JP2013053894A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ロータ巻線を有しないコアのみからなるロータを用いたレゾルバ又はシンクロを軸方向に一対配置し、各レゾルバ又はシンクロの出力角度の差を得ることを目的とする。
【解決手段】本発明によるトルクセンサは、結合部材(80又は80A)を介し軸方向(A)に互いに離間して接続された一対の第１、第２輪状ステータ(13,13a)と、前記各輪状ステータ(13,13a)に設けられた第１、第２スクリュ巻線(70,70a)と、前記各輪状ステータ(13,13a)の内側に回転自在に配設され巻線を有しないロータコア(12,12a)と、からなり、前記第１、第２ステータ巻線(70,70a)の各出力巻線から得られる各出力角度の差を得る構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、トルクセンサに関し、特に、ロータ巻線を有しないコアのみからなるロータを用いたレゾルバ又はシンクロを軸方向に一対配設し、各レゾルバ又はシンクロの出力角度の差を得るための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種のトルクセンサとしては、例えば、先行文献名を開示していないが、ステータ巻線を有する筒状のステータ内に、ロータ巻線を有する円柱状のロータを回転自在に有する周知のＢＲＸ型のレゾルバ又はシンクロを一対用い、各レゾルバ又はシンクロから得られる各出力角度の差よりトルクを計算し、回転軸等のトルク強度を得ていた。

また、他の従来構成として、例えば、特許文献１に開示された回転角センサを、図７及び図８に挙げることができる。
すなわち、図７に、レゾルバ付きモータ（以下、単に「モータ」と言う。）１の一端部を断面図により示す。図７に示すように、モータ１は、本体ベース板６、中空状のモータケース２、モータケース２の中空部に設けられたモータステータ３及びモータロータ４と、モータロータ４の中心に一体に設けられたモータシャフト５とを含む。モータシャフト５の一端部は、モータケース２の外部へ突出している。
モータステータ３は、モータケース２の内面に固定されている。モータステータ３は、図示しないステータコアとコイルを含む。モータロータ４は、モータステータ３の内側に配置される。モータロータ４は、図示しない永久磁石を保持している。モータシャフト５は、本体ベース板６に設けられたベアリング１０と、モータケース２の端部に設けられたベアリング９とにより回転可能に両端が指示されている。

モータ１は、モータステータ３の励磁コイルを励磁することにより、永久磁石が磁力を受けて、モータロータ４がモータシャフト５と一体に回転するようになっている。
図７に示すように、レゾルバ１１は、モータケース２の内側において、モータロータ４と本体ベース板６との間に配置される。レゾルバ１１は、レゾルバロータ１２と、レゾルバロータ１２に所定の隙間を介し対向して配置されたレゾルバステータ１３とを含む。

図８に、レゾルバの位置検出制御をブロック図で示す。
レゾルバ１１は、大きく回路部５８とセンサ部５９に分けられる。回路部５８において、基準クロック発生器５５は、分周回路５６に接続している。また、分周回路５６は、カウンタ５７に接続している。また、カウンタ５７は、Ｄ／Ａコンバータ５８と分周回路５９に接続している。また、Ｄ／Ａコンバータ５８は、励磁コイル２３に接続している。また、カウンタ５７は、分周回路５９に接続している。
また、分周回路５９は、正弦波用の同期検波器５１、及び余弦波用の同期検波器５２に接続している。また、同期検波器５１は、積分回路５３に接続している。また、同期検波器５２は、積分回路５４に接続している。また、積分回路５３と積分回路５４は、演算機６０に接続している。
センサ部５９において、正弦波コイル２１は、同期検波器５１に接続している。また、余弦波コイル２２は、同期検波器５２に接続している。励磁コイル２３は、Ｄ／Ａコンバータに接続している。レゾルバロータ１２は、電気的接続を有していない。

従って、前述のレゾルバ１１は、前述のＢＲＸ型レゾルバに比べると、その大きさは飛躍的に小型化されているが、レゾルバロータ１２とレゾルバステータ１３とが軸方向に沿って並設される構成である。

特開２０１１−１３７６３３号公報

従来のトルクセンサに用いられるレゾルバ又はシンクロは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、前述のＢＲＸ型のレゾルバ又はシンクロの場合、全体形状がモータのロータとステータの構造とほぼ類似であるため、全体形状が大型化し、例えば、トーションバーのように長手形状の部材に接続するには好適ではなかった。
また、後述の特許文献１の構成においては、ロータとステータが軸方向に配設されたレゾルバ又はシンクロとなるため、このレゾルバ又はシンクロを一対用いてトルクセンサを構成すると、前述のＢＲＸ型のレゾルバによるトルクセンサの形状よりは小型化できるが、より小型化のニーズには応えることは困難であった。

本発明によるトルクセンサは、結合部材を介し軸方向に互いに離間して接続された一対の第１、第２輪状ステータと、前記各輪状ステータに設けられた第１、第２ステータ巻線と、前記各輪状ステータの内側に回転自在に配設され巻線を有しないロータコアと、からなり、前記第１、第２ステータ巻線の各出力巻線から得られる各出力角度の差を得る構成であり、また、前記第１、第２輪状ステータ間は、筒体からなる前記結合部材で接続されている構成であり、また、前記第１、第２輪状ステータは、前記第１輪状ステータ又は前記第２輪状ステータに続けて軸方向に積層して形成され前記結合部材を形成するステータ延長部により接続されている構成である。

本発明によるトルクセンサは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、結合部材を介し軸方向に互いに離間して接続された一対の第１、第２輪状ステータと、前記各輪状ステータに設けられた第１、第２ステータ巻線と、前記各輪状ステータの内側に回転自在に配設され巻線を有しないロータコアと、からなり、前記第１、第２ステータ巻線の各出力巻線から得られる各出力角度の差を得ることにより、全体形状がコンパクトで、軸方向に偏平なトルクセンサを得ることができる。また、多段式のステータを用いることができるため、組付け誤差の少ないトルクセンサを得ることができる。
また、前記第１、第２輪状ステータ間は、筒体からなる前記結合部材で接続されていることにより、全く同一の一対のレゾルバを軸方向に接続すればよく、生産性及び歩留まりの向上を得ることができる。
また、前記第１、第２輪状ステータは、前記第１輪状ステータ又は前記第２輪状ステータに続けて軸方向に積層して形成され前記結合部材を形成するステータ延長部により接続されていることにより、ステータコアの積層のみでも第１、第２輪状ステータを形成することができ、軸方向に極めて偏平な形状のトルクセンサを得ることができる。

本発明によるトルクセンサを示す断面図である。 図１の右側面図である。 図１の左側面図である。 図１の他の形態を示す断面図である。 図４の右側面図である。 図４の左側面図である。 従来のモータに設けられていたレゾルバを示す構成図である。 図７のレゾルバに接続される角度データ処理回路を示す構成図である。

本発明は、ロータ巻線を有しないコアのみからなるロータを用いたレゾルバ又はシンクロを軸方向に一対配設し、各レゾルバ又はシンクロの出力角度の差を得るようにしたトルクセンサを提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明によるトルクセンサの好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分については、同一符号を用いて説明する。
図１において、符号１１で示されるものは、第１レゾルバ又はシンクロであり、この第１レゾルバ又はシンクロ１１は、第１輪状ステータ１３と、この第１輪状ステータ１３の内側に回転自在に設けられ輪状をなすと共にロータ巻線を有しない第１ロータコア１２と、前記第１輪状ステータ１３に設けられ周知の図示しない励磁巻線及び出力巻線からなる第１ステータ巻線７０とからなり、この第１ステータ巻線７０には信号入出力用のリード線７１が接続されている。

前記第１レゾルバ又はシンクロ１１に隣接する位置には、第２レゾルバ又はシンクロ１１Ａが設けられ、この第２レゾルバ又はシンクロ１１Ａは、第２輪状ステータ１３ａと、この第２輪状ステータ１３ａの内側に回転自在に設けられ輪状をなすと共にロータ巻線を有しない第２ロータコア１２ａと、前記第２輪状ステータ１３ａに設けられ周知の図示しない励磁巻線及び出力巻線からなる第２ステータ巻線７０ａとからなり、この第２ステータ巻線７０ａには信号入出力用のリード線７１ａが接続されている。尚、前記各ロータコア１２，１２ａ又は、周知のＶＲ型（バリアブルリラクタンス型）のコアより構成されている。

前記第１、第２輪状ステータ１３，１３ａは、輪状に形成された結合部材８０によって互いに軸方向Ａに沿って離間した状態で接続されている。
図１の第１、第２レゾルバ又はシンクロ１１，１１Ａは、図２及び図３の軸方向断面Ｂに沿う断面を示しており、各輪状ステータ１３，１３ａの外周面には所定角度間隔で、一例として、７個の凹部８１が形成されている。

前記各凹部８１は、各輪状ステータ７０，７０ａの円周方向に沿って所定の幅と深さを有すると共に、この各凹部８１は前記各輪状ステータ１３，１３ａの軸方向Ａの厚さＴと同じ幅で軸方向Ａに沿って形成されている。

前記結合部材８０の軸方向Ａに沿う両側には、図１の断面図における下部に示されるように、前記各凹部８１の形状に対応して肉薄状に形成された一対の嵌合部８０ａが形成されており、各嵌合部８０ａは各凹部８１内に嵌合することにより、前記各輪状ステータ１３，１３ａが結合部材８０によって一体状に接続されている。
従って、前記各輪状ステータ１３，１３ａが前記結合部材８０によって一体状に接続された状態で、軸方向断面Ｂに沿って断面とすると、図１の上部で示されるように、前記凹部８１が示されない断面構成と、図１の下部のように凹部８１と嵌合部８０ａの嵌合状態が示される断面構成とになる。

次に、図４から図６の構成は、前述の図１の構成の他の形態を示す断面図であり、図１と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図４において、符号１１で示されるものは第１レゾルバ又はシンクロであり、この第１レゾルバ又はシンクロ１１には結合部材８０Ａを介して第２レゾルバ又はシンクロ１１Ａが軸方向Ａに沿って互いに離間した状態で配設されている。

前記第１レゾルバ又はシンクロ１１の第１輪状ステータ１３の内側には、続けて軸方向Ａと同一方向に積層されるステータ延長部９０が形成され、このステータ延長部９０が前記結合部材８０Ａを形成している。さらに、このステータ延長部９０に続けて第２輪状ステータ１３ａを積層することにより、各輪状ステータ１３，１３ａがこのステータ延長部９０によって互いに離間して形成されている。
尚、前述の各輪状ステータ１３，１３ａは、多数のステータコア片が周知のように転積によって積層されているため、図４で示されるように、各輪状ステータ１３，１３ａを接続した部分の断面形状は、コ字型となり、第２輪状ステータ１３ａの一部が空白となっているのは、各輪状ステータ１３，１３ａの磁極１３Ａの位相ずれによるものである。
すなわち、前記ステータ延長部９０の半径方向の長さは、他の磁極１３Ａ部分よりも短く形成されている。

前記各輪状ステータ１３，１３ａには、周知のように、図１と同じ構成の第１、第２ステータ巻線７０，７０ａが各々設けられており、各輪状ステータ１３，１３ａ内には、輪状をなすと共にロータ巻線を有しない周知のＶＲ型（バリアブルリラクタンス型）の第１、第２ロータコア１２，１２ａが回転自在に設けられている。
また、前記各輪状ステータ１３，１３ａの内側に突出して形成された各磁極１３Ａの先端部は、前記各ステータ巻線７０，７０ａの内端よりも内方へ突出して形成されている。

前述のように構成された図１又は図４のトルクセンサ１００の各ロータコア１２，１２ａ内に、例えば、棒状のトーションバー（図示せず）を貫通させ、このトーションバーに回転力が付与され場合、トーションバーがひねり状態となり、各レゾルバ又はシンクロ１１，１１Ａ間で検出された出力角度の差が発生するため、この差を周知の演算手段で演算することにより、加えられたトルクの大きさを測定することができる。尚、図１及び図４の形態における第１、第２ロータコア１２，１２ａは、軸倍角が４ｘの構成である。

本発明によるトルクセンサは、ロータ巻線を有しないコアのみからなるロータを用いたレゾルバ又はシンクロを軸方向に一対配設し、各レゾルバ又はシンクロの出力角度の差を用いてトルクの大きさを測定できることにより、極めて小型のトルクセンサを得ることができる。

１１，１１Ａ 第１、第２レゾルバ又はシンクロ
１２，１２ａ 第１、第２ロータコア
１３，１３ａ 第１、第２輪状ステータ
Ａ 軸方向
Ｂ 軸方向断面
Ｔ 厚さ
７０，７０ａ 第１、第２ステータ巻線
７１，７１ａ リード線
８０ 結合部材
８０Ａ 結合部材
８０ａ 嵌合部
８１ 凹部
９０ ステータ延長部

Claims (3)

1. 結合部材(80又は80A)を介し軸方向(A)に互いに離間して接続された一対の第１、第２輪状ステータ(13,13a)と、前記各輪状ステータ(13,13a)に設けられた第１、第２ステータ巻線(70,70a)と、前記各輪状ステータ(13,13a)の内側に回転自在に配設され巻線を有しないロータコア(12,12a)と、からなり、
   前記第１、第２ステータ巻線(70,70a)の各出力巻線から得られる各出力角度の差を得ることを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記第１、第２輪状ステータ(13,13a)間は、筒体からなる前記結合部材(80)で接続されていることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
3. 前記第１、第２輪状ステータ(13,13a)は、前記第１輪状ステータ(13)又は前記第２輪状ステータ(13a)に続けて軸方向に積層して形成され前記結合部材(80A)を形成するステータ延長部(90)により接続されていることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。

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