JP2001050829A - Magnetostrictive torque sensor - Google Patents
Magnetostrictive torque sensorInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、温度補償機能を
設けた磁歪式トルクセンサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor having a temperature compensation function.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、駆動装置、負荷装置等と接続
して、装置本体の動力軸に発生するトルクを計測するこ
とが行われている。このトルクを測定するためのトルク
センサとして、パーマロイ(Fe−Ni)、センダスト
(Fe−Al−Si)等の磁歪材料に応力が印加され
て、磁歪材料中に歪が生じると、その磁歪材料の透磁率
が変化するという逆磁歪効果を用いた磁歪式トルクセン
サが提案されている。図8に磁歪式トルクセンサの概要
構成図を示す。図8においては、交流信号源104によ
って励磁用コイル105a、105bが励磁されてい
る。この状態で、トルク伝達軸101上にトルクが印加
された場合、磁歪材で形成された磁気異方性部102
a、102bがトルクによって歪を生じ、磁気異方性部
102a、102bには歪に応じた透磁率の変化が生じ
ることとなる。この透磁率の変化は、検出用コイルと励
磁用コイル相互間の相互インダクタンスの変化をもたら
し、結果として検出用コイル103a、103bで検出
される信号(以下検出信号という)が変化することとな
る。そして、この検出信号の差分を減算回路で求めるこ
とによってトルク伝達軸101に印加されたトルクのみ
を検出するのである。しかし、実際にトルク値の測定を
行う際には、接続した駆動装置、負荷装置等から熱エネ
ルギーが与えられトルク伝達軸101上に温度勾配が生
じる場合が多い。このように、温度勾配が生じてしまう
とトルク伝達軸101及び磁気異方性部102a、10
2bの透磁率及び電気抵抗等にも勾配が生じるため結果
として検出信号に誤差を生じてしまう。また同時に、ト
ルク測定時にトルク伝達軸101上に発生する温度勾配
は励磁用コイル105a、105bのコイル抵抗を変化
させる。このように、励磁用コイル105a、105b
のコイル抵抗の変化が生じると励磁用コイル105a、
105bに加わる励磁信号の電圧降下を招いてしまい、
検出信号に誤差が生じるという問題もあった。そこで、
トルク伝達軸及びその上に設けられた磁気異方性部に生
じる、温度勾配による誤差を補償するため、特許第25
64049号等に記載の技術が提案されている。2. Description of the Related Art Conventionally, it has been practiced to connect a driving device, a load device and the like to measure a torque generated on a power shaft of a device body. As a torque sensor for measuring this torque, when a stress is applied to a magnetostrictive material such as permalloy (Fe-Ni) or sendust (Fe-Al-Si) and strain is generated in the magnetostrictive material, the magnetostrictive material is A magnetostrictive torque sensor using an inverse magnetostrictive effect in which the magnetic permeability changes has been proposed. FIG. 8 shows a schematic configuration diagram of a magnetostrictive torque sensor. In FIG. 8, the excitation coils 105a and 105b are excited by the AC signal source 104. In this state, when a torque is applied on the torque transmission shaft 101, the magnetically anisotropic portion 102 made of a magnetostrictive material
The strains a and 102b are distorted by the torque, and the magnetic anisotropy portions 102a and 102b change in magnetic permeability according to the strain. This change in the magnetic permeability causes a change in the mutual inductance between the detection coil and the excitation coil, and as a result, the signals detected by the detection coils 103a and 103b (hereinafter referred to as detection signals) change. Then, only the torque applied to the torque transmission shaft 101 is detected by obtaining the difference between the detection signals by the subtraction circuit. However, when actually measuring the torque value, thermal energy is supplied from the connected driving device, load device, or the like, and a temperature gradient is often generated on the torque transmission shaft 101 in many cases. Thus, when a temperature gradient occurs, the torque transmission shaft 101 and the magnetically anisotropic parts 102a, 10a
Since a gradient also occurs in the magnetic permeability and electric resistance of 2b, an error occurs in the detection signal as a result. At the same time, a temperature gradient generated on the torque transmission shaft 101 during torque measurement changes the coil resistance of the exciting coils 105a and 105b. Thus, the exciting coils 105a, 105b
When the coil resistance changes, the exciting coil 105a,
This causes a voltage drop of the excitation signal applied to 105b,
There is also a problem that an error occurs in the detection signal. Therefore,
To compensate for errors due to temperature gradients that occur in the torque transmission shaft and the magnetically anisotropic portion provided thereon, see Japanese Patent No.
The technology described in 64049 and the like has been proposed.
【0003】図9に特許第2564049号記載の磁歪
式トルクセンサの基本構成ブロック図を示す。具体的な
構成は次の通りである。トルク伝達軸202上には長さ
方向に、中心軸から45゜の傾きを持って、等間隔で磁
気異方性部203a、203b、203cが順番に形成
されている。ただし、磁気異方性部203aのみが他の
磁気異方性部203a、203bと逆方向に傾斜してい
る。この磁気異方性部203a、203b、203cの
周囲には励磁用コイル201a、201b、201c及
び検出用コイル204a、204b、204cが設けら
れており、励磁用コイル201a、201b、201c
は励磁電流を供給するための交流電源211に接続され
ている。また検出用コイル204a、204b、204
cは、それぞれ整流フィルタ205a、205b、20
5cの入力端子側に接続されている。また、整流フィル
タ205a及び205bの出力端子側は、減算のための
第一の減算回路206の入力端子側に接続されており、
整流フィルタ205b及び205cの出力端子側は、減
算のための第二の減算回路207の入力端子側に接続さ
れている。さらに、これら減算回路206と207の出
力端子側は、減算のための第三の減算回路208の入力
端子側に接続されている。一方、整流フィルタ205a
及び205cの出力端子側は、加算のための加算回路2
09の入力端子側に接続されている。この加算回路20
9の出力側は、基準電圧Vとの比較のための差し引き点
212に接続され、その比較結果がオートゲインコント
ローラ210に入力されるようになっている。このオー
トゲインコントローラ210の出力側は交流電源211
に接続され、励磁用コイル201a、201b、201
cへ供給する電力を制御することが可能である。そし
て、トルク伝達軸202上に温度勾配が生じた場合に、
検出用コイル204a、204b、204cで生じた温
度勾配によるトルク値の測定結果に対する誤差を演算回
路での演算によって補償することが出来るようになって
いる。FIG. 9 is a block diagram showing the basic structure of a magnetostrictive torque sensor described in Japanese Patent No. 2564049. The specific configuration is as follows. Magnetic anisotropic portions 203a, 203b, and 203c are sequentially formed on the torque transmission shaft 202 at equal intervals in the longitudinal direction at an inclination of 45 ° from the central axis. However, only the magnetic anisotropic part 203a is inclined in the opposite direction to the other magnetic anisotropic parts 203a and 203b. Exciting coils 201a, 201b, and 201c and detecting coils 204a, 204b, and 204c are provided around the magnetic anisotropic parts 203a, 203b, and 203c, and the exciting coils 201a, 201b, and 201c are provided.
Is connected to an AC power supply 211 for supplying an exciting current. The detection coils 204a, 204b, 204
c is the rectifying filter 205a, 205b, 20
5c is connected to the input terminal side. Output terminals of the rectifying filters 205a and 205b are connected to an input terminal of a first subtraction circuit 206 for subtraction.
Output terminals of the rectifying filters 205b and 205c are connected to input terminals of a second subtraction circuit 207 for subtraction. Further, the output terminals of these subtraction circuits 206 and 207 are connected to the input terminals of a third subtraction circuit 208 for subtraction. On the other hand, the rectifying filter 205a
And the output terminal side of 205c is an addition circuit 2 for addition.
09 is connected to the input terminal side. This adding circuit 20
9 is connected to a subtraction point 212 for comparison with the reference voltage V, and the result of the comparison is input to the auto gain controller 210. The output side of the auto gain controller 210 is an AC power supply 211.
And the excitation coils 201a, 201b, 201
It is possible to control the power supplied to c. Then, when a temperature gradient occurs on the torque transmission shaft 202,
An error in the measurement result of the torque value due to the temperature gradient generated in the detection coils 204a, 204b, 204c can be compensated for by an operation in an arithmetic circuit.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特許第2564049号に記載の磁歪式トルクセンサ
では、温度勾配によって生じる誤差を補償するため、励
磁用コイル、検出用コイル及び磁気異方性部を少なくと
も3箇所以上、設ける必要がある。このため、磁歪式ト
ルクセンサがトルク伝達軸の軸長方向に長くなってしま
うという問題がある。また、図8に示した磁歪式トルク
センサを用いれば、磁歪式トルクセンサの小型化は行え
るが、温度勾配による誤差を補償することは出来ない。
そこで、本発明は以上の事実に鑑み、磁歪式トルクセン
サの小型化を図り、同時に温度勾配による誤差を補償す
る磁歪式トルクセンサを提供することを目的としてい
る。However, in the magnetostrictive torque sensor described in Japanese Patent No. 2564049, the excitation coil, the detection coil, and the magnetic anisotropic portion are required to compensate for an error caused by a temperature gradient. It is necessary to provide at least three or more places. Therefore, there is a problem that the magnetostrictive torque sensor becomes longer in the axial direction of the torque transmission shaft. Further, if the magnetostrictive torque sensor shown in FIG. 8 is used, the size of the magnetostrictive torque sensor can be reduced, but errors due to the temperature gradient cannot be compensated.
In view of the above facts, it is an object of the present invention to reduce the size of a magnetostrictive torque sensor and at the same time to provide a magnetostrictive torque sensor that compensates for an error due to a temperature gradient.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項1に記載の磁歪式トルクセンサは、
トルク伝達軸の外周面上に設けられた磁気異方性部と、
前記磁気異方性部における透磁率の変化を検出して検出
信号を出力する検出用コイルと、少なくとも二つの周波
数で前記検出用コイルを励磁して、前記検出用コイルで
検出される検出信号を各励磁周波数毎に分離し、分離検
出信号として出力する検出信号分離手段と、前記分離検
出信号に基づいて、前記トルク伝達軸に印加されたトル
ク値を演算するトルク値演算手段と、を有することを特
徴とする。請求項2に記載の磁歪式トルクセンサは、請
求項1に記載の特徴に加えて、前記磁気異方性部は、第
1磁気異方性部及び第2磁気異方性部を有し、前記磁気
異方性部が前記トルク伝達軸にトルクが印加された場合
に、前記第1磁気異方性部、或いは、前記第2磁気異方
性部の何れか一方は、引張応力を受け、他方は圧縮応力
を受けるように配置されていることを特徴とする請求項
3に記載の磁歪式トルクセンサは、請求項1または請求
項2に記載の特徴に加えて、前記トルク伝達軸の材料と
して非磁性の材料を用いたことを特徴とする。請求項4
に記載の磁歪式トルクセンサは、請求項1〜3の何れか
に記載の特徴に加えて、前記磁気異方性部の磁歪材料と
してパーマロイを用いたことを特徴とする。請求項5に
記載の磁歪式トルクセンサは、請求項1〜4の何れかに
記載の特徴に加えて、前記検出用コイルを取り囲むヨー
クを有し、前記ヨークがフェライトを使用して形成され
ていることを特徴とする請求項6記載の磁歪式トルクセ
ンサは、請求項1〜5の何れかに記載の特徴に加えて、
励磁信号により励磁され、磁界を発生する励磁用コイル
を有し、前記励磁用コイルの抵抗値が変化しても、前記
励磁用コイルに供給する前記励磁信号の電流値を一定に
保持するように制御されていることを特徴とする。請求
項7に記載の磁歪式トルクセンサは、請求項6に記載の
特徴に加えて、前記ヨークが前記検出用コイル及び前記
励磁用コイルを取り囲むことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a magnetostrictive torque sensor according to the present invention.
A magnetically anisotropic part provided on the outer peripheral surface of the torque transmission shaft,
A detection coil that detects a change in magnetic permeability in the magnetic anisotropic part and outputs a detection signal, and excites the detection coil at at least two frequencies to generate a detection signal detected by the detection coil. Detection signal separating means for separating each excitation frequency and outputting it as a separated detection signal; and torque value calculating means for calculating a torque value applied to the torque transmission shaft based on the separated detection signal. It is characterized by. In the magnetostrictive torque sensor according to claim 2, in addition to the features described in claim 1, the magnetic anisotropic part has a first magnetic anisotropic part and a second magnetic anisotropic part, When a torque is applied to the torque transmitting shaft of the magnetic anisotropic portion, the first magnetic anisotropic portion, or one of the second magnetic anisotropic portions receives a tensile stress, 4. The magnetostrictive torque sensor according to claim 3, wherein the other is arranged to receive a compressive stress, in addition to the features according to claim 1 or 2, wherein a material of the torque transmission shaft is provided. Is characterized by using a non-magnetic material. Claim 4
The magnetostrictive torque sensor according to the present invention is characterized in that, in addition to the features according to any one of the first to third aspects, permalloy is used as a magnetostrictive material of the magnetic anisotropic portion. The magnetostrictive torque sensor according to claim 5 has, in addition to the features described in any one of claims 1 to 4, a yoke surrounding the detection coil, wherein the yoke is formed using ferrite. The magnetostrictive torque sensor according to claim 6 is characterized in that, in addition to the features according to any one of claims 1 to 5,
An excitation coil that is excited by an excitation signal to generate a magnetic field, so that the current value of the excitation signal supplied to the excitation coil is kept constant even if the resistance value of the excitation coil changes. It is controlled. A magnetostrictive torque sensor according to a seventh aspect is characterized in that, in addition to the features described in the sixth aspect, the yoke surrounds the detection coil and the excitation coil.
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】[1] 第1実施形態 [1・1] 第1実施形態の構成 図1は本発明の第1実施形態に係る磁歪式トルクセンサ
の基本構成を示すブロック図である。図1において、こ
の磁歪式トルクセンサは、センサ部1、励磁信号発生部
2及び検出信号演算部3より構成されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [1] First Embodiment [1.1] Configuration of First Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a magnetostrictive torque sensor according to a first embodiment of the present invention. . In FIG. 1, the magnetostrictive torque sensor includes a sensor unit 1, an excitation signal generation unit 2, and a detection signal calculation unit 3.
【0007】図2はセンサ部1の基本構成を示す断面図
である。図2において16は円筒形状をしたセンサ部1
のセンサケース本体である。また、センサ部1は、この
センサケース本体16の長さ方向(紙面水平方向)の中
心軸4aと同一の中心軸を有し、センサケース本体16
を貫通するようなトルク伝達軸14を有する。このトル
ク伝達軸14に用いる材料としては、非磁性であって且
つ耐摩耗性を有し、引張強度、疲労強度の大きな材料が
適している。このトルク伝達軸14の材料としては、例
えば、SUS301、304等のオーステナイト系ステ
ンレス鋼、チタニウム合金、ジュラルミン等が挙げられ
る。FIG. 2 is a sectional view showing the basic configuration of the sensor section 1. In FIG. 2, reference numeral 16 denotes a cylindrical sensor unit 1.
Of the sensor case. The sensor section 1 has the same central axis as the central axis 4a in the length direction (horizontal direction on the paper) of the sensor case main body 16, and the sensor case main body 16 has
And a torque transmission shaft 14 that penetrates through. As a material used for the torque transmission shaft 14, a material that is nonmagnetic, has wear resistance, and has high tensile strength and fatigue strength is suitable. Examples of the material of the torque transmission shaft 14 include austenitic stainless steel such as SUS301 and 304, a titanium alloy, and duralumin.
【0008】センサケース本体16に囲まれた、トルク
伝達軸14の外周面部分には、中心軸4bに対して左右
対象に、磁歪材料からなる磁気異方性部11a、11b
が設けられている。この場合において、磁気異方性部1
1a、11bの長手方向中心軸を含む平面4c、4c’
(以下磁気異方性部平面4c、4c’という)とトルク
伝達軸14の中心軸4aとは45゜の角度を有するよう
に設けられている。このとき、磁気異方性部平面4c、
4c’は互いに直交するようにして「ハの字型」(シェ
ブロン)を形成する。この磁気異方性部11a、11b
に用いる磁歪材料には例えば、パーマロイ(Fe−N
i)、センダスト(Fe−Al−Si)等があり、トル
ク伝達軸14上に湿式メッキ法、スパッタリング法、プ
ラズマ溶射法、イオンプレーティング法等の方法を用い
て薄膜として形成されている。On the outer peripheral surface of the torque transmitting shaft 14 surrounded by the sensor case main body 16, magnetic anisotropic portions 11a and 11b made of magnetostrictive material
Is provided. In this case, the magnetic anisotropic part 1
Planes 4c, 4c 'including the longitudinal central axes of 1a, 11b
(Hereinafter referred to as the magnetically anisotropic part planes 4c and 4c ') and the central axis 4a of the torque transmission shaft 14 are provided to have an angle of 45 °. At this time, the magnetic anisotropic portion plane 4c,
4c 'are orthogonal to each other to form a "C-shape" (chevron). These magnetic anisotropic parts 11a, 11b
For example, permalloy (Fe—N
i), sendust (Fe-Al-Si) and the like, and are formed as a thin film on the torque transmission shaft 14 by a method such as a wet plating method, a sputtering method, a plasma spraying method, or an ion plating method.
【0009】また、トルク伝達軸14は磁気異方性部1
1a、11bを挟むように設けられた、軸受15a、1
5bによって、回転が可能なようにセンサケース本体1
6に支持されている。この軸受15a、15bとしては
摩擦抵抗を少なくするために、例えば、ボールベアリン
グ等が用いられる。トルク伝達軸14は、この軸受15
a、15bによってセンサケース本体16に回転可能に
支持されているため、トルクを測定しようとする駆動装
置、負荷装置等(図示せず)の駆動力を受けたとき回転
運動を行うことが出来る。The torque transmission shaft 14 is provided on the magnetic anisotropic portion 1.
1a, 11b, bearings 15a, 1b
5b so that the sensor case body 1 can rotate.
6 is supported. As the bearings 15a and 15b, for example, ball bearings or the like are used to reduce frictional resistance. The torque transmission shaft 14 is provided with the bearing 15
Since it is rotatably supported by the sensor case main body 16 by a and 15b, when receiving a driving force of a driving device, a load device, or the like (not shown) for which torque is to be measured, a rotational motion can be performed.
【0010】センサケース本体16の内部には、磁気異
方性部11a、11bが形成されたトルク伝達軸14の
外周面上に、それぞれに対応して二つの励磁用コイル1
2a、12bが巻装されている。この二つの励磁用コイ
ル12a、12bの外周面上には、更に、それぞれに対
応して二つの検出用コイル12c、12dが巻装されて
いる。ここで、励磁用コイル12aと検出用コイル12
cは磁気異方性部11aに対応しており、励磁用コイル
12bと検出用コイル12dは磁気異方性部11bに対
応している。In the sensor case main body 16, two exciting coils 1 are provided on the outer peripheral surface of the torque transmitting shaft 14 in which the magnetically anisotropic portions 11a and 11b are formed.
2a and 12b are wound. Two detection coils 12c and 12d are further wound on the outer peripheral surfaces of the two excitation coils 12a and 12b, respectively. Here, the exciting coil 12a and the detecting coil 12
c corresponds to the magnetic anisotropic part 11a, and the exciting coil 12b and the detecting coil 12d correspond to the magnetic anisotropic part 11b.
【0011】また、センサケース本体16内部には、励
磁用コイル12a、12b及び検出用コイル12c、1
2dを囲むようにして、強磁性体で形成されたヨーク1
3が磁界を整えるために設けられている。このヨーク1
3に用いる材料としては、例えば、フェライト(MIIO
・Fe2O3;ここで、MII=Mn、Fe、Co、Ni、
Cu、Zn、Mg、Cdである)等が挙げられる。Further, inside the sensor case main body 16, excitation coils 12a and 12b and detection coils 12c and 1c are provided.
Yoke 1 made of a ferromagnetic material so as to surround 2d
3 is provided for adjusting the magnetic field. This yoke 1
For example, ferrite (MIIO)
Fe 2 O 3 ; where MII = Mn, Fe, Co, Ni,
Cu, Zn, Mg, and Cd).
【0012】図3は、この磁歪式トルクセンサの機能構
成を示すブロック図である。図3において励磁用コイル
12a、12bは直列に接続されており、更に、励磁信
号発生部2内に設けられた発振回路21a、21b、2
1cと接続されている。発振回路21a、21b、21
cは、それぞれ周波数f1、f2、f3(ただしf1<f2
<f3とする。)[Hz]の交流信号を励磁用コイル1
2a、12bに供給する交流信号発生源である。また、
この発振回路21a、21b、21cはトルク値の測定
時にトルク伝達軸14上に発生した温度勾配によって、
励磁用コイルの抵抗値が変化しても、励磁信号の電流値
を変化させないように制御されている。このように、電
流値を一定とすることで発生磁束も一定となる。ここで
周波数f1、f2、f3は、それぞれ磁気双極子の反転が
磁界ベクトルの反転に対し十分に追従できる条件に適合
する周波数である。FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the magnetostrictive torque sensor. In FIG. 3, the exciting coils 12a and 12b are connected in series, and furthermore, oscillating circuits 21a, 21b, and 2 provided in the exciting signal generator 2.
1c. Oscillation circuits 21a, 21b, 21
c is the frequency f 1 , f 2 , f 3 (where f 1 <f 2
<And f 3. ) [Hz] AC signal for exciting coil 1
It is an AC signal generation source supplied to 2a and 12b. Also,
The oscillating circuits 21a, 21b, and 21c are provided by the temperature gradient generated on the torque transmission shaft 14 when measuring the torque value.
Even if the resistance value of the exciting coil changes, control is performed so that the current value of the exciting signal does not change. In this way, by keeping the current value constant, the generated magnetic flux also becomes constant. Here, the frequencies f 1 , f 2 , and f 3 are frequencies that meet the condition that the reversal of the magnetic dipole can sufficiently follow the reversal of the magnetic field vector.
【0013】一方、検出用コイル12cは、周波数f1
近傍の周波数の信号を通過させるバンドパスフィルタ2
2a、周波数f2近傍の周波数の信号を通過させるバン
ドパスフィルタ22b、周波数f3近傍の周波数の信号
を通過させるバンドパスフィルタ22c、の入力端子側
と接続されている。また、検出用コイル12dは周波数
f1近傍の周波数の信号を通過させるバンドパスフィル
タ22d、周波数f2近傍の周波数の信号を通過させる
バンドパスフィルタ22e、周波数f3近傍の周波数の
信号を通過させるバンドパスフィルタ22f、の入力端
子側と接続されている。これらバンドパスフィルタ22
a、22b、22c、22d、22e、22fによっ
て、検出用コイル12c、12dより出力された検出信
号を、それぞれの周波数f1、f2、f3の成分に分離す
ることが可能となる。On the other hand, the detection coil 12c has a frequency f 1
Bandpass filter 2 that passes signals of nearby frequencies
2a, and is connected band-pass filter 22b which passes the frequency of the signal of the frequency f 2 near the band-pass filter 22c which passes the frequency of the signal of the frequency f 3 near the input terminal side of the. The detection coil 12d is passing a band-pass filter 22d for passing the frequency of the signal of the frequency f 1 near the band-pass filter 22e for passing the frequency of the signal of the frequency f 2 near the frequency of the signal of the frequency f 3 near It is connected to the input terminal side of the band pass filter 22f. These bandpass filters 22
a, 22b, 22c, 22d, 22e, by 22f, the detection coils 12c, a detection signal outputted from 12d, it is possible to separate the respective components of the frequency f 1, f 2, f 3 .
【0014】このバンドパスフィルタ22a、22b、
22c、22d、22e、22fの出力端子側は、周波
数f1、f2、f3の成分に分離された検出信号を全波整
流或いは、半波整流を行う機能を有する整流回路23
a、23b、23c、23d、23e、23fの入力端
子側とそれぞれ接続されている。The band pass filters 22a, 22b,
A rectifier circuit 23 having a function of performing full-wave rectification or half-wave rectification on a detection signal separated into components of frequencies f 1 , f 2 , and f 3 is provided on an output terminal side of 22c, 22d, 22e, and 22f.
a, 23b, 23c, 23d, 23e, and 23f, respectively.
【0015】また、この整流回路23a、23b、23
c、23d、23e、23fの出力端子側は、ローパス
フィルタ24a、24b、24c、24d、24e、2
4fの入力端子とそれぞれ接続されている。これらのロ
ーパスフィルタ24a、24b、24c、24d、24
e、24fは、整流回路23a、23b、23c、23
d、23e、23fから出力される検出信号の直流成分
を透過させ、更に検出信号のノイズをカットする装置で
ある。The rectifier circuits 23a, 23b, 23
Output terminal sides of c, 23d, 23e, and 23f are low-pass filters 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 2
4f is connected to each input terminal. These low-pass filters 24a, 24b, 24c, 24d, 24
e, 24f are rectifier circuits 23a, 23b, 23c, 23
This is a device that transmits a DC component of a detection signal output from d, 23e, and 23f and further cuts noise of the detection signal.
【0016】このローパスフィルタ24a、24b、2
4c、24d、24e、24fの出力端子側は、増幅率
調整回路25a、25b、25c、25d、25e、2
5fの入力端子側とそれぞれ接続されている。この増幅
率調整回路25a、25b、25c、25d、25e、
25fは、トルク伝達軸14の温度が基準温度T0で均
一であるときに、トルク伝達軸14上に歪が生じていな
いという状況下で、ローパスフィルタ24a、24b、
24c、24d、24e、24fから出力される検出信
号の電圧をそれぞれV0に増幅するように初期設定がな
されていると仮定する。この基準温度は、室温近傍(例
えば25℃)に設定することが望ましい。The low-pass filters 24a, 24b, 2
Output terminal sides of 4c, 24d, 24e, and 24f are amplification factor adjustment circuits 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, and 2e.
5f is connected to the input terminal side. The amplification factor adjusting circuits 25a, 25b, 25c, 25d, 25e,
25f, when the temperature of the torque transmission shaft 14 is uniform at a reference temperature T 0, in the context of the strain on the torque transmission shaft 14 does not occur, a low pass filter 24a, 24b,
Assume 24c, 24d, 24e, an initial setting is made so as to amplify the voltage of the detection signal output from 24f to V 0, respectively. This reference temperature is desirably set near room temperature (for example, 25 ° C.).
【0017】また、増幅率調整回路25a、25b、2
5cの出力端子側は、加算演算回路26aの入力端子側
と接続されている。また、増幅率調整回路25d、25
e、25fの出力端子側は、加算演算回路26aの入力
端子側と接続されている。一方、加算演算回路26aの
他の入力端子にはオフセット電圧発生回路27aが接続
され、加算演算回路26bの他の入力端子にはオフセッ
ト電圧発生回路27bが接続されている。このオフセッ
ト電圧発生回路27a、27bは、増幅率調整回路25
a、25b、25c、25d、25e、25fからの信
号に対して、誤差を制御すべく、オフセット電圧を加え
るための装置である。The amplification factor adjusting circuits 25a, 25b, 2
The output terminal side of 5c is connected to the input terminal side of the addition operation circuit 26a. Further, the amplification factor adjusting circuits 25d and 25d
Output terminals e and 25f are connected to an input terminal side of the addition operation circuit 26a. On the other hand, an offset voltage generation circuit 27a is connected to another input terminal of the addition operation circuit 26a, and an offset voltage generation circuit 27b is connected to another input terminal of the addition operation circuit 26b. The offset voltage generation circuits 27a and 27b
This is an apparatus for applying an offset voltage to signals from a, 25b, 25c, 25d, 25e, and 25f to control an error.
【0018】この加算演算回路26a、26bの出力端
子及びローパスフィルタ24b、24eの出力端子は、
CPU28の入力端子に接続されている。このCPU2
8は各種演算が可能なものであり、加算演算回路26
a、26b及びローパスフィルタ24b、24eでの出
力結果に応じて演算を行う装置である。The output terminals of the addition operation circuits 26a and 26b and the output terminals of the low-pass filters 24b and 24e are
It is connected to the input terminal of CPU28. This CPU2
Numeral 8 denotes a circuit capable of performing various operations.
a, 26b and a device that performs calculations in accordance with the output results from the low-pass filters 24b, 24e.
【0019】[1・2] 第1実施形態の動作 まず、図2において、トルク伝達軸14にはトルクを計
測しようとする駆動装置、負荷装置等が接続される。こ
の接続された駆動装置、負荷装置等からトルクが印加さ
れていない場合、トルク伝達軸14上に設けられた一対
の磁気異方性部11a、11bには歪が生じない。これ
に対し、接続された駆動装置、負荷装置からトルク伝達
軸14に対してトルクが印加されると、一対の磁気異方
性部11a、11bには45゜方向に引張及び圧縮の応
力が加わる。これは前述したように、磁気異方性部平面
4c、4c’がトルク伝達軸14の中心軸4aと45゜
の角度を有するように「ハの字型」に配置され、且つ、
互いに直交しているためである(図2参照)。[1.2] Operation of First Embodiment First, in FIG. 2, a drive device, a load device, and the like whose torque is to be measured are connected to the torque transmission shaft 14. When no torque is applied from the connected driving device, load device, or the like, no distortion occurs in the pair of magnetically anisotropic portions 11a and 11b provided on the torque transmission shaft 14. On the other hand, when a torque is applied to the torque transmission shaft 14 from the connected drive device or load device, tensile and compressive stresses are applied to the pair of magnetic anisotropic portions 11a and 11b in the 45 ° direction. . As described above, the magnetic anisotropy planes 4c and 4c ′ are arranged in a “C” shape such that the planes 4c and 4c ′ have an angle of 45 ° with the central axis 4a of the torque transmission shaft 14, and
This is because they are orthogonal to each other (see FIG. 2).
【0020】次に、図3において、発振回路21a、2
1b、21cは、周波数f1、f2、f3の合成した励磁
信号を二つの励磁用コイル12a、12bに供給する。
そして、二つの励磁用コイル12a、12bの励磁を行
ったとき、二つの検出用コイル12c、12dではイン
ダクタンスに比例した検出信号が交流の信号として誘起
される。この検出信号は周波数f1、f2、f3の合成信
号である。この状態で、トルク伝達軸14に対しトルク
が印加されることによって、磁気異方性部11a、11
bを形成する磁歪材に透磁率の変化が生じると、検出用
コイル12c、12dでの検出信号に変化が生じる。Next, referring to FIG.
1b, 21c, the frequency f 1, f 2, f 3 of the synthesized two exciting coils 12a excitation signal, supplied to 12b.
When the two excitation coils 12a and 12b are excited, a detection signal proportional to the inductance is induced as an AC signal in the two detection coils 12c and 12d. This detection signal is a composite signal of the frequencies f 1 , f 2 and f 3 . In this state, the torque is applied to the torque transmission shaft 14 so that the magnetically anisotropic portions 11a, 11a
When the magnetic permeability of the magnetostrictive material forming b changes, the detection signals of the detection coils 12c and 12d change.
【0021】検出用コイル12cで検出された検出信号
は、バンドパスフィルタ22a、22b、22cによ
り、それぞれの周波数f1、f2、f3成分に分離され
る。各周波数f1、f2、f3毎に分離された検出信号
は、整流回路23a、23b、23cによって全波整
流、或いは、半波整流され、ローパスフィルタ24a、
24b、24cによって直流の信号(以下直流検出信号
という)へと変換される。この各周波数f1、f2、f3
毎の直流検出信号は、それぞれ増幅率調整回路25a、
25b、25cで増幅率を調整された後、加算回路26
aに入力される。また、加算回路26aに接続されたオ
フセット電圧発生回路27aからは、誤差を制御するた
めにオフセット電圧が供給される。この増幅率の調整及
びオフセット電圧については、後に詳細を説明する。The detection signal detected by the detection coil 12c is separated into the respective frequencies f 1 , f 2 and f 3 by band-pass filters 22a, 22b and 22c. The detection signals separated for each of the frequencies f 1 , f 2 , and f 3 are subjected to full-wave rectification or half-wave rectification by rectification circuits 23a, 23b, and 23c.
The signals are converted into DC signals (hereinafter referred to as DC detection signals) by 24b and 24c. These frequencies f 1 , f 2 , f 3
The DC detection signal for each of the gain adjustment circuits 25a,
After the amplification factors are adjusted in 25b and 25c, the addition circuit 26
is input to a. Further, an offset voltage is supplied from an offset voltage generation circuit 27a connected to the addition circuit 26a to control an error. The adjustment of the amplification factor and the offset voltage will be described later in detail.
【0022】同様に、検出用コイル12dで検出され
た、合成交流信号もバンドパスフィルタ22d、22
e、22fで検波され、整流回路23d、23e、23
f、ローパスフィルタ24d、24e、24fを介して
直流信号へと変換される。その後、増幅率調整回路25
d、25e、25fによって増幅され、加算回路26b
に入力される。また、加算回路26bに接続されたオフ
セット電圧発生回路27bからは、誤差の発生を制御す
るためにオフセット電圧が供給される。Similarly, the combined AC signal detected by the detection coil 12d is also transmitted to the bandpass filters 22d and 22d.
e, 22f, and detected by the rectifier circuits 23d, 23e, 23
f, and is converted into a DC signal via low-pass filters 24d, 24e, 24f. Thereafter, the amplification factor adjusting circuit 25
d, 25e, and 25f, and are amplified by an addition circuit 26b.
Is input to Further, an offset voltage is supplied from an offset voltage generation circuit 27b connected to the addition circuit 26b in order to control occurrence of an error.
【0023】この加算回路26a、26bでは各周波数
f1、f2、f3毎の直流検出信号の電圧値及びオフセッ
ト電圧の加算が行われるが、これについては後に詳細を
説明する。The addition circuits 26a and 26b add the voltage value of the DC detection signal and the offset voltage for each of the frequencies f 1 , f 2 and f 3 , which will be described in detail later.
【0024】加算回路26a、26bで加算された信号
とローパスフィルタ24b、24eからの周波数f2の
直流検出信号は、CPU28によって各種演算が行わ
れ、トルク信号29として出力される。このCPU28
での各種処理についても後に詳細を説明する。The CPU 28 performs various calculations on the signals added by the adders 26a and 26b and the DC detection signal of the frequency f 2 from the low-pass filters 24b and 24e, and outputs the signals as a torque signal 29. This CPU 28
The details of the various processes will be described later.
【0025】[1.3] 加算回路26a、26b及びC
PU28で行われる演算 励磁用コイル12aに周波数f1、f2、f3の励磁信号
が加えられた状態で、トルク伝達軸14にトルクτが印
加されたとき、検出用コイル12cで検出される検出信
号がバンドパスフィルタ22a、22b、22cにより
周波数f1、f2、f3の成分に分離されたときを考え
る。このとき周波数f1についての直流検出信号の電圧
をVA1とすると、このVA1は以下の式で表される。 VA1=V0+aA1・(TA−T0)+bA1・τ+cA1・τ・(TA−T0) ………(1) ここで、aA1・(TA−T0)はトルクが印加されていない
状態で磁気異方性部11aの温度がT0からTAとなった
ときの直流検出信号の電圧変化分、bA1・τは基準温度
T0でトルクτが印加されたときの直流検出信号の電圧
変化分、cA1・τ・(TA−T0)は磁気異方性部11aの
温度がT0からTAに変化したときにトルクτが印加され
た時の直流検出信号の電圧変化分である。言い換えれ
ば、bA1はセンサ感度であり、cA1はセンサ感度の温度
依存性である。同様にして周波数f 2、f3の直流検出信
号の電圧をVA2、VA3とすると、VA2及びVA3は次式で
表される。 VA2=V0+aA2・(TA−T0)+bA2・τ+cA2・τ・(TA−T0) ………(2) VA3=V0+aA3・(TA−T0)+bA3・τ+cA3・τ・(TA−T0) ………(3) このとき、aAi、bAi、cAi(i=1〜3)の値は事前
測定で求めておくことが出来き、更に、これらの値は、
構成材料の電気特性、透磁率、逆磁歪特性等が周波数依
存性を有するための各周波数に固有の値となると考えら
れる。ここで、式(1)〜(3)を以下の計算手順の通
りに計算すると、式(4)〜(8)が得られる。 (式(1)・cA2)−(式(2)・cA1)によってτ
・(TA−T0)の項を削除して式(a1)とする。 (式(2)・cA3)−(式(3)・cA2)によってτ
・(TA−T0)の項を削除して式(a2)とする。 (式(a1)・(bA2・cA3−cA2・bA3))−(式
(a2)・(bA1・cA2−cA1 ・bA2)でτAの項を削
除して TA=WA・VA1+XA・VA2+YA・VA3+ZA ………(4) ただし、WA、XA、YA、ZAは以下の式で表される。 WA=cA2・(bA2・cA3−cA2・bA3) /{(bA2・cA3−cA2・bA3)(aA1・cA2−cA1・aA2) −(bA1・cA2−cA1・bA2)(aA2・cA3−cA2・aA3)} ………(5) XA=−{cA1・(bA2・cA3−cA2・bA3) +cA3・(bA1・cA2−cA1・bA2)} /{(bA2・cA3−cA2・bA3)(aA1・cA2−cA1・aA2) −(bA1・cA2−cA1・bA2)(aA2・cA3−cA2・aA3)} ………(6) YA=cA2・(bA1・cA2−cA1・bA2) /{(bA2・cA3−cA2・bA3)(aA1・cA2−cA1・aA2) −(bA1・cA2−cA1・bA2)(aA2・cA3−cA2・aA3)} ………(7) ZA={(cA1−cA2)(bA2・cA3−cA2・bA3) −(cA2−cA3)(bA1・cA2−cA1・bA2)}・V0 /{(bA2・cA3−cA2・bA3)(aA1・cA2−cA1・aA2) −(bA1・cA2−cA1・bA2)(aA2・cA3−cA2・aA3)} ………(8)[1.3] Adder circuits 26a, 26b and C
Calculation Performed by PU28 The frequency f is applied to the exciting coil 12a.1, FTwo, FThreeExcitation signal
Is applied, torque τ is marked on the torque transmission shaft 14.
Detection signal detected by the detection coil 12c
Signal by the band pass filters 22a, 22b, 22c
Frequency f1, FTwo, FThreeThink when separated into components
You. At this time, the frequency f1About the DC detection signal voltage
To VA1Then, this VA1Is represented by the following equation. VA1= V0+ AA1・ (TA-T0) + BA1・ Τ + cA1・ Τ ・ (TA-T0) …… (1) where aA1・ (TA-T0) Indicates that no torque is applied
In the state, the temperature of the magnetic anisotropic portion 11a is T0To TABecame
Voltage change of the DC detection signal at the time, bA1・ Τ is the reference temperature
T0DC detection signal voltage when torque τ is applied at
Change, cA1・ Τ ・ (TA-T0) Indicates the magnetic anisotropic portion 11a.
Temperature is T0To TAWhen the torque changes to
Is the voltage change of the DC detection signal at the time of occurrence. Paraphrase
If bA1Is the sensor sensitivity, cA1Is the temperature of the sensor sensitivity
Dependency. Similarly, the frequency f Two, FThreeDC detection signal
Signal voltage to VA2, VA3Then VA2And VA3Is
expressed. VA2= V0+ AA2・ (TA-T0) + BA2・ Τ + cA2・ Τ ・ (TA-T0) ……… (2) VA3= V0+ AA3・ (TA-T0) + BA3・ Τ + cA3・ Τ ・ (TA-T0) …… (3) At this time, aAi, BAi, CAiThe value of (i = 1 to 3) is prior
Can be determined by measurement, and furthermore, these values
The electrical properties, permeability, inverse magnetostriction, etc. of the constituent materials depend on the frequency.
Values that are unique to each frequency in order to have
It is. Here, equations (1) to (3) are converted through the following calculation procedure.
Equations (4) to (8) are obtained. (Equation (1) · cA2) − (Equation (2) · cA1) By τ
・ (TA-T0) Is deleted to obtain equation (a1). (Equation (2) · cA3) − (Equation (3) · cA2) By τ
・ (TA-T0) Is deleted to obtain equation (a2). (Equation (a1) · (bA2・ CA3-CA2・ BA3))-(Expression
(A2) ・ (bA1・ CA2-CA1・ BA2) At τASection
Divided by TA= WA・ VA1+ XA・ VA2+ YA・ VA3+ ZA ……… (4) where WA, XA, YA, ZAIs represented by the following equation. WA= CA2・ (BA2・ CA3-CA2・ BA3) / {(BA2・ CA3-CA2・ BA3) (AA1・ CA2-CA1・ AA2)-(BA1・ CA2-CA1・ BA2) (AA2・ CA3-CA2・ AA3)} ……… (5) XA= − {CA1・ (BA2・ CA3-CA2・ BA3) + CA3・ (BA1・ CA2-CA1・ BA2)} / {(BA2・ CA3-CA2・ BA3) (AA1・ CA2-CA1・ AA2)-(BA1・ CA2-CA1・ BA2) (AA2・ CA3-CA2・ AA3)} ............ (6) YA= CA2・ (BA1・ CA2-CA1・ BA2) / {(BA2・ CA3-CA2・ BA3) (AA1・ CA2-CA1・ AA2)-(BA1・ CA2-CA1・ BA2) (AA2・ CA3-CA2・ AA3)} ……… (7) ZA= {(CA1-CA2) (BA2・ CA3-CA2・ BA3)-(CA2-CA3) (BA1・ CA2-CA1・ BA2)} ・ V0 / {(BA2・ CA3-CA2・ BA3) (AA1・ CA2-CA1・ AA2)-(BA1・ CA2-CA1・ BA2) (AA2・ CA3-CA2・ AA3)} ……… (8)
【0026】一方、もう一方の検出コイル12bの直流
検出信号は、磁気異方性部11aと11bが互いに直交
しているため、応力の値が正負逆転することとなる。こ
のため周波数fiについての直流検出信号の電圧をVBi
は、磁気異方性部11bでの温度をTBとすると、次式
で表される。 VBi=V0+aBi・(TB−T0)−bBi・τ−cBi・τ・(TB−T0) ………(9) ただし、aBi、bBi、cBi(i=1〜3)の値は事前測
定で求めておくことが出来る。従って、式(9)から温
度TAと同様に温度TBを求めることが出来る。 TB=WB・VB1+XB・VB2+YB・VB3+ZB ………(10) また、WB、XB、YB、ZBは以下の式で表される。 WB=cB2・(bB2・cB3−cB2・bB3) /{(bB2・cB3−cB2・bB3)(aB1・cB2−cB1・aB2) −(bB1・cB2−cB1・bB2)(aB2・cB3−cB2・aB3)} ………(11) XB=−{cB1・(bB2・cB3−cB2・bB3) +cB3・(bB1・cB2−cB1・bB2)} /{(bB2・cB3−cB2・bB3)(aB1・cB2−cB1・aB2) −(bB1・cB2−cB1・bB2)(aB2・cB3−cB2・aB3)} ………(12) YB=cB2・(bB1・cB2−cB1・bB2) /{(bB2・cB3−cB2・bB3)(aB1・cB2−cB1・aB2) −(bB1・cB2−cB1・bB2)(aB2・cB3−cB2・aB3)} ………(13) ZB={(cB1−cB2)(bB2・cB3−cB2・bB3) −(cB2−cB3)(bB1・cB2−cB1・bB2)}・V0 /{(bB2・cB3−cB2・bB3)(aB1・cB2−cB1・aB2) −(bB1・cB2−cB1・bB2)(aB2・cB3−cB2・aB3)} ………(14)On the other hand, in the DC detection signal of the other detection coil 12b, since the magnetically anisotropic parts 11a and 11b are orthogonal to each other, the stress values are reversed. The voltage of the DC detection signal for this for frequency f i V Bi
Is expressed by the following equation, where T B is the temperature at the magnetically anisotropic part 11b. V Bi = V 0 + a Bi · (T B −T 0 ) −b Bi · τ−c Bi · τ · (T B −T 0 ) (9) However, the values of a Bi , b Bi , and c Bi (i = 1 to 3) can be obtained by preliminary measurement. Therefore, it is possible to determine the temperature T A as well as the temperature T B from equation (9). T B = W B · V B1 + X B · V B2 + Y B · V B3 + Z B ......... (10) Further, W B, X B, Y B, Z B is expressed by the following equation. W B = c B2 · (b B2 · c B3 -c B2 · b B3) / {(b B2 · c B3 -c B2 · b B3) (a B1 · c B2 -c B1 · a B2) - (b B1 · c B2 −c B1 · b B2 ) (a B2 · c B3 −c B2 · a B3 )} (11) X B = − {c B1 · (b B2 · c B3 −c B2 · b B3) + c B3 · (b B1 · c B2 -c B1 · b B2)} / {(b B2 · c B3 -c B2 · b B3) (a B1 · c B2 -c B1 · a B2) - (b B1 · c B2 −c B1 · b B2 ) (a B2 · c B3 −c B2 · a B3 )} (12) Y B = c B2 · (b B1 · c B2 −c B1 · b B2 ) / {(B B2 · c B3 -c B2 · b B3 ) (a B1 · c B2 -c B1 · a B2 )-(b B1 · c B2 -c B1 · b B2 ) (a B2 · c B3 -c B2 · a B3)} ......... ( 13) Z B = {(c B1 -c B2) (b B2 · c B3 -c B2 · b B3) - (c B2 -c B3) (b B1 · c B2 -c B1 · b B2)} · V 0 {(B B2 · c B3 -c B2 · b B3) (a B1 · c B2 -c B1 · a B2) - (b B1 · c B2 -c B1 · b B2) (a B2 · c B3 -c B2・ A B3 )} ……… (14)
【0027】つまり、加算回路26a、26bにおいて
は、式(4)、(10)に従って、温度TA、TBが求め
られることとなる。ただし、先に増幅率調整回路25
a、25b、25c、25d、25e、25fを基準温
度でトルクの印加されていない状態でV0となるように
調整すると仮定したが、実際には基準温度でトルクの印
加されていない状態でV0・WA、V0・XA、V0・YA、
V0・WB、V0・XB、V 0・YBの出力となるように調整
する必要がある。このため、増幅率調整回路25a、2
5b、25c、25d、25e、25fでの出力は式
(4)、(10)のWA・VA1、XA・VA2、YA・
VA3、WB・VB1、XB・VB2、YB・VB3の項として加
算回路26a、26bへ入力されることとなる。また、
式(4)(10)のZA、ZBの電圧値をオフセット電圧
発生回路27a、27bで発生させなければならない。That is, in the adding circuits 26a and 26b,
Is the temperature T according to equations (4) and (10).A, TBAsked
Will be done. However, the gain adjustment circuit 25
a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f are reference temperatures
V with no torque applied in degrees0So that
Adjustment was assumed, but the torque was actually marked at the reference temperature.
V when not added0・ WA, V0・ XA, V0・ YA,
V0・ WB, V0・ XB, V 0・ YBAdjusted to output
There is a need to. For this reason, the amplification factor adjusting circuits 25a,
The output at 5b, 25c, 25d, 25e, 25f is given by the formula
(4), W of (10)A・ VA1, XA・ VA2, YA・
VA3, WB・ VB1, XB・ VB2, YB・ VB3As a term
This is input to the arithmetic circuits 26a and 26b. Also,
Z in equations (4) and (10)A, ZBOffset voltage
It must be generated by the generation circuits 27a and 27b.
【0028】これまでに求めた温度TA及びTBと、任意
の周波数の差からトルクτを求めることが出来る。例え
ば、周波数f2を用いた場合、式(2)と式(9)の差
をとってトルクτについて解くと次式が得られる。 τ={VA2+VB2+aA2・TA+aB2・TB2+T0(aA2−aB2)} /{cA2・(TA−T0)+cB2・(TB−T0)+(bA2+bB2)} ………(15) つまり、CPU28では式(15)に従って、トルクτ
が求められることとなる。ここでVA2及びVB2はCPU
28の入力端子側に接続された、ローパスフィルタ24
b、24eの出力端子側の出力結果に基づいている。C
PU28で演算される式(15)は、トルク伝達軸14
上に発生した温度勾配についての誤差が補償されてい
る。このため、CPU28からのトルク信号29は、温
度補償を成された値として得られることとなる。The torque τ can be obtained from the difference between the temperatures T A and T B obtained so far and an arbitrary frequency. For example, when the frequency f 2 is used, the following equation is obtained by solving the torque τ by taking the difference between the equations (2) and (9). τ = {V A2 + V B2 + a A2 · T A + a B2 · T B2 + T 0 (a A2 −a B2 )} / {c A2 · (T A -T 0 ) + c B2 · (T B -T 0 ) + (B A2 + b B2 )} (15) That is, the CPU 28 calculates the torque τ according to the equation (15).
Is required. Here, V A2 and V B2 are CPU
Low-pass filter 24 connected to the input terminal side
b, 24e on the output terminal side. C
The expression (15) calculated by the PU 28 is as follows.
The error for the temperature gradient generated above is compensated. Therefore, the torque signal 29 from the CPU 28 is obtained as a value that has been subjected to temperature compensation.
【0029】なお、本実施形態においては、図3に示し
たようにCPU28を用いたが、式(15)を算出でき
るようなアナログ回路の組合せによっても構わない。ま
た、本実施形態においては励磁周波数として3つの周波
数を用いているが、センサ感度の温度依存性を無視して
も良い場合は、励磁周波数を2つの周波数とし、cA1、
cA2、cB1、cB2を0として温度TA及びTBを求め、更
にトルクτについて解くことも可能となる。また、トル
ク値の測定結果の精度向上のため正確に材料の非線形性
等を考慮した場合、より高次の項が生じる可能性も有
る。より高次の項が必要となった場合には、その分励磁
周波数を増やし、式(4)→式(8)の算出方法と同じ
ように計算することによって、より精度の高い測定値を
得ることも可能となる。In the present embodiment, the CPU 28 is used as shown in FIG. 3, but a combination of analog circuits capable of calculating the equation (15) may be used. Further, in the present embodiment, three frequencies are used as the excitation frequencies. However, when the temperature dependence of the sensor sensitivity can be ignored, the excitation frequencies are set to the two frequencies and c A1 ,
It is also possible to obtain temperatures T A and T B by setting c A2 , c B1 , and c B2 to 0, and to solve for the torque τ. In addition, when the nonlinearity of the material is accurately considered in order to improve the accuracy of the measurement result of the torque value, a higher-order term may be generated. When a higher-order term becomes necessary, the excitation frequency is increased by that amount, and a higher accuracy measurement value is obtained by calculating in the same manner as the calculation method of Expression (4) → Expression (8). It is also possible.
【0030】このように、本実施形態に係る磁歪式トル
クセンサによれば磁歪式トルクセンサの小型化を図り、
同時に温度勾配による誤差を補償する磁歪式トルクセン
サを提供することが可能となる。As described above, according to the magnetostrictive torque sensor according to the present embodiment, the size of the magnetostrictive torque sensor can be reduced.
At the same time, it is possible to provide a magnetostrictive torque sensor that compensates for an error due to a temperature gradient.
【0031】[2] 第2実施形態 [2・1] 第2実施形態の構成 第2実施形態に係る磁歪式トルクセンサの基本構成を示
すブロック図は、図1と同様である。つまり、本実施形
態に示す磁歪式トルクセンサは、第1実施形態に示した
磁歪式トルクセンサと同様のセンサ部1及び励磁電流供
給装置2を有する。[2] Second Embodiment [2-1] Configuration of Second Embodiment A block diagram showing a basic configuration of a magnetostrictive torque sensor according to a second embodiment is the same as that of FIG. That is, the magnetostrictive torque sensor shown in the present embodiment has the same sensor unit 1 and exciting current supply device 2 as the magnetostrictive torque sensor shown in the first embodiment.
【0032】図4は第2実施形態に係る磁歪式トルクセ
ンサの機能構成を示すブロック図である。図4におい
て、バンドパスフィルタ22a、22b、22c、22
d、22e、22f、整流回路23a、23b、23
c、23d、23e、23f、ローパスフィルタ24
a、24b、24c、24d、24e、24f、増幅率
調整回路25a、25b、25c、25d、25e、2
5f、加算演算回路26a、26b,オフセット電圧発
生回路27a、27b,トルク信号29は第1実施形態
の図3に示したものと同様のものである。FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of the magnetostrictive torque sensor according to the second embodiment. In FIG. 4, the band pass filters 22a, 22b, 22c, 22
d, 22e, 22f, rectifier circuits 23a, 23b, 23
c, 23d, 23e, 23f, low-pass filter 24
a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f, amplification factor adjustment circuits 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 2
5f, addition operation circuits 26a and 26b, offset voltage generation circuits 27a and 27b, and torque signal 29 are the same as those shown in FIG. 3 of the first embodiment.
【0033】第2実施形態の構成で「第1実施形態」と
異なるのはCPU30の入力端子側にローパスフィルタ
24b、24eの出力端子側が接続されていない点及び
加算回路26a、26bで行われる加算結果及びCPU
30で行われる演算結果のみである。加算回路26a、
26bで行われる加算及びCPU30で行われる演算に
ついては後述する。The configuration of the second embodiment is different from that of the first embodiment in that the input terminals of the CPU 30 are not connected to the output terminals of the low-pass filters 24b and 24e, and the addition performed by the addition circuits 26a and 26b. Results and CPU
Only the result of the operation performed in 30 is shown. Adder 26a,
The addition performed in 26b and the calculation performed in CPU 30 will be described later.
【0034】[2・2]第2実施形態の動作 第2実施形態の動作で「第1実施形態の動作」と異なる
のは加算回路26a、26bで行われる加算及びCPU
30で行われる演算のみであるのでこれについて説明す
る。[2.2] Operation of the Second Embodiment The operation of the second embodiment differs from the "operation of the first embodiment" in that the addition performed by the adder circuits 26a and 26b and the CPU
Since only the calculation performed in step 30 is performed, this will be described.
【0035】励磁用コイル12aに周波数f1、f2、f
3、の励磁信号が加えられた状態で、トルク伝達軸14
にトルクτが印加されたとき、検出コイル12cで検出
される検出信号がバンドパスフィルタ22a、22b、
22cで周波数f1、f2、f 3、の成分に分離されたと
きを考える。このとき増幅率調整回路25a、25b、
25cからの直流検出信号の電圧をVA1、VA2、VA3と
する。このときVA1、VA2、VA3は式(1)〜(3)以
下の式で表される。ただし、第1実施形態と同様に、あ
る基準温度T0(例えば25℃)でトルクを印加しない
ときの出力をV0と仮定する。また、aAi、bAi、cAi
(i=1〜3)の値は事前測定で求めておくことが出来
る。The frequency f is applied to the exciting coil 12a.1, FTwo, F
Three, And the torque transmission shaft 14
Is detected by the detection coil 12c when torque τ is applied to
The detected signal to be detected is a bandpass filter 22a, 22b,
Frequency f at 22c1, FTwo, F Three, Separated into components
Think about it. At this time, the amplification factor adjusting circuits 25a, 25b,
The voltage of the DC detection signal fromA1, VA2, VA3When
I do. At this time, VA1, VA2, VA3Is the equation (1) to (3)
It is expressed by the following equation. However, similar to the first embodiment,
Reference temperature T0(Eg 25 ° C) and no torque applied
When the output is V0Assume that Also, aAi, BAi, CAi
The value of (i = 1 to 3) can be obtained by preliminary measurement.
You.
【0036】ここで、式(1)〜(3)を以下の手順で
解くと次式となる。 (式(1)・cA2)−(式(2)・cA1)によってτ
A・(TA−T0)の項を削除して式(a3)とする。 (式(2)・cA3)−(式(3)・cA2)によってτ
A・(TA−T0)の項を削除して式(a4)とする。 (式(a3)・(aA2・cA3−cA2・aA3))−(式
(a4)・(aA1・cA2−aA2・cA1)でTA−T0の項
を削除する。 τ=AA・VA1+BA・VA2+CA・VA3+DA ………(16) ただし、AA、BA、CAは以下の式で表される。 AA=cA2・(aA2・cA3−cA2・aA3) /{(aA2・cA3−cA2・aA3)(bA1・cA2−cA1・bA2) −(aA1・cA2−cA1・aA2)(bA2・cA3−cA2・bA3)} ………(17) BA=−{cA1・(aA2・cA3−cA2・aA3) +cA3・(aA1・cA2−cA1・aA2)} /{(aA2・cA3−cA2・aA3)(bA1・cA2−cA1・bA2) −(aA1・cA2−cA1・aA2)(bA2・cA3−cA2・bA3)} ………(18) CA=cA2・(aA1・cA2−cA1・aA2) /{(aA2・cA3−cA2・aA3)(bA1・cA2−cA1・bA2) −(aA1・cA2−cA1・aA2)(bA2・cA3−cA2・bA3)} ………(19) DA={(cA1−cA2)(aA2・cA3−cA2・aA3) −(cA2−cA3)(aA1・cA2−cA1・aA2)}・V0 /{(aA2・cA3−cA2・aA3)(bA1・cA2−cA1・bA2) −(aA1・cA2−cA1・aA2)(bA2・cA3−cA2・bA3)} ………(20)Here, when the equations (1) to (3) are solved by the following procedure, the following equations are obtained. (Equation (1) · c A2 ) − (Equation (2) · c A1 )
The term of A · (T A −T 0 ) is deleted to obtain equation (a3). (Equation (2) · c A3 ) − (Equation (3) · c A2 )
To remove the section of the A · (T A -T 0) and formula (a4). (Eq. ( A3 ) · (a A2 · c A3 −c A2 · a A3 )) − (Eq. ( A4 ) · (a A1 · c A2 −a A2 · c A1 ), delete the term T A −T 0. Τ = A A · V A1 + B A · V A2 + C A · V A3 + D A ... (16) where A A , B A , and C A are represented by the following equations. A A = c A2 · (a A2 · c A3 −c A2 · a A3 ) / {(a A2 · c A3 −c A2 · a A3 ) (b A1 · c A2 −c A1 · b A2 ) − (a A1 · c A2 −c A1 · a A2 ) (b A2 · c A3 −c A2 · b A3 )} ……… (17) B A = − {c A1 · (a A2 · c A3 −c A2 · a A3 ) + c A33 (a A11c A2 -c A1aa A2 ) /} (a A2・ c A3 -c A2・ a A3 ) (b A1・ c A2 -c A1bb A2 )-(a A1 · c A2 -c A1 · a A2) (b A2 · c A3 -c A2 · b A3)} ......... (18) C A = c A2 · (a A1 · c A2 -c A1 · a A2) / {(A A2 · c A3 -c A2 · a A3 ) (b A1 · c A2 -c A1 · b A2 )-(a A1 · c A2 -c A1 · a A2 ) (b A2 · c A3 -c A2 · b A3 )} (19) D A = {(c A1 −c A2 ) (a A2 · c A3 −c A2 · a A3 ) − (c A2 −c A3 ) (a A1 · c A2 -c A1 · a A2)} · V 0 {(A A2 · c A3 -c A2 · a A3) (b A1 · c A2 -c A1 · b A2) - (a A1 · c A2 -c A1 · a A2) (b A2 · c A3 -c A2・ B A3 )} ……… (20)
【0037】一方、もう一方の磁気異方性部11bの直
流出力は、式(9)で表されるので、同様にトルクτを
求めることが出来る。 τ=AB・VB1+BB・VB2+CB・VB3+DB ………(21)On the other hand, since the DC output of the other magnetically anisotropic part 11b is represented by the equation (9), the torque τ can be similarly obtained. τ = A B V B1 + B B V B2 + C B V B3 + D B ............ (21)
【0038】式(16)(21)においては、その式中
に温度のパラメータは存在しなく、温度変化によって生
じる誤差は吸収できることとなる。ただし、先に増幅率
調整回路25a、25b、25c、25d、25e、2
5fを基準温度でトルクの印加されていない状態でV0
となるように調整すると仮定したが、実際には基準温度
でトルクの印加されていない状態でV0・AA、V0・
BA、V0・CA、V0・AB、V0・BB、V0・CBの出力
となるように調整する必要がある。このため、増幅率調
整回路25a、25b、25c、25d、25e、25
fでの出力は、式(16)、(21)のAA・VA1、BA
・VA2、CA・VA3、AB・VB1、BB・VB2、CB・VB3
の項として加算回路26a、26bへ入力されることと
なる。また、式(16)(21)のDA、DBの電圧値を
オフセット電圧発生回路27a、27bで発生させなけ
ればならない。In Equations (16) and (21), there is no temperature parameter in the equations, and errors caused by temperature changes can be absorbed. However, the gain adjustment circuits 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 2
5f is V 0 at the reference temperature with no torque applied.
It is assumed that the adjustment is made such that V 0 · A A , V 0 ·
B A, V 0 · C A , V 0 · A B, V 0 · B B, it is necessary to adjust so that the output of V 0 · C B. Therefore, the amplification factor adjusting circuits 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25
The output at f is represented by A A · V A1 and B A in equations (16) and (21).
· V A2, C A · V A3, A B · V B1, B B · V B2, C B · V B3
Are input to the adders 26a and 26b. Further, the formula (16) (21) D A , D B of the voltage value offset voltage generating circuit 27a, and must be generated by 27b.
【0039】このようにして、CPU30で加算回路2
6a、26bで演算処理が行われたトルクτの検出結果
の平均値を取ることで誤差を少なくすることが可能とな
る。In this way, the CPU 30 makes the addition circuit 2
The error can be reduced by taking the average value of the detection results of the torque τ subjected to the arithmetic processing in 6a and 26b.
【0040】なお、本実施形態においては、図4に示し
たようにCPU30を用いたが、加算回路26a、26
bで演算処理が行われたトルクτの検出結果の平均値を
算出できるようなアナログ回路の組合せによっても構わ
ない。また、本実施形態においては励磁周波数として3
つの周波数を用いているが、センサ感度の温度依存性を
無視しても良い場合は、励磁周波数を2周波数とし、c
A1、cA2、cB1、cB2を0としてトルクτを求めること
も可能となる。更に、トルク値の測定結果の精度向上の
ため正確に材料の非線形性等を考慮した場合、より高次
の項が生じる可能性も有る。より高次の項が必要となっ
た場合には、その分励磁周波数を増やし、式(16)→
式(20)の算出方法と同じように計算することによっ
て、より精度の高い測定値を得ることも可能となる。In this embodiment, the CPU 30 is used as shown in FIG.
A combination of analog circuits that can calculate the average value of the detection results of the torque τ subjected to the arithmetic processing in b may be used. In this embodiment, the excitation frequency is 3
Although two frequencies are used, if the temperature dependence of the sensor sensitivity can be ignored, the excitation frequency is set to two frequencies and c
It is also possible to determine the torque τ by setting A1 , cA2 , cB1 , and cB2 to 0. Furthermore, when the nonlinearity of the material is accurately considered in order to improve the accuracy of the measurement result of the torque value, a higher-order term may be generated. When a higher-order term becomes necessary, the excitation frequency is increased by that amount, and equation (16) →
By performing the calculation in the same manner as the calculation method of Expression (20), it is possible to obtain a more accurate measurement value.
【0041】[3] 第3実施形態 [3・1] 第3実施形態の構成 図5は第3実施形態に係る磁歪式トルクセンサの基本構
成を示すブロック図である。本実施形態に示す磁歪式ト
ルクセンサは、第2実施形態に示した磁歪式トルクセン
サと同様、センサ部10、励磁電流発生部2及び検出信
号演算部5より構成されている。図5において、励磁電
流発生部2は第1実施形態の図1に示したものと同様の
ものである。[3] Third Embodiment [3.1] Configuration of Third Embodiment FIG. 5 is a block diagram showing a basic configuration of a magnetostrictive torque sensor according to a third embodiment. The magnetostrictive torque sensor according to the present embodiment includes a sensor unit 10, an exciting current generating unit 2, and a detection signal calculating unit 5, similarly to the magnetostrictive torque sensor according to the second embodiment. 5, the exciting current generator 2 is the same as that shown in FIG. 1 of the first embodiment.
【0042】図6はセンサ部10の基本構成を示す断面
図である。図6において、センサケース本体16、トル
ク伝達軸14、トルク伝達軸用軸受15a、15b、磁
気異方性部11a、励磁用コイル12a、検出用コイル
12c、ヨーク13は第1実施形態のセンサ部1を示し
た図2と同様のものである。FIG. 6 is a sectional view showing the basic structure of the sensor section 10. As shown in FIG. 6, the sensor case body 16, the torque transmission shaft 14, the torque transmission shaft bearings 15a and 15b, the magnetic anisotropic portion 11a, the exciting coil 12a, the detection coil 12c, and the yoke 13 are the sensor portion of the first embodiment. 1, which is the same as FIG.
【0043】次に、図7は第3実施形態に係る磁歪式ト
ルクセンサの機能構成を示すブロック図である。図7に
おいて、発振回路21a、21b、21c、バンドパス
フィルタ22a、22b、22c、整流回路23a、2
3b、23c、ローパスフィルタ24a、24b、24
c、増幅率調整回路25a、25b、25c、加算演算
回路26a、オフセット電圧発生回路27a、トルク信
号29は第1実施形態の図3に示したものと同様のもの
である。FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of the magnetostrictive torque sensor according to the third embodiment. In FIG. 7, oscillation circuits 21a, 21b, 21c, band-pass filters 22a, 22b, 22c, rectifier circuits 23a,
3b, 23c, low-pass filters 24a, 24b, 24
c, amplification factor adjustment circuits 25a, 25b, 25c, addition operation circuit 26a, offset voltage generation circuit 27a, and torque signal 29 are the same as those shown in FIG. 3 of the first embodiment.
【0044】図6に示すように、第3実施形態に係る磁
歪式トルクセンサは、第2実施形態に示したトルクセン
サを磁気異方性部を11aの一箇所だけとして、それに
伴い検出用コイルを12c、励磁用コイルを12aのそ
れぞれ一箇所づつとした構成を有している。また、検出
用コイルを12cの一箇所にしたことに伴い、検出信号
演算部の回路を片側だけとし、加算演算回路26aの出
力をそのままトルク信号29として用いた構成を有して
いる。As shown in FIG. 6, the magnetostrictive torque sensor according to the third embodiment is different from the torque sensor according to the second embodiment only in that the magnetic anisotropic portion 11a is provided at only one position. 12c, and the exciting coil 12a is provided at one position. In addition, since the detection coil is provided at one position of the detection coil 12c, the circuit of the detection signal calculation unit is provided only on one side, and the output of the addition calculation circuit 26a is used as the torque signal 29 as it is.
【0045】[3・2] 第3実施形態の動作 本実施形態の動作で「第2実施形態の動作」と異なるの
はCPU30で行われる演算のみであるのでこれについ
て説明する。[3.2] Operation of Third Embodiment The only difference between the operation of the present embodiment and the “operation of the second embodiment” is the operation performed by the CPU 30. This will be described.
【0046】ここで、加算回路26aで行われる演算は
式(16)と同様にして行われる。また、式(16)に
おいては、その式中に温度のパラメータは存在しなく、
温度変化によって生じる誤差は吸収できるため、第2実
施形態に示したトルクセンサの磁気異方性部を11aの
一箇所だけとして、加算演算回路26aの出力をそのま
まトルク信号29として用いた場合でも、センサ部4の
温度変動に対する補償行うことが可能となる。ただし、
先に増幅率調整回路25a、25b、25cを基準温度
でトルクの印加されていない状態でV0となるように調
整すると仮定したが、実際には基準温度でトルクの印加
されていない状態でV0・AA、V0・BA、V0・CAの出
力となるように調整する必要がある。このため、増幅率
調整回路25a、25b、25cでの出力は、式(1
6)のAA・VA1、BA・VA2、CA・VA3の項として加
算回路26aへ入力されることとなる。また、式(1
6)のDAの電圧値をオフセット電圧発生回路27aで
発生させなければならない。Here, the operation performed by the addition circuit 26a is performed in the same manner as in the equation (16). Also, in equation (16), there is no temperature parameter in the equation,
Since an error caused by a temperature change can be absorbed, even when the magnetic anisotropic portion of the torque sensor shown in the second embodiment is set to only one portion 11a and the output of the addition operation circuit 26a is used as it is as the torque signal 29, Compensation for the temperature fluctuation of the sensor unit 4 can be performed. However,
Although it has been previously assumed that the amplification factor adjusting circuits 25a, 25b, and 25c are adjusted to V 0 at a reference temperature and no torque is applied, actually, V is adjusted at a reference temperature and no torque is applied. 0 · a a, V 0 · B a, it is necessary to adjust so that the output of V 0 · C a. For this reason, the outputs of the amplification factor adjustment circuits 25a, 25b, and 25c are expressed by the formula (1).
6) are input to the adder 26a as terms of A A · V A1 , B A · V A2 , and C A · V A3 . Equation (1)
The voltage value of the D A 6) must be generated by the offset voltage generating circuit 27a.
【0047】本実施形態においては励磁周波数として3
つの周波数を用いているが、センサ感度の温度依存性を
無視しても良い場合は、励磁周波数を2周波数とし、c
A1、cA2を0としてトルクτを求めることも可能とな
る。更に、トルク値の測定結果の精度向上のため正確に
材料の非線形性等を考慮した場合、より高次の項が生じ
る可能性も有る。より高次の項が必要となった場合に
は、その分励磁周波数を増やし、式(16)→式(2
0)の算出方法と同じように計算することによって、よ
り精度の高い測定値を得ることも可能となる。In the present embodiment, the excitation frequency is set to 3
Although two frequencies are used, if the temperature dependence of the sensor sensitivity can be ignored, the excitation frequency is set to two frequencies and c
It is also possible to determine the torque τ by setting A1 and cA2 to 0. Furthermore, when the nonlinearity of the material is accurately considered in order to improve the accuracy of the measurement result of the torque value, a higher-order term may be generated. When a higher-order term becomes necessary, the excitation frequency is increased by that amount, and Equation (16) → Equation (2)
By performing the calculation in the same manner as the calculation method of 0), it is possible to obtain a more accurate measurement value.
【0048】このようにして、加算回路26aで演算処
理が行われたトルクτを用いれば第2実施形態と同様に
温度補償をすることが可能となり第2実施形態に示す磁
歪式トルクセンサよりも更に小さな磁歪式トルクセンサ
で温度補償をすることが可能となる。As described above, the temperature compensation can be performed in the same manner as in the second embodiment by using the torque τ subjected to the arithmetic processing in the addition circuit 26a. Further, it is possible to perform temperature compensation with a small magnetostrictive torque sensor.
【0049】[4] 他の実施形態 本発明においては、以上述べてきたように式(15)、
(16)、(21)に基づいてトルク値の測定を行って
いる。しかし、本発明はこれに限られず、少なくとも2
つ以上の周波数で励磁することによってトルク測定が行
えるものならば、どのようなものでも構わない。[4] Other Embodiments In the present invention, as described above, the formula (15)
The torque value is measured based on (16) and (21). However, the present invention is not limited to this.
Any device can be used as long as torque can be measured by exciting at two or more frequencies.
【0050】[0050]
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明の磁歪式
トルクセンサによれば少なくとも2つの励磁周波数を用
いることによって、センサ部に生じた温度変動を補償す
ることが可能となる。また、本発明の磁歪式トルクセン
サによればセンサ部自体の規模を小さくすることが可能
となるため、小型の磁歪式トルクセンサを提供すること
が可能となる。As described above, according to the magnetostrictive torque sensor of the present invention, the use of at least two excitation frequencies makes it possible to compensate for temperature fluctuations occurring in the sensor section. Further, according to the magnetostrictive torque sensor of the present invention, the size of the sensor unit itself can be reduced, so that a small-sized magnetostrictive torque sensor can be provided.
【図1】 第1実施形態に係る磁歪式トルクセンサの基
本構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a magnetostrictive torque sensor according to a first embodiment.
【図2】 第1実施形態に係るセンサ部の基本構成を示
す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a basic configuration of a sensor unit according to the first embodiment.
【図3】 第1実施形態に係る磁歪式トルクセンサの機
能構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the magnetostrictive torque sensor according to the first embodiment.
【図4】 第2実施形態に係る磁歪式トルクセンサの機
能構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating a functional configuration of a magnetostrictive torque sensor according to a second embodiment.
【図5】 第3実施形態に係る磁歪式トルクセンサの基
本構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a basic configuration of a magnetostrictive torque sensor according to a third embodiment.
【図6】 第3実施形態に係るセンサ部の基本構成を示
す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a basic configuration of a sensor unit according to a third embodiment.
【図7】 第3実施形態に係る磁歪式トルクセンサの機
能構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram illustrating a functional configuration of a magnetostrictive torque sensor according to a third embodiment.
【図8】 従来の磁歪式トルクセンサの基本構成を示す
ブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing a basic configuration of a conventional magnetostrictive torque sensor.
【図9】 特許2564049号公報に記載の磁歪式ト
ルクセンサの基本構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing a basic configuration of a magnetostrictive torque sensor described in Japanese Patent No. 2564049.
1…センサ部、11a、b…磁気異方性部、12a、b
…励磁用コイル、12c、d…検出用コイル、13…ヨ
ーク、14…トルク伝達軸、15a、b…軸受、21
a、b、c…発振回路、22a、b、c、d、e、f…
バンドパスフィルタ 23a、b、c、d、e、f…整流回路 24a、b、c、d、e、f…ローパスフィルタ 25a、b、c、d、e、f…増幅率調整回路 26a、b…加算演算回路、27a、b…オフセット電
圧発生回路 28…CPU1: sensor part, 11a, b ... magnetic anisotropic part, 12a, b
... Exciting coil, 12c, d ... Detection coil, 13 ... Yoke, 14 ... Torque transmission shaft, 15a, b ... Bearing, 21
a, b, c ... oscillation circuit, 22a, b, c, d, e, f ...
Band-pass filters 23a, b, c, d, e, f ... rectifier circuits 24a, b, c, d, e, f ... low-pass filters 25a, b, c, d, e, f ... amplification factor adjustment circuits 26a, b ... addition operation circuits, 27a, b ... offset voltage generation circuits 28 ... CPU
Claims (7)
気異方性部と、前記磁気異方性部における透磁率の変化
を検出して検出信号を出力する検出用コイルと、少なく
とも二つの周波数で前記検出用コイルを励磁して、前記
検出用コイルで検出される検出信号を各励磁周波数毎に
分離し、分離検出信号として出力する検出信号分離手段
と、前記分離検出信号に基づいて、前記トルク伝達軸に
印加されたトルク値を演算するトルク値演算手段と、を
有することを特徴とする磁歪式トルクセンサ。A magnetic coil having a magnetic anisotropy portion provided on an outer peripheral surface of the torque transmitting shaft; and a detection coil for detecting a change in magnetic permeability in the magnetic anisotropic portion and outputting a detection signal. The detection coil is excited at two frequencies, a detection signal detected by the detection coil is separated for each excitation frequency, and a detection signal separating unit that outputs the separated detection signal is provided. And a torque value calculating means for calculating a torque value applied to the torque transmission shaft.
及び第2磁気異方性部を有し、前記磁気異方性部が前記
トルク伝達軸にトルクが印加された場合に、前記第1磁
気異方性部、或いは、前記第2磁気異方性部の何れか一
方は、引張応力を受け、他方は圧縮応力を受けるように
配置されていることを特徴とする請求項1に記載の磁歪
式トルクセンサ。2. The magnetic anisotropic part has a first magnetic anisotropic part and a second magnetic anisotropic part, and the magnetic anisotropic part is provided when a torque is applied to the torque transmission shaft. Preferably, one of the first magnetic anisotropic part and the second magnetic anisotropic part is arranged to receive a tensile stress and the other to receive a compressive stress. Item 2. A magnetostrictive torque sensor according to item 1.
材料を用いたことを特徴とする請求項1または、請求項
2に記載の磁歪式トルクセンサ。3. The magnetostrictive torque sensor according to claim 1, wherein a non-magnetic material is used as a material of the torque transmission shaft.
マロイを用いたことを特徴とする請求項1〜3の何れか
に記載の磁歪式トルクセンサ。4. The magnetostrictive torque sensor according to claim 1, wherein permalloy is used as a magnetostrictive material of the magnetically anisotropic portion.
し、前記ヨークがフェライトを使用して形成されている
ことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の磁歪式
トルクセンサ。5. The magnetostrictive torque sensor according to claim 1, further comprising a yoke surrounding the detection coil, wherein the yoke is formed using ferrite.
励磁信号に基づいて、前記検出用コイルを励磁するため
の磁界を発生する励磁用コイルを有し、前記励磁用コイ
ルの抵抗値が変化しても、前記励磁用コイルに供給する
前記励磁信号の電流値を一定に保持するように制御する
ことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の磁歪式
トルクセンサ。6. An excitation coil for generating a magnetic field for exciting the detection coil based on excitation signals corresponding to at least the two frequencies, wherein a resistance value of the excitation coil changes. The magnetostrictive torque sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the current value of the excitation signal supplied to the excitation coil is controlled to be constant.
を取り囲むヨークを有し、前記ヨークがフェライトを使
用して形成されていることを特徴とする請求項6に記載
の磁歪式トルクセンサ。7. The magnetostrictive torque sensor according to claim 6, further comprising a yoke surrounding the detection coil and the excitation coil, wherein the yoke is formed using ferrite.
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JP22470899A JP4337180B2 (en) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | Magnetostrictive torque sensor |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20210074905A1 (en) * | 2019-09-10 | 2021-03-11 | Hitachi Metals, Ltd. | Magnetostrictive type sensor temperature detecting circuit, magnetostrictive type sensor, and temperature detecting method for magnetostrictive type sensor |
-
1999
- 1999-08-06 JP JP22470899A patent/JP4337180B2/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20210074905A1 (en) * | 2019-09-10 | 2021-03-11 | Hitachi Metals, Ltd. | Magnetostrictive type sensor temperature detecting circuit, magnetostrictive type sensor, and temperature detecting method for magnetostrictive type sensor |
US11495733B2 (en) * | 2019-09-10 | 2022-11-08 | Hitachi Metals, Ltd. | Magnetostrictive type sensor temperature detecting circuit, magnetostrictive type sensor, and temperature detecting method for magnetostrictive type sensor |
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