JP2007155641A - レゾルバ装置及びそれを用いたトルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】製作精度や組み付け精度が高く、容易に複数のレゾルバを組付けることができるレゾルバ装置及びそれを用いたトルクセンサを提供する。
【解決手段】同一軸上に配置された複数のレゾルバの励磁コイルを共通に巻き、ステータ位相を共通にしたレゾルバ装置である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、同一軸上に複数のレゾルバを連結して成るレゾルバ装置及びそれを用いたトルクセンサに関する。

機械制御の信頼性や安全性を確保するために位置若しくは角度センサとしてのレゾルバを、同一軸上に２個連結して使用することが多い。

このような場合、同一軸上に２つのレゾルバ（第１のレゾルバ、第２のレゾルバ）を構成し、第１のレゾルバロータと第２のレゾルバロータをトーションバーを介して配置するようにしている。そして、例えばトルクを検出する場合、第１及び第２のレゾルバロータの相対的な角度差を検出し、その角度差に基づいてトルクを検出するようにしている。レゾルバを同一軸上に２個連結して使用する例として電動パワーステアリング装置があり、電動パワーステアリング装置では２個のレゾルバの角度差で操舵トルクを検出し、操舵トルクや車速等に基づいて操舵のアシスト制御を行うようになっている。

しかしながら、上記従来の装置では、組付け時に第１のレゾルバを先に配置して、その後に第２のレゾルバを同一軸に組付け、第１及び第２のレゾルバを組付けて後にレゾルバステータの位相の調整をしなければならない。レゾルバステータの位相調整をしないと、第１及び第２のレゾルバロータの相対的な角度差を正確に検出することができない。このため、第１のレゾルバステータと第２のレゾルバステータの位相に誤差があった場合は、レゾルバステータの取付け位置を調整するか、レゾルバ出力をソフトウェア的に補正する必要がある。

また、第１及び第２のレゾルバに対して励磁コイルの配線が必要であるため、配線や部品点数が多くなるという問題がある。

本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、製作精度や組み付け精度が高く、容易に複数のレゾルバを組付けることができるレゾルバ装置及びそれを用いたトルクセンサを提供することにある。

本発明はレゾルバに関し、本発明の上記目的は、同一軸上に配置された複数のレゾルバの励磁コイルを共通に巻き、ステータ位相を共通にすることにより達成される。

本発明の上記目的は、前記各レゾルバのステータ間に磁気干渉を起こさないようにする磁気遮断部材を設けることにより、より効果的に達成される。

本発明はトルクセンサに関し、本発明の上記目的は、励磁コイルを共通に巻き、ステータ位相を共通にした同一軸上に配置された複数のレゾルバで成るレゾルバ装置の角度差に基づいて、前記複数のレゾルバの入力軸のトルクを検出することにより達成される。

本発明のレゾルバ装置によれば、共通に巻線した励磁コイルによってレゾルバステータを固定することにより製作精度を上げ、配線や部品点数を少なくしてコンパクトにすることができると共に、コストダウンにもなる。レゾルバステータ間には磁気遮断部材が配設されているので、磁気干渉がなく高精度な検出を行うことができる。

本発明では、機械的にレゾルバステータの位相を固定してしまうので、ソフト的な補正が必要なく、簡単に組み付け精度を上げることが可能である。機械的にステータの位相を固定して１つの部品とすることで、初期の位相合わせを行う必要がなく、更に励磁コイルを１本にすることで、従来より励磁回路が少なくなるという利点がある。

また、本発明に係るトルクセンサによれば、励磁コイルを共通に巻線され、励磁を共通にした複数のレゾルバの角度差に基づいて、入力軸のトルクを検出するようにしているので、レゾルバの機能を発揮すると共に、小型で比較的安価なトルクセンサを実現することができる。

本発明に係るレゾルバ装置では、レゾルバ装置を構成する各レゾルバステータを励磁コイルで共通巻きとし、製作時に各レゾルバステータの位相調整をすることでレゾルバステータの組み立て精度を上げることができ、組付け時の位相調整（精度合わせ）が不要となり、かつ複数のレゾルバを容易に組付けることが可能となる。また、励磁コイルを共通にすることでレゾルバ装置の配線と部品を少なくし、コンパクト化及びコストダウンを図っている。

同一軸倍角のレゾルバを用いて相対角度を求めるようなアプリケーションでは、機械的にロータ及びステータの位相を合わせるか、或いは初期位相を記憶しておいてソフト的に補正する必要があるので、本発明のように事前にステータの位相を合わせておけば、後で調整したり補正する必要がなくなる。

以下に本発明の実施例を、図を参照して説明する。

図１は本発明の実施例に係るレゾルバ装置の一例を示す（第２のレゾルバの）ステータ断面図であり、図２はレゾルバ装置の側面図である。また、図３は図１のａ−ｂ断面図であり、図１及び図３ではロータ部を省略している。

本発明のレゾルバ装置は図２及び図３に示すように、第１のレゾルバ１０と第２のレゾルバ２０を同一軸上で連結すると共に、第１及び第２のレゾルバ１０及び２０を構成するレゾルバステータ１１及び２１の機械的な位相調整を行う。そして、第１のレゾルバステータ１１と第２のレゾルバステータ２１との間に、第１のレゾルバ１０と第２のレゾルバ２０の磁束が相互に影響して磁気干渉しないように磁気遮断部材１を設けている。磁気遮断部材１は図３に示すように、第１のレゾルバステータ１１及び第２のレゾルバステータ２１を周縁部で結合する円筒状構造になっていると共に、軸方向に垂設された円盤状の遮蔽部２を有している。

図１に示すように、第１のレゾルバステータ１１及び第２のレゾルバステータ２１にはそれぞれ巻線のための歯部１２及び２２が設けられており、歯部１２及び２２にはレゾルバ１０及び２０を励磁するための励磁コイル３が巻線され、歯部１２及び２２にはそれぞれレゾルバ１０及び２０の位置，角度等のアナログ信号を得る検出コイル１３及び２３が巻線されている。図３は図１のａ−ｂ断面を示しており、予め検出コイル１３及び２３を各レゾルバステータ１１及び２１の歯部１２及び２２に巻線し、２つのレゾルバステータ１１及び２１の位相を合わせた後で、励磁コイル３を共通に巻き、レゾルバステータ１１及び２１の位相がズレないようにしている。つまり、機械的にレゾルバステータの位相を固定する。なお、図３では、検出コイル１３及び２３、歯部１２及び２２の形状の一部を省略して示している。

このような構造において、共通の励磁コイル３を所定周波数で励磁するとレゾルバ１０及び２０が同一状態で励磁され、レゾルバ１０及び２０の図示しないロータの変位に伴って変化する磁束が検出コイル１３及び２３に誘導され、ＣＰＵ等によって検出コイル１３及び２３に誘導されたアナログ信号を処理することで、各レゾルバロータの角度（位置）を検出することができる。

励磁コイル３を２つのレゾルバに共通に巻き、２つのレゾルバステータ１１及び２１の位相を固定することにより、組付け時に精度合わせをする必要がなくなる。更に、励磁コイル３が１つになるので、配線や部品点数を削減することが可能となり、コンパクト化とコストダウンを図ることができる。

次に、本発明に係るレゾルバ装置を用いたトルクセンサを自動車の電動パワーステアリング装置に適用した例を、図４〜図６に示して説明する。

図４は本発明のトルクセンサ４０を配設した電動パワーステアリング装置の概略構成を示しており、操向ハンドル３０のコラム軸３１はレゾルバ装置４０、減速ギア３２、ユニバーサルジョイント３８Ａ及び３８Ｂ、ピニオンラック機構３３を経て操向車輪のタイロッド３４に結合されている。コラム軸３１には、操向ハンドル３０の操舵トルクを検出するレゾルバ装置で成るトルクセンサ４０が設けられており、操向ハンドル３０の操舵力を補助するモータ３５が減速ギア３２を介してコラム軸３１に結合されている。パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３６には、バッテリ３９から電力が供給されると共に、イグニションキー３９Ａを経てイグニション・キー信号が入力される。コントロールユニット３６は、トルクセンサ４０で検出された操舵トルクと車速センサ３７で検出された車速とに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値の演算を行い、演算された操舵補助指令値に基づいてモータ３５に供給する電流を制御する。

トルクセンサ４０の構造は図５に示すようになっており、図１〜図３で説明した構造のレゾルバ装置に対応した構造になっている。即ち、トルクセンサ４０は第１のレゾルバ４１と第２のレゾルバ４２を同一軸上で連結されて成っており、その間には磁気遮断部材４３が配設されており、第１のレゾルバ４１のステータ４１１には検出コイル４１２が巻線され、第２のレゾルバ４２のステータ４２１には検出コイル４２２が巻線され、ステータ４１１及び４２１の間には励磁コイル４４が巻線されている。

また、第１のレゾルバ４１のロータ４１３は入力軸３１Ａの一端部に固定され、第２のレゾルバ４２のロータ４２３は出力軸３１Ｂの一端部に固定されており、入力軸３１Ａ及び出力軸３１Ｂはトーションバー４５を介して接続されている。

このような構造において、トルクセンサ４０の入力軸３１Ａと操向ハンドル３０がユニバーサルジョイント（図示せず）を介して回転一体に取付けられており、操向ハンドル３０を操舵して入力軸３１Ａ側にトルクをかけると、出力軸３１Ｂ側の負荷トルク（モータ３５、ピニオンラック機構等の抵抗）との差によってトーションバー４５が捩れ、入力軸３１Ａと出力軸３１Ｂに相対的な角度差が発生する。

ここで、コントロールユニット３６を介して励磁コイル４４を励磁し、第１及び第２のレゾルバ４１及び４２からの検出信号を図６に示すような検出回路で処理し、トルク値Ｔ及び操舵角θを得る。即ち、レゾルバ４１の検出コイル４１２から出力される誘導アナログ信号をレゾルバ／ディジタル変換器３６１でディジタルの角度信号θ１に変換し、同様にレゾルバ４２の検出コイル４２２から出力される誘導アナログ信号をレゾルバ／ディジタル変換器３６２でディジタルの角度信号θ２に変換する。得られた角度信号θ１及びθ２をコントロールユニット３６に入力し、コントロールユニット３６で角度信号θ１及びθ２の差を計算すれば、入力軸３１Ａと出力軸３１Ｂの角度差ε（ε＝θ１‐θ２）を得ることができる。

また、トーションバー４５のバネ係数をＫとすると、軸上に発生したトルク値ＴはＴ＝Ｋ・εで得ることができる。更に、軸倍角が“１”のレゾルバを用いることにより、入力軸３１Ａと出力軸３１Ｂの絶対角度を検出することが可能であるため、操向ハンドル３０の操舵角θを得ることもできる。

上述のように第１及び第２の２つのレゾルバ４１及び４２で成るトルクセンサ４０によれば、２つのレゾルバロータ４１３及び４２３の角度差により操舵トルクＴを検出することで、電動パワーステアリングのモータ３５のアシスト量を制御することができる。また、入力軸３１Ａの絶対角度を検出することで、操向ハンドル３０がどの位置にあるかを検出することができ、操向ハンドル３０の戻り制御などを行うことが可能となる。

ここでは、電動パワーステアリングに用いるトルクセンサの例を説明したが、ハブの軸力センサ等にも用いることが可能である。

なお、上述の実施例では２個のレゾルバを同一軸上に配置しているが、３個以上の複数個レゾルバでも同様に適用可能である。

本発明のレゾルバ装置によれば、事前にステータの位相が合わせられているので、機械的にロータ及びステータの位相を合わせたり或いは初期位相を記憶しておいてソフト的に補正する必要がなく、電動パワーステアリング等の分野で効率的かつ効果的に利用できる。

また、本発明のトルクセンサによれば、軸倍角が“１”のレゾルバを用いて入力軸と出力軸の絶対角度を検出することで、操向ハンドルのトルクを検出できると共に、操舵角を得ることもでき、電動パワーステアリング等の分野で効率的かつ効果的に利用できる。

本発明の実施例に係るレゾルバの一例を示すステータ断面図である。 本発明の実施例に係るレゾルバの一例を示す側面図である。 図１のａ−ｂ断面図である。 本発明に係るレゾルバを電動パワーステアリング装置に適用した概略構成図である。 電動パワーステアリング装置に適用したトルクセンサの構造図である。 本発明に係るトルクセンサの検出回路例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 磁気遮断部材
２ 遮蔽部
３ 励磁コイル
１０、４１ 第１のレゾルバ
１１ 第１のレゾルバステータ
１２、２２ 歯部
１３ 検出コイル
２０、４２ 第２のレゾルバ
２１ 第２のレゾルバステータ
２３ 検出コイル
３０ 操舵ハンドル
３１ コラム軸
３２ 減速ギア
３３ ピニオンラック機構
３４ タイロッド
３５ モータ
３６ コントロールユニット
３７ 車速センサ
４０ トルクセンサ
４３ 磁気遮断部材
４４ 励磁コイル
４５ トーションバー
４１３、４２３ ロータ

Claims (3)

1. 同一軸上に配置された複数のレゾルバの励磁コイルを共通に巻き、ステータ位相を共通にしたことを特徴とするレゾルバ装置。
2. 前記各レゾルバのステータ間に磁気干渉を起こさないようにする磁気遮断部材を設けた請求項１に記載のレゾルバ装置。
3. 励磁コイルを共通に巻き、ステータ位相を共通にした同一軸上に配置された複数のレゾルバの角度差に基づいて、前記複数のレゾルバの入力軸のトルクを検出することを特徴とするトルクセンサ。

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