JP2017015696A - Relative angle detection device, torque sensor, electrically-driven power steering device and vehicle - Google Patents

Relative angle detection device, torque sensor, electrically-driven power steering device and vehicle Download PDF

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和広 大平
Kazuhiro Ohira
和広 大平
昌樹 桑原
Masaki Kuwabara
昌樹 桑原
杉田 澄雄
Sumio Sugita
澄雄 杉田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a relative angle detection device that is suitable for enlarging a torque detection range, and to provide a torque sensor, electrically-driven power steering device and vehicle that include the relative angle detection device.SOLUTION: On the basis of a first sign expressing sin(θ+Δθ) corresponding to a rotation angle θof a first multi-polar magnet 10 rotating in synchronization with an input axis 22a of the input axis 22a and an output axis 22b coaxially arranged, and a first cosine signal expressing cos(θ+Δθ), and a second sign expressing sinθcorresponding to a rotation angle θof a second multi-polar magnet 11 rotating in synchronization with the output axis 22b, and a second cosine signal expressing cosθ, sinΔθ and cosΔθ are computed that correspond to a relative angle Δθ between the input axis 22a and output axis 22b, and the relative angle Δθ is computed from Δθ=arctan(sinΔθ/cosΔθ).SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、相対角度検出装置、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両に関する。   The present invention relates to a relative angle detection device, a torque sensor, an electric power steering device, and a vehicle.

従来、トーションバーの両端に多極リング磁石をそれぞれ配置し、これら多極リング磁石の回転変位に応じた磁束を磁気センサで検出し、検出した磁束から捩れ角を演算して、この捩れ角からトルク値を検出する技術として、例えば、特許文献1に開示された技術がある。
この技術は、多極リング磁石のそれぞれに、電気角で90°の位相差を持たせた2つの磁気センサを設け、計4つの磁気センサの出力から捩れ角に対するsinΔθ(二乗値加算値Z)を演算し、このsinΔθからトルク値を検出している。
Conventionally, multipolar ring magnets are respectively arranged at both ends of the torsion bar, magnetic flux corresponding to the rotational displacement of these multipolar ring magnets is detected by a magnetic sensor, and a torsion angle is calculated from the detected magnetic flux. As a technique for detecting the torque value, for example, there is a technique disclosed in Patent Document 1.
In this technique, each of the multipolar ring magnets is provided with two magnetic sensors having a phase difference of 90 ° in electrical angle, and sin Δθ (square value addition value Z) with respect to the torsion angle from the outputs of the total four magnetic sensors. And the torque value is detected from this sin Δθ.

特開2013−24638号公報JP 2013-24638 A

しかしながら、上記特許文献1の従来技術は、sinΔθ(二乗値加算値Z)のみを算出し、その直線部分をトルク値として利用している。これは、sinΔθの直線部分を超える捩れ角領域では捩れ角が一意的に算出できないためである。そのため、直線部分を超える領域をトルク検出範囲として利用できないといった課題がある。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、トルク検出範囲を拡大するのに好適な相対角度検出装置、この相対角度検出装置を備えるトルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び車両を提供することを目的としている。
However, the conventional technique of Patent Document 1 calculates only sin Δθ (square value addition value Z) and uses the straight line portion as a torque value. This is because the torsion angle cannot be uniquely calculated in the torsion angle region exceeding the linear portion of sin Δθ. Therefore, there exists a subject that the area | region exceeding a linear part cannot be utilized as a torque detection range.
Therefore, the present invention has been made paying attention to such an unsolved problem of the conventional technology, and a relative angle detection device suitable for expanding a torque detection range, and this relative angle detection device An object of the present invention is to provide a torque sensor, an electric power steering device, and a vehicle.

上記目的を達成するために、本発明の第1の態様に係る相対角度検出装置は、周方向に異なる磁極が交互に等配され且つ同軸上に配置されている第1回転軸及び第2回転軸のうち前記第1回転軸と同期回転する第1多極リング磁石と、周方向に異なる磁極が交互に等配され且つ前記第1回転軸及び前記第2回転軸のうち前記第2回転軸と同期回転する第2多極リング磁石と、前記第1多極リング磁石の回転角度θに応じた磁束を検出してsinθを表す第1サイン信号及びcosθを表す第1コサイン信号を出力する第1回転角度センサと、前記第2多極リング磁石の回転角度θに応じた磁束を検出してsinθを表す第2サイン信号及びcosθを表す第2コサイン信号を出力する第2回転角度センサと、前記第1サイン信号及び前記第1コサイン信号と、前記第2サイン信号及び前記第2コサイン信号とに基づき、前記第1回転軸と前記第2回転軸との相対角度Δθに応じたsinΔθ及びcosΔθを演算し、Δθ=arctan(sinΔθ/cosΔθ)から前記相対角度Δθを演算する相対角度演算部とを備える。 In order to achieve the above object, a relative angle detection device according to a first aspect of the present invention includes a first rotation shaft and a second rotation in which different magnetic poles are alternately arranged in the circumferential direction and arranged coaxially. Among the shafts, first multipolar ring magnets that rotate in synchronization with the first rotation shaft, and magnetic poles that are different in the circumferential direction are alternately arranged, and the second rotation shaft of the first rotation shaft and the second rotation shaft. A second multi-pole ring magnet that rotates synchronously with the first multi-pole ring magnet, and a first sine signal that represents sin θ 1 and a first cosine signal that represents cos θ 1 by detecting magnetic flux according to the rotation angle θ 1 of the first multi-pole ring magnet. A first rotation angle sensor that outputs, a second sine signal that represents sin θ 2 and a second cosine signal that represents cos θ 2 by detecting magnetic flux according to the rotation angle θ 2 of the second multipolar ring magnet. Two rotation angle sensor and the first sine signal And sin Δθ and cos Δθ corresponding to a relative angle Δθ between the first rotating shaft and the second rotating shaft are calculated based on the first cosine signal, the second sine signal, and the second cosine signal, and Δθ = Arctan (sinΔθ / cosΔθ) and a relative angle calculation unit that calculates the relative angle Δθ.

また、本発明の第2の態様に係るトルクセンサは、上記第1の態様に係る相対角度検出装置によって、トーションバーで連結された入力軸及び出力軸の相対角度Δθを検出し、その相対角度Δθから前記入力軸及び出力軸に生じるトルクを演算するトルク演算部を備える。
また、本発明の第3の態様に係る電動パワーステアリング装置は、上記第2の態様に係るトルクセンサを備える。
また、本発明の第4の態様に係る車両は、上記第3の態様に係る電動パワーステアリング装置を備える。
In addition, the torque sensor according to the second aspect of the present invention detects the relative angle Δθ between the input shaft and the output shaft connected by the torsion bar by the relative angle detection device according to the first aspect, and the relative angle thereof. A torque calculator is provided for calculating torque generated on the input shaft and the output shaft from Δθ.
An electric power steering apparatus according to the third aspect of the present invention includes the torque sensor according to the second aspect.
A vehicle according to a fourth aspect of the present invention includes the electric power steering device according to the third aspect.

本発明によれば、相対角度Δθに応じたsinΔθ及びcosΔθを演算し、演算したsinΔθをcosΔθで除算した値のアークタンジェントを演算することで相対角度Δθを演算するようにした。これによって、例えば、トルクセンサに適用した場合にsinΔθの直線部分を超える捩れ角領域でもトルクを演算することが可能となる。その結果、より幅広いトルク検出範囲に対応することが可能となる。また、同じトルク検出範囲でも、sinΔθの全体の情報を活用できるため、検出トルク値の分解能を高くすることが可能となる。また、arctan(sinΔθ/cosΔθ)を演算するといった1回の演算で相対角度Δθを演算することができるため、より高精度なトルク値を演算することが可能となる。   According to the present invention, the relative angle Δθ is calculated by calculating sin Δθ and cos Δθ according to the relative angle Δθ, and calculating the arc tangent of the value obtained by dividing the calculated sin Δθ by cos Δθ. Thus, for example, when applied to a torque sensor, it is possible to calculate torque even in a torsional angle region exceeding the linear portion of sin Δθ. As a result, it is possible to deal with a wider torque detection range. Further, since the entire information of sin Δθ can be utilized even in the same torque detection range, the resolution of the detected torque value can be increased. Further, since the relative angle Δθ can be calculated by a single calculation such as calculating arctan (sin Δθ / cos Δθ), a more accurate torque value can be calculated.

本発明の第1実施形態に係る車両の一構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration example of a vehicle according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る第1の相対角度検出装置の第1のセンサ部の一構成例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view showing typically one example of composition of the 1st sensor part of the 1st relative angle detector concerning a 1st embodiment of the present invention. (a)は、本発明の第1実施形態に係る第1の相対角度検出装置の第1のセンサ部を正面から見た図であり、(b)は、(a)のA−A断面図、(c)は、(a)のB−B断面図である。(A) is the figure which looked at the 1st sensor part of the 1st relative angle detection device concerning a 1st embodiment of the present invention from the front, and (b) is an AA sectional view of (a). (C) is BB sectional drawing of (a). 本発明の第1実施形態に係る第1のトルクセンサの一構成例を示す図である。It is a figure showing an example of 1 composition of the 1st torque sensor concerning a 1st embodiment of the present invention. (a)は、sinθisを示す波形図であり、(b)は、cosθisを示す波形図である。(A) is a waveform diagram showing sin θ is , and (b) is a waveform diagram showing cos θ is . 本発明の第1実施形態に係る相対角度演算部の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of 1 structure of the relative angle calculating part which concerns on 1st Embodiment of this invention. (a)は、sinΔθを示す波形図であり、(b)は、cosΔθを示す波形図である。(A) is a waveform diagram showing sin Δθ, and (b) is a waveform diagram showing cos Δθ. 入力捩れ角と算出した捩れ角(相対角度Δθ)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an input twist angle and the calculated twist angle (relative angle (DELTA) (theta)). 本発明の第2実施形態に係る第2の相対角度検出装置の第2のセンサ部の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the 2nd sensor part of the 2nd relative angle detection apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る第3の相対角度検出装置の第3のセンサ部の一構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one structural example of the 3rd sensor part of the 3rd relative angle detection apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. (a)は、本発明の第1実施形態に係る第3の相対角度検出装置の第3のセンサ部を正面から見た模式図であり、(b)は、(a)のC−C断面図、(c)は、(a)のD−D断面図である。(A) is the schematic diagram which looked at the 3rd sensor part of the 3rd relative angle detection device concerning a 1st embodiment of the present invention from the front, and (b) is a CC section of (a). FIG. 4C is a sectional view taken along the line DD of FIG. 本発明の第3実施形態に係る第3のトルクセンサの一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the 3rd torque sensor which concerns on 3rd Embodiment of this invention. (a)は、本発明の第4実施形態に係る第4の相対角度検出装置の第4のセンサ部の一構成例を示す斜視図であり、(b)は、(a)の第1サイン光学センサ64を含む軸方向部分断面図である。(A) is a perspective view which shows one structural example of the 4th sensor part of the 4th relative angle detection apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention, (b) is the 1st sign of (a). FIG. 4 is a partial axial sectional view including an optical sensor 64. 本発明の第4実施形態に係る第4のトルクセンサの一構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of 1 structure of the 4th torque sensor which concerns on 4th Embodiment of this invention. (a)は、本発明の第5実施形態に係る第5の相対角度検出装置の第5のセンサ部の一構成例を示す斜視図であり、(b)は、(a)の第5回転角度センサを表面側から見た平面図であり、(c)は、(a)の第5回転角度センサを裏面側から見た平面図である。(A) is a perspective view which shows one structural example of the 5th sensor part of the 5th relative angle detection apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention, (b) is 5th rotation of (a). It is the top view which looked at the angle sensor from the surface side, (c) is the top view which looked at the 5th rotation angle sensor of (a) from the back surface side. 本発明の第5実施形態に係る第5のトルクセンサの一構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of 1 structure of the 5th torque sensor which concerns on 5th Embodiment of this invention. (a)は、本発明の第6実施形態に係る第6の相対角度検出装置の第6のセンサ部の一構成例を示す斜視図であり、(b)は、(a)の第7回転角度センサを曲面側から見た平面図であり、(c)は、(a)の第7回転角度センサを曲面とは反対側の面から見た平面図である。(A) is a perspective view which shows one structural example of the 6th sensor part of the 6th relative angle detection apparatus which concerns on 6th Embodiment of this invention, (b) is the 7th rotation of (a). It is the top view which looked at the angle sensor from the curved surface side, (c) is the top view which looked at the 7th rotation angle sensor of (a) from the surface on the opposite side to a curved surface. 本発明の第6実施形態に係る第6のトルクセンサの一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the 6th torque sensor which concerns on 6th Embodiment of this invention.

次に、図面を参照して、本発明の第1〜第6実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、部材ないし部分の縦横の寸法や縮尺は実際のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法や縮尺は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す第1〜第6実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
Next, first to sixth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the vertical and horizontal dimensions and scales of members and parts are different from actual ones. Therefore, specific dimensions and scales should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
In addition, the following first to sixth embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the material of components, The shape, structure, arrangement, etc. are not specified below. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope defined by the claims described in the claims.

(第1実施形態)
(構成)
第1実施形態に係る車両3は、図1に示すように、左右の転舵輪となる前輪3FR及び3FLと後輪3RR及び3RLを備えている。前輪3FR及び3FLは、電動パワーステアリング装置2によって転舵される。
(First embodiment)
(Constitution)
As shown in FIG. 1, the vehicle 3 according to the first embodiment includes front wheels 3FR and 3FL and rear wheels 3RR and 3RL which are left and right steered wheels. The front wheels 3FR and 3FL are steered by the electric power steering device 2.

電動パワーステアリング装置2は、図1に示すように、ステアリングホイール21と、ステアリングシャフト22と、第1のトルクセンサ1と、第1のユニバーサルジョイント24と、ロアシャフト25と、第2のユニバーサルジョイント26とを備える。
電動パワーステアリング装置2は、更に、ピニオンシャフト27と、ステアリングギヤ28と、タイロッド29と、ナックルアーム30とを備える。
As shown in FIG. 1, the electric power steering apparatus 2 includes a steering wheel 21, a steering shaft 22, a first torque sensor 1, a first universal joint 24, a lower shaft 25, and a second universal joint. 26.
The electric power steering apparatus 2 further includes a pinion shaft 27, a steering gear 28, a tie rod 29, and a knuckle arm 30.

ステアリングホイール21に運転者から作用された操舵力は、ステアリングシャフト22に伝達される。このステアリングシャフト22は、入力軸22aと出力軸22bとを有する。入力軸22aの一端はステアリングホイール21に連結され、他端は第1のトルクセンサ1を介して出力軸22bの一端に連結されている。
そして、出力軸22bに伝達された操舵力は、第1のユニバーサルジョイント24を介してロアシャフト25に伝達され、さらに、第2のユニバーサルジョイント26を介してピニオンシャフト27に伝達される。このピニオンシャフト27に伝達された操舵力はステアリングギヤ28を介してタイロッド29に伝達される。更に、このタイロッド29に伝達された操舵力はナックルアーム30に伝達され、前輪3FR及び3FLを転舵させる。
The steering force applied to the steering wheel 21 from the driver is transmitted to the steering shaft 22. The steering shaft 22 has an input shaft 22a and an output shaft 22b. One end of the input shaft 22 a is connected to the steering wheel 21, and the other end is connected to one end of the output shaft 22 b via the first torque sensor 1.
The steering force transmitted to the output shaft 22 b is transmitted to the lower shaft 25 via the first universal joint 24 and further transmitted to the pinion shaft 27 via the second universal joint 26. The steering force transmitted to the pinion shaft 27 is transmitted to the tie rod 29 via the steering gear 28. Further, the steering force transmitted to the tie rod 29 is transmitted to the knuckle arm 30 to steer the front wheels 3FR and 3FL.

ここで、ステアリングギヤ28は、ピニオンシャフト27に連結されたピニオン28aとこのピニオン28aに噛合するラック28bとを有するラックアンドピニオン形式に構成されている。従って、ステアリングギヤ28は、ピニオン28aに伝達された回転運動をラック28bで車幅方向の直進運動に変換している。
また、ステアリングシャフト22の出力軸22bには、操舵補助力を出力軸22bに伝達する操舵補助機構31が連結されている。
Here, the steering gear 28 is configured in a rack and pinion type having a pinion 28a coupled to the pinion shaft 27 and a rack 28b meshing with the pinion 28a. Accordingly, the steering gear 28 converts the rotational motion transmitted to the pinion 28a into a straight motion in the vehicle width direction by the rack 28b.
Further, a steering assist mechanism 31 that transmits a steering assist force to the output shaft 22b is connected to the output shaft 22b of the steering shaft 22.

操舵補助機構31は、出力軸22bに連結した例えばウォームギヤ機構で構成される減速ギヤ32と、この減速ギヤ32に連結された操舵補助力を発生する電動モータ33と、電動モータ33のハウジングに固定支持されたEPS制御ユニット34とを備えている。
電動モータ33は、3相ブラシレスモータであり、図示しない環状のモータロータと環状のモータステータとを備えている。モータステータは、径方向内側に突出する複数の極歯を円周方向に等間隔に備えて構成され、各極歯には励磁用コイルが巻き回されている。そして、モータステータの内側に、モータロータが同軸に配設されている。モータロータは、モータステータの極歯と僅かの空隙(エアギャップ)をもって対向しかつ外周面に円周方向に等間隔に設けられた複数の磁石を備えて構成されている。
The steering assist mechanism 31 is fixed to a housing of the electric motor 33, a reduction gear 32 configured by, for example, a worm gear mechanism connected to the output shaft 22 b, an electric motor 33 that generates a steering assist force connected to the reduction gear 32, and the electric motor 33. A supported EPS control unit 34 is provided.
The electric motor 33 is a three-phase brushless motor, and includes an annular motor rotor and an annular motor stator (not shown). The motor stator includes a plurality of pole teeth protruding radially inward at equal intervals in the circumferential direction, and an excitation coil is wound around each pole tooth. A motor rotor is coaxially disposed inside the motor stator. The motor rotor includes a plurality of magnets which are opposed to the pole teeth of the motor stator with a slight gap (air gap) and are provided on the outer peripheral surface at equal intervals in the circumferential direction.

モータロータはモータ回転軸に固定されており、モータステータのコイルにEPS制御ユニット34を介して3相交流電流を流すことでモータステータの各歯が所定の順序に励磁されてモータロータが回転し、この回転に伴ってモータ回転軸が回転する。
EPS制御ユニット34は、図示しないが、電流指令演算回路と、モータ駆動回路とを備えている。また、EPS制御ユニット34には、図1に示すように、車速センサ35で検出された車速Vと、直流電圧源としてのバッテリ36から直流電流が入力されている。
The motor rotor is fixed to the motor rotation shaft, and by passing a three-phase alternating current through the motor control coil through the EPS control unit 34, each tooth of the motor stator is excited in a predetermined order to rotate the motor rotor. A motor rotating shaft rotates with rotation.
Although not shown, the EPS control unit 34 includes a current command calculation circuit and a motor drive circuit. Further, as shown in FIG. 1, the EPS control unit 34 receives a vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 35 and a direct current from a battery 36 as a direct current voltage source.

電流指令演算回路は、車速センサ35からの車速Vと、第1のトルクセンサ1からの操舵トルクTsと、電動モータ33からのモータ回転角度θmとに基づき、電動モータ33を駆動するための電流指令値を演算する。
モータ駆動回路は、例えば3相インバータ回路から構成され、電流指令演算回路からの電流指令値に基づき電動モータ33を駆動する。
The current command calculation circuit is a current for driving the electric motor 33 based on the vehicle speed V from the vehicle speed sensor 35, the steering torque Ts from the first torque sensor 1, and the motor rotation angle θm from the electric motor 33. Calculate the command value.
The motor drive circuit is composed of, for example, a three-phase inverter circuit, and drives the electric motor 33 based on the current command value from the current command calculation circuit.

第1のトルクセンサ1は、ステアリングホイール21に付与されて入力軸22aに伝達された操舵トルクTsを検出する。
具体的に、第1のトルクセンサ1は、図2及び図4に示すように、第1の相対角度検出装置100と、トルク演算部19とを備える。
第1の相対角度検出装置100は、第1のセンサ部101と、相対角度演算部18とを備える。
The first torque sensor 1 detects a steering torque Ts applied to the steering wheel 21 and transmitted to the input shaft 22a.
Specifically, as shown in FIGS. 2 and 4, the first torque sensor 1 includes a first relative angle detection device 100 and a torque calculation unit 19.
The first relative angle detection device 100 includes a first sensor unit 101 and a relative angle calculation unit 18.

第1のセンサ部101は、図2に示すように、第1多極リング磁石10及び第2多極リング磁石11と、ばね鋼等の弾性部材から構成されたトーションバー22cと、を備えている。
更に、第1のセンサ部101は、第1多極リング磁石10の径方向外側に設けられた、第1多極リング磁石10の回転角度を検出する第1回転角度センサ12と、第2多極リング磁石11の径方向外側に設けられた、第2多極リング磁石11の回転角度を検出する第2回転角度センサ13とを備えている。
As shown in FIG. 2, the first sensor unit 101 includes a first multipolar ring magnet 10 and a second multipolar ring magnet 11, and a torsion bar 22c made of an elastic member such as spring steel. Yes.
Further, the first sensor unit 101 includes a first rotation angle sensor 12 provided on the radially outer side of the first multipole ring magnet 10 and detecting a rotation angle of the first multipole ring magnet 10, and a second multipole ring magnet 10. And a second rotation angle sensor 13 for detecting a rotation angle of the second multipolar ring magnet 11 provided on the radially outer side of the pole ring magnet 11.

第1実施形態では、第1多極リング磁石10を、入力軸22aの出力軸22b側端部(理想的にはトーションバー22cの連結位置)に入力軸22aと同期回転可能に取付けている。更に、第2多極リング磁石11を、出力軸22bの入力軸22a側端部(理想的にはトーションバー22cの連結位置)に出力軸22bと同期回転可能に取付けている。
また、第1実施形態の第1多極リング磁石10及び第2多極リング磁石11は、例えば磁性体リングの外周面の部位を等間隔にS極及びN極の一方の磁極に着磁することで得られる。
In the first embodiment, the first multipolar ring magnet 10 is attached to the end of the input shaft 22a on the output shaft 22b side (ideally, the connection position of the torsion bar 22c) so as to be able to rotate synchronously with the input shaft 22a. Further, the second multipolar ring magnet 11 is attached to the end of the output shaft 22b on the input shaft 22a side (ideally, the connecting position of the torsion bar 22c) so as to be able to rotate synchronously with the output shaft 22b.
In addition, the first multipolar ring magnet 10 and the second multipolar ring magnet 11 of the first embodiment magnetize, for example, a portion of the outer peripheral surface of the magnetic ring to one of the S and N poles at equal intervals. Can be obtained.

具体的に、第1多極リング磁石10及び第2多極リング磁石11は、図3(a)のA−A断面及びB−B断面である図3(b)及び(c)に示すように、例えば図に網がけしてある部分がN極、網がけのない部分がS極といったように、周方向に異なる磁極が交互に等配されている。
また、第1多極リング磁石10及び第2多極リング磁石11の周方向に隣接するS極及びN極の磁極の一組から磁極対が構成される。
Specifically, the first multipolar ring magnet 10 and the second multipolar ring magnet 11 are shown in FIGS. 3B and 3C, which are the AA cross section and the BB cross section of FIG. In addition, different magnetic poles are alternately arranged in the circumferential direction such that, for example, the shaded portions in the figure are N poles and the non-shaded portions are S poles.
A pair of magnetic poles is composed of a set of S and N poles adjacent to each other in the circumferential direction of the first multipolar ring magnet 10 and the second multipolar ring magnet 11.

また、第1多極リング磁石10及び第2多極リング磁石11は、必要な磁束密度に応じて、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石等から構成することが可能である。
第1回転角度センサ12及び第2回転角度センサ13は、第1回転軸である入力軸22aとも第2回転軸である出力軸22bとも同期回転しない固定部位に設けられている。第1回転角度センサ12及び第2回転角度センサ13は、それぞれ、第1多極リング磁石10及び第2多極リング磁石11の回転角度に応じてサイン信号及びコサイン信号を出力するものである。
Moreover, the 1st multipolar ring magnet 10 and the 2nd multipolar ring magnet 11 can be comprised from a neodymium magnet, a ferrite magnet, a samarium cobalt magnet etc. according to a required magnetic flux density, for example.
The first rotation angle sensor 12 and the second rotation angle sensor 13 are provided at a fixed portion that does not rotate synchronously with the input shaft 22a that is the first rotation shaft and the output shaft 22b that is the second rotation shaft. The first rotation angle sensor 12 and the second rotation angle sensor 13 output a sine signal and a cosine signal according to the rotation angles of the first multipolar ring magnet 10 and the second multipolar ring magnet 11, respectively.

具体的に、第1回転角度センサ12は、図2及び図3(b)に示すように、磁極ピッチに対して電気角で90°分だけ移相させて(90°の位相差を有する状態に)配置された第1サイン磁気センサ14及び第1コサイン磁気センサ15を備える。また、第2回転角度センサ13は、図2及び図3(c)に示すように、磁極ピッチに対して電気角で90°分だけ移相させて(90°の位相差を有する状態に)配置された第2サイン磁気センサ16及び第2コサイン磁気センサ17を備える。   Specifically, as shown in FIG. 2 and FIG. 3B, the first rotation angle sensor 12 is shifted in phase by an electrical angle of 90 ° with respect to the magnetic pole pitch (a state having a phase difference of 90 °). A) a first sine magnetic sensor 14 and a first cosine magnetic sensor 15 arranged. Further, as shown in FIG. 2 and FIG. 3C, the second rotation angle sensor 13 is shifted in phase by 90 ° in electrical angle with respect to the magnetic pole pitch (in a state having a phase difference of 90 °). A second sine magnetic sensor 16 and a second cosine magnetic sensor 17 are provided.

第1サイン磁気センサ14は、第1多極リング磁石10の回転角度に応じて第1サイン信号を出力し、第1コサイン磁気センサ15は、第1多極リング磁石10の回転角度に応じて第1コサイン信号を出力する。
また、第2サイン磁気センサ16は、第2多極リング磁石11の回転角度に応じて第2サイン信号を出力し、第2コサイン磁気センサ17は、第2多極リング磁石11の回転角度に応じて第2コサイン信号を出力する。
The first sine magnetic sensor 14 outputs a first sine signal according to the rotation angle of the first multipole ring magnet 10, and the first cosine magnetic sensor 15 corresponds to the rotation angle of the first multipole ring magnet 10. A first cosine signal is output.
The second sine magnetic sensor 16 outputs a second sine signal according to the rotation angle of the second multipole ring magnet 11, and the second cosine magnetic sensor 17 sets the rotation angle of the second multipole ring magnet 11. In response, a second cosine signal is output.

これら出力された、第1サイン信号、第1コサイン信号、第2サイン信号及び第2コサイン信号は、相対角度演算部18に入力される。
第1実施形態では、第1サイン磁気センサ14及び第1コサイン磁気センサ15を、これらの検出部が第1多極リング磁石10の磁極面と対向するように、第1多極リング磁石10に対してラジアル方向に対向させて配置している。また、第2サイン磁気センサ16及び第2コサイン磁気センサ17を、これらの検出部が第2多極リング磁石11の磁極面と対向するように、第2多極リング磁石11に対してラジアル方向に対向させて配置している。
The output first sine signal, first cosine signal, second sine signal, and second cosine signal are input to the relative angle calculation unit 18.
In the first embodiment, the first sine magnetic sensor 14 and the first cosine magnetic sensor 15 are attached to the first multipole ring magnet 10 so that their detection units face the magnetic pole surface of the first multipole ring magnet 10. On the other hand, they are arranged opposite to each other in the radial direction. Further, the second sine magnetic sensor 16 and the second cosine magnetic sensor 17 are arranged in a radial direction with respect to the second multipole ring magnet 11 such that their detection portions face the magnetic pole surface of the second multipole ring magnet 11. It is arranged to face.

また、これら磁気センサ14、15、16及び17には、例えば、ホール素子、ホールIC、磁気抵抗効果(MR:Magneto Resistance effect)センサなどを用いることが可
能である。
相対角度演算部18は、入力された第1サイン信号、第1コサイン信号、第2サイン信号及び第2コサイン信号に基づき第1多極リング磁石10と第2多極リング磁石11との相対角度(即ち入力軸22aと出力軸22bとの相対角度)Δθを算出する。相対角度演算部18は、算出した相対角度Δθをトルク演算部19に出力する。
Further, for example, a Hall element, a Hall IC, a magnetoresistance effect (MR) sensor, or the like can be used for the magnetic sensors 14, 15, 16, and 17.
The relative angle calculation unit 18 is configured to determine a relative angle between the first multipolar ring magnet 10 and the second multipolar ring magnet 11 based on the input first sine signal, first cosine signal, second sine signal, and second cosine signal. (That is, the relative angle between the input shaft 22a and the output shaft 22b) Δθ is calculated. The relative angle calculation unit 18 outputs the calculated relative angle Δθ to the torque calculation unit 19.

トルク演算部19は、相対角度演算部18から入力された相対角度Δθに基づき、操舵トルクTsを演算する。トーションバーで連結される二軸の相対角度Δθが得られれば、トーションバーの断面二次極モーメント、横弾性係数、長さ、径などを用いて周知の算出方法によってトルクを算出することができる。
次に、相対角度演算部18の詳細な構成を説明する。
The torque calculator 19 calculates the steering torque Ts based on the relative angle Δθ input from the relative angle calculator 18. If the relative angle Δθ between the two axes connected by the torsion bar is obtained, the torque can be calculated by a well-known calculation method using the cross-sectional secondary pole moment, transverse elastic modulus, length, diameter, etc. of the torsion bar. .
Next, a detailed configuration of the relative angle calculation unit 18 will be described.

相対角度演算部18は、図6に示すように、sinΔθ演算部181と、cosΔθ演算部182と、Δθ演算部183とを備える。
第1実施形態では、第1多極リング磁石10の回転角度(電気角度)をθisとし、第2多極リング磁石11の回転角度(電気角度)をθosとする。また、ステアリングホイール21が操舵されて入力軸22aが回動した場合に、θosを所定角度で固定し、θisが変化することとして、「sinθis=sin(θos+Δθ)」、「cosθis=cos(θos+Δθ)」と表すこととする。
As illustrated in FIG. 6, the relative angle calculation unit 18 includes a sin Δθ calculation unit 181, a cos Δθ calculation unit 182, and a Δθ calculation unit 183.
In the first embodiment, the rotation angle (electrical angle) of the first multipolar ring magnet 10 is θ is, and the rotation angle (electrical angle) of the second multipolar ring magnet 11 is θ os . Further, when the steering wheel 21 is steered and the input shaft 22a rotates, θ os is fixed at a predetermined angle, and θ is is changed, so that “sin θ is = sin (θ os + Δθ)”, “cos θ It is expressed as “ is = cos (θ os + Δθ)”.

即ち、第1実施形態では、図4に示すように、第1サイン磁気センサ14からsin(θos+Δθ)を表す第1サイン信号が出力され、第1コサイン磁気センサ15からcos(θos+Δθ)を表す第1コサイン信号が出力されることとする。また、第2サイン磁気センサ16からsinθosを表す第2サイン信号が出力され、第2コサイン磁気センサ17からcosθosを表す第2コサイン信号が出力されることとする。 That is, in the first embodiment, as shown in FIG. 4, the first sign signal from the first sign magnetic sensor 14 representative of the sin (θ os + Δθ) is outputted, cos (θ os + Δθ from the first cosine magnetic sensor 15 ) Is output. The second sine magnetic sensor 16 outputs a second sine signal representing sin θ os , and the second cosine magnetic sensor 17 outputs a second cosine signal representing cos θ os .

以下、第1サイン信号、第1コサイン信号、第2サイン信号、第2コサイン信号を、「sin(θos+Δθ)」、「cos(θos+Δθ)」、「sinθos」、「cosθos」と記載する場合がある。
sinΔθ演算部181は、下式(1)及び(2)に従ってsinΔθを演算する。
TMs={sinθos+cos(θos+Δθ)}2+{cosθos−sin(θ os+Δθ)}2 ・・・(1)
sinΔθ=−TMs/2+1 ・・・(2)
上式(2)は、上式(1)を三角関数の加法定理等を用いて変形することで求まる式である。
Hereinafter, the first sine signal, the first cosine signal, the second sine signal, and the second cosine signal are expressed as “sin (θ os + Δθ)”, “cos (θ os + Δθ)”, “sin θ os ”, “cos θ os ”. May be described.
The sin Δθ calculation unit 181 calculates sin Δθ according to the following equations (1) and (2).
TMs = {sin θ os + cos (θ os + Δθ)} 2 + {cos θ os −sin (θ os + Δθ)} 2 (1)
sin Δθ = −TMs / 2 + 1 (2)
The above expression (2) is an expression obtained by transforming the above expression (1) by using an addition theorem of trigonometric functions.

具体的に、sinΔθ演算部181は、上式(1)に従って、第2サイン磁気センサ16から入力されたsinθosと第1コサイン磁気センサ15から入力されたcos(θos+Δθ)との加算値の二乗値を算出する。更に、第2コサイン磁気センサ17から入力されたcosθosから第1サイン磁気センサ14から入力されたsin(θos+Δθ)を減算した減算値の二乗値を算出する。そして、これら算出した二乗値を足し合わせることでTMsを算出する。 Specifically, the sin Δθ calculation unit 181 adds the sin θ os input from the second sine magnetic sensor 16 and the cos (θ os + Δθ) input from the first cosine magnetic sensor 15 according to the above equation (1). The square value of is calculated. Further, a square value of a subtraction value obtained by subtracting sin (θ os + Δθ) input from the first sine magnetic sensor 14 from cos θ os input from the second cosine magnetic sensor 17 is calculated. Then, TMs is calculated by adding the calculated square values.

引き続き、sinΔθ演算部181は、上式(2)に従って、算出したTMsを2で除算したものを1から減算することでsinΔθを算出する。sinΔθ演算部181は、算出したsinΔθを、Δθ演算部183に出力する。
cosΔθ演算部182は、下式(3)及び(4)に従ってcosΔθを演算する。
TMc={sinθos+sin(θos+Δθ)}2+{cosθos+cos(θos+Δθ)}2 ・・・(3)
cosΔθ=TMc/2−1 ・・・(4)
上式(4)は、上式(3)を三角関数の加法定理等を用いて変形することで求まる式である。
Subsequently, the sin Δθ computing unit 181 calculates sin Δθ by subtracting 1 from the calculated TMs divided by 2 according to the above equation (2). The sin Δθ calculation unit 181 outputs the calculated sin Δθ to the Δθ calculation unit 183.
The cos Δθ calculator 182 calculates cos Δθ according to the following equations (3) and (4).
TMc = {sin θ os + sin (θ os + Δθ)} 2 + {cos θ os + cos (θ os + Δθ)} 2 (3)
cosΔθ = TMc / 2-1 (4)
The above expression (4) is an expression obtained by transforming the above expression (3) using an addition theorem of trigonometric functions.

具体的に、cosΔθ演算部182は、上式(3)に従って、第2サイン磁気センサ16から入力されたsinθosと第1サイン磁気センサ14から入力されたsin(θos+Δθ)との加算値の二乗値を算出する。更に、第2コサイン磁気センサ17から入力されたcosθosと第1コサイン磁気センサ15から入力されたcos(θos+Δθ)との加算値の二乗値を算出する。そして、これら算出した二乗値を足し合わせることでTMcを算出する。 Specifically, Cosderutashita calculation unit 182, according to the above equation (3), the sum of the sin input from the second sign is inputted from the magnetic sensor 16 sin [theta os the first sign magnetic sensor 14 (θ os + Δθ) The square value of is calculated. Further calculates a square value of the sum of and the cos [theta] os input from the second cosine magnetic sensor 17 is input from the first cosine magnetic sensor 15 cos (θ os + Δθ) . Then, TMc is calculated by adding the calculated square values.

引き続き、cosΔθ演算部182は、上式(4)に従って、算出したTMcを2で除算したものから1を減算することでcosΔθを算出する。cosΔθ演算部182は、算出したcosΔθを、Δθ演算部183に出力する。
例えば、ステアリングホイール21が中立位置にある状態から、ステアリングホイール21が操舵されて入力軸22aが回動した場合に、θosを「0°」で固定し、θisが変化することとする。
Subsequently, the cos Δθ calculation unit 182 calculates cos Δθ by subtracting 1 from the calculated TMc divided by 2 according to the above equation (4). The cos Δθ calculator 182 outputs the calculated cos Δθ to the Δθ calculator 183.
For example, when the steering wheel 21 is steered and the input shaft 22a rotates from a state where the steering wheel 21 is in the neutral position, θ os is fixed at “0 °” and θ is changes.

θosを「0°」で固定した「sinθos=0」及び「cosθos=1」の状態では、sinθisは、図5(a)に示すように、ステアリングホイール21が中立位置でΔθが「0°」のときに「0」となり、Δθが「90°」のときに「1」、「−90°」のときに「−1」となる。一方、cosθisは、図5(b)に示すように、中立位置でΔθが「0°」のときに「1」となり、Δθが「90°」及び「−90°」で「0」となる。 In the state of fixing the theta os at "0 °""sin [theta os = 0" and "cos [theta] os = 1", sin [theta IS, as shown in FIG. 5 (a), the steering wheel 21 is Δθ at the neutral position It is “0” when “0 °”, “1” when Δθ is “90 °”, and “−1” when “−90 °”. On the other hand, as shown in FIG. 5B, cos θ is is “1” when Δθ is “0 °” at the neutral position, and “0” when Δθ is “90 °” and “−90 °”. Become.

この場合、上式(1)及び(2)に従って算出されるsinΔθは、例えば、図7(a)に示すように、Δθが「0°」のときに「0」となり、Δθが「90°」のときに「1」、「−90°」のときに「−1」となるサイン曲線上の値となる。
また、上式(3)及び(4)に従って算出されるcosΔθは、例えば、図7(b)に示すように、Δθが「0°」のときに「1」となり、Δθが「90°」及び「−90°」のときに「0」となるコサイン曲線上の値となる。
In this case, sin Δθ calculated according to the above equations (1) and (2) is “0” when Δθ is “0 °”, for example, as shown in FIG. "1" when "", and "-1" when "-90 °".
Further, cos Δθ calculated according to the above equations (3) and (4) is “1” when Δθ is “0 °”, for example, as shown in FIG. 7B, and Δθ is “90 °”. The value on the cosine curve becomes “0” at “−90 °”.

Δθ演算部183は、下式(5)に従って相対角度Δθを演算する。
Δθ=arctan(sinΔθ/cosΔθ) ・・・(5)
具体的に、Δθ演算部183は、sinΔθ演算部181から入力されたsinΔθと、cosΔθ演算部183から入力されたcosΔθとから、上式(5)に従って、sinΔθをcosΔθで除算した値のアークタンジェントを演算することで相対角度Δθを演算する。相対角度演算部18は、算出した相対角度Δθをトルク演算部19に出力する。
この算出された相対角度(捩れ角度)Δθは、図8に示すように、入力される捩れ角度と1:1の関係となる角度となる。即ち、上式(1)〜(5)に従って、相対角度Δθを演算することで、ステアリングホイール21の操舵角に依存しない捩れ角(相対角度)の算出が可能となる。
The Δθ calculator 183 calculates the relative angle Δθ according to the following equation (5).
Δθ = arctan (sin Δθ / cos Δθ) (5)
Specifically, the Δθ calculation unit 183 has an arc tangent of a value obtained by dividing sin Δθ by cos Δθ from the sin Δθ input from the sin Δθ calculation unit 181 and the cos Δθ input from the cos Δθ calculation unit 183 according to the above equation (5). Is calculated to calculate the relative angle Δθ. The relative angle calculation unit 18 outputs the calculated relative angle Δθ to the torque calculation unit 19.
The calculated relative angle (twist angle) Δθ is an angle having a 1: 1 relationship with the input twist angle, as shown in FIG. That is, by calculating the relative angle Δθ according to the above formulas (1) to (5), the torsion angle (relative angle) independent of the steering angle of the steering wheel 21 can be calculated.

(動作)
次に、第1実施形態の動作を説明する。
今、車両3の運転者によってステアリングホイール21が操舵され、この操舵力がステアリングシャフト22に伝達されると、まず、入力軸22aが操舵方向と対応する方向に回動する。この回動に伴って、トーションバー22cの入力軸22a側の端部(以下、「入力端」と記載する)が回動し、トーションバー22cの入力端に設けられた第1多極リング磁石10が回動する。
(Operation)
Next, the operation of the first embodiment will be described.
Now, when the steering wheel 21 is steered by the driver of the vehicle 3 and this steering force is transmitted to the steering shaft 22, the input shaft 22a first rotates in a direction corresponding to the steering direction. With this rotation, the end of the torsion bar 22c on the input shaft 22a side (hereinafter referred to as “input end”) rotates, and the first multipolar ring magnet provided at the input end of the torsion bar 22c. 10 rotates.

この回動による回転変位に応じた磁束は、第1サイン磁気センサ14及び第1コサイン磁気センサ15において、sin(θos+Δθ)及びcos(θos+Δθ)として検出される。これら検出信号は、相対角度演算部18へと入力される。
一方、入力端を経た操舵力は、トーションバー22cの捩れ(弾性変形)を介して出力軸22b側の端部(以下、「出力端」と記載する)へと伝達され出力端が回動する。即ち、入力端(入力軸22a)及び出力端(出力軸22b)が回転方向に相対変位する。
The magnetic flux corresponding to the rotational displacement caused by this rotation is detected as sin (θ os + Δθ) and cos (θ os + Δθ) by the first sine magnetic sensor 14 and the first cosine magnetic sensor 15. These detection signals are input to the relative angle calculation unit 18.
On the other hand, the steering force that has passed through the input end is transmitted to the end on the output shaft 22b side (hereinafter referred to as “output end”) via torsion (elastic deformation) of the torsion bar 22c, and the output end rotates. . That is, the input end (input shaft 22a) and the output end (output shaft 22b) are relatively displaced in the rotation direction.

これにより、トーションバー22cの出力端に設けられた第2多極リング磁石11が回動する。この回動による回転変位に応じた磁束は、第2サイン磁気センサ16及び第2コサイン磁気センサ17において、sinθos及びcosθosとして検出される。これら検出信号は、相対角度演算部18へと入力される。
相対角度演算部18は、入力されたsin(θos+Δθ)、cos(θos+Δθ)、sinθos及びcosθosから、上式(1)〜(4)に従って、sinΔθ及びcosΔθを算出する。そして、算出したsinΔθ及びcosΔθから、上式(5)に従って、sinΔθをcosΔθで除算した値のアークタンジェントを求めることで相対角度Δθを算出する。相対角度演算部18は、算出した相対角度Δθを、トルク演算部19に出力する。
Thereby, the 2nd multipolar ring magnet 11 provided in the output end of the torsion bar 22c rotates. Flux corresponding to the rotational displacement by the rotation, in the second sign magnetic sensor 16 and the second cosine magnetic sensor 17 is detected as a sin [theta os and cos [theta] os. These detection signals are input to the relative angle calculation unit 18.
The relative angle calculation unit 18 calculates sin Δθ and cos Δθ from the inputted sin (θ os + Δθ), cos (θ os + Δθ), sin θ os and cos θ os according to the above equations (1) to (4). Then, the relative angle Δθ is calculated by obtaining the arc tangent of the value obtained by dividing sin Δθ by cos Δθ from the calculated sin Δθ and cos Δθ according to the above equation (5). The relative angle calculation unit 18 outputs the calculated relative angle Δθ to the torque calculation unit 19.

トルク演算部19は、相対角度演算部18からの相対角度Δθから操舵トルクTsを演算する。例えば、トーションバー22cが中実な円柱部材である場合、トーションバー22cに係る操舵トルクTsは、「Δθ=32・Ts・L/(π・D4・G)」から演算する。なお、Lはトーションバー22cの長さ、Dはトーションバー22cの直径、Gはトーションバー22cの横弾性係数である。 The torque calculator 19 calculates the steering torque Ts from the relative angle Δθ from the relative angle calculator 18. For example, when the torsion bar 22c is a solid cylindrical member, the steering torque Ts related to the torsion bar 22c is calculated from “Δθ = 32 · Ts · L / (π · D 4 · G)”. Note that L is the length of the torsion bar 22c, D is the diameter of the torsion bar 22c, and G is the transverse elastic modulus of the torsion bar 22c.

トルク演算部19は、算出した操舵トルクTsを、EPS制御ユニット34に出力する。
EPS制御ユニット34は、電流指令演算回路において、トルク演算部19からの操舵トルクTs、車速センサ35からの車速V及び電動モータ33からのモータ回転角度θmとに基づき電流指令値を演算する。更に、EPS制御ユニット34は、モータ駆動回路において、電流指令演算回路で演算した電流指令値に応じた3相交流電流を生成し、生成した3相交流電流を電動モータ33に供給して、電動モータ33に操舵補助力を発生させる。
ここで、第1実施形態において、第1多極リング磁石10の回転角度θisが回転角度θに対応し、第2多極リング磁石11の回転角度θosが回転角度θに対応する。
The torque calculation unit 19 outputs the calculated steering torque Ts to the EPS control unit 34.
The EPS control unit 34 calculates a current command value in the current command calculation circuit based on the steering torque Ts from the torque calculation unit 19, the vehicle speed V from the vehicle speed sensor 35, and the motor rotation angle θm from the electric motor 33. Furthermore, the EPS control unit 34 generates a three-phase alternating current according to the current command value calculated by the current command calculation circuit in the motor drive circuit, supplies the generated three-phase alternating current to the electric motor 33, and A steering assist force is generated in the motor 33.
Here, in the first embodiment, the rotation angle θ is of the first multipole ring magnet 10 corresponds to the rotation angle θ 1, and the rotation angle θ os of the second multipole ring magnet 11 corresponds to the rotation angle θ 2 . .

(第1実施形態の効果)
(1)第1実施形態に係る第1の相対角度検出装置100は、周方向に異なる磁極が交互に等配され、且つ同軸上に配置されている入力軸22a及び出力軸22bのうち入力軸22aと同期回転する第1多極リング磁石10と、周方向に異なる磁極が交互に等配され、且つ入力軸22a及び出力軸22bのうち出力軸22bと同期回転する第2多極リング磁石11と、第1多極リング磁石10が回転時の回転角度θisに応じた磁束を検出してsinθisを表す第1サイン信号及びcosθisを表す第1コサイン信号を出力する第1回転角度センサ12と、第2多極リング磁石11が回転時の回転角度θosに応じた磁束を検出してsinθosを表す第2サイン信号及びcosθosを表す第2コサイン信号を出力する第2回転角度センサ13と、第1サイン信号及び第1コサイン信号と、第2サイン信号及び第2コサイン信号とに基づき、入力軸22aと出力軸22bとの相対角度Δθに対応するsinΔθ及びcosΔθを演算し、Δθ=arctan(sinΔθ/cosΔθ)から相対角度Δθを演算する相対角度演算部とを備える。
(Effect of 1st Embodiment)
(1) The first relative angle detection apparatus 100 according to the first embodiment includes an input shaft 22a and an output shaft 22b that are arranged coaxially with different magnetic poles alternately arranged in the circumferential direction. The first multi-pole ring magnet 10 that rotates synchronously with 22a and the second multi-pole ring magnet 11 that has different magnetic poles alternately arranged in the circumferential direction and rotates synchronously with the output shaft 22b of the input shaft 22a and the output shaft 22b. When the first rotation angle sensor that first multipole ring magnet 10 outputs a first cosine signal representative of a first sign signal and cos [theta] iS representative of the detected and sin [theta iS flux corresponding to the rotation angle theta iS during rotation 12, the second rotation angle in which the second multipole ring magnet 11 outputs a second cosine signal representative of a second sign signal and cos [theta] os representative of the detected and sin [theta os a magnetic flux corresponding to the rotation angle theta os during rotation SE Calculating sin Δθ and cos Δθ corresponding to the relative angle Δθ between the input shaft 22a and the output shaft 22b based on the first signal 13, the first sine signal and the first cosine signal, and the second sine signal and the second cosine signal; A relative angle calculation unit that calculates a relative angle Δθ from Δθ = arctan (sin Δθ / cos Δθ).

この構成であれば、sinΔθ及びcosΔθの双方を演算し、演算したsinΔθをcosΔθで除算した値のアークタンジェントを演算することで相対角度Δθを演算することが可能である。これによって、sinΔθの直線部分を超える捩れ角領域でもトルクを演算することが可能となる。その結果、より幅広いトルク検出範囲に対応することが可能となる。また、同じトルク検出範囲でも、sinΔθの全体の情報を活用できるため、検出トルク値の分解能を高くすることが可能となる。また、arctan(sinΔθ/cosΔθ)を演算するといった1回の演算で相対角度Δθを演算することができるため、より高精度なトルク値を演算することが可能となる。   With this configuration, it is possible to calculate the relative angle Δθ by calculating both sin Δθ and cos Δθ and calculating the arc tangent of a value obtained by dividing the calculated sin Δθ by cos Δθ. As a result, the torque can be calculated even in the torsional angle region exceeding the linear portion of sin Δθ. As a result, it is possible to deal with a wider torque detection range. Further, since the entire information of sin Δθ can be utilized even in the same torque detection range, the resolution of the detected torque value can be increased. Further, since the relative angle Δθ can be calculated by a single calculation such as calculating arctan (sin Δθ / cos Δθ), a more accurate torque value can be calculated.

(2)第1実施形態に係る第1の相対角度検出装置100は、第1多極リング磁石10及び第2多極リング磁石11が、外周面の部位を周方向に交互に異なる磁極に着磁して構成されている。また、第1回転角度センサ12が、該第1回転角度センサ12の有する磁束の検出部(第1サイン磁気センサ14及び第1コサイン磁気センサ15)が第1多極リング磁石10の外周面に形成された磁極面に対向して配置されている。また、第2回転角度センサ13が、該第2回転角度センサ13の有する磁束の検出部(第2サイン磁気センサ16及び第2コサイン磁気センサ17)が第2多極リング磁石11の外周面に形成された磁極面に対向して配置されている。
この構成であれば、例えば、リング磁石に対してアキシアル方向の配置スペースが取れない場合などにおいて、ラジアル対向で回転角度センサを配置することが可能となる。
(2) In the first relative angle detection device 100 according to the first embodiment, the first multipolar ring magnet 10 and the second multipolar ring magnet 11 are attached to magnetic poles that are alternately different in the circumferential direction on the outer peripheral surface. It is made up of magnetism. The first rotation angle sensor 12 includes a magnetic flux detection unit (a first sine magnetic sensor 14 and a first cosine magnetic sensor 15) on the outer circumferential surface of the first multipolar ring magnet 10. It is arranged to face the formed magnetic pole surface. The second rotation angle sensor 13 includes a magnetic flux detection unit (a second sine magnetic sensor 16 and a second cosine magnetic sensor 17) on the outer circumferential surface of the second multipolar ring magnet 11. It is arranged to face the formed magnetic pole surface.
With this configuration, for example, when the arrangement space in the axial direction cannot be taken with respect to the ring magnet, the rotation angle sensor can be arranged in the radial direction.

(3)第1実施形態に係る第1の相対角度検出装置100は、第1回転角度センサ12が、第1多極リング磁石10の磁極のピッチに対して互いに電気角度で90°の位相差を有した状態で固定して設けられた、第1サイン信号を出力する第1サイン磁気センサ14及び第1コサイン信号を出力する第1コサイン磁気センサ15を有する。また、第2回転角度センサ13が、第2多極リング磁石11の磁極のピッチに対して互いに電気角度で90°の位相差を有した状態で固定して設けられた、第2サイン信号を出力する第2サイン磁気センサ16及び第2コサイン信号を出力する第2コサイン磁気センサ17を有する。 (3) In the first relative angle detection device 100 according to the first embodiment, the first rotation angle sensor 12 has a phase difference of 90 ° in electrical angle with respect to the pitch of the magnetic poles of the first multipolar ring magnet 10. The first sine magnetic sensor 14 for outputting the first sine signal and the first cosine magnetic sensor 15 for outputting the first cosine signal, which are fixedly provided in a state having the first sine signal, are provided. In addition, the second rotation angle sensor 13 is provided with a second sine signal fixedly provided with a phase difference of 90 ° in electrical angle with respect to the pitch of the magnetic poles of the second multipolar ring magnet 11. A second sine magnetic sensor 16 for outputting and a second cosine magnetic sensor 17 for outputting a second cosine signal are provided.

この構成であれば、第1サイン磁気センサ14及び第1コサイン磁気センサ15によって、第1多極リング磁石10の回転角度θisに応じたsinθis及びcosθisを表す信号を簡易に出力することが可能となる。また、第2サイン磁気センサ16及び第2コサイン磁気センサ17によって、第2多極リング磁石11の回転角度θosに応じたsinθos及びcosθosを表す信号を簡易に出力することが可能となる。 With this configuration, the first sign magnetic sensor 14 and the first cosine magnetic sensor 15, it outputs a signal representative of sin [theta IS and cos [theta] IS corresponding to a rotation angle theta IS first multipole ring magnet 10 in a simple Is possible. Further, the second sign magnetic sensor 16 and the second cosine magnetic sensor 17, it is possible to output a signal representative of sin [theta os and cos [theta] os in accordance with the rotation angle theta os the second multipole ring magnet 11 in a simple .

(4)第1実施形態に係る第1の相対角度検出装置100は、第1回転角度センサ12及び第2回転角度センサ13が、相対角度Δθが0°のときに第1回転角度センサ12の出力及び第2回転角度センサ13の出力が同位相となるように設けられている。
この構成であれば、第1回転角度センサ12及び第2回転角度センサ13から出力される信号をそのまま用いて、上式(1)〜(4)に従って、簡易にsinΔθ及びcosΔθを演算することが可能となる。
(4) In the first relative angle detection device 100 according to the first embodiment, the first rotation angle sensor 12 and the second rotation angle sensor 13 have the first rotation angle sensor 12 when the relative angle Δθ is 0 °. The output and the output of the second rotation angle sensor 13 are provided to have the same phase.
With this configuration, sin Δθ and cos Δθ can be simply calculated according to the above equations (1) to (4) using the signals output from the first rotation angle sensor 12 and the second rotation angle sensor 13 as they are. It becomes possible.

(5)第1実施形態に係る第1の相対角度検出装置100は、sinθis及びcosθisをsin(θos+Δθ)及びcos(θos+Δθ)とした。そして、相対角度演算部18が、下式(6)〜(7)に基づきsinΔθを演算し、下式(8)〜(9)に基づきcosΔθを演算する。
TMs={sinθos+cos(θos+Δθ)}2+{cosθos−sin(θos+Δθ)}2 ・・・(6)
sinΔθ=−TMs/2+1 ・・・(7)
TMc={sinθos+sin(θos+Δθ)}2+{cosθos+cos(θos+Δθ)}2 ・・・(8)
cosΔθ=TMc/2−1 ・・・(9)
この構成であれば、第1回転角度センサ12及び第2回転角度センサ13から出力される信号をそのまま用いた簡易に計算によって、sinΔθ及びcosΔθを演算することが可能となる。
(5) In the first relative angle detection device 100 according to the first embodiment, sin θ is and cos θ is are set to sin (θ os + Δθ) and cos (θ os + Δθ). Then, the relative angle calculation unit 18 calculates sin Δθ based on the following equations (6) to (7), and calculates cos Δθ based on the following equations (8) to (9).
TMs = {sin θ os + cos (θ os + Δθ)} 2 + {cos θ os −sin (θ os + Δθ)} 2 (6)
sin Δθ = −TMs / 2 + 1 (7)
TMc = {sin θ os + sin (θ os + Δθ)} 2 + {cos θ os + cos (θ os + Δθ)} 2 (8)
cosΔθ = TMc / 2-1 (9)
With this configuration, it is possible to calculate sin Δθ and cos Δθ by simple calculation using the signals output from the first rotation angle sensor 12 and the second rotation angle sensor 13 as they are.

(6)第1実施形態に係る第1のトルクセンサ1は、第1実施形態に係る第1の相対角度検出装置100によって、トーションバー22cで連結された入力軸22a及び出力軸22bの相対角度Δθを検出し、その相対角度Δθから入力軸22a及び出力軸22bに生じるトルク(操舵トルクTs)を演算するトルク演算部19を備える。
この構成であれば、上記(1)〜(5)のいずれか1に記載の第1の相対角度検出装置100と同等の作用及び効果を得られる。
(6) The first torque sensor 1 according to the first embodiment includes a relative angle between the input shaft 22a and the output shaft 22b connected by the torsion bar 22c by the first relative angle detection device 100 according to the first embodiment. A torque calculator 19 is provided that detects Δθ and calculates torque (steering torque Ts) generated in the input shaft 22a and the output shaft 22b from the relative angle Δθ.
If it is this structure, the effect | action and effect equivalent to the 1st relative angle detection apparatus 100 of any one of said (1)-(5) can be acquired.

(7)第1実施形態に係る電動パワーステアリング装置2は、第1実施形態に係る第1のトルクセンサ1を備える。
この構成であれば、幅広いトルク検出範囲に対応した高精度な操舵トルクTsによって電動モータを駆動制御して適切な操舵アシストトルクを発生させることが可能となる。その結果、操舵フィーリング等の良好な操舵アシストを実施することが可能となる。
(7) The electric power steering apparatus 2 according to the first embodiment includes the first torque sensor 1 according to the first embodiment.
With this configuration, it is possible to drive the electric motor with high-accuracy steering torque Ts corresponding to a wide torque detection range to generate appropriate steering assist torque. As a result, it is possible to perform good steering assist such as steering feeling.

(8)第1実施形態に係る車両3は、第1実施形態に係る電動パワーステアリング装置2を備える。
この構成であれば、上記(7)に記載の電動パワーステアリング装置2と同等の作用及び効果が得られる。
(8) The vehicle 3 according to the first embodiment includes the electric power steering device 2 according to the first embodiment.
With this configuration, operations and effects equivalent to those of the electric power steering device 2 described in (7) above can be obtained.

(第2実施形態)
(構成)
本発明の第2実施形態は、上記第1実施形態の第1のセンサ部101に代えて、構成が一部異なる第2のセンサ部401を備える以外は、上記第1実施形態と同じ構成となる。
以下、上記第1実施形態と同様の構成部については同じ符号を付して適宜説明を省略し、異なる部分について詳細に説明する。
(Second Embodiment)
(Constitution)
The second embodiment of the present invention has the same configuration as that of the first embodiment except that a second sensor unit 401 having a partially different configuration is provided instead of the first sensor unit 101 of the first embodiment. Become.
Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted as appropriate, and different portions will be described in detail.

第2実施形態に係る第2のトルクセンサ4は、第2の相対角度検出装置400を備え、第2の相対角度検出装置400は、第2のセンサ部401と、相対角度演算部18とを備える。
第2のセンサ部401は、図9に示すように、上記第1実施形態の第1多極リング磁石10及び第2多極リング磁石11に代えて、第3多極リング磁石40及び第4多極リング磁石41を備える。
The second torque sensor 4 according to the second embodiment includes a second relative angle detection device 400, and the second relative angle detection device 400 includes a second sensor unit 401 and a relative angle calculation unit 18. Prepare.
As shown in FIG. 9, the second sensor unit 401 includes a third multipole ring magnet 40 and a fourth multipole ring magnet 40 in place of the first multipole ring magnet 10 and the second multipole ring magnet 11 of the first embodiment. A multipolar ring magnet 41 is provided.

第3多極リング磁石40及び第4多極リング磁石41は、上記第1実施形態の第1多極リング磁石10及び第2多極リング磁石11と異なり、リング磁石の軸方向端面を周方向に交互に異なる磁極に着磁した構成となっている。
なお、第3多極リング磁石40及び第4多極リング磁石41の取付位置は上記第1実施形態の第1多極リング磁石10及び第2多極リング磁石11と同様となる。また、第3多極リング磁石40及び第4多極リング磁石41は、同一構成の多極リング磁石から構成されている。
Unlike the first multipolar ring magnet 10 and the second multipolar ring magnet 11 of the first embodiment, the third multipolar ring magnet 40 and the fourth multipolar ring magnet 41 have the axial end faces of the ring magnet in the circumferential direction. In this configuration, different magnetic poles are alternately magnetized.
The mounting positions of the third multipolar ring magnet 40 and the fourth multipolar ring magnet 41 are the same as those of the first multipolar ring magnet 10 and the second multipolar ring magnet 11 of the first embodiment. Moreover, the 3rd multipolar ring magnet 40 and the 4th multipolar ring magnet 41 are comprised from the multipolar ring magnet of the same structure.

第3多極リング磁石40及び第4多極リング磁石41は、図9に示すように、例えば図に網がけしてある部分がN極、網がけのない部分がS極といったように、周方向に異なる磁極が交互に等配されている。
また、第3多極リング磁石40及び第4多極リング磁石41の周方向に隣接するS極及びN極の磁極の一組から磁極対が構成される。また、第3多極リング磁石40及び第4多極リング磁石41は、必要な磁束密度に応じて、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石等から構成することが可能である。
As shown in FIG. 9, the third multipolar ring magnet 40 and the fourth multipolar ring magnet 41 are arranged such that, for example, the shaded portion is N pole and the non-shaded portion is S pole. Magnetic poles different in direction are alternately arranged.
A pair of magnetic poles is composed of a set of S and N poles adjacent to each other in the circumferential direction of the third multipole ring magnet 40 and the fourth multipole ring magnet 41. Moreover, the 3rd multipolar ring magnet 40 and the 4th multipolar ring magnet 41 can be comprised from a neodymium magnet, a ferrite magnet, a samarium cobalt magnet etc. according to a required magnetic flux density, for example.

第2実施形態に係る第2のセンサ部401は、上記第1実施形態の第1のセンサ部101と同様の第1回転角度センサ12及び第2回転角度センサ13を備えるが、これらの配置位置が上記第1実施形態と異なる。
具体的に、図9に示すように、第1回転角度センサ12の第1サイン磁気センサ14及び第1コサイン磁気センサ15を、第3多極リング磁石40の磁極面に対向するように、第3多極リング磁石40に対してアキシアル方向に対向させて配置している。また、第2回転角度センサ13の第2サイン磁気センサ16及び第2コサイン磁気センサ17を、第4多極リング磁石41の磁極面に対向するように、第4多極リング磁石41に対してアキシアル方向に対向させて配置している。
The second sensor unit 401 according to the second embodiment includes the first rotation angle sensor 12 and the second rotation angle sensor 13 that are the same as the first sensor unit 101 of the first embodiment. Is different from the first embodiment.
Specifically, as shown in FIG. 9, the first sine magnetic sensor 14 and the first cosine magnetic sensor 15 of the first rotation angle sensor 12 are arranged to face the magnetic pole surface of the third multipolar ring magnet 40. The three multipolar ring magnets 40 are arranged to face each other in the axial direction. In addition, the second sine magnetic sensor 16 and the second cosine magnetic sensor 17 of the second rotation angle sensor 13 are opposed to the fourth multipole ring magnet 41 so as to face the magnetic pole surface of the fourth multipole ring magnet 41. They are arranged facing each other in the axial direction.

また、第2実施形態の第1サイン磁気センサ14及び第1コサイン磁気センサ15は、図9に示すように、磁極ピッチに対して電気角で90°分だけ移相させて(90°の位相差を有する状態に)配置されている。また、第2実施形態の第2サイン磁気センサ16及び第2コサイン磁気センサ17は、図9に示すように、磁極ピッチに対して電気角で90°分だけ移相させて(90°の位相差を有する状態に)配置されている。
なお、第2実施形態の第1回転角度センサ12及び第2回転角度センサ13は、入力軸22aとも出力軸22bとも同期回転しない固定部位に設けられている。
ここで、第2実施形態において、第3多極リング磁石40の回転角度θisが回転角度θに対応し、第4多極リング磁石41の回転角度θosが回転角度θに対応する。
Further, as shown in FIG. 9, the first sine magnetic sensor 14 and the first cosine magnetic sensor 15 of the second embodiment are shifted in phase by 90 ° in electrical angle with respect to the magnetic pole pitch (about 90 °). In a state having a phase difference). Further, as shown in FIG. 9, the second sine magnetic sensor 16 and the second cosine magnetic sensor 17 of the second embodiment are phase-shifted by 90 ° in electrical angle with respect to the magnetic pole pitch (about 90 °). In a state having a phase difference).
In addition, the 1st rotation angle sensor 12 and the 2nd rotation angle sensor 13 of 2nd Embodiment are provided in the fixed site | part which does not rotate synchronously with the input shaft 22a and the output shaft 22b.
Here, in the second embodiment, the rotation angle θ is of the third multipole ring magnet 40 corresponds to the rotation angle θ 1, and the rotation angle θ os of the fourth multipole ring magnet 41 corresponds to the rotation angle θ 2 . .

(第2実施形態の効果)
第2実施形態は、上記第1実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
(1)第2実施形態に係る第2の相対角度検出装置400は、軸方向の一方の端面の部位を周方向に交互に異なる磁極に着磁してなる第3多極リング磁石40及び第4多極リング磁石41を備える。第1回転角度センサ12が、該第1回転角度センサ12の有する磁束の検出部(第1サイン磁気センサ14及び第1コサイン磁気センサ15)が第3多極リング磁石40の軸方向の一方の端面に形成された磁極面に対向して配置されている。また、第2回転角度センサ13が、該第2回転角度センサ13の有する磁束の検出部(第2サイン磁気センサ16及び第2コサイン磁気センサ17)が第4多極リング磁石41の軸方向の一方の端面に形成された磁極面に対向して配置されている。
この構成であれば、例えば、リング磁石に対してラジアル方向の配置スペースが取れない場合などにおいて、アキシアル対向で回転角度センサを配置することが可能となる。
(Effect of 2nd Embodiment)
In addition to the effects of the first embodiment, the second embodiment has the following effects.
(1) The second relative angle detection device 400 according to the second embodiment includes a third multi-pole ring magnet 40 and a first multi-pole ring magnet 40 which are formed by magnetizing a portion of one end face in the axial direction to different magnetic poles alternately in the circumferential direction. A 4-multipolar ring magnet 41 is provided. The first rotation angle sensor 12 has a magnetic flux detection unit (the first sine magnetic sensor 14 and the first cosine magnetic sensor 15) of the first rotation angle sensor 12 in one of the axial directions of the third multipole ring magnet 40. It is arranged to face the magnetic pole surface formed on the end face. Further, the second rotation angle sensor 13 has a magnetic flux detection unit (the second sine magnetic sensor 16 and the second cosine magnetic sensor 17) of the second rotation angle sensor 13 in the axial direction of the fourth multipolar ring magnet 41. It is arranged to face the magnetic pole surface formed on one end face.
With this configuration, for example, when the arrangement space in the radial direction cannot be taken with respect to the ring magnet, the rotation angle sensor can be arranged in an axially opposed manner.

(第3実施形態)
(構成)
本発明の第3実施形態は、上記第1実施形態の第1のセンサ部101に代えて、相対角度の検出にレゾルバを用いる第3のセンサ部501を備える以外は、上記第1実施形態と同じ構成となる。
(Third embodiment)
(Constitution)
The third embodiment of the present invention is the same as the first embodiment except that a third sensor unit 501 that uses a resolver to detect a relative angle is provided in place of the first sensor unit 101 of the first embodiment. It becomes the same composition.

以下、上記第1実施形態と同様の構成部については同じ符号を付して適宜説明を省略し、異なる部分について詳細に説明する。
第3実施形態に係る第3のトルクセンサ5は、第3の相対角度検出装置500を備え、第3の相対角度検出装置500は、第3のセンサ部501と、相対角度演算部18とを備える。
Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted as appropriate, and different portions will be described in detail.
The third torque sensor 5 according to the third embodiment includes a third relative angle detection device 500, and the third relative angle detection device 500 includes a third sensor unit 501 and a relative angle calculation unit 18. Prepare.

第3のセンサ部501は、図10及び図11(a)に示すように、第1レゾルバ50と、第2レゾルバ51と、励磁信号供給部56とを備える。
第1レゾルバ50は、図11(b)に示す例では、外周に12個の歯を等配に有する第1ロータ52と、入力軸22aとも出力軸22bとも同期回転しない固定部位に設けられ且つ内周に等配された16個のポールのそれぞれにコイルを巻き付けてなる16個の電機子巻線(磁極)を有する第1ステータ53とを備える。
As shown in FIGS. 10 and 11A, the third sensor unit 501 includes a first resolver 50, a second resolver 51, and an excitation signal supply unit 56.
In the example shown in FIG. 11B, the first resolver 50 is provided at the first rotor 52 having twelve teeth on the outer circumference and the fixed portion where neither the input shaft 22a nor the output shaft 22b rotates synchronously. And a first stator 53 having 16 armature windings (magnetic poles) formed by winding a coil around each of 16 poles equally distributed on the inner periphery.

第2レゾルバ51は、図11(c)に示す例では、外周に12個の歯を等配に有する第2ロータ54と、入力軸22aとも出力軸22bとも同期回転しない固定部位に設けられ且つ内周に等配された16個のポールのそれぞれにコイルを巻き付けてなる16個の電機子巻線(磁極)を周方向に等配に有する第2ステータ55とを備える。
なお、第1レゾルバ50及び第2レゾルバ51において、歯の数は12個に限らず、11個以下又は13個以上とする構成としてもよい。また、電機子巻線の数は16個に限らず15個以下又は17個以上とする構成としてもよい。
In the example shown in FIG. 11C, the second resolver 51 is provided at the second rotor 54 having twelve teeth on the outer periphery and the fixed portion where the input shaft 22a and the output shaft 22b do not rotate synchronously. And a second stator 55 having 16 armature windings (magnetic poles) formed by winding a coil around each of 16 poles equally distributed on the inner circumference in the circumferential direction.
In the first resolver 50 and the second resolver 51, the number of teeth is not limited to 12, but may be 11 or less or 13 or more. The number of armature windings is not limited to 16, and may be 15 or less or 17 or more.

第1ロータ52は、入力軸22aに該入力軸22aと同期回転可能に取り付けられ、第2ロータ54は、出力軸22bに該出力軸22bと同期回転可能に取付けられている。
第1ロータ52と第1ステータ53とは、第1ステータ53が第1ロータ52の外側に同心に配置され且つ第1ロータ52の各歯と第1ステータ53の各電機子巻線とが径方向に所定のエアギャップを空けて対向するように配置されている。
The first rotor 52 is attached to the input shaft 22a so as to be able to rotate synchronously with the input shaft 22a, and the second rotor 54 is attached to the output shaft 22b so as to be able to rotate synchronously with the output shaft 22b.
The first rotor 52 and the first stator 53 are arranged such that the first stator 53 is concentrically arranged outside the first rotor 52, and each tooth of the first rotor 52 and each armature winding of the first stator 53 have a diameter. They are arranged so as to face each other with a predetermined air gap in the direction.

第2ロータ54と第2ステータ55とは、第2ステータ55が第2ロータ54の外側に同心に配置され且つ第2ロータ54の各歯と第2ステータ55の各電機子巻線とが径方向に所定のエアギャップを空けて対向するように配置されている。
また、第3実施形態では、第1ロータ52を、入力軸22aの出力軸22b側端部(理想的にはトーションバー22cの連結位置)に入力軸22aと同期回転可能に取付けている。更に、第2ロータ54を、出力軸22bの入力軸22a側端部(理想的にはトーションバー22cの連結位置)に出力軸22bと同期回転可能に取付けている。
The second rotor 54 and the second stator 55 are arranged such that the second stator 55 is disposed concentrically outside the second rotor 54, and each tooth of the second rotor 54 and each armature winding of the second stator 55 have a diameter. They are arranged so as to face each other with a predetermined air gap in the direction.
In the third embodiment, the first rotor 52 is attached to the end of the input shaft 22a on the output shaft 22b side (ideally, the connection position of the torsion bar 22c) so as to be able to rotate synchronously with the input shaft 22a. Further, the second rotor 54 is attached to the end of the output shaft 22b on the input shaft 22a side (ideally, the connecting position of the torsion bar 22c) so as to be able to rotate synchronously with the output shaft 22b.

励磁信号供給部56は、第1ステータ53及び第2ステータ55の各電機子巻線のコイルに正弦波状の励磁信号を供給する。
第3実施形態において、第1レゾルバ50及び第2レゾルバ51は4相のレゾルバである。即ち、第1ステータ53及び第2ステータ55の各ポールは、第1ロータ52及び第2ロータ54の歯のピッチの整数倍から1/4ピッチずらされて設けられている。
The excitation signal supply unit 56 supplies a sinusoidal excitation signal to the coils of the armature windings of the first stator 53 and the second stator 55.
In the third embodiment, the first resolver 50 and the second resolver 51 are four-phase resolvers. That is, the poles of the first stator 53 and the second stator 55 are provided with a ¼ pitch shift from an integral multiple of the tooth pitch of the first rotor 52 and the second rotor 54.

これにより、第1ステータ53及び第2ステータ55の16個の電機子巻線のコイルの出力を周方向に90°ずつ4分割すると、分割された周方向90°内の4個の電機子巻線のコイルの出力は、隣接する電機子巻線間において互いに90°ずつ位相がずれた正弦波(又は余弦波)信号となる。第3実施形態では、各電機子巻線のコイルのうち、同じ信号を出力するコイルを直列に接続している。   Thus, when the coil outputs of the 16 armature windings of the first stator 53 and the second stator 55 are divided into four 90 ° portions in the circumferential direction, four armature windings within the divided 90 ° circumferential direction are obtained. The output of the line coil is a sine wave (or cosine wave) signal that is 90 degrees out of phase between adjacent armature windings. In 3rd Embodiment, the coil which outputs the same signal among the coils of each armature winding is connected in series.

即ち、第1ロータ52の回転角度をθisとすると、第1ステータ53のコイルの出力からは、sinθisを表す第1サイン信号及びcosθisを表す第1コサイン信号が得られる。
また、第2ロータ54の回転角度をθosとすると、第2ステータ55のコイルの出力からは、sinθosを表す第2サイン信号及びcosθosを表す第2コサイン信号が得られる。
That is, when the rotation angle of the first rotor 52 and theta IS, from coil output of the first stator 53, first cosine signal representative of a first sign signal and cos [theta] IS represents a sin [theta IS is obtained.
Further, when the rotation angle of the second rotor 54 and theta os, from the output of the coils of the second stator 55, a second cosine signal representative of a second sign signal and cos [theta] os represents the sin [theta os is obtained.

また、上記第1実施形態と同様に、「sinθis=sin(θos+Δθ)」、「cosθis=cos(θos+Δθ)」とする。即ち、第1ステータ53のコイルからはsin(θos+Δθ)を表す第1サイン信号及びcos(θos+Δθ)を表す第1コサイン信号が得られることとする。
各コイルから出力された第1サイン信号及び第1コサイン信号と、第2サイン信号及び第2コサイン信号とは、図12に示すように、不図示のレゾルバケーブルを介して相対角度演算部18に入力される。
Similarly to the first embodiment, “sin θ is = sin (θ os + Δθ)” and “cos θ is = cos (θ os + Δθ)” are set. That is, the first sine signal representing sin (θ os + Δθ) and the first cosine signal representing cos (θ os + Δθ) are obtained from the coil of the first stator 53.
The first sine signal and the first cosine signal and the second sine signal and the second cosine signal output from each coil are sent to the relative angle calculation unit 18 via a resolver cable (not shown) as shown in FIG. Entered.

第3実施形態の相対角度演算部18は、第1ステータ53及び第2ステータ55からレゾルバケーブルを介して入力されたsin(θos+Δθ)、cos(θos+Δθ)、sinθos及びcosθosから、上記第1実施形態と同様に、上式(1)〜(4)に従って、sinΔθ及びcosΔθを演算する。そして、演算したsinΔθ及びcosΔθから上式(5)に従って相対角度Δθを演算する。そして、演算した相対角度Δθをトルク演算部19に出力する。
ここで、第3実施形態において、第1ロータ52の回転角度θisが回転角度θに対応し、第2ロータ54の回転角度θosが回転角度θに対応する。
The relative angle calculation unit 18 of the third embodiment is based on sin (θ os + Δθ), cos (θ os + Δθ), sin θ os and cos θ os input from the first stator 53 and the second stator 55 via the resolver cable. Similarly to the first embodiment, sin Δθ and cos Δθ are calculated according to the above equations (1) to (4). Then, the relative angle Δθ is calculated from the calculated sin Δθ and cos Δθ according to the above equation (5). Then, the calculated relative angle Δθ is output to the torque calculator 19.
Here, in the third embodiment, the rotation angle θ is of the first rotor 52 corresponds to the rotation angle θ 1 , and the rotation angle θ os of the second rotor 54 corresponds to the rotation angle θ 2 .

(第3実施形態の効果)
第3実施形態は、上記第1実施形態及び上記第2実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
(1)第3実施形態に係る第3の相対角度検出装置500は、外周に複数の歯を等配に有し、且つ同軸上に配置されている入力軸22a及び出力軸22bのうち入力軸22aと同期回転する第1ロータ52と、外周に複数の歯を等配に有し、且つ入力軸22a及び出力軸22bのうち出力軸22bと同期回転する第2ロータ54とを備える。更に、第1ロータ52の外側に該第1ロータ52と同心に配され且つ内周に複数の極が等配に形成され且つ各極に巻付けたコイルにより電機子巻線が形成された第1ステータ53と、第2ロータ54の外側に該第2ロータ54と同心に配され且つ内周に複数の極が等配に形成され且つ各極に巻付けたコイルにより電機子巻線が形成された第2ステータ55とを備える。なお更に、第1ステータ53及び第2ステータ55のコイルに励磁信号を供給する励磁信号供給部56と、励磁信号が供給されたときの第1ステータ53のコイルから出力される第1ロータ52の回転角度θisに応じたsinθisを表す第1サイン信号及びcosθisを表す第1コサイン信号と、励磁信号が供給されたときの第2ステータ55のコイルから出力される第2ロータ54の回転角度θosに応じたsinθosを表す第2サイン信号及びcosθosを表す第2コサイン信号とに基づき、入力軸22aと出力軸22bとの相対角度Δθに対応するsinΔθ及びcosΔθを演算し、Δθ=arctan(sinΔθ/cosΔθ)から相対角度Δθを演算する相対角度演算部とを備える。
(Effect of the third embodiment)
The third embodiment has the following effects in addition to the effects of the first embodiment and the second embodiment.
(1) The third relative angle detection device 500 according to the third embodiment has a plurality of teeth equally spaced on the outer periphery, and the input shaft 22a and the output shaft 22b are arranged on the same axis as the input shaft. A first rotor 52 that rotates synchronously with 22a, and a second rotor 54 that has a plurality of teeth on the outer periphery at equal intervals and rotates synchronously with the output shaft 22b of the input shaft 22a and the output shaft 22b. Further, the first rotor 52 is arranged outside the first rotor 52 concentrically with a plurality of poles on the inner circumference, and armature windings are formed by coils wound around the poles. An armature winding is formed by a stator 53 and a coil that is concentrically arranged on the outer side of the second rotor 54 and concentrically with the second rotor 54 and has a plurality of poles arranged at the inner circumference and wound around each pole. The second stator 55 is provided. Still further, the excitation signal supply unit 56 that supplies excitation signals to the coils of the first stator 53 and the second stator 55, and the first rotor 52 that is output from the coils of the first stator 53 when the excitation signals are supplied. a first cosine signal representative of a first sign signal and cos [theta] iS represents a sin [theta iS in accordance with the rotation angle theta iS, rotation of the second rotor 54 which is output from the coil of the second stator 55 when the excitation signal is supplied based on a second cosine signal representative of a second sign signal and cos [theta] os represents the sin [theta os in accordance with the angle theta os, calculates the corresponding sinΔθ and cosΔθ the relative angle [Delta] [theta] between the input shaft 22a and output shaft 22b, [Delta] [theta] = Arctan (sinΔθ / cosΔθ) and a relative angle calculation unit that calculates the relative angle Δθ.

この構成であれば、sinΔθ及びcosΔθの双方を演算し、演算したsinΔθをcosΔθで除算した値のアークタンジェントを演算することで相対角度Δθを演算することが可能である。これによって、sinΔθの直線部分を超える捩れ角領域でもトルクを演算することが可能となる。その結果、より幅広いトルク検出範囲に対応することが可能となる。また、同じトルク検出範囲でも、sinΔθの全体の情報を活用できるため、検出トルク値の分解能を高くすることが可能となる。また、arctan(sinΔθ/cosΔθ)を演算するといった1回の演算で相対角度Δθを演算することができるため、より高精度なトルク値を演算することが可能となる。   With this configuration, it is possible to calculate the relative angle Δθ by calculating both sin Δθ and cos Δθ and calculating the arc tangent of a value obtained by dividing the calculated sin Δθ by cos Δθ. As a result, the torque can be calculated even in the torsional angle region exceeding the linear portion of sin Δθ. As a result, it is possible to deal with a wider torque detection range. Further, since the entire information of sin Δθ can be utilized even in the same torque detection range, the resolution of the detected torque value can be increased. Further, since the relative angle Δθ can be calculated by a single calculation such as calculating arctan (sin Δθ / cos Δθ), a more accurate torque value can be calculated.

(2)第3実施形態に係る第3の相対角度検出装置500は、第1ステータ53及び第2ステータ55が、相対角度Δθが0°のときに第1ステータ53のコイルの出力及び第2ステータ55のコイルの出力が同位相となるように設けられている。
この構成であれば、第1ステータ53及び第2ステータ55のコイル(検出コイル)から出力される信号を用いて、上式(1)〜(4)に従って、簡易にsinΔθ及びcosΔθを演算することが可能となる。
(2) In the third relative angle detection device 500 according to the third embodiment, when the first stator 53 and the second stator 55 have a relative angle Δθ of 0 °, the output of the coil of the first stator 53 and the second The output of the coil of the stator 55 is provided so as to have the same phase.
With this configuration, sin Δθ and cos Δθ can be simply calculated according to the above equations (1) to (4) using signals output from the coils (detection coils) of the first stator 53 and the second stator 55. Is possible.

(第4実施形態)
本発明の第4実施形態は、上記第1実施形態の第1のセンサ部101に代えて、回転角度の検出に光学式エンコーダを用いる第4のセンサ部601を備えている以外は、上記第1実施形態と同じ構成となる。
以下、上記第1実施形態と同様の構成部については同じ符号を付して適宜説明を省略し、異なる部分について詳細に説明する。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment of the present invention is the same as the first embodiment except that, in place of the first sensor unit 101 of the first embodiment, a fourth sensor unit 601 that uses an optical encoder to detect the rotation angle is provided. It becomes the same structure as 1 embodiment.
Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted as appropriate, and different portions will be described in detail.

第4実施形態に係る第4のトルクセンサ6は、第4の相対角度検出装置600を備え、第4の相対角度検出装置600は、第4のセンサ部601と、相対角度演算部18とを備える。
第4のセンサ部601は、図13(a)に示すように、円環形状且つ薄板形状の第1コードホイール60及び第2コードホイール61と、第1コードホイール60の回転角度を検出する第3回転角度センサ62と、第2コードホイール61の回転角度を検出する第4回転角度センサ63とを備える。
The fourth torque sensor 6 according to the fourth embodiment includes a fourth relative angle detection device 600, and the fourth relative angle detection device 600 includes a fourth sensor unit 601 and a relative angle calculation unit 18. Prepare.
As shown in FIG. 13A, the fourth sensor unit 601 detects the rotation angle of the first code wheel 60 and the first and second code wheels 60 and 61 having an annular shape and a thin plate shape. 3 rotation angle sensor 62 and 4th rotation angle sensor 63 which detects the rotation angle of the 2nd code wheel 61 are provided.

第1コードホイール60は、板面の外周部近傍に、平面視で矩形状の貫通孔からなる複数のスリット60sが周方向に沿って等間隔に形成されている。
第2コードホイール61は、板面の外周部近傍に、平面視で矩形状の貫通孔からなる複数のスリット61sが周方向に沿って等間隔に形成されている。
また、第4実施形態では、第1コードホイール60を、入力軸22aの出力軸22b側端部(理想的にはトーションバー22cの連結位置)に入力軸22aと同期回転可能に取付けている。更に、第2コードホイール61を、出力軸22bの入力軸22a側端部(理想的にはトーションバー22cの連結位置)に出力軸22bと同期回転可能に取付けている。
In the first code wheel 60, a plurality of slits 60 s formed of rectangular through holes in a plan view are formed in the vicinity of the outer peripheral portion of the plate surface at equal intervals along the circumferential direction.
In the second code wheel 61, a plurality of slits 61s each having a rectangular through hole in a plan view are formed in the vicinity of the outer peripheral portion of the plate surface at equal intervals along the circumferential direction.
Moreover, in 4th Embodiment, the 1st code wheel 60 is attached to the output-shaft 22b side edge part (ideally the connection position of the torsion bar 22c) of the input shaft 22a so that synchronous rotation with the input shaft 22a is possible. Further, the second code wheel 61 is attached to the end of the output shaft 22b on the input shaft 22a side (ideally, the connection position of the torsion bar 22c) so as to be able to rotate synchronously with the output shaft 22b.

第3回転角度センサ62及び第4回転角度センサ63は、入力軸22aとも出力軸22bとも同期回転しない固定部位に設けられている。第3回転角度センサ62及び第4回転角度センサ63は、それぞれ、第1コードホイール60及び第2コードホイール61の回転角度に応じてサイン信号及びコサイン信号を出力するものである。
具体的に、第3回転角度センサ62は、スリットのピッチに対して電気角で90°分だけ移相させて(90°の位相差を有する状態に)配置された第1サイン光学センサ64及び第1コサイン光学センサ65を備える。また、第4回転角度センサ63は、スリットのピッチに対して電気角で90°分だけ移相させて(90°の位相差を有する状態に)配置された第2サイン光学センサ66及び第2コサイン光学センサ67を備える。
The third rotation angle sensor 62 and the fourth rotation angle sensor 63 are provided at a fixed portion where neither the input shaft 22a nor the output shaft 22b rotates synchronously. The third rotation angle sensor 62 and the fourth rotation angle sensor 63 output a sine signal and a cosine signal according to the rotation angles of the first code wheel 60 and the second code wheel 61, respectively.
Specifically, the third rotation angle sensor 62 includes a first sine optical sensor 64 disposed with a phase shift of 90 ° in electrical angle with respect to the slit pitch (with a phase difference of 90 °) and A first cosine optical sensor 65 is provided. Further, the fourth rotation angle sensor 63 shifts the phase by an electrical angle of 90 ° with respect to the slit pitch (in a state having a phase difference of 90 °) and the second sine optical sensor 66 and the second sensor. A cosine optical sensor 67 is provided.

第1サイン光学センサ64は、第1コードホイール60の回転角度に応じて第1サイン信号を出力し、第1コサイン光学センサ65は、第1コードホイールの回転角度に応じて第1コサイン信号を出力する。
また、第2サイン光学センサ66は、第2コードホイール61の回転角度に応じて第2サイン信号を出力し、第2コサイン光学センサ67は、第2コードホイール61の回転角度に応じて第2コサイン信号を出力する。
The first sine optical sensor 64 outputs a first sine signal according to the rotation angle of the first code wheel 60, and the first cosine optical sensor 65 outputs a first cosine signal according to the rotation angle of the first code wheel. Output.
The second sine optical sensor 66 outputs a second sine signal according to the rotation angle of the second code wheel 61, and the second cosine optical sensor 67 outputs the second sine signal according to the rotation angle of the second code wheel 61. Output cosine signal.

第1サイン光学センサ64は、図13(b)に示すように、軸方向断面が略U字状の検出枠62aと、光源62bと、受光部62cとを備える。
光源62bは検出枠62aの内側の上下に対向する2本の枠部のうち上側の枠部に設けられた凹部内に、受光部62cは下側の枠部に設けられた凹部内に、それぞれ光源62bからの射出光を受光部62cが受光可能に対向して配置されている。
As shown in FIG. 13B, the first sine optical sensor 64 includes a detection frame 62a having a substantially U-shaped axial section, a light source 62b, and a light receiving unit 62c.
The light source 62b is in the recess provided in the upper frame portion of the two frame portions facing the upper and lower sides inside the detection frame 62a, and the light receiving portion 62c is in the recess provided in the lower frame portion, respectively. The light receiving unit 62c is disposed so as to face the light emitted from the light source 62b so that the light can be received.

第1サイン光学センサ64は、図13(a)に示すように、検出枠62aの内側の光源62b及び受光部62cの間の空間内をスリット60a(貫通孔)の全体が通るように、第1コードホイール60の外周側端部のスリットの形成位置を含む領域を検出枠62aの2本の枠部で挟み込むように配置されている。即ち、図13(b)に示すように、光源62bからの射出光がスリット60aを通って受光部62cで受光可能に配置されている。   As shown in FIG. 13A, the first sine optical sensor 64 is configured so that the entire slit 60a (through hole) passes through the space between the light source 62b and the light receiving unit 62c inside the detection frame 62a. The area including the slit formation position at the outer peripheral end of the one code wheel 60 is arranged so as to be sandwiched between the two frame portions of the detection frame 62a. That is, as shown in FIG. 13B, the light emitted from the light source 62b passes through the slit 60a so as to be received by the light receiving unit 62c.

なお、第1コサイン光学センサ65、第2サイン光学センサ66、第2コサイン光学センサ67は、検出枠の符号を65a、66a、67aに、光源の符号を65b、66b、67bに、受光部の符号を65c、66c、67cにそれぞれ置き換えるのみで、上記第1サイン光学センサ64と同様の構成となるので説明を省略する。
また、第4実施形態では、上記第1実施形態と同様に、第1コードホイール60の回転角度(電気角度)をθisとし、第2コードホイール61の回転角度(電気角度)をθosとする。また、第1コードホイール60と第2コードホイール61との相対角度(即ち入力軸22aと出力軸22bとの相対角度)をΔθとする。
The first cosine optical sensor 65, the second cosine optical sensor 66, and the second cosine optical sensor 67 have a detection frame code of 65a, 66a, and 67a, a light source code of 65b, 66b, and 67b, and a light receiving unit. Only the reference numerals are replaced with 65c, 66c, and 67c, respectively, and the configuration is the same as that of the first sine optical sensor 64, and the description thereof is omitted.
In the fourth embodiment, similarly to the first embodiment, the rotation angle (electrical angle) of the first code wheel 60 is θ is, and the rotation angle (electrical angle) of the second code wheel 61 is θ os . To do. Further, a relative angle between the first code wheel 60 and the second code wheel 61 (that is, a relative angle between the input shaft 22a and the output shaft 22b) is set to Δθ.

また、第4実施形態においても、上記第1実施形態と同様に、θosを所定角度(例えば、0°)で固定し、θisが変化することとする。
即ち、第4実施形態では、第1サイン光学センサ64からsin(θos+Δθ)を表す第1サイン信号が出力され、第1コサイン光学センサ65からcos(θos+Δθ)を表す第1コサイン信号が出力されることとする。また、第2サイン光学センサ66からsinθosを表す第2サイン信号が出力され、第2コサイン光学センサ67からcosθosを表す第2コサイン信号が出力されることとする。
Also in the fourth embodiment, as in the first embodiment, θ os is fixed at a predetermined angle (for example, 0 °), and θ is is changed.
That is, in the fourth embodiment, a first sine signal representing sin (θ os + Δθ) is output from the first sine optical sensor 64, and a first cosine signal representing cos (θ os + Δθ) from the first cosine optical sensor 65. Is output. The second sine optical sensor 66 outputs a second sine signal representing sin θ os , and the second cosine optical sensor 67 outputs a second cosine signal representing cos θ os .

これら出力された、sin(θos+Δθ)、cos(θos+Δθ)、sinθos及びcosθosは、図14に示すように、相対角度演算部18に入力される。
第4実施形態の相対角度演算部18は、第1サイン光学センサ64、第1コサイン光学センサ65、第2サイン光学センサ66及び第2コサイン光学センサ67から入力されたsin(θos+Δθ)、cos(θos+Δθ)、sinθos及びcosθosから、上記第1実施形態と同様に、上式(1)〜(4)に従って、sinΔθ及びcosΔθを演算する。そして、演算したsinΔθ及びcosΔθから上式(5)に従って相対角度Δθを演算する。そして、演算した相対角度Δθをトルク演算部19に出力する。
ここで、第4実施形態において、第1コードホイール60の回転角度θisが回転角度θに対応し、第2コードホイール61の回転角度θosが回転角度θに対応する。
These output sin (θ os + Δθ), cos (θ os + Δθ), sinθ os and cosθ os are input to the relative angle calculator 18 as shown in FIG.
The relative angle calculation unit 18 of the fourth embodiment includes sin (θ os + Δθ) input from the first sine optical sensor 64, the first cosine optical sensor 65, the second sine optical sensor 66, and the second cosine optical sensor 67, Similar to the first embodiment, sin Δθ and cos Δθ are calculated from cos (θ os + Δθ), sin θ os and cos θ os according to the above equations (1) to (4). Then, the relative angle Δθ is calculated from the calculated sin Δθ and cos Δθ according to the above equation (5). Then, the calculated relative angle Δθ is output to the torque calculator 19.
Here, in the fourth embodiment, the rotation angle θ is of the first code wheel 60 corresponds to the rotation angle θ 1 , and the rotation angle θ os of the second code wheel 61 corresponds to the rotation angle θ 2 .

(第4実施形態の効果)
第4実施形態は、上記第1〜第3実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
(1)第4実施形態に係る第4の相対角度検出装置600は、周方向に等間隔に形成された複数のスリット60sを有し、且つ同軸上に配置されている入力軸22a及び出力軸22bのうち入力軸22aと同期回転する第1コードホイール60と、周方向に等間隔に形成された複数のスリット61sを有し、且つ入力軸22a及び出力軸22bのうち出力軸22bと同期回転する第2コードホイール61とを備える。更に、光源(光源64b及び65b)と、光源からの射出光が第1コードホイール60のスリット60sを透過した透過光を受光し、第1コードホイールの回転角度θisに応じたsinθisを表す第1サイン信号及びcosθisを表す第1コサイン信号を出力する受光部(受光部64c及び65c)とを有する第3回転角度センサ62と、光源(光源66b及び67b)と、光源からの射出光が第2コードホイール61のスリット61sを透過した透過光を受光し、第2コードホイール61の回転角度θosに応じたsinθosを表す第2サイン信号及びcosθosを表す第2コサイン信号を出力する受光部(受光部66c及び67c)と、を有する第4回転角度センサ63とを備える。なお更に、第1サイン信号及び第1コサイン信号と、第2サイン信号及び第2コサイン信号とに基づき、入力軸22aと出力軸22bとの相対角度Δθに応じたsinΔθ及びcosΔθを演算し、Δθ=arctan(sinΔθ/cosΔθ)から相対角度Δθを演算する相対角度演算部18とを備える。
(Effect of 4th Embodiment)
The fourth embodiment has the following effects in addition to the effects of the first to third embodiments.
(1) A fourth relative angle detection device 600 according to the fourth embodiment includes an input shaft 22a and an output shaft that have a plurality of slits 60s formed at equal intervals in the circumferential direction and are arranged coaxially. 22b has a first code wheel 60 that rotates synchronously with the input shaft 22a, and a plurality of slits 61s formed at equal intervals in the circumferential direction, and synchronously rotates with the output shaft 22b of the input shaft 22a and the output shaft 22b. And a second code wheel 61. Furthermore, the light source (light sources 64b and 65b) and the transmitted light that the light emitted from the light source passes through the slit 60s of the first code wheel 60 are received, and sin θ is corresponding to the rotation angle θ is of the first code wheel is represented. A third rotation angle sensor 62 having a light receiving part (light receiving parts 64c and 65c) that outputs a first sine signal and a first cosine signal representing cos θ is , a light source (light sources 66b and 67b), and light emitted from the light source There receives the light transmitted through the slit 61s of the second code wheel 61, a second cosine signal representative of a second sign signal and cos [theta] os represents the sin [theta os in accordance with the rotation angle theta os of the second code wheel 61 output And a fourth rotation angle sensor 63 having a light receiving portion (light receiving portions 66c and 67c). Furthermore, sin Δθ and cos Δθ corresponding to the relative angle Δθ between the input shaft 22a and the output shaft 22b are calculated based on the first sine signal and the first cosine signal and the second sine signal and the second cosine signal, and Δθ = Arctan (sin Δθ / cos Δθ) and a relative angle calculation unit 18 for calculating the relative angle Δθ.

この構成であれば、sinΔθ及びcosΔθの双方を演算し、演算したsinΔθをcosΔθで除算した値のアークタンジェントを演算することで相対角度Δθを演算することが可能である。これによって、sinΔθの直線部分を超える捩れ角領域でもトルクを演算することが可能となる。その結果、より幅広いトルク検出範囲に対応することが可能となる。また、同じトルク検出範囲でも、sinΔθの全体の情報を活用できるため、検出トルク値の分解能を高くすることが可能となる。また、arctan(sinΔθ/cosΔθ)を演算するといった1回の演算で相対角度Δθを演算することができるため、より高精度なトルク値を演算することが可能となる。   With this configuration, it is possible to calculate the relative angle Δθ by calculating both sin Δθ and cos Δθ and calculating the arc tangent of a value obtained by dividing the calculated sin Δθ by cos Δθ. As a result, the torque can be calculated even in the torsional angle region exceeding the linear portion of sin Δθ. As a result, it is possible to deal with a wider torque detection range. Further, since the entire information of sin Δθ can be utilized even in the same torque detection range, the resolution of the detected torque value can be increased. Further, since the relative angle Δθ can be calculated by a single calculation such as calculating arctan (sin Δθ / cos Δθ), a more accurate torque value can be calculated.

(2)第4実施形態に係る第4の相対角度検出装置600は、第3回転角度センサ62及び第4回転角度センサ63が、相対角度Δθが0°のときに第1回転角度センサの出力及び第2回転角度センサの出力が同位相となるように設けられている。
この構成であれば、第3回転角度センサ62及び第4回転角度センサ63から出力される信号を用いて、上式(1)〜(4)に従って、簡易にsinΔθ及びcosΔθを演算することが可能となる。
(2) In the fourth relative angle detection device 600 according to the fourth embodiment, the third rotation angle sensor 62 and the fourth rotation angle sensor 63 output the first rotation angle sensor when the relative angle Δθ is 0 °. And the output of the second rotation angle sensor is provided to have the same phase.
With this configuration, it is possible to easily calculate sin Δθ and cos Δθ using the signals output from the third rotation angle sensor 62 and the fourth rotation angle sensor 63 according to the above equations (1) to (4). It becomes.

(第5実施形態)
本発明の第5実施形態は、上記第1実施形態の第1のセンサ部101に代えて、回転角度の検出に渦電流を用いる第5のセンサ部701を備えている以外は、上記第1実施形態と同じ構成となる。
以下、上記第1実施形態と同様の構成部については同じ符号を付して適宜説明を省略し、異なる部分について詳細に説明する。
(Fifth embodiment)
5th Embodiment of this invention replaces the 1st sensor part 101 of the said 1st Embodiment, and is equipped with the 5th sensor part 701 which uses an eddy current for the detection of a rotation angle, said 1st above-mentioned. It becomes the same structure as embodiment.
Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted as appropriate, and different portions will be described in detail.

第5実施形態に係る第5のトルクセンサ7は、図15(a)に示すように、第5の相対角度検出装置700を備え、第5の相対角度検出装置700は、第5のセンサ部701と、相対角度演算部18とを備える。
第5のセンサ部701は、第1ターゲット70及び第2ターゲット71と、第1ターゲット70の回転角度を検出する第5回転角度センサ72と、第2ターゲット71の回転角度を検出する第6回転角度センサ73とを備える。
As shown in FIG. 15A, the fifth torque sensor 7 according to the fifth embodiment includes a fifth relative angle detection device 700, and the fifth relative angle detection device 700 includes a fifth sensor unit. 701 and a relative angle calculation unit 18.
The fifth sensor unit 701 includes a first target 70 and a second target 71, a fifth rotation angle sensor 72 that detects the rotation angle of the first target 70, and a sixth rotation that detects the rotation angle of the second target 71. An angle sensor 73.

第1ターゲット70は、環状且つ薄板形状の導体から構成された第1環状導体70aと、第1環状導体70aの外径側端部を、軸方向から平面視して周方向に沿って正弦波状に変化する形状に形成してなる第1正弦波状部70bとを備える。即ち、第1正弦波状部70bは、径方向の幅が正弦波状に変化する形状となる。
第2ターゲット71は、環状且つ薄板形状の導体から構成された第2環状導体71aと、第2環状導体71aの外径側端部を、軸方向から平面視して周方向に沿って正弦波状に変化する形状に形成してなる第2正弦波状部71bとを備える。即ち、第2正弦波状部71bは、径方向の幅が正弦波状に変化する形状となる。
The first target 70 is a sine wave shape along the circumferential direction of the first annular conductor 70a composed of an annular and thin plate-shaped conductor and the outer diameter side end of the first annular conductor 70a in plan view from the axial direction. And a first sine wave-like portion 70b formed in a shape that changes to the above. That is, the first sinusoidal portion 70b has a shape in which the radial width changes in a sinusoidal shape.
The second target 71 has a sine wave shape along the circumferential direction of the second annular conductor 71a composed of an annular and thin plate-shaped conductor and the outer diameter side end of the second annular conductor 71a in plan view from the axial direction. And a second sinusoidal portion 71b formed in a shape that changes to the above. That is, the second sinusoidal portion 71b has a shape in which the radial width changes in a sinusoidal shape.

第1ターゲット70及び第2ターゲット71は、例えば、アルミニウム、鋼、銅等の金属、または金属を含有するプラスチック材料等の導体から構成することが可能である。
また、第5実施形態では、第1ターゲット70を、入力軸22aの出力軸22b側端部(理想的にはトーションバー22cの連結位置)に入力軸22aと同期回転可能に取付けている。更に、第2ターゲット71を、出力軸22bの入力軸22a側端部(理想的にはトーションバー22cの連結位置)に出力軸22bと同期回転可能に取付けている。
The 1st target 70 and the 2nd target 71 can be comprised from conductors, such as metals, such as aluminum, steel, copper, or a plastic material containing a metal, for example.
Moreover, in 5th Embodiment, the 1st target 70 is attached to the output-shaft 22b side edge part (ideally the connection position of the torsion bar 22c) of the input shaft 22a so that synchronous rotation with the input shaft 22a is possible. Further, the second target 71 is attached to the end of the output shaft 22b on the input shaft 22a side (ideally, the connection position of the torsion bar 22c) so as to be able to rotate synchronously with the output shaft 22b.

第5回転角度センサ72及び第6回転角度センサ73は、入力軸22aとも出力軸22bとも同期回転しない固定部位に設けられている。第5回転角度センサ72及び第6回転角度センサ73は、それぞれ、第1ターゲット70及び第2ターゲット71の回転角度に応じてサイン信号及びコサイン信号を出力するものである。
具体的に、第5回転角度センサ72は、図15(b)に示すように、基板72sを備える。さらに、基板72sの表側面72a上に、第1ターゲット70の第1正弦波状部70bに対してインダクタンスの変化が+Sin、+Cos、−Sin、−Cosとなる位置に実装された平面コイルL1、L2、L3、L4を備える。
The fifth rotation angle sensor 72 and the sixth rotation angle sensor 73 are provided at a fixed portion where neither the input shaft 22a nor the output shaft 22b rotates synchronously. The fifth rotation angle sensor 72 and the sixth rotation angle sensor 73 output a sine signal and a cosine signal according to the rotation angles of the first target 70 and the second target 71, respectively.
Specifically, the fifth rotation angle sensor 72 includes a substrate 72s as shown in FIG. Furthermore, the planar coils L1, L2 mounted on the front side surface 72a of the substrate 72s at positions where the change in inductance becomes + Sin, + Cos, -Sin, -Cos with respect to the first sinusoidal portion 70b of the first target 70. , L3, L4.

さらに、第5回転角度センサ72は、図15(c)に示すように、基板72sの裏側面72b上に実装された、ASIC(特定用途向けIC)72cと、周辺回路72dとを備える。
また、第5実施形態では、第5回転角度センサ72を、その平面コイルL1〜L4が第1ターゲット70の第1正弦波状部70bと対向するように、第1ターゲット70に対してアキシアル方向に対向させて配置している。また、第6回転角度センサ73を、その平面コイルL1〜L4が第2ターゲット71の第2正弦波状部71bと対向するように、第2ターゲット71に対してアキシアル方向に対向させて配置している。
Further, as shown in FIG. 15C, the fifth rotation angle sensor 72 includes an ASIC (specific application IC) 72c mounted on the back side surface 72b of the substrate 72s, and a peripheral circuit 72d.
In the fifth embodiment, the fifth rotation angle sensor 72 is arranged in the axial direction with respect to the first target 70 such that the planar coils L1 to L4 face the first sinusoidal portion 70b of the first target 70. They are placed facing each other. Further, the sixth rotation angle sensor 73 is disposed so as to face the second target 71 in the axial direction so that the planar coils L1 to L4 face the second sine wave portion 71b of the second target 71. Yes.

第5回転角度センサ72は、平面コイルL1〜L4に電流を流してこれら平面コイルを励磁させ、この励磁による磁束によって第1ターゲット70に渦電流を発生させる。そして、周辺回路72dにおいて、この発生した渦電流によって平面コイルL1〜L4のインダクタンスが減少する際の電圧変化(渦電流損失)を検出する。この電圧変化は、周辺回路72dによって、+Sin、+Cos、−Sin、−Cosの差動信号として検出される。第5回転角度センサ72は、周辺回路72dで検出した第1ターゲット70の回転角度に応じた差動信号を、ASIC72cによって、シングルエンドの信号に変換する。そして、変換後の信号である第1サイン信号及び第1コサイン信号を出力する。   The fifth rotation angle sensor 72 applies current to the planar coils L1 to L4 to excite these planar coils, and generates an eddy current in the first target 70 by the magnetic flux generated by this excitation. Then, the peripheral circuit 72d detects a voltage change (eddy current loss) when the inductance of the planar coils L1 to L4 decreases due to the generated eddy current. This voltage change is detected as a differential signal of + Sin, + Cos, -Sin, and -Cos by the peripheral circuit 72d. The fifth rotation angle sensor 72 converts a differential signal corresponding to the rotation angle of the first target 70 detected by the peripheral circuit 72d into a single-ended signal by the ASIC 72c. And the 1st sine signal and 1st cosine signal which are the signals after conversion are output.

一方、第6回転角度センサ73は、第5回転角度センサ72において、基板の符号を73sに、表側面の符号を73aに、裏側面の符号を73bに、ASICの符号を73cに、周辺回路の符号を73dにそれぞれ置き換えるのみで、上記第5回転角度センサ72と同様の構成となるので説明を省略する。
そして、第6回転角度センサ73は、周辺回路73dで検出した第2ターゲット71の回転角度に応じた差動信号を、ASIC73cにおいてシングルエンドの信号に変換する。そして、変換後の信号である第2サイン信号及び第2コサイン信号を出力する。
On the other hand, the sixth rotation angle sensor 73 is the same as the fifth rotation angle sensor 72 in that the substrate code is 73s, the front side code is 73a, the back side code is 73b, the ASIC code is 73c, and the peripheral circuit. Is replaced with 73d, and the configuration is the same as that of the fifth rotation angle sensor 72, and the description thereof is omitted.
The sixth rotation angle sensor 73 converts the differential signal corresponding to the rotation angle of the second target 71 detected by the peripheral circuit 73d into a single-ended signal in the ASIC 73c. And the 2nd sine signal and 2nd cosine signal which are the signals after conversion are output.

また、第5実施形態では、上記第1実施形態と同様に、第1ターゲット70の回転角度(電気角度)をθisとし、第2ターゲット71の回転角度(電気角度)をθosとする。また、第1ターゲット70と第2ターゲット71との相対角度(即ち入力軸22aと出力軸22bとの相対角度)をΔθとする。
また、第5実施形態においても、上記第1実施形態と同様に、θosを所定角度(例えば、0°)で固定し、θisが変化することとする。
In the fifth embodiment, similarly to the first embodiment, the rotation angle (electrical angle) of the first target 70 is θ is, and the rotation angle (electrical angle) of the second target 71 is θ os . Further, a relative angle between the first target 70 and the second target 71 (that is, a relative angle between the input shaft 22a and the output shaft 22b) is set to Δθ.
Also in the fifth embodiment, similarly to the first embodiment, θ os is fixed at a predetermined angle (for example, 0 °), and θ is is changed.

即ち、第5実施形態では、第5回転角度センサ72からsin(θos+Δθ)を表す第1サイン信号、及びcos(θos+Δθ)を表す第1コサイン信号が出力される。また、第6回転角度センサ73からsinθosを表す第2サイン信号、及びcosθosを表す第2コサイン信号が出力される。
これら出力された、sin(θos+Δθ)、cos(θos+Δθ)、sinθos及びcosθosは、図16に示すように、相対角度演算部18に入力される。
That is, in the fifth embodiment, the fifth rotation angle sensor 72 outputs a first sine signal representing sin (θ os + Δθ) and a first cosine signal representing cos (θ os + Δθ). The second cosine signal representative of a second sign signal, and cos [theta] os from sixth rotation angle sensor 73 representative of the sin [theta os is output.
These output sin (θ os + Δθ), cos (θ os + Δθ), sinθ os and cosθ os are input to the relative angle calculator 18 as shown in FIG.

第5実施形態の相対角度演算部18は、第5回転角度センサ72及び第6回転角度センサ73から入力されたsin(θos+Δθ)、cos(θos+Δθ)、sinθos及びcosθosから、上記第1実施形態と同様に、上式(1)〜(4)に従って、sinΔθ及びcosΔθを演算する。そして、演算したsinΔθ及びcosΔθから上式(5)に従って相対角度Δθを演算する。そして、演算した相対角度Δθをトルク演算部19に出力する。
ここで、第5実施形態において、第1ターゲット70の回転角度θisが回転角度θに対応し、第2ターゲット71の回転角度θosが回転角度θに対応する。また、平面コイルL1、L2、L3、L4がインダクタンス素子に対応する。
The relative angle calculating portion 18 of the fifth embodiment, the fifth rotation angle sensor 72 and a sixth rotation angle sensor 73 is input from the sin (θ os + Δθ), cos (θ os + Δθ), the sin [theta os and cos [theta] os, Similar to the first embodiment, sin Δθ and cos Δθ are calculated according to the above equations (1) to (4). Then, the relative angle Δθ is calculated from the calculated sin Δθ and cos Δθ according to the above equation (5). Then, the calculated relative angle Δθ is output to the torque calculator 19.
Here, in the fifth embodiment, the rotation angle θ is of the first target 70 corresponds to the rotation angle θ 1 , and the rotation angle θ os of the second target 71 corresponds to the rotation angle θ 2 . Further, the planar coils L1, L2, L3, and L4 correspond to inductance elements.

(第5実施形態の効果)
第5実施形態は、上記第1〜第4実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
(1)第5実施形態に係る第5の相対角度検出装置700は、周方向に沿って径方向の幅が正弦波状に変化する環状の第1正弦波状部70bを有し、且つ同軸上に配置されている入力軸22a及び出力軸22bのうち入力軸22aと同期回転する第1ターゲット70を備える。更に、周方向に沿って径方向の幅が正弦波状に変化する環状の第2正弦波状部71bを有し、且つ入力軸22a及び出力軸22bのうち出力軸22bと同期回転する第2ターゲット71を備える。更に、第1正弦波状部70bと所定間隙を空けて固定側に対向配置された複数のインダクタンス素子(平面コイルL1〜L4)を有し、第1ターゲット70の回転角度θisに応じた渦電流損失を検出してsinθisを表す第1サイン信号及びcosθisを表す第1コサイン信号を出力する第5回転角度センサ72を備える。更に、第2正弦波状部71bと所定間隙を空けて固定側に対向配置された複数のインダクタンス素子(平面コイルL1〜L4)を有し、第2ターゲット71の回転角度θosに応じた渦電流損失を検出してsinθosを表す第2サイン信号及びcosθosを表す第2コサイン信号を出力する第6回転角度センサ73を備える。更に、第1サイン信号及び第1コサイン信号と、第2サイン信号及び第2コサイン信号とに基づき、入力軸22aと出力軸22bとの相対角度Δθに応じたsinΔθ及びcosΔθを演算し、Δθ=arctan(sinΔθ/cosΔθ)から相対角度Δθを演算する相対角度演算部18を備える。
(Effect of 5th Embodiment)
In addition to the effects of the first to fourth embodiments, the fifth embodiment has the following effects.
(1) The fifth relative angle detection device 700 according to the fifth embodiment has an annular first sine wave portion 70b whose radial width changes in a sine wave shape along the circumferential direction, and is coaxial. A first target 70 that rotates synchronously with the input shaft 22a among the input shaft 22a and the output shaft 22b that are arranged is provided. Furthermore, the second target 71 has an annular second sine wave portion 71b whose diametrical width changes in a sine wave shape along the circumferential direction, and rotates synchronously with the output shaft 22b of the input shaft 22a and the output shaft 22b. Is provided. Furthermore, it has a plurality of inductance elements (planar coils L1 to L4) arranged on the fixed side with a predetermined gap from the first sinusoidal portion 70b, and an eddy current corresponding to the rotation angle θ is of the first target 70 loss detect and comprises a fifth rotational angle sensor 72 for outputting a first cosine signal representative of a first sign signal and cos [theta] iS represents a sin [theta iS. Furthermore, it has a plurality of inductance elements (planar coils L1 to L4) arranged on the fixed side with a predetermined gap from the second sinusoidal portion 71b, and an eddy current corresponding to the rotation angle θ os of the second target 71 loss detect and comprising a sixth rotation angle sensor 73 for outputting a second cosine signal representative of a second sign signal and cos [theta] os represents the sin [theta os. Further, based on the first sine signal and the first cosine signal and the second sine signal and the second cosine signal, sin Δθ and cos Δθ corresponding to the relative angle Δθ between the input shaft 22a and the output shaft 22b are calculated, and Δθ = A relative angle calculation unit 18 for calculating a relative angle Δθ from arctan (sin Δθ / cos Δθ) is provided.

この構成であれば、sinΔθ及びcosΔθの双方を演算し、演算したsinΔθをcosΔθで除算した値のアークタンジェントを演算することで相対角度Δθを演算することが可能である。これによって、sinΔθの直線部分を超える捩れ角領域でもトルクを演算することが可能となる。その結果、より幅広いトルク検出範囲に対応することが可能となる。また、同じトルク検出範囲でも、sinΔθの全体の情報を活用できるため、検出トルク値の分解能を高くすることが可能となる。また、arctan(sinΔθ/cosΔθ)を演算するといった1回の演算で相対角度Δθを演算することができるため、より高精度なトルク値を演算することが可能となる。   With this configuration, it is possible to calculate the relative angle Δθ by calculating both sin Δθ and cos Δθ and calculating the arc tangent of a value obtained by dividing the calculated sin Δθ by cos Δθ. As a result, the torque can be calculated even in the torsional angle region exceeding the linear portion of sin Δθ. As a result, it is possible to deal with a wider torque detection range. Further, since the entire information of sin Δθ can be utilized even in the same torque detection range, the resolution of the detected torque value can be increased. Further, since the relative angle Δθ can be calculated by a single calculation such as calculating arctan (sin Δθ / cos Δθ), a more accurate torque value can be calculated.

(2)第1ターゲット70は、第1環状導体70aと、第1環状導体70aの外径側端部を軸方向から平面視して正弦波状に変化する形状に形成してなる第1正弦波状部70bとを有する。更に、第2ターゲット71は、第2環状導体71aと、第2環状導体71aの外径側端部を軸方向から平面視して正弦波状に変化する形状に形成してなる第2正弦波状部71bとを有する。更に、第5回転角度センサ72は、該第5回転角度センサ72の有する複数のインダクタンス素子(平面コイルL1〜L4)が第1正弦波状部70bと対向するように第1ターゲット70の軸方向の一方の端面に対向して配置されている。更に、第6回転角度センサ73は、該第6回転角度センサ73の有する複数のインダクタンス素子(平面コイルL1〜L4)が第2正弦波状部71bと対向するように第2ターゲット71の軸方向の一方の端面に対向して配置されている。
この構成であれば、例えば、ターゲットに対してラジアル方向の配置スペースが取れない場合などにおいて、アキシアル対向で回転角度センサを配置することが可能となる。
(2) The first target 70 has a first sinusoidal shape formed by changing the first annular conductor 70a and the outer diameter side end of the first annular conductor 70a into a sinusoidal shape in plan view from the axial direction. Part 70b. Furthermore, the second target 71 has a second annular conductor 71a and a second sinusoidal portion formed by changing the outer diameter side end of the second annular conductor 71a into a sinusoidal shape in plan view from the axial direction. 71b. Further, the fifth rotation angle sensor 72 is arranged in the axial direction of the first target 70 so that a plurality of inductance elements (planar coils L1 to L4) included in the fifth rotation angle sensor 72 are opposed to the first sine wave portion 70b. It arrange | positions facing one end surface. Further, the sixth rotation angle sensor 73 is arranged in the axial direction of the second target 71 so that the plurality of inductance elements (planar coils L1 to L4) of the sixth rotation angle sensor 73 are opposed to the second sine wave portion 71b. It arrange | positions facing one end surface.
With this configuration, for example, when the arrangement space in the radial direction cannot be obtained with respect to the target, the rotation angle sensor can be arranged in the axially opposed manner.

(第6実施形態)
(構成)
本発明の第6実施形態は、上記第1実施形態の第1のセンサ部101に代えて、回転角度の検出に渦電流を用いる第6のセンサ部801を備えている以外は、上記第1実施形態と同じ構成となる。
(Sixth embodiment)
(Constitution)
The sixth embodiment of the present invention is the same as the first embodiment except that, instead of the first sensor unit 101 of the first embodiment, a sixth sensor unit 801 that uses an eddy current to detect the rotation angle is provided. It becomes the same structure as embodiment.

以下、上記第1実施形態と同様の構成部については同じ符号を付して適宜説明を省略し、異なる部分について詳細に説明する。
第6実施形態に係る第6のトルクセンサ8は、第6の相対角度検出装置800を備え、第6の相対角度検出装置800は、第6のセンサ部801と、相対角度演算部18とを備える。
Hereinafter, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted as appropriate, and different portions will be described in detail.
The sixth torque sensor 8 according to the sixth embodiment includes a sixth relative angle detection device 800, and the sixth relative angle detection device 800 includes a sixth sensor unit 801 and a relative angle calculation unit 18. Prepare.

第6のセンサ部801は、第3ターゲット80及び第4ターゲット81と、第3ターゲット80の回転角度を検出する第7回転角度センサ82と、第4ターゲット81の回転角度を検出する第8回転角度センサ83とを備える。
第3ターゲット80は、円筒状の第1円筒体80aと、第1円筒体80aの外周部に周方向に沿って環状に形成された、平面視で2つの正弦波が上下線対称に合わさった形状の第3正弦波状部80bとを備える。即ち、第3正弦波状部80bは、軸方向の幅が正弦波状に変化する形状となる。
The sixth sensor unit 801 includes a third target 80 and a fourth target 81, a seventh rotation angle sensor 82 that detects the rotation angle of the third target 80, and an eighth rotation that detects the rotation angle of the fourth target 81. An angle sensor 83.
The third target 80 is formed in a circular shape along the circumferential direction on the outer peripheral portion of the first cylindrical body 80a and the first cylindrical body 80a, and two sine waves are vertically symmetrical with each other in plan view. And a third sine wave portion 80b having a shape. That is, the third sinusoidal portion 80b has a shape in which the axial width changes in a sinusoidal shape.

第4ターゲット81は、円筒状の第2円筒体81aと、第2円筒体81aの外周部に周方向に沿って環状に形成された、平面視で2つの正弦波形状が上下線対称に合わさった形状の第4正弦波状部81bとを備える。即ち、第4正弦波状部81bは、軸方向の幅が正弦波状に変化する形状となる。
第3正弦波状部80b及び第4正弦波状部81bは、例えば、アルミニウム、鋼、銅等の金属、または金属を含有するプラスチック材料等の導体から構成することができる。
The fourth target 81 has a cylindrical second cylindrical body 81a and two sine wave shapes formed in an annular shape along the circumferential direction on the outer peripheral portion of the second cylindrical body 81a so that the two sine wave shapes are symmetrically aligned with each other in a plan view. And a fourth sine wave-shaped portion 81b having the shape. That is, the fourth sinusoidal portion 81b has a shape in which the axial width changes to a sinusoidal shape.
The 3rd sine wave-shaped part 80b and the 4th sine wave-shaped part 81b can be comprised from conductors, such as metals, such as aluminum, steel, copper, or a plastic material containing a metal, for example.

また、第6実施形態では、第3ターゲット80を、入力軸22aの出力軸22b側端部(理想的にはトーションバー22cの連結位置)に入力軸22aと同期回転可能に取付けている。更に、第4ターゲット81を、出力軸22bの入力軸22a側端部(理想的にはトーションバー22cの連結位置)に出力軸22bと同期回転可能に取付けている。
第7回転角度センサ82及び第8回転角度センサ83は、入力軸22aとも出力軸22bとも同期回転しない固定部位に設けられている。第7回転角度センサ82及び第8回転角度センサ83は、それぞれ、第3ターゲット80及び第4ターゲット81の回転角度に応じてサイン信号及びコサイン信号を出力するものである。
In the sixth embodiment, the third target 80 is attached to the end of the input shaft 22a on the output shaft 22b side (ideally, the connection position of the torsion bar 22c) so as to be able to rotate synchronously with the input shaft 22a. Furthermore, the fourth target 81 is attached to the end of the output shaft 22b on the input shaft 22a side (ideally, the connection position of the torsion bar 22c) so as to be able to rotate synchronously with the output shaft 22b.
The seventh rotation angle sensor 82 and the eighth rotation angle sensor 83 are provided at a fixed portion where neither the input shaft 22a nor the output shaft 22b rotates synchronously. The seventh rotation angle sensor 82 and the eighth rotation angle sensor 83 output a sine signal and a cosine signal according to the rotation angles of the third target 80 and the fourth target 81, respectively.

具体的に、第7回転角度センサ82は、図17(a)に示すように、第3ターゲット80の外周面と対向する面が外周面に沿った曲面状となっている。そして、第7回転角度センサ82は、図17(b)に示すように、曲面82a上に設けられた平面コイルL1、L2、L3、L4を備える。
即ち、第6実施形態では、図17(a)に示すように、第7回転角度センサ82を、その平面コイルL1〜L4が第3ターゲット80の第3正弦波状部80bに所定間隙を空けて対向するように、第3ターゲット80に対してラジアル方向に対向させて配置している。
Specifically, as shown in FIG. 17A, the seventh rotation angle sensor 82 has a curved surface along the outer peripheral surface that faces the outer peripheral surface of the third target 80. And the 7th rotation angle sensor 82 is provided with the planar coils L1, L2, L3, L4 provided on the curved surface 82a, as shown in FIG.17 (b).
That is, in the sixth embodiment, as shown in FIG. 17A, the seventh rotation angle sensor 82 has a planar coil L <b> 1 to L <b> 4 with a predetermined gap in the third sine wave portion 80 b of the third target 80. In order to face each other, the third target 80 is arranged to face the third target 80 in the radial direction.

ここで、曲面82a上に設けられた平面コイルL1〜L4は、第3ターゲット80の第3正弦波状部80bに対してインダクタンスの変化が+Sin、+Cos、−Sin、−Cosとなる位置関係に配置されている。
さらに、第7回転角度センサ82は、図17(c)に示すように、曲面82aの反対側の面82b側から見て、内部に基板82sを備え、この基板82sの曲面82a側の面上に実装された、ASIC82cと、周辺回路82dとを備える。
Here, the planar coils L <b> 1 to L <b> 4 provided on the curved surface 82 a are arranged in a positional relationship such that the change in inductance is + Sin, + Cos, −Sin, −Cos with respect to the third sine wave-shaped portion 80 b of the third target 80. Has been.
Further, as shown in FIG. 17C, the seventh rotation angle sensor 82 includes a substrate 82s inside as viewed from the surface 82b opposite to the curved surface 82a. On the surface of the substrate 82s on the curved surface 82a side. And an ASIC 82c and a peripheral circuit 82d.

第7回転角度センサ82は、平面コイルL1〜L4に電流を流してこれら平面コイルを励磁させ、この励磁による磁束によって第3ターゲット80に渦電流を発生させる。そして、この発生した渦電流によって渦電流損失が発生し、平面コイルL1〜L4のインダクタンスが減少する。その際の電圧変化を、周辺回路82dにおいて検出する。この電圧変化は、+Sin、+Cos、−Sin、−Cosの差動信号として検出される。   The seventh rotation angle sensor 82 applies current to the planar coils L1 to L4 to excite these planar coils, and generates an eddy current in the third target 80 by the magnetic flux generated by this excitation. And the eddy current loss generate | occur | produces by this generated eddy current, and the inductance of the planar coils L1-L4 reduces. The voltage change at that time is detected by the peripheral circuit 82d. This voltage change is detected as a differential signal of + Sin, + Cos, -Sin, and -Cos.

即ち、第7回転角度センサ82は、第3ターゲット80の回転角度に応じた差動信号を周辺回路82dで検出し、ASIC82cによって、検出した差動信号をシングルエンドの信号に変換する。そして、変換後の信号である第1サイン信号及び第1コサイン信号を出力する。
一方、第8回転角度センサ83は、図17(a)に示すように、第4ターゲット81の外周面と対向する面が外周面に沿った曲面状となっている。
That is, the seventh rotation angle sensor 82 detects the differential signal corresponding to the rotation angle of the third target 80 by the peripheral circuit 82d, and converts the detected differential signal into a single-ended signal by the ASIC 82c. And the 1st sine signal and 1st cosine signal which are the signals after conversion are output.
On the other hand, as shown in FIG. 17A, the eighth rotation angle sensor 83 has a curved surface along the outer peripheral surface that faces the outer peripheral surface of the fourth target 81.

ここで、第8回転角度センサ83は、曲面の符号を83aに、曲面82aの反対側の面の符号を83bに、基板の符号を83Sに、ASICの符号を83cに、周辺回路の符号を83dにそれぞれ置き換えるのみで、上記第7回転角度センサ82と同様の構成となるので説明を省略する。
そして、第6実施形態では、図17(a)に示すように、第8回転角度センサ83を、その平面コイルL1〜L4が第4ターゲット81の第4正弦波状部81bに所定間隙を空けて対向するように、第4ターゲット81に対してラジアル方向に対向させて配置している。
Here, the eighth rotation angle sensor 83 has the curved surface code 83a, the surface opposite the curved surface 82a code 83b, the substrate code 83S, the ASIC code 83c, and the peripheral circuit code. Since the configuration is the same as that of the seventh rotation angle sensor 82 only by replacing with 83d, description thereof will be omitted.
And in 6th Embodiment, as shown to Fig.17 (a), as for the 8th rotation angle sensor 83, the planar coils L1-L4 leave a predetermined gap in the 4th sine wave-shaped part 81b of the 4th target 81. FIG. It arrange | positions so that it may oppose with respect to the 4th target 81 in the radial direction so that it may oppose.

更に、第8回転角度センサ83は、第4ターゲット81の回転角度に応じた差動信号を周辺回路83dで検出し、ASIC83cによって、検出した差動信号をシングルエンドの信号に変換する。そして、変換後の信号である第2サイン信号及び第2コサイン信号を出力する。
また、第6実施形態では、上記第1実施形態と同様に、第3ターゲット80の回転角度(電気角度)をθisとし、第4ターゲット81の回転角度(電気角度)をθosとする。また、第3ターゲット80と第4ターゲット81との相対角度(即ち入力軸22aと出力軸22bとの相対角度)をΔθとする。
Further, the eighth rotation angle sensor 83 detects a differential signal corresponding to the rotation angle of the fourth target 81 by the peripheral circuit 83d, and converts the detected differential signal into a single-ended signal by the ASIC 83c. And the 2nd sine signal and 2nd cosine signal which are the signals after conversion are output.
In the sixth embodiment, similarly to the first embodiment, the rotation angle (electrical angle) of the third target 80 is θ is and the rotation angle (electrical angle) of the fourth target 81 is θ os . Further, a relative angle between the third target 80 and the fourth target 81 (that is, a relative angle between the input shaft 22a and the output shaft 22b) is set to Δθ.

また、第6実施形態においても、上記第1実施形態と同様に、θosを所定角度(例えば、0°)で固定し、θisが変化することとする。
即ち、第6実施形態では、第7回転角度センサ82からsin(θos+Δθ)を表す第1サイン信号、及びcos(θos+Δθ)を表す第1コサイン信号が出力される。また、第8回転角度センサ83からsinθosを表す第2サイン信号、及びcosθosを表す第2コサイン信号が出力される。
Also in the sixth embodiment, similarly to the first embodiment, θ os is fixed at a predetermined angle (for example, 0 °), and θ is is changed.
That is, in the sixth embodiment, a first sine signal representing sin (θ os + Δθ) and a first cosine signal representing cos (θ os + Δθ) are output from the seventh rotation angle sensor 82. The second cosine signal representative of a second sign signal, and cos [theta] os from the eighth rotation angle sensor 83 representative of the sin [theta os is output.

これら出力された、sin(θos+Δθ)、cos(θos+Δθ)、sinθos及びcosθosは、図18に示すように、相対角度演算部18に入力される。
第6実施形態の相対角度演算部18は、第7回転角度センサ82及び第8回転角度センサ83から入力されたsin(θos+Δθ)、cos(θos+Δθ)、sinθos及びcosθosから、上記第1実施形態と同様に、上式(1)〜(4)に従って、sinΔθ及びcosΔθを演算する。そして、演算したsinΔθ及びcosΔθから上式(5)に従って相対角度Δθを演算する。そして、演算した相対角度Δθをトルク演算部19に出力する。
ここで、第6実施形態において、第3ターゲット80の回転角度θisが回転角度θに対応し、第4ターゲット81の回転角度θosが回転角度θに対応する。また、平面コイルL1、L2、L3、L4がインダクタンス素子に対応する。
These output sin (θ os + Δθ), cos (θ os + Δθ), sinθ os and cosθ os are input to the relative angle calculator 18 as shown in FIG.
The relative angle calculating portion 18 of the sixth embodiment, the seventh rotary angle sensor 82 and the eighth rotary angle sensor 83 is input from the sin (θ os + Δθ), cos (θ os + Δθ), the sin [theta os and cos [theta] os, Similar to the first embodiment, sin Δθ and cos Δθ are calculated according to the above equations (1) to (4). Then, the relative angle Δθ is calculated from the calculated sin Δθ and cos Δθ according to the above equation (5). Then, the calculated relative angle Δθ is output to the torque calculator 19.
Here, in the sixth embodiment, the rotation angle θ is of the third target 80 corresponds to the rotation angle θ 1 , and the rotation angle θ os of the fourth target 81 corresponds to the rotation angle θ 2 . Further, the planar coils L1, L2, L3, and L4 correspond to inductance elements.

(1)第6実施形態に係る第6の相対角度検出装置800は、周方向に沿って軸方向の幅が正弦波状に変化する環状の第3正弦波状部80bを有し、且つ同軸上に配置されている入力軸22a及び出力軸22bのうち入力軸22aと同期回転する第3ターゲット80を備える。更に、周方向に沿って軸方向の幅が正弦波状に変化する環状の第4正弦波状部81bを有し、且つ入力軸22a及び出力軸22bのうち出力軸22bと同期回転する第4ターゲット81を備える。更に、第3正弦波状部80bと所定間隙を空けて固定側に対向配置された複数のインダクタンス素子(平面コイルL1〜L4)を有し、第3ターゲット80の回転角度θisに応じた渦電流損失を検出してsinθisを表す第1サイン信号及びcosθisを表す第1コサイン信号を出力する第7回転角度センサ82を備える。更に、第4正弦波状部81bと所定間隙を空けて固定側に対向配置された複数のインダクタンス素子(平面コイルL1〜L4)を有し、第4ターゲット81の回転角度θosに応じた渦電流損失を検出してsinθosを表す第2サイン信号及びcosθosを表す第2コサイン信号を出力する第8回転角度センサ83を備える。更に、第1サイン信号及び第1コサイン信号と、第2サイン信号及び第2コサイン信号とに基づき、入力軸22aと出力軸22bとの相対角度Δθに応じたsinΔθ及びcosΔθを演算し、Δθ=arctan(sinΔθ/cosΔθ)から相対角度Δθを演算する相対角度演算部18を備える。 (1) The sixth relative angle detection device 800 according to the sixth embodiment has an annular third sine wave portion 80b whose axial width changes in a sine wave shape along the circumferential direction, and is coaxially arranged. A third target 80 that rotates synchronously with the input shaft 22a among the arranged input shaft 22a and output shaft 22b is provided. Further, the fourth target 81 has an annular fourth sine wave portion 81b whose axial width changes in a sine wave shape along the circumferential direction, and rotates synchronously with the output shaft 22b of the input shaft 22a and the output shaft 22b. Is provided. Furthermore, it has a plurality of inductance elements (planar coils L1 to L4) arranged on the fixed side with a predetermined gap from the third sinusoidal portion 80b, and an eddy current corresponding to the rotation angle θ is of the third target 80 loss detect and comprising a seventh rotary angle sensor 82 for outputting a first cosine signal representative of a first sign signal and cos [theta] iS represents a sin [theta iS. Furthermore, it has a plurality of inductance elements (planar coils L1 to L4) arranged to face the fixed side with a predetermined gap from the fourth sinusoidal portion 81b, and an eddy current corresponding to the rotation angle θ os of the fourth target 81 loss detect and comprises an eighth rotational angle sensor 83 which outputs a second cosine signal representative of a second sign signal and cos [theta] os represents the sin [theta os. Further, based on the first sine signal and the first cosine signal and the second sine signal and the second cosine signal, sin Δθ and cos Δθ corresponding to the relative angle Δθ between the input shaft 22a and the output shaft 22b are calculated, and Δθ = A relative angle calculation unit 18 for calculating a relative angle Δθ from arctan (sin Δθ / cos Δθ) is provided.

この構成であれば、sinΔθ及びcosΔθの双方を演算し、演算したsinΔθをcosΔθで除算した値のアークタンジェントを演算することで相対角度Δθを演算することが可能である。これによって、sinΔθの直線部分を超える捩れ角領域でもトルクを演算することが可能となる。その結果、より幅広いトルク検出範囲に対応することが可能となる。また、同じトルク検出範囲でも、sinΔθの全体の情報を活用できるため、検出トルク値の分解能を高くすることが可能となる。また、arctan(sinΔθ/cosΔθ)を演算するといった1回の演算で相対角度Δθを演算することができるため、より高精度なトルク値を演算することが可能となる。   With this configuration, it is possible to calculate the relative angle Δθ by calculating both sin Δθ and cos Δθ and calculating the arc tangent of a value obtained by dividing the calculated sin Δθ by cos Δθ. As a result, the torque can be calculated even in the torsional angle region exceeding the linear portion of sin Δθ. As a result, it is possible to deal with a wider torque detection range. Further, since the entire information of sin Δθ can be utilized even in the same torque detection range, the resolution of the detected torque value can be increased. Further, since the relative angle Δθ can be calculated by a single calculation such as calculating arctan (sin Δθ / cos Δθ), a more accurate torque value can be calculated.

(2)第3ターゲット80は、第1円筒体80aと、第1円筒体80aの外周面に設けられた、該外周面を平面視して周方向に沿って正弦波状に変化する形状の第3正弦波状部80bとを有する。更に、第4ターゲット81は、第2円筒体81aと、第2円筒体81aの外周面に設けられた、該外周面を平面視して周方向に沿って正弦波状に変化する形状の第4正弦波状部81bとを有する。第7回転角度センサ82は、該第7回転角度センサ82の有する複数のインダクタンス素子(平面コイルL1〜L4)が第3正弦波状部80bと対向するように第3ターゲット80の外周面に対向して配置されている。更に、第8回転角度センサ83は、該第8回転角度センサ83の有する複数のインダクタンス素子(平面コイルL1〜L4)が第4正弦波状部81bと対向するように第4ターゲット81の外周面に対向して配置されている。
この構成であれば、例えば、ターゲットに対してアキシアル方向の配置スペースが取れない場合などにおいて、ラジアル対向で回転角度センサを配置することが可能となる。
(2) The third target 80 has a first cylindrical body 80a and a first target having a shape that is provided on the outer peripheral surface of the first cylindrical body 80a and that changes in a sinusoidal shape along the circumferential direction when the outer peripheral surface is viewed in plan. And three sine wave portions 80b. Furthermore, the fourth target 81 is provided on the outer peripheral surface of the second cylindrical body 81a and the second cylindrical body 81a. The fourth target 81 has a shape that changes in a sinusoidal shape along the circumferential direction when the outer peripheral surface is viewed in plan. And a sine wave portion 81b. The seventh rotation angle sensor 82 faces the outer peripheral surface of the third target 80 so that the plurality of inductance elements (planar coils L1 to L4) of the seventh rotation angle sensor 82 face the third sine wave portion 80b. Are arranged. Further, the eighth rotation angle sensor 83 is arranged on the outer peripheral surface of the fourth target 81 so that the plurality of inductance elements (planar coils L1 to L4) of the eighth rotation angle sensor 83 are opposed to the fourth sine wave portion 81b. Opposed to each other.
With this configuration, for example, when the arrangement space in the axial direction cannot be taken with respect to the target, the rotation angle sensor can be arranged in the radial direction.

(変形例)
(1)上記4実施形態では、第1コードホイール60及び第2コードホイール61を、板面の外周部近傍に、周方向に沿って複数のスリットの設けられた構成とし、スリットを通る光源光を受光部で受光する構成としたが、この構成に限らない。例えば、第1コードホイール60及び第2コードホイール61の円環形状の薄板を非反射性部材で構成し、板面の外周部近傍に、周方向に沿ってスリットの代わりに例えば同形状の反射性部材を設け、反射性部材に入射した光源光の反射光を受光部で受光する構成としてもよい。
(Modification)
(1) In said 4 embodiment, let the 1st code wheel 60 and the 2nd code wheel 61 be the structure by which the several slit was provided along the circumferential direction in the outer peripheral part vicinity of a board surface, and the light source light which passes a slit However, the present invention is not limited to this configuration. For example, an annular thin plate of the first code wheel 60 and the second code wheel 61 is formed of a non-reflective member, and the reflection is, for example, the same shape in the vicinity of the outer peripheral portion of the plate surface instead of the slit along the circumferential direction. It is good also as a structure which provides a reflective member and receives the reflected light of the light source light which injected into the reflective member in a light-receiving part.

(2)上記第4実施形態では、第1サイン光学センサ64及び第1コサイン光学センサ65を、スリット60sのピッチに対して電気角で90°分だけ移相させて(90°の位相差を有する状態に)配置し、第2サイン光学センサ66及び第2コサイン光学センサ67を、スリット61sのピッチに対して電気角で90°分だけ移相させて(90°の位相差を有する状態に)配置する構成とした。この構成に限らず、同じピッチのスリット列を径方向に2列設け、一方のスリット列に対して他方を径方向に電気角で90°分だけ移相させて(90°の位相差を有する状態に)配置する構成としてもよい。この構成とした場合は、例えば、2つの光学センサを径方向に並べて同位相に固定配置し、各スリット列に対してスリットを透過した光源光を受光可能に、光学センサを配置する。但し、内径側のセンサは設置の問題からU字状にできないためセンサ構成の変更は必要となる。 (2) In the fourth embodiment, the first sine optical sensor 64 and the first cosine optical sensor 65 are phase-shifted by 90 ° in electrical angle with respect to the pitch of the slit 60s (the phase difference of 90 ° is changed). The second sine optical sensor 66 and the second cosine optical sensor 67 are phase-shifted by 90 ° in electrical angle with respect to the pitch of the slit 61s (to have a phase difference of 90 °). ) The configuration to be arranged. Not limited to this configuration, two slit rows with the same pitch are provided in the radial direction, and the other slit phase is shifted in phase in the radial direction by an electrical angle of 90 ° (having a phase difference of 90 °). It is good also as a structure arrange | positioned in a state. In the case of this configuration, for example, two optical sensors are arranged in the radial direction and fixedly arranged in the same phase, and the optical sensors are arranged so that the light source light transmitted through the slits can be received with respect to each slit row. However, since the sensor on the inner diameter side cannot be U-shaped due to the installation problem, the sensor configuration needs to be changed.

(3)上記第1及び第2実施形態では、第1サイン磁気センサ及び第1コサイン磁気センサの2つの磁気センサによって第1サイン信号及び第1コサイン信号を出力し、第2サイン磁気センサ及び第2コサイン磁気センサの2つの磁気センサによって、第2サイン信号及び第2コサイン信号を出力する構成としたが、この構成に限らない。例えば、1つの第1磁気センサから第1サイン信号及び第1コサイン信号を出力し、1つの第2磁気センサから第2サイン信号及び第2コサイン信号を出力する構成としてもよい。 (3) In the first and second embodiments described above, the first sine magnetic sensor and the first cosine magnetic sensor output the first sine signal and the first cosine signal, and the second sine magnetic sensor and the first cosine magnetic sensor. Although the second cosine magnetic sensor is configured to output the second sine signal and the second cosine signal by the two magnetic sensors, the present invention is not limited to this configuration. For example, the first sine signal and the first cosine signal may be output from one first magnetic sensor, and the second sine signal and the second cosine signal may be output from one second magnetic sensor.

(4)上記第5実施形態では、第1及び第2正弦波状部70b及び71bを、第1及び第2環状導体70a及び71aの外径側端部に形成する構成としたが、この構成に限らない。例えば、入力軸22a又は出力軸22bと同期回転する円筒体(導体に限らない)の軸方向の一端面に周方向に沿って径方向の幅が正弦波状に変化する環状の導体パターンを貼り付けるなどして設ける構成とするなど他の構成としてもよい。 (4) In the fifth embodiment, the first and second sinusoidal portions 70b and 71b are formed on the outer diameter side ends of the first and second annular conductors 70a and 71a. Not exclusively. For example, an annular conductor pattern whose radial width changes in a sinusoidal shape along the circumferential direction is attached to one axial end surface of a cylindrical body (not limited to a conductor) that rotates synchronously with the input shaft 22a or the output shaft 22b. It is good also as another structure, such as setting it as the structure provided.

(5)上記第6実施形態では、第3及び第4正弦波状部80b及び81bを、第1及び第2円筒体80a及び81aの外周面に設ける構成としたが、この構成に限らない。例えば、第3及び第4正弦波状部80b及び81bを、第1及び第2円筒体80a及び81aの内周面に設ける構成としてもよい。この構成とした場合は、第7及び第8回転角度センサ82及び83も第1及び第2円筒体80a及び81aの内側に設ける。
(6)上記各実施形態では、EPS制御ユニット34を、電動モータ33のハウジングに固定支持する構成を例に挙げて説明したが、この構成に限らず、別体として電動モータ33のハウジングとは異なる位置に配置するなど他の構成としてもよい。
(5) Although the third and fourth sinusoidal portions 80b and 81b are provided on the outer peripheral surfaces of the first and second cylindrical bodies 80a and 81a in the sixth embodiment, the present invention is not limited to this configuration. For example, the third and fourth sinusoidal portions 80b and 81b may be provided on the inner peripheral surfaces of the first and second cylindrical bodies 80a and 81a. In this configuration, the seventh and eighth rotation angle sensors 82 and 83 are also provided inside the first and second cylindrical bodies 80a and 81a.
(6) In each of the above-described embodiments, the EPS control unit 34 has been described as an example of a configuration in which the EPS control unit 34 is fixedly supported on the housing of the electric motor 33. Other configurations such as disposing at different positions may be adopted.

(7)上記各実施形態では、電動モータ33として、3相ブラシレスモータを例に挙げて説明したが、この構成に限らず、電動モータ33を、4相以上のブラシレスモータから構成したり、ブラシモータから構成したりするなど他の構成としてもよい。
(8)上記各実施形態では、本発明をコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置に適用した例を説明したが、この構成に限らず、例えば、ラックアシスト式又はピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置に適用する構成としてもよい。
(7) In each of the above embodiments, a three-phase brushless motor has been described as an example of the electric motor 33. However, the electric motor 33 is not limited to this configuration, and a brushless motor having four or more phases may be used. Other configurations such as a motor may be used.
(8) In each of the above-described embodiments, an example in which the present invention is applied to a column assist type electric power steering apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, the present invention is applied to a rack assist type or pinion assist type electric power steering apparatus. It is good also as composition to apply.

1…第1のトルクセンサ、2…電動パワーステアリング装置、3…車両、4…第2のトルクセンサ、5…第3のトルクセンサ、6…第4のトルクセンサ、10…第1多極リング磁石、11…第2多極リング磁石、12…第1回転角度センサ、13…第2回転角度センサ、14…第1サイン磁気センサ、15…第1コサイン磁気センサ、16…第2サイン磁気センサ、17…第2コサイン磁気センサ、18…相対角度演算部、19…トルク演算部、21…ステアリングホイール、22…ステアリングシャフト、22a…入力軸、22b…出力軸、22c…トーションバー、40…第3多極リング磁石、41…第4多極リング磁石、50…第1レゾルバ、51…第2レゾルバ、52…第1ロータ、53…第1ステータ、54…第2ロータ、55…第2ステータ、56…励磁信号供給部、60…第1コードホイール、61…第2コードホイール、62…第3回転角度センサ、63…第4回転角度センサ、64…第1サイン光学センサ、65…第1コサイン光学センサ、66…第2サイン光学センサ、67…第2コサイン光学センサ、70…第1ターゲット、70b…第1正弦波状部、71…第2ターゲット、71b…第2正弦波状部、72…第5回転角度センサ、73…第6回転角度センサ、L1〜L4…平面コイル、80…第3ターゲット、81…第4ターゲット、82…第7回転角センサ、82b…第3正弦波状部、83…第8回転角センサ、83b…第4正弦波状部、100…第1の相対角度検出装置、400…第2の相対角度検出装置、500…第3の相対角度検出装置、600…第4の相対角度検出装置、700…第5の相対角度検出装置、800…第6の相対角度検出装置、101…第1のセンサ部、401…第2のセンサ部、501…第3のセンサ部、601…第4のセンサ部、701…第5のセンサ部、801…第6のセンサ部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st torque sensor, 2 ... Electric power steering apparatus, 3 ... Vehicle, 4 ... 2nd torque sensor, 5 ... 3rd torque sensor, 6 ... 4th torque sensor, 10 ... 1st multipolar ring Magnet 11, second multipolar ring magnet 12, first rotation angle sensor 13, second rotation angle sensor 14, first sine magnetic sensor 15, first cosine magnetic sensor 16, second sine magnetic sensor , 17 ... 2nd cosine magnetic sensor, 18 ... Relative angle calculation unit, 19 ... Torque calculation unit, 21 ... Steering wheel, 22 ... Steering shaft, 22a ... Input shaft, 22b ... Output shaft, 22c ... Torsion bar, 40 ... First 3 multipolar ring magnets, 41... 4th multipolar ring magnet, 50... First resolver, 51... Second resolver, 52... First rotor, 53. 2 stators 56 ... excitation signal supply unit 60 ... first code wheel 61 ... second code wheel 62 ... third rotation angle sensor 63 ... fourth rotation angle sensor 64 ... first sine optical sensor 65 ... First cosine optical sensor, 66 ... second sine optical sensor, 67 ... second cosine optical sensor, 70 ... first target, 70b ... first sine wave portion, 71 ... second target, 71b ... second sine wave portion, 72 ... 5th rotation angle sensor, 73 ... 6th rotation angle sensor, L1-L4 ... Planar coil, 80 ... 3rd target, 81 ... 4th target, 82 ... 7th rotation angle sensor, 82b ... 3rd sinusoidal part 83 ... 8th rotation angle sensor, 83b ... 4th sine wave part, 100 ... 1st relative angle detection apparatus, 400 ... 2nd relative angle detection apparatus, 500 ... 3rd relative angle detection apparatus, 600 4th relative angle detection device, 700 ... 5th relative angle detection device, 800 ... 6th relative angle detection device, 101 ... 1st sensor part, 401 ... 2nd sensor part, 501 ... 3rd sensor , 601... Fourth sensor unit, 701... Fifth sensor unit, 801.

Claims (16)

周方向に異なる磁極が交互に等配され、且つ同軸上に配置されている第1回転軸及び第2回転軸のうち前記第1回転軸と同期回転する第1多極リング磁石と、
周方向に異なる磁極が交互に等配され、且つ前記第1回転軸及び前記第2回転軸のうち前記第2回転軸と同期回転する第2多極リング磁石と、
前記第1多極リング磁石の回転角度θに応じた磁束を検出してsinθを表す第1サイン信号及びcosθを表す第1コサイン信号を出力する第1回転角度センサと、
前記第2多極リング磁石の回転角度θに応じた磁束を検出してsinθを表す第2サイン信号及びcosθを表す第2コサイン信号を出力する第2回転角度センサと、
前記第1サイン信号及び前記第1コサイン信号と、前記第2サイン信号及び前記第2コサイン信号とに基づき、前記第1回転軸と前記第2回転軸との相対角度Δθに応じたsinΔθ及びcosΔθを演算し、Δθ=arctan(sinΔθ/cosΔθ)から前記相対角度Δθを演算する相対角度演算部と、を備える相対角度検出装置。
A first multipolar ring magnet that rotates in synchronization with the first rotating shaft among the first rotating shaft and the second rotating shaft that are alternately arranged in the circumferential direction and are arranged coaxially.
Magnetic poles different from each other in the circumferential direction, and a second multipolar ring magnet that rotates synchronously with the second rotating shaft among the first rotating shaft and the second rotating shaft;
A first rotation angle sensor for outputting a first cosine signal representative of a first sign signal and cos [theta] 1 represents the sin [theta 1 by detecting the magnetic flux corresponding to the rotation angle theta 1 of the first multipole ring magnet,
A second rotation angle sensor for outputting a second cosine signal representative of a second sign signal and cos [theta] 2 represents a sin [theta 2 by detecting the magnetic flux corresponding to the rotation angle theta 2 of the second multipolar ring magnets,
Based on the first sine signal and the first cosine signal and the second sine signal and the second cosine signal, sin Δθ and cos Δθ corresponding to a relative angle Δθ between the first rotation axis and the second rotation axis. And a relative angle calculation unit that calculates the relative angle Δθ from Δθ = arctan (sin Δθ / cos Δθ).
前記第1多極リング磁石及び前記第2多極リング磁石は、外周面の部位を周方向に交互に異なる磁極に着磁してなり、
前記第1回転角度センサは、前記第1回転角度センサの有する磁束の検出部が前記第1多極リング磁石の外周面に形成された磁極面に対向して配置され、
前記第2回転角度センサは、前記第2回転角度センサの有する磁束の検出部が前記第2多極リング磁石の外周面に形成された磁極面に対向して配置されている請求項1に記載の相対角度検出装置。
The first multi-pole ring magnet and the second multi-pole ring magnet are formed by magnetizing portions of the outer peripheral surface to different magnetic poles alternately in the circumferential direction,
In the first rotation angle sensor, a magnetic flux detection unit of the first rotation angle sensor is disposed to face a magnetic pole surface formed on an outer peripheral surface of the first multipolar ring magnet,
The said 2nd rotation angle sensor is arrange | positioned facing the magnetic pole surface formed in the outer peripheral surface of the said 2nd multipolar ring magnet in the magnetic flux detection part which the said 2nd rotation angle sensor has. Relative angle detector.
前記第1多極リング磁石及び前記第2多極リング磁石は、軸方向の一方の端面の部位を周方向に交互に異なる磁極に着磁してなり、
前記第1回転角度センサは、前記第1回転角度センサの有する磁束の検出部が前記第1多極リング磁石の前記軸方向の一方の端面に形成された磁極面に対向して配置され、
前記第2回転角度センサは、前記第2回転角度センサの有する磁束の検出部が前記第2多極リング磁石の前記軸方向の一方の端面に形成された磁極面に対向して配置されている請求項1に記載の相対角度検出装置。
The first multi-pole ring magnet and the second multi-pole ring magnet are formed by magnetizing a portion of one end face in the axial direction to different magnetic poles alternately in the circumferential direction,
The first rotation angle sensor is disposed so that a magnetic flux detection unit of the first rotation angle sensor is opposed to a magnetic pole surface formed on one end surface in the axial direction of the first multipolar ring magnet,
In the second rotation angle sensor, the magnetic flux detecting portion of the second rotation angle sensor is disposed to face a magnetic pole surface formed on one end surface in the axial direction of the second multipolar ring magnet. The relative angle detection device according to claim 1.
前記第1回転角度センサは、前記第1多極リング磁石の磁極のピッチに対して互いに電気角度で90°の位相差を有した状態で固定して設けられた、前記第1サイン信号を出力する第1サイン磁気センサ及び前記第1コサイン信号を出力する第1コサイン磁気センサを有し、
前記第2回転角度センサは、前記第2多極リング磁石の磁極のピッチに対して互いに電気角度で90°の位相差を有した状態で固定して設けられた、前記第2サイン信号を出力する第2サイン磁気センサ及び前記第2コサイン信号を出力する第2コサイン磁気センサを有する請求項1から3のいずれか1項に記載の相対角度検出装置。
The first rotation angle sensor outputs the first sine signal, which is fixedly provided with a phase difference of 90 ° in electrical angle with respect to the pitch of the magnetic poles of the first multipolar ring magnet. And a first cosine magnetic sensor for outputting the first cosine signal.
The second rotation angle sensor outputs the second sine signal, which is fixedly provided with a phase difference of 90 ° in electrical angle with respect to the magnetic pole pitch of the second multipolar ring magnet. 4. The relative angle detection device according to claim 1, further comprising: a second sine magnetic sensor that outputs the second cosine magnetic sensor that outputs the second cosine signal. 5.
外周に複数の歯を等間隔に有し、且つ同軸上に配置されている第1回転軸及び第2回転軸のうち前記第1回転軸と同期回転する第1ロータと、
外周に複数の歯を等間隔に有し、且つ前記第1回転軸及び前記2回転軸のうち前記第2回転軸と同期回転する第2ロータと、
前記第1ロータの外側に前記第1ロータと同心に配され且つ内周に複数の極が等配に形成され且つ各極に巻付けたコイルにより電機子巻線が形成された第1ステータと、
前記第2ロータの外側に前記第2ロータと同心に配され且つ内周に複数の極が等配に形成され且つ各極に巻付けたコイルにより電機子巻線が形成された第2ステータと、
前記コイルに励磁信号を供給する励磁信号供給部と、
前記励磁信号が供給されたときの前記第1ステータの前記コイルから出力される前記第1ロータの回転角度θに応じたsinθを表す第1サイン信号及びcosθを表す第1コサイン信号と、前記励磁信号が供給されたときの前記第2ステータの前記コイルから出力される前記第2ロータの回転角度θに応じたsinθを表す第2サイン信号及びcosθを表す第2コサイン信号とに基づき、前記第1回転軸と前記第2回転軸との相対角度Δθに応じたsinΔθ及びcosΔθを演算し、Δθ=arctan(sinΔθ/cosΔθ)から前記相対角度Δθを演算する相対角度演算部と、を備える相対角度検出装置。
A first rotor that has a plurality of teeth on the outer periphery at equal intervals and is coaxially disposed, and rotates synchronously with the first rotation shaft among the first rotation shaft and the second rotation shaft;
A second rotor having a plurality of teeth on the outer periphery at equal intervals and rotating synchronously with the second rotation shaft among the first rotation shaft and the second rotation shaft;
A first stator that is concentrically arranged on the outer side of the first rotor, has a plurality of poles formed at equal intervals on the inner periphery, and has armature windings formed by coils wound around the poles; ,
A second stator that is arranged concentrically with the second rotor on the outside of the second rotor, has a plurality of poles formed at equal intervals on the inner periphery, and has armature windings formed by coils wound around the poles; ,
An excitation signal supply unit for supplying an excitation signal to the coil;
First cosine signal representative of a first sign signal and cos [theta] 1 that represents the sin [theta 1 in accordance with the rotation angle theta 1 of the first rotor outputted from said coil of said first stator when the excitation signal is supplied and second cosine signal representative of a second sign signal and cos [theta] 2 which represents the sin [theta 2 in accordance with the rotation angle theta 2 of the second rotor output from the coil of the second stator when the excitation signal is supplied Based on the above, a relative angle calculation unit that calculates sin Δθ and cos Δθ according to the relative angle Δθ between the first rotation axis and the second rotation axis, and calculates the relative angle Δθ from Δθ = arctan (sin Δθ / cos Δθ). And a relative angle detection device.
周方向に等間隔に形成された複数のスリットを有し、且つ同軸上に配置されている第1回転軸及び第2回転軸のうち前記第1回転軸と同期回転する第1コードホイールと、
周方向に等間隔に形成された複数のスリットを有し、且つ前記第1回転軸及び前記第2回転軸のうち前記第2回転軸と同期回転する第2コードホイールと、
光源と、前記光源からの射出光が前記第1コードホイールの前記スリットを透過した透過光を受光し、前記第1コードホイールの回転角度θに応じたsinθを表す第1サイン信号及びcosθを表す第1コサイン信号を出力する受光部とを有する第1回転角度センサと、
光源と、前記光源からの射出光が前記第2コードホイールの前記スリットを透過した透過光を受光し、前記第2コードホイールの回転角度θに応じたsinθを表す第2サイン信号及びcosθを表す第2コサイン信号を出力する受光部とを有する第2回転角度センサと、
前記第1サイン信号及び前記第1コサイン信号と、前記第2サイン信号及び前記第2コサイン信号とに基づき、前記第1回転軸と前記第2回転軸との相対角度Δθに応じたsinΔθ及びcosΔθを演算し、Δθ=arctan(sinΔθ/cosΔθ)から前記相対角度Δθを演算する相対角度演算部とを備える相対角度検出装置。
A first code wheel that has a plurality of slits formed at equal intervals in the circumferential direction and that rotates synchronously with the first rotating shaft among the first rotating shaft and the second rotating shaft that are coaxially disposed;
A second code wheel having a plurality of slits formed at equal intervals in the circumferential direction and rotating synchronously with the second rotation shaft among the first rotation shaft and the second rotation shaft;
Light source, light emitted from the light source to receive light transmitted through the slit of the first code wheel, the first sign signal representative of sin [theta 1 in accordance with the rotation angle theta 1 of the first code wheel and cosθ A first rotation angle sensor having a light receiving unit that outputs a first cosine signal representing 1;
Light source, light emitted from the light source to receive light transmitted through the slit of the second code wheel, the second sign signal representative of sin [theta 2 in accordance with the rotation angle theta 2 of the second code wheel and cosθ A second rotation angle sensor having a light receiving unit that outputs a second cosine signal representing 2;
Based on the first sine signal and the first cosine signal and the second sine signal and the second cosine signal, sin Δθ and cos Δθ corresponding to a relative angle Δθ between the first rotation axis and the second rotation axis. And a relative angle calculation unit that calculates the relative angle Δθ from Δθ = arctan (sin Δθ / cos Δθ).
周方向に沿って径方向又は軸方向の幅が正弦波状に変化する環状の第1導体部を有し、且つ同軸上に配置されている第1回転軸及び第2回転軸のうち前記第1回転軸と同期回転する第1ターゲットと、
周方向に沿って径方向又は軸方向の幅が正弦波状に変化する環状の第2導体部を有し、且つ前記第1回転軸及び前記第2回転軸のうち前記第2回転軸と同期回転する第2ターゲットと、
前記第1導体部と所定間隙を空けて固定側に対向配置された複数のインダクタンス素子を有し、前記第1ターゲットの回転角度θに応じた渦電流損失を検出してsinθを表す第1サイン信号及びcosθを表す第1コサイン信号を出力する第1回転角度センサと、
前記第2導体部と所定間隙を空けて固定側に対向配置された複数のインダクタンス素子を有し、前記第2ターゲットの回転角度θに応じた渦電流損失を検出してsinθを表す第2サイン信号及びcosθを表す第2コサイン信号を出力する第2回転角度センサと、
前記第1サイン信号及び前記第1コサイン信号と、前記第2サイン信号及び前記第2コサイン信号とに基づき、前記第1回転軸と前記第2回転軸との相対角度Δθに応じたsinΔθ及びcosΔθを演算し、Δθ=arctan(sinΔθ/cosΔθ)から前記相対角度Δθを演算する相対角度演算部とを備える相対角度検出装置。
The first rotating shaft and the second rotating shaft that have an annular first conductor portion whose width in the radial direction or the axial direction changes in a sine wave shape along the circumferential direction, and are arranged coaxially. A first target that rotates synchronously with the rotation axis;
It has an annular second conductor portion whose width in the radial direction or the axial direction changes in a sine wave shape along the circumferential direction, and rotates synchronously with the second rotation shaft among the first rotation shaft and the second rotation shaft A second target to
A plurality of inductance elements arranged on the fixed side with a predetermined gap from the first conductor portion, and detecting an eddy current loss corresponding to the rotation angle θ 1 of the first target to express sin θ 1 a first rotation angle sensor for outputting a first cosine signal representing one sine signal and cos [theta] 1,
A plurality of inductance elements arranged opposite to the fixed side with a predetermined gap from the second conductor portion, and detecting an eddy current loss according to the rotation angle θ 2 of the second target to express sin θ 2 A second rotation angle sensor for outputting a second sine signal and a second cosine signal representing cos θ 2 ;
Based on the first sine signal and the first cosine signal and the second sine signal and the second cosine signal, sin Δθ and cos Δθ corresponding to a relative angle Δθ between the first rotation axis and the second rotation axis. And a relative angle calculation unit that calculates the relative angle Δθ from Δθ = arctan (sin Δθ / cos Δθ).
前記第1導体部は、第1環状導体の外径側端部を軸方向から平面視して正弦波状に変化する形状に形成してなり、
前記第2導体部は、第2環状導体の外径側端部を軸方向から平面視して正弦波状に変化する形状に形成してなり、
前記第1回転角度センサは、該第1回転角度センサの有する前記複数のインダクタンス素子が前記第1導体部の正弦波状部と対向するように前記第1ターゲットの軸方向の一方の端面に対向して配置され、
前記第2回転角度センサは、該第2回転角度センサの有する前記複数のインダクタンス素子が前記第2導体部の正弦波状部と対向するように前記第2ターゲットの軸方向の一方の端面に対向して配置されている請求項7に記載の相対角度検出装置。
The first conductor portion is formed in a shape that changes in a sinusoidal shape when viewed from the axial direction on the outer diameter side end portion of the first annular conductor,
The second conductor portion is formed in a shape that changes in a sinusoidal shape in plan view from the axial direction on the outer diameter side end portion of the second annular conductor,
The first rotation angle sensor is opposed to one end surface in the axial direction of the first target such that the plurality of inductance elements of the first rotation angle sensor are opposed to the sinusoidal portion of the first conductor portion. Arranged,
The second rotation angle sensor is opposed to one end surface in the axial direction of the second target such that the plurality of inductance elements of the second rotation angle sensor are opposed to the sinusoidal portion of the second conductor portion. The relative angle detection device according to claim 7, wherein the relative angle detection device is disposed.
前記第1ターゲットは、第1円筒体を備え、前記第1導体部は、前記第1円筒体の外周面に該外周面を平面視して周方向に沿って正弦波状に変化する形状に設けられ、
前記第2ターゲットは、第2円筒体を備え、前記第2導体部は、前記第2円筒体の外周面に該外周面を平面視して周方向に沿って正弦波状に変化する形状に設けられ、
前記第1回転角度センサは、該第1回転角度センサの有する前記複数のインダクタンス素子が前記第1導体部と対向するように前記第1ターゲットの外周面に対向して配置され、
前記第2回転角度センサは、該第2回転角度センサの有する前記複数のインダクタンス素子が前記第2導体部と対向するように前記第2ターゲットの外周面に対向して配置されている請求項7に記載の相対角度検出装置。
The first target includes a first cylindrical body, and the first conductor portion is provided on the outer peripheral surface of the first cylindrical body so as to change in a sinusoidal shape along the circumferential direction when the outer peripheral surface is viewed in plan view. And
The second target includes a second cylindrical body, and the second conductor portion is provided on the outer peripheral surface of the second cylindrical body so as to change in a sinusoidal shape along the circumferential direction when the outer peripheral surface is viewed in plan view. And
The first rotation angle sensor is disposed to face the outer peripheral surface of the first target so that the plurality of inductance elements of the first rotation angle sensor face the first conductor portion.
The second rotation angle sensor is disposed to face the outer peripheral surface of the second target such that the plurality of inductance elements of the second rotation angle sensor face the second conductor portion. The relative angle detection device described in 1.
前記第1回転角度センサ及び前記第2回転角度センサは、前記相対角度Δθが0°のときに前記第1回転角度センサの出力及び前記第2回転角度センサの出力が同位相となるように設けられている請求項1から4のいずれか1項に記載の相対角度検出装置。   The first rotation angle sensor and the second rotation angle sensor are provided so that the output of the first rotation angle sensor and the output of the second rotation angle sensor are in phase when the relative angle Δθ is 0 °. The relative angle detection device according to claim 1, wherein the relative angle detection device is provided. 前記第1ステータ及び前記第2ステータは、前記相対角度Δθが0°のときに前記第1ステータのコイルの出力及び前記第2ステータのコイルの出力が同位相となるように設けられている請求項5に記載の相対角度検出装置。   The first stator and the second stator are provided such that when the relative angle Δθ is 0 °, the output of the coil of the first stator and the output of the coil of the second stator are in phase. Item 6. The relative angle detection device according to Item 5. 前記第1回転角度センサ及び前記第2回転角度センサは、前記相対角度Δθが0°のときに前記第1回転角度センサの出力及び前記第2回転角度センサの出力が同位相となるように設けられている請求項6から9のいずれか1項に記載の相対角度検出装置。   The first rotation angle sensor and the second rotation angle sensor are provided so that the output of the first rotation angle sensor and the output of the second rotation angle sensor are in phase when the relative angle Δθ is 0 °. The relative angle detection device according to claim 6, wherein the relative angle detection device is used. 前記sinθ及び前記cosθをsin(θ+Δθ)及びcos(θ+Δθ)として、
前記相対角度演算部は、下式(1)〜(2)に基づき前記sinΔθを演算し、下式(3)〜(4)に基づき前記cosΔθを演算する請求項10から12のいずれか1項に記載の相対角度検出装置。
TMs={sinθ+cos(θ+Δθ)}2+{cosθ−sin(θ+Δθ)}2 ・・・(1)
sinΔθ=−TMs/2+1 ・・・(2)
TMc={sinθ+sin(θ+Δθ)}2+{cosθ+cos(θ+Δθ)}2 ・・・(3)
cosΔθ=TMc/2−1 ・・・(4)
The sin θ 1 and the cos θ 1 are defined as sin (θ 2 + Δθ) and cos (θ 2 + Δθ),
The relative angle calculation unit calculates the sin Δθ based on the following equations (1) to (2), and calculates the cos Δθ based on the following equations (3) to (4). The relative angle detection device described in 1.
TMs = {sin θ 2 + cos (θ 2 + Δθ)} 2 + {cos θ 2 −sin (θ 2 + Δθ)} 2 (1)
sin Δθ = −TMs / 2 + 1 (2)
TMc = {sin θ 2 + sin (θ 2 + Δθ)} 2 + {cos θ 2 + cos (θ 2 + Δθ)} 2 (3)
cosΔθ = TMc / 2-1 (4)
請求項1から13のいずれか1項に記載の相対角度検出装置によって、トーションバーで連結された入力軸及び出力軸の相対角度Δθを検出し、その相対角度Δθから前記入力軸及び前記出力軸に生じるトルクを演算するトルク演算部を備えるトルクセンサ。   The relative angle detection device according to claim 1 detects a relative angle Δθ between the input shaft and the output shaft connected by a torsion bar, and the input shaft and the output shaft are detected from the relative angle Δθ. A torque sensor including a torque calculation unit that calculates torque generated in the motor. 請求項14に記載のトルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置。   An electric power steering apparatus comprising the torque sensor according to claim 14. 請求項15に記載の電動パワーステアリング装置を備えた車両。   A vehicle comprising the electric power steering device according to claim 15.
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