JP5407077B2 - トルクセンサ及びトルク検出方法 - Google Patents
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Description
(1)f(θ1)及びg(θ2)を増幅率Gで差動増幅して得られたG(V2−V1)をA/D変換器610に入力してΔVを求めているので、操舵角θ1の分解能はそのままで、操舵トルクKΔθ=K(θ2−θ1)の分解能が向上する。
(2)f(θ1)及びf(θ1−π/2)のうち信号変化率が大きい方の検出信号を使用して操舵トルク及び操舵角を算出することにより、検出精度が向上し、更に、θ1に誤差Δθ1が発生したときの誤差Δ(Δθ)が小さくなる。
楕円F(x、y)を以下のように定義する。
(x、y)=(Lcosθ,Lsinθ) …(1)
x2+y2/a2=r2 …(2)
y≧0 …(3)
(r2/(cos2θ+sin2θ/a2))1/2=L …(4)
従って、(4)式を(1)式に代入することにより、楕円Fの座標をθで表記できる。
H(X)=X=2r・cosθ−F(x) …(5)
H(Y)=Y=2r・sinθ−F(y) …(6)
ここで、F(x),F(y)は、回転中心Pを通る直線が楕円Fに交差する点のX座標、Y座標を示す。つまり、(5)式、(6)式を満たすH、Fは回転中心を起点としてX軸とのなす角度が同一の角度となる。また、(5)式、(6)式より、関数F(楕円に限られない)が定義されれば、対応する関数H(楕円関数に限られない)の座標を求めることが可能となる。
(1)非円形回転体71の回転中心Pを通る直線が非円形回転体71の外周と交差する二点間の距離が一定である非円形回転体71を使用しているので、対角配置された一対の磁気センサ21A,21B(又は21C,21D)の検出信号を差動増幅することにより得られる信号は、回転体71の回転角度情報を含む略正弦波信号となり、入力軸61の一回転以内の回転角を0deg〜360degの範囲にわたって高精度に検出できる。
21A,21B,21C,21D…磁気センサ
41A,41B,41C,41D…磁気センサ
60…ステアリングシャフト
61…入力軸
62…出力軸
63…トーションバー
300A,300B,300C,300D…磁気センサ
301A,301B,301C,301D…磁気抵抗効果素子
302A,302B,302C,302D…磁石
310,320,330,340…歯車
601,602…差動増幅器
610,620,630,640…A/D変換器
650…信号処理回路
Claims (10)
- 弾性部材を介して相互に接続される入力軸及び出力軸を有する回転軸の軸トルクを検出するためのトルクセンサであって、
前記入力軸の回転に伴い周期的に変化する磁界を検出し、前記入力軸の回転角の情報を含む第一の検出信号を出力する第一の検出手段と、
前記出力軸の回転に伴い周期的に変化する磁界を検出し、前記出力軸の回転角の情報を含む第二の検出信号を出力する第二の検出手段と、
前記第一の検出信号と前記第二の検出信号とを第一の増幅率で差動増幅して得られる第一の差動出力信号を出力する第一の差動増幅器と
前記第一の差動出力信号を第一のデジタルデータに変換する第一のA/D変換器と、
前記第一のデジタルデータを前記第一の増幅率で除算して得られる前記第一及び第二の検出信号の差分に基づいて前記軸トルクを算出する信号処理回路と、
を備えるトルクセンサ。 - 請求項1に記載のトルクセンサであって、
前記信号処理回路は、前記第一の検出信号に基づいて、前記入力軸の回転角を算出する、トルクセンサ。 - 請求項1又は請求項2に記載のトルクセンサであって、
前記信号処理回路は、前記第一のデジタルデータを前記第一の増幅率で除算して得られる前記第一及び第二の検出信号の差分に前記第一の検出信号を加算することで前記第二の検出信号を算出し、前記算出された第二の検出信号から前記出力軸の回転角を算出し、前記第一の検出信号から前記入力軸の回転角を算出し、前記入力軸の回転角及び前記出力軸の回転角から前記軸トルクを算出する、トルクセンサ。 - 請求項1乃至請求項3のうち何れか1項に記載のトルクセンサであって、
前記入力軸の回転に伴い周期的に変化する磁界を検出し、前記入力軸の回転角の情報を含む第三の検出信号を出力する第三の検出手段と、
前記出力軸の回転に伴い周期的に変化する磁界を検出し、前記出力軸の回転角の情報を含む第四の検出信号を出力する第四の検出手段と、
前記第三の検出信号と前記第四の検出信号とを第二の増幅率で差動増幅して得られる第二の差動出力信号を出力する第二の差動増幅器と、
前記第二の差動出力信号を第二のデジタルデータに変換する第二のA/D変換器と、を更に備え、
前記信号処理回路は、
前記第三の検出信号の変化率よりも前記第一の検出信号の変化率の方が大きく且つ前記第四の検出信号の変化率よりも前記第二の検出信号の変化率の方が大きい場合には、前記第一のデジタルデータを前記第一の増幅率で除算して得られる前記第一及び第二の検出信号の差分に基づいて前記軸トルクを算出し、
前記第一の検出信号の変化率よりも前記第三の検出信号の変化率の方が大きく且つ前記第二の検出信号の変化率よりも前記第四の検出信号の変化率の方が大きい場合には、前記第二のデジタルデータを前記第二の増幅率で除算して得られる前記第三及び第四の検出信号の差分に基づいて前記軸トルクを算出する、トルクセンサ。 - 請求項4に記載のトルクセンサであって、
前記信号処理回路は、
前記第三の検出信号の変化率よりも前記第一の検出信号の変化率の方が大きく且つ前記第四の検出信号の変化率よりも前記第二の検出信号の変化率の方が大きい場合には、前記第一の検出信号に基づいて前記入力軸の回転角を算出し、
前記第一の検出信号の変化率よりも前記第三の検出信号の変化率の方が大きく且つ前記第二の検出信号の変化率よりも前記第四の検出信号の変化率の方が大きい場合には、前記第三の検出信号に基づいて前記入力軸の回転角を算出する、トルクセンサ - 請求項1乃至請求項5のうち何れか1項に記載のトルクセンサであって、
前記入力軸に噛合する第一の歯車と、
前記出力軸に噛合する第二の歯車と、を更に備え、
前記第一の検出手段は、前記第一の歯車の回転に伴い周期的に変化する磁界を検出して前記第一の検出信号を出力する第一の磁気センサを備え、
前記第二の検出手段は、前記第二の歯車の回転に伴い周期的に変化する磁界を検出して前記第二の検出信号を出力する第二の磁気センサを備える、トルクセンサ。 - 請求項1乃至請求項5のうち何れか1項に記載のトルクセンサであって、
前記入力軸に固定される第一の非円形回転体と、
前記出力軸に固定される第二の非円形回転体と、を更に備え、
前記第一の非円形回転体の回転中心を通る直線が前記第一の非円形回転体の外周と交差する二点間の距離が一定であり、
前記第二の非円形回転体の回転中心を通る直線が前記第二の非円形回転体の外周と交差する二点間の距離が一定であり、
前記第一の検出手段は、
前記第一の非円形回転体の外周付近に配置される第一の磁気センサであって、前記第一の非円形回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第一の非円形回転体の外周と前記第一の磁気センサとの間の第一の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第五の検出信号を出力する第一の磁気センサと、
前記第一の磁気センサと前記第一の非円形回転体の回転中心とを結ぶ直線上において、前記第一の非円形回転体の前記回転中心と前記第一の磁気センサとの距離に等しい距離だけ前記第一の非円形回転体の前記回転中心から離れた位置に配置される第二の磁気センサであって、前記第一の非円形回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第一の非円形回転体の外周と前記第二の磁気センサとの間の第二の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第六の検出信号を出力する第二の磁気センサと、
前記第五の検出信号と前記第六の検出信号とを差動増幅して前記第一の検出信号を出力する第三の差動増幅器とを備え、
前記第二の検出手段は、
前記第二の非円形回転体の外周付近に配置される第三の磁気センサであって、前記第二の非円形回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第二の非円形回転体の外周と前記第三の磁気センサとの間の第三の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第七の検出信号を出力する第三の磁気センサと、
前記第三の磁気センサと前記第二の非円形回転体の回転中心とを結ぶ直線上において、前記第二の非円形回転体の前記回転中心と前記第三の磁気センサとの距離に等しい距離だけ前記第二の非円形回転体の前記回転中心から離れた位置に配置される第四の磁気センサであって、前記第二の非円形回転体の回転に伴い周期的に変化する前記第二の回転体の外周と前記第四の磁気センサとの間の第四の距離の変化に対応する磁界変化を検出して第八の検出信号を出力する第四の磁気センサと、
前記第七の検出信号と前記第八の検出信号とを差動増幅して前記第二の検出信号を出力する第四の差増増幅器とを備える、トルクセンサ。 - 弾性部材を介して相互に接続される入力軸及び出力軸を有する回転軸の軸トルクを検出するためのトルク検出方法であって、
前記入力軸の回転に伴い周期的に変化する磁界を検出することにより、前記入力軸の回転角の情報を含む第一の検出信号を出力するステップと、
前記出力軸の回転に伴い周期的に変化する磁界を検出することにより、前記出力軸の回転角の情報を含む第二の検出信号を出力するステップと、
前記第一の検出信号と前記第二の検出信号とを所定の増幅率で差動増幅して得られる差動出力信号を出力するステップと、
前記差動出力信号をA/D変換器に入力してデジタルデータに変換するステップと、
前記デジタルデータを前記所定の増幅率で除算して得られる前記第一及び第二の検出信号の差分に基づいて前記軸トルクを算出するステップと、
を備えるトルク検出方法。 - 請求項8に記載のトルク検出方法であって、
前記第一の検出信号に基づいて前記入力軸の回転角を算出するステップと、を更に備える、トルク検出方法。 - 請求項8又は請求項9に記載のトルク検出方法であって、
前記デジタルデータを前記所定の増幅率で除算して得られる前記第一及び第二の検出信号の差分に前記第一の検出信号を加算することで前記第二の検出信号を算出するステップと、
前記算出された第二の検出信号から前記出力軸の回転角を算出するステップと、
前記第一の検出信号から前記入力軸の回転角を算出するステップと、
前記入力軸の回転角及び前記出力軸の回転角から前記軸トルクを算出するステップと、を更に備える、トルク検出方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009187154A JP5407077B2 (ja) | 2009-08-12 | 2009-08-12 | トルクセンサ及びトルク検出方法 |
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JP2011038917A JP2011038917A (ja) | 2011-02-24 |
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JPH11287718A (ja) * | 1998-04-02 | 1999-10-19 | Toyota Autom Loom Works Ltd | 磁歪式トルクセンサ |
JP3784248B2 (ja) * | 2000-10-02 | 2006-06-07 | 株式会社ジェイテクト | 回転角度検出装置、トルクセンサ及び舵取装置 |
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