WO2003106953A1

WO2003106953A1 - トルク検出装置

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Publication number: WO2003106953A1
Application number: PCT/JP2003/007599
Authority: WO
Inventors: 植平　清孝; 笹之内　清孝; 湯河　潤一; 御池　幸司
Original assignee: 松下電器産業株式会社
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2003-12-24
Also published as: US6880254B2; US20040244209A1; EP1426750A1; EP1426750A4; JP2004020370A

Abstract

高分解にトルク量、回転角度、回転速度を検出するトルク検出装置。第１と第２のロータは、それぞれ、軸受部に保持され、外周に歯車部を含む。第１と第２の磁石は、第１と第２のロータの端部に配置され、それぞれの磁極の対を有する。第１と第２の磁気検知素子が、それぞれ第１と第２のロータの軸方向に、所定の間隙を有して、第１と第２の磁石と対向して配置され、第１と第２の磁石による磁界を検知する。入力軸と出力軸は、それぞれ第１と第２のロータと歯車で連結され、出力軸は入力軸と連結される。入力軸と出力軸の間の相対回転変位量が第１と第２の磁気検知素子の出力信号に基づいて得られる。

Description

トルク検出装置

技術分野

本発明は、自動車のパワーステアリング等に用いられるトルク検出装置に関わり、特にステアリングの回転角度をも同時に検知可能なトルク明

検出装置に関する。

田背景技術

従来、トルク及び回転角度を検知する方法として、例えば特開平 1 1 - 1 940 0 7号公報に示されたような方式が知られている。この検知方式を図 1 3に示す。

図 1 3において、歯車部 1 2 6 a， 1 2 6 bは、回転角度が検知される軸（図示せず）に、係合パネ 1 2 7 a, 1 2 7 bを介して、固定されて取り付けられる。

この歯車部 1 2 6 a, 1 2 6 bは、外周端面に複数個の磁極を有するコード板 1 2 8 a， 1 28 bが取り付けられた歯車部 1 2 9 a, 1 2 9 bと嚙み合っている。その回転角度が検知される軸の回転にしたがつて、コード板 1 2 8 a、 1 2 8 bに設けられた磁極が移動する。この移動していく磁極の数を外周端面に対向して設けられた検知素子 1 3 0， 1 3 1が、カウントすることにより、軸の回転角度が検知される。

また、この構成による機構が、トーシヨンバーを介して連結された 2 本の軸に、各々取り付けられる。この場合、 2本の軸間にトルクが作用して軸間にねじれが発生した時、各々の軸の検知された回転角度が比較されることによって、作用したトルクの量が検知される。

このように構成されたトルク検出装置においては、コード板 1 2 8 a， 1 2 8 bの外周の磁極による磁界が、軸の半径方向に配置された検知素子 1 3 0， 1 3 1で検出される。そのため、たとえば、組み立ての際に、歯車部 1 2 9 a , 1 2 9 bやコード板 1 2 8 a , 1 2 8 bの軸に直角方向に外力が作用したとき、歯車部 1 2 6 a， 1 2 6 bに対するコード板 1 2 8 a , 1 2 8 bと検知素子 1 3 0 , 1 3 1の間隙量が変化して、検知精度が変化しやすい傾向がある。

また、この従来のトルク検出装置においては、コード板 1 2 8 a， 1 2 8 bの磁極による磁界が、検知素子 1 3 0， 1 3 1で検出される。したがって、その検出分解能には、磁極の間隔で決まる限界があり、ステァリングの細かな動きの検出や、回転開始時のトルク量、回転角度、回転速度を高分解能で、検出することがむずかしい。発明の開示

本発明は、高分解にトルク量、回転角度、回転速度を検出できる高精度なトルク検出装置を提供することを目的とする。

本発明のトルク検出装置は、ケースとケースに設けられた軸受部を有する。さらに、第 1のロータと第 2のロー夕は、それぞれ、軸受部に回転自在に保持され、外周に歯車部が設けられている。

第 1の磁石は、第 1のロータの端部に配置され磁極の対を有する。第 2の磁石は、第 2のロータの端部に配置され磁極の対を有する。第 1の磁気検知素子が、第 1のロータの軸方向に、所定の間隙を有して、第 1の磁石と対向して配置され、第 1の磁石による磁界を検知する。第 2の磁気検知素子は、第 2のロータの軸方向に、所定の間隙を有して、第 2の磁石と対向して配置され、第 2の磁石による磁界を検知する。入力軸は、第 1のロータの歯車部と結合する歯車部を有している。出力軸は、入力軸の一端と連結され、かつ、第 2の口一夕の歯車部と結合する歯車部を有している。

ここで、入力軸と出力軸の間に相対回転変位量が生じた場合に、第 1 の磁気検知素子が出力する第 1の磁石による磁界に対応する第 1の検出信号と、第 2の磁気検知素子が出力する第 2の磁石による磁界に対応する第 2の検出信号とに基づき、上述の相対回転変位量が得られる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態 1におけるトルク検出装置の断面図である。

図 2 A、図 2 Bは、実施の形態 1におけるトルク検出装置における磁気検知のための磁石の動きを説明する。

図 2 Cは、実施の形態 1における磁気検知素子の出力の変化を示す。図 3は、本発明の実施の形態 2におけるトルク検出装置の断面図である。

図 4 Aは、本発明の実施の形態 3におけるトルク検出装置の断面図である。

図 4 Bは、実施の形態 3におけるトルク検出装置の A— A矢視図である。

図 4 Cは、実施の形態 3におけるトルク検出装置の B— B矢視図である。

図 5 Aは、本発明の実施の形態 4におけるトルク検出装置の断面図である。図 5 Bは、実施の形態 4におけるトルク検出装置の C _ C矢視図である。

図 6は、本発明の実施の形態 5におけるトルク検出装置の断面図である。

図 7は、実施の形態 5におけるトルク量算出部を説明するブロック図である。

図 8は、本発明の実施の形態 6におけるトルク検出装置のロータの回転速度の算出に関しる説明図である。

図 9 A、図 9 Bは、本発明の実施の形態 7におけるトルク検出装置の補正部の動作を説明する。

図 1 0は、本発明の実施の形態 7におけるトルク量を算出し、補正する部分のプロック図である。

図 1 1は、本発明の実施の形態 8におけるトルク検出装置の動作を説明する。

図 1 2は、本発明の実施の形態 9におけるトルク検出装置の動作を説明する。

図 1 3は、従来のトルク検出装置の構成を説明する。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図面にしたがって、詳細に説明する。

(実施の形態 1 )

図 1は本発明に関わるトルク検出装置の実施の形態 1を示す断面図である。

図 1において、入力軸 1は、上ハウジング 2に保持されたベアリング 3で、回転自在に保持されている。入力軸 1は、その一部に歯車部 1 a を備えると共に、その一端部に入力用のスプライン部 1 bを備えている。このスプライン部 1 bは、車両のステアリング側に設けられた入力スプライン部（図示せず）と連結して、ステアリングの回転を入力軸 1に伝達する。入力軸 1は、また、所定の捩れ強度を付与されるためにその中間部 1 cが細径に仕上げられて、トーシヨンバ一を構成している。入力軸 1の他端部は、中空の出力軸 4に同心に内蔵されていて、先端部で連結ピン 5によって、出力軸 4と連結されている。

出力軸 4は、下ハウジング 6に保持されたベアリング 6 a， 6 bで回転自在に保持されている。出力軸 4の一端部には、歯車部 4 aが設けられており、他端部には出力用のウォーム歯車 4 bが形成されている。

このウォーム歯車 4 bは、車両のホイール側に設けられたラック（図示せず）と嚙み合って、ステアリングの回転をホイール側のメンバーに伝達する。

入力軸 1の歯車部 l a、出力軸 4の歯車部 4 aは、外周にこれらの歯車に嚙み合う歯車部 7 a、 8 aを備えた口一夕 7とロータ 8に各々嚙み合っている。

このロータ 7とロータ 8は、それぞれ、センサケース 9に設けられた軸受部 9 a， 9 bで、それぞれ回転自在に保持されている。更に、口一夕 7及び口一夕 8のそれぞれの端部には、略中央部に図 2のように、磁石 1 0 , 1 1が固着されている。磁石 1 0、 1 1は、それぞれロータ 7 と 8の端面の面方向に着磁されている。

この磁石 1 0 , 1 1のそれぞれが形成する磁界の方向と平行に、磁石 1 0， 1 1に対向した位置で、プリント基板 1 2， 1 3上に、それぞれ磁気検知素子 1 4 , 1 5が設けられている。

たとえば、図 2 A， Bに示すように、磁石 1 0 , 1 1によって形成される磁界の方向は変化する。磁気検知素子 1 4 , 1 5は、この磁界の方向の変化に応じて、連続した出力を出すような特性を持った素子が用いられる。具体的には異方性磁気抵抗素子が使用される。

また、上述の磁石の配置は、その形成する磁界の方向がそれぞれの口 —夕の回転とともに変化して、その変化が磁気検知素子 1 4 , 1 5で検知されるように配置されれば、上述のような配置に限らなくてもよい。プリント基板 1 2， 1 3は、それぞれ止めネジ 1 6 , 1 7によって、センサ一ケース 9に位置ぎめ固定されている。これらの部品は、センサケース 9内に収納され、センサカバ一 1 8で密封されてセンサュニット 1 9を構成している。

更に、このセンサユニット 1 9の一部には、切欠き部が設けられている。この切欠き部と上ハウジング 2に設けられた同様の切欠き部を介して、歯車部 l aとロータ 7 , 歯車部 4 aとロータ 8のそれぞれの嚙み合いがなされる。センサユニット 1 9は、ネジ等の手段（図示せず）で上ハウジング 2もしくは下ハウジング 6に位置決めして固定される。

以上のように構成されたトルク検出装置における動作を次に説明する _c ステアリングの回転トルクは、スプライン部 1 bを介して入力軸 1に伝達される。入力軸 1の回転は、これに固定された連結ピン 5によって出力軸 4に伝達され、ウォーム歯車 4 bを回転させる。この回転に応じて、車両のホイールがコントロールされる。

ホイール側が、摩擦等がなく無負荷の場合には、入力軸 1と出力軸 4 は、完全に同一の回転をする。従って、各々の軸に設けられた歯車部 1 a , 4 aも同一の位相で回転する。更に、これらの歯車部 l a， 4 aには口一夕 7とロータ 8が嚙み合っている。これらの回転自在に保持された口一夕 7， 8は、入力軸 1と出力軸 4の回転角度と歯車の歯数比に応じて回転する。

これらのロータ 7 , 8のそれぞれに設けられた磁石 1 0 , 1 1も回転する。したがって、図 2 Bに示されるように、磁石 1 0、 1 1のそれぞれの磁化の方向が変化する。すなわち、磁石 1 0、 1 1のそれぞれによる磁界の方向が変化する。

ここで、図 2 Bは、磁石 1 0と歯車部 1 aを示しているが、磁石 1 1 と歯車部 4 aについても同様である。

この場合は、口一夕 7， 8の回転の位相がまったく同じであるので、磁気検知素子 1 4と磁気検知素子 1 5の磁界の方向変化に応じた出力の変化はまったく同一となる。

図 2 Cは、口一夕 7、 8の回転角度に対する磁気検知素子 1 4、 1 5 の出力の変化を示す。

ホイールに負荷が働いた場合には、ステアリングの回転トルクに対して入力軸 1の出力軸 4側には、この負荷による反トルクが作用する。結果として、入力軸 1には捩れのトルクが作用する。これにより、入力軸 1の歯車部 l aと、出力軸 4の歯車部 4 aの回転の位相がずれ、ロータ 7と口一夕 8の回転の位相もこの捩れ量に比例してずれる。従って、各々の磁石 1 0 , 1 1は、それぞれによる磁界の方向がずれるように回転する。そのため、磁気検知素子 1 4、 1 5の出力は、それぞれの磁界の位相ずれに応じた値となる。

したがって、磁気検知素子 1 4、 1 5の出力の差を比較することによつて、捩れ量つまり入力軸 1と出力軸 4間に作用するトルクが検知される。

また、磁気検知素子は、口一夕 7、 8の回転角度をアナログ的に検知している。入力軸 1或いは出力軸 4は、それぞれローター 7、 8と、歯車部 l a、 4 aと歯車部 7 a、 8 aで嚙合している。したがって、入力軸 1或いは出力軸 4の 1回転中の位置を示す角度は、磁気検知素子 1 4、 1 5のそれぞれの出力の絶対値から得られる。

以上に述べたように、本実施の形態に関わるトルク検出装置においては、磁気検知素子 1 4 , 1 5は、それぞれ、口一夕 7， 8の軸と直角方向に配置されている。したがって、組み立ての際、或いは外力によって撓みが発生した場合にも、磁気検知素子 1 4と磁石 1 0の距離と磁気検知素子 1 5と磁石 1 1の距離は、外力ゃ撓みの影響を受け難い。

とくに、軸と直角方向に外力が作用して歯車部が半径方向に変位した場合には、その影響を受けない。

したがって、上述のトルクの検知と回転角度の検知は，撓みの影響をうけず、高精度と高い信頼性が得られる。

また、二つの磁気検知素子 1 4、 1 5は、磁界の方向の変化をロー夕 7、 8の 1回転中に連続的に検知する。第 1のロータ 7或いは第 2の口一夕 8に固定された一対の磁極をもつ磁石 1 0、 1 1によって形成される磁界の方向の変化を、磁界と平行に配置された磁気検知素子 1 4、 1 5で、アナログ的に検知する。このことにより、各々の軸の回転角度の絶対量（絶対角度）を知ることができる。

さらに、入力軸 1と出力軸 4の間にトルクが作用して捩れが発生した場合には、入力軸 1と出力軸 4の角度の差から得られる捩れ角度から発生トルクの量を知ることができる。これによつて、取り付け時の外力による間隙の変化等の影響が防止でき、信頼性の向上が得られる。さらに、同時に出力を直接読みとることで軸の回転角度の絶対値が得られる。以上のように、複数個の磁極の数量の変化が検知されてインクリメンタルに記録される方式が用いられず、軸の回転角度に応じた出力が、ァナログ的に連続して得られる。したがって、相対的な捩れの角度の検知及びそれから求められる作用トルク量の検知だけでなく、入力軸 1或いは出力軸 4の回転角度の絶対値も簡単な構成で知ることができる。

更に、本実施の形態においては、ロータ 7， 8や磁気検知素子 1 4 , 1 5を収納するセンサユニット 1 9が別体として形成される。したがつて、次のようにトルク検出装置を構成することも可能である

入力軸 1及び出力軸 4側とが、まず、構成される。

その後、センサユニット 1 9が、入力軸 1及び出力軸 4に、一体に取り付けられる。

このことによって、組み立ての作業性の向上や、ブロック別工程による生産性の向上が得られる。

(実施の形態 2 )

図 3は、本発明に関わるトルク検出装置の実施の形態 2のセンサュニットを示す断面図である。

この実施の形態以降の実施の形態の説明においては、以上述べてきた説明と同じ構成要素は、図 1 , 2と同じ番号を用い、説明を省略する。図 3において、樹脂材料の成形品等で形成されたロータ 7とロータ 8 の軸は、中空部 7 b， 8 bを含んでいる。

この中空部 7 b , 8 b内部には、コイルパネ 2 0が挿入されている。コイルバネ 2 0は、その一端を口一夕 7の中空部底面に固定され、所定の捩れ量を持つて、その他端をロータ 8の中空部底面に固定されている。従って、口一夕 7と口一夕 8は、相対的に逆方向のトルクによって付勢される。同時に、それぞれのロータ 7， 8は、コイルバネ 2 0の伸長力により軸方向に常時、付勢され、それぞれ、軸受部 9 aの底面と軸受部 9 bの底面に押し当てられて回転可能に保持されている。

このような構成をもった一対のロー夕 7， 8が、入力軸 1及び出力軸 4に設けられた歯車部 1 a， 4 aに嚙み合わせられている。

このとき、逆方向トルクによって、ロー夕 7， 8の歯車部 7 a , 8 a の歯車は、それぞれ、入力軸 1側の歯車の歯の一方向側にのみ常に付勢されて嚙み合う。また、軸受部 9 a， 9 bと口一夕 7 , 8の軸部の軸方向のがたは、コイルバネ 2 0の圧縮力により、ロー夕 7 , 8が、それぞれ、 1方向に付勢されて吸収される。したがって、口一夕 7， 8上に、ぞれぞれ設けられた磁石 1 0 , 1 1と、磁気検知素子 1 4， 1 5の間隔は、ガタにより変動することがなく、常に一定の量に保たれる。こうして、上述のガ夕による出力の変動が防止される。

また、歯車のバックラッシュ等による歯車の嚙み合いのガ夕が発生することがない。すなわち、軸側の歯車部 l a , 4 aの回転とロータ 7 , 8の回転の誤差が発生し、角度の検知に影響するようなことがない。したがって、部品の精度を緩めることが可能となる。こうして、廉価にもかかわらず信頼性の高い、高精度のトルク検出装置が提供される。

ここで、弾性体として、コイルパネが用いられる。また、捩れトルクと圧縮力を発生させる材料、すなわち、細線、ゴム、樹脂弾性等を用いても同様の効果が得られる。

(実施の形態 3 )

図 4は本発明に関わるトルク検出装置の実施の形態 3のセンサュニットを示す構成図である。

図 4において、ストッパ 2 1は、歯車部 7 a , 8 aの歯溝の幅に応じた線径の線材で、略コの字状に形成される。ストッパ 2 1は、そのコの字状部の平行部 2 l a , 2 l bが、センサカバー 1 8に設けられた円柱状の孔からなるガイド 1 8 a， 1 8 bに揷入されて、摺動自在に保持されている。ストッパ 2 1のコの字状の底辺 2 1 cは、ロータ 7と口一夕 8の歯車部 7 a， 8 aの歯溝に嵌合する位置に、歯溝に平行に配置されている。また、ストッパ 2 1の底辺 2 1 cは、センサケース 9に設けられた付勢バネ 2 2により、上記の各口一夕の歯溝から離れる向きに常時付勢されている。したがって、このストッパ 2 1の移動は、付勢パネ 2 2と反対側のセンサカバー 1 8に設けられたネジ 2 3に底辺 2 1 cが当接することで、規制されている。

このようにして構成されたストッパ 2 1の働きを以下に説明する。トルク検出装置の製造に際し、口一夕 7， 8の回転位置と磁石 1 0， 1 1の位置は、磁気検知素子 1 4 , 1 5の出力が、初期出力になるように調整設定される。

ここで、前述したような、センサユニット 1 9と入出力軸部が切り分けて製造されるとする。

この場合、あらかじめ出力調整されたセンサュニット 1 9における、ロータ 7、 8の回転位置（初期位置）は、軸部の歯車部 l a , 4 aの初期位置と正確に合致させる必要がある。製造工程において、或いは組み立てに際し、この初期位置が変動することのないように、上述の位置の調整後に、以下のような手順が実行される。

センサカバー 1 8のネジ 2 3が締め込まれて、ストッパ 2 1の底辺 2 1 cが、ロータ 7とロー夕 8の歯車部 7 a , 8 aの歯溝部に嵌合させられる。こうして、歯車部 7 a , 8 aの位置が、ずれないように固定される。その後、この状態で軸部の歯車部 1 a， 4 aに、それぞれ、ロータ 7， 8のそれぞれの歯車部 7 a、 8 aが嵌合させられた後、ネジ 2 3が緩められる。このとき、ストッパ 2 1は、コイルバネ 2 2に押圧されて歯溝部から離脱する。したがって、ロー夕 7 , 8は、軸の歯車部 l a， 4 a に、それぞれ歯車部 7 a、 8 aで嵌合して、自在に回転する。

本構成によるストッパ 2 1は、構造が簡単であり、確実に歯溝に嵌合する。したがって、歯車部 7 a， 8 aの回転を完全に阻止できるとともに、簡単な作業で確実に、回転の阻止を解除できる。

こうして、検出装置の取り付けが、確実になされる。同時に、誤った組み立ての発生が防止され、信頼性が向上される。

また、センサユニットの輸送途上あるいは組み付け時における、第 1 のロータ 7と第 2の口一夕 8の相対的なズレの発生を防止することできる。したがって、取り付けが簡便で且つ信頼性の優れたトルク検出装置が得られる。

(実施の形態 4 )

図 5 A、 Bは本発明に関わるトルク検出装置の実施の形態 4のセンサュニット 1 9の構成を示す。

図 5において、センサケース 9は、樹脂成形等で製作され、 U字の断面を持つ U字軸受部 9 c、 9 dを備えている。この U字軸受部 9 c， 9 dには、それぞれ、ロータ 7の回転軸 7 b，口一夕 8の回転軸 7 cが嵌合している。同時に、ロー夕 7の回転軸 7 c，口一夕 8の回転軸 8 cは、図 5 Bに示すように、それぞれ、 U字の開口方向から薄板バネ 2 4 , 2 5で付勢され回転自在に保持されている。

ここで、薄板パネ 2 4、 2 5に設けられた突起部に保持されている。図 5 Bに示すように、軸受部 9 c , 9 dの形状を U字状にすることにより、ケースを樹脂成形等で製作する場合にも、 2分割金型を用いて軸受部を構成できる。したがって、センサケース 9の軸受部 9 c， 9 dの形成の際に、サイドコア等の複雑な金型構造を用いる必要がない。そのため、部品のコストの低減を図ることができると共に、安定した品質を得ることができる。

また、ケースに金型の抜き穴等の開放部を設ける必要がないので、ケ —スの密封も容易となり、ごみ等の進入も防止できるのでセンサの信頼性が向上する。

(実施の形態 5 )

図 6は本発明の実施の形態 5におけるトルク検出装置の断面図である。

図 7は同実施の形態 5における磁石と磁気検知素子とトルク量を算出する部分を示すブロック図である。

本実施の形態 6については、実施の形態 1と基本構成を同じくしており、実施の形態 1と異なる部分についてのみ説明する。

図 6，図 7において、プリント基板 2 8は、センサケース 9内に設けられ、プリント基板 1 2， 1 3に接続されており、トルク量を算出する部分としてのマイクロコンピュータ 2 9 (以下 C P Uと称する）が設けられている。

以上のように構成されたトルク検出装置における動作を次に説明する c 実施の形態 1で説明したように、ホイールに何らかの負荷が働いた場合には、ステアリングの回転トルクに対して入力軸 1の出力軸 4側には、この負荷による反トルクが作用する。その結果、入力軸 1には捩れのトルクが作用する。これにより入力軸 1の歯車部 1 aと、出力軸 4の歯車部 4 aの回転の位相がずれる。従ってロー夕 7と口一夕 8の回転の位相もこの捩れ量に比例してずれる。従って、各々の磁石 1 0， 1 1の磁界の方向がずれて回転する。そのため、磁気検知素子 1 4, 1 5の出力は、それぞれの磁界の位相ずれに応じた値となる。磁気検知素子 1 4， 1 5 の出力を C P U 2 9が取り込み、その差を比較することによって、捩れ量つまり入力軸 1と出力軸 4間に作用するトルクが検知される。

また、実施の形態 1で述べたよように、磁気検知素子 1 4, 1 5は口 —夕の回転角度をアナログ的に検知している。したがって、入力軸 1或いは出力軸 4の 1回転中の位置を示す角度は、磁気検知素子 1 4、 1 5 の出力の絶対値から得られる。

さらに、磁気検知素子 1 4， 1 5として、ある一定の磁界の強さがあれば磁界の方向のみによって出力が変化する磁気抵抗素子が用いられるとする。この場合、磁石 1 0, 1 1と磁気検知素子 1 4， 1 5の距離が変化したり、磁石の特性により磁界の強さが変化しても安定した出力を得ることができる。したがって、磁気検知素子 1 4、 1 5の出力が、磁石 1 0、 1 1の向きの変化だけで高精度なアナログ量で検出されるので、高分解能でトルク検出ができる

以上に述べたように、本発明においては、複数個の磁極による磁界の変化の数をインクリメンタルに検知する方式と異なり、回転角度に応じた出力がアナログ的に連続して得られる。したがって、 C PU 2 9は、相対的な捩れの角度を取り込み、トルク量を算出する。こうして、入力軸 1或いは出力軸 4の回転角度の絶対値も簡単な構成で知ることができる。

また、 C PU以外の電子回路でトルク量を算出してもよい。

また、 CPU 2 9が、プリント基板 1 2と 1 3のいずれかに設けられてもよい。 (実施の形態 6)

図 8は本発明の実施の形態 6におけるトルク検出装置のロー夕の回転速度の算出に関する説明図である。

C PU 2 9は、一定時間おきに磁気検知素子 14, 1 5の出力を取り込み、口一夕の回転速度を検出する回転速度検出部（図示しない）を有している。

図 8において、 t 1から t 6は、磁気検知素子 14， 1 5のいずれかの出力を、 C P U 2 9が取り込む時間、 a 1から a 6は、 1; 1から七 6 それぞれの時間の回転角度を示している。

ここで、 C PU 2 9は、一定時間おきに磁気検知素子 1 4, 1 5の出力を取り込んでいる。そのため、その間の回転速度として、例えば、 t 1から t 2の間の回転速度は

回転速度 = (a 2 - a l ) / ( t 2 - t l )

で求められる。

同様にして t 6までの回転速度を求められる。

また、それぞれの時間の回転速度の変化からその間の回転加速度も回転加速度 = ( ( t 2から t 3の回転速度）一（ t 1から t 2の回転速度） ) / ( t 3— t 2 )

で求められる。

なお、回転角度を取り込む時間を一定時間としたが、 C PU 2 9が制御できる時間であれば一定時間おきでなくともよい。

(実施の形態 7)

図 9 A、 Bは、実施の形態 7における補正部の動作を説明する図である。

図 1 0は、磁石と磁気検知素子とトルク量を算出する部分とトルクなしの場合のずれを補正する部分を示すブロック図である。

図 1 0において以上に述べてきた説明と同じ構成要素は図 3と同じ参照符号を使い説明を省略する。

図 9 Aにおいて、デ一夕 3 0は、磁気検知素子 1 4, 1 5の出力が同様に変化している場合を示す。

図 9 Bにおいて、データ 3 1は、磁気検知素子 1 4の出力変化、デー夕 3 2は磁気検知素子 1 5の出力変化を示す。

図 1 0において、不揮発性メモリ 3 3は、 C PU 2 9内に含まれている。

図 9 Aに示すように、口一夕 7と 8の回転角度の角度差がない場合、 2つの磁気検知素子 1 4、 1 5の出力はデ一夕 3 0のように同一となる。図 9 Bは、トルクがゼロのとき、磁石 1 0， 1 1の向きが同一でないようにロータ 7， 8が設定された場合を示す。この場合、装置作成時に、磁気検知素子 1 4の出力 3 1と磁気検知素子 1 5の出力 32の差が、不揮発性メモリ 3 3に記憶される。

この出力の差は、磁石 1 0と 1 1、すなわちロータ 7と 8の回転角度の差に相当する。

C PU2 9が、トルク量を算出する際、不揮発性メモリ 3 3から、上述の差 Xが読み出されて、磁気検知素子 1 4， 1 5の出力差から差 Xが差し引かれる。このことにより図 9 Aの、口一夕 7と 8の角度差がない場合と同じように、トルク量が算出される。

なお、不揮発性メモリ 3 3は C PU 2 9の外部に設けられてもよい。また、不揮発性メモリ 3 3に記憶される角度差 Xは、トルク量がゼロの時、記録を繰り返せば常に補正される。

また、あるトルク量がある時に、その時の口一夕 7、 8の回転角度の差に相当する磁気検知素子 1 4、 1 5の出力の差を、不揮発性メモリ 3 3に記憶させれば、その時のトルク量からの変化を検出できる。

以上のように、第 1、第 2のロータのトルクがない場合のロータの位置の合わせ込みをすることなく正確なトルク量を検出できる

(実施の形態 8 )

図 1 1は、第 1の磁気検知素子 1 4の出力と第 3の磁気検知素子の出力のロータの回転角度に対する変化の例を示す図である。

図 1 1において、デ一夕 3 4は、第 1の磁気検知素子 1 4の出力、デ —夕 3 5は、第 3の磁気検知素子の出力、出力の幅 3 6は A/ Dコンパ —夕の分解能を示す。

図 1において、図示しない第 3のロータに、図示しない第 3の磁石が設けられている。さらに図示しない第 3の磁気検知素子が、第 3の磁石による磁界を検出する。

第 3のロータは、第 1の口一夕 7にギアを介して連結され、高速に回転する。したがって、第 3の磁気検知素子の出力 3 5は、図 1 1に示すように第 1の磁気検知素子 1 4の出力 3 4に比べ出力の変化が大きい。磁気検知素子の出力が、 C P U 2 9に含まれるアナログ/デジタル（A / D ) コンバータで、 AZ D変換される。そのとき、第 1のロータ 7が回転した場合、第 1の磁気検知素子 1 4の出力に比べ、第 3の磁気検知素子の出力変化が大きい。そのため、より A Z Dコンバータの分解能 3 6が同じでも、より細かい回転角度の検出ができる。したがって、より高分解能な回転角度、回転速度、回転加速度の検出が可能となる。なお、第 2のロータ 8に対し、第 3のロータが連結される場合は、第 2のロータ 8の回転を検出する場合より、高分解能な回転角度、回転速度、回転加速度の検出が可能となる。

ここで、第 3の口一夕は、たとえば、センサーカバ一 1 8に設けられた軸受部で保持される。センサ一カバー 1 8が、第 1のロータまたは第 3の口一夕にギアでたがいに結合されように、センサ一ケース 9に取り付けられる。また、第 3の磁気検出素子は、たとえば、プリント基板 1 2または 1 3に設けられる。

また、第 1、第 2の両方にロータおよび、磁気検知素子を連結させた場合はより高精度なトルク量の検出も可能となる。

(実施の形態 9 )

図 1 2は、前述の第 1の磁気検知素子の出力と、第 4の磁気検知素子の出力の例を示す。

図 1 2において、デ一夕 2 7は、第 1の磁気検知素子より算出される角度情報、データ 2 8は、第 4の磁気検知素子より算出される角度情報である。

図 1において、図示しない第 4のロータに、図示しない第 4の磁石が設けられている。さらに、図示しない第 4の磁気検知素子が、第 4の磁石による磁界を検出する。

第 4のロータ一は、第 1のロータ 7にギアを介して連結され、低速に回転する。したがって、第 4の磁気検知素子の出力から算出される角度情報 2 8は、図 1 2に示すように第 1の磁気検知素子 1 4の出力から算出される角度情報 2 7に比べ角度の変化が小さい。

第 1のロー夕が 3 6 0 ° 以上回転した場合、 C P U 2 9において、第 1の磁気検知素子 1 4の出力から算出される角度情報は、 3 6 0 ° 以上の回転に関しては同じ角度情報が繰り返して算出される。

一方、図 1 2に示されるように、 C P U 2 9において、第 4の磁気検知素子の出力から算出される角度情報は、第 1のロータが 3 6 0 ° 回転する間に、複数回、時間に対する同一の変化を示す。これにより、口一夕一の回転中に電源が切れた場合でも、第 4の磁気検知素子の出力から算出される角度情報が 0 ° に戻るまでの第 4の磁気検知素子の角度情報より、口一夕 1の回転が何回転目であるか判別できる。そのため、口一夕 1の絶対的な回転角度が検出可能となる。

以上のように、口一夕の回転角度が 3 6 0 ° 以上の範囲で検出できる。なお、第 2のロータ 8に第 4のロータを連結させてもよい。

ここで、第 4の口一夕は、たとえば、センサーカバ一 1 8に設けられた軸受部で保持される。センサーカバー 1 8が、第 1のロータまたは第 3の口一夕にギアでたがいに結合されるように、センサ一ケース 9に取り付けられる。また、第 4の磁気検出素子は、たとえば、プリント基板 1 2または 1 3に設けられる。

また、連結されている二つのロー夕の回転を検出する磁気検知素子のそれぞれにおいて、例えば、第 1ないし第 4の磁気検知素子に異常が発生した場合、磁気検知素子のどちらかの出力は変化し、もう一方の出力は変化しない。したがって、 C P U 2 9が上述の変化を判定する診断部を含むことにより、磁気検知素子の故障が判断できる。

また、連結されていない二つのロータの回転を検出する磁気検知素子のそれぞれにおいて、例えば、第 1、第 2の磁気検知素子のどちらか一方が故障した場合は機械的には起こり得ないトルク量が発生した場合、それらの故障が判断できる。したがって、 C P U 2 9が上述の変化を判定する診断部を含むことにより、上述のトルク量の発生を判定する診断部を含むことにより、それらの故障が判断され得る。

なお、磁気検知素子の異常以外にも、ロータの異常などでも同様に故障判断可能である。産業上の利用可能性

以上に述べたように、本発明に関わるトルク検出装置によれば、トルクの検出と軸の回転角度、回転速度が同時に検出可能な高精度の検出装置が提供される。

Claims

請求の範囲

1 . ケースと

前記ケースに設けられた軸受部と、

前記軸受部に回転自在に保持され、外周に歯車部が設けられた第

1のロータと、

前記軸受部に回転自在に保持され、外周に歯車部が設けられた第 2のロー夕と、

前記第 1の口一夕の端部に配置され磁極の対を有する第 1の磁石と、

前記第 2のロー夕の端部に配置され磁極の対を有する第 2の磁石と、

前記第 1のロータの軸方向に、所定の間隙を有して、前記第 1の磁石と対向して配置され、前記第 1の磁石による磁界を検知する第 1の磁気検知素子と、

前記第 2のロータの軸方向に、所定の間隙を有して、前記第 2の磁石と対向して配置され、前記第 2の磁石による磁界を検知する第 2の磁気検知素子と、

前記第 1のロータの歯車部と結合する歯車部が設けられた入力軸と、

前記入力軸の一端と連結され、かつ、前記第 2のロータの歯車部と結合する歯車部が設けられた出力軸と

を含み、

前記入力軸と前記出力軸の間に相対回転変位量が生じた場合に、前記第 1の磁気検知素子が出力する前記第 1の磁石による磁界に対応する第 1の検出信号と、前記第 2の磁気検知素子が出力する前記第 2の磁石による磁界に対応する第 2の検出信号とに基づき、前記相対回転変位量を得る

トルク検出装置。

2 . 請求項 1に記載のトルク検出装置であって、

前記第 1のロータと前記第 2のロータは、弾性体で弾性的に連結され、前記弾性体の弹性カは、前記第 1のロータと前記第 2の口一夕を各々逆向きの回転方向に付勢し、前記第 1のロー夕と前記第 2のロータを、回転軸方向に付勢する

トルク検出装置。

3 . 請求項 1に記載のトルク検出装置であって、さらに

前記ケースに設けられ、前記第 1、第 2のロータの軸心から外方に向かっての弾性を有する弾性体と、

前記第 1、第 2の口一夕の各々の歯車部の歯溝から外れる方向に前記弾性体により付勢されたストッパと、

前記弾性体による付勢方向と逆方向に前記ストッパを移動させるための、前記ケースに設けられたネジ部と

を含む

トルク検出装置。

4 . 請求項 1に記載のトルク検出装置であって、

前記軸受部は内側部と外側部とを含み、前記内側部には前記第 1、第 2のロータの回転軸を保持するための略 U字状の溝部が設けられ、前記外側部は弾性体を含み、前記弾性体は、その弾性力により、前記第 1、第 2のロータの回転軸を前記溝部の方向に付勢するトルク検出装置。

5 . 請求項 1に記載のトルク検出装置であって、さらに、

前記第 1の検出信号と前記第 2の検出信号を取り込み、前記相対回転変位量に対応するトルク量を算出するトルク算出部

を含む

トルク検出装置。

6 . 請求項 5に記載のトルク検出装置であって、

前記第 1 と第 2の磁気検知素子が磁力の方向のみで出力変化する異方性磁気抵抗素子である

トルク検出装置。

7 . 請求項 5に記載のトルク検出装置であって、さらに、

前記第 1の検出信号の変化量に基づく前記第 1の口一夕の回転速度の検出と、前記第 2の検出信号の変化量に基づく前記第 2のロータの回転速度の検出との少なくとも一つを行う回転速度検出部を含むトルク検出装置。

8 . 請求項 5に記載のトルク検出装置であって、さらに、

前記第 1の検出信号と第 2の検出信号との、トルクなしの場合のずれを補正するための補正量を記憶するためのメモリを含む補正部を有するトルク検出装置。

9 . 請求項 5に記載のトルク検出装置であって、

前記第 1のロー夕と前記第 2のロー夕との少なくとも一つに結合され、前記前記第 1のロータと前記第 2のロー夕との少なくとも一つにより、高速に回転する第 3のロー夕と、

前記第 3のロータの回転にしたがって、その磁化の方向が変化するように前記第 3のロータの端部に配設された第 3の磁石と、

前記第 3のロータの軸方向に、前記第 3の磁石と所定の間隙を有して対向して配置され、前記第 3の磁石による磁界を検出し、前記第 3 の磁石による磁界に対応する第 3の検出信号を、前記トルク算出部に出力する第 3の磁気検知素子と

を含む

トルク検出装置。

1 0 . 請求項 5に記載のトルク検出装置であって、さらに、

前記第 1の口一夕と前記第 2のロー夕との少なくとも一つに結合され、前記前記第 1のロータと前記第 2のロー夕との少なくとも一つにより、低速に回転する第 4のロー夕と、

前記第 4の口一夕の回転にしたがって、その磁化の方向が変化するように前記第 4のロータの端部に配設された第 4の磁石と、

前記第 4のロータの軸方向に、前記第 4の磁石と所定の間隙を有して対向して配置され、前記第 4の磁石による磁界を検出し、前記第 4 の磁石による磁界に対応する第 4の検出信号を、前記トルク算出部に出力する第 4の磁気検知素子とを含む

トルク検出装置。

1 1 . 請求項 9または 1 0に記載のトルク検出装置であって、さらに、前記第 1から第 4の磁気検知素子のいずれかが故障したことを検出する診断部を含む

トルク検出装置。