JP2001133336A - Magnetostrictive torque detector and magnetostrictive torque sensor - Google Patents

Magnetostrictive torque detector and magnetostrictive torque sensor

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JP2001133336A
JP2001133336A JP31685599A JP31685599A JP2001133336A JP 2001133336 A JP2001133336 A JP 2001133336A JP 31685599 A JP31685599 A JP 31685599A JP 31685599 A JP31685599 A JP 31685599A JP 2001133336 A JP2001133336 A JP 2001133336A
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JP
Japan
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detection
magnetostrictive
output
load torque
coils
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Application number
JP31685599A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Fukasaku
博史 深作
Katsuaki Tanaka
勝章 田中
Yoshitaka Koketsu
嘉孝 纐纈
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Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the detection error resulted from a temperature change in a signal processing unit for generating a DC detection signal from the AC output of each detecting coil. SOLUTION: A pair of detecting coils 20A and 20B of a magnetostrictive torque sensor 10 is serially connected with reverse polarities to use both ends thereof as output ends for outputting the differential output of the AC output induced in each of the detecting coils 20A and 20B. Both the detecting coils 20A and 20B are provided with a difference in number of turns so that the magnitude of the differential AC shows a linear output characteristic in the detecting range of load torque when a load torque is added in the detecting range within a maximum detected load torque set every rotating direction to a shaft S.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁歪式トルク検出
装置及び磁歪式トルクセンサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetostrictive torque detecting device and a magnetostrictive torque sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁歪式トルクセンサは、外部から負荷ト
ルクが加えられる被検出軸、被検出軸に嵌合する状態で
固定された円筒状の磁歪材(バルク材)、あるいは、被
検出軸に外嵌する状態で固定される中間スリーブに外嵌
される円筒状の磁歪材の外周面に設けた円筒状の一対の
磁歪部を備えている。又、磁歪式トルクセンサは、磁歪
部に高周波を作用させるための励磁用コイルと、磁歪部
を介して誘導起電力が励起される検出用コイルとを、各
磁歪部毎に備えている。
2. Description of the Related Art A magnetostrictive torque sensor is applied to a shaft to which a load torque is applied from the outside, a cylindrical magnetostrictive material (bulk material) fixedly fitted to the shaft to be detected, or a shaft to be detected. There is provided a pair of cylindrical magnetostrictive portions provided on the outer peripheral surface of a cylindrical magnetostrictive material externally fitted to an intermediate sleeve fixed in an externally fitted state. Further, the magnetostrictive torque sensor includes, for each magnetostrictive section, an exciting coil for applying a high frequency to the magnetostrictive section, and a detecting coil for exciting induced electromotive force via the magnetostrictive section.

【0003】そして、被検出軸に対しいずれかの回転方
向に負荷トルクが加わると、両磁歪部の一方の透磁率が
増大し、他方の透磁率が減少する。すると、一方の磁歪
部を介して電気的に連結される励磁用コイル及び検出用
コイル間の誘導インダクタンスが増大し、他方の磁歪部
を介して電気的に連結される励磁用コイル及び検出用コ
イル間の誘導インダクタンスが減少する。その結果、励
磁用コイルに印加される高周波交流によって各検出用コ
イルに発生する誘導起電力(交流出力)には、負荷トル
クの大きさに応じた大きさの差ができる。そして、この
差を直流検出信号に変換することにより、負荷トルクの
大きさに対応した直流出力を得る。
[0003] When a load torque is applied to the shaft to be detected in any rotational direction, the magnetic permeability of one of the magnetostrictive portions increases, and the magnetic permeability of the other decreases. Then, the induction inductance between the exciting coil and the detecting coil electrically connected via one of the magnetostrictive portions increases, and the exciting coil and the detecting coil electrically connected via the other magnetostrictive portion. Inductive inductance between them is reduced. As a result, the induced electromotive force (AC output) generated in each detection coil by the high-frequency AC applied to the excitation coil has a difference in magnitude corresponding to the magnitude of the load torque. Then, by converting this difference into a DC detection signal, a DC output corresponding to the magnitude of the load torque is obtained.

【0004】このように、磁歪式トルクセンサにおいて
は、被検出軸に加わる負荷トルクによって透磁率が増大
又は減少する以外は同じである一対の磁歪部を介して生
成する一組の誘導起電力の差分交流によって負荷トルク
の大きさを検出するようにしている。これは、磁歪式ト
ルクセンサの各検出用コイルが出力する交流出力から温
度変化に基づく誤差を相殺するとともに、直流検出信号
を線形化するためである。
As described above, in the magnetostrictive torque sensor, a pair of induced electromotive forces generated through a pair of magnetostrictive portions which are the same except that the magnetic permeability increases or decreases due to the load torque applied to the detected shaft. The magnitude of the load torque is detected by the differential AC. This is for canceling an error based on a temperature change from the AC output output from each detection coil of the magnetostrictive torque sensor and linearizing the DC detection signal.

【0005】従来、各検出用コイルに発生する誘導起電
力から直流検出信号を生成するため、磁歪式トルク検出
装置は図5に示すように構成されていた。先ず、磁歪式
トルクセンサ50は、各励磁用コイル51A,51Bに
よって各検出用コイル52A,52Bに誘起される交流
信号を磁歪式トルクセンサ50から別々に外部の信号処
理装置53に出力する。信号処理装置53は、各交流信
号を2つの整流器54A,54Bで別々に整流してそれ
ぞれ直流信号とした後、それぞれの直流信号を別々のロ
ーパスフィルタ55A,55Bによって平均化し、平均
化された両直流信号を差分増幅器56で差分増幅する。
即ち、この信号処理方式では、各検出用コイル52A,
52Bが出力する交流出力を別々に直流化した後、両直
流信号の差分をとって直流検出信号とする。この直流差
分方式によれば、被検出軸57に対し両回転方向に渡た
る検出範囲の負荷トルクに対する直流検出信号は、反時
計方向の最大検出負荷トルクから時計方向の最大検出負
荷トルクまで直線的で、かつ、負荷トルクが「0」のと
きの出力が「0」となる出力特性である。尚、この直流
差分方式によれば、各検出用コイルが出力する交流出力
が整流された後に両者の差分が生成されるので、各交流
出力の位相ずれに基づく検出誤差が抑制される。
Conventionally, in order to generate a DC detection signal from an induced electromotive force generated in each detection coil, a magnetostrictive torque detector has been configured as shown in FIG. First, the magnetostrictive torque sensor 50 separately outputs an AC signal induced in each of the detection coils 52A, 52B by the excitation coils 51A, 51B from the magnetostrictive torque sensor 50 to an external signal processing device 53. The signal processing device 53 separately rectifies each AC signal with the two rectifiers 54A and 54B to obtain DC signals, respectively, and averages the respective DC signals with separate low-pass filters 55A and 55B. The DC signal is differentially amplified by the differential amplifier 56.
That is, in this signal processing method, each detection coil 52A,
After separately converting the AC output from the DC power supply 52B into DC, the difference between the two DC signals is calculated and used as a DC detection signal. According to this DC difference method, the DC detection signal for the load torque in the detection range extending in both rotation directions with respect to the detected shaft 57 is linear from the maximum detected load torque in the counterclockwise direction to the maximum detected load torque in the clockwise direction. The output characteristic is such that the output when the load torque is “0” is “0”. According to the DC difference method, a difference between the two is generated after the AC output output from each detection coil is rectified, so that a detection error based on a phase shift of each AC output is suppressed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、磁歪式トル
クセンサ50を、電動型のパワーステアリング装置に使
用する場合、被検出軸57であるステアリングシャフト
に操舵輪側から加わる負荷トルクは、ステアリングから
加わる最大負荷トルクの20倍以上に達する。そこで、
各整流器54A,54Bを含む信号処理回路53は、各
検出用コイル52A,52Bが最大過負荷トルクに対応
して出力する交流出力を入力するように設計されてい
る。このため、実際に検出する負荷トルクの検出範囲
(定格トルク)の最大負荷トルクに対応して各検出用コ
イル52A,52Bから出力される交流出力の大きさ
は、整流器54A,54Bの入力信号範囲に対して20
分の1以下の狭い範囲となる。その結果、両整流器54
A,54Bの温度特性の差によって各整流器54A,5
4Bが出力する直流信号のレベルが大きく変動するた
め、検出信号が誤差を含んだものとなる。
When the magnetostrictive torque sensor 50 is used in an electric power steering device, the load torque applied to the steering shaft, which is the detected shaft 57, from the steering wheel side is applied from the steering wheel. It reaches more than 20 times the maximum load torque. Therefore,
The signal processing circuit 53 including the rectifiers 54A and 54B is designed to receive an AC output that is output from each of the detection coils 52A and 52B in accordance with the maximum overload torque. For this reason, the magnitude of the AC output output from each of the detection coils 52A and 52B corresponding to the maximum load torque within the detection range (rated torque) of the load torque actually detected depends on the input signal range of the rectifiers 54A and 54B. 20 for
The range is as narrow as one-tenth or less. As a result, both rectifiers 54
The rectifiers 54A, 54A, 5B have different temperature characteristics depending on the rectifiers 54A, 54B.
Since the level of the DC signal output from 4B greatly fluctuates, the detection signal includes an error.

【0007】又、各検出用コイル52A,52Bから出
力される交流信号には、信号処理回路53等で電気的な
雑音がのるため、交流信号のレベルが低いほど直流検出
信号のS/N比が低下し検出精度が悪化する。従って、
交流信号のレベルが低くなる負荷トルクの検出領域で
は、検出精度が相対的に悪化する。直流差分方式の信号
処理を行う磁歪式トルクセンサ50では、負荷トルクが
「0」付近での出力レベルが低いため、「0」付近の負
荷トルクの検出精度が相対的に悪化する。
Since the AC signals output from the detection coils 52A and 52B contain electrical noise in the signal processing circuit 53 and the like, the lower the level of the AC signal, the higher the S / N ratio of the DC detection signal. The ratio decreases and the detection accuracy deteriorates. Therefore,
In the load torque detection region where the level of the AC signal is low, the detection accuracy is relatively deteriorated. In the magnetostrictive torque sensor 50 that performs the signal processing of the DC difference method, the output level near the load torque of “0” is low, so that the detection accuracy of the load torque near “0” relatively deteriorates.

【0008】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであって、その第1の目的は、各交流出力を
直流検出信号に変換する信号処理回路での温度変化に起
因する検出誤差が小さい磁歪式トルク検出装置を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and a first object of the present invention is to provide a signal processing circuit for converting each AC output into a DC detection signal. An object of the present invention is to provide a magnetostrictive torque detecting device having a small error.

【0009】第2の目的は、第1の目的に加えて、負荷
トルクの検出範囲の全域に渡って出力感度が高く、か
つ、出力特性の直線性に優れた磁歪式トルク検出装置を
提供することにある。
A second object, in addition to the first object, is to provide a magnetostrictive torque detector having high output sensitivity over the entire range of load torque detection and excellent in linearity of output characteristics. It is in.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るため、請求項1に記載の発明は、被検出軸の外周側に
設けられ、該被検出軸に対して加わる負荷トルクによっ
て逆磁歪作用を生じる一対の磁歪部と、前記各磁歪部毎
に設けられ、各磁歪部に交番磁界を作用させる一対の励
磁用コイルと、前記各磁歪部毎に設けられ、前記一次コ
イルの交番磁界を前記磁歪部を介して検出する一対の検
出用コイルとを備えた磁歪式トルク検出装置において、
前記被検出軸に対して加わる負荷トルクに対して前記各
検出用コイルに生じる交流出力を差分した差分交流を生
成する磁歪式トルク検出装置である。
In order to achieve the first object, the invention according to claim 1 is provided on an outer peripheral side of a shaft to be detected, and is provided by a load torque applied to the shaft to be detected. A pair of magnetostrictive portions that generate a magnetostrictive effect, a pair of exciting coils provided for each of the magnetostrictive portions and for applying an alternating magnetic field to each of the magnetostrictive portions, and an alternating magnetic field of the primary coil provided for each of the magnetostrictive portions; And a pair of detection coils for detecting through the magnetostrictive section, a magnetostrictive torque detecting device,
A magnetostrictive torque detection device that generates a differential AC by subtracting an AC output generated in each of the detection coils from a load torque applied to the detected shaft.

【0011】上記第2の目的を達成するため、請求項2
に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記
被検出軸に対して回転方向毎に設定されている各最大検
出負荷トルク以内の検出範囲で負荷トルクが加わったと
きの前記差分交流の大きさが該検出範囲で線形な出力特
性となるように、前記両検出用コイルの巻き数に差が設
けられている。
[0011] To achieve the second object, a second aspect of the present invention is provided.
The invention according to claim 1, wherein the differential AC when a load torque is applied within a detection range within each of the maximum detection load torques set for each rotation direction with respect to the detected shaft. There is a difference in the number of turns between the two detection coils so that the size of the detection coil has a linear output characteristic in the detection range.

【0012】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
の発明において、前記一対の検出用コイルは逆極性で直
列接続され、前記差分交流は、該両検出用コイルの両端
部から出力される。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the pair of detection coils are connected in series with opposite polarities, and the differential AC is output from both ends of the both detection coils. Is done.

【0013】請求項4に記載の発明は、請求項2に記載
の発明において、前記各検出用コイルの交流出力は別々
に交流差分回路に入力され、該交流差分回路によって各
交流出力から前記差分交流が生成される。
According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, the AC output of each of the detection coils is separately input to an AC difference circuit, and the AC difference circuit separates the AC output from each AC output by the AC difference circuit. An alternating current is generated.

【0014】請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求
項4のいずれか一項に記載の発明において、前記差分交
流から、前記負荷トルクの大きさに比例する直流検出信
号を生成する信号変換装置を備えている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a direct current detection signal proportional to the magnitude of the load torque is generated from the differential alternating current. A signal conversion device is provided.

【0015】請求項6に記載の発明は、被検出軸の外周
側に設けられ、該被検出軸に対して加わる負荷トルクに
よって逆磁歪作用を生じる一対の磁歪部と、前記各磁歪
部毎に設けられ、各磁歪部に交番磁界を作用させる一対
の励磁用コイルと、前記各磁歪部毎に設けられ、前記一
次コイルの交番磁界を前記磁歪部を介して検出する一対
の検出用コイルとを備えた磁歪式トルクセンサにおい
て、前記両検出用コイルは逆極性で直列接続されるとと
もに、その両端が、該各検出用コイルに生じる交流出力
を差分した差分交流を出力する出力端とされ、前記被検
出軸に対して回転方向毎に設定されている各最大検出負
荷トルク以内の検出範囲で負荷トルクが加わったときの
前記差分交流の大きさが該検出範囲で線形な出力特性と
なるように、前記両検出用コイルの巻き数に差が設けら
れている磁歪式トルクセンサである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a pair of magnetostrictive portions provided on an outer peripheral side of a shaft to be detected and generating reverse magnetostriction by a load torque applied to the shaft to be detected. A pair of excitation coils provided to apply an alternating magnetic field to each magnetostrictive section, and a pair of detection coils provided for each of the magnetostrictive sections and detecting the alternating magnetic field of the primary coil through the magnetostrictive section. In the magnetostrictive torque sensor provided, the two detection coils are connected in series with opposite polarities, and both ends thereof are output terminals for outputting a difference AC obtained by subtracting an AC output generated in each of the detection coils, and The magnitude of the differential AC when a load torque is applied in a detection range within each maximum detection load torque set for each rotation direction with respect to the detected shaft so that the output characteristic is linear in the detection range. , Both Difference in the number of turns of the output coil is magnetostrictive torque sensor provided.

【0016】(作用)請求項1に記載の発明によれば、
各励磁用コイルに印加される高周波交流によって各励磁
用コイルに誘導される交流出力から、両交流出力を差分
した差分交流が生成される。この差分交流を整流する
と、被検出軸に加わった負荷トルクの大きさに応じた大
きさの直流検出信号が生成される。従って、各交流出力
が整流される前に差分されるので、各交流出力を別々に
整流する場合と異なり、整流部の温度特性の差に基づく
誤差が入らない。
(Operation) According to the first aspect of the present invention,
From the AC output induced in each excitation coil by the high-frequency AC applied to each excitation coil, a differential AC that is a difference between the two AC outputs is generated. When this differential AC is rectified, a DC detection signal having a magnitude corresponding to the magnitude of the load torque applied to the detected shaft is generated. Therefore, since each AC output is subtracted before being rectified, unlike the case where each AC output is rectified separately, an error based on a difference in temperature characteristics of the rectification unit is not included.

【0017】請求項2に記載の発明によれば、請求項1
に記載の発明の作用に加えて、両検出用コイルの巻き数
に差が設けられていることによって、一方の検出用コイ
ルに生じる交流出力が他方の検出用コイルに生じる交流
出力よりも大きくなることから、差分交流の大きさが最
小値となるときの負荷トルクの値が、被検出軸の両回転
方向における検出範囲の最大負荷トルクよりも大きくな
る。従って、検出範囲内の負荷トルクに対する差分交流
の出力特性が、交流差分の最小値よりも大きな所定の出
力値となるとともに、この出力値から直線的に増大する
特性となる。
According to the invention described in claim 2, according to claim 1
In addition to the operation of the invention described in (1), the difference in the number of turns between the two detection coils causes the AC output generated in one detection coil to be larger than the AC output generated in the other detection coil Therefore, the value of the load torque when the magnitude of the differential AC becomes the minimum value is larger than the maximum load torque in the detection range in both rotation directions of the detected shaft. Therefore, the output characteristic of the difference AC with respect to the load torque within the detection range becomes a predetermined output value larger than the minimum value of the AC difference, and also increases linearly from this output value.

【0018】請求項3に記載の発明によれば、請求項2
に記載の発明の作用に加えて、直列接続された両検出用
コイルの両端から差分交流が出力されるので、交流差分
を行うための交流差分回路が必要ない。
According to the invention described in claim 3, according to claim 2,
In addition to the operation of the invention described in (1), since a differential AC is output from both ends of the two detection coils connected in series, an AC differential circuit for performing the AC differential is not required.

【0019】請求項4に記載の発明によれば、請求項2
に記載の発明の作用に加えて、各検出用コイルから別々
に出力された交流出力から交流差分回路によって差分交
流が生成される。
According to the invention described in claim 4, according to claim 2,
In addition to the operation of the invention described in (1), a differential AC is generated by an AC difference circuit from the AC output separately output from each detection coil.

【0020】請求項5に記載の発明によれば、請求項1
〜請求項4のいずれか一項に記載の発明において、検出
範囲内の負荷トルクの大きさに対応する大きさの差分交
流から、負荷トルクの大きさに対応した直流検出信号が
生成される。従って、負荷トルクの大きさが直流検出信
号で出力される。
According to the invention described in claim 5, according to claim 1,
The DC detection signal corresponding to the magnitude of the load torque is generated from the difference AC having the magnitude corresponding to the magnitude of the load torque within the detection range. Therefore, the magnitude of the load torque is output as a DC detection signal.

【0021】請求項6に記載の発明によれば、直列接続
された両検出用コイルの両端からなる磁歪式トルクセン
サの出力端から、負荷トルクの検出範囲に対して差分交
流の最小値よりも大きな所定の出力値以上で、かつ、こ
の出力値から直線的に増大する線形な出力特性の差分交
流が出力される。従って、各交流出力から差分出力を生
成する差分増幅器等を備えない簡単な構成のセンサから
直接差分交流が直接出力される。
According to the sixth aspect of the present invention, the output terminal of the magnetostrictive torque sensor including both ends of the two detection coils connected in series has a smaller value than the minimum value of the differential AC with respect to the load torque detection range. A difference AC having a linear output characteristic which is greater than or equal to a large predetermined output value and linearly increases from this output value is output. Therefore, a differential AC is directly output from a sensor having a simple configuration without a differential amplifier or the like that generates a differential output from each AC output.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
の形態を図1〜図3に従って説明する。図1に示すよう
に、磁歪式トルク検出装置1は、磁歪式トルクセンサ1
0及び信号処理装置30とからなる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, a magnetostrictive torque sensor 1 includes a magnetostrictive torque sensor 1.
0 and the signal processing device 30.

【0023】図2に示すように、磁歪式トルクセンサ1
0は、ハウジングH内に軸受Bによって相対回転可能に
支持された被検出軸としてのシャフトS上に設けられて
いる。
As shown in FIG. 2, the magnetostrictive torque sensor 1
Numeral 0 is provided on a shaft S as a shaft to be detected which is rotatably supported by a bearing B in a housing H.

【0024】磁歪式トルクセンサ10は、シャフトSに
外嵌された状態で固定された被検出部11と、シャフト
Sに対して相対回転可能に支持されるとともにハウジン
グHに対して一体回転可能に連結された検出部12とか
らなる。
The magnetostrictive torque sensor 10 is supported so as to be rotatable relative to the shaft S, and is integrally rotatable with respect to the housing H. And a detecting unit 12 connected thereto.

【0025】被検出部11は、高透磁率軟磁性材によっ
て円筒状に形成され、シャフトSに外嵌される磁性材1
3からなる。高透磁率軟磁性材としては、パーマロイ、
Fe−Ni−Cr合金等がある。
The detected part 11 is formed of a high-permeability soft magnetic material in a cylindrical shape, and is formed of a magnetic material 1 fitted externally to the shaft S.
Consists of three. Permalloy, as high permeability soft magnetic material,
There are Fe-Ni-Cr alloys and the like.

【0026】磁歪材13の外周面には、シャフトSに加
わる負荷トルクによって透磁率が交互に増大及び減少す
る磁歪部としての一対の磁歪領域14A,14Bが設け
られている。各磁歪領域14A,14Bは、共に円筒状
に形成されている。磁歪領域14Aには、シャフトSの
時計方向への捻じれによって磁歪領域14Aに圧縮応力
を発生させ、同じく反時計方向への捻じれによって磁歪
領域14Aに引っ張り応力を発生させるための複数の螺
旋溝15Aが周方向に等間隔で形成されている。又、磁
歪領域14Bには、シャフトSの時計方向への捻じれに
よって磁歪領域14Bに引っ張り応力を発生させ、同じ
く反時計方向への捻じれによって磁歪領域14Bに圧縮
応力を発生させるための複数の螺旋溝15Bが周方向に
等間隔で形成されている。
On the outer peripheral surface of the magnetostrictive member 13, a pair of magnetostrictive regions 14A and 14B are provided as magnetostrictive portions whose magnetic permeability increases and decreases alternately by a load torque applied to the shaft S. Each of the magnetostrictive regions 14A and 14B is formed in a cylindrical shape. A plurality of spiral grooves for generating a compressive stress in the magnetostrictive region 14A by twisting the shaft S clockwise in the magnetostrictive region 14A, and also generating a tensile stress in the magnetostrictive region 14A by twisting the shaft S counterclockwise. 15A are formed at equal intervals in the circumferential direction. Further, in the magnetostrictive region 14B, a plurality of strains for generating a tensile stress in the magnetostrictive region 14B by the twisting of the shaft S in the clockwise direction and generating a compressive stress in the magnetostrictive region 14B by the twisting in the counterclockwise direction are also used. The spiral grooves 15B are formed at equal intervals in the circumferential direction.

【0027】検出部12は、シャフトSに対して一対の
軸受16によって相対回転可能に両端が支持されたヨー
ク17を備えている。又、検出部12は、磁歪領域14
Aに対向するようにヨーク17の内周面に設けられた周
溝18A内に収容された励磁用コイル19A、検出用コ
イル20Aと、磁歪領域14Bに対向するようにヨーク
17の内周面に設けられた周溝18B内に収容された励
磁用コイル19B及び検出用コイル20Bとを備えてい
る。
The detecting section 12 has a yoke 17 whose both ends are supported by a pair of bearings 16 so as to be rotatable relative to the shaft S. Further, the detection unit 12 includes a magnetostrictive region 14.
A excitation coil 19A and detection coil 20A housed in a circumferential groove 18A provided on the inner peripheral surface of the yoke 17 so as to face the coil A and the inner peripheral surface of the yoke 17 so as to face the magnetostrictive region 14B. An excitation coil 19B and a detection coil 20B are provided in the provided circumferential groove 18B.

【0028】両励磁用コイル19A,19Bは順極性
(巻き方向が同じ)に直列接続されている。又、各検出
用コイル20A,20Bは逆極性(巻き方向が逆)に直
列接続され、各励磁用コイル19A,19Bによって各
検出用コイル20A,20Bに誘起される交流出力を差
分した差分交流をその両端から出力する。
The two exciting coils 19A and 19B are connected in series with forward polarity (the winding direction is the same). The detection coils 20A and 20B are connected in series with opposite polarities (winding directions are opposite), and a difference AC obtained by subtracting an AC output induced in the detection coils 20A and 20B by the excitation coils 19A and 19B is obtained. Output from both ends.

【0029】両励磁用コイル19A,19Bの両端には
高周波電源21が接続される。高周波電源21は、例え
ば10〜30kHzの範囲の高周波交流信号を出力す
る。各検出用コイル20A,20Bの両端には、信号処
理装置30が接続されている。信号処理装置30は、整
流器31、ローパスフィルタ32及び増幅器33からな
る。本実施の形態では、整流器31、ローパスフィルタ
32及び増幅器33が信号変換回路を構成する。整流器
31は、検出用コイル20A,20Bの両端から出力さ
れる差分交流を全波整流する。ローパスフィルタ32
は、整流器31の出力を平均化する。増幅器33は、ロ
ーパスフィルタ32の出力を所定の増幅率で増幅して、
所定範囲の大きさの直流検出信号を生成する。
A high-frequency power supply 21 is connected to both ends of both exciting coils 19A and 19B. The high frequency power supply 21 outputs a high frequency AC signal in a range of, for example, 10 to 30 kHz. A signal processing device 30 is connected to both ends of each detection coil 20A, 20B. The signal processing device 30 includes a rectifier 31, a low-pass filter 32, and an amplifier 33. In the present embodiment, the rectifier 31, the low-pass filter 32, and the amplifier 33 form a signal conversion circuit. The rectifier 31 performs full-wave rectification on the differential AC output from both ends of the detection coils 20A and 20B. Low-pass filter 32
Averages the output of the rectifier 31. The amplifier 33 amplifies the output of the low-pass filter 32 at a predetermined amplification rate,
A DC detection signal having a magnitude in a predetermined range is generated.

【0030】本実施の形態の磁歪式トルクセンサ10
は、シャフトSに対して両回転方向に共に最大検出負荷
トルク10N・m以内の検出範囲で加わる負荷トルク
(定格負荷トルク)に対して、各検出用コイル20A,
20Bが出力する交流出力を差分した差分交流を約0〜
約1Vの範囲の大きさの範囲で生成するようになってい
る。
The magnetostrictive torque sensor 10 according to the present embodiment
Indicates that each of the detection coils 20A, 20A,
The difference AC obtained by differentiating the AC output output from the 20B is approximately 0 to
It is generated in the range of magnitude of about 1V.

【0031】本発明の特徴である励磁用コイル及び検出
用コイルについて詳述する。励磁用コイル19A,19
Bは、共に同じ巻き数で形成されている。一方、検出用
コイル20A,20Bは、検出用コイル20Aの巻き数
が検出用コイル20Bの巻き数よりも多くなるように、
巻き数に差が設けられている。両検出用コイル20A,
20Bの巻き数の差は、シャフトSに対して検出範囲内
の負荷トルクが加わったときの差分交流の大きさが、検
出範囲で線形な出力特性となるように設けられている。
本実施の形態では、各励磁用コイル19A,19Bがの
巻き数が36Tとされ、検出用コイル20Aの巻き数が
144T、検出用コイル20Bの巻き数が128〜14
0Tとされている。
The excitation coil and the detection coil, which are features of the present invention, will be described in detail. Excitation coils 19A, 19
B are formed with the same number of turns. On the other hand, the detection coils 20A and 20B are arranged such that the number of turns of the detection coil 20A is larger than the number of turns of the detection coil 20B.
There is a difference in the number of turns. Both detection coils 20A,
The difference in the number of turns of 20B is provided such that the magnitude of the differential AC when a load torque within the detection range is applied to the shaft S has a linear output characteristic in the detection range.
In the present embodiment, the number of turns of each of the excitation coils 19A and 19B is 36T, the number of turns of the detection coil 20A is 144T, and the number of turns of the detection coil 20B is 128 to 14.
0T.

【0032】詳述すると、順極性で直列接続された励磁
用コイル19A,19Bに印加される高周波交流によっ
て各検出用コイル20A,20Bに誘導された交流出力
の差分交流は、所定の負荷トルクに対する大きさが最小
値となり、この負荷トルクからの偏差に応じて大きさが
増大する出力特性となる。ここで、検出用コイル20
A,20Bの巻き数には、差分交流の大きさが最小とな
るときの負荷トルクの値が、シャフトSの両回転方向に
おいて検出範囲の境界となる最大検出負荷トルク(最大
定格負荷トルク)よりも大きくなるように差が設けられ
ている。本実施の形態では、検出用コイル20Aの巻き
数を検出用コイル20Bの巻き数よりも多くすることに
より、シャフトSに加わる反時計方向の−10N・mの
最大検出負荷トルクから時計方向に加わる10N・mの
最大負荷トルクまでの検出範囲に対して出力する差分交
流の大きさが最小となるときの負荷トルクの値が、検出
範囲の時計方向の境界である最大検出負荷トルク10N
・mよりも大きくなるように差が設けられている。
More specifically, the differential AC of the AC output induced in each of the detection coils 20A, 20B by the high-frequency AC applied to the excitation coils 19A, 19B connected in series with forward polarity is equivalent to a predetermined load torque. The magnitude becomes the minimum value, and the output characteristic increases in accordance with the deviation from the load torque. Here, the detection coil 20
For the number of turns of A and 20B, the value of the load torque when the magnitude of the differential AC is minimum is greater than the maximum detected load torque (maximum rated load torque) that is the boundary of the detection range in both rotation directions of the shaft S. Are also provided so as to be larger. In the present embodiment, by increasing the number of turns of the detection coil 20A to be greater than the number of turns of the detection coil 20B, the coil is applied clockwise from the maximum detected load torque of −10 N · m in the counterclockwise direction applied to the shaft S. The value of the load torque when the magnitude of the differential AC output to the detection range up to the maximum load torque of 10 N · m is the minimum is the maximum detected load torque 10 N which is the clockwise boundary of the detection range.
-The difference is provided to be larger than m.

【0033】次に、以上のように構成された磁歪式トル
クセンサの作用について説明する。高周波電源21から
両励磁用コイル19A,19Bに高周波交流を供給する
と、検出用コイル20Aには、励磁用コイル19Aと検
出用コイル20Aとの相互インダクタンスに応じた大き
さの誘導起電力が発生する。同様に、検出用コイル20
Bには、励磁用コイル19Bと検出用コイル20Bとの
間の相互インダクタンスに応じた大きさの交流出力が発
生する。そして、直列接続された両検出用コイル20
A,20Bの両端からなる磁歪式トルクセンサ10の出
力端から、両交流出力の差分である差分交流が出力され
る。
Next, the operation of the magnetostrictive torque sensor configured as described above will be described. When a high-frequency AC is supplied from the high-frequency power supply 21 to the excitation coils 19A and 19B, an induced electromotive force having a magnitude corresponding to the mutual inductance between the excitation coil 19A and the detection coil 20A is generated in the detection coil 20A. . Similarly, the detection coil 20
At B, an AC output having a magnitude corresponding to the mutual inductance between the exciting coil 19B and the detecting coil 20B is generated. Then, the two detection coils 20 connected in series
A differential AC, which is a difference between the two AC outputs, is output from an output terminal of the magnetostrictive torque sensor 10 including both ends of A and 20B.

【0034】磁歪式トルクセンサ10から信号処理装置
30に出力された差分交流は、信号処理装置30の整流
器31によって全波整流された後、ローパスフィルタ3
2によって平均化される。ローパスフィルタ32から出
力された平均化直流は、増幅器33によって増幅され、
負荷トルクの大きさに比例する大きさの直流検出信号と
して出力される。従って、各交流出力が整流される前に
差分されるので、各交流出力を別々に整流する従来の直
流差分方式と異なり、整流器の温度特性の差に基づく誤
差が入らない。
The differential AC output from the magnetostrictive torque sensor 10 to the signal processing device 30 is subjected to full-wave rectification by the rectifier 31 of the signal processing device 30 and then to the low-pass filter 3.
Averaged by 2. The averaged DC output from the low-pass filter 32 is amplified by the amplifier 33,
It is output as a DC detection signal having a magnitude proportional to the magnitude of the load torque. Therefore, since each AC output is subtracted before being rectified, there is no error based on the difference in the temperature characteristics of the rectifier, unlike the conventional DC difference method in which each AC output is rectified separately.

【0035】シャフトSに対し負荷トルクが加わってい
ないときには、両磁歪領域14A,14Bの透磁率が同
じとなる。従って、検出用コイル20Aの巻き数が検出
用コイル20Bの巻き数よりも多いことから、励磁用コ
イル19A及び検出用コイル20A間の相互インダクタ
ンスが、励磁用コイル19B及び検出用コイル20B間
の相互インダクタンスよりも大きくなる。その結果、検
出用コイル20Aに発生する交流出力が、検出用コイル
20Bに発生する交流出力よりも大きくなる。すると、
両検出用コイル20A,20Bの両端から出力される差
分交流の大きさが所定の値となり、信号処理装置30が
出力する直流検出信号が所定の大きさの無負荷時出力値
となる。
When no load torque is applied to the shaft S, the magnetic permeability of the magnetostrictive regions 14A and 14B is the same. Therefore, since the number of turns of the detection coil 20A is larger than the number of turns of the detection coil 20B, the mutual inductance between the excitation coil 19A and the detection coil 20A becomes larger than the mutual inductance between the excitation coil 19B and the detection coil 20B. It is larger than the inductance. As a result, the AC output generated in the detection coil 20A becomes larger than the AC output generated in the detection coil 20B. Then
The magnitude of the difference AC output from both ends of the two detection coils 20A and 20B becomes a predetermined value, and the DC detection signal output by the signal processing device 30 becomes a predetermined no-load output value.

【0036】シャフトSに対し負荷トルクが時計方向に
加わると、磁歪領域14Aに圧縮応力が加わって透磁率
が減少するとともに磁歪領域14Bに引っ張り応力が加
わって透磁率が増大する。従って、励磁用コイル19A
及び検出用コイル20A間の相互インダクタンスが減少
するとともに励磁用コイル19B及び検出用コイル20
B間の相互インダクタンスが増大する。その結果、検出
用コイル20Aに発生する誘導起電力が減少するととも
に検出用コイル20Bに発生する誘導起電力が増大し、
両端から出力される差分交流の大きさが負荷トルクの大
きさ分だけ増大する。その結果、信号処理装置30が出
力する直流検出信号が負荷トルクの大きさ分だけ無負荷
時出力値から減少した出力値となる。
When a load torque is applied to the shaft S in the clockwise direction, a compressive stress is applied to the magnetostrictive region 14A to decrease the magnetic permeability, and a tensile stress is applied to the magnetostrictive region 14B to increase the magnetic permeability. Therefore, the exciting coil 19A
And the mutual inductance between the detection coil 20A and the excitation coil 19B and the detection coil 20A are reduced.
Mutual inductance between B increases. As a result, the induced electromotive force generated in the detection coil 20A decreases, and the induced electromotive force generated in the detection coil 20B increases.
The magnitude of the differential AC output from both ends increases by the magnitude of the load torque. As a result, the DC detection signal output by the signal processing device 30 has an output value reduced from the no-load output value by the magnitude of the load torque.

【0037】反対に、シャフトSに対し負荷トルクが反
時計方向に加わると、磁歪領域14Aに引っ張り応力が
加わって透磁率が増大するとともに磁歪領域14Bに圧
縮応力が加わって透磁率が減少する。従って、励磁用コ
イル19A及び検出用コイル20A間の相互インダクタ
ンスが増大するとともに励磁用コイル19B及び検出用
コイル20B間の相互インダクタンスが減少する。その
結果、検出用コイル20Aに発生する誘導起電力が増大
するとともに検出用コイル20Bに発生する誘導起電力
が減少し、両端から出力される差分交流の大きさが負荷
トルクの大きさ分だけ増大する。その結果、信号処理装
置30が出力する直流検出信号が負荷トルクの大きさ分
だけ無負荷時出力値から増大した値となる。
Conversely, when a load torque is applied to the shaft S in a counterclockwise direction, a tensile stress is applied to the magnetostrictive region 14A to increase the magnetic permeability, and a compressive stress is applied to the magnetostrictive region 14B to decrease the magnetic permeability. Therefore, the mutual inductance between the excitation coil 19A and the detection coil 20A increases, and the mutual inductance between the excitation coil 19B and the detection coil 20B decreases. As a result, the induced electromotive force generated in the detection coil 20A increases and the induced electromotive force generated in the detection coil 20B decreases, and the magnitude of the differential AC output from both ends increases by the magnitude of the load torque. I do. As a result, the DC detection signal output by the signal processing device 30 has a value increased from the no-load output value by the magnitude of the load torque.

【0038】従って、反時計方向に加わる−10N・m
の最大検出負荷トルクから時計方向に加わる10N・m
の最大検出負荷トルクまでの検出範囲の負荷トルクに対
する交流差分の出力特性が、交流差分の最小値よりも大
きな所定の出力値以上となるとともに、この出力値から
直線的に増大する特性となる。
Therefore, -10 N · m added counterclockwise
10N ・ m added clockwise from the maximum detected load torque of
The output characteristic of the AC difference with respect to the load torque in the detection range up to the maximum detected load torque becomes equal to or more than a predetermined output value larger than the minimum value of the AC difference, and increases linearly from this output value.

【0039】図3に示すグラフは、検出用コイル20A
の巻き数T1を144Tとしたままで、検出用コイル2
0Bの巻き数T2を変化させたときの、交流差分出力−
負荷トルク特性のデータである。検出用コイル20Bの
巻き数T2を144Tとした場合、差分交流出力は、時
計方向に約5N・mの負荷トルクが加わったときに最小
値(約0.04V)となり、負荷トルクが「0」のとき
に最小値とならない。これは、各磁歪領域14A,14
Bの透磁率の不均衡、組み立て誤差に伴う励磁用コイル
19Aと検出用コイル20A間、励磁用コイル19Bと
検出用コイル20B間の相互インダクタンスの不均衡等
によるものである。このように差分出力の最小値が、検
出範囲内の負荷トルクに対する出力値となる場合には、
その負荷トルク近傍の出力レベルが低いことになり、そ
の負荷トルク近傍の検出精度が相対的に低くなる。
The graph shown in FIG. 3 shows the detection coil 20A.
While the number of turns T1 of the coil is 144T.
AC difference output when the number of turns T2 of 0B is changed
This is data on load torque characteristics. When the winding number T2 of the detection coil 20B is set to 144T, the differential AC output becomes the minimum value (approximately 0.04 V) when a load torque of about 5 N · m is applied clockwise, and the load torque is “0”. Does not reach the minimum value when. This is because each of the magnetostrictive regions 14A, 14A
This is due to the imbalance of the magnetic permeability of B, the imbalance of mutual inductance between the exciting coil 19A and the detecting coil 20A, and the mutual inductance between the exciting coil 19B and the detecting coil 20B due to an assembly error. As described above, when the minimum value of the difference output is the output value for the load torque within the detection range,
The output level near the load torque is low, and the detection accuracy near the load torque is relatively low.

【0040】又、このような出力特性の磁歪式トルクセ
ンサは、図3に破線で示すように、負荷トルクが加わる
方向によらず負荷トルクの大きさに対する出力値が同じ
出力値となるようにする必要がある。これは、信号処理
装置が、差分交流の大きさと位相だけから負荷トルクの
向き及び大きさに対応する直流検出信号を生成すること
ができるようにするためである。このためには、両検出
用コイル20A,20Bのいずれか一方の出力線上に、
温度補償用の抵抗を設けたり、あるいは、分圧回路を設
けたりすることが考えられる。しかしながら、この場合
には、差分交流の出力レベルが一層低下し、「0」付近
の負荷トルクの検出精度が一層低下する。
Further, the magnetostrictive torque sensor having such an output characteristic has the same output value with respect to the magnitude of the load torque regardless of the direction in which the load torque is applied, as shown by the broken line in FIG. There is a need to. This is to enable the signal processing device to generate a DC detection signal corresponding to the direction and magnitude of the load torque only from the magnitude and phase of the differential AC. For this purpose, on either output line of both detection coils 20A and 20B,
It is conceivable to provide a resistor for temperature compensation or to provide a voltage dividing circuit. However, in this case, the output level of the differential AC is further reduced, and the detection accuracy of the load torque near “0” is further reduced.

【0041】一方、検出用コイル20Bの巻き数T2を
少なくしていくと、励磁用コイル19B及び検出用コイ
ル20B間の相互インダクタンスが減少して検出用コイ
ル20Bに誘起される交流出力が減少する。このため、
差分出力の最小値が、時計方向に加わる負荷トルクのよ
り大きな値に対応するように移動して、検出範囲におけ
る時計方向の最大検出負荷トルクである10N・mより
も大きくなる。その結果、負荷トルクの検出範囲におけ
る時計方向の最大検出負荷トルク10N・mに対する交
流差分の大きさ(T2が136Tのときに約0.2V)
が、交流差分の最小値(約0.04V)よりも大きな所
定の出力値となるとともに、この出力値から直線的に増
大する特性となる。
On the other hand, when the number of turns T2 of the detection coil 20B is reduced, the mutual inductance between the excitation coil 19B and the detection coil 20B is reduced, and the AC output induced in the detection coil 20B is reduced. . For this reason,
The minimum value of the difference output moves so as to correspond to the larger value of the load torque applied in the clockwise direction, and becomes larger than 10 N · m, which is the maximum clockwise detected load torque in the detection range. As a result, the magnitude of the AC difference with respect to the clockwise maximum detected load torque 10 N · m in the load torque detection range (approximately 0.2 V when T2 is 136T)
Is a predetermined output value larger than the minimum value (about 0.04 V) of the AC difference, and has a characteristic that linearly increases from this output value.

【0042】従って、検出用コイル20Aの巻き数T1
を検出用コイル20Bの巻き数T2よりも多くして、差
分交流が最小値となるときの負荷トルクが検出範囲から
外れるようにすることで、検出範囲の全域で、差分交流
の大きさが交流差分の最小値よりも大きな所定の出力値
以上となるとともに、この出力値から直線的に増大する
特性となる。
Therefore, the number of turns T1 of the detection coil 20A
Is larger than the number of turns T2 of the detection coil 20B so that the load torque when the differential AC is at a minimum value is out of the detection range. The output value is equal to or greater than a predetermined output value larger than the minimum value of the difference, and the output value increases linearly.

【0043】以上詳述した本実施の形態の磁歪式トルク
検出装置及び磁歪式トルクセンサによれば、以下の効果
を得ることができる。 (1) シャフトSに加わる負荷トルクに応じて各検出
用コイル20A.20Bに生じる交流出力を差分した差
分交流を生成するようにした。この差分交流を整流する
ことにより、シャフトSに加わった負荷トルクの大きさ
に応じた大きさの直流検出信号を生成するようにした。
According to the magnetostrictive torque detecting device and the magnetostrictive torque sensor of the present embodiment described in detail above, the following effects can be obtained. (1) Each detection coil 20A. A differential AC obtained by subtracting the AC output generated at 20B is generated. By rectifying the differential AC, a DC detection signal having a magnitude corresponding to the magnitude of the load torque applied to the shaft S is generated.

【0044】従って、各交流出力から直流検出信号を生
成する信号処理装置に起因する温度変化による検出誤差
を低減することができる。 (2) シャフトSに対して所定の検出範囲で負荷トル
クが加わったときに各検出用コイル20A,20Bに誘
起される交流出力の差分交流が、検出範囲に対して線形
な出力特性となるように、両検出用コイル20A,20
Bの巻き数に差を設けた。
Therefore, it is possible to reduce a detection error due to a temperature change caused by a signal processing device that generates a DC detection signal from each AC output. (2) When a load torque is applied to the shaft S in a predetermined detection range, the differential AC of the AC output induced in each of the detection coils 20A and 20B has an output characteristic linear with respect to the detection range. The two detection coils 20A, 20
A difference is provided in the number of turns of B.

【0045】従って、検出範囲内の負荷トルクに対する
差分交流の出力特性が、所定の過負荷負荷トルクに対す
る差分交流の最小値よりも大きな所定の出力値となると
ともに、この出力値から直線的に増大する特性となる。
その結果、負荷トルクの検出範囲の全域で出力感度が高
く、かつ、直線性に優れた差分交流を得ることができる
ので、検出精度を高くすることができる。
Accordingly, the output characteristic of the differential AC with respect to the load torque within the detection range becomes a predetermined output value larger than the minimum value of the differential AC with respect to the predetermined overload load torque, and linearly increases from this output value. Characteristics.
As a result, a differential AC having high output sensitivity and excellent linearity can be obtained over the entire load torque detection range, so that the detection accuracy can be increased.

【0046】(3) 一対の検出用コイル20A,20
Bを逆極性で直列接続し、差分交流を両コイル20A,
20Bの両端から出力するようにした。従って、各検出
用コイル20A,20Bに誘起された交流出力から差分
交流を生成するための差分増幅器等が必要ないので、磁
歪式トルク検出装置1の構成が簡素化される。
(3) A pair of detection coils 20A, 20
B are connected in series with opposite polarities, and the differential AC is applied to both coils 20A,
Output from both ends of 20B. Therefore, the configuration of the magnetostrictive torque detecting device 1 is simplified because a differential amplifier for generating a differential AC from the AC output induced in each of the detection coils 20A and 20B is not required.

【0047】(4) 各検出用コイル20A,20Bを
逆極性で接続し、その両端を、各検出用コイル20A,
20Bに誘起される交流出力の差分交流を出力する出力
端とする磁歪式トルクセンサ10を構成した。そして、
このトルクセンサ10が出力する差分交流から、外部の
信号処理装置30が直流検出信号を生成するようにし
た。
(4) The detection coils 20A and 20B are connected with opposite polarities, and both ends thereof are connected to the detection coils 20A and 20B.
The magnetostrictive torque sensor 10 was configured as an output terminal for outputting a difference AC of the AC output induced at 20B. And
An external signal processing device 30 generates a DC detection signal from the differential AC output from the torque sensor 10.

【0048】従って、差分増幅器等を備えないセンサか
ら直接差分交流が出力されるので、センサの各検出用コ
イル20A,20Bの交流出力からセンサ外部の信号処
理装置で差分交流を生成する構成に比較して、センサの
構成を複雑化することなく信号処理装置の構成を簡素化
することができる。
Accordingly, since a differential AC is directly output from a sensor having no differential amplifier or the like, a comparison is made with a configuration in which a signal processing device external to the sensor generates a differential AC from the AC output of each detection coil 20A, 20B of the sensor. Thus, the configuration of the signal processing device can be simplified without complicating the configuration of the sensor.

【0049】以下、本発明を具体化した上記実施の形態
以外の実施の形態を別例として列挙する。 ○ 上記実施の形態では、検出用コイル20A,20B
を逆極性に直列接続し、両コイル20A,20Bの両端
から差分交流が出力されるようにした。これを、図4に
示すように、巻き数に差がある各検出用コイル20A,
20Bから別々に交流出力を出力し、両交流出力から交
流差分回路としての差分増幅器40等によって差分交流
を生成する構成としてもよい。この場合にも、検出範囲
の全域で高い出力感度と、直線性に優れた出力特性を得
ることができる。又、従来の信号処理装置と同じ構成の
信号処理装置で差分交流から直流検出信号を生成するこ
とができる。
Hereinafter, embodiments other than the above-described embodiment embodying the present invention will be listed as other examples. In the above embodiment, the detection coils 20A, 20B
Are connected in series with opposite polarities, and a differential AC is output from both ends of both coils 20A and 20B. As shown in FIG. 4, each of the detection coils 20A,
Alternatively, a configuration may be adopted in which an AC output is separately output from 20B, and a difference AC is generated from the two AC outputs by a difference amplifier 40 or the like as an AC difference circuit. Also in this case, high output sensitivity and output characteristics with excellent linearity can be obtained over the entire detection range. Further, a DC detection signal can be generated from a differential AC by a signal processing device having the same configuration as a conventional signal processing device.

【0050】○ 上記実施の形態では、逆極性で直列接
続した両検出用コイル20A,20Bの両端を、各交流
出力の差分交流を出力する出力端とした磁歪式トルクセ
ンサ10を構成した。これを、図4に示すように、各検
出用コイル20A,20Bの交流出力を別々に出力する
磁歪式トルクセンサ41を構成し、外部の信号処理装置
42が各交流出力から差分交流を生成するようにしても
よい。そして、磁歪式トルクセンサ41及び信号処理装
置42で磁歪式トルク検出装置を構成する。この構成で
は、負荷トルクの検出範囲の全域で高い出力感度と、直
線性に優れた出力特性を得ることができる上に、従来の
信号処理装置と同じ構成の信号処理装置を使用すること
ができる。
In the above-described embodiment, the magnetostrictive torque sensor 10 is configured such that both ends of the two detection coils 20A and 20B connected in series with opposite polarities are output terminals for outputting a differential AC of each AC output. As shown in FIG. 4, this constitutes a magnetostrictive torque sensor 41 that separately outputs the AC output of each of the detection coils 20A and 20B, and an external signal processing device 42 generates a differential AC from each AC output. You may do so. The magnetostrictive torque sensor 41 and the signal processing device 42 constitute a magnetostrictive torque detection device. With this configuration, high output sensitivity and excellent linearity output characteristics can be obtained over the entire load torque detection range, and a signal processing device having the same configuration as a conventional signal processing device can be used. .

【0051】○ 上記実施の形態では、励磁用コイル1
9A,19Bの巻き数を同じにしたまま検出用コイル2
0A,20Bの巻き数に差を設けることで、負荷トルク
の検出範囲で差分出力が線形な出力特性となるようにし
た。これを、検出用コイル20A,20Bの巻き数を同
じとし励磁用コイル20A,20Bの巻き数に差を設け
ることによって、負荷トルクの検出範囲で差分出力が線
形な出力特性となるようにしてもよい。あるいは、励磁
用コイル19A,19Bの巻き数と、検出用コイル20
A,20Bの巻き数にそれぞれ差を設けることで、負荷
トルクの検出範囲で差分出力が線形な出力特性となるよ
うにしてもよい。いずれの場合においても、各検出用コ
イルに生じる検出交流から直流検出信号を生成する信号
処理回路での温度変化に起因する検出誤差を低減するこ
とができ、さらに、負荷トルクの検出範囲の全域で高い
出力感度と、直線性に優れた出力特性を得ることができ
る。
In the above embodiment, the exciting coil 1
9A and 19B with the same number of turns, the detection coil 2
By providing a difference in the number of turns of 0A and 20B, the difference output has a linear output characteristic in the detection range of the load torque. This is because even if the number of turns of the detection coils 20A and 20B is the same and the number of turns of the excitation coils 20A and 20B is different, the difference output has a linear output characteristic in the load torque detection range. Good. Alternatively, the number of windings of the excitation coils 19A and 19B and the number of turns of the detection coil 20
By providing a difference in the number of turns of A and 20B, the difference output may have a linear output characteristic in the load torque detection range. In any case, it is possible to reduce a detection error caused by a temperature change in a signal processing circuit that generates a DC detection signal from a detection AC generated in each detection coil, and furthermore, in a whole range of a load torque detection range. High output sensitivity and output characteristics excellent in linearity can be obtained.

【0052】○ 負荷トルクの検出範囲が、時計方向と
反時計方向とで異なる最大負荷トルクによって設定され
る磁歪式トルク検出装置又は磁歪式トルクセンサに実施
してもよい。
The present invention may be applied to a magnetostrictive torque detecting device or a magnetostrictive torque sensor in which the load torque detection range is set by different maximum load torques in the clockwise direction and the counterclockwise direction.

【0053】○ 磁歪式トルクセンサは、シャフトSに
直接外嵌する状態で固定する磁性材13の外周面に磁歪
領域14A,14Bが形成されたものに限らず、シャフ
トSに外嵌させた中間スリーブに外嵌させた磁性材の外
周面に磁歪領域が形成されたものや、シャフトSの外周
面に磁歪領域が形成されたものであってもよい。
The magnetostrictive torque sensor is not limited to the magnetic material 13 having the magnetostrictive regions 14A and 14B formed on the outer peripheral surface of the magnetic material 13 which is fixed so as to be directly fitted on the shaft S. A magnetic material having an outer peripheral surface formed with a magnetostrictive region on the outer peripheral surface of a magnetic material fitted to the sleeve or a magnetic material having a magnetostrictive region formed on the outer peripheral surface of the shaft S may be used.

【0054】又、シャフトSに外嵌する磁性材あるいは
磁性材からなるシャフトSの外周面に磁歪領域が形成さ
れたものに限らず、スリーブあるいはシャフトSの外周
面に、メッキ、溶射等の手段で磁歪部が形成された磁歪
式トルクセンサであってもよい。
The magnetic material to be fitted onto the shaft S or the magnetic material made of the magnetic material is not limited to the outer peripheral surface of which has a magnetostrictive region. May be a magnetostrictive torque sensor in which a magnetostrictive portion is formed.

【0055】○ 検出する負荷トルクが加わる被検出軸
は、電動式パワーステアリング装置のステアリングシャ
フトに限らず、各種機械の回転型電動又は油圧モータの
出力軸であってもよい。
The detected shaft to which the load torque to be detected is applied is not limited to the steering shaft of the electric power steering device, but may be the output shaft of a rotary electric or hydraulic motor of various machines.

【0056】以下、特許請求の範囲に記載した各発明の
外に前述した各実施の形態及び各別例から把握される技
術的思想をその効果とともに記載する。 (1) 被検出軸の外周側に設けられ、該被検出軸に対
して加わる負荷トルクによって逆磁歪作用を生じる一対
の磁歪部と、前記各磁歪部毎に設けられ、各磁歪部に交
番磁界を作用させる一対の励磁用コイルと、前記各磁歪
部毎に設けられ、前記一次コイルの交番磁界を前記磁歪
部を介して検出する検出用コイルとを備えた磁歪式トル
クセンサにおいて、前記各検出用コイルは、それぞれが
独立して、該各検出用コイルに誘起される交流出力を出
力するように設けられ、前記被検出軸に対して回転方向
毎に設定されている各最大負荷トルク以内の検出範囲で
負荷トルクが加わったときの前記各交流出力の差分交流
の大きさが、該検出範囲で線形な出力特性となるよう
に、前記両検出用コイルの巻き数に差が設けられている
磁歪式トルクセンサ。
Hereinafter, in addition to the inventions described in the claims, the technical ideas grasped from the above-described embodiments and the respective examples will be described together with their effects. (1) A pair of magnetostrictive portions provided on the outer peripheral side of the detected shaft to generate a reverse magnetostrictive action by a load torque applied to the detected shaft, and an alternating magnetic field provided for each of the magnetostrictive portions, In a magnetostrictive torque sensor comprising: a pair of exciting coils that act on the coils; and a detecting coil provided for each of the magnetostrictive sections and detecting an alternating magnetic field of the primary coil through the magnetostrictive sections. The detection coils are each independently provided so as to output an AC output induced in each of the detection coils, and each of the detection coils does not exceed the maximum load torque set for each rotation direction with respect to the detected shaft. A difference is provided in the number of turns of the two detection coils so that the difference AC between the respective AC outputs when the load torque is applied in the detection range has a linear output characteristic in the detection range. Magnetostrictive torque sensor.

【0057】このような構成によれば、各検出用コイル
に生じる検出交流から直流検出信号を生成する信号処理
回路での温度変化に起因する検出誤差を低減することが
でき、さらに、負荷トルクの検出範囲の全域で高い出力
感度と、直線性に優れた出力特性を得ることができる上
に、従来の信号処理装置と同じ構成の信号処理装置を使
用することができる。
According to such a configuration, it is possible to reduce a detection error caused by a temperature change in a signal processing circuit that generates a DC detection signal from a detected AC generated in each detection coil, and furthermore, it is possible to reduce a load torque. In addition to obtaining high output sensitivity and output characteristics with excellent linearity over the entire detection range, a signal processing device having the same configuration as a conventional signal processing device can be used.

【0058】(2) 請求項1に記載の発明において、
前記被検出軸に対して回転方向毎に設定されている各最
大検出負荷トルク以内の検出範囲で負荷トルクが加わっ
たときの前記差分交流の大きさが該検出範囲で線形な出
力特性となるように、前記両励磁用コイル及び検出用コ
イルの少なくとも一方の巻き数に差が設けられている。
(2) In the first aspect of the present invention,
The magnitude of the differential AC when a load torque is applied in a detection range within each maximum detection load torque set for each rotation direction with respect to the detected shaft has a linear output characteristic in the detection range. There is a difference in the number of turns of at least one of the excitation coil and the detection coil.

【0059】このような構成によれば、各検出用コイル
に生じる検出交流から直流検出信号を生成する信号処理
回路での温度変化に起因する検出誤差を低減することが
でき、さらに、負荷トルクの検出範囲の全域で高い出力
感度と、直線性に優れた出力特性を得ることができる。
According to such a configuration, it is possible to reduce a detection error caused by a temperature change in a signal processing circuit that generates a DC detection signal from a detected AC generated in each detection coil, and furthermore, it is possible to reduce a load torque. High output sensitivity and output characteristics with excellent linearity can be obtained over the entire detection range.

【0060】[0060]

【発明の効果】請求項1〜請求項6に記載の発明によれ
ば、各検出用コイルに生じる検出交流から直流検出信号
を生成する信号処理回路での温度変化に起因する検出誤
差を低減することができる。
According to the first to sixth aspects of the present invention, a detection error caused by a temperature change in a signal processing circuit for generating a DC detection signal from a detected AC generated in each detection coil is reduced. be able to.

【0061】請求項2〜請求項6に記載の発明によれ
ば、負荷トルクの検出範囲の全域で高い出力感度と、直
線性に優れた出力特性を得ることができる。請求項3又
は請求項5に記載の発明によれば、差分交流を生成する
ための交流差分回路が必要ないので、構成を簡素化する
ことができる。
According to the second to sixth aspects of the present invention, high output sensitivity and output characteristics with excellent linearity can be obtained over the entire range of the load torque detection range. According to the third or fifth aspect of the present invention, since an AC difference circuit for generating a differential AC is not required, the configuration can be simplified.

【0062】請求項5に記載の発明によれば、負荷トル
クの大きさに対応した直流検出信号を出力することがで
きる。請求項6に記載の発明によれば、センサの各検出
用コイルの交流出力からセンサ外部の信号処理装置で差
分交流を生成する構成に比較して、センサの構成を複雑
化することなく信号処理装置の構成を簡素化することが
できる。
According to the fifth aspect of the invention, it is possible to output a DC detection signal corresponding to the magnitude of the load torque. According to the sixth aspect of the present invention, the signal processing is performed without complicating the configuration of the sensor as compared with a configuration in which a differential AC is generated by a signal processing device outside the sensor from the AC output of each detection coil of the sensor. The configuration of the device can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 磁歪式トルク検出装置の電気回路図。FIG. 1 is an electric circuit diagram of a magnetostrictive torque detector.

【図2】 磁歪式トルクセンサの断面図。FIG. 2 is a sectional view of a magnetostrictive torque sensor.

【図3】 交流差分出力−負荷トルク特性を示すグラ
フ。
FIG. 3 is a graph showing an AC difference output-load torque characteristic.

【図4】 別例の磁歪式トルク検出装置の電気回路図。FIG. 4 is an electric circuit diagram of another example of a magnetostrictive torque detector.

【図5】 従来の直流差分方式の磁歪式トルク検出装置
の電気回路図。
FIG. 5 is an electric circuit diagram of a conventional DC difference type magnetostrictive torque detector.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…磁歪式トルク検出装置、10…磁歪式トルク検出装
置を構成する磁歪式トルクセンサ、14A,14B…磁
歪部としての磁歪領域、19A,19B…励磁用コイ
ル、20A,20B…検出用コイル、30…磁歪式トル
ク検出装置を構成する信号処理装置、31…信号変換回
路を構成する整流器、32…同じくフィルタ、33…同
じく増幅器、40…交流差分回路としての差分増幅器、
41…磁歪式トルク検出装置を構成する磁歪式トルクセ
ンサ、42…同じく信号処理装置、S…被検出軸として
のシャフト。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetostrictive torque detector, 10 ... Magnetostrictive torque sensor which comprises a magnetostrictive torque detector, 14A, 14B ... Magnetostrictive area | region as a magnetostrictive part, 19A, 19B ... Exciting coil, 20A, 20B ... Detection coil, Reference numeral 30 denotes a signal processing device that constitutes a magnetostrictive torque detector, 31 denotes a rectifier that constitutes a signal conversion circuit, 32 denotes a filter, 33 denotes an amplifier, and 40 denotes a difference amplifier as an AC difference circuit.
41 ... Magnetostrictive torque sensor constituting a magnetostrictive torque detecting device, 42 ... Similar signal processing device, S ... Shaft as shaft to be detected.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検出軸の外周側に設けられ、該被検出
軸に対して加わる負荷トルクによって逆磁歪作用を生じ
る一対の磁歪部と、 前記各磁歪部毎に設けられ、各磁歪部に交番磁界を作用
させる一対の励磁用コイルと、 前記各磁歪部毎に設けられ、前記一次コイルの交番磁界
を前記磁歪部を介して検出する一対の検出用コイルとを
備えた磁歪式トルク検出装置において、 前記被検出軸に対して加わる負荷トルクに対して前記各
検出用コイルに生じる交流出力を差分した差分交流を生
成する磁歪式トルク検出装置。
A pair of magnetostrictive portions provided on an outer peripheral side of a detected shaft to generate an inverse magnetostrictive action by a load torque applied to the detected shaft; provided for each of the magnetostrictive portions; A magnetostrictive torque detecting device comprising: a pair of exciting coils for applying an alternating magnetic field; and a pair of detecting coils provided for each of the magnetostrictive portions and detecting the alternating magnetic field of the primary coil through the magnetostrictive portions. 5. The magnetostrictive torque detecting device according to claim 1, wherein a differential AC is generated by subtracting an AC output generated in each of the detection coils from a load torque applied to the detected shaft.
【請求項2】 前記被検出軸に対して回転方向毎に設定
されている各最大検出負荷トルク以内の検出範囲で負荷
トルクが加わったときの前記差分交流の大きさが該検出
範囲で線形な出力特性となるように、前記両検出用コイ
ルの巻き数に差が設けられている請求項1に記載の磁歪
式トルク検出装置。
2. The magnitude of the differential AC when a load torque is applied in a detection range within each maximum detection load torque set for each rotation direction with respect to the detected shaft is linear in the detection range. 2. The magnetostrictive torque detecting device according to claim 1, wherein a difference is provided in the number of windings of the two detection coils so as to obtain an output characteristic.
【請求項3】 前記一対の検出用コイルは逆極性で直列
接続され、前記差分交流は、該両検出用コイルの両端部
から出力される請求項2に記載の磁歪式トルク検出装
置。
3. The magnetostrictive torque detecting device according to claim 2, wherein the pair of detection coils are connected in series with opposite polarities, and the differential AC is output from both ends of the both detection coils.
【請求項4】 前記各検出用コイルの交流出力は別々に
交流差分回路に入力され、該交流差分回路によって前記
各交流出力から前記差分交流が生成される請求項2に記
載の磁歪式トルク検出装置。
4. The magnetostrictive torque detection according to claim 2, wherein the AC output of each of the detection coils is separately input to an AC difference circuit, and the AC difference circuit generates the differential AC from each of the AC outputs. apparatus.
【請求項5】 前記差分交流から、前記負荷トルクの大
きさに比例する直流検出信号を生成する信号変換装置を
備えている請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の
磁歪式トルク検出装置。
5. The magnetostrictive torque according to claim 1, further comprising a signal converter that generates a DC detection signal proportional to the magnitude of the load torque from the differential AC. Detection device.
【請求項6】 被検出軸の外周側に設けられ、該被検出
軸に対して加わる負荷トルクによって逆磁歪作用を生じ
る一対の磁歪部と、 前記各磁歪部毎に設けられ、各磁歪部に交番磁界を作用
させる一対の励磁用コイルと、 前記各磁歪部毎に設けられ、前記一次コイルの交番磁界
を前記磁歪部を介して検出する一対の検出用コイルとを
備えた磁歪式トルクセンサにおいて、 前記両検出用コイルは逆極性で直列接続されるととも
に、その両端が、該各検出用コイルに生じる交流出力を
差分した差分交流を出力する出力端とされ、 前記被検出軸に対して回転方向毎に設定されている各最
大検出負荷トルク以内の検出範囲で負荷トルクが加わっ
たときの前記差分交流の大きさが該検出範囲で線形な出
力特性となるように、前記両検出用コイルの巻き数に差
が設けられている磁歪式トルクセンサ。
6. A pair of magnetostrictive portions provided on an outer peripheral side of a detected shaft and generating an inverse magnetostrictive action by a load torque applied to the detected shaft; and a pair of magnetostrictive portions provided for each of the magnetostrictive portions. A magnetostrictive torque sensor comprising: a pair of exciting coils for applying an alternating magnetic field; and a pair of detecting coils provided for each of the magnetostrictive portions and detecting an alternating magnetic field of the primary coil through the magnetostrictive portions. The two detection coils are connected in series with opposite polarities, and both ends thereof are output terminals for outputting a differential AC obtained by subtracting an AC output generated in each of the detection coils, and are rotated with respect to the detected shaft. The magnitude of the differential AC when a load torque is applied in a detection range within each maximum detection load torque set for each direction is a linear output characteristic in the detection range, so that the two detection coils are Number of turns Magnetostrictive torque sensor difference is provided.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1426749A1 (en) * 2002-12-06 2004-06-09 HONDA MOTOR CO., Ltd. Torque sensor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1426749A1 (en) * 2002-12-06 2004-06-09 HONDA MOTOR CO., Ltd. Torque sensor
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