. Has been. When the phase difference between the rotators 71 and 72 increases in the positive direction, the value of the map data 505 increases linearly in proportion to the increase in the phase difference, and when the phase difference between the rotators 71 and 72 decreases in the negative direction. The value of the map data 505 is set to decrease linearly in proportion to the decrease in the phase difference. The arithmetic circuit 50 obtains the steering torque of the steering shaft 60 using the map data 505.

なお、一対の磁気センサ21C,21Dは、入力軸61の角度検出を行う上で必須ではなく、一対の磁気センサ21A,21Bのみで角度検出を行うことが可能であり、また、一対の磁気センサ41C,41Dは、出力軸62の角度検出を行う上で必須ではなく、一対の磁気センサ41A,41Bのみで角度検出を行うことが可能である点に留意されたい。さらに、磁気抵抗効果素子91のフリー磁性層の長手方向は、特に限定されるものではないが、本発明者の実験によると、回転体71の回転中心Pに向かう方向(回転中心方向)に磁化されているときに、特に高精度な角度検出が得られることが確認されている。フリー磁性層の長手方向が、例えば、回転中心Pに向かう方向に直交する向きに設定されていると、フリー磁性層の長手方向全体に渡って、回転角に依存する平均的な磁界を磁気抵抗効果素子91が検出することになり、フリー磁性層の長手方向が回転中心Pに向かう場合と比較して相対的に検出誤差が大きくなると考えられる。   The pair of magnetic sensors 21C and 21D is not essential for detecting the angle of the input shaft 61, and the angle detection can be performed only by the pair of magnetic sensors 21A and 21B. In addition, the pair of magnetic sensors It should be noted that 41C and 41D are not essential for the angle detection of the output shaft 62, and the angle detection can be performed only by the pair of magnetic sensors 41A and 41B. Furthermore, although the longitudinal direction of the free magnetic layer of the magnetoresistive effect element 91 is not particularly limited, according to the experiments by the present inventors, magnetization is performed in a direction toward the rotation center P of the rotating body 71 (rotation center direction). In particular, it has been confirmed that highly accurate angle detection can be obtained. For example, when the longitudinal direction of the free magnetic layer is set in a direction orthogonal to the direction toward the rotation center P, an average magnetic field depending on the rotation angle is magnetoresistive over the entire longitudinal direction of the free magnetic layer. It will be detected by the effect element 91, and the detection error is considered to be relatively larger than when the longitudinal direction of the free magnetic layer is directed to the rotation center P.

次に、図15を参照しながら回転体71の平面形状の算出方法について説明する。
ここでは、回転体71の平面形状は、XY座標系において、半楕円F(Y≧0)と半楕円関数H(Y≦0)とを結合した形状から成るものとし、一方の楕円Fが既知である場合に、他方の楕円関数Hを算出する場合を考察する。
楕円F(x、y)を以下のように定義する。
(x、y)=(Lcosθ,Lsinθ) …(1)
2+y2/a2=r2 …(2)
y≧0 …(3)
Next, a method for calculating the planar shape of the rotator 71 will be described with reference to FIG.
Here, it is assumed that the planar shape of the rotator 71 is formed by combining a semi-ellipse F (Y ≧ 0) and a semi-elliptic function H (Y ≦ 0) in the XY coordinate system, and one of the ellipses F is known. Consider the case where the other elliptic function H is calculated.
An ellipse F (x, y) is defined as follows.
(X, y) = (L cos θ, L sin θ) (1)
x 2 + y 2 / a 2 = r 2 (2)
y ≧ 0 (3)

ここで、XY座標系の原点は、回転中心Pに一致するものとし、回転中心Pと楕円F上の点との間の距離は、以下の式で示される。
(r2/(cos2θ+sin2θ/a2))1/2=L …(4)
従って、(4)式を(1)式に代入することにより、楕円Fの座標をθで表記できる。
Here, the origin of the XY coordinate system is assumed to coincide with the rotation center P, and the distance between the rotation center P and a point on the ellipse F is expressed by the following equation.
(R 2 / (cos 2 θ + sin 2 θ / a 2 )) 1/2 = L (4)
Therefore, the coordinates of the ellipse F can be expressed by θ by substituting the equation (4) into the equation (1).

さて、楕円関数H(X,Y)は、「回転中心Pを通過する如何なる直線に関しても、回転中心Pを通る直線が回転体71の外周と交差する二点間の距離が一定である」という条件を満たさなければならないので、下式が成立する。
H(X)=X=2r・cosθ−F(x) …(5)
H(Y)=Y=2r・sinθ−F(y) …(6)
ここで、F(x),F(y)は、回転中心Pを通る直線が楕円Fに交差する点のX座標、Y座標を示す。つまり、(5)式、(6)式を満たすH、Fは回転中心を起点としてX軸とのなす角度が同一の角度となる。また、(5)式、(6)式より、関数F(楕円に限られない)が定義されれば、対応する関数H(楕円関数に限られない)の座標を求めることが可能となる。
Now, the elliptic function H (X, Y) is “the distance between two points where the straight line passing through the rotation center P intersects the outer periphery of the rotating body 71 is constant for any straight line passing through the rotation center P”. Since the condition must be met, the following equation holds.
H (X) = X = 2r · cos θ−F (x) (5)
H (Y) = Y = 2r · sin θ−F (y) (6)
Here, F (x) and F (y) indicate the X coordinate and the Y coordinate of the point where the straight line passing through the rotation center P intersects the ellipse F. That is, H and F satisfying the expressions (5) and (6) have the same angle with the X axis starting from the rotation center. Further, if a function F (not limited to an ellipse) is defined from the expressions (5) and (6), the coordinates of the corresponding function H (not limited to an ellipse function) can be obtained.

ここで、(5)式、(6)式をXY座標上で表記すると、a=0.9の場合、図16のような波形となる(r=1)。但し、aの値によっては(例えば、a=1.5の場合)、図17のようにX=0で谷と有する波形となり、a=0.5の場合は、図18のようにY>0でX=rをとることになり、局率の符号を変える変局点を有することになる。ここで、図17及び図18のような場合は、谷部、変局点では磁界の乱れが生じると考えられ、検出出力が安定しない可能性がある。従って、図16のような谷部、局率の符号を変える変局点を有さない回転体であることが好ましい。よって、好ましい回転体は、楕円(x2+y2/a2=r2)と0<a<2(座標原点が閉曲線面内に存在する条件)の範囲(但し、a=1は除く)で谷部、局率の符号を変える変局点を有さない楕円関数の結合体である。これにより、楕円F、Hが一回転で最大、最小を一個有する正弦波を得ることが可能となる。無論、谷部、局率の符号を変える変局点を有さない形状を有する回転体は楕円と楕円関数に限られず、様々な形状が可能である。回転体72の平面形状についても同様の手順により算出することができる。 Here, when Expressions (5) and (6) are expressed on the XY coordinates, when a = 0.9, the waveform is as shown in FIG. 16 (r = 1). However, depending on the value of a (for example, when a = 1.5), the waveform has a valley with X = 0 as shown in FIG. 17, and when a = 0.5, Y> as shown in FIG. When X is 0, X = r is obtained, and the inflection point for changing the sign of the rate is obtained. Here, in the cases as shown in FIGS. 17 and 18, it is considered that the magnetic field is disturbed at the troughs and inflection points, and the detection output may not be stable. Therefore, it is preferable that the rotating body does not have a valley point as shown in FIG. Therefore, a preferable rotating body is an ellipse (x 2 + y 2 / a 2 = r 2 ) and 0 <a <2 (conditions where the coordinate origin exists in the closed curve plane) (however, a = 1 is excluded). Tanibe is a combined elliptic function that does not have an inflection point that changes the sign of the ratio. As a result, it is possible to obtain a sine wave in which the ellipses F and H have one maximum and one minimum in one rotation. Of course, the rotator having a shape that does not have an inflection point that changes the sign of the valley and the ratio is not limited to an ellipse and an elliptic function, and various shapes are possible. The planar shape of the rotating body 72 can also be calculated by the same procedure.

本実施例によれば、以下の利点を有する。
(1)回転体71の回転中心Pを通る直線が回転体71の外周と交差する二点間の距離が一定である回転体71を用いているので、対角配置された一対の磁気センサ21A,21B(又は21C,21D)の検出信号を差動演算することにより得られる信号は、回転体71の回転角度情報を含む略正弦波信号となり、入力軸61の一回転以内の絶対角を0deg〜360degの範囲にわたって高精度に検出できる。
This embodiment has the following advantages.
(1) Since the rotating body 71 having a constant distance between two points where the straight line passing through the rotation center P of the rotating body 71 intersects the outer periphery of the rotating body 71 is used, a pair of magnetic sensors 21A arranged diagonally. , 21B (or 21C, 21D) is obtained by performing a differential operation on the detection signal to be a substantially sine wave signal including rotation angle information of the rotating body 71, and an absolute angle within one rotation of the input shaft 61 is 0 deg. It can be detected with high accuracy over a range of ˜360 deg.

(2)回転体71をその回転平面に投影した形状は、二つの異なる半楕円が結合した形状を有しているので、対角配置された一対の磁気センサ21A,21B(又は21C,21D)の検出信号を差動演算することにより得られる信号は、回転体71の回転角度情報を含む略正弦波信号となるので、検出誤差の少ない角度検出を行うことができる。 (2) Since the shape of the rotating body 71 projected on the plane of rotation has a shape in which two different semi-ellipses are combined, a pair of magnetic sensors 21A, 21B (or 21C, 21D) arranged diagonally. Since the signal obtained by performing the differential operation on the detection signal becomes a substantially sine wave signal including the rotation angle information of the rotating body 71, angle detection with a small detection error can be performed.

(3)回転体72を用いて出力軸62の一回転以内の絶対角を0deg〜360degの範囲にわたって検出する場合にも、上述の(1)、(2)の利点を有する。 (3) Even when the absolute angle within one rotation of the output shaft 62 is detected over the range of 0 deg to 360 deg using the rotator 72, the above advantages (1) and (2) are obtained.

(4)磁気センサ31から出力される検出信号のレベルに基づいてステアリングシャフト60の回転数を判定できるため、ステアリングシャフト60の回転数情報を電源OFF時不揮発性メモリに保持しなくても、ステアリングシャフト60の多回転絶対角を検出できる。 (4) Since the rotational speed of the steering shaft 60 can be determined based on the level of the detection signal output from the magnetic sensor 31, the steering speed can be determined without storing the rotational speed information of the steering shaft 60 in the nonvolatile memory when the power is turned off. The multi-turn absolute angle of the shaft 60 can be detected.

(5)磁気センサ21A,21B,21C,21D,41A,41B,41C,41Dを用いて回転体71,72の絶対角を検出するので、レゾルバを用いて絶対角を検出する方式よりもセンサ構造を簡素化できる。 (5) Since the absolute angles of the rotating bodies 71 and 72 are detected using the magnetic sensors 21A, 21B, 21C, 21D, 41A, 41B, 41C, and 41D, the sensor structure is more than the method of detecting the absolute angle using a resolver. Can be simplified.

実施例2に係わるステアリングセンサ10は、出力軸62の一回転以内の絶対角を検出するための回転体72と一対の磁気センサ41A,41Bとの配置関係、及び磁気センサ41A,41Bからの検出信号の処理方法が実施例1とは異なり、その余の点において一致する。以下の説明においては、実施例1,2の相違点について言及するものとし、重複する説明を省略する。   The steering sensor 10 according to the second embodiment includes an arrangement relationship between the rotating body 72 and the pair of magnetic sensors 41A and 41B for detecting an absolute angle within one rotation of the output shaft 62, and detection from the magnetic sensors 41A and 41B. The signal processing method is different from that of the first embodiment, and is identical in other points. In the following description, the differences between the first and second embodiments will be referred to, and redundant description will be omitted.

図20に示すように、磁気センサ41Aは、回転体72の回転中心Q上を通る直線405上に位置し、磁気センサ41Bは、回転中心Q上を通る直線406上に位置している。二つの直線405,406が交差する角度は、90degである。また、回転中心Qからそれぞれの磁気センサ21A,21Bへの距離は同一である。二つの磁気センサ41A,42Bは、回転体72の回転中心Qに対して90degの位相差(機械角)で回転中心Qから等距離に配置されている。磁気センサ41Aは、回転体72の回転に伴い周期的に変化する回転体72の外周と磁気センサ41Aとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出して、正弦波形に類似した波形形状を有する第一の略正弦波信号を出力する。磁気センサ41Bは、回転体72の回転に伴い周期的に変化する回転体72の外周と磁気センサ41Bとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出して、正弦波形に類似した波形形状を有する第二の略正弦波信号を出力する。第一及び第二の略正弦波信号は、相互に90degの位相差(電気角)を有する検出信号である。説明の便宜上、磁気センサ41Aから出力される検出信号をcos信号と称し、磁気センサ41Bから出力される検出信号をsin信号と称する。   As shown in FIG. 20, the magnetic sensor 41A is located on a straight line 405 passing over the rotation center Q of the rotating body 72, and the magnetic sensor 41B is located on a straight line 406 passing over the rotation center Q. The angle at which the two straight lines 405 and 406 intersect is 90 deg. The distances from the rotation center Q to the magnetic sensors 21A and 21B are the same. The two magnetic sensors 41 </ b> A and 42 </ b> B are arranged equidistant from the rotation center Q with a phase difference (mechanical angle) of 90 deg with respect to the rotation center Q of the rotating body 72. The magnetic sensor 41A detects a magnetic field change corresponding to a change in the first distance between the outer circumference of the rotating body 72 and the magnetic sensor 41A that periodically changes as the rotating body 72 rotates, and is similar to a sine waveform. A first substantially sinusoidal signal having the waveform shape is output. The magnetic sensor 41B detects a magnetic field change corresponding to a change in the second distance between the outer circumference of the rotating body 72 and the magnetic sensor 41B that periodically changes as the rotating body 72 rotates, and is similar to a sine waveform. The second substantially sinusoidal signal having the waveform shape is output. The first and second substantially sinusoidal signals are detection signals having a phase difference (electrical angle) of 90 deg from each other. For convenience of explanation, the detection signal output from the magnetic sensor 41A is referred to as a cos signal, and the detection signal output from the magnetic sensor 41B is referred to as a sin signal.

図19に示すように、磁気センサ41Aから出力されるcos信号(アナログ信号)は、増幅器44Aにて増幅され、A/D変換器45Aにてデジタル信号に変換され、角度算出回路43へ出力される。同様に、磁気センサ41Bから出力されるsin信号(アナログ信号)は、増幅器44Bにて増幅され、A/D変換器45Bにてデジタル信号に変換され、角度算出回路43へ出力される。角度算出回路43は、増幅器44Aから出力されるsin信号、及び増幅器44Bから出力されるcos信号に基づいて、入力軸61の一回転以内の絶対角を算出する。角度算出回路43は、sin信号及びcos信号に基づいて算出した絶対角に対応する電圧値を演算回路50に出力する。変換テーブル46を保持しており、磁気センサ41A,41Bから出力されるcos信号及びsin信号に対応する回転体72の絶対角を変換テーブル46から読み取り、読み取った絶対角を出力する。この変換テーブル46は、例えば、製品出荷時又はステアリングシャフト60の取り付け時などに実施されるキャリブレーションによって作成される。   As shown in FIG. 19, the cos signal (analog signal) output from the magnetic sensor 41A is amplified by the amplifier 44A, converted to a digital signal by the A / D converter 45A, and output to the angle calculation circuit 43. The Similarly, a sin signal (analog signal) output from the magnetic sensor 41B is amplified by the amplifier 44B, converted into a digital signal by the A / D converter 45B, and output to the angle calculation circuit 43. The angle calculation circuit 43 calculates an absolute angle within one rotation of the input shaft 61 based on the sin signal output from the amplifier 44A and the cos signal output from the amplifier 44B. The angle calculation circuit 43 outputs a voltage value corresponding to the absolute angle calculated based on the sin signal and the cos signal to the arithmetic circuit 50. The conversion table 46 is held, the absolute angle of the rotating body 72 corresponding to the cos signal and sin signal output from the magnetic sensors 41A and 41B is read from the conversion table 46, and the read absolute angle is output. This conversion table 46 is created by, for example, calibration performed at the time of product shipment or when the steering shaft 60 is attached.

ここで、変換テーブル46の作成方法について説明する。図21は、キャリブレーション実施前のcos信号701及びsin信号702を示している。キャリブレーション実施前では、cos信号701及びsin信号702の振幅及び中間値は、相互に一致していないのが通常である。そこで、cos信号701及びsin信号702のそれぞれの一周期分の波形を取り込み、cos信号701及びsin信号702のそれぞれの振幅及び中間値を算出する。そして、図22及び図23に示すように、キャリブレーション実施後のcos信号701及びsin信号702の上限値がVT、下限値がVB、中間値が(VT+VB)/2となるように、磁気センサ41Aから出力されるcos信号701を増幅するための増幅器44Aの利得及びオフセット値と、磁気センサ41Bから出力されるsin信号702を増幅するための増幅器44Bの利得及びオフセット値をそれぞれ調整し、検出信号の振幅調整及びオフセット補正を実施する。なお、図22及び図23において、破線はキャリブレーション実施前の信号波形を示し、実線はキャリブレーション実施後の信号波形を示し、一点鎖線はオフセット補正後の中間値を示し、二点鎖線はオフセット補正前の中間値を示す。 Here, a method of creating the conversion table 46 will be described. FIG. 21 shows the cos signal 701 and the sin signal 702 before calibration. Before the calibration is performed, the cos signal 701 and the sin signal 702 generally do not have the same amplitude and intermediate value. Therefore, the waveforms of one period of each of the cos signal 701 and the sin signal 702 are taken in, and the amplitude and intermediate value of each of the cos signal 701 and the sin signal 702 are calculated. Then, as shown in FIGS. 22 and 23, the upper limit value of the cos signal 701 and the sin signal 702 after calibration is V T , the lower limit value is V B , and the intermediate value is (V T + V B ) / 2. Thus, the gain and offset value of the amplifier 44A for amplifying the cos signal 701 output from the magnetic sensor 41A and the gain and offset value of the amplifier 44B for amplifying the sin signal 702 output from the magnetic sensor 41B are Each adjustment is performed, and amplitude adjustment and offset correction of the detection signal are performed. 22 and 23, the broken line indicates the signal waveform before calibration, the solid line indicates the signal waveform after calibration, the alternate long and short dash line indicates the intermediate value after offset correction, and the alternate long and two short dashes line indicates the offset Indicates the intermediate value before correction.

キャリブレーション実施後のcos信号701及びsin信号702は、それぞれA/D変換器45A,45Bによってデジタルデータに変換され、角度算出回路43に供給される。角度算出回路43は、図24及び図25に示すように、デジタル化されたcos信号701及びsin信号702を一周期分にわたって一定角度間隔でサンプリングし、サンプリングした読み取りデータを、cos信号値802、及びsin信号値803として、変換テーブル46に格納する(図26参照)。例えば、0.2degの回転角度の分解能を有するためには、0.1deg以下の角度精度が必要であるので、cos信号701及びsin信号702を0.1deg以下の角度精度でサンプリングし、サンプリングした読み取りデータを変換テーブル46に格納することが好ましい。なお、デジタル化されたcos信号701、及びsin信号702の一周期の時間は、上限値の間隔(又は下限値の間隔)として算出することが可能である。また、cos信号701が上限値をとるとき、又はsin信号702が中間値をとるときを0degの判定基準とすればよい。   The cos signal 701 and the sin signal 702 after the calibration are converted into digital data by the A / D converters 45A and 45B, respectively, and supplied to the angle calculation circuit 43. As shown in FIGS. 24 and 25, the angle calculation circuit 43 samples the digitized cosine signal 701 and sin signal 702 at a constant angular interval over one period, and the sampled read data is converted into a cosine signal value 802, And the sin signal value 803 is stored in the conversion table 46 (see FIG. 26). For example, in order to have a resolution of a rotation angle of 0.2 deg, an angle accuracy of 0.1 deg or less is necessary. Therefore, the cos signal 701 and the sin signal 702 are sampled with an angle accuracy of 0.1 deg or less and sampled. The read data is preferably stored in the conversion table 46. Note that the time of one cycle of the digitized cos signal 701 and sin signal 702 can be calculated as an upper limit interval (or lower limit interval). Further, when the cos signal 701 takes an upper limit value or when the sin signal 702 takes an intermediate value, the 0 deg determination criterion may be used.

変換テーブル46は、図26に示すように、リニア出力値801、cos信号値802、及びsin信号値803を0deg〜360degの角度範囲で対応付けている。リニア出力値801は、図28に示すように、0deg〜360degの角度範囲で直線的に単調増加するマップデータとして予め作成されている。例えば、リニア出力値801を1.0V〜4.0Vの範囲で出力したい場合には、0degのときにリニア出力値801を1.0Vとし、180degのときにリニア出力値802を2.5Vとし、359degのときにリニア出力値801を4.0Vとし、回転体72の絶対角とリニア出力値801との関係が線形になるように作成すればよい。なお、リニア値801の出力範囲は任意に調整可能であり、上述の数値に限定されるものではない。また、リニア出力値801は、0deg〜360degの角度範囲で直線的に単調減少するマップデータとして作成してもよい。   As shown in FIG. 26, the conversion table 46 associates a linear output value 801, a cos signal value 802, and a sin signal value 803 in an angle range of 0 deg to 360 deg. As shown in FIG. 28, the linear output value 801 is created in advance as map data that linearly increases monotonously in an angle range of 0 deg to 360 deg. For example, when it is desired to output the linear output value 801 in the range of 1.0 V to 4.0 V, the linear output value 801 is set to 1.0 V at 0 deg, and the linear output value 802 is set to 2.5 V at 180 deg. The linear output value 801 is set to 4.0 V at 359 degrees, and the relationship between the absolute angle of the rotating body 72 and the linear output value 801 may be linear. Note that the output range of the linear value 801 can be arbitrarily adjusted, and is not limited to the above numerical values. The linear output value 801 may be created as map data that monotonously decreases linearly in an angle range of 0 deg to 360 deg.

次に、上述の手順を経て作成された変換テーブル46を用いて回転体72の絶対角を求める方法について説明する。磁気センサ41A,41Bから出力されるcos信号701、及びsin信号702は、増幅器44A,44Bによって振幅調整及びオフセット補正が実施され、更に、A/D変換器45A,45Bによって一定角度間隔でサンプリングされ、角度算出回路43に供給される。角度算出回路43は、読み取ったcos信号701のサンプリングデータに一致するcos信号値802を変換テーブル46から検索し、検索されたcos信号値802に対応するリニア出力値801を変換テーブル46から読み出す。また、角度算出回路43は、読み取ったsin信号702のサンプリングデータに一致するsin信号値803を変換テーブル46から検索し、検索されたsin信号読み取り値803に対応するリニア出力値801を変換テーブル46から読み出す。このようにして読み出されたリニア出力値801は、回転体72の絶対角を示す信号として、演算回路50に供給される。   Next, a method for obtaining the absolute angle of the rotating body 72 using the conversion table 46 created through the above-described procedure will be described. The cosine signal 701 and the sin signal 702 output from the magnetic sensors 41A and 41B are subjected to amplitude adjustment and offset correction by the amplifiers 44A and 44B, and further sampled at a constant angular interval by the A / D converters 45A and 45B. , And supplied to the angle calculation circuit 43. The angle calculation circuit 43 searches the conversion table 46 for a cos signal value 802 that matches the read sampling data of the cos signal 701, and reads a linear output value 801 corresponding to the searched cos signal value 802 from the conversion table 46. Further, the angle calculation circuit 43 searches the conversion table 46 for a sin signal value 803 that matches the sampling data of the read sin signal 702, and converts the linear output value 801 corresponding to the searched sin signal read value 803 to the conversion table 46. Read from. The linear output value 801 read out in this way is supplied to the arithmetic circuit 50 as a signal indicating the absolute angle of the rotating body 72.

このとき、角度算出回路43は、図27に示すように、cos信号701、及びsin信号702のうちその信号波形が中間値をとるときの角度に対して±45degの角度範囲にあるサンプリングデータを読み取るのが好ましい。例えば、0deg〜45degの角度範囲では、cos信号701よりもsin信号702の方が検出信号の振幅変化量が大きいため、sin信号702のサンプリングデータを読み込む。45eg〜135degの角度範囲では、sin信号702よりもcos信号701の方が検出信号の振幅変化量が大きいため、cos信号701のサンプリングデータを読み込む。135eg〜225degの角度範囲では、cos信号701よりもsin信号702の方が検出信号の振幅変化量が大きいため、sin信号702のサンプリングデータを読み込む。このように、振幅変化量の小さい信号波形のピーク付近のサンプリングデータよりも、振幅変化量の大きい中間値付近のサンプリングデータを読み取ることで、検出誤差のバラツキを抑えることができるとともに、ノイズに対する耐性を高めることができる。   At this time, as shown in FIG. 27, the angle calculation circuit 43 obtains sampling data within an angle range of ± 45 deg with respect to the angle when the signal waveform of the cos signal 701 and the sin signal 702 takes an intermediate value. It is preferable to read. For example, in the angle range of 0 deg to 45 deg, since the amplitude change amount of the detection signal is larger in the sin signal 702 than in the cos signal 701, the sampling data of the sin signal 702 is read. In the angle range of 45eg to 135 deg, the cos signal 701 has a larger amplitude change amount of the detection signal than the sin signal 702. Therefore, the sampling data of the cos signal 701 is read. In the angle range of 135 eg to 225 deg, the sin signal 702 has a larger amplitude change amount of the detection signal than the cos signal 701. Therefore, the sampling data of the sin signal 702 is read. In this way, by reading the sampling data near the intermediate value with a large amplitude change amount rather than the sampling data near the peak of the signal waveform with a small amplitude change amount, it is possible to suppress variations in detection errors and to withstand noise. Can be increased.

なお、変換テーブル46を用いて絶対角を検出する方式は、入力軸角度検出部20にも適用できるので、その原理を簡単に説明する(この方式は、後述する変形例にも適用し得る。)。例えば、図20において、磁気センサ21A,21Bからの検出信号を差動演算回路22Aによって差動演算して得られるsin信号と、磁気センサ21C,21Dからの検出信号を差動演算回路22Bによって差動演算して得られるcos信号は、90degの位相差(電気角)を有する。上述の変換テーブル46を予め角度算出回路23に実装しておけば、角度算出回路23は、差動演算回路22A,22Bから出力されるsin信号及びcos信号をサンプリングした上で読み取り、読み取ったサンプリングデータに対応する回転体71の絶対角を変換テーブルから検索し、検索した絶対角を出力することができる。ここで、差動演算回路22A,22Bから出力されるsin信号及びcos信号のうちその信号波形が中間値をとるときの角度に対して±45degの角度範囲にあるサンプリングデータを読み取るのが好ましい。   Note that the method of detecting the absolute angle using the conversion table 46 can also be applied to the input shaft angle detection unit 20, so the principle thereof will be briefly described (this method can also be applied to a modified example described later). ). For example, in FIG. 20, the difference signal between the sin signal obtained by differentially calculating the detection signals from the magnetic sensors 21A and 21B by the differential arithmetic circuit 22A and the detection signal from the magnetic sensors 21C and 21D by the differential arithmetic circuit 22B. The cos signal obtained by the dynamic calculation has a phase difference (electrical angle) of 90 deg. If the conversion table 46 is mounted in the angle calculation circuit 23 in advance, the angle calculation circuit 23 samples and reads the sin signal and the cosine signal output from the differential operation circuits 22A and 22B, and reads the read sampling. The absolute angle of the rotator 71 corresponding to the data can be searched from the conversion table, and the searched absolute angle can be output. Here, it is preferable to read sampling data in an angle range of ± 45 deg with respect to an angle when the signal waveform takes an intermediate value among the sine signal and the cosine signal output from the differential arithmetic circuits 22A and 22B.

本実施例の変形例として以下の構成を適用できる。
(1)入力軸角度検出部20の構成として、二つの磁気センサ21A,21Bを、回転体71の回転中心Pに対して90degの位相差(機械角)で回転中心Pから等距離に配置し、角度算出回路23に変換テーブル46を実装するとともに、出力軸角度検出部40の構成として、二つの磁気センサ41A,41Bを、回転体72の回転中心Qに対して等距離に対角配置し、二つの磁気センサ41C,41Dを、回転体72の回転中心Qに対して等距離に対角配置する(但し、二つの磁気センサ41A,41Bを結ぶ直線と二つの磁気センサ41C,41Dを結ぶ直線に直交するものとする)。
(2)入力軸角度検出部20の構成として、二つの磁気センサ21A,21Bを、回転体71の回転中心Pに対して90degの位相差(機械角)で回転中心Pから等距離に配置し、角度算出回路23に変換テーブル46を実装するとともに、出力軸角度検出部40の構成として、二つの磁気センサ41A,41Bを、回転体72の回転中心Qに対して90degの位相差(機械角)で回転中心Qから等距離に配置し、角度算出回路43に変換テーブル46を実装する。
The following configuration can be applied as a modification of the present embodiment.
(1) As a configuration of the input shaft angle detection unit 20, two magnetic sensors 21 </ b> A and 21 </ b> B are arranged equidistant from the rotation center P with a phase difference (mechanical angle) of 90 deg with respect to the rotation center P of the rotating body 71. In addition, the conversion table 46 is mounted in the angle calculation circuit 23, and the output shaft angle detection unit 40 is configured by arranging two magnetic sensors 41A and 41B diagonally at an equal distance with respect to the rotation center Q of the rotating body 72. The two magnetic sensors 41C and 41D are diagonally arranged at an equal distance with respect to the rotation center Q of the rotating body 72 (however, the straight line connecting the two magnetic sensors 41A and 41B and the two magnetic sensors 41C and 41D are connected). It shall be orthogonal to the straight line).
(2) As a configuration of the input shaft angle detection unit 20, the two magnetic sensors 21 </ b> A and 21 </ b> B are arranged equidistant from the rotation center P with a phase difference (mechanical angle) of 90 deg with respect to the rotation center P of the rotating body 71. In addition, the conversion table 46 is mounted in the angle calculation circuit 23, and the output shaft angle detection unit 40 is configured such that the two magnetic sensors 41A and 41B are provided with a phase difference (mechanical angle) of 90 deg from the rotation center Q of the rotating body 72 ) And equidistant from the rotation center Q, and the conversion table 46 is mounted in the angle calculation circuit 43.

なお、本発明は、上述の実施例1、実施例2に限られるものではなく、様々な変形が可能であり、実施例1と実施例2を組み合わせた場合でも同様の効果を得ることができる。   The present invention is not limited to the above-described first and second embodiments, and various modifications are possible. Even when the first and second embodiments are combined, the same effect can be obtained. .

本発明に係わるトルク検出装置は、ステアリングシャフトの操舵トルクの検出等に利用できる。   The torque detection device according to the present invention can be used for detection of steering torque of a steering shaft.

10…ステアリングセンサ 20…入力軸角度検出部 30…回転数検出部 40…出力軸角度検出部 60…ステアリングシャフト 61…入力軸 62…出力軸 63…トーションバー 71,72…回転体 21A,21B,21C,21D,31,41A,41B,41C,41D…磁気センサ 22A,22B,42A,42B…差動演算回路 23,43…角度算出回路 50…演算回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Steering sensor 20 ... Input shaft angle detection part 30 ... Rotation speed detection part 40 ... Output shaft angle detection part 60 ... Steering shaft 61 ... Input shaft 62 ... Output shaft 63 ... Torsion bar 71, 72 ... Rotating body 21A, 21B, 21C, 21D, 31, 41A, 41B, 41C, 41D ... magnetic sensors 22A, 22B, 42A, 42B ... differential operation circuits 23, 43 ... angle calculation circuits 50 ... operation circuits

Claims (9)

弾性部材を介して相互に接続される入力軸及び出力軸を備える回転軸の軸トルクを検出するためのトルク検出装置であって、
前記入力軸に固定される第一の回転体であって、前記第一の回転体の回転中心を通る直線が前記第一の回転体の外周と交差する二点間の距離が一定である第一の回転体と、
前記第一の回転体の外周付近に配置される第一の磁気センサであって、前記第一の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第一の回転体の外周と前記第一の磁気センサとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第一の検出信号を出力する第一の磁気センサと、
前記第一の磁気センサと前記第一の回転体の回転中心とを結ぶ直線上において、前記第一の回転体の前記回転中心と前記第一の磁気センサとの距離に等しい距離だけ前記第一の回転体の前記回転中心から離れた位置に配置される第二の磁気センサであって、前記第一の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第一の回転体の外周と前記第二の磁気センサとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第二の検出信号を出力する第二の磁気センサと、
前記第一の検出信号と前記第二の検出信号とを差動演算する第一の差動演算手段と、
前記第一の差動演算手段が差動演算した結果に基づいて、前記入力軸の絶対角を算出する第一の角度算出手段と、
前記出力軸に固定される第二の回転体であって、前記第二の回転体の回転中心を通る直線が前記第二の回転体の外周と交差する二点間の距離が一定である第二の回転体と、
前記第二の回転体の外周付近に配置される第三の磁気センサであって、前記第二の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第二の回転体の外周と前記第三の磁気センサとの間の第三の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第三の検出信号を出力する第三の磁気センサと、
前記第三の磁気センサと前記第二の回転体の回転中心とを結ぶ直線上において、前記第二の回転体の前記回転中心と前記第三の磁気センサとの距離に等しい距離だけ前記第二の回転体の前記回転中心から離れた位置に配置される第四の磁気センサであって、前記第二の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第二の回転体の外周と前記第四の磁気センサとの間の第四の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第四の検出信号を出力する第四の磁気センサと、
前記第三の検出信号と前記第四の検出信号とを差動演算する第二の差動演算手段と、
前記第二の差動演算手段が差動演算した結果に基づいて、前記出力軸の絶対角を算出する第二の角度算出手段と、
前記入力軸の絶対角と前記出力軸の絶対角との差分に基づいて前記軸トルクを演算する演算手段と、
を備えるトルク検出装置。
A torque detection device for detecting a shaft torque of a rotary shaft having an input shaft and an output shaft connected to each other via an elastic member,
A first rotating body fixed to the input shaft, wherein a distance between two points where a straight line passing through a rotation center of the first rotating body intersects an outer periphery of the first rotating body is constant; A rotating body,
A first magnetic sensor disposed near an outer periphery of the first rotating body, the outer periphery of the first rotating body periodically changing with the rotation of the first rotating body; A first magnetic sensor for detecting a magnetic field change corresponding to a change in the first distance between the magnetic sensor and outputting a first detection signal;
On the straight line connecting the first magnetic sensor and the rotation center of the first rotating body, the first magnetic sensor is a distance equal to the distance between the rotation center of the first rotating body and the first magnetic sensor. A second magnetic sensor disposed at a position away from the rotation center of the rotating body of the first rotating body, the outer periphery of the first rotating body periodically changing with the rotation of the first rotating body, and the first A second magnetic sensor that detects a magnetic field change corresponding to a change in a second distance between the two magnetic sensors and outputs a second detection signal;
First differential operation means for performing a differential operation between the first detection signal and the second detection signal;
First angle calculation means for calculating an absolute angle of the input shaft based on a result of the differential calculation by the first differential calculation means;
A second rotating body fixed to the output shaft, wherein a distance between two points where a straight line passing through a rotation center of the second rotating body intersects an outer periphery of the second rotating body is constant; Two rotating bodies,
A third magnetic sensor disposed near an outer periphery of the second rotating body, the outer periphery of the second rotating body periodically changing with the rotation of the second rotating body and the third magnetic sensor; A third magnetic sensor for detecting a magnetic field change corresponding to a change in the third distance between the magnetic sensor and outputting a third detection signal;
On the straight line connecting the third magnetic sensor and the rotation center of the second rotating body, the second magnetic body is equal to the distance between the rotation center of the second rotating body and the third magnetic sensor. A fourth magnetic sensor disposed at a position away from the rotation center of the rotating body of the second rotating body, the outer periphery of the second rotating body periodically changing with the rotation of the second rotating body, and the first A fourth magnetic sensor for detecting a magnetic field change corresponding to a change in the fourth distance between the four magnetic sensors and outputting a fourth detection signal;
Second differential operation means for performing a differential operation on the third detection signal and the fourth detection signal;
Second angle calculating means for calculating an absolute angle of the output shaft based on the result of the differential calculation by the second differential calculating means;
Computing means for computing the shaft torque based on the difference between the absolute angle of the input shaft and the absolute angle of the output shaft;
A torque detection device comprising:
弾性部材を介して相互に接続される入力軸及び出力軸を備える回転軸の軸トルクを検出するためのトルク検出装置であって、
前記入力軸に固定される第一の回転体であって、前記第一の回転体の回転中心を通る直線が前記第一の回転体の外周と交差する二点間の距離が一定である第一の回転体と、
前記第一の回転体の外周付近に配置される第一の磁気センサであって、前記第一の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第一の回転体の外周と前記第一の磁気センサとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第一の検出信号を出力する第一の磁気センサと、
前記第一の磁気センサと前記第一の回転体の回転中心とを結ぶ直線上において、前記第一の回転体の前記回転中心と前記第一の磁気センサとの距離に等しい距離だけ前記第一の回転体の前記回転中心から離れた位置に配置される第二の磁気センサであって、前記第一の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第一の回転体の外周と前記第二の磁気センサとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第二の検出信号を出力する第二の磁気センサと、
前記第一の検出信号と前記第二の検出信号とを差動演算する第一の差動演算手段と、
前記第一の差動演算手段が差動演算した結果に基づいて、前記入力軸の絶対角を算出する第一の角度算出手段と、
前記出力軸に固定される第二の回転体であって、前記第二の回転体の回転中心を通る直線が前記第二の回転体の外周と交差する二点間の距離が一定である第二の回転体と、
前記第二の回転体の外周付近に配置される第三の磁気センサであって、前記第二の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第二の回転体の外周と前記第三の磁気センサとの間の第三の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第三の検出信号を出力する第三の磁気センサと、
前記第三の磁気センサと前記第二の回転体の回転中心とを結ぶ直線に直交する直線上において、前記第二の回転体の前記回転中心と前記第三の磁気センサとの距離に等しい距離だけ前記第二の回転体の前記回転中心から離れた位置に配置される第四の磁気センサであって、前記第二の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第二の回転体の外周と前記第四の磁気センサとの間の第四の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第四の検出信号を出力する第四の磁気センサと、
前記第三及び第四の検出信号に対応する前記出力軸の絶対角を格納する変換テーブルと、
前記第三及び第四の磁気センサから出力される前記第三及び第四の検出信号と、前記変換テーブルとを比較して、前記出力軸の絶対角を出力する第二の角度算出手段と、
前記入力軸の絶対角と前記出力軸の絶対角との差分に基づいて前記軸トルクを演算する演算手段と、
を備えるトルク検出装置。
A torque detection device for detecting a shaft torque of a rotary shaft having an input shaft and an output shaft connected to each other via an elastic member,
A first rotating body fixed to the input shaft, wherein a distance between two points where a straight line passing through a rotation center of the first rotating body intersects an outer periphery of the first rotating body is constant; A rotating body,
A first magnetic sensor disposed near an outer periphery of the first rotating body, the outer periphery of the first rotating body periodically changing with the rotation of the first rotating body; A first magnetic sensor for detecting a magnetic field change corresponding to a change in the first distance between the magnetic sensor and outputting a first detection signal;
On the straight line connecting the first magnetic sensor and the rotation center of the first rotating body, the first magnetic sensor is a distance equal to the distance between the rotation center of the first rotating body and the first magnetic sensor. A second magnetic sensor disposed at a position away from the rotation center of the rotating body of the first rotating body, the outer periphery of the first rotating body periodically changing with the rotation of the first rotating body, and the first A second magnetic sensor that detects a magnetic field change corresponding to a change in a second distance between the two magnetic sensors and outputs a second detection signal;
First differential operation means for performing a differential operation between the first detection signal and the second detection signal;
First angle calculation means for calculating an absolute angle of the input shaft based on a result of the differential calculation by the first differential calculation means;
A second rotating body fixed to the output shaft, wherein a distance between two points where a straight line passing through a rotation center of the second rotating body intersects an outer periphery of the second rotating body is constant; Two rotating bodies,
A third magnetic sensor disposed near an outer periphery of the second rotating body, the outer periphery of the second rotating body periodically changing with the rotation of the second rotating body and the third magnetic sensor; A third magnetic sensor for detecting a magnetic field change corresponding to a change in the third distance between the magnetic sensor and outputting a third detection signal;
A distance equal to the distance between the rotation center of the second rotating body and the third magnetic sensor on a straight line orthogonal to the straight line connecting the third magnetic sensor and the rotation center of the second rotating body. A fourth magnetic sensor disposed only at a position away from the rotation center of the second rotating body, wherein the second rotating body periodically changes with the rotation of the second rotating body. A fourth magnetic sensor for detecting a magnetic field change corresponding to a change in a fourth distance between the outer circumference and the fourth magnetic sensor and outputting a fourth detection signal;
A conversion table for storing the absolute angle of the output shaft corresponding to the third and fourth detection signals;
A second angle calculating means for comparing the third and fourth detection signals output from the third and fourth magnetic sensors with the conversion table and outputting an absolute angle of the output shaft;
Computing means for computing the shaft torque based on the difference between the absolute angle of the input shaft and the absolute angle of the output shaft;
A torque detection device comprising:
弾性部材を介して相互に接続される入力軸及び出力軸を備える回転軸の軸トルクを検出するためのトルク検出装置であって、
前記入力軸に固定される第一の回転体であって、前記第一の回転体の回転中心を通る直線が前記第一の回転体の外周と交差する二点間の距離が一定である第一の回転体と、
前記第一の回転体の外周付近に配置される第一の磁気センサであって、前記第一の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第一の回転体の外周と前記第一の磁気センサとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第一の検出信号を出力する第一の磁気センサと、
前記第一の磁気センサと前記第一の回転体の回転中心とを結ぶ直線に直交する直線上において、前記第一の回転体の前記回転中心と前記第一の磁気センサとの距離に等しい距離だけ前記第一の回転体の前記回転中心から離れた位置に配置される第二の磁気センサであって、前記第一の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第一の回転体の外周と前記第二の磁気センサとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第二の検出信号を出力する第二の磁気センサと、
前記第一及び第二の検出信号に対応する前記入力軸の絶対角を格納する変換テーブルと、
前記第一及び第二の磁気センサから出力される前記第一及び第二の検出信号と、前記変換テーブルとを比較して、前記入力軸の絶対角を出力する第一の角度算出手段と、
前記出力軸に固定される第二の回転体であって、前記第二の回転体の回転中心を通る直線が前記第二の回転体の外周と交差する二点間の距離が一定である第二の回転体と、
前記第二の回転体の外周付近に配置される第三の磁気センサであって、前記第二の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第二の回転体の外周と前記第三の磁気センサとの間の第三の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第三の検出信号を出力する第三の磁気センサと、
前記第三の磁気センサと前記第二の回転体の回転中心とを結ぶ直線上において、前記第二の回転体の前記回転中心と前記第三の磁気センサとの距離に等しい距離だけ前記第二の回転体の前記回転中心から離れた位置に配置される第四の磁気センサであって、前記第二の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第二の回転体の外周と前記第四の磁気センサとの間の第四の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第四の検出信号を出力する第四の磁気センサと、
前記第三の検出信号と前記第四の検出信号とを差動演算する第一の差動演算手段と、
前記第一の差動演算手段が差動演算した結果に基づいて、前記出力軸の絶対角を算出する第二の角度算出手段と、
前記入力軸の絶対角と前記出力軸の絶対角との差分に基づいて前記軸トルクを演算する演算手段と、
を備えるトルク検出装置。
A torque detection device for detecting a shaft torque of a rotary shaft having an input shaft and an output shaft connected to each other via an elastic member,
A first rotating body fixed to the input shaft, wherein a distance between two points where a straight line passing through a rotation center of the first rotating body intersects an outer periphery of the first rotating body is constant; A rotating body,
A first magnetic sensor disposed near an outer periphery of the first rotating body, the outer periphery of the first rotating body periodically changing with the rotation of the first rotating body; A first magnetic sensor for detecting a magnetic field change corresponding to a change in the first distance between the magnetic sensor and outputting a first detection signal;
A distance equal to a distance between the rotation center of the first rotating body and the first magnetic sensor on a straight line orthogonal to a straight line connecting the first magnetic sensor and the rotation center of the first rotating body. A second magnetic sensor disposed at a position away from the center of rotation of the first rotating body, wherein the first rotating body periodically changes with the rotation of the first rotating body. A second magnetic sensor for detecting a magnetic field change corresponding to a change in a second distance between the outer periphery and the second magnetic sensor and outputting a second detection signal;
A conversion table for storing the absolute angle of the input shaft corresponding to the first and second detection signals;
A first angle calculation means for comparing the first and second detection signals output from the first and second magnetic sensors with the conversion table and outputting an absolute angle of the input shaft;
A second rotating body fixed to the output shaft, wherein a distance between two points where a straight line passing through a rotation center of the second rotating body intersects an outer periphery of the second rotating body is constant; Two rotating bodies,
A third magnetic sensor disposed near an outer periphery of the second rotating body, the outer periphery of the second rotating body periodically changing with the rotation of the second rotating body and the third magnetic sensor; A third magnetic sensor for detecting a magnetic field change corresponding to a change in the third distance between the magnetic sensor and outputting a third detection signal;
On the straight line connecting the third magnetic sensor and the rotation center of the second rotating body, the second magnetic body is equal to the distance between the rotation center of the second rotating body and the third magnetic sensor. A fourth magnetic sensor disposed at a position away from the rotation center of the rotating body of the second rotating body, the outer periphery of the second rotating body periodically changing with the rotation of the second rotating body, and the first A fourth magnetic sensor for detecting a magnetic field change corresponding to a change in the fourth distance between the four magnetic sensors and outputting a fourth detection signal;
A first differential operation means for performing a differential operation on the third detection signal and the fourth detection signal;
Second angle calculating means for calculating an absolute angle of the output shaft based on the result of the differential calculation by the first differential calculating means;
Computing means for computing the shaft torque based on the difference between the absolute angle of the input shaft and the absolute angle of the output shaft;
A torque detection device comprising:
弾性部材を介して相互に接続される入力軸及び出力軸を備える回転軸の軸トルクを検出するためのトルク検出装置であって、
前記入力軸に固定される第一の回転体であって、前記第一の回転体の回転中心を通る直線が前記第一の回転体の外周と交差する二点間の距離が一定である第一の回転体と、
前記第一の回転体の外周付近に配置される第一の磁気センサであって、前記第一の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第一の回転体の外周と前記第一の磁気センサとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第一の検出信号を出力する第一の磁気センサと、
前記第一の磁気センサと前記第一の回転体の回転中心とを結ぶ直線に直交する直線上において、前記第一の回転体の前記回転中心と前記第一の磁気センサとの距離に等しい距離だけ前記第一の回転体の前記回転中心から離れた位置に配置される第二の磁気センサであって、前記第一の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第一の回転体の外周と前記第二の磁気センサとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第二の検出信号を出力する第二の磁気センサと、
前記第一及び第二の検出信号に対応する前記入力軸の絶対角を格納する第一の変換テーブルと、
前記第一及び第二の磁気センサから出力される前記第一及び第二の検出信号と、前記第一の変換テーブルとを比較して、前記入力軸の絶対角を出力する第一の角度算出手段と、
前記出力軸に固定される第二の回転体であって、前記第二の回転体の回転中心を通る直線が前記第二の回転体の外周と交差する二点間の距離が一定である第二の回転体と、
前記第二の回転体の外周付近に配置される第三の磁気センサであって、前記第二の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第二の回転体の外周と前記第三の磁気センサとの間の第三の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第三の検出信号を出力する第三の磁気センサと、
前記第三の磁気センサと前記第二の回転体の回転中心とを結ぶ直線に直交する直線上において、前記第二の回転体の前記回転中心と前記第三の磁気センサとの距離に等しい距離だけ前記第二の回転体の前記回転中心から離れた位置に配置される第四の磁気センサであって、前記第二の回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第二の回転体の外周と前記第四の磁気センサとの間の第四の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第四の検出信号を出力する第四の磁気センサと、
前記第三及び第四の検出信号に対応する前記出力軸の絶対角を格納する第二の変換テーブルと、
前記第三及び第四の磁気センサから出力される前記第三及び第四の検出信号と、前記第二の変換テーブルとを比較して、前記出力軸の絶対角を出力する第二の角度算出手段と、
前記入力軸の絶対角と前記出力軸の絶対角との差分に基づいて前記軸トルクを演算する演算手段と、
を備えるトルク検出装置。
A torque detection device for detecting a shaft torque of a rotary shaft having an input shaft and an output shaft connected to each other via an elastic member,
A first rotating body fixed to the input shaft, wherein a distance between two points where a straight line passing through a rotation center of the first rotating body intersects an outer periphery of the first rotating body is constant; A rotating body,
A first magnetic sensor disposed near an outer periphery of the first rotating body, the outer periphery of the first rotating body periodically changing with the rotation of the first rotating body; A first magnetic sensor for detecting a magnetic field change corresponding to a change in the first distance between the magnetic sensor and outputting a first detection signal;
A distance equal to a distance between the rotation center of the first rotating body and the first magnetic sensor on a straight line orthogonal to a straight line connecting the first magnetic sensor and the rotation center of the first rotating body. A second magnetic sensor disposed at a position away from the center of rotation of the first rotating body, wherein the first rotating body periodically changes with the rotation of the first rotating body. A second magnetic sensor for detecting a magnetic field change corresponding to a change in a second distance between the outer periphery and the second magnetic sensor and outputting a second detection signal;
A first conversion table storing absolute angles of the input shafts corresponding to the first and second detection signals;
A first angle calculation that compares the first and second detection signals output from the first and second magnetic sensors with the first conversion table and outputs an absolute angle of the input shaft. Means,
A second rotating body fixed to the output shaft, wherein a distance between two points where a straight line passing through a rotation center of the second rotating body intersects an outer periphery of the second rotating body is constant; Two rotating bodies,
A third magnetic sensor disposed near an outer periphery of the second rotating body, the outer periphery of the second rotating body periodically changing with the rotation of the second rotating body and the third magnetic sensor; A third magnetic sensor for detecting a magnetic field change corresponding to a change in the third distance between the magnetic sensor and outputting a third detection signal;
A distance equal to the distance between the rotation center of the second rotating body and the third magnetic sensor on a straight line orthogonal to the straight line connecting the third magnetic sensor and the rotation center of the second rotating body. A fourth magnetic sensor disposed only at a position away from the rotation center of the second rotating body, wherein the second rotating body periodically changes with the rotation of the second rotating body. A fourth magnetic sensor for detecting a magnetic field change corresponding to a change in a fourth distance between the outer circumference and the fourth magnetic sensor and outputting a fourth detection signal;
A second conversion table for storing the absolute angle of the output shaft corresponding to the third and fourth detection signals;
A second angle calculation that compares the third and fourth detection signals output from the third and fourth magnetic sensors with the second conversion table and outputs an absolute angle of the output shaft. Means,
Computing means for computing the shaft torque based on the difference between the absolute angle of the input shaft and the absolute angle of the output shaft;
A torque detection device comprising:
請求項1乃至請求項4のうち何れか1項に記載のトルク検出装置であって、
前記第一の回転体をその回転平面に投影した形状は、二つの異なる半楕円が結合した形状を有する、トルク検出装置。
The torque detection device according to any one of claims 1 to 4,
The shape of the first rotating body projected onto the plane of rotation is a torque detection device having a shape in which two different semi-ellipses are combined.
請求項1乃至請求項4のうち何れか1項に記載のトルク検出装置であって、
前記第二の回転体をその回転平面に投影した形状は、二つの異なる半楕円が結合した形状を有する、トルク検出装置。
The torque detection device according to any one of claims 1 to 4,
The shape of the second rotating body projected on the plane of rotation has a shape in which two different semi-ellipses are combined.
請求項2に記載のトルク検出装置であって、
前記第三及び第四の検出信号は、略正弦波信号であり、
前記第二の角度算出手段は、前記第三及び第四の検出信号のうちその検出信号が中間値をとる角度に対して±45degの角度範囲にある検出信号と、前記変換テーブルとを比較して、前記出力軸の絶対角を出力する、トルク検出装置。
The torque detection device according to claim 2,
The third and fourth detection signals are substantially sinusoidal signals,
The second angle calculation means compares the conversion table with a detection signal in an angle range of ± 45 deg with respect to an angle at which the detection signal takes an intermediate value among the third and fourth detection signals. And a torque detector for outputting an absolute angle of the output shaft.
請求項3に記載のトルク検出装置であって、
前記第一及び第二の検出信号は、略正弦波信号であり、
前記第一の角度算出手段は、前記第一及び第二の検出信号のうちその検出信号が中間値をとる角度に対して±45degの角度範囲にある検出信号と、前記変換テーブルとを比較して、前記入力軸の絶対角を出力する、トルク検出装置。
The torque detection device according to claim 3,
The first and second detection signals are substantially sinusoidal signals,
The first angle calculation means compares the conversion table with a detection signal in an angle range of ± 45 deg with respect to an angle at which the detection signal takes an intermediate value among the first and second detection signals. And a torque detector for outputting an absolute angle of the input shaft.
請求項3に記載のトルク検出装置であって、
前記第一、第二、第三、及び第四の検出信号は、略正弦波信号であり、
前記第一の角度算出手段は、前記第一及び第二の検出信号のうちその検出信号が中間値をとる角度に対して±45degの角度範囲にある検出信号と、前記第一の変換テーブルとを比較して、前記入力軸の絶対角を出力し、
前記第二の角度算出手段は、前記第三及び第四の検出信号のうちその検出信号が中間値をとる角度に対して±45degの角度範囲にある検出信号と、前記第二の変換テーブルとを比較して、前記出力軸の絶対角を出力する、トルク検出装置。
The torque detection device according to claim 3,
The first, second, third, and fourth detection signals are substantially sinusoidal signals,
The first angle calculation means includes a detection signal within an angle range of ± 45 deg with respect to an angle at which the detection signal takes an intermediate value among the first and second detection signals, and the first conversion table, And output the absolute angle of the input shaft,
The second angle calculation means includes a detection signal within an angle range of ± 45 deg with respect to an angle at which the detection signal takes an intermediate value among the third and fourth detection signals, and the second conversion table. And a torque detector that outputs an absolute angle of the output shaft.
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