JP2001272204A - Torsion quantity measuring apparatus - Google Patents

Torsion quantity measuring apparatus

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JP2001272204A
JP2001272204A JP2000083987A JP2000083987A JP2001272204A JP 2001272204 A JP2001272204 A JP 2001272204A JP 2000083987 A JP2000083987 A JP 2000083987A JP 2000083987 A JP2000083987 A JP 2000083987A JP 2001272204 A JP2001272204 A JP 2001272204A
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Japan
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output
input
winding
rotor
stator
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JP2000083987A
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Japanese (ja)
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Makoto Naruse
誠 成瀬
Yuji Maruyama
裕児 丸山
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Sumtak Corp
Original Assignee
Sumtak Corp
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/105Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means

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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a torque measuring apparatus which enables miniaturization and a lower cost with a simple structure. SOLUTION: In the torsion quantity measuring apparatus, which has an input side rotor 2 and an output side rotor 4 arranged free to rotate circumferentially and detects a relative torsion quantity between the input side rotor 2 and the output side rotor 4, an input side stator 1 is installed at a position facing the input side rotor 2 in the circumferential direction thereof at a prescribed interval and an output side stator 3 at a position circumferentially facing the output side rotor 4 at a prescribed interval. The input side stator 1 and the output side stator 3 have respectively an exciting winding and output windings 5 and 6, and the output winding of the input side stator 1 and the output winding of the output side stator 3 are interconnected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車用のパワ
ーステアリング装置のように、入力軸を回転させること
によって、トーションバーをねじりながら入力軸および
出力軸が回転するとともに、このときの入力軸と出力軸
との相対回転量をレゾルバを介して検出してトルクを算
出、測定するねじれ量測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power steering device for an automobile, in which an input shaft is rotated by rotating an input shaft to rotate an input shaft and an output shaft while twisting a torsion bar. The present invention relates to a torsion amount measuring device that detects and calculates a torque by detecting a relative rotation amount with respect to an output shaft via a resolver.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7〜図10に示した従来の装置は、ト
ーションバー101の一端を図示していない入力軸に固
定し、他端を同じく図示していない出力軸に固定してい
る。そして、ハンドルを回転して入力軸を回すと、入力
軸と出力軸とは、トーションバー101をねじりながら
回転する。この時のトーションバー101のねじれ量す
なわち両軸の相対回転量を検出することによって、入力
トルクを検出できる。上記のように両軸の相対回転量を
検出するのがレゾルバ機構であるが、以下に、このレゾ
ルバ機構を具体的に説明する。
2. Description of the Related Art In the conventional apparatus shown in FIGS. 7 to 10, one end of a torsion bar 101 is fixed to an input shaft (not shown), and the other end is fixed to an output shaft (not shown). When the handle is rotated to rotate the input shaft, the input shaft and the output shaft rotate while twisting the torsion bar 101. The input torque can be detected by detecting the torsion amount of the torsion bar 101, that is, the relative rotation amount of both shafts at this time. The resolver mechanism detects the relative rotation amount between the two shafts as described above, and the resolver mechanism will be specifically described below.

【0003】上記トーションバー101には、その入力
軸側に入力側円筒ロータ102を固定し、その出力軸側
に出力側円筒ロータ103を固定している。また、ハウ
ジング104は、これら両ロータ102、103の周囲
を囲むようにしている。上記ハウジング104の内周に
は、図8に示すように、環状の第1ヨーク105を設け
るとともに、その第1ヨーク105内に第1コイル10
6を設けている。また、入力側円筒ロータ102の外周
には、第1ヨーク105と対向する環状の第2ヨーク1
07を固定し、その中にも第2コイル108を設けてい
る。そして、上記第1ヨーク105および第1コイル1
06と、第2ヨーク107および第2コイル108と
で、磁気回路(回転トランス)を構成するようにしてい
る。
An input-side cylindrical rotor 102 is fixed to the input shaft side of the torsion bar 101, and an output-side cylindrical rotor 103 is fixed to the output shaft side. The housing 104 surrounds both the rotors 102 and 103. As shown in FIG. 8, an annular first yoke 105 is provided on the inner periphery of the housing 104, and the first coil 10 is provided in the first yoke 105.
6 are provided. An annular second yoke 1 facing the first yoke 105 is provided on the outer periphery of the input-side cylindrical rotor 102.
07 is fixed, and the second coil 108 is also provided therein. Then, the first yoke 105 and the first coil 1
06, the second yoke 107 and the second coil 108 constitute a magnetic circuit (rotary transformer).

【0004】さらに、この入力側円筒ロータ102に
は、その円周上に第3ヨーク109を固定している。こ
の第3ヨーク109の周囲には、位相を90°ずらした
2種類のコイルからなる第3コイル110を巻き付ける
とともに、この第3コイル110を、上記第2コイル1
08と接続している。一方、前記ハウジング104の内
周には、上記第3ヨーク109および第3コイル110
と対向する第4ヨーク111および第4コイル112を
設けている。なお、この第4コイル112も、第3コイ
ル110と同様に、位相を90°ずらした2種類のコイ
ルからなる。これら各構成要素で、入力側レゾルバ機構
R1 を構成する。なお、図中符号113は第1コイル1
06に接続したリード線、114は第4コイル112に
接続したリード線で、何れもハウジング104の外方に
引き出している。
Further, a third yoke 109 is fixed to the input side cylindrical rotor 102 on the circumference thereof. Around the third yoke 109, a third coil 110 composed of two types of coils whose phases are shifted by 90 ° is wound, and the third coil 110 is connected to the second coil 1.
08. On the other hand, the third yoke 109 and the third coil 110
And a fourth yoke 111 and a fourth coil 112 that face each other. The fourth coil 112, like the third coil 110, is composed of two types of coils whose phases are shifted by 90 °. These components constitute an input-side resolver mechanism R1. Note that reference numeral 113 in the figure denotes the first coil 1.
A lead wire connected to 06 and a lead wire 114 connected to the fourth coil 112 are all drawn out of the housing 104.

【0005】入力側円筒ロータ102とハウジング10
4との間には、上記のようにした入力側レゾルバ機構R
1 を設けているが、出力側円筒ロータ103とハウジン
グ104との間にも、この入力側と全く同様の出力側レ
ゾルバ機構R2 を設けている。そして、上記のレゾルバ
機構を回路的に示したのが図9である。
The input-side cylindrical rotor 102 and the housing 10
4, the input-side resolver mechanism R as described above.
1 is provided, but an output-side resolver mechanism R2 exactly the same as that on the input side is also provided between the output-side cylindrical rotor 103 and the housing 104. FIG. 9 is a circuit diagram of the resolver mechanism.

【0006】トーションバー101がねじれている場
合、第1コイル106に交流電圧ER1を加えると、その
電圧に応じて第1ヨーク105および第2ヨーク107
に磁束が発生するとともに、その時の磁束密度に応じ
て、第2コイル108に交流電圧が誘起される。第2コ
イル108は、第3コイル110に接続しているので、
この第3コイル110にも交流電圧が発生する。しか
し、第3コイル110は、90°位相をずらした2種類
のコイルからなるので、その発生電圧も、90゜位相が
ずれたものになる。この第3コイル110に発生した交
流電圧によって、第4コイル112に交流電圧が誘起さ
れ、この第4コイル112の交流電圧が、リード線11
4からハウジング104外に取り出される。
When the torsion bar 101 is twisted and an AC voltage ER1 is applied to the first coil 106, the first yoke 105 and the second yoke 107
And an AC voltage is induced in the second coil 108 according to the magnetic flux density at that time. Since the second coil 108 is connected to the third coil 110,
An AC voltage is also generated in the third coil 110. However, since the third coil 110 is composed of two types of coils whose phases are shifted by 90 °, the generated voltages are also shifted by 90 ° in phase. The AC voltage generated in the third coil 110 induces an AC voltage in the fourth coil 112, and the AC voltage of the fourth coil 112
4 is taken out of the housing 104.

【0007】上記ハウジング104外に取りだした出力
電圧ES1 とES2 とは、次の通りである。 ES1=kER1×cosθ1 ES2=kER1×sinθ1
The output voltages ES1 and ES2 taken out of the housing 104 are as follows. ES1 = kER1 × cosθ1 ES2 = kER1 × sinθ1

【0008】なお、上記kは、変圧比を示す。この時の
出力電圧特性は、図10に示す通りである。上記の2つ
の式からθ1 を算出することができる。この角度θ1
は、入力側円筒ロータ2の回転角度ということになる。
このようにして算出されたθ1は、レゾルバデジタル変
換器(以降R/D変換器)を介して図示していないコン
ピュータに記憶される。また、同様にして、出力側レゾ
ルバ機構R2 からも、出力側円筒ロータ2の回転角度θ
2 を検出してそれを上記コンピュータに入力する。そし
て、上記コンピュータは、入力側と出力側との相対角度
Δθを、Δθ=θ1−θ2 として演算し、トーションバ
ー1のねじれ角度であるこの相対角度Δθと、トーショ
ンバー1の剛性とからトルクを算出する。
[0008] Here, k represents a transformation ratio. The output voltage characteristics at this time are as shown in FIG. Θ1 can be calculated from the above two equations. This angle θ1
Is the rotation angle of the input-side cylindrical rotor 2.
The θ1 calculated in this way is stored in a computer (not shown) via a resolver digital converter (hereinafter, an R / D converter). Similarly, the rotation angle θ of the output side cylindrical rotor 2 is also output from the output side resolver mechanism R2.
2. Detect and enter it into the above computer. The computer calculates the relative angle Δθ between the input side and the output side as Δθ = θ1−θ2, and calculates the torque from the relative angle Δθ that is the torsion angle of the torsion bar 1 and the rigidity of the torsion bar 1. calculate.

【0009】上記のようにした従来の装置では、入力側
と出力側との両方に、レゾルバ機構とR/D変換器を必
要とする。そして、二組のレゾルバ機構から得られた信
号を用いてΔθを算出し、トルクを検出するので、その
分、装置が高額になるという問題があった。また、上記
のようにΔθを算出するための演算回路や、それらを引
き回すための配線構造を必要とし、それを組み込むスペ
ースも大きくせざるをえず、それだけ装置全体も大型化
したり、高価になるという問題があった。
[0009] The conventional device as described above requires a resolver mechanism and an R / D converter on both the input side and the output side. Then, since Δθ is calculated by using signals obtained from the two sets of resolver mechanisms and the torque is detected, there is a problem that the apparatus becomes expensive accordingly. Further, as described above, an arithmetic circuit for calculating Δθ and a wiring structure for arranging them are required, so that the space for incorporating them must be increased, and the entire device becomes larger or more expensive. There was a problem.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、簡
単な構造で小型かつ低コスト化が可能なトルク測定装置
を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a torque measuring device which has a simple structure and can be reduced in size and cost.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の構成
により達成される。 (1) 円周方向に回動自在に配置された入力側ロータ
(2)と出力側ロータ(4)とを有し、これら入力側ロ
ータ(2)と出力側ロータ(4)との相対ねじれ量を検
出するねじれ量測定装置であって、前記入力側ローター
(2)と周方向に対向する位置には所定間隔をおいて入
力側ステータ(1)を有し、前記出力側ローター(4)
と周方向に対向する位置には所定間隔をおいて出力側ス
テータ(3)を有し、前記入力側ステータ(1)と出力
側ステータ(3)は、それぞれ励磁巻線および出力巻線
(5,6)を有し、かつこの入力側ステータ(1)の出
力巻線と出力側ステータ(3)の出力巻線とが相互に接
続されているねじれ量測定装置。 (2) 前記入力側ステータ(1)の励磁巻線に励磁信
号を入力し、出力側ステータ(3)の励磁巻線から出力
信号を得る上記(1)のねじれ量測定装置。 (3) 前記入力側ステータ(1)の出力巻線と出力側
ステータ(3)の出力巻線は複数相の巻線を有し、それ
ぞれ同相の巻線同士が相互に接続されている上記(1)
または(2)のねじれ量測定装置。 (4) 前記出力信号は同期整流されてねじれ量を表す
信号とされる上記(1)〜(3)のいずれかのねじれ量
測定装置。 (5) 少なくとも前記入力側ステータ(1)と出力側
ステータ(3)との間には、磁気遮蔽手段(9)を有す
る上記(1)〜(4)のいずれかのねじれ量測定装置。
The above object is achieved by the following constitution. (1) An input-side rotor (2) and an output-side rotor (4) arranged rotatably in the circumferential direction, and a relative twist between the input-side rotor (2) and the output-side rotor (4). A torsion amount measuring device for detecting an amount, comprising an input-side stator (1) at a predetermined interval at a position facing the input-side rotor (2) in a circumferential direction, and the output-side rotor (4).
An output-side stator (3) is provided at a predetermined interval at a position opposed to the output-side stator (3). , 6) wherein the output winding of the input-side stator (1) and the output winding of the output-side stator (3) are interconnected. (2) The torsion amount measuring device according to (1), wherein an excitation signal is input to an excitation winding of the input-side stator (1) and an output signal is obtained from the excitation winding of the output-side stator (3). (3) The output windings of the input-side stator (1) and the output windings of the output-side stator (3) have windings of a plurality of phases, and the windings of the same phase are mutually connected. 1)
Or the torsion amount measuring device of (2). (4) The torsion amount measuring device according to any one of (1) to (3), wherein the output signal is synchronously rectified to be a signal representing the amount of torsion. (5) The torsion amount measuring device according to any one of (1) to (4), further including a magnetic shielding means (9) between at least the input side stator (1) and the output side stator (3).

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明のねじれ量測定装置は、例
えば図1に示すように同一軸上で円周方向に回動自在に
配置された入力側ロータ2と出力側ロータ4とを有し、
これら入力側ロータ2と出力側ロータ4との相対ねじれ
量を検出するねじれ量測定装置であって、前記入力側ロ
ータ2と周方向に対向する位置には所定間隔をおいて入
力側ステータ1を有し、前記出力側ロータ4と周方向に
対向する位置には所定間隔をおいて出力側ステータ3を
有し、前記入力側ステータ1と出力側ステータ3は、そ
れぞれ励磁巻線および出力巻線5,6を有し、かつこの
入力側ステータ1の出力巻線と出力側ステータ3の出力
巻線とが相互に接続されているものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The torsion measuring apparatus of the present invention has an input rotor 2 and an output rotor 4 which are rotatably arranged on the same axis in the circumferential direction as shown in FIG. And
A torsion amount measuring device for detecting a relative amount of torsion between the input side rotor 2 and the output side rotor 4, wherein the input side stator 1 is disposed at a predetermined interval at a position facing the input side rotor 2 in the circumferential direction. An output stator 3 is provided at a predetermined interval at a position facing the output rotor 4 in the circumferential direction, and the input stator 1 and the output stator 3 are respectively provided with an excitation winding and an output winding. 5 and 6, and the output winding of the input side stator 1 and the output winding of the output side stator 3 are connected to each other.

【0013】そして、前記入力側ステータの励磁巻線に
励磁信号を入力し、出力側ステータの励磁巻線から出力
信号を得る。
An excitation signal is input to the excitation winding of the input-side stator, and an output signal is obtained from the excitation winding of the output-side stator.

【0014】また、好ましくは前記入力側ステータの出
力巻線と出力側ステータの出力巻線は複数相の巻線を有
し、それぞれ同相の巻線同士が相互に接続されている。
Preferably, the output winding of the input-side stator and the output winding of the output-side stator have a plurality of phase windings, and the windings of the same phase are mutually connected.

【0015】図1についてさらに詳細に説明すると、ね
じれ量測定装置であるレゾルバは、同一軸上で円周方向
に回動自在に配置された入力側ロータ2と出力側ロータ
4とを有する。この入力側ロータ2と出力側ロータ4に
は図示しないねじれ量を検出するための回転体が接続さ
れる。この回転体は、一方が他方に対して相対的に異な
る変位量(回転量)を有するものであれば特に限定され
るものではないが、好ましくは相対的な変位量の差が±
45°以内、特に±0〜22.5°程度が好ましい。
Referring to FIG. 1 in more detail, a resolver as a torsion measuring device has an input-side rotor 2 and an output-side rotor 4 which are rotatably arranged on the same axis in the circumferential direction. A rotating body (not shown) for detecting the amount of twist is connected to the input rotor 2 and the output rotor 4. The rotating body is not particularly limited as long as one of the rotating bodies has a displacement amount (rotation amount) relatively different from the other.
The angle is preferably within 45 °, particularly about ± 0 to 22.5 °.

【0016】ロータ2,4は、変形した円筒ないし円盤
状の磁性体であって、その外側面と、ステータ1,3の
各磁極とのギャップが回転動作により変化し、励磁巻
線、出力巻線により回転変位量に応じた出力信号が得ら
れるように形成されている。この形状は、その中心軸が
固定子の中心軸とずれた円盤状、あるいは円筒状の回転
体としてもよいが、後述のように、高調波歪を除去する
ために、所定の極数でその外周が特殊曲線の突部を有す
る形状とすることが好ましい。
Each of the rotors 2 and 4 is a deformed cylindrical or disk-shaped magnetic material, and the gap between the outer surface thereof and each of the magnetic poles of the stators 1 and 3 is changed by the rotation operation, so that the exciting winding and the output winding are changed. The line is formed so that an output signal corresponding to the amount of rotational displacement can be obtained. This shape may be a disk-shaped or cylindrical rotating body whose center axis is shifted from the center axis of the stator, but as will be described later, in order to remove harmonic distortion, the shape is determined by a predetermined number of poles. It is preferable that the outer periphery has a shape having a projection with a special curve.

【0017】ロータ2,4の好ましい形状について説明
する。ロータ2,4の形状は、通常のバリアブルリラク
タンス型レゾルバの回転子の形状を決定する手法を用い
ることができるが、好ましくは、特許第2698013
号に記載されている手法を用いる。
The preferred shapes of the rotors 2 and 4 will be described. As the shape of the rotors 2 and 4, a method of determining the shape of the rotor of a normal variable reluctance resolver can be used.
Use the method described in the above item.

【0018】ロータ2,4はN個の突極を有する磁性材
で巻線を設けない構造において、励磁巻線の電流によっ
て生ずる起磁力と突極によるギャップパーミアンスの変
動との作用で、ロータが全円周の1/N動くときに、そ
の磁束密度のピーク値の空間的位置は全円周の1/N動
くことを利用する。
In a structure in which the rotors 2 and 4 are made of a magnetic material having N salient poles and are not provided with a winding, the rotor is driven by the action of the magnetomotive force generated by the current of the exciting winding and the variation in gap permeance due to the salient poles. When moving 1 / N of the entire circumference, the spatial position of the peak value of the magnetic flux density utilizes the movement of 1 / N of the entire circumference.

【0019】この磁束密度による出力巻線への誘導電圧
は、励磁巻線を単相とし、出力巻線を2相または3相と
した場合には、ロータの全円周の1/Nの動きを1周期
とする正弦波形の2相または3相電圧となり、励磁巻線
を2相とし、出力巻線を単相とした場合には、ロータが
全円周の1/N動くときに振幅が一周期(電気角2π)
変化する正弦波電圧となる。これらの電圧と回転子位置
との関係は、現在使用されているレゾルバあるいはシン
クロの場合と同一である。
The induced voltage to the output winding due to the magnetic flux density is 1 / N of the entire circumference of the rotor when the excitation winding is single-phase and the output winding is two-phase or three-phase. , A two-phase or three-phase voltage having a sinusoidal waveform with one cycle, and when the excitation winding is two-phase and the output winding is single-phase, when the rotor moves 1 / N of the entire circumference, the amplitude becomes One cycle (electric angle 2π)
The result is a varying sinusoidal voltage. The relationship between these voltages and the rotor position is the same as that of a resolver or a synchro currently used.

【0020】この方式においては、誤差の原因となる出
力巻線の誘導電圧に含まれる高調波成分を最小にするこ
とが重要である。本発明では、N個の突極によるギャッ
プパーミアンス係数のロータ位置θ2 による変動がco
s(Nθ)に比例する値となり、これに対する高調波成
分が極めて小さくなるような突極形状とすることによっ
て、これを実現できる。
In this method, it is important to minimize harmonic components contained in the induced voltage of the output winding, which cause an error. In the present invention, the variation of the gap permeance coefficient due to the N salient poles due to the rotor position θ 2 is co.
This can be realized by forming a salient pole shape having a value proportional to s (Nθ) and having a very small harmonic component therewith.

【0021】また、前記入力側ロータ2と周方向に対向
する位置には所定間隔をおいて入力側ステータ1を有
し、前記出力側ロータ4と周方向に対向する位置には所
定間隔をおいて入力側ステータ3を有する。これらのス
テータ1,3はレゾルバケース7に固定されている。
An input stator 1 is provided at a predetermined distance from the input rotor 2 in a circumferential direction, and a predetermined distance is provided at a position opposite to the output rotor 4 in the circumferential direction. And an input side stator 3. These stators 1 and 3 are fixed to a resolver case 7.

【0022】ステータ1,3は、中空環状の磁性体であ
って、その軸中心方向には突出した複数の磁極を有し、
これらの磁極間に巻線が巻回されるスロットを有する構
成となっている。
Each of the stators 1 and 3 is a hollow annular magnetic body, and has a plurality of magnetic poles protruding in the axial center direction thereof.
It has a configuration having a slot around which a winding is wound between these magnetic poles.

【0023】このようなステータの磁極には、励磁巻線
と出力巻線5,6とが巻回される。励磁巻線は磁界発生
用の巻線であり、出力巻線はこの励磁巻線により発生
し、ロータの回転移動によって変化する磁界により励起
される励起電圧を取り出す巻線である。出力巻線は発生
する誘起電圧分布が正弦波分布となるように分布巻きに
することが好ましい。
An excitation winding and output windings 5 and 6 are wound around the magnetic poles of such a stator. The excitation winding is a winding for generating a magnetic field, and the output winding is a winding for extracting an excitation voltage generated by the excitation winding and excited by a magnetic field that is changed by the rotational movement of the rotor. It is preferable that the output winding be a distributed winding so that the generated induced voltage distribution becomes a sine wave distribution.

【0024】また、例えば図6に示すように、入力側ス
テータの励磁信号によって出力側出力巻線を直接電磁誘
導しないように磁気遮蔽手段9を有することが好まし
い。磁気遮蔽手段としては、磁気を遮ぎうるものであれ
ば特に限定されるものではないが、例えば磁性材による
遮蔽板のようなものを設ければよい。なお、図6におけ
るその他の構成は図1と同様であり、同一構成要素には
同一符号を付して説明を省略する。
Further, as shown in FIG. 6, for example, it is preferable to have magnetic shielding means 9 so that the output side output winding is not directly electromagnetically induced by the excitation signal of the input side stator. The magnetic shielding means is not particularly limited as long as it can shield the magnetism. For example, a shielding plate made of a magnetic material may be provided. The other configurations in FIG. 6 are the same as those in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

【0025】このように、入力側ロータ2と入力側ステ
ータ1とにより入力側のレゾルバが構成され、出力側ロ
ータ4と出力側ステータ3とにより出力側のレゾルバが
構成される。この2つのレゾルバにより入力側と出力側
の変位量を電気信号として検出することができる。
As described above, the input-side rotor 2 and the input-side stator 1 form an input-side resolver, and the output-side rotor 4 and the output-side stator 3 form an output-side resolver. With these two resolvers, the displacement amount on the input side and the output side can be detected as an electric signal.

【0026】本発明では入力側ステータの出力巻線と出
力側ステータの出力巻線とを相互に接続する。具体的に
は、例えば図2に示すように、入力側のステータ1に
は、励磁巻線5aと、出力巻線5b、5cが巻回され、
出力側のステータ3には、励磁巻線6aと、出力巻線6
b、6cが巻回されている。
In the present invention, the output winding of the input-side stator and the output winding of the output-side stator are connected to each other. Specifically, for example, as shown in FIG. 2, the excitation winding 5 a and the output windings 5 b and 5 c are wound around the input side stator 1,
The stator 3 on the output side has an exciting winding 6 a and an output winding 6.
b, 6c are wound.

【0027】そして、この例では2相の出力巻線のう
ち、入力側第1相の出力巻線5bの端子S1,S2と、
出力側第1相の出力巻線6bの端子S11,S12とを
それぞれ接続する。同様に入力側第2相の出力巻線5c
の端子S3,S4と、出力側第2相の出力巻線6cの端
子S13,S14とをそれぞれ接続する。このようにし
て互いの出力巻線同士を接続することにより、入力側の
励磁巻線5aの端子R1,R2間に入力信号ERIを加
えると、出力側の励磁巻線6aの端子R11,R12間
には以下の式で表される出力信号ERoが表れる。
In this example, among the two-phase output windings, terminals S1 and S2 of the input-side first-phase output winding 5b,
The terminals S11 and S12 of the output-side first-phase output winding 6b are respectively connected. Similarly, the output winding 5c of the input-side second phase
Are connected to the terminals S3 and S4 of the output winding 6c of the output-side second phase, respectively. By connecting the output windings to each other in this manner, when an input signal ERI is applied between the terminals R1 and R2 of the input-side excitation winding 5a, the connection between the terminals R11 and R12 of the output-side excitation winding 6a is established. Shows an output signal ERo represented by the following equation.

【0028】すなわち下記式の入力信号 ERI=Esinωt を端子S1,S2間に与えると、入力側の変位量φに応
じて、出力巻線5b,5cの端子S1−2、S3−4間
には、 ES1−2=KiEsinωt・cos(X・φ) ES3−4=KiEsinωt・sin(X・φ) が表れる。そして、これが出力巻線6b,6cの端子S
11−12、S13−14間に印加されるので、出力側
の励磁巻線6aの端子R11,R12間には、出力側の
変位量θに応じて、出力電圧 ERo=Kosinωt・sinX(φ−θ) (Ki、Ko:変圧比、X:軸倍角(X=1〜8、特に
2〜8))が得られる。
That is, when the input signal ERI = Esinωt of the following equation is given between the terminals S1 and S2, the voltage between the terminals S1-2 and S3-4 of the output windings 5b and 5c is changed according to the displacement φ on the input side. ES1-2 = KiEsinωt · cos (X · φ) ES3-4 = KiEsinωt · sin (X · φ) And this is the terminal S of the output windings 6b and 6c.
11-12 and S13-14, the output voltage ERo = Kosinωt · sinX (φ−) is applied between the terminals R11 and R12 of the output-side exciting winding 6a in accordance with the output-side displacement amount θ. θ) (Ki, Ko: transformation ratio, X: shaft double angle (X = 1 to 8, especially 2 to 8)) are obtained.

【0029】得られた出力波形は励磁信号Esinωt
が重畳しているので、これを検波回路、整流回路等によ
り重畳している励磁信号成分を除去することにより、変
位角、つまりねじれ量に対応した信号、 KsinX(φ−θ) 〔K:変圧比(係数)〕 が得られる。
The obtained output waveform is the excitation signal Esin ωt
Is superimposed, and a signal corresponding to the displacement angle, that is, the amount of twist, KsinX (φ−θ) is removed by removing the excitation signal component which is superimposed by a detection circuit, a rectifier circuit, and the like. Ratio (coefficient)] is obtained.

【0030】本発明では、得られた信号のうち、線形領
域のみを抽出して用いることが好ましい。すなわち、本
発明のねじれ量測定装置は、回転量のうち360°全角
を測定する必要はなく、通常のステアリングであれば、
±20°以内、好ましくは±15°以内の変位角を測定
できれば十分である。このため、得られた出力信号、 sinX(φ−θ) のうち、線形領域が上記測定角の中にあるようにすれ
ば、変位量(ねじれ量)を線形信号に置き換えることが
できる。
In the present invention, it is preferable to extract and use only a linear region from the obtained signal. That is, the torsion amount measuring apparatus of the present invention does not need to measure 360 ° full angle of the rotation amount, and if it is a normal steering,
It is sufficient if the displacement angle can be measured within ± 20 °, preferably ± 15 °. For this reason, if the linear region of the obtained output signal sinX (φ−θ) is within the measurement angle, the displacement (torsion) can be replaced with a linear signal.

【0031】[0031]

【実施例】次に、図を参照しつつ本発明の好適な実施例
について説明する。図3に示すねじれ量測定装置は、車
両のパワーステアリングにおけるトーションバーのねじ
れ量を測定する例を示している。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The torsion amount measuring device shown in FIG. 3 shows an example of measuring the torsion amount of a torsion bar in power steering of a vehicle.

【0032】図において、入力側ロータ2と出力側ロー
タ4には、それぞれトーションバー13の入力軸、出力
軸が接続されている。その他の構成は図1に示した測定
装置と同様であり、同一構成要素には同一符号を付して
説明を省略する。なお、2つのレゾルバはハウジングケ
ース8内に納められている。また、この例では軸倍角X
を4とした。
In the figure, an input shaft and an output shaft of a torsion bar 13 are connected to an input rotor 2 and an output rotor 4, respectively. Other configurations are the same as those of the measuring apparatus shown in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. The two resolvers are housed in a housing case 8. In this example, the shaft double angle X
Was set to 4.

【0033】このような構成のねじれ量測定装置におい
て、入力側の励磁入力R1,R2に励磁入力電圧Esi
nωtを与えると、ねじれ角度をに応じた信号 ERo=Kosinωt・sin4(φ−θ) が出力される。
In the torsion amount measuring device having such a configuration, the excitation input voltage Esi is applied to the input-side excitation inputs R1 and R2.
When nωt is given, a signal ERo = Kosinωt · sin4 (φ−θ) corresponding to the twist angle is output.

【0034】得られた出力信号は単一の出力であり、出
力信号線はR11−R12に対応した一対の信号線で取
り出せる。このため、従来8本必要であった信号線が、
半分以下となり、信頼性が2倍以上に向上する。
The obtained output signal is a single output, and the output signal line can be taken out by a pair of signal lines corresponding to R11-R12. For this reason, the signal lines, which were conventionally required eight,
It is less than half, and the reliability is more than doubled.

【0035】次に、得られた出力信号ERoを図4に示
すような同期整流回路の入力端子IN1に与えた。この
同期整流回路は、2つのオペアンプOP1,OP2と抵
抗R1〜5による増幅回路と、この増幅回路の出力を時
分割してスイッチングするアナログスイッチSWとを有
する。そして、オペアンプOP3およびコンデンサC
1、抵抗R7,8で構成されるロウパスフィルターによ
り、前記アナログスイッチSWの出力から高周波成分を
除去する。また、他の入力端子IN2に入力された励磁
信号Esinωtは、コンパレータOP4および抵抗R
6,9,10で構成されるコンパレータ回路により矩形
信号に変換され、アナログスイッチSWを駆動する。
Next, the obtained output signal ERo was applied to an input terminal IN1 of a synchronous rectifier circuit as shown in FIG. This synchronous rectifier circuit includes an amplifier circuit including two operational amplifiers OP1 and OP2 and resistors R1 to R5, and an analog switch SW that switches the output of the amplifier circuit in a time-division manner. Then, the operational amplifier OP3 and the capacitor C
1. High frequency components are removed from the output of the analog switch SW by a low pass filter composed of resistors R7 and R8. The excitation signal Esinωt input to the other input terminal IN2 is supplied to the comparator OP4 and the resistor R
The signal is converted into a rectangular signal by a comparator circuit composed of 6, 9, and 10, and the analog switch SW is driven.

【0036】これにより、入力端子IN1に入力された
信号、 Kosinωt・sin4(φ−θ) から、他の入力端子IN2に与えられた励磁信号成分E
sinωtが、この信号に同期するアナログスイッチに
より除去され、さらに高周波成分が除かれてその出力端
子OUTには、 Ksin4(φ−θ) が得られる。得られた出力信号を図5に示す。
Thus, the excitation signal component E given to the other input terminal IN2 is obtained from the signal Kosinωt · sin4 (φ−θ) input to the input terminal IN1.
The sinωt is removed by an analog switch synchronized with this signal, and the high-frequency component is further removed, and Ksin4 (φ−θ) is obtained at the output terminal OUT. FIG. 5 shows the obtained output signal.

【0037】そして、図中Rで示される領域が線形領域
であり、この領域±rは好ましく±22.5°以内、よ
り好ましくは±20°以内である。本発明のねじれ量測
定装置を通常のステアリング制御に用いた場合、±10
°以内の変位角測定で十分である。従って、上記線形領
域の信号を利用することにより、A/D変換を行うRD
変換器を用いることなく、安価なオペアンプとコンパレ
ータを組み合わせた同期整流回路で変位量に応じた線形
信号を得ることができ、しかも配線の数も1/4にでき
ることが分かる。
The region indicated by R in the figure is a linear region, and this region ± r is preferably within ± 22.5 °, more preferably within ± 20 °. When the torsion measuring apparatus of the present invention is used for normal steering control, ± 10
Measuring the displacement angle within ° is sufficient. Therefore, by using the signal in the linear region, RD for performing A / D conversion
It can be seen that a linear signal corresponding to the displacement can be obtained with a synchronous rectifier circuit combining an inexpensive operational amplifier and a comparator without using a converter, and the number of wirings can be reduced to 1 /.

【0038】すなわち、2つの信号波形からΔθを演算
する必要がなくなり、演算回路を必要としなくなり、配
線の本数も少なくなるので、従来の装置に比べて、コス
トを著しく低減できる。また、レゾルバに付随する部品
点数を少なくできるということは、装置全体も小型化が
可能になり、設置スペースの小さい所にも用いることが
できるとともに、全体的にもコストを低減できる。ま
た、部品点数、特に配線が少なくなるので、信頼性も向
上する。したがって、レゾルバ機構の製造も極めて簡単
になる。
That is, there is no need to calculate Δθ from the two signal waveforms, no arithmetic circuit is required, and the number of wirings is reduced, so that the cost can be significantly reduced as compared with the conventional device. In addition, the fact that the number of parts attached to the resolver can be reduced means that the entire device can be reduced in size, can be used in a place where the installation space is small, and the cost can be reduced as a whole. In addition, the number of components, particularly the number of wirings, is reduced, so that the reliability is improved. Therefore, the manufacture of the resolver mechanism becomes extremely simple.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上のようにこの発明のねじれ量測定装
置によれば、簡単な構造で小型かつ低コスト化が可能な
トルク測定装置を提供することができる。
As described above, according to the torsion amount measuring apparatus of the present invention, it is possible to provide a torque measuring apparatus which has a simple structure and can be reduced in size and cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のねじれ量測定装置の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a torsion measuring apparatus according to the present invention.

【図2】図1の励磁巻線および出力巻線の回路図であ
る。
FIG. 2 is a circuit diagram of an excitation winding and an output winding of FIG.

【図3】実施例の要部断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a main part of the embodiment.

【図4】同期整流回路の一例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an example of a synchronous rectifier circuit.

【図5】図4の回路の出力電圧特性図である。FIG. 5 is an output voltage characteristic diagram of the circuit of FIG. 4;

【図6】ねじれ量測定装置の他の構成例を示した断面図
である。
FIG. 6 is a sectional view showing another configuration example of the torsion amount measuring device.

【図7】従来の装置の概略図である。FIG. 7 is a schematic view of a conventional device.

【図8】レゾルバ機構の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a resolver mechanism.

【図9】回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram.

【図10】出力電圧特性図である。FIG. 10 is an output voltage characteristic diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,3 ステータ 2,4 ロータ 5,6 出力巻線 1,3 stator 2,4 rotor 5,6 output winding

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01L 3/10 G01L 3/10 Z 5/22 5/22 H02K 24/00 H02K 24/00 Fターム(参考) 2F051 AA01 AB05 BA03 2F063 AA34 BA08 CA34 CA40 DA05 DD03 EA03 GA22 KA01 KA02 LA30 2F077 AA21 AA43 FF03 FF13 FF34 FF39 TT21 TT82 UU26 3D033 CA28 DB05 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01L 3/10 G01L 3/10 Z 5/22 5/22 H02K 24/00 H02K 24/00 F term (reference) ) 2F051 AA01 AB05 BA03 2F063 AA34 BA08 CA34 CA40 DA05 DD03 EA03 GA22 KA01 KA02 LA30 2F077 AA21 AA43 FF03 FF13 FF34 FF39 TT21 TT82 UU26 3D033 CA28 DB05

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 円周方向に回動自在に配置された入力側
ロータ(2)と出力側ロータ(4)とを有し、これら入
力側ロータ(2)と出力側ロータ(4)との相対ねじれ
量を検出するねじれ量測定装置であって、 前記入力側ローター(2)と周方向に対向する位置には
所定間隔をおいて入力側ステータ(1)を有し、 前記出力側ローター(4)と周方向に対向する位置には
所定間隔をおいて出力側ステータ(3)を有し、 前記入力側ステータ(1)と出力側ステータ(3)は、
それぞれ励磁巻線および出力巻線(5,6)を有し、か
つこの入力側ステータ(1)の出力巻線と出力側ステー
タ(3)の出力巻線とが相互に接続されているねじれ量
測定装置。
An input-side rotor (2) and an output-side rotor (4) are disposed so as to be rotatable in a circumferential direction, and the input-side rotor (2) and the output-side rotor (4) are connected to each other. A torsion amount measuring device for detecting a relative torsion amount, comprising: an input side stator (1) at a predetermined interval at a position circumferentially opposed to the input side rotor (2); An output side stator (3) is provided at a predetermined interval at a position opposed to 4) in the circumferential direction, and the input side stator (1) and the output side stator (3)
The amount of torsion having an exciting winding and an output winding (5, 6), respectively, and the output winding of the input-side stator (1) and the output winding of the output-side stator (3) being mutually connected. measuring device.
【請求項2】 前記入力側ステータ(1)の励磁巻線に
励磁信号を入力し、出力側ステータ(3)の励磁巻線か
ら出力信号を得る請求項1のねじれ量測定装置。
2. The torsion measuring apparatus according to claim 1, wherein an excitation signal is input to an excitation winding of the input-side stator, and an output signal is obtained from the excitation winding of the output-side stator.
【請求項3】 前記入力側ステータ(1)の出力巻線と
出力側ステータ(3)の出力巻線は複数相の巻線を有
し、 それぞれ同相の巻線同士が相互に接続されている請求項
1または2のねじれ量測定装置。
3. An output winding of the input-side stator (1) and an output winding of the output-side stator (3) have a multi-phase winding, and the windings of the same phase are connected to each other. The torsion amount measuring device according to claim 1 or 2.
【請求項4】 前記出力信号は同期整流されてねじれ量
を表す信号とされる請求項1〜3のいずれかのねじれ量
測定装置。
4. The torsion amount measuring device according to claim 1, wherein the output signal is synchronously rectified to be a signal representing a torsion amount.
【請求項5】 少なくとも前記入力側ステータ(1)と
出力側ステータ(3)との間には、磁気遮蔽手段(9)
を有する請求項1〜4のいずれかのねじれ量測定装置。
5. A magnetic shielding means (9) between at least the input side stator (1) and the output side stator (3).
The torsion amount measuring device according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
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