JP2005517946A - コイル及び磁場センサを備えた強磁性部材のための磁気的に中性の変位(トルク)変換器 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、変位、特に線形変位又は位置を計測するための磁気ベースの変換器に関する。本発明はさらに、変換器アセンブリ、特に磁気ベースの変換器及び変換器アセンブリに関する。
シャフト又はトルクを伝達するための他の部品のトルクを計測するために磁気変換器技術が広く受け入れられるようになった。磁気ベースのトルク変換器は、特に、縦軸を中心にして回転するシャフトのための非接触トルクセンサに用途を見いだしている。一以上の変換器要素として使用される一以上の磁気領域がシャフト中又はシャフト上に生成されて、シャフトに対して外にあるトルク依存磁場成分を発生させ、この成分が、シャフトと接触しないセンサ構造によって検出される。
本発明は、ギヤシフトハウジングに取り付けられたクラッチの線形運動の計測に関連して開発されたものである。生じる特定の問題は、変換器の主要な要素を、強磁性材料でできているハウジング内に取り付けなければならないという要件である。しかし、本明細書に記載する計測技術は、より汎用性があり、クラッチへの応用に限定されない。記載される変換器システムは、ギヤシフトのハウジングによって提供される強磁性壁をはさんでクラッチ機構の変位の非接触計測を提供する。
図1は、鋼又は他の強磁性材料であると想定する管10(円周方向で閉じている)の縦断面を示す。管は、たとえば、管の軸A−Aに沿って延びるギヤシャフト(図示せず)を収容することができる。磁気変換器アセンブリ20が管の中に取り付けられ、管の外に取り付けられた機構(図示せず)の軸方向変位(S)に応答することを要求される。管壁をはさんで変換器アセンブリを管の外に磁気的に結合するために、変換器アセンブリの近くで機構とともに動いて内部アセンブリ20の動作に影響するための強磁性材料の部材30が設けられている。
温度又は迷磁場(ストレィフィールド)によるオフセットがないこと、
より低い平均電流消費、
信号をフィルタリングし、ノイズを除去することが容易であること、
材料が磁気的中性に維持されること
である。
図6は、円形の断面を有すると想定され、その縦軸A−Aを中心にして回転するように取り付けられるシャフト110を示す。このシャフトは、連続的に回転することもできるし、限られた角度範囲だけ回動することもできるし、一端が保持される間に他端にトルクが加えられることもできる。端部114に結合された負荷(図示せず)を駆動するため、図示するようにトルクTが端部112に加えられている。
直前の記載は、変換器コイルアセンブリ及びその対応するセンサに対するシャフトの角度傾斜又はスキューの存在でトルクを計測することに関するものであった。このようなスキュー又は傾斜が生じうる一つの状況は、トルクが計測されるところのシャフトが、変換器領域の場所でシャフトの曲げモーメントにつながる横方向の力を受けるかどうかである。補正措置の非存在での結果的な軸方向傾斜又はスキューに対する感度を使用して、加えられた力を計測することができる。さらには、この力計測は、トルクが伝達されるシャフトへの適用に限定されない。力計測は、加えられる力によって曲げモーメントを受けるいかなる細長い部材にも適用することができるし、加えられる力に応答して枢軸を中心に回転するように回動可能に取り付けられた細長い部材にさえも適用することができる。細長い部材は、上記のように、ただし、変更されたセンサ構造で、変換器領域を変換器アセンブリとともに支持する、又はそれに組み込んで有することができなければならない。
軸の周囲に巻かれ、軸方向の空所を中に有し、励起されると、前記空所に受けられるシャフト又は他の細長い部材の強磁性部分中に軸方向磁化を発生させることができるコイルと、前記コイルを交流で励起して、前記部品中に、部品中のトルクに依存する成分を発する交互極性の磁場を発生させるための、比較的小さいデューティサイクルを有する交互極性の一連の電流パルスを前記コイル中に生成するように作動することができる励起手段と、前記コイルの端部及び前記空所に隣接して配置された、前記空所に受けられた強磁性材料の部分に対応する磁場成分を検出するための、前記軸に対して接線方向(円周方向)にある磁場成分を検出するように向けられた少なくとも1個のセンサ装置を含む、前記一連の電流パルスに対応する交互極性の一連のトルク依存信号パルスを生成するように作動することができるセンサ構造と、前記一連の信号パルスに応答して、前記一連の信号パルスのピーク間値に依存するトルク表示出力信号を発するピーク間検出器を含む信号処理手段とを含む。
Claims (21)
- 変位を計測するための変換器であって、
軸の周囲に巻かれ、励起されると磁場を発生させることができるコイルと、間にあるコイルと軸方向に離間し、それぞれがコイルに隣接してコイルの励起によって発生する磁場成分に応答する第一及び第二の磁場センサ装置と、を含む変換器アセンブリと、
コイルによって発生する磁場と相互作用するように配置された強磁性部材と、
を含み、
強磁性部材及び変換器アセンブリが前記軸の方向で相対的に変位するように取り付けられて、第一及び第二のセンサ装置によって感知される各磁場成分の平衡が、変換器アセンブリに対する強磁性部材の軸方向位置の関数であるようにしている変換器。 - 前記軸が直線状であり、前記強磁性部材及び前記変換器アセンブリが相対的に線形に変位するように取り付けられている、請求項1記載の変換器。
- 強磁性材料でできた構造が前記部材と前記変換器アセンブリとの間に配置されている、請求項1又は2記載の変換器。
- 前記構造が管であり、前記変換器アセンブリ及び強磁性部材の一方が管の中に取り付けられ、他方が管の外に取り付けられている、請求項3記載の変換器。
- 強磁性部材が環の形状であり、部材及びコイルが管の各表面壁に隣接して配置されている、請求項4記載の変換器。
- 強磁性部材と変換器アセンブリが各々管の外と中とに取り付けられている、請求項5記載の変換器。
- 強磁性部材が、変位が計測される装置の一部であるか、その装置とともに動くように固着されている、請求項1〜6のいずれか記載の変換器。
- 相対変位の関数である信号を発するための出力回路をさらに含み、前記第一及び第二のセンサ装置が互いに反対にその回路に接続されて、出力信号が、それらによって感知される各磁場成分の平衡を表すようになっている、請求項1〜7のいずれか記載の変換器。
- 前記コイルを励起するために接続されたAC電源をさらに含む、請求項1〜8のいずれか記載の変換器。
- 前記AC電源が低デューティサイクルの双極パルスを生成する、請求項9記載の変換器。
- 変位を計測するための変換器であって、
それぞれ軸の周囲に巻かれ、軸方向に離間し、励起されてコイル間の領域に対向する磁場を発生させるように相互接続されている第一及び第二のコイルと、前記領域中に配置され、その中で発生する対向する磁場の平衡に応答する磁場センサ装置と、を含む変換器アセンブリと、
励起されたコイルによって前記領域中に発生する磁場と相互作用するように配置された強磁性部材と
を含み、
前記強磁性部材及び変換器アセンブリが前記軸の方向で相対的に変位するように取り付けられて、前記センサ装置によって感知される対向する磁場の平衡が、変換器アセンブリに対する強磁性部材の軸方向位置の関数であるようにしている変換器。 - 前記軸が直線状であり、前記強磁性部材及び前記変換器アセンブリが相対的に線形に変位するように取り付けられている、請求項11記載の変換器。
- 強磁性材料でできた構造が前記部材と前記変換器アセンブリとの間に配置されている、請求項11又は12記載の変換器。
- 前記構造が管であり、前記変換器アセンブリ及び強磁性部材の一方が管の中に取り付けられ、他方が管の外に取り付けられている、請求項13記載の変換器。
- 強磁性部材が環の形状であり、一方では部材が、ならびに他方では第一及び第二のコイルが管の各表面壁に隣接して配置されている、請求項14記載の変換器。
- 強磁性部材と変換器アセンブリが各々管の外と中とに取り付けられている、請求項15記載の変換器。
- 強磁性部材が、変位が計測される装置の一部であるか、その装置とともに動くように固着されている、請求項1〜16のいずれか記載の変換器。
- 相対変位の関数である信号を発するための出力回路をさらに含み、前記センサ装置がその出力回路に接続されて、出力信号が、第一及び第二のコイルによって発生する各磁場成分の平衡を表すようになっている、請求項11〜17のいずれか1項記載の変換器。
- 前記コイルを励起するために接続されたAC電源をさらに含む、請求項11〜18のいずれか1項記載の変換器。
- 前記AC電源が低デューティサイクルの双極パルスを生成する、請求項19記載の変換器。
- 前記コイルが前記電源に直列に接続されている、請求項19又は20記載の変換器。
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