JP2004317280A - Torque sensor, its manufacturing method and electric steering device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トーションバーの捻れ角を1対のレゾルバで検出してトルクを検出可能としたトルクセンサ及びその製造方法及び電動ステアリング装置に関する。
【0002】
【関連技術】
レゾルバは、例えば、サーボモータに備えられて回転角を検出する役割を果たす(例えば、特許文献1参照)。そして、近年では、筒形ボディの内部に回転可能に設けたトーションバーの回転角を、極数が異なる1対のレゾルバで検出し、それら検出角の差分に基づき、トーションバーの捻れ角に対応した負荷トルクを検出するトルクセンサの開発が進められている。
【0003】
【特許文献1】
特開平10−328952号公報(請求項42、[0005])
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レゾルバは、外側巻線部の内側に内側巻線部を回転可能に備え、それら外側巻線部及び内側巻線部の相互インダクタンスの変化に基づいて回転角を検出する。しかしながら、レゾルバの検出精度は、外側巻線部に対する内側巻線部の回転角の変化に連動してばらつく。そして、開発途中のトルクセンサでは、1対のレゾルバの差分を求める際に、それらレゾルバの検出角の精度のばらつきが、トーションバーの回転角に応じて正側又は負側に加算され、図6(D)に示すように、負荷トルクが0であるにも係わらず、両レゾルバの検出角の偏差がばらつき、高い精度でトルクを検出することができなかった。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、負荷トルクが0の状態における検出精度を従来より向上させることが可能なトルクセンサ及びその製造方法及び電動ステアリング装置の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項1の発明に係るトルクセンサの製造方法は、筒形ボディの内部にトーションバーを回転可能に設けると共に、筒形ボディに固定した外側巻線部とトーションバーに固定した内側巻線部との相互インダクタンスの変化に基づいてトーションバーの回転角を検出するレゾルバを対にして設け、それら1対のレゾルバの検出角の差分からトーションバーにかかる負荷トルクを検出するトルクセンサの製造方法において、1対のレゾルバの外側巻線部同士及び内側巻線部同士を同一構造にしておき、外側巻線部に対する内側巻線部の相対位置を、両レゾルバの間で一致させて組み付けるところに特徴を有する。
【0007】
請求項2の発明は、請求項1に記載のトルクセンサの製造方法において、外側巻線部及び/又は内側巻線部に、周方向の基準位置を特定するための基準位置マークを施しておき、基準位置マーク同士を所定の相対位置にして外側巻線部及び/又は内側巻線部を組み付けるところに特徴を有する。
【0008】
請求項3の発明は、請求項2に記載のトルクセンサの製造方法において、基準位置マーク同士をトルクセンサの軸方向の一直線上に配置することで、外側巻線部同士及び/又は内側巻線部同士を所定の相対位置に配置するところに特徴を有する。
【0009】
請求項4の発明は、請求項1乃至3の何れかに記載のトルクセンサの製造方法において、両レゾルバの外側巻線部を、共通の外嵌スリーブの内側に嵌合固定してから、その外嵌スリーブを筒形ボディに組み付けるところに特徴を有する。
【0010】
請求項5の発明に係るトルクセンサは、筒形ボディの内部にトーションバーを回転可能に設けると共に、筒形ボディに固定した外側巻線部とトーションバーに固定した内側巻線部との相互インダクタンスの変化に基づいてトーションバーの回転角を検出するレゾルバを対にして設け、それら1対のレゾルバの検出角の差分からトーションバーにかかる負荷トルクを検出するトルクセンサにおいて、1対のレゾルバの外側巻線部同士及び内側巻線部同士を同一構造としかつ、外側巻線部の周方向の基準位置を特定するための外側基準位置特定部と、内側巻線部の周方向の基準位置を特定するための内側基準位置特定部とを設け、外側基準位置特定部と内側基準位置特定部との相対位置を両レゾルバの間で一致させたところに特徴を有する。
【0011】
請求項6の発明は、請求項5に記載のトルクセンサにおいて、両レゾルバの外側基準位置特定部を共に筒形ボディの軸方向の一直線上に配置し、両レゾルバの内側基準位置特定部を共にトーションバーの軸方向の一直線上に配置したところに特徴を有する。
【0012】
請求項7の発明は、請求項5又は6に記載のトルクセンサにおいて、両レゾルバの外側巻線部は、共通の外嵌スリーブの内側に嵌合固定され、その外嵌スリーブが筒形ボディに組み付けられたところに特徴を有する。
【0013】
請求項8の発明は、請求項5乃至7の何れかに記載のトルクセンサにおいて、外側基準位置特定部は、外側巻線部に電気接続されてその外側巻線部から側方に向けて突出した端末ピンで構成され、両レゾルバの外側巻線部に備えた端末ピンを共通の回路基板のピンホールに挿入して、両レゾルバの外側巻線部同士を所定の相対位置に位置決めしたところに特徴を有する。
【0014】
請求項9の発明に係る電動ステアリング装置は、請求項5乃至8の何れかに記載のトルクセンサを、ハンドル操作に伴って回転駆動される軸部に連結して備えたところに特徴を有する。
【0015】
【発明の作用及び効果】
請求項1のトルクセンサの製造方法によれば、1対のレゾルバの外側巻線部同士及び内側巻線部同士を同一構造にしておき、外側巻線部に対する内側巻線部の相対位置を両レゾルバの間で一致させて組み付けるので、負荷トルクが0の状態では、トーションバーの回転に連動したレゾルバの検出精度のばらつきパターンが一致する。これにより、負荷トルクが0の状態で、両レゾルバの検出角の差分を求めると、それらレゾルバの検出精度のばらつきが相殺され、トルクの検出精度が従来より向上する。
【0016】
具体的には、外側巻線部及び/又は内側巻線部に、周方向の基準位置を特定するための基準位置マークを施しておき、基準位置マーク同士を所定の相対位置にして外側巻線部及び/又は内側巻線部を組み付ければよい(請求項2の発明)。このとき、基準位置マーク同士をトルクセンサの軸方向の一直線上に配置すれば、外側巻線部同士及び/又は内側巻線部同士を所定の相対位置に配置することが容易になる(請求項3の発明)。
【0017】
請求項4のトルクセンサの製造方法では、両レゾルバの外側巻線部を、共通の外嵌スリーブの内側に嵌合固定してから、その外嵌スリーブを筒形ボディに組み付けるので、筒形ボディに組み付けられる他の部品に邪魔されずに、両レゾルバの外側巻線部同士を所定の相対位置に容易に配置することができる。
【0018】
請求項5のトルクセンサによれば、1対のレゾルバにおける外側巻線部と内側巻線部との相対位置が両レゾルバの間で一致するので、トーションバーの回転に連動したレゾルバの検出精度のばらつきパターンが一致する。これにより、負荷トルクが0の状態で、両レゾルバの検出角の差分を求めると、それらレゾルバの検出精度のばらつきが相殺され、トルクの検出精度が従来より向上する。
【0019】
なお、本発明に係る「内側基準位置特定部」は、組み付け時の目印になるマークであってもよいし、トーションバーの一部と直接又は間接的に凹凸係合してトーションバーに対する内側巻線部の周方向の組み付け位置を一義的に決める凹凸係合部であってもよい。本発明に係る「外側基準位置特定部」も同様に、筒形ボディの一部と直接又は間接的に凹凸係合して筒形ボディに対する外側巻線部の周方向の組み付け位置を一義的に決める凹凸係合部であってもよい。また、内側基準位置特定部及び内側基準位置特定部は複数設けてもよい。
【0020】
ここで、両レゾルバの外側基準位置特定部を共に筒形ボディの軸方向の一直線上に配置し、両レゾルバの内側基準位置特定部を共にトーションバーの軸方向の一直線上に配置すれば、外側基準位置特定部と内側基準位置特定部との相対位置を、両レゾルバの間で容易に一致させることができる(請求項6の発明)。
【0021】
請求項7のトルクセンサでは、外嵌スリーブを筒形ボディから外した状態で、その外嵌スリーブ内に両レゾルバの外側巻線部を嵌合固定することが可能になり、筒形ボディに組み付けられる他の部品に邪魔されずに、両レゾルバの外側巻線部同士を所定の相対位置に容易に配置することができる。
【0022】
請求項8のトルクセンサでは、両レゾルバの外側巻線部から側方に向けて突出した端末ピンを共通の回路基板のピンホールに挿入することで、両レゾルバの外側巻線部同士が所定の相対位置に位置決めされるので作業効率が向上する。
【0023】
また、上記したトルクセンサを、ハンドル操作に伴って回転駆動される軸部に連結して備えた電動ステアリング装置では、ハンドル操作へのアシストトルクを正確に制御することが可能になる(請求項9の発明)。
【0024】
【発明の実施の形態】
<第1実施形態>
以下、本発明に係る第1実施形態を図1〜図7に基づいて説明する。図1には、本実施形態のトルクセンサ10の全体が示されている。同図において符号11は筒形ボディであって、その内側を回転軸部12が貫通し、筒形ボディ11の両端部に設けたベアリング13,13により回転可能に軸支されている。
【0025】
回転軸部12は、トーションバー14と第1及び第2の延長スリーブ15,16とからなる。トーションバー14は、両端部14A,14Bに比べて中間部14Cの径が細くなっており、負荷トルクを受けるとその中間部14Cが捻れ変形する。
【0026】
第1延長スリーブ15は、トーションバー14における中間部14Cのほぼ全体を遊嵌状態に覆うと共に、トーションバー14の一方の端部14A(以下、これを「基端部14A」といい、逆側の端部を「先端部14B」という)に隙間無く嵌合されている。第1延長スリーブ15とトーションバー14の基端部14Aとの嵌合部分にはピン17が横切って貫通しており、これにより、第1延長スリーブ15がトーションバー14の基端部14Aと一体に回転する。
【0027】
第1延長スリーブ15の外周面には、前記ベアリング13が嵌合されたベアリング嵌合部20が設けられ、そのベアリング嵌合部20よりトーションバー14の先端部14B側には、第1レゾルバ嵌合部18が設けられている。また、第1レゾルバ嵌合部18より先端部14B側は、第1レゾルバ嵌合部18より外径が小さい第1ストッパ部19が形成され、さらに先端部14B側には、最小径部21が形成されている。
【0028】
第1ストッパ部19は、図2に示すように、円筒の周面に1対の平坦面19H,19Hを互いに平行に形成してなる。そして、各平坦面19Hのうち前記円筒の残された円弧面19C寄りの両側縁部が、後述する第2延長スリーブ16に当接可能な計4つの当接部22となっている。
【0029】
図1に示すように、第2延長スリーブ16は、ピニオンギヤ23の一端に一体形成されている。そして、トーションバー14の先端部14Bに嵌合されて、第1延長スリーブ15における第1ストッパ部19の外側を覆っている。第2延長スリーブ16とトーションバー14の先端部14Bとの嵌合部分には、回り止め用の凹凸部24が全周に形成されており、これにより、第2延長スリーブ16がトーションバー14の先端部14Bと一体に回転する。従って、トーションバー14の中間部14Cが捻られると、トーションバー14の基端部14Aに一体に回転する第1延長スリーブ15と、先端部14Bと一体に回転する第2延長スリーブ16とが相対的に回転する。
【0030】
第2延長スリーブ16の外周面には、前記ベアリング13が嵌合されたベアリング嵌合部25が設けられ、そのベアリング嵌合部25よりトーションバー14の基端部14A側には、第2レゾルバ嵌合部26が設けられている。第2レゾルバ嵌合部26は、前記第1レゾルバ嵌合部18と外径が同じになっている。また、第2レゾルバ嵌合部26の内側は第2ストッパ部27になっている。
【0031】
第2ストッパ部27は、図2に示すように第1ストッパ部19と同じ中心線(図2のL1,L2)で同図の上下左右に対称な略長孔形状をなしている。詳細には、第2ストッパ部27は、第1ストッパ部19の円弧面19Cより径が大きい1対の円弧面27C,27Cを、同図の上下方向に対向配置して備える一方、円弧面19Cより径が小さい1対の円弧面27D,27Dを同図の縦横に対向配置して備え、それら隣り合った円弧面27C,27Dの端部同士との間を、第1ストッパ部19の4つの当接部22に対向する4つの受面28にて繋いだ形状になっている。
【0032】
そして、トーションバー14の中間部14Cが一方に捻れることで第1延長スリーブ15が第2延長スリーブ16に対して何れかの方向に所定角度だけ回転すると、第1ストッパ部19における点対称位置にある1対の当接部22,22が、第2ストッパ部27における1対の受面28,28に面当接して、トーションバー14の過度の捻り変形を規制する。
【0033】
図1に示すように、筒形ボディ11と回転軸部12との間には、1対のレゾルバ50,50が設けられており、これらレゾルバ50,50は、同一構造になっている。即ち、レゾルバ50は、回転軸部12側に固定されるロータ50Rと、筒形ボディ11側に固定されるステータ50Sとからなる。ロータ50Rには、受電コイル部52及び内側巻線部54とが備えられ、ステータ50Sには、給電コイル部51及び外側巻線部53とが備えられている。そして、給電コイル部51と受電コイル部52との間の電磁誘導により内側巻線部54が受電して励磁され、回転軸部12の回転角に伴った内外の巻線部53,54の相互インダクタンスの変化に基づいて回転軸部12の電気角が変化する。また、本実施形態のレゾルバ50は、例えば8極構造になっており、外側巻線部53に対する内側巻線部54の1/8回転が、レゾルバ50の電気角の1周期に相当する。
【0034】
図3には、レゾルバ50の細部が拡大して示されている。同図に示すように、受電コイル部52は、ボビン52Bに電線52Dを巻回してなる。一方、給電コイル部51は、ボビン51Bに電線51Dを巻回し、そのボビン51Bの外側を別のボビン51Eで覆った構成になっている。また、給電コイル部51には、ボビン51Eから側方に向かって端末ピン51Pが突出しており、この端末ピン51Pに電線51Dが電気接続されている。
【0035】
内側巻線部54は、ロータコア54Cに備えた複数のティースに電線54Dを巻回してなる。ここで、ロータコア54Cには、各ティース毎に所定の順序及び所定の巻回数で電線54Dが巻回されており、それらティース毎に僅かに巻線構造が異なっている。そして、内側巻線部54の周方向の位置を特定するために例えばロータコア54Cに設定した基準位置に本発明に係る基準位置マーク90(図2参照。本発明の「内側基準位置特定部」にも相当する)が付されている。
【0036】
外側巻線部53は、ステータコア53Cに備えた複数のティースにそれぞれ電線53Dを巻回してなる。ここで、ステータコア53Cには、各ティース毎に所定の順序及び所定の巻回数で電線53Dが巻回されており、それらティース毎に僅かに巻線構造が異なっている。そして、外側巻線部53の周方向の位置を特定するために設定した基準位置から複数の端末ピン53P(本発明の「外側基準位置特定部」に相当し、「基準位置マーク」にもなり得る)が側方に向けて突出している。
【0037】
図3において符合56は、回転筒であって、この回転筒56の外側に受電コイル部52及び内側巻線部54が嵌合される。また、回転筒56は、各延長スリーブ15,16の各レゾルバ嵌合部18,26に嵌合され、回転筒56の一端から延設した係止片56Aを各レゾルバ嵌合部18,26に形成した係止溝16Mに係止して軸方向で位置決めされる。
【0038】
図3において符合57は、外嵌スリーブであって、この外嵌スリーブ57の内側に給電コイル部51及び外側巻線部53が嵌合される。また、図4に示すように、外嵌スリーブ57には、その周方向の一部を軸方向全体に亘って切除してピン挿通窓57Wが形成されている。
【0039】
トルクセンサ10の各構成要素の構造は以上のようであって、次にこのトルクセンサ10の製造方法のうち、本発明に係る工程を主として説明する。まず、同一ロットで生産された1対の内側巻線部54,54及び同一ロットで生産された1対の外側巻線部53,53を用意する。そして、外嵌スリーブ57の両端部からシールド円板83,83を嵌合しておき(図4参照)、外嵌スリーブ57の両端部におけるピン挿通窓57Wの開放口から端末ピン53Pを進入させて各外側巻線部53を外嵌スリーブ57に嵌合する。次いで、各外側巻線部53,53の外側にシールド円板82,82を嵌合し、さらに、1対の給電コイル部51,51を嵌合する。なお、外嵌スリーブ57内に挿入組み付けされる各部品には、外嵌スリーブ57との接触面に接着剤を塗布しておく。
【0040】
次いで、図4に示すように、外嵌スリーブ57のピン挿通窓57Wを外側(同図の上方)から覆うように回路基板58を配置し、この回路基板58に形成されたピンホール59に、各レゾルバ50における給電コイル部51の端末ピン51Pと、外側巻線部53の端末ピン53Pとをそれぞれ挿入する。このとき、各端末ピン51P,53Pがスムーズにピンホール59に挿入されるように給電コイル部51及び外側巻線部53を位相を微調整する。そして、端末ピン51P,53Pをピンホール59に挿入した状態で回路基板58に半田付けにて固定する。これにより、両レゾルバ50,50の外側巻線部53,53に備えた複数の端末ピン53Pのうち対応したもの同士が外嵌スリーブ57の軸方向(図4の符合H方向)に一直線に並び、外側巻線部53,53同士が同一位相に位置決めされる。そして、前記接着剤によってこの位置に固定されて、両レゾルバ50,50のステータ50S,50Sが1部品として完成する。
【0041】
次いで、図3に示すように、回転筒56の外側に受電コイル部52と内側巻線部54とを嵌合する。このとき、内側巻線部54の両側には、シールド円板80,81を嵌合しておく。なお、回転筒56に嵌合される各部品には、回転筒56との接触面に接着剤を塗布しておく。ここで、回転筒56の一端のシールド円板81には、例えば図2に示すように、ロータコア54Cに付した基準位置マーク90と重なる位置の縁部を切り欠いて本発明に係る基準位置マーク91(本発明の「内側基準位置特定部」にも相当する)を施しておく。そして、前記接着剤によって各部品が回転筒56に固定され、両レゾルバ50,50のロータ50R,50Rが別々に完成する。
【0042】
次いで、トーションバー14に、第1及び第2の延長スリーブ15,16を組み付けておき、この状態で、一方のレゾルバ50のロータ50Rを、第1延長スリーブ15の第1レゾルバ嵌合部18に嵌合固定してから、他方のレゾルバ50のロータ50Rを、第2延長スリーブ16の第2レゾルバ嵌合部26に嵌合固定する。このとき、トーションバー14に負荷トルクをかけない状態とし、両ロータ50R,50Rに施した基準位置マーク91,91(図2参照)同士が、トーションバー14の軸方向で一直線に並ぶように位置合わせを行う。以上により、トーションバー14に負荷トルクがかかっていない状態で、1対のレゾルバ50,50の内側巻線部54,54同士が同一位相に位置合わせして組み付けられる。なお、各ロータ50R,50Rと各延長スリーブ15,16との固定は、接着剤で行えばよい。
【0043】
次いで、両レゾルバ50,50の一部品化したステータ50S,50Sを、筒形ボディ11本体に挿入して固定すると共に、筒形ボディ11内に、ロータ50R,50Rと共に回転軸部12を挿入して、ベアリング13,13にて回転可能に軸支する。これにより、両レゾルバ50,50の間で、外側巻線部53に対する内側巻線部54の相対位置が一致した状態の保持されて、トーションバー14が回転可能になる。以上により、トルクセンサ10が完成する。
【0044】
本実施形態のトルクセンサ10は、例えば図7に示すように、自動車に備えた電動ステアリング装置70に組み付けられる。具体的には、ハンドル71に連結されたステアリングシャフト78の先端にトルクセンサ10の回転軸部12が連結され、その回転軸部12のピニオンギヤ23が、アクチュエータ72内でラック74に噛合している。アクチュエータ72には電動モータが内蔵され、この電動モータの回転出力を直動運動に変換してラック74を直動させる。また、ラック74の両端と、操舵輪73,73の回転支持部76,76との間は、タイロッド75,75によって連結されている。さらに、トルクセンサ10の筒形ボディ11は車両本体に固定され、トルクセンサ10の各レゾルバ50,50の出力線がECU77に接続されている。そして、ECU77は、トルクセンサ10にて検出したステアリングシャフト78の負荷トルクに基づいて、アクチュエータ72を駆動制御する。これにより、運転者によるハンドル71への操舵力にアクチュエータ72の出力を補助力として加えた合力で、ラック74が直動駆動されて、操舵輪73,73が転舵する。
【0045】
次に本実施形態の電動ステアリング装置70の動作について説明する。ハンドル71を回転させると、トルクセンサ10におけるトーションバー14に負荷トルクがかかってトーションバー14の中間部14Cが捻られる。すると、トーションバー14の基端部14Aに一体回転する第1延長スリーブ15と、トーションバー14の先端部14Bと一体回転する第2延長スリーブ16とが相対的に回転し、両レゾルバ50,50の電気角に差が生じる。ECU77は、これらレゾルバ50,50の電気角の差分に基づいて回転軸部12にかかる負荷トルクを演算し、その回転軸部12にかかる負荷トルク、即ち、ハンドル71への反力トルクを運転状況に応じて適宜変更するように、アクチュエータ72の出力を変更する。
【0046】
さて、本実施形態のトルクセンサ10の動作について詳説すると以下のようである。トルクセンサ10に備えたレゾルバ50の極数は8極であるので、図5(A)に示すように、トーションバー14の機械角の1/8回転(=360°/8)に、レゾルバの電気角の1周期が対応する。ここで、図5(B)にはトルクセンサ10の電気角の理論値と実測値とを重ねて示してある。同図に示すように、トルクセンサ10の電気角の理論値に対する実測値の検出誤差は、トーションバー14の回転角(機械角)に連動して変化する。
【0047】
図6(A)には、トーションバー14の回転角(機械角)に対するトルクセンサ10の検出誤差を対比して示してある。同図に示すように、電気角のある1周期(例えば、図6(A)のS1)における検出誤差のばらつきパターンと、それとは別の電気角の1周期(例えば、図6(A)のS2)における検出誤差のばらつきパターンとは異なる。その一方で、両レゾルバ50,50の外側巻線部53,53同士及び内側巻線部54,54同士は同一構造でしかも同一ロットで生産されたものであるので検出誤差のばらつきパターンは、図6(A)と図6(B)とに対比して示したように、両レゾルバ50,50の間で同じになっている。
【0048】
ここで、仮に、外側巻線部53と内側巻線部54との相対位置が両レゾルバ50,50の間でずれた状態に組み付けられたとすると、検出誤差のばらつきパターンもずれ、レゾルバ50,50の検出角の差分を求めたときに、検出誤差が正又は負の方向に加算され、図6(D)に示すように、トーションバー14に負荷トルクがかかっていない状態でも、0以外の負荷トルクを誤検出してしまう。
【0049】
しかしながら、本実施形態のトルクセンサ10及びその製造方法によれば、外側巻線部53と内側巻線部54との相対位置を両レゾルバ50,50の間で一致させたので、トーションバー14の回転に連動したレゾルバ50,50の検出精度のばらつきパターンも一致する。これにより、負荷トルクが0の状態で、両レゾルバ50,50の検出角の差分を求めると、それらレゾルバの検出精度のばらつきが相殺される。即ち、図6(C)に示すように、負荷トルクが0の状態におけるトルクの検出精度を従来(図6(D)参照)より向上させることが可能になる。また、このトルクセンサ10を備えた電動ステアリング装置70によれば、ハンドル71への反力を従来より正確に検出して、ハンドル操作へのアシストトルクを正確に制御することが可能になる。
【0050】
なお、本実施形態では、筒形ボディ11から外嵌スリーブ57を外しておき、その外嵌スリーブ57内に両レゾルバ50,50の外側巻線部53,53を嵌合固定するようにしたので、筒形ボディ11に組み付けられる他の部品に邪魔されずに、両レゾルバ50,50の外側巻線部53,53同士を所定の相対位置に容易に配置することができる。
【0051】
<第2実施形態>
本実施形態は図8に示されており、第1及び第2の各延長スリーブ15,16に目印溝60,60がそれぞれ形成され、それら第1延長スリーブ15の目印溝60と第2延長スリーブ16の目印溝60とが、トーションバー14に負荷トルクをかけない状態で一直線状に並ぶように配置されている。また、本実施形態の第2延長スリーブ16は、トーションバー14に嵌合した部分にピン(図示せず)を共通に貫通させて固定した構造になっている。上記した部位以外は、前記第1実施形態と同様の構成であるので、同一部位に関しては同一符合を付して重複した説明を省略する。
【0052】
本実施形態のトルクセンサを組み付ける際には、第1及び第2の延長スリーブ15,16をトーションバー14から外しておき、一方のロータ50Rの基準位置マーク91を第1延長スリーブ15の目印溝60に位置合わせしてそのロータ50Rを第1延長スリーブ15に嵌合固定する。次いで、他方のロータ50Rの基準位置マーク91を第2延長スリーブ16の目印溝60に位置合わせしてそのロータ50Rを第2延長スリーブ16に嵌合固定する。そして、それら第1及び第2の延長スリーブ15,16をトーションバー14に組み付け、それぞれピンで回転不能に固定する。すると、第1及び第2の延長スリーブ15,16がトーションバー14に位置決め固定され、両ロータ50R,50Rの基準位置マーク91,91(図2参照)同士が、トーションバー14の軸方向で一直線に並ぶ。これにより、トーションバー14に負荷トルクがかかっていない状態で、1対のレゾルバ50,50の内側巻線部54,54同士が同一位相になる。
【0053】
本実施形態によっても第1実施形態と同様の作用効果を奏すると共に、各延長スリーブ15,16毎にロータ50Rの基準位置マーク91を位置合わせすればよいので、組み付け作業が容易になる。
【0054】
なお、目印溝60,60は、各延長スリーブ15,16同士の位相を一致させるための目印にもなる。従って、目印溝60,60を、前記第1実施形態の両ストッパ19,27(図2参照)の位置合わせに用いることもできる。
【0055】
<他の実施形態>
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
(1)前記実施形態のトルクセンサ10では、1対のレゾルバ50,50の極数は8であったが、これら1対のレゾルバの極数は、互いに同じであれば8に限定されるものではない。
【0056】
(2)前記実施形態のトルクセンサ10は、電動ステアリング装置70に組み込んで用いられていたが、電動ステアリング装置以外のものに本発明に係るトルクセンサを用いてもよい。
【0057】
(3)第1実施形態では、目視により両レゾルバ50,50の内側巻線部54,54を一定の相対位置に配置したが、各部品に形成した本発明の「内側基準位置特定部」としての凹凸係合部を係合させることで、両レゾルバ50,50の内側巻線部54,54同士を一定の相対位置関係にして組み付けてもよい。
【0058】
(4)また、前記実施形態のトルクセンサ10では、両レゾルバ50,50の外側巻線部53,53の端末ピン53Pを回路基板58のピンホール59に挿入固定することで、両レゾルバ50,50の外側巻線部53,53同士を一定の相対位置関係にして組み付ける構成であったが、目視で外側巻線部53,53同士を位置合わせ合わせる構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るトルクセンサの側断面図
【図2】図1のA−A切断面における断面図
【図3】トルクセンサの一部を拡大した側断面図
【図4】回路基板に端末ピンを挿入固定した状態の斜視図
【図5】(A)電気角と機械角との関係を示したグラフ
(B)電気角の理論値と実測値との関係を示したグラフ
【図6】(A)一方のレゾルバの検出誤差を示したグラフ
(B)他方のレゾルバの検出誤差を示したグラフ
(C)負荷トルクが0の状態において両レゾルバの偏差を示したグラフ
(D)従来のトルクセンサにおいて、負荷トルクが0の状態において両レゾルバの偏差を示したグラフ
【図7】電動ステアリング装置の概念図
【図8】第2実施形態の延長スリーブに設けた目印溝を示した斜視図
【符号の説明】
10…トルクセンサ
11…筒形ボディ
14…トーションバー
50…レゾルバ
53…外側巻線部
54…内側巻線部
57…外嵌スリーブ
58…回路基板
59…ピンホール
60…目印溝
70…電動ステアリング装置
71…ハンドル
90,91…基準位置マーク[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a torque sensor capable of detecting a torque by detecting a torsion angle of a torsion bar with a pair of resolvers, a manufacturing method thereof, and an electric steering device.
[0002]
[Related technology]
The resolver is provided, for example, in a servomotor and plays a role in detecting a rotation angle (for example, see Patent Document 1). In recent years, the rotation angle of a torsion bar rotatably provided inside a cylindrical body is detected by a pair of resolvers having different numbers of poles, and the torsion angle of the torsion bar is determined based on the difference between the detected angles. The development of a torque sensor for detecting the applied load torque has been advanced.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-328952 (Claim 42, [0005])
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the resolver is provided with an inner winding part rotatably inside the outer winding part, and detects a rotation angle based on a change in mutual inductance between the outer winding part and the inner winding part. However, the detection accuracy of the resolver varies in accordance with the change in the rotation angle of the inner winding with respect to the outer winding. Then, in the torque sensor under development, when calculating the difference between the pair of resolvers, the variation in the accuracy of the detection angles of the resolvers is added to the positive side or the negative side according to the rotation angle of the torsion bar. As shown in (D), even though the load torque was 0, the deviations in the detection angles of both resolvers fluctuated, and the torque could not be detected with high accuracy.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a torque sensor, a method of manufacturing the same, and an electric steering device capable of improving detection accuracy in a state where a load torque is zero as compared with the related art.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a torque sensor, wherein a torsion bar is rotatably provided inside a cylindrical body, and an outer winding portion fixed to the cylindrical body is connected to a torsion bar. A pair of resolvers for detecting the rotation angle of the torsion bar based on the change in mutual inductance with the inner winding portion fixed to the bar is provided, and the load torque applied to the torsion bar is determined from the difference between the detection angles of the pair of resolvers. In the method of manufacturing a torque sensor for detection, the outer winding portions and the inner winding portions of a pair of resolvers are made to have the same structure, and the relative position of the inner winding portion to the outer winding portion is set between the resolvers. The feature is that it is assembled by matching with.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing a torque sensor according to the first aspect, a reference position mark for specifying a reference position in a circumferential direction is provided on the outer winding part and / or the inner winding part. The feature is that the outer winding portion and / or the inner winding portion are assembled with the reference position marks being set at predetermined relative positions.
[0008]
According to a third aspect of the invention, in the method of manufacturing a torque sensor according to the second aspect, the reference position marks are arranged on a straight line in the axial direction of the torque sensor, so that the outer winding portions and / or the inner winding portion are arranged. The feature is that the parts are arranged at predetermined relative positions.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a torque sensor according to any one of the first to third aspects, the outer winding portions of both resolvers are fitted and fixed inside a common outer fitting sleeve. It is characterized in that the outer fitting sleeve is assembled to the cylindrical body.
[0010]
In the torque sensor according to the present invention, the torsion bar is rotatably provided inside the tubular body, and the mutual inductance between the outer winding portion fixed to the tubular body and the inner winding portion fixed to the torsion bar. A pair of resolvers for detecting the rotation angle of the torsion bar based on the change of the torque, and detecting the load torque applied to the torsion bar from the difference between the detection angles of the pair of resolvers. Identify the outer reference position specifying part for specifying the circumferential reference position of the outer winding part, and specify the circumferential reference position of the inner winding part with the same structure for the winding parts and the inner winding part. An internal reference position specifying unit for performing the operation is provided, and the relative positions of the external reference position specifying unit and the internal reference position specifying unit are matched between the two resolvers.
[0011]
According to a sixth aspect of the present invention, in the torque sensor according to the fifth aspect, both outer reference position specifying portions of both resolvers are arranged on a straight line in the axial direction of the cylindrical body, and both inner reference position specifying portions of both resolvers are provided. It is characterized in that it is arranged on a straight line in the axial direction of the torsion bar.
[0012]
According to a seventh aspect of the present invention, in the torque sensor according to the fifth or sixth aspect, the outer winding portions of both resolvers are fitted and fixed inside a common outer fitting sleeve, and the outer fitting sleeve is attached to the cylindrical body. It has a characteristic when assembled.
[0013]
According to an eighth aspect of the present invention, in the torque sensor according to any one of the fifth to seventh aspects, the outer reference position specifying section is electrically connected to the outer winding section and projects laterally from the outer winding section. The terminal pins provided on the outer winding portions of both resolvers are inserted into pin holes of a common circuit board, and the outer winding portions of both resolvers are positioned at predetermined relative positions. Has features.
[0014]
An electric steering apparatus according to a ninth aspect of the present invention is characterized in that the torque sensor according to any one of the fifth to eighth aspects is provided so as to be connected to a shaft portion that is rotationally driven in accordance with a steering operation.
[0015]
Function and effect of the present invention
According to the manufacturing method of the torque sensor of the present invention, the outer winding portion and the inner winding portion of the pair of resolvers have the same structure, and the relative position of the inner winding portion with respect to the outer winding portion is set to both. Since the resolvers are assembled so as to be matched with each other, when the load torque is 0, the variation patterns of the detection accuracy of the resolvers linked to the rotation of the torsion bar match. As a result, when the difference between the detection angles of both resolvers is obtained in a state where the load torque is 0, the variation in the detection accuracy of the resolvers is canceled out, and the detection accuracy of the torque is improved as compared with the related art.
[0016]
More specifically, a reference position mark for specifying a reference position in the circumferential direction is provided on the outer winding portion and / or the inner winding portion, and the reference position marks are set to a predetermined relative position to form the outer winding portion. Section and / or the inner winding section may be assembled (the invention of claim 2). At this time, if the reference position marks are arranged on a straight line in the axial direction of the torque sensor, it becomes easy to arrange the outer winding portions and / or the inner winding portions at predetermined relative positions. 3 invention).
[0017]
In the torque sensor manufacturing method according to the fourth aspect, the outer winding portions of both resolvers are fitted and fixed inside the common outer fitting sleeve, and then the outer fitting sleeve is assembled to the cylindrical body. The outer winding portions of both resolvers can be easily arranged at predetermined relative positions without being disturbed by other components assembled to the first and second resolvers.
[0018]
According to the torque sensor of the fifth aspect, since the relative positions of the outer winding part and the inner winding part in the pair of resolvers match between the two resolvers, the detection accuracy of the resolver linked to the rotation of the torsion bar is improved. The variation patterns match. As a result, when the difference between the detection angles of both resolvers is obtained in a state where the load torque is 0, the variation in the detection accuracy of the resolvers is canceled out, and the detection accuracy of the torque is improved as compared with the related art.
[0019]
Note that the “inner reference position specifying unit” according to the present invention may be a mark that serves as a mark at the time of assembly, or may be directly or indirectly engaged with a part of the torsion bar in an uneven manner so that the inner winding around the torsion bar may be performed. It may be a concave / convex engaging portion that uniquely determines the assembling position of the wire portion in the circumferential direction. Similarly, the “outer reference position specifying unit” according to the present invention also directly or indirectly engages and recesses with a part of the tubular body to unambiguously assemble the circumferential mounting position of the outer winding part with respect to the tubular body. The concave / convex engaging portion may be determined. Further, a plurality of inner reference position specifying units and a plurality of inner reference position specifying units may be provided.
[0020]
Here, the outer reference position specifying portions of both resolvers are arranged on a straight line in the axial direction of the cylindrical body, and the inner reference position specifying portions of both resolvers are arranged on a straight line in the axial direction of the torsion bar. The relative positions of the reference position specifying unit and the inner reference position specifying unit can be easily matched between both resolvers (the invention of claim 6).
[0021]
In the torque sensor according to the seventh aspect, the outer winding portions of both resolvers can be fitted and fixed in the outer fitting sleeve in a state where the outer fitting sleeve is detached from the cylindrical body, and assembled to the cylindrical body. The outer winding portions of both resolvers can be easily arranged at predetermined relative positions without disturbing other components.
[0022]
In the torque sensor according to claim 8, terminal pins protruding laterally from the outer winding portions of both resolvers are inserted into pin holes of the common circuit board, so that the outer winding portions of both resolvers are in predetermined positions. Since they are positioned at the relative positions, work efficiency is improved.
[0023]
Further, in the electric steering device provided with the above-described torque sensor connected to a shaft portion that is rotationally driven in accordance with the operation of the steering wheel, it is possible to accurately control the assist torque for operating the steering wheel. Invention).
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<First embodiment>
Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the entirety of a
[0025]
The rotating
[0026]
The
[0027]
A bearing
[0028]
As shown in FIG. 2, the
[0029]
As shown in FIG. 1, the
[0030]
A bearing
[0031]
As shown in FIG. 2, the
[0032]
When the
[0033]
As shown in FIG. 1, a pair of
[0034]
FIG. 3 shows an enlarged detail of the
[0035]
The inner winding
[0036]
The outer winding
[0037]
In FIG. 3,
[0038]
In FIG. 3,
[0039]
The structure of each component of the
[0040]
Next, as shown in FIG. 4, a
[0041]
Next, as shown in FIG. 3, the power receiving
[0042]
Next, the first and
[0043]
Next, the
[0044]
As shown in FIG. 7, for example, the
[0045]
Next, the operation of the
[0046]
Now, the operation of the
[0047]
FIG. 6A shows a detection error of the
[0048]
Here, assuming that the relative positions of the outer winding
[0049]
However, according to the
[0050]
In the present embodiment, the outer
[0051]
<Second embodiment>
This embodiment is shown in FIG. 8, in which the first and
[0052]
When assembling the torque sensor of the present embodiment, the first and
[0053]
According to the present embodiment, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained, and the
[0054]
The
[0055]
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention, and furthermore, various embodiments may be made without departing from the spirit of the present invention. It can be changed and implemented.
(1) In the
[0056]
(2) Although the
[0057]
(3) In the first embodiment, the inner winding
[0058]
(4) In the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a torque sensor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view taken along a line AA in FIG. 1. FIG. 3 is a side sectional view in which a part of the torque sensor is enlarged. FIG. 4 is a perspective view showing a state in which a terminal pin is inserted and fixed to a circuit board. FIG. 5A is a graph showing a relationship between an electrical angle and a mechanical angle. FIG. (A) Graph showing detection error of one resolver (B) Graph showing detection error of the other resolver (C) Deviation between both resolvers when load torque is 0 Graph (D) is a graph showing the deviation between the two resolvers when the load torque is 0 in the conventional torque sensor. FIG. 7 is a conceptual diagram of the electric steering device. FIG. 8 is a mark provided on the extension sleeve of the second embodiment. Perspective view showing grooves [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記1対のレゾルバの前記外側巻線部同士及び前記内側巻線部同士を同一構造にしておき、
前記外側巻線部に対する前記内側巻線部の相対位置を、前記両レゾルバの間で一致させて組み付けることを特徴とするトルクセンサの製造方法。A torsion bar is rotatably provided inside the cylindrical body, and the torsion bar of the torsion bar is formed based on a change in mutual inductance between an outer winding portion fixed to the cylindrical body and an inner winding portion fixed to the torsion bar. A resolver for detecting a rotation angle is provided in a pair, and a method of manufacturing a torque sensor for detecting a load torque applied to the torsion bar from a difference between detection angles of the pair of resolvers,
The outer winding portions and the inner winding portions of the pair of resolvers have the same structure,
A method of manufacturing a torque sensor, wherein a relative position of the inner winding section with respect to the outer winding section is matched between the two resolvers.
前記基準位置マーク同士を所定の相対位置にして前記外側巻線部及び/又は前記内側巻線部を組み付けることを特徴とする請求項1に記載のトルクセンサの製造方法。The outer winding part and / or the inner winding part is provided with a reference position mark for specifying a reference position in a circumferential direction,
2. The method according to claim 1, wherein the outer winding portion and / or the inner winding portion are assembled by setting the reference position marks to a predetermined relative position. 3.
前記1対のレゾルバの前記外側巻線部同士及び前記内側巻線部同士を同一構造としかつ、前記外側巻線部の周方向の基準位置を特定するための外側基準位置特定部と、前記内側巻線部の周方向の基準位置を特定するための内側基準位置特定部とを設け、
前記外側基準位置特定部と前記内側基準位置特定部との相対位置を前記両レゾルバの間で一致させたことを特徴とするトルクセンサ。A torsion bar is rotatably provided inside the cylindrical body, and the torsion bar of the torsion bar is formed based on a change in mutual inductance between an outer winding portion fixed to the cylindrical body and an inner winding portion fixed to the torsion bar. A resolver for detecting a rotation angle is provided as a pair, and a torque sensor for detecting a load torque applied to the torsion bar from a difference between detection angles of the pair of resolvers,
An outer reference position specifying unit for specifying the outer winding unit and the inner winding unit of the pair of resolvers having the same structure, and specifying a circumferential reference position of the outer winding unit; Provide an inner reference position specifying unit for specifying the circumferential reference position of the winding unit,
A torque sensor, wherein a relative position between the outer reference position specifying unit and the inner reference position specifying unit is matched between the two resolvers.
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