(57)【要約】【課題】トルク検出を可能にしつつ絶対回転角の検出も可能な回転角度およびトルク検出装置を提供することを目的としている。【解決手段】トーションバー２を有する軸部８と、この軸部８の回転角度を検出する回転角度検出部と、軸部８のトルクを検出するトルク検出部とを備え、回転角度検出部として、軸部８に連結し第１、第２の回転体１０、１２と各々同期した第１、第２の同期回転体１１、１３と、この第１、第２の同期回転体１１、１３と同期する第３の回転体２２および第４の回転体２４を設け、第１の同期回転体１１に対する第３の回転体２２の回転数比と第２の同期回転体１３に対する第４の回転体２４の回転数比とは異ならせた構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーを有する軸部と、前記軸部の回転角度を検出する回転角度検出部と、前記軸部のトルクを検出するトルク検出部とを備え、
前記トルク検出部は前記トーションバーを挟むように前記軸部に連結した第１、第２の回転体と、前記第１、第２の回転体の周面方向に極性の異なる磁極を交互に配置するとともに前記第１、第２の回転体に保持させた第１、第２の磁石部と、前記第１、第２の磁石部の磁極に対向させた第１、第２の磁気検知素子とを有し、
前記回転角度検出部は前記軸部に連結し前記第１、第２の回転体と各々同期する第１、第２の同期回転体と、前記第１、第２の同期回転体と同期する第３、第４の回転体と、前記第３、第４の回転体の周面方向に磁性の異なる磁極を交互に配置するとともに前記第３、第４の回転体に保持させた第３、第４の磁石部と、前記第３、第４の磁石部の磁極に対向させた第３、第４の磁気検知素子とを有し、前記第１の同期回転体に対する前記第３の回転体の回転数比と、前記第２の同期回転体に対する前記第４の回転体の回転数比とを異ならせた回転角度およびトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のパワーステアリング等に用いる回転角度およびトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７において、従来の回転角度およびトルク検出装置は、回転角度を検出したい回転軸（図示せず）に、係合バネ６０を介して２つの歯車部５９を取り付けている。この歯車部５９は、外周面に異なる磁極を交互に配置したコード板６１を保持する歯車部６２と噛み合っている。検出する回転軸の回転にしたがって、コード板６１に設けられた磁極が回転移動するので、この磁極の変位をコード板６１の外周面に対向して設けた磁気検知素子６３でカウントすることにより、回転軸の回転角度を検出することができる。
【０００３】
また、トーションバーを介して連結された２本の軸にこの機構を取り付けることにより、２本の軸間にトルクが作用し、軸間のねじれが発生した時、回転軸の回転角度を比較することによってトルクを検出することができる。
【０００４】
上記の回転角度およびトルク検出装置では、コード板６１に磁極を着磁する磁石形成工程と、歯車部６２を歯車部５９に噛み合うように取り付ける取付工程とを備えている。一般に、コード板６１の磁極は、着磁前のコード板６１が取り付けられた歯車部６２を着磁機にセットして、コード板６１の周面方向に異なる磁極が所定間隔に交互に配置されるように着磁して形成する。そして、２つの歯車部６２を対向するように回転軸に取り付けている。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平１１−１９４００７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の回転角度およびトルク検出装置では、相対回転角しか検出できず、絶対回転角が検出できないという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するもので、トルク検出を可能にしつつ絶対回転角の検出も可能な回転角度およびトルク検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、特に、トルク検出部はトーションバーを挟むように軸部に連結した第１、第２の回転体と、前記第１、第２の回転体の周面方向に極性の異なる磁極を交互に配置するとともに前記第１、第２の回転体に保持させた第１、第２の磁石部と、前記第１、第２の磁石部の磁極に対向させた第１、第２の磁気検知素子とを有し、回転角度検出部は前記軸部に連結し前記第１、第２の回転体と各々同期する第１、第２の同期回転体と、前記第１、第２の同期回転体と同期する第３、第４の回転体と、前記第３、第４の回転体の周面方向に磁性の異なる磁極を交互に配置するとともに前記第３、第４の回転体に保持させた第３、第４の磁石部と、前記第３、第４の磁石部の磁極に対向させた第３、第４の磁気検知素子とを有し、前記第１の同期回転体に対する前記第３の回転体の回転数比と、前記第２の同期回転体に対する前記第４の回転体の回転数比とを異ならせた構成である。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成により、第１、第２の回転体の回転角度の差からトルクを検出でき、第３、第４の回転体の回転角度の差から第１、第２の絶対回転角度を検出でき、トルク検出を可能にするとともに絶対回転角度の検出も可能にすることができる。
【００１０】
また、第１の同期回転数比に対する第３の回転数比と、第２の同期回転体に対する第４の回転体の回転数比とは定常比なので、各々の比率が変化した場合は異常状態であり、故障検知も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は本発明の一実施の形態における回転角検出装置の断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は同検出装置のブロック図、図４は第１〜第４の回転体の回転角（機械角）に対して、磁界変化に起因して第１〜第４の磁気検知素子が検出する出力信号および回転角（電気角）を示す特性波形図、図５は第１の回転体の絶対回転角（機械角）に対して、第３、第４の回転体の回転角（電気角）および第３、第４の回転体の回転角差（電気角差）を示す特性波形図、図６はトルク検出特性図である。
【００１３】
図１、図２において、本発明の一実施の形態における回転角度およびトルク検出装置は、トーションバー２を有する軸部８と、この軸部８の回転角度を検出する回転角度検出部と、軸部８のトルクを検出するトルク検出部とを備えている。
【００１４】
トルク検出部として、トーションバー２を挟むように軸部８に連結した第１の回転体１０および第２の回転体１２と、第１、第２の回転体１０、１２の周面方向に極性の異なる磁極を交互に配置するとともに第１、第２の回転体１０、１２に保持させた第１のリング磁石１４および第２のリング磁石１６と、第１、第２の磁石部１４、１６の磁極に対向させて第１の磁気検知素子１８および第２の磁気検知素子２０とを配置している。この第１の磁気検知素子１８および第２の磁気検知素子２０により磁界の変化を検知する。
【００１５】
回転角度検出部として、軸部８に連結し第１、第２の回転体１０、１２と各々同期した第１、第２の同期回転体１１、１３と、この第１、第２の同期回転体１１、１３と同期する第３の回転体２２および第４の回転体２４と、第３、第４の回転体２２、２４の周面方向に極性の異なる磁極を交互に配置するとともに第３、第４の回転体２２、２４に保持させた第３の磁石部２６および第４の磁石部２７と、第３、第４の磁石部２６、２７の磁極に対向させた第３の磁気検知素子２８および第４の磁気検知素子２９とを配置している。この第３の磁気検知素子２８および第４の磁気検知素子２９により磁界の変化を検知する。
【００１６】
第１、第２の同期回転体１１、１３、第３、第４の回転体２２、２４は互いに歯車構造にするとともに、第１の同期回転体１１に第３の回転体２２の歯を組み合わせ、第２の同期回転体１３に第４の回転体２４の歯を組み合わせて同期回転させている。第３、第４の回転体２２、２４の歯車数は異なる歯数にして、第１の同期回転体１１に対する第３の回転体２２の回転数比と第２の同期回転体１３に対する第４の回転体２４の回転数比とは異ならせている。
【００１７】
入力軸４が回転すると、第１の回転体１０と第１の同期回転体１１が互いに同期回転しつつ第３の回転体２２も同期回転する。出力軸６が回転すると、第２の回転体１２と第２の同期回転体１３が互いに同期回転しつつ第４の回転体２４も同期回転する。
【００１８】
上記構成において、第１〜第４の磁気検知素子１８、２０、２８、２９から出力される検出信号は、図３に示すように、増幅器３０にて規定の振幅に増幅し、ＣＰＵ３２（マイクロコンピュータ）内のＡ／Ｄコンバータを介して演算処理するとともにＣＰＵ３２と不揮発性メモリのＥＥＰＲＯＭ３４との間で必要に応じて情報を読み書きして、第１、第２の回転体１０、１２の回転角差からトルクを検出し、第３、第４の回転体２２、２４の回転角差から第１〜第４の回転体１０、１２、２２、２４の絶対回転角を検出する。
【００１９】
まず、第１〜第４の回転体１０、１２、２２、２４の絶対回転角を検出する方法について説明する。
【００２０】
図４は第１〜第４の回転体の回転角（機械角）に対して、磁界変化に起因して第１〜第４の磁気検知素子が検出する信号出力および回転角（電気角）を示す特性波形図であり、図４（ａ）は第１〜第４の回転体の回転角（機械角）に対して、磁界変化に起因して第１〜第４の磁気検知素子が検出する信号出力を示し、図４（ｂ）は第１〜第４の回転体の回転角（機械角）に対して、磁界変化に起因して第１〜第４の磁気検知素子が検出する回転角（電気角）を示している。
【００２１】
第１〜第４の磁気検知素子１８、２０、２８、２９によって磁界変化を検知する場合、図４（ａ）に示すように、磁極１極に対して１周期の正弦波信号３８および余弦波信号４０が出力信号として検出されるため、第１〜第４の回転体１０、１２、２２、２９の１回転あたり（回転角（機械角）３６０度あたり）に対しては、磁極数分の正弦波信号３８および余弦波信号４０が出力信号として検出される。また、図４（ｂ）に示すように、磁極１極に対して２周期の三角波信号４２が回転角（電気角）として検出される。
【００２２】
図５は第１の回転体の回転角（機械角）に対して、第３、第４の回転体の回転角（電気角）および第３、第４の回転体の回転角差（電気角差）を示す特性波形図である。図５（ａ）は第１の回転体の回転角（機械角）に対して、第３、第４の回転体の回転角（電気角）の特性波形を示し、図５（ｂ）は第１の回転体の回転角（機械角）に対して、第３、第４の回転体の回転角差（電気角差）の特性波形を示し、図５（ｃ）は第１の回転体の回転角（機械角）に対して、図５（ｂ）に基づき算出した第３、第４の回転体の回転角差（電気角差）の特性波形を示している。
【００２３】
第３、第４の回転体２２、２４の歯車数によって、第３、第４の回転体２２、２４の回転角（機械角）に対する第３、第４の回転体２２、２４の回転角（電気角）の特性波（三角波）は互いに周期の異なるものとなる。したがって、第１の回転体１０の回転角（機械角）に対して、第３、第４の回転体２２、２４の特性波（三角波）は各々何周期目の特性波（三角波）であるかによって、図５（ｃ）に示すように、第１の回転体１０の回転角（機械角）に対して、第３、第４の回転体２２、２４の回転角差（電気角差）の特性波形が一義的に定まるので、第１〜第４の回転体１０、１２、２２、２４の絶対回転角が定まり、軸部８の絶対回転角（機械角）が定まる。
【００２４】
次に、トーションバーにかかるトルクの算出方法について説明する。
【００２５】
第１から第４の磁気検知素子１８、２０、２８、２９によって検出された検出信号は図３に示すようにＣＰＵ３２にて演算処理されて、上記絶対回転角の検出方法にしたがって、第１から第４の回転体１０、１２、２２、２４の絶対回転角が検出される。この第１、第２の回転体１０、１２の絶対回転角差をとり、これにトーションバー定数を乗することでトルクを算出することができる。この絶対回転角差より求めたトルクを図６に示す。図６はトルク検出特性図であり、入力軸４または出力軸６の回転角（機械角）に対して、第１の回転体１０と第２の回転体１２の絶対回転角差より得られるトルクの特性波３７を示している。第１の回転体１０の絶対回転角を（Ｘ）、第２の回転体１２の絶対回転角を（Ｙ）、トーションバー定数を（Ｔ）とすると、検出トルクは｛（Ｘ）−（Ｙ）｝×（Ｔ）で算出される。
【００２６】
上記構成により、第１、第２の回転体１０、１２の回転角度の差からトルクを検出でき、第３、第４の回転体２２、２４の回転角度の差から第１〜第４の回転体１０、１２、２２、２４の絶対回転角度を検出でき、トルク検出を可能にするとともに絶対回転角度の検出も可能にすることができる。
【００２７】
また、第１の同期回転体１１に対する第３の回転体２２の回転数比と、第２の同期回転体１３に対する第４の回転体２４の回転数比とは定常比なので、各々の比率が変化した場合は異常状態であり、故障検知も可能である。
【００２８】
なお、本発明の一実施の形態では、トルクが「０」の場合における第１〜第４の回転体１０、１２、２２、２４の絶対回転角を算出したが、トルクが「０」でない場合は、第１、第２の回転体１０、１２の回転角度の差を第３の回転体２２または第４の回転体２４の回転角度から差し引くことにより、第１〜第４の回転体１０、１２、２２、２４の絶対回転角を算出できる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明にかかるトルク検出装置は、トルク検出を可能にしつつ絶対回転角の検出も可能であり、各種の車両のパワーステアリング等で用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態における回転角検出装置の断面図
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図
【図３】同検出装置のブロック図
【図４】第１〜第４の回転体の回転角（機械角）に対して、磁界変化に起因して第１〜第４の磁気検知素子が検出する信号出力および回転角（電気角）を示す特性波形図
【図５】第１の回転体の絶対回転角（機械角）に対して、第３、第４の回転体の回転角（電気角）および第３、第４の回転体の回転角差（電気角差）を示す特性波形図
【図６】トルク検出特性図
【図７】従来の回転角およびトルク検出装置の断面図
【符号の説明】
【００３１】
２  トーションバー
４  入力軸
６  出力軸
８  軸部
１０  第１の回転体
１１  第１の同期回転体
１２  第２の回転体
１３  第２の同期回転体
１４  第１のリング磁石部
１６  第２のリング磁石部
１８  第１の磁気検知素子
２０  第２の磁気検知素子
２２  第３の回転体
２４  第４の回転体
２６  第３の磁石部
２７  第４の磁石部
２８  第３の磁気検知素子
２９  第４の磁気検知素子
３０  増幅器
３２  ＣＰＵ
３４  ＥＥＰＲＯＭ
３７  トルク特性波
３８  正弦波信号
４０  余弦波信号
４２  三角波信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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