JP2003315178A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力軸の一端に出力軸が連結された回転軸に
作用するトルクを精度良く検出する。 【解決手段】 トルク検出装置は、一端が入力軸に結合
され、他端が出力軸に結合されるトーションバーと、ト
ーションバーの入力軸側の回転角を検出する第１レゾル
バと、トーションバーの出力軸側の回転角を検出する第
２レゾルバとを備える。第１レゾルバは、励磁巻線３６
ａと、励磁巻線３６ａの磁束を検出する出力巻線３２
ａ，３４ａを有する。第２レゾルバは、励磁巻線３６ｂ
と、励磁巻線３６ｂの磁束を検出する出力巻線３２ｂ，
３４ｂを有する。そして、第１レゾルバの励磁巻線３６
ａと第２レゾルバの励磁巻線３６ｂは第２グランドＧＮ
Ｄ２に接続され、第１レゾルバの出力巻線３２ａ，３４
ａと第２レゾルバの出力巻線３２ｂ，３４ｂは第１グラ
ンドＧＮＤ１に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】 本発明は、回転軸に作用し
ているトルクを検出するトルク検出装置に関し、詳しく
はレゾルバを利用したトルク検出装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】 回転軸に作用しているトルクを検出す
るために入力軸と出力軸の間にトーションバーを介在さ
せたトルク伝達装置が用いられる。図４に、電動式パワ
ーステアリング装置の概略構成を示す。このステアリン
グ装置では、一端にハンドル１０が固定された入力軸１
２を備える。入力軸１２の他端には、トルク検出装置２
２を介して、出力軸１４の一端が連結される。出力軸１
４の他端には、ラック＆ピニオン機構のラック軸１６が
噛合している。ラック軸１６の両端は、車輪２０の方向
を転舵させる機構に連結されている。ハンドル１０を回
転させると、入力軸１２が回転する。入力軸１２が回転
すると、出力軸１４が回転する。出力軸１４が回転する
と、ラック軸１６が横方向（車両幅方向）にスライドす
る。ラック軸１６がスライドすると車輪２０が向きを変
える。車輪２０と路面との間には摩擦力が作用している
ため、ハンドル１０に入力する操舵力だけで車輪２０の
方向を変えようとすると、大きな操舵力が必要とされ
る。このため、図４に示すように、ラック軸１６を横方
向にスライドさせるモータ１８を装備した電動式パワー
ステアリング装置が開発されている。この電動式パワー
ステアリング装置では、入力軸１２に作用するトルク
（すなわち、ハンドル１０を回転させる操舵力）をトル
ク検出装置２２によって検出し、操舵に要する力が適切
な値となるようモータ１８を駆動する。トルク検出装置
２２とモータ１８の間には、制御装置２４が設けられて
いる。 【０００３】かかる電動式パワーステアリング装置に用
いられるトルク検出装置２２には、レゾルバを利用した
トルク検出装置が良く用いられる。レゾルバは、他の回
転角検出器に比較して精度良く回転角を検出することが
できる。そのために、レゾルバを利用したトルク検出装
置は、精度良くトルクを検出することができる。レゾル
バを利用したトルク検出装置は、一端が入力軸に結合さ
れ、他端が出力軸に結合されたトーションバーを備え
る。トーションバーと入力軸の結合部近傍には第１レゾ
ルバが装着され、トーションバーと出力軸の結合部近傍
には第２レゾルバが装着される。第１レゾルバは、トー
ションバーの入力軸側端部の回転角θ１を検出し、第２
レゾルバは、トーションバーの出力軸側端部の回転角θ
２を検出する。トーションバーの両端の回転角θ１，θ
２が検出されると、トーションバーに作用するトルク
（入力軸１２又は出力軸１４に作用するトルクに等し
い）はＧ×（θ１−θ２）（Ｇ；係数）で求められる。
レゾルバは、モータ構造をした回転角検出器であり、励
磁巻線と出力巻線を備える。励磁巻線には励磁電流が入
力され、回転軸の回りには磁界が形成される。回転軸の
回りに形成される磁界は、回転軸の回りに固定された出
力巻線によって検出される。出力巻線の出力電圧は、回
転軸の回転角度に応じて増減する。従って、出力巻線の
出力電圧の増減を観測することによって、回転軸の回転
角が検出される。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】 近年、トルク検出装
置によって回転軸に作用するトルクを精度良く検出した
いという要求が高まっている。例えば、図４に示す電動
パワーステアリング装置では、操舵感の向上を目的とし
てモータ１８によるアシストトルクを木目細かく制御し
たいという要求がある。かかる目的を達成するために
は、ハンドル１０の操舵力（すなわち入力軸１２に作用
するトルク）を正確に検出する必要が生じる。しかしな
がら、従来のトルク検出装置では、レゾルバを利用する
ことによってある程度の精度でトルクを検出できるもの
の、要求される検出精度を満足するものではなかった。 【０００５】本発明は、上述した実情に鑑みなされたも
のであり、その目的は、回転軸に作用するトルクを精度
良く検出することができるトルク検出装置を提供するこ
とである。 【０００６】本発明者らは、上述した課題を解決するた
めに種々の検討を行ったところ、レゾルバの励磁巻線と
出力巻線の接地のための配線に問題があることに気付い
た。具体的に説明すると、上述したトルク検出装置のレ
ゾルバでは、励磁巻線の一端に励磁電圧が印可され、励
磁巻線の他端はグランドに接続される。同様に、出力巻
線は、その一端から信号を出力し、他端はグランドに接
続される。従来のトルク検出装置では、励磁巻線が接続
されるグランドと、出力巻線が接続されるグランドが共
通化されていた。図５に、従来のトルク検出装置（１相
入力／２相出力のレゾルバ）の配線例を模式的に示して
いる。図５中、第１レゾルバの励磁巻線を４０ａ，出力
巻線を４２ａ，４４ａで示し、第２レゾルバの励磁巻線
を４０ｂ，出力巻線を４２ｂ，４４ｂで示している。図
５に示すように、従来は励磁巻線４０ａ，４０ｂと出力
巻線４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂはＡ点を介して同
一のグランドＧＮＤに接続されていた。Ａ点からグラン
ドＧＮＤまでの間には小さいながらインピーダンスが存
在する。このため、励磁巻線４０ａ，４０ｂに流れる励
磁電流がＡ点からグランドＧＮＤまで流れる間に電圧降
下が生じる。したがって、Ａ点の電圧は０とはならず、
Ａ点の電圧が出力巻線４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ
の出力信号にバイアス電圧として乗ることになる。この
バイアス電圧によって出力巻線４２ａ，４２ｂ，４４
ａ，４４ｂの出力信号の精度が低下し、トーションバー
の回転角、ひいては回転軸に作用するトルクを精度良く
検出することができない原因となっていた。すなわち、
従来要求されていた検出精度では、Ａ点からグランドＧ
ＮＤまでのインピーダンスは問題とならないが、検出精
度をより上げようとすると、Ａ点からグランドＧＮＤま
でのインピーダンスが問題となるのである。 【０００７】 【課題を解決するための手段と作用と効果】 本願発明
は、上述した知見に基づいて創作されたものであり、入
力軸と出力軸の間にトーションバーが介在しているトル
ク伝達装置の入力軸に作用しているトルクを検出する装
置に関する。本発明のトルク検出装置は、トーションバ
ーの入力軸側の回転角を検出する第１レゾルバと、トー
ションバーの出力軸側の回転角を検出する第２レゾルバ
とを備える。各レゾルバは、励磁巻線と、回転角に依存
して変化する磁束の大きさを検出する出力巻線とを有
し、その励磁巻線と出力巻線がそれぞれに接地されてい
ることを特徴とする。このトルク検出装置では、励磁巻
線と出力巻線がそれぞれにグランドに接続される。この
ため、各レゾルバの出力巻線から出力される信号には、
グランドを共通化したときに励磁電流によって発生する
バイアス電圧が影響することがない。したがって、トル
クを精度良く検出することが可能となる。 【０００８】 【発明の実施の形態】 以下、本発明の好適な実施形態
を説明する。 （形態１） 請求項に記載のトルク検出装置は、パワー
ステアリング装置のステアリング軸に作用しているトル
クを検出するのに用いられる。 （形態２） 第１レゾルバの励磁巻線が接続されるグラ
ンドと、第２レゾルバの励磁巻線が接続されるグランド
は、同一のグランドとされる。 （形態３） 各レゾルバの出力巻線は、Ｘ方向の磁束の
大きさを検出する第１出力巻線と、Ｙ方向の磁束の大き
さを検出する第２出力巻線とを有する。第１レゾルバの
各出力巻線が接続されるグランドと、第２レゾルバの各
出力巻線が接続されるグランドは、同一のグランドとさ
れる。 【０００９】 【実施例】 以下、本発明の一実施例に係るトルク検出
装置について図面を参照して説明する。図１は本実施例
のトルク検出装置の概略構成図である。図１に示すよう
に、本実施例のトルク検出装置は、トーションバー２４
と、トーションバー２４の一端部に取付けられる第１レ
ゾルバ２６ａと、トーションバー２４の他端部に取付け
られる第２レゾルバ２６ｂとを有する。 【００１０】トーションバー２４は、真直なねじり棒ば
ねであり、作用するトルクに応じてねじり変形を生じ
る。トーションバー２４の一端にはトルクが入力される
入力軸が結合され、トーションバー２４の他端には入力
軸に入力されたトルクが伝達される出力軸が結合され
る。本実施例のトルク検出装置を図４に示すパワーステ
アリング装置に適用した場合は、トーションバー２４の
一端に入力軸１２（ハンドル１０側の回転軸）が結合さ
れ、他端には出力軸１４（車輪２０側の回転軸）が結合
される。 【００１１】第１レゾルバ２６ａはトーションバー２４
の入力軸側の回転角θ１を検出する回転角検出器であ
り、第２レゾルバ２６ｂはトーションバー２４の出力軸
側の回転角θ２を検出する回転角検出器である。第１レ
ゾルバ２６ａで検出された回転角θ１と、第２レゾルバ
２６ｂで検出された回転角θ２との差により、トーショ
ンバー２４に作用しているトルク（すなわち、入力軸１
２，出力軸１４に作用しているトルク）が求められる。
なお、第１レゾルバ２６ａと第２レゾルバ２６ｂは、ト
ーションバー２４への取付位置が異なるだけで同一構成
を有するため、ここでは第１レゾルバ２６ａについての
み説明する。 【００１２】第１レゾルバ２６ａは、回転子２８ａと固
定子３０ａを備える。回転子２８ａはトーションバー２
４の外周に固定され、トーションバー２４が回転すると
回転子２８ａも回転する。固定子３０ａは、図示省略し
たハウジング等に固定され、トーションバー２４が回転
しても回転しない。したがって、トーションバー２４の
回転角だけ回転子２８ａと固定子３０ａには相対的な回
転角のずれが生じる。 【００１３】図２に示すように、回転子２８ａには回転
子巻線３７ａが配される。励磁巻線３６ａ（図２では図
示省略；但し図３に図示）に高周波の励磁電流が流れる
と、回転子巻線３７ａに磁界が形成される。トーション
バー２４が回転して回転子２８ａが回転すると、回転子
巻線３７ａも回転して回転子巻線３７ａにより形成され
る磁界の向きも変化する。 【００１４】固定子３０ａには空間的に９０度ずれた２
つの出力巻線３２ａ，３４ａが配される。出力巻線３２
ａ，３４ａには、回転子巻線３７ａによって形成される
磁界により誘導起電力が生じる。出力巻線３２ａ，３４
ａに発生する誘導起電力の大きさは、これらの出力巻線
３２ａ，３４ａにより検出される磁束の大きさによって
決まる。 【００１５】回転子巻線３７ａの回転角と出力巻線３２
ａ，３４ａに発生する誘導起電力の大きさとの関係につ
いて、図２を用いて具体的に説明する。図２では回転子
巻線３７ａがＹ−Ｙ’軸からθだけ傾いており、励磁巻
線３６ａに交流電圧ｅ＝Ａ・ｓｉｎωtが印加されてい
るとする。回転子巻線３７ａのコイル軸がＹ−Ｙ’軸か
らθだけ傾いているため、回転子巻線３７ａによって形
成されるＸ−Ｘ’方向の磁界成分はＡ・ｓｉｎθ・ｓｉ
ｎωｔに比例し、回転子巻線３７ａによって形成される
Ｙ−Ｙ’方向の磁界成分はＡ・ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔに
比例する。したがって、出力巻線３２ａに発生する誘導
起電力はＡ・ｋ・ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔとなる（ｋ；定
数）。同様に、出力巻線３４ａに発生する誘導起電力は
Ａ・ｋ・ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔとなる（ｋ；定数）。上
述の説明から明らかなように、出力巻線３２ａ，３４ａ
から出力される信号の振幅は、回転子巻線３７ａの回転
角θによって異なることとなる。したがって、出力巻線
３２ａ，３４ａから出力される信号の振幅を検出するこ
とで、回転子巻線３７ａの回転角〔すなわち、回転子２
６ａ（トーションバー２４）の回転角〕を求めることが
できる。 【００１６】なお、図２では説明を簡略化するため、１
本の回転子巻線３７ａのみを図示したが、実際のレゾル
バでは、回転子２８ａには複数の回転子巻線が異なる方
向に配設される。このため、回転軸周りの磁界が複数の
回転子巻線により形成され、この形成された磁界によっ
て出力巻線３２ａ，３４ａに起電力が誘導され、その誘
導起電力の大きさから回転角が検出される。 【００１７】次に、上述した各レゾルバ２６ａ，２６ｂ
の励磁巻線３６ａ，３６ｂと出力巻線３２ａ，３２ｂ，
３４ａ，３４ｂの配線について、図３を参照して説明す
る。図３に示すように、第１レゾルバ２６ａの励磁巻線
３６ａと第２レゾルバ２６ｂの励磁巻線３６ｂの一端
は、励磁電圧を印加する図外の電源装置に接続され、他
端は第２グランドＧＮＤ２に接続される。また、第１レ
ゾルバ２６ａの出力巻線３２ａ，３４ａと第２レゾルバ
２６ｂの出力巻線３２ｂ，３４ｂの一端は、回転角を演
算する図外の演算器に接続され、他端は第１グランドＧ
ＮＤ１に接続される。したがって、各レゾルバ２６ａ，
２６ｂの出力巻線３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂから
出力される信号には、グランドを共通化したときに励磁
電流によって発生するバイアス電圧の影響を除去するこ
とができる。 【００１８】上述した説明から明らかなように、本実施
例では各レゾルバ２６ａ，２６ｂの出力巻線３２ａ，３
２ｂ，３４ａ，３４ｂから出力される信号には、グラン
ドを共通化することにより発生するバイアス電圧が影響
しない。既に説明したように、トーションバー２４の回
転角は、出力巻線３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂから
出力される信号の振幅から決定される。したがって、出
力巻線３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂから出力される
信号の精度が向上すると、その振幅を正確に測定するこ
とができる。このため、トーションバー２４の回転角を
精度良く検出することができ、これによって回転軸に作
用しているトルクを精度良く検出することができる。 【００１９】なお、本実施例のトルク検出装置をパワー
ステアリング装置に適用した場合は、特に大きな効果を
奏することができる。すなわち、パワーステアリング装
置では、モータによりアシストトルクが発生するため、
ハンドルの操舵力が低く抑えられる。このため、トーシ
ョンバー２４の入力軸端と出力軸端の回転角の差は最大
でも６°程度となる。したがって、出力巻線３２ａ，３
２ｂ，３４ａ，３４ｂから出力される信号の振幅の差も
小さく、出力信号に上記バイアス電圧が影響すると僅か
な回転角の差を検出することが不可能となる。しかしな
がら、本実施例のトルク検出装置では、出力巻線３２
ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂから出力される信号の精度
が向上しているため、トーションバーが僅かな角度範囲
でしか捻られない場合でも精度良くトルクを検出するこ
とができる。 【００２０】以上、本発明の好適な一実施例について詳
細に説明したが、これは例示に過ぎず、本発明は当業者
の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施
することができる。特に、本発明に係るトルク検出装置
には種々のレゾルバを用いることができ、その種類や構
成等は問わない。例えば、固定子に複数の極を設け、そ
の固定子に設けた極に対向する歯を回転子に設けたバリ
アブルリラクタンスレゾルバを用いることもできる。ま
た、本実施例では、磁界を形成する巻線が回転子側に１
本で出力巻線が固定子側に２本の構成のレゾルバを説明
したが、磁界を形成する巻線が固定子側に２本で出力巻
線が回転子側に１又は２本の構成のレゾルバであっても
良い。 【００２１】また、本明細書または図面に説明した技術
要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術
的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組
み合わせに限定されるものではない。また、本明細書ま
たは図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成する
ものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体
で技術的有用性を持つものである。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本実施例に係るトルク検出装置の全体構成を
示す図である。 【図２】 本実施例に係るレゾルバの回転子巻線の回転
角と出力巻線からの出力信号の関係を模式的に示す図で
ある。 【図３】 本実施例に係るレゾルバの励磁巻線と出力巻
線のグランドへの配線を示す図である。 【図４】 トルク検出装置が利用されるパワーステアリ
ング装置の概略構成を模式的に示す図である。 【図５】 従来のトルク検出装置に用いられていたレゾ
ルバの励磁巻線と出力巻線のグランドへの配線を示す図
である。 【符号の説明】 １０・・ハンドル １２・・入力軸 １４・・出力軸 １６・・ラック軸 １８・・モータ ２０・・車輪 ２２・・トルク検出装置 ２４・・トーションバー ２６ａ，２６ｂ・・レゾルバ ２８ａ，２８ｂ・・回転子 ３０ａ，３０ｂ・・固定子 ３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ・・出力巻線 ３６ａ，３６ｂ・・励磁巻線

フロントページの続き (72)発明者 吉沢 裕司 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 水野 幹彦 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 入力軸と出力軸の間にトーションバーが
   介在しているトルク伝達装置の入力軸に作用しているト
   ルクを検出する装置であり、 トーションバーの入力軸側の回転角を検出する第１レゾ
   ルバと、 トーションバーの出力軸側の回転角を検出する第２レゾ
   ルバとを備え、 各レゾルバは、励磁巻線と、回転角に依存して変化する
   磁束の大きさを検出する出力巻線とを有し、その励磁巻
   線と出力巻線がそれぞれに接地されていることを特徴と
   するトルク検出装置。