JP2003329524A - トルク検出装置 - Google Patents
トルク検出装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】磁性体を取り囲む電磁コイルに発生するインピ
ーダンス変化を検出することでトルクを検出するトルク
検出装置は、インピーダンスの調整が困難であり、検出
精度が悪い。 【解決手段】第１及び第２の回転角センサ６，７がそれ
ぞれ入力軸２及び出力軸３を取り囲む。第１の回転角セ
ンサ６からの正弦波出力Ｓ１及び余弦波出力Ｃ１と第２
の回転角センサ７からの正弦波出力Ｓ２及び余弦波出力
Ｃ２を用いて、Ｓ１・Ｃ１−Ｃ１・Ｓ２を演算すると、
回転角センサ６，７の回転角に依存せず、両回転角セン
サ６，７のロータ１３間のねじれ角Δθにより変化する
sin 波形を得ることができ、これによりトルクを検出す
る。回転角センサ６（又は７）の入力電圧と出力電圧の
比較に基づいて入力軸２（又は出力軸３）の回転角（絶
対位置）を検出する。
ーダンス変化を検出することでトルクを検出するトルク
検出装置は、インピーダンスの調整が困難であり、検出
精度が悪い。 【解決手段】第１及び第２の回転角センサ６，７がそれ
ぞれ入力軸２及び出力軸３を取り囲む。第１の回転角セ
ンサ６からの正弦波出力Ｓ１及び余弦波出力Ｃ１と第２
の回転角センサ７からの正弦波出力Ｓ２及び余弦波出力
Ｃ２を用いて、Ｓ１・Ｃ１−Ｃ１・Ｓ２を演算すると、
回転角センサ６，７の回転角に依存せず、両回転角セン
サ６，７のロータ１３間のねじれ角Δθにより変化する
sin 波形を得ることができ、これによりトルクを検出す
る。回転角センサ６（又は７）の入力電圧と出力電圧の
比較に基づいて入力軸２（又は出力軸３）の回転角（絶
対位置）を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トルク検出装置に
関し、例えば自動車の電動パワーステアリング装置にお
いて操舵軸に付加されるトルクを検出するためのトルク
検出装置に用いられる。
関し、例えば自動車の電動パワーステアリング装置にお
いて操舵軸に付加されるトルクを検出するためのトルク
検出装置に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】一般に、電動パワーステアリング装置に
おいては、トーションバーを介して連結される入力軸及
び出力軸に磁性体を設け、磁性体を取り囲む電磁コイル
に発生するインピーダンス変化を検出することで、トル
クを検出し、検出されたトルクに応じて電動モータによ
るアシスト力を調整するようにしている。しかしなが
ら、インピーダンスの調整が複雑であり、検出精度が悪
いという問題がある。また、操角情報が得られないとい
う課題がある。
おいては、トーションバーを介して連結される入力軸及
び出力軸に磁性体を設け、磁性体を取り囲む電磁コイル
に発生するインピーダンス変化を検出することで、トル
クを検出し、検出されたトルクに応じて電動モータによ
るアシスト力を調整するようにしている。しかしなが
ら、インピーダンスの調整が複雑であり、検出精度が悪
いという問題がある。また、操角情報が得られないとい
う課題がある。
【０００３】そこで、入、出力軸にそれぞれ回転位置を
検出するための回転角センサを設け、これらの回転角セ
ンサの出力を用いて入、出力軸間の差動角を検出し、こ
れに基づいてトルクを検出するトルク検出装置が提供さ
れている（例えば特開２００１−１９４２５１号公報、
及び特開２００１−２７２２０４号公報参照）。
検出するための回転角センサを設け、これらの回転角セ
ンサの出力を用いて入、出力軸間の差動角を検出し、こ
れに基づいてトルクを検出するトルク検出装置が提供さ
れている（例えば特開２００１−１９４２５１号公報、
及び特開２００１−２７２２０４号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報のトルク検出装置では、入力側ロータと出力側ロータ
に回転角出力を角度に変換する手段が必要となるという
欠点がある。例えば、回転角θに対してsin θ、cos θ
のアナログ信号を出力することのできる回転角センサ
（一般にはレゾルバ）を２つ用い、各回転角センサから
のsinθ信号とcos θ信号をマイコン等の制御部に入力
し、該制御部において、その２つのセンサの角度差を検
知し、この差に基づいてトルク情報を得る場合がある
が、この場合、一般的に、式tan -1（sin θ/cosθ) を
用いて各回転角センサの回転角θ1,θ2 を求めて、その
差（θ1 −θ2 ）を得るようにしている。
報のトルク検出装置では、入力側ロータと出力側ロータ
に回転角出力を角度に変換する手段が必要となるという
欠点がある。例えば、回転角θに対してsin θ、cos θ
のアナログ信号を出力することのできる回転角センサ
（一般にはレゾルバ）を２つ用い、各回転角センサから
のsinθ信号とcos θ信号をマイコン等の制御部に入力
し、該制御部において、その２つのセンサの角度差を検
知し、この差に基づいてトルク情報を得る場合がある
が、この場合、一般的に、式tan -1（sin θ/cosθ) を
用いて各回転角センサの回転角θ1,θ2 を求めて、その
差（θ1 −θ2 ）を得るようにしている。
【０００５】しかしながら、マイコン等の制御部にsin
θ、cos θ信号を取り込む際の分解能に限界があるた
め、トルクの分解能がかせげないといった欠点や、マイ
コンの制御負荷が高くなるといった欠点がある。ところ
で、電動パワーステアリング装置においては、ステアリ
ングホイール等の操舵部材に加えられるトルクの大きさ
に加えて、このトルクの方向、すなわち、左右何れの方
向に操舵がなされているかを検出する必要がある。
θ、cos θ信号を取り込む際の分解能に限界があるた
め、トルクの分解能がかせげないといった欠点や、マイ
コンの制御負荷が高くなるといった欠点がある。ところ
で、電動パワーステアリング装置においては、ステアリ
ングホイール等の操舵部材に加えられるトルクの大きさ
に加えて、このトルクの方向、すなわち、左右何れの方
向に操舵がなされているかを検出する必要がある。
【０００６】例えば特開２０００−３５２５０２号公報
等に提案されているトルク検出装置では、入力軸の回転
角度と出力軸の回転角度とを比較して、入力軸が先行し
ている方向にトルクが加えられていると判定するように
している。一方、走行中の車両の操舵軸には、舵取り操
作に応じてステアリングホイール側の入力軸から加わる
正規のトルク（操舵トルク）と共に、操向用車輪に加わ
る路面反力が、舵取り機構側の出力軸からの入力トルク
（以下では、逆入力トルクという）として作用してい
る。
等に提案されているトルク検出装置では、入力軸の回転
角度と出力軸の回転角度とを比較して、入力軸が先行し
ている方向にトルクが加えられていると判定するように
している。一方、走行中の車両の操舵軸には、舵取り操
作に応じてステアリングホイール側の入力軸から加わる
正規のトルク（操舵トルク）と共に、操向用車輪に加わ
る路面反力が、舵取り機構側の出力軸からの入力トルク
（以下では、逆入力トルクという）として作用してい
る。
【０００７】このような逆入力トルクは、路面からの情
報をドライバに伝える事になり、重要な要素であるが、
必要以上の周波数領域での逆入力トルクは、ハンドル振
動という形でドライバに不快感や不安感を与えるといっ
た問題がある。本発明は前記課題に鑑みてなされたもの
であり、トルク分解能が高く制御負荷を軽減することが
できるトルク検出装置を提供することを目的とする。ま
た、本発明はトルクが入力部材及び出力部材の何れ側か
ら入力されたものであるかを判定することのできるトル
ク検出装置を提供することを目的とする。
報をドライバに伝える事になり、重要な要素であるが、
必要以上の周波数領域での逆入力トルクは、ハンドル振
動という形でドライバに不快感や不安感を与えるといっ
た問題がある。本発明は前記課題に鑑みてなされたもの
であり、トルク分解能が高く制御負荷を軽減することが
できるトルク検出装置を提供することを目的とする。ま
た、本発明はトルクが入力部材及び出力部材の何れ側か
ら入力されたものであるかを判定することのできるトル
ク検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】前記目的
を達成するため、請求項１記載の発明は、トーションバ
ーを介して同軸上に相対回転可能に連結される入力部材
及び出力部材にそれぞれ設けられる第１及び第２の回転
角センサと、第１及び第２の回転角センサのそれぞれか
ら得られる正弦波出力及び余弦波出力に基づいてトルク
を演算するトルク演算部とを備えたトルク検出装置にお
いて、前記トルク演算部は、第１の回転角センサの正弦
波出力と第２の回転角センサの余弦波出力との積と、第
１の回転角センサの余弦波出力と第２の回転角センサの
正弦波出力との積との差分に基づいてトルクを演算する
ことを特徴とするものである。
を達成するため、請求項１記載の発明は、トーションバ
ーを介して同軸上に相対回転可能に連結される入力部材
及び出力部材にそれぞれ設けられる第１及び第２の回転
角センサと、第１及び第２の回転角センサのそれぞれか
ら得られる正弦波出力及び余弦波出力に基づいてトルク
を演算するトルク演算部とを備えたトルク検出装置にお
いて、前記トルク演算部は、第１の回転角センサの正弦
波出力と第２の回転角センサの余弦波出力との積と、第
１の回転角センサの余弦波出力と第２の回転角センサの
正弦波出力との積との差分に基づいてトルクを演算する
ことを特徴とするものである。
【０００９】本発明では、下記の作用効果を奏する。す
なわち、入力部材の回転角をθとし、出力部材が入力部
材に対してΔθのねじれ角だけずれているとすると、第
１の回転角センサから得られる正弦波出力Ｓ１及び余弦
波出力Ｃ１は、それぞれＥsin θ及びＥcos θで表され
る（Ｅ：電圧振幅）。一方、第２の回転角センサから得
られる正弦波出力Ｓ２及び余弦波出力Ｃ２は、それぞれ
Ｅsin （θ−Δθ）及びＥcos （θ−Δθ）で表され
る。
なわち、入力部材の回転角をθとし、出力部材が入力部
材に対してΔθのねじれ角だけずれているとすると、第
１の回転角センサから得られる正弦波出力Ｓ１及び余弦
波出力Ｃ１は、それぞれＥsin θ及びＥcos θで表され
る（Ｅ：電圧振幅）。一方、第２の回転角センサから得
られる正弦波出力Ｓ２及び余弦波出力Ｃ２は、それぞれ
Ｅsin （θ−Δθ）及びＥcos （θ−Δθ）で表され
る。
【００１０】ここで、
Ｓ１・Ｃ２−Ｃ１・Ｓ２
＝Ｅsin θ×Ｅcos （θ−Δθ）−Ｅcos θ×Ｅsin （θ−Δθ）
＝０．５Ｅ2 〔sin(2 θ−Δθ) ＋sin(Δθ) 〕−０．５Ｅ2 〔sin(2 θ−Δθ
) −sin(Δθ) 〕
＝Ｅ2 sin(Δθ)
となり、入力部材の回転角θに依存せず、出力部材の入
力部材に対する捩れ角Δθにより変化するsin 波形を得
ることができ、これにより得られた位相角差（すなわ
ち、ねじれ角Δθ）に基づいてトルクを検出する。
力部材に対する捩れ角Δθにより変化するsin 波形を得
ることができ、これにより得られた位相角差（すなわ
ち、ねじれ角Δθ）に基づいてトルクを検出する。
【００１１】従来のトルクセンサでは、各回転角センサ
の正弦波出力及び余弦波出力をマイコン等の制御部に入
力してトルクを検出しているため、トルク分解能に限界
があり且つマイコンの制御負荷が大きいという課題があ
ったが、本発明では、上述した式（Ｓ１・Ｃ２−Ｃ１・
Ｓ２）に基づいてトルクを演算し、その演算結果をマイ
コン等の制御部に出力すれば良いので、トルク分解能を
高くすることができると共に、制御部の制御負荷を軽く
することができる。
の正弦波出力及び余弦波出力をマイコン等の制御部に入
力してトルクを検出しているため、トルク分解能に限界
があり且つマイコンの制御負荷が大きいという課題があ
ったが、本発明では、上述した式（Ｓ１・Ｃ２−Ｃ１・
Ｓ２）に基づいてトルクを演算し、その演算結果をマイ
コン等の制御部に出力すれば良いので、トルク分解能を
高くすることができると共に、制御部の制御負荷を軽く
することができる。
【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１におい
て、前記第１及び第２の回転角センサの少なくとも一方
からの出力に基づいて、入力部材及び出力部材の少なく
とも一方の回転角度を演算する回転角演算部をさらに備
えることを特徴とするものである。本発明では、回転角
センサの本来的機能である回転角をアブソリュート値で
検出することができる。トルク検出装置の主要素を用い
て簡単に回転角度を検出することができ、部品点数の削
減を通じて小型化とコストダウンを達成することができ
る。
て、前記第１及び第２の回転角センサの少なくとも一方
からの出力に基づいて、入力部材及び出力部材の少なく
とも一方の回転角度を演算する回転角演算部をさらに備
えることを特徴とするものである。本発明では、回転角
センサの本来的機能である回転角をアブソリュート値で
検出することができる。トルク検出装置の主要素を用い
て簡単に回転角度を検出することができ、部品点数の削
減を通じて小型化とコストダウンを達成することができ
る。
【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１又は２に
おいて、前記第１及び第２の回転角センサにより検出さ
れる回転角度に基づき、前記入力部材及び出力部材のそ
れぞれの角速度又は角加速度を算出する算出手段と、こ
の算出手段が算出した角速度間の関係又は角加速度間の
関係に基づき、前記トルクが入力部材側からの入力によ
るものか出力部材側からの入力によるものかを判定する
判定手段とをさらに備えることを特徴とするものであ
る。本発明では、トルクが入力部材側からの入力による
ものか、出力部材側からの入力によるものかを判定する
ことができる。したがって、例えば、本トルク検出装置
を車両の電動パワーステアリング装置に適用した場合
に、トルクが操舵部材からの入力によるものか、舵取り
機構からの入力によるものかを判定し、その判定結果に
基づき操舵補助用のモータを駆動制御することが可能と
なる。
おいて、前記第１及び第２の回転角センサにより検出さ
れる回転角度に基づき、前記入力部材及び出力部材のそ
れぞれの角速度又は角加速度を算出する算出手段と、こ
の算出手段が算出した角速度間の関係又は角加速度間の
関係に基づき、前記トルクが入力部材側からの入力によ
るものか出力部材側からの入力によるものかを判定する
判定手段とをさらに備えることを特徴とするものであ
る。本発明では、トルクが入力部材側からの入力による
ものか、出力部材側からの入力によるものかを判定する
ことができる。したがって、例えば、本トルク検出装置
を車両の電動パワーステアリング装置に適用した場合
に、トルクが操舵部材からの入力によるものか、舵取り
機構からの入力によるものかを判定し、その判定結果に
基づき操舵補助用のモータを駆動制御することが可能と
なる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態を添
付図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施の
形態のトルク検出装置を含む電動パワーステアリング装
置（ＥＰＳ）の概略構成を示している。図１を参照し
て、本電動パワーステアリング装置１は、図示しないス
テアリングホイール等の操舵部材に連結される入力部材
としての入力軸２と、ラックアンドピニオン機構等の舵
取り機構に連結される出力部材としての出力軸３と、入
力軸２と出力軸３を同軸上に相対回転可能に連結するト
ーションバー４とを備える。入力軸２、トーションバー
４及び出力軸３によりステアリングシャフト１１が構成
されている。
付図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施の
形態のトルク検出装置を含む電動パワーステアリング装
置（ＥＰＳ）の概略構成を示している。図１を参照し
て、本電動パワーステアリング装置１は、図示しないス
テアリングホイール等の操舵部材に連結される入力部材
としての入力軸２と、ラックアンドピニオン機構等の舵
取り機構に連結される出力部材としての出力軸３と、入
力軸２と出力軸３を同軸上に相対回転可能に連結するト
ーションバー４とを備える。入力軸２、トーションバー
４及び出力軸３によりステアリングシャフト１１が構成
されている。
【００１５】トルク検出装置５は、トーションバー４を
介する入力軸２と出力軸３との相対回転変位量により操
舵トルクを検出するものである。トルク検出装置５は、
入力軸２及び出力軸３をそれぞれ取り囲んで設けられる
回転角センサとしての第１及び第２のレゾルバ６，７
と、これら第１及び第２のレゾルバ６，７からの信号
（後述する正弦波出力Ｓ１，Ｓ２及び余弦波出力Ｃ１，
Ｃ２に相当）に基づいてトルクを演算するトルク演算部
１２ａとを備える。
介する入力軸２と出力軸３との相対回転変位量により操
舵トルクを検出するものである。トルク検出装置５は、
入力軸２及び出力軸３をそれぞれ取り囲んで設けられる
回転角センサとしての第１及び第２のレゾルバ６，７
と、これら第１及び第２のレゾルバ６，７からの信号
（後述する正弦波出力Ｓ１，Ｓ２及び余弦波出力Ｃ１，
Ｃ２に相当）に基づいてトルクを演算するトルク演算部
１２ａとを備える。
【００１６】トルク演算部１２ａは処理回路１２に含ま
れており、この処理回路１２は、入力軸２及び出力軸３
のそれぞれの回転角（絶対位置）を検出するための回転
角演算部１２ｂ，１２ｃを含んでいる。回転角演算部１
２ｂは、第１のレゾルバ６の一次側の電圧（直交の入力
電圧のうちの一方、例えばｅ１１）と二次側の電圧（例
えば正弦波出力Ｓ１）との比較に基づいて、入力軸２の
回転角（絶対位置）を検出する。同様に、回転角演算部
１２ｃは、第２のレゾルバ７の一次側の電圧（直交の入
力電圧のうちの一方、例えばｅ２１）と二次側の電圧
（例えば正弦波出力Ｓ２）との比較に基づいて、出力軸
３の回転角（絶対位置）を検出する。
れており、この処理回路１２は、入力軸２及び出力軸３
のそれぞれの回転角（絶対位置）を検出するための回転
角演算部１２ｂ，１２ｃを含んでいる。回転角演算部１
２ｂは、第１のレゾルバ６の一次側の電圧（直交の入力
電圧のうちの一方、例えばｅ１１）と二次側の電圧（例
えば正弦波出力Ｓ１）との比較に基づいて、入力軸２の
回転角（絶対位置）を検出する。同様に、回転角演算部
１２ｃは、第２のレゾルバ７の一次側の電圧（直交の入
力電圧のうちの一方、例えばｅ２１）と二次側の電圧
（例えば正弦波出力Ｓ２）との比較に基づいて、出力軸
３の回転角（絶対位置）を検出する。
【００１７】トルク演算部１２ａからのトルク検出信
号、及び各回転角演算部１２ｂ，１２ｃからの回転角検
出信号は制御部８に与えられる。制御部８では、トルク
検出信号、回転角検出信号、車速検出信号等に基づい
て、ドライバ９を介して操舵補助用の電動モータ１０へ
の印加電圧を制御する。電動モータ１０の図示しない回
転軸の回転が、例えばウォームギヤ機構等の減速機構を
介して出力軸３に伝達され、操舵が補助されるようにな
っている。
号、及び各回転角演算部１２ｂ，１２ｃからの回転角検
出信号は制御部８に与えられる。制御部８では、トルク
検出信号、回転角検出信号、車速検出信号等に基づい
て、ドライバ９を介して操舵補助用の電動モータ１０へ
の印加電圧を制御する。電動モータ１０の図示しない回
転軸の回転が、例えばウォームギヤ機構等の減速機構を
介して出力軸３に伝達され、操舵が補助されるようにな
っている。
【００１８】第１レゾルバ６はそれぞれ、入力軸２に一
体回転可能に取り付けられた環状のロータ（回転子）１
３と、このロータ１３の周囲を取り囲み、例えば電動パ
ワーステアリング装置１のハウジング１４に固定される
環状のステータ（固定子）１５とを備える。第２のレゾ
ルバ７は第１のレゾルバ６と同様の構成であるが、その
ロータ１３が出力軸３に一定回転可能に取り付けられる
点が第１のレゾルバ６とは異なる。
体回転可能に取り付けられた環状のロータ（回転子）１
３と、このロータ１３の周囲を取り囲み、例えば電動パ
ワーステアリング装置１のハウジング１４に固定される
環状のステータ（固定子）１５とを備える。第２のレゾ
ルバ７は第１のレゾルバ６と同様の構成であるが、その
ロータ１３が出力軸３に一定回転可能に取り付けられる
点が第１のレゾルバ６とは異なる。
【００１９】図２Ａを参照して、第１のレゾルバ６のロ
ータ１３及びステータ１５のそれぞれに、電気的に９０
°ずれた２つのコイル１３ａ，１３ｂ及び１５ａ，１５
ｂが配置されている。例えばロータ１３を一次側として
各コイル１３ａ，１３ｂにそれぞれ正弦波入力ｅ１１及
び余弦波入力ｅ１２（相直交する入力電圧に相当）を与
えて励磁し、二次側となるステータ１５の各コイル１５
ａ，１５ｂからそれぞれ出力電圧として正弦波出力Ｓ１
及び余弦波出力Ｃ１を取り出す。
ータ１３及びステータ１５のそれぞれに、電気的に９０
°ずれた２つのコイル１３ａ，１３ｂ及び１５ａ，１５
ｂが配置されている。例えばロータ１３を一次側として
各コイル１３ａ，１３ｂにそれぞれ正弦波入力ｅ１１及
び余弦波入力ｅ１２（相直交する入力電圧に相当）を与
えて励磁し、二次側となるステータ１５の各コイル１５
ａ，１５ｂからそれぞれ出力電圧として正弦波出力Ｓ１
及び余弦波出力Ｃ１を取り出す。
【００２０】同様に、図２Ｂを参照して、第２のレゾル
バ７では、例えばロータ１３を一次側として各コイル１
３ａ，１３ｂにそれぞれ正弦波入力ｅ２１及び余弦波入
力ｅ２２（相直交する入力電圧に相当）を与えて励磁
し、二次側となるステータ１５の各コイル１５ａ，１５
ｂのそれぞれから出力電圧として正弦波出力Ｓ２及び余
弦波出力Ｃ２を取り出す。なお、各レゾルバ６，７にお
いて、ステータ１５を一次側とし、ロータ１３を二次側
としても良い。
バ７では、例えばロータ１３を一次側として各コイル１
３ａ，１３ｂにそれぞれ正弦波入力ｅ２１及び余弦波入
力ｅ２２（相直交する入力電圧に相当）を与えて励磁
し、二次側となるステータ１５の各コイル１５ａ，１５
ｂのそれぞれから出力電圧として正弦波出力Ｓ２及び余
弦波出力Ｃ２を取り出す。なお、各レゾルバ６，７にお
いて、ステータ１５を一次側とし、ロータ１３を二次側
としても良い。
【００２１】次いで、処理回路１２のトルク演算部１２
ａでの処理について説明する。すなわち、第１のレゾル
バ６のロータ１３の回転角をθとし、第２のレゾルバ７
のロータ１３が第１のレゾルバ６のロータ１３に介して
Δθのねじれ角だけずれているとすると、第１のレゾル
バ６から得られる２つの直交（位相差が９０°）の出力
（電圧）すなわち正弦波出力Ｓ１及び余弦波出力Ｃ１
は、それぞれＥsin θ及びＥcos θで表される。
ａでの処理について説明する。すなわち、第１のレゾル
バ６のロータ１３の回転角をθとし、第２のレゾルバ７
のロータ１３が第１のレゾルバ６のロータ１３に介して
Δθのねじれ角だけずれているとすると、第１のレゾル
バ６から得られる２つの直交（位相差が９０°）の出力
（電圧）すなわち正弦波出力Ｓ１及び余弦波出力Ｃ１
は、それぞれＥsin θ及びＥcos θで表される。
【００２２】一方、第２のレゾルバ７から得られる２つ
の直交の出力（電圧）、すなわち正弦波出力Ｓ２及び余
弦波出力Ｃ２は、それぞれＥsin （θ−Δθ）及びＥco
s （θ−Δθ）で表される。ただし、各コイル１７，１
８の信号振幅の最大値は略等しいのでこれをＥで近似し
てある。ここで、 Ｓ１・Ｃ２−Ｃ１・Ｓ２ ＝Ｅsin θ×Ｅcos （θ−Δθ）−Ｅcos θ×Ｅsin （θ−Δθ） ＝０．５Ｅ2 〔sin(2 θ−Δθ) ＋sin(Δθ) 〕−０．５Ｅ2 〔sin(2 θ−Δθ ) −sin(Δθ) 〕 ＝Ｅ2 sin(Δθ) となり、ロータの回転角θに依存せず、ロータ間の捩れ
角Δθにより変化するsin 波形（図３参照）を得ること
ができ、これにより得られた位相角差（すなわち、ねじ
れ角Δθ）に基づいてトルクを検出することができる。
の直交の出力（電圧）、すなわち正弦波出力Ｓ２及び余
弦波出力Ｃ２は、それぞれＥsin （θ−Δθ）及びＥco
s （θ−Δθ）で表される。ただし、各コイル１７，１
８の信号振幅の最大値は略等しいのでこれをＥで近似し
てある。ここで、 Ｓ１・Ｃ２−Ｃ１・Ｓ２ ＝Ｅsin θ×Ｅcos （θ−Δθ）−Ｅcos θ×Ｅsin （θ−Δθ） ＝０．５Ｅ2 〔sin(2 θ−Δθ) ＋sin(Δθ) 〕−０．５Ｅ2 〔sin(2 θ−Δθ ) −sin(Δθ) 〕 ＝Ｅ2 sin(Δθ) となり、ロータの回転角θに依存せず、ロータ間の捩れ
角Δθにより変化するsin 波形（図３参照）を得ること
ができ、これにより得られた位相角差（すなわち、ねじ
れ角Δθ）に基づいてトルクを検出することができる。
【００２３】一方、回転角演算部１２ｂでは、第１のレ
ゾルバ６によって得られる２つの直交電圧Ｓ１，Ｃ１を
用いて、式θ＝tan -1（Ｓ１／Ｃ１) に基づき角度を検
出し回転角θをアブソリュート値で取り出し、これによ
り入力軸２の回転角を検出する。同様に回転検出部１２
ｃは出力軸３の回転角を検出する。回転角演算部１２
ｂ，１２ｃは何れか一方のみを設けるようにしても良
い。以上の如く本実施の形態によれば、入力部材の回転
角θに依存せず、出力部材の入力部材に対する捩れ角Δ
θにより変化するsin 波形を得ることができ、これによ
り得られた位相角差（すなわち、ねじれ角Δθ）に基づ
いてトルクを検出する。また、レゾルバの本来的機能で
ある回転角（絶対位置）の検出が非常に容易である。
ゾルバ６によって得られる２つの直交電圧Ｓ１，Ｃ１を
用いて、式θ＝tan -1（Ｓ１／Ｃ１) に基づき角度を検
出し回転角θをアブソリュート値で取り出し、これによ
り入力軸２の回転角を検出する。同様に回転検出部１２
ｃは出力軸３の回転角を検出する。回転角演算部１２
ｂ，１２ｃは何れか一方のみを設けるようにしても良
い。以上の如く本実施の形態によれば、入力部材の回転
角θに依存せず、出力部材の入力部材に対する捩れ角Δ
θにより変化するsin 波形を得ることができ、これによ
り得られた位相角差（すなわち、ねじれ角Δθ）に基づ
いてトルクを検出する。また、レゾルバの本来的機能で
ある回転角（絶対位置）の検出が非常に容易である。
【００２４】また、従来、この種のトルクセンサでは、
各回転角センサの正弦波出力及び余弦波出力をマイコン
等の制御部に入力し、制御部において各回転角センサの
回転角を求めた後、これらの差に基づいてトルクを検出
していたが、トルク分解能に限界があり且つマイコンの
制御負荷が大きいという課題があった。これに対して、
本実施の形態では、処理回路１２のトルク演算部１２ａ
が、第１のレゾルバ６の正弦波出力Ｓ１と第２のレゾル
バ７余弦波出力Ｃ１との積と、第１のレゾルバ６の余弦
波出力Ｃ１と第２のレゾルバ７の正弦波出力Ｓ１との積
との差分（Ｓ１・Ｃ２−Ｃ１・Ｓ２）を求め、これに基
づいてトルクを演算し、その演算結果を制御部８に出力
するようにしている。したがって、トルク分解能を高く
することができると共に、例えばマイコンからなる制御
部８の制御負荷を軽くすることができる。
各回転角センサの正弦波出力及び余弦波出力をマイコン
等の制御部に入力し、制御部において各回転角センサの
回転角を求めた後、これらの差に基づいてトルクを検出
していたが、トルク分解能に限界があり且つマイコンの
制御負荷が大きいという課題があった。これに対して、
本実施の形態では、処理回路１２のトルク演算部１２ａ
が、第１のレゾルバ６の正弦波出力Ｓ１と第２のレゾル
バ７余弦波出力Ｃ１との積と、第１のレゾルバ６の余弦
波出力Ｃ１と第２のレゾルバ７の正弦波出力Ｓ１との積
との差分（Ｓ１・Ｃ２−Ｃ１・Ｓ２）を求め、これに基
づいてトルクを演算し、その演算結果を制御部８に出力
するようにしている。したがって、トルク分解能を高く
することができると共に、例えばマイコンからなる制御
部８の制御負荷を軽くすることができる。
【００２５】特にコラム同軸タイプの電動パワーステア
リング装置において、多大な効果を得ることができる。
というのは、従来型のインピーダンス変化検出方式のト
ルクセンサの軸方向寸法が約４０ｍｍであり、回転角検
出のための一般的なレゾルバの軸方向寸法が約１５ｍｍ
であるので、トルクと回転角の双方を検出しようとし
て、従来型のトルクセンサと回転角検出用のレゾルバを
ステアリングコラムの同軸上に配置するとすると、約５
５ｍｍの軸方向寸法を要するが、トルク検出と回転角検
出をレゾルバの２個使いにより達成する本実施の形態で
は、約３０ｍｍの軸方向寸法で良いことになり、格段の
小型化を図れると共に部品統合による大幅なコストダウ
ンも期待できる。
リング装置において、多大な効果を得ることができる。
というのは、従来型のインピーダンス変化検出方式のト
ルクセンサの軸方向寸法が約４０ｍｍであり、回転角検
出のための一般的なレゾルバの軸方向寸法が約１５ｍｍ
であるので、トルクと回転角の双方を検出しようとし
て、従来型のトルクセンサと回転角検出用のレゾルバを
ステアリングコラムの同軸上に配置するとすると、約５
５ｍｍの軸方向寸法を要するが、トルク検出と回転角検
出をレゾルバの２個使いにより達成する本実施の形態で
は、約３０ｍｍの軸方向寸法で良いことになり、格段の
小型化を図れると共に部品統合による大幅なコストダウ
ンも期待できる。
【００２６】次いで、図４は前述の実施の形態のトルク
検出装置１を用いて、トルクが入力軸２からの入力によ
るものか、出力軸３からの入力によるものかを判定する
場合の制御部８の処理の流れを示すフローチャートを示
している。ステップＳ１において、処理回路１２からの
トルク検出信号、並びに入力軸２及び出力軸３のそれぞ
れの回転角検出信号θ1 ，θ2 を読み込んだ制御部８で
は、トルクが発生しているか否かを判定する（ステップ
Ｓ２）。
検出装置１を用いて、トルクが入力軸２からの入力によ
るものか、出力軸３からの入力によるものかを判定する
場合の制御部８の処理の流れを示すフローチャートを示
している。ステップＳ１において、処理回路１２からの
トルク検出信号、並びに入力軸２及び出力軸３のそれぞ
れの回転角検出信号θ1 ，θ2 を読み込んだ制御部８で
は、トルクが発生しているか否かを判定する（ステップ
Ｓ２）。
【００２７】トルクが発生している場合には、入力軸２
及び出力軸３のそれぞれの角速度θ 1 ’、θ2 ’を算出
し（ステップＳ３）、入力軸２の角速度の絶対値｜
θ1 ’｜が出力軸３の角速度の絶対値｜θ2 ’｜よりも
大きいか相等しい場合（｜θ1 ’｜≧｜θ2 ’｜）に
は、トルクが入力軸２からの入力（すなわち正入力）に
よるものと判定する（ステップＳ４，Ｓ５）。また、出
力軸３の角速度の絶対値｜θ2 ’｜が入力軸２の角速度
の絶対値｜θ 1 ’｜よりも大きい場合（｜θ1 ’｜＜｜
θ2 ’｜）には、トルクが出力軸３からの入力（すなわ
ち逆入力）によるものと判定する（ステップＳ４，Ｓ
６）。
及び出力軸３のそれぞれの角速度θ 1 ’、θ2 ’を算出
し（ステップＳ３）、入力軸２の角速度の絶対値｜
θ1 ’｜が出力軸３の角速度の絶対値｜θ2 ’｜よりも
大きいか相等しい場合（｜θ1 ’｜≧｜θ2 ’｜）に
は、トルクが入力軸２からの入力（すなわち正入力）に
よるものと判定する（ステップＳ４，Ｓ５）。また、出
力軸３の角速度の絶対値｜θ2 ’｜が入力軸２の角速度
の絶対値｜θ 1 ’｜よりも大きい場合（｜θ1 ’｜＜｜
θ2 ’｜）には、トルクが出力軸３からの入力（すなわ
ち逆入力）によるものと判定する（ステップＳ４，Ｓ
６）。
【００２８】上記のフローにおいては、入力軸２及び出
力軸３の角速度の絶対値｜θ1 ’｜、｜θ2 ’｜の大小
比較に基づき、正入力か逆入力かを判定したが、これに
限らず、入力軸２及び出力軸３の角加速度の絶対値｜θ
1 ’’｜、｜θ2 ’’｜の大小比較に基づき、正入力か
逆入力かを判定するようにすることもできる。すなわ
ち、入力軸２の角加速度の絶対値｜θ1 ’’｜が出力軸
３の角加速度の絶対値｜θ2 ’’｜よりも大きいか相等
しい場合（｜θ1 ’’｜≧｜θ2 ’’｜）には、トルク
が入力軸２からの入力（すなわち正入力）によるものと
判定し、その逆の場合には（｜θ1 ’’｜＜｜θ2 ’’
｜）には、逆入力によるものと判定する。
力軸３の角速度の絶対値｜θ1 ’｜、｜θ2 ’｜の大小
比較に基づき、正入力か逆入力かを判定したが、これに
限らず、入力軸２及び出力軸３の角加速度の絶対値｜θ
1 ’’｜、｜θ2 ’’｜の大小比較に基づき、正入力か
逆入力かを判定するようにすることもできる。すなわ
ち、入力軸２の角加速度の絶対値｜θ1 ’’｜が出力軸
３の角加速度の絶対値｜θ2 ’’｜よりも大きいか相等
しい場合（｜θ1 ’’｜≧｜θ2 ’’｜）には、トルク
が入力軸２からの入力（すなわち正入力）によるものと
判定し、その逆の場合には（｜θ1 ’’｜＜｜θ2 ’’
｜）には、逆入力によるものと判定する。
【００２９】なお、本発明は前記各実施の形態に限定さ
れるものではなく、例えば回転角演算部１２ｂ，１２ｃ
を廃止しても良い。また、本トルク検出装置を一般の回
転機械に適用すること等、本発明の特許請求の範囲内で
種々の変更を施すことができる。
れるものではなく、例えば回転角演算部１２ｂ，１２ｃ
を廃止しても良い。また、本トルク検出装置を一般の回
転機械に適用すること等、本発明の特許請求の範囲内で
種々の変更を施すことができる。
【図１】本発明の一実施の形態のトルク検出装置が適用
された電動パワーステアリング装置の概略構成図であ
る。
された電動パワーステアリング装置の概略構成図であ
る。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは第１及び第２の回転角セン
サであるレゾルバの模式図である。
サであるレゾルバの模式図である。
【図３】トルクと検出出力の関係を示す図である。
【図４】本発明の別の実施の形態の演算処理の流れを示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
１ 電動パワーステアリング装置
２ 入力軸（入力部材）
３ 出力軸（出力部材）
４ トーションバー
５ トルク検出装置
６ 第１のレゾルバ（第１の回転角センサ）
７ 第２のレゾルバ（第２の回転角センサ）
８ 制御部（算出手段、判定手段）
９ ドライバ
１０ 電動モータ
１１ ステアリングシャフト
１２ 処理回路
１２ａ トルク演算部
１２ｂ，１２ｃ 回転角演算部
１３ ロータ
１３ａ，１３ｂ コイル
１５ａ，１５ｂ コイル
１５ ステータ
Ｓ１，Ｓ２ 正弦波出力
Ｃ１，Ｃ２ 余弦波出力
ｅ１１，ｅ２１ 正弦波入力
ｅ１２，ｅ２２ 余弦波入力
θ，θ1 ，θ2 回転角
Δθ ねじれ角（トルク）
θ1 ’，θ2 ’ 角速度
θ1 ’’，θ2 ’’ 角加速度
フロントページの続き
(72)発明者 酒巻 正彦
大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号
光洋精工株式会社内
Ｆターム(参考） 3D033 CA28 DB05
Claims (3)
- 【請求項１】トーションバーを介して同軸上に相対回転
可能に連結される入力部材及び出力部材にそれぞれ設け
られる第１及び第２の回転角センサと、第１及び第２の
回転角センサのそれぞれから得られる正弦波出力及び余
弦波出力に基づいてトルクを演算するトルク演算部とを
備えたトルク検出装置において、 前記トルク演算部は、第１の回転角センサの正弦波出力
と第２の回転角センサの余弦波出力との積と、第１の回
転角センサの余弦波出力と第２の回転角センサの正弦波
出力との積との差分に基づいてトルクを演算することを
特徴とするトルク検出装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記第１及び第２の回
転角センサの少なくとも一方からの出力に基づいて、入
力部材及び出力部材の少なくとも一方の回転角度を演算
する回転角演算部をさらに備えることを特徴とするトル
ク検出装置。 - 【請求項３】請求項１又は２において、前記第１及び第
２の回転角センサにより検出される回転角度に基づき、
前記入力部材及び出力部材のそれぞれの角速度又は角加
速度を算出する算出手段と、この算出手段が算出した角
速度間の関係又は角加速度間の関係に基づき、前記トル
クが入力部材側からの入力によるものか出力部材側から
の入力によるものかを判定する判定手段とをさらに備え
ることを特徴とするトルク検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002137483A JP2003329524A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | トルク検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002137483A JP2003329524A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | トルク検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003329524A true JP2003329524A (ja) | 2003-11-19 |
Family
ID=29699226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002137483A Pending JP2003329524A (ja) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | トルク検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003329524A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6994181B2 (en) * | 2002-10-24 | 2006-02-07 | Toyoda Koki Kabushiki Kaisha | Electric power steering device and method and apparatus for manufacturing the same |
| WO2016208712A1 (ja) * | 2015-06-26 | 2016-12-29 | 日本精工株式会社 | 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 |
| JP2017015696A (ja) * | 2015-06-26 | 2017-01-19 | 日本精工株式会社 | 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 |
| JP2017044683A (ja) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | 日本精工株式会社 | 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 |
| CN107709947A (zh) * | 2015-06-26 | 2018-02-16 | 日本精工株式会社 | 相对角度检测装置、扭矩传感器、电动助力转向装置和车辆 |
-
2002
- 2002-05-13 JP JP2002137483A patent/JP2003329524A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6994181B2 (en) * | 2002-10-24 | 2006-02-07 | Toyoda Koki Kabushiki Kaisha | Electric power steering device and method and apparatus for manufacturing the same |
| WO2016208712A1 (ja) * | 2015-06-26 | 2016-12-29 | 日本精工株式会社 | 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 |
| JP2017015696A (ja) * | 2015-06-26 | 2017-01-19 | 日本精工株式会社 | 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 |
| CN107709947A (zh) * | 2015-06-26 | 2018-02-16 | 日本精工株式会社 | 相对角度检测装置、扭矩传感器、电动助力转向装置和车辆 |
| US10035535B2 (en) | 2015-06-26 | 2018-07-31 | Nsk Ltd. | Relative angle detection device, torque sensor, electric power steering device and vehicle |
| CN107709947B (zh) * | 2015-06-26 | 2019-02-01 | 日本精工株式会社 | 相对角度检测装置、扭矩传感器、电动助力转向装置和车辆 |
| JP2017044683A (ja) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | 日本精工株式会社 | 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 |
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Effective date: 20060221 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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Effective date: 20060424 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060627 |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060825 |
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| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20060919 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |