JP2019117103A - トルクセンサにおける零点誤差の補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒステリシスが存在しても、トルク零点における出力誤差を効率的に補正することができるトルクセンサにおける零点誤差の補正方法を提供する。【解決手段】回転駆動軸２１のトルクを検出するトルクセンサ１１において、トルクが零のときの出力誤差を補正するトルクセンサにおける零点誤差の補正方法であって、所望の正回転トルク及び所望の負回転トルクを印加することによって得られるヒステリシスループを、予め規定し、そのヒステリシスループにおけるトルク零点での２つの出力値Ｐ３，Ｐ４を用いて、新たな零点を設定する。【選択図】図２

Description

この発明は、トルクセンサにおける零点誤差の補正方法に関する。

従来、モータ及びエンジン等の回転駆動系におけるトルクを検出する手段として、種々のトルクセンサが提供されている。このような、従来のトルクセンサとしては、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２０１６−１０９５６８号公報

トルクセンサにおいては、周囲の温度変化及び経年変化等に起因して、トルクが印加されていないときのセンサ出力値、即ち、零点出力が変動する場合がある。このような、トルク零のときに出力誤差が生じる零点誤差は、トルクセンサの検出精度を低下させるおそれがある。

そこで、従来、トルクセンサにおける零点誤差の補正方法については、様々ものが提供されている。しかしながら、トルクセンサの中には、ヒステリシスを含むものもあり、このような、ヒステリシスが存在するトルクセンサにおいても、零点誤差を効率的に補正する必要がある。

この発明は、上記課題を解決するものであって、ヒステリシスが存在しても、トルク零点における出力誤差を効率的に補正するためのトルクセンサにおける零点誤差の補正方法を提供することを目的とする。

この発明に係るトルクセンサにおける零点誤差の補正方法は、回転駆動軸のトルクを検出するトルクセンサにおいて、トルクが零のときの出力誤差を補正するトルクセンサにおける零点誤差の補正方法であって、所望の正回転トルク及び所望の負回転トルクを印加することによって得られるヒステリシスループを、予め規定し、ヒステリシスループにおけるトルク零点での２つの出力値を用いて、新たな零点を設定するものである。

この発明によれば、ヒステリシスが存在しても、トルク零点における出力誤差を効率的に補正することができる。

この発明の実施の形態１に係る零点誤差の補正方法が適用されるトルクセンサの取付構造の一例を示した図である。図１Ａはトルクセンサを側面側から見た図であり、図１Ｂはトルクセンサを上面側から見た図である。 この発明の実施の形態１に係るトルクセンサにおける零点誤差の補正方法において使用するヒステリシスループを誇張して示した図である。 この発明の実施の形態２に係るトルクセンサにおける零点誤差の補正方法において使用するヒステリシスループを誇張して示した図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るトルクセンサにおける零点誤差の補正方法について、図１及び図２を用いて説明する。

図１Ａ及び図１Ｂは、この発明の実施の形態１に係る零点誤差の補正方法が適用されるトルクセンサの取付構造の一例を示した図である。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、トルク検出器１０は、回転駆動系から回転負荷系に負荷されるトルクの大きさを検出するものであって、トルクセンサ１１、固定板１２、センサ軸１３、及び、フランジ部１４，１５を備えている。

センサ軸１３とフランジ部１４，１５とは、同軸状に配置されている。センサ軸１３の軸径は、フランジ部１４，１５の軸径よりも小径となっており、フランジ部１４，１５の軸径は、同じ軸径となっている。

フランジ部１４は、回転駆動系となるモータの回転駆動軸２１の端面に、当該回転駆動軸２１と同軸状に設けられている。一方、フランジ部１５は、回転負荷系となるトルク伝達軸２２の端面に、当該トルク伝達軸２２と同軸状に設けられている。そして、センサ軸１３は、フランジ部１４，１５間に配置されている。

トルクセンサ１１は、歪みゲージ式のセンサであって、固定板１２を介してフランジ部１４，１５に固定されている。固定板１２は、フランジ部１４，１５の外周面に跨って固定されている。つまり、固定板１２に固定されたトルクセンサ１１は、センサ軸１３の径方向外側に配置されており、当該センサ軸１３と径方向において対向している。

従って、トルクセンサ１１は、回転駆動軸２１及びトルク伝達軸２２と共に回転し、回転駆動軸２１の回転によって発生したトルクが、当該回転駆動軸２１からトルク伝達軸２２に伝達される際に、歪を生じて、その歪量をトルクの大きさに換算して出力する。このとき、トルクセンサ１１は、フランジ部１４，１５の外周面に跨って設けられているため、回転方向に向けて歪み易くなっており、印加されるトルクに対する検出感度を向上させている。

次に、実施の形態１に係るトルクセンサ１１における零点誤差の補正方法について、図２を用いて説明する。図２は、実施の形態１に係るトルクセンサにおける零点誤差の補正方法において使用されるヒステリシスループを誇張して示した図である。そして、図２に示したヒステリシスループは、トルクセンサ１１に印加されるトルクと、トルクセンサ１１のセンサ出力値との関係を示した閉曲線となっている。

ここで、トルクセンサ１１に存在するヒステリシスは、トルク零点における出力誤差（以下、零点誤差と称す）を発生させるものであって、トルクセンサ１１における構成材料の機械的特性に起因するだけでなく、トルクセンサ１１の取付状態にも起因する。また、ヒステリシスループについては、履歴が同じであると、ループ形状の再現性（繰り返し性）を有し、履歴が異なると、異なるループ形状を描くことが、知られている。

そこで、実施の形態１に係るトルクセンサ１１における零点誤差の補正方法は、トルクセンサ１１に印加されるトルクと、トルクセンサ１１のセンサ出力値とに基づいて、当該トルクセンサ１１に存在するヒステリシスループを予め規定し、所望のモータ駆動制御を行うのに先立って、そのヒステリシスループの大きさ及びループ形状に応じて、零点誤差を補正する。これにより、実施の形態１に係るトルクセンサ１１における零点誤差の補正方法は、トルク零点におけるセンサ出力値から、その出力誤差の発生原因となるヒステリシス成分を除去することができる。

具体的に、先ず、モータの定格制御を行う場合には、当該モータの定格制御を行うのに先立って、トルクセンサ１１に対して、所望の正回転の定格トルク及び所望の負回転の定格トルクを順に印加して、それらを除去した後、印加した定格トルクと、これに対応するセンサ出力値との関係を求める。このとき、トルクセンサ１１にヒステリシスが存在する場合には、上述した関係は、図２の実線で示すような、定格ヒステリシスループを形成する。なお、上述した定格ヒステリシスループについては、以下、定格ループと称す。

図２の実線で示した定格ループについて説明すると、Ｐ１は、正回転の定格トルクを印加したときのセンサ出力値である。Ｐ２は、負回転の定格トルクを印加したときのセンサ出力値である。また、トルク零点には、２つのセンサ出力値Ｐ３，Ｐ４が存在している。

つまり、センサ出力値Ｐ３は、回転駆動軸２１を正回転させて、トルクセンサ１１に正回転の定格トルクを印加させた後、その回転駆動軸２１の回転角度位置を零度に戻したときに発生する零点出力、即ち、零点誤差である。一方、センサ出力値Ｐ４は、回転駆動軸２１を負回転させて、トルクセンサ１１に負回転の定格トルクを印加させた後、その回転駆動軸２１の回転角度位置を零度に戻したときに発生する零点出力、即ち、零点誤差である。

そして、センサ出力値Ｐ３，Ｐ４の中心値Ｐｏは、トルク零点における新たな零点として設定される。この新たに設定された零点は、次にモータの定格制御を行う際に、センサ出力値の基準点となる。このように、トルクセンサ１１は、定格ループから求めたセンサ出力値Ｐ３，Ｐ４の中心値Ｐｏを、トルク零点における新たな零点と設定することにより、回転駆動軸２１の回転角度範囲全域に亘って、出力誤差を抑制することができる。

また、モータの駆動制御を定格制御としない場合には、そのモータの駆動制御に対応したヒステリシスループの大きさ及びループ形状に応じて、零点誤差を補正すれば良い。

例えば、図２の２点鎖線で示したヒステリシスループは、正回転トルクを、定格トルク以下のトルクとしている。具体的に、図２の２点鎖線で示したヒステリシスループは、正回転トルクを、定格トルクの０．５倍となるトルクとする一方、負回転トルクを、定格トルクとしている。なお、上述したヒステリシスループについては、以下、定格０．５ループと称す。

図２の２点鎖線で示した定格０．５ループについて説明すると、Ｐ１´は、正回転の定格０．５トルク（定格トルクの０．５倍となるトルク）を印加したときのセンサ出力値である。Ｐ２は、負回転の定格トルクを印加したときのセンサ出力値であって、定格ループと共通している。また、トルク零点には、２つのセンサ出力値Ｐ３´，Ｐ４が存在している。

つまり、センサ出力値Ｐ３´は、回転駆動軸２１を正回転させて、トルクセンサ１１に正回転の定格０．５トルクを印加させた後、その回転駆動軸２１の回転角度位置を零度に戻したときに発生する零点出力、即ち、零点誤差である。一方、センサ出力値Ｐ４は、回転駆動軸２１を負回転させて、トルクセンサ１１に負回転の定格トルクを印加させた後、その回転駆動軸２１の回転角度位置を零度に戻したときに発生する零点出力、即ち、零点誤差であって、定格ループと共通している。

そして、センサ出力値Ｐ３´，Ｐ４の中心値Ｐｏ´は、トルク零点における新たな零点として設定される。この新たに設定された零点は、次にモータの定格０．５制御を行う際に、センサ出力値の基準点となる。このように、トルクセンサ１１は、定格０．５ループから求めたセンサ出力値Ｐ３´，Ｐ４の中心値Ｐｏ´を、トルク零点における新たな零点と設定することにより、回転駆動軸２１の回転角度範囲全域に亘って、出力誤差を抑制することができる。

更に、トルク零点における中心値Ｐｏ，Ｐｏ´を高精度に算出したい場合には、定格ループ及び定格０．５ループを予め規定する際に、正回転トルク及び負回転トルクを、それぞれ複数回印加すれば良い。この結果、高い再現性を有する定格ループ及び定格０．５ループを得ることができるので、中心値Ｐｏ，Ｐｏ´を高精度に算出することができる。

以上より、実施の形態１に係るトルクセンサ１１における零点誤差の補正方法によれば、トルクセンサ１１のヒステリシスループにおいて、トルク零点における２つのセンサ出力値の中心値を、新たな零点として設定することにより、トルクセンサ１１にヒステリシスが存在しても、トルク零点における出力誤差を効率的に補正することができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るトルクセンサにおける零点誤差の補正方法について、図３を用いて説明する。

実施の形態２に係るトルクセンサ１１における零点誤差の補正方法は、定格ループのみに適用されるものであって、その定格ループとは別に、当該定格ループのループ領域よりも小さいループ領域を有する補正用ヒステリシスループを予め規定する。なお、上述した補正用ヒステリシスループについては、以下、補正用ループと称す。

具体的に、図３の２点鎖線で示した補正用ループは、図３の実線で示した定格ループにおけるセンサ出力値Ｐ３，Ｐ４の中心値Ｐｏを設定するために用いられる。

ここで、補正用ループにおける負回転トルクは、定格トルクとなっている。一方、補正用ループにおける正回転トルクは、定格トルクよりも小さく、且つ、定格ループにおけるセンサ出力値Ｐ３，Ｐ４の中心値Ｐｏを、回転駆動軸２１の回転角度位置が零度のときに通り抜けるヒステリシスループを描くことができるトルクとなっている。

なお、図３の２点鎖線で示した補正用ループは、補正用ループの一例であって、正回転トルクを、定格トルクの０．６２５倍となるトルクとする一方、負回転トルクを、定格トルクとした、定格０．６２５ループとなっている。

従って、定格トルクが印加されるトルクセンサ１１における零点誤差を補正する場合には、先ず、モータの定格制御を行うのに先立って、上述したように、定格ループを予め規定する。

次いで、負回転の定格トルクを印加し、引き続き、正回転の定格０．６２５トルク（定格トルクの０．６２５倍となるトルク）を印加した後、回転駆動軸２１の回転角度位置を零度に戻すことにより、図３の２点鎖線で示した補正用ループとなる定格０．６２５ループを得ることができる。

このとき、定格０．６２５ループにおけるトルク零点でのセンサ出力値は、Ｈ３，Ｈ４となっており、このうち、正のセンサ出力値Ｈ３は、定格ループにおけるセンサ出力値Ｐ３，Ｐ４の中心値Ｐｏと一致する。

そして、センサ出力値Ｐ３，Ｐ４の中心値Ｐｏは、トルク零点における新たな零点として設定される。この新たに設定された零点は、次にモータの定格制御を行う際に、センサ出力値の基準点となる。このように、トルクセンサ１１は、定格ループ及び補正用ループから求めたセンサ出力値Ｐ３，Ｐ４の中心値Ｐｏを、トルク零点における新たな零点と設定することにより、回転駆動軸２１の回転角度範囲全域に亘って、出力誤差を抑制することができる。

但し、上述したように、補正用ループを規定する際に、他方の負回転トルクを、定格トルクとし、一方の正回転トルクを、定格トルクよりも小さいトルクとした場合には、トルク零点における正のセンサ出力値が新たな零点となる。これに対して、補正用ループを規定する際に、一方の正回転トルクを、定格トルクとし、他方の負回転トルクを、定格トルクよりも小さいトルクとした場合には、トルク零点における負のセンサ出力値が新たな零点となる。

以上より、実施の形態２に係るトルクセンサ１１における零点誤差の補正方法によれば、トルクセンサ１１の定格ヒステリシスループに対して、そのトルク零点における２つのセンサ出力値の中心値を通り抜ける補正用ヒステリシスループを描いて、その中心値を新たな零点として設定することにより、トルクセンサ１１にヒステリシスが存在しても、トルク零点における出力誤差を効率的に補正することができる。

なお、本願発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは、各実施の形態における任意の構成要素の変形、もしくは、各実施の形態における任意の構成要素の省略が可能である。例えば、上述した実施の形態１，２におけるトルクセンサ１１は、一例を示したものであって、ヒステリシスが存在するトルクセンサであれば、どのような構成のトルクセンサであっても構わない。

１０ トルク検出器
１１ トルクセンサ
１２ 固定板
１３ センサ軸
１４，１５ フランジ部
２１ 回転駆動軸
２２ トルク伝達軸
Ｐ１〜Ｐ４，Ｐ１´，Ｐ３´，Ｈ３，Ｈ４ センサ出力値
Ｐｏ，Ｐｏ´ 中心値

Claims (4)

1. 回転駆動軸のトルクを検出するトルクセンサにおいて、トルクが零のときの出力誤差を補正するトルクセンサにおける零点誤差の補正方法であって、
   所望の正回転トルク及び所望の負回転トルクを印加することによって得られるヒステリシスループを、予め規定し、
   前記ヒステリシスループにおけるトルク零点での２つの出力値を用いて、新たな零点を設定する
   ことを特徴とするトルクセンサにおける零点誤差の補正方法。
2. 前記２つの出力値の中心値を、新たな零点として設定する
   ことを特徴とする請求項１記載のトルクセンサにおける零点誤差の補正方法。
3. 前記ヒステリシスループは、印加される正回転トルク及び負回転トルクが定格トルクとなる定格ヒステリシスループであって、
   前記定格ヒステリシスループのループ領域よりも小さいループ領域を有する補正用ヒステリシスループを、更に規定し、
   前記補正用ヒステリシスループは、
   印加される正回転トルク及び負回転トルクのいずれか一方のトルクを、定格トルクとする一方、
   印加される正回転トルク及び負回転トルクのいずれか他方のトルクを、定格トルクよりも小さく、且つ、前記定格ヒステリシスループにおける前記２つの出力値の中心値を、前記回転角度位置が零度のときに通り抜けるヒステリシスループを描くことができるトルクとし、
   前記補正用ヒステリシスループが通り抜けた前記中心値を、新たな零点として設定する
   ことを特徴とする請求項１記載のトルクセンサにおける零点誤差の補正方法。
4. 前記ヒステリシスループは、正回転トルク及び負回転トルクを複数回印加することによって得られる
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のトルクセンサにおける零点誤差の補正方法。

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