JP2006322784A - トルク検出装置、回転速度検出装置及び回転角度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コストが嵩まず、装置の小型化が図れ、シャフトに加えられるトルクを非接触で検出する磁気弾性を利用したトルク検出装置を得ることを目的とする。
【解決手段】 円周方向に略等間隔に設けられ、円周方向に極性を持つ少なくとも２個の着磁部２を有する複合磁性体で形成されたシャフト１と、該シャフトの着磁部付近の上方近傍に電気角略４５°の位相を持たせて配置され、該シャフトの軸方向の発生磁界を検出する２個の磁界センサ３、該磁界センサの検出信号からシャフトに印加されるトルクを演算する演算部２２とを備えて構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明はシャフトに加えられるトルクやシャフトの回転速度及び回転角度を非接触で検出する磁気弾性を利用したトルク検出装置、回転速度検出装置及び回転角度検出装置に関するものである。

従来の磁気弾性トルクセンサは、部材の軸方向に延びる軸線周りに印加されたトルクを示す信号を出力する磁気弾性トルクセンサであって、分離した磁気作用領域と磁気的に実質的に非作用の領域とを備え、全体にほぼ均質な化学構成を有する単体の部材と、上記部材内で単一の円周方向にリング状に成極されるとともに、上記部材に対してトルクを印加した後にトルクが零になったときに磁化を上記単一の円周方向に戻すような充分な磁気異方性を有しており、それにより上記トルクに応じて変動する磁界を生成する第一磁気弾性作用領域と、上記磁気弾性作用領域に近接しかつこれに対向する位置に取り付けられ、上記磁界の大きさを検出してこの大きさに応じた出力信号を出力する磁界センサ手段とを備えてなるものである（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−５１６３４６号公報（第１頁、ＦＩＧ．１（ａ））

従来の磁気弾性トルクセンサは、単体の部材であるシャフトの円周方向にリング状になるように着磁して磁気弾性作用領域を形成し、これにトルクを加えるとビラリ効果（逆磁歪効果）によって磁化の向きが変化するため、磁化が回転し、その結果、軸方向の漏れ磁界がシャフト周辺に現れ、この漏れ磁界はトルクに比例することから、磁気弾性作用領域に近接し、かつこれに対向する位置に取り付けられた磁界センサ手段が漏れ磁界の大きさを検出してこの大きさに応じた出力信号に基づいてシャフトに加えられたトルクを検出するようにしたものであるが、磁化は円周方向に閉じた磁路を形成しているからトルクを初めとする外部からのエネルギー変化に対して影響されにくいため、トルクに起因する漏れ磁界が小さく、外乱によるＳ／Ｎ比の判別がしにくいという問題があった。

かかる問題を解決するため、高感度な磁界センサが必要になり、その反面として外部磁界の影響を受けやすいので、しっかりとしたシールドが必要であるため、コスト高となると共に装置が大型化するという問題があった。
また、単体の部材であるシャフトの円周方向にリング状になるように着磁して磁気弾性作用領域を形成するための手段として、回転するシャフトに対して磁極を接触させる方法や、シャフトに通電し、発生する磁界によって着磁する方法がとられているが、トルク印加による漏れ磁界の変化を直接トルク値へ変換する方式であるため、着磁の際の磁化不均一などによるトルク感度の不均一が検出精度に直接影響を及ぼすこととなる。従って、回転角によって出力が変化してしまう可能性が高く、この補正が必要になるという問題もあった。

本発明に係るトルク検出装置は、円周方向に略等間隔に設けられ、円周方向に極性を持つ少なくとも２個の着磁部を有する複合磁性材料で形成されたシャフトと、該シャフトの着磁部付近の上方近傍に電気角略４５°の位相を持たせて配置され、該シャフトの軸方向の発生磁界を検出する２個の磁界センサと、該磁界センサの検出信号からシャフトに印加されるトルクを演算する演算部とを備えて構成されている。

本発明は以上説明したとおり、円周方向に略等間隔に設けられ、円周方向に極性を持つ少なくとも２個の着磁部を有する複合磁性材料で形成されたシャフトと、該シャフトの着磁部付近の上方近傍に電気角略４５°の位相を持たせて配置され、該シャフトの軸方向の発生磁界を検出する２個の磁界センサと、該磁界センサの検出信号からシャフトに印加されるトルクを演算する演算部とを備えて構成されているから、シャフトに着磁部を形成するのに、従来の円周方向に閉じた磁路を形成する場合に比べて容易であり、形成された着磁部の磁化も強いものであるため、シャフトにトルクが印加されて着磁部に発生する斜め方向の磁化ベクトルも大きいことにより、その磁化ベクトルにより発生する漏れ磁界を磁界センサが感度良く検出することができるため、高感度の磁界センサを用いたり、シールドの必要も少ないために検出装置の製作コストが嵩むことはなく、検出装置が大型化することもない。

また、シャフトの着磁部付近の上方近傍に電気角略４５°の位相を持たせて２個の磁界センサが配置され、磁界センサの検出信号から演算部がシャフトに印加されるトルクを演算するようにしているから、２個の磁界センサはシャフトに印加されたトルクに応じたsinθとcosθの検出信号を出力し、演算部が磁界センサのsinθとcosθの検出信号に基づいて、トルクを演算により簡単に求めることができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１のトルク検出装置の構成を示す説明図で、（ａ）は２個の着磁部を有するシャフトの近傍に磁界センサが２個配置された状態を示す側面図、（ｂ）は２個の着磁部を有するシャフトと磁界センサが２個配置された状態の斜視図、（ｃ）はシャフトの展開図、図２はトルク検出装置の構成を示す説明図で、（ａ）は４個の着磁部を有するシャフトの近傍に磁界センサが２個配置された状態を示す側面図、（ｂ）は２個の着磁部を有するシャフトの近傍に磁界センサが２個配置された状態を示す斜視図、図３の（ａ）、（ｂ）はトルク検出装置のシャフトへのトルク無印加時と正トルク印加時における着磁部の磁界の変化を示す説明図、（ｃ）は磁界センサが検出する磁界の大きさの変化を示すグラフ、図４の（ａ）はトルク検出装置の２個の着磁部を有するシャフトの近傍に２個配置された磁界センサがそれぞれ検出する磁界の大きさの変化を示す説明図、（ｂ）はトルク検出装置の４個の着磁部を有するシャフトの近傍に２個配置された磁界センサがそれぞれ検出する磁界の大きさの変化を示す説明図、図５はトルク検出装置のトルク検出のための信号処理の過程を示す波形図である。

図１において、本発明の実施の形態１のトルク検出装置は４個の着磁部２を有するシャフト１と、そのシャフト１の着磁部２付近の近傍に配置された４個の感度に方向性を持った磁界センサ３とを備えて概略構成されている。
このシャフト１は例えば、Ｆｅ−１８Ｃｒ−８．５Ｎｉ系又はＦｅ−１７．５Ｃｒ−０．５Ｃ系の複合磁性材料から形成されている。
この複合磁性材料から形成されたシャフト１に着磁部２を設けるのは次の手順で行われる。
まず、複合磁性材料から形成されたシャフト１の着磁部２を設けようとする部分的位置に熱処理または機械加工によりマルテンサイト変態を起こさせ部分的な強磁性部を形成する。

そうすると、シャフト１は強磁性部と非磁性部を合わせもつこととなり、例えば強磁性部の最大透磁率はμｍ≧１００、非磁性部の透磁率はμ≦１．０１となる。
次に、シャフト１に形成された部分的な強磁性部に永久磁石又は電磁石を所定時間近接させた後に遠ざけることにより、その強磁性部がＮとＳの極性を持つ着磁部２となる。
この実施の形態１では、シャフト１の一列目の円周方向に機械角１８０°の間隔を置いて円周方向にＮとＳの極性を持つ２個の着磁部２が設けられ、一列目の円周方向とは離れた位置にある２列目の円周方向にも一列目と同様に機械角１８０°の間隔を置いて円周方向に一列目とは逆向きの極性を持つ２個の着磁部２が設けられている。

そのシャフト１の一列目の円周方向の着磁部２付近の上方近傍に２個の磁界センサ３を機械角２２．５°（電気角４５°）の間隔を置いて配置すると共に２列目の円周方向の着磁部２付近の上方近傍にも２個の磁界センサ３を機械角２２．５°（電気角４５°）の間隔を置いて配置することにより、シャフト１にトルクが印加された場合に、各磁界センサ３がsinθの検出信号を出力するようにしている。
トルクを検出するためには、原理的にシャフト１に一列目の円周方向に２個の着磁部２を設けることで足りるが、二列目の円周方向に一列目とは逆向きの極性を持つ２個の着磁部２を設けるようにしているのは、図１の（ｃ）に示すように、着磁の向きを逆にして地磁気を含む外来の磁気をキャンセルするためである。

なお、図２はシャフト１の一列目の円周方向に機械角９０°の間隔を置いて円周方向にＮとＳの極性を持つ４個の着磁部２が設けられ、一列目の円周方向とは離れた位置にある２列目の円周方向に一列目と同様に機械角９０°の間隔を置いて円周方向に一列目とは逆向きの極性を持つ４個の着磁部２が設けられ、そのシャフト１の一列目の円周方向の着磁部２付近の上方近傍に２個の磁界センサ３が機械角１１．２５°（電気角４５°）の間隔を置いて配置されていると共に２列目の円周方向の着磁部２付近の上方近傍にも２個の磁界センサ３が機械角１１．２５°（電気角４５°）配置されている例を示している。
このようにシャフト１の一列目の円周方向に機械角９０°の間隔を置いて４個の着磁部２が設けられている場合には、そのシャフト１の近傍に設けられる２個の磁界センサ３を機械角１１．２５°（電気角４５°）の間隔を置いて配置することにより、図１と同様にシャフト１にトルクが印加された場合に、各磁界センサ３がsinθの検出信号を出力できるようにしたものである。

次に、円周方向に間隔を置いて設けた２個の着磁部２を有するシャフト１にトルクが印加された場合に、そのトルクをシャフト１の近傍に設けた２個の磁界センサ３の検出信号から検出することができる原理について図３〜図５に基づいて説明する。
まず、図３の（ａ）に示すように、シャフト１の近傍に設けられる磁界センサ３を、その感度方向が着磁部２のＮ極とＳ極を結ぶ線に対して直交する方向となるように配置する。
そうすると、着磁部２の磁界方向と磁界センサ３の感度方向が直交しており、シャフト１にトルクが加えられていない場合には、着磁部２の磁化方向が変化しないため、磁界センサ３は磁界を検出しないため、磁界センサ３の出力は零である。
次に、シャフト１にトルクを印加すると、図３の（ｂ）の正トルク印加時に示すように、着磁部２に斜め４５度方向に磁化容易軸が発生して磁化方向が変化するため、斜め方向の磁化ベクトルが発生する。

そして、トルクの印加に伴いシャフト１が回転した場合、図３の（ｃ）に示すように、磁界センサ３はsinθの検出信号を出力する。
シャフト１の一列目の円周方向に機械角１８０°の間隔を置いて２個の着磁部２が設けられ、２つの磁界センサ３は図１及び図４に示すように、シャフト１の円周方向の着磁部２付近の上方近傍に機械角２２．５°（電気角４５°）の間隔を置いて配置されているため、正トルクと逆トルクが印加された場合、２つの磁界センサ３の出力は、図４に示すような波形となる。
また、シャフト１には前述のように、一列目の円周方向の着磁部２と二列目の円周方向の着磁部２の近傍にそれぞれ２つの磁界センサ１が設けられ、合計４個の磁界センサ３が設けられているが、一列目の円周方向の着磁部２の近傍の２個の磁界センサ３の出力とその出力の反転信号を用いる場合は、一列目の円周方向の着磁部２の近傍の２個の磁界センサ３だけでよい。

磁界センサ３の検出信号からトルクを検出する場合、４個の磁界センサの検出信号を演算することで、１つの磁界センサ３が検出した磁界出力の２乗×４倍の出力を得ることができるが、以下にその理由について説明する。
シャフト１の一列目の円周方向の着磁部２の近傍にそれぞれ配置した２つの磁界センサ３が検出した出力波形は、図５の（ａ）に示すように、トルクの大きさに比例した振幅±１の９０°位相差２相の信号となる。また、二列目の円周方向の着磁部２の近傍にそれぞれ２つの磁界センサ３が検出した出力波形は、図５の（ｂ）に示すように、各相信号の反転信号となる。そして、これら４つの信号を演算すると、図５の（ｃ）に示すように、Ｅの信号となり、トルク値を算出することができる。

これら４つの信号は次のように演算される。
シャフト１の一列目の円周方向の着磁部２の近傍にそれぞれ配置した２つの磁界センサが検出した出力をＥａ、Ｅｂとし、二列目の円周方向の着磁部２の近傍にそれぞれ配置した２つの磁界センサが検出した出力をＥｃ、Ｅｄとすると、Ｅａ〜Ｅｃを次式で表することができる。
Ｅａ＝Ｂ0＋Ａｃｏｓθ
Ｅｂ＝Ｂ0＋Ａｓｉｎθ
Ｅｃ＝Ｂ0−Ａｃｏｓθ
Ｅｄ＝Ｂ0−Ａｓｉｎθ
ここで、Ｂ0はノイズとなる外部磁界成分であり、Ａはトルクに依存する磁界成分である。

次に、減算処理により各相信号の２倍の振幅を得る。
これを式で表すと、
Ｅａｃ＝２Ａｃｏｓθ
Ｅｂｄ＝２Ａｓｉｎθ
となる。
さらに、２乗処理により各相信号の符号を揃えると共に、各相信号を加算して、角度に依存しない４倍の振幅の電圧信号、即ちトルク信号を得ることができる。これを式で表すと、
Ｅ＝Ｅａｃ² ＋Ｅｂｄ² ＝４Ａ²
となる。
そして、演算部（図示省略）が磁界センサ３の検出信号から上述した演算を行うことにより、シャフトに印加されるトルクを求めることができる。
なお、感度の方向性を有する磁界センサとして、ホールＩＣ素子を用いることができる。その理由は磁界の強さと方向が分かるため、正逆のトルクを検出することができるからである。

この実施の形態１のトルク検出装置は、円周方向に略等間隔に設けられ、円周方向に極性を持つ少なくとも２個の着磁部２を有する複合磁性材料で形成されたシャフト１と、シャフト１の着磁部２付近の上方近傍に電気角略４５°の位相を持たせて配置され、該シャフトの軸方向の発生磁界を検出する２個の磁界センサ３と、該磁界センサの検出信号からシャフトに印加されるトルクを演算する演算部とを備えて構成されているから、シャフト１に着磁部２を形成するのが円周方向に閉じた磁路を形成する場合に比べて容易であり、形成された着磁部２の磁化も強いものであるため、シャフト１にトルクが印加されて着磁部２に発生する斜め方向の磁化ベクトルも大きいことにより、その磁化ベクトルにより発生する漏れ磁界を磁界センサ３が感度良く検出することができるため、高感度の磁界センサを用いたり、シールドの必要も少ないために検出装置の製作コストが嵩むことはなく、検出装置が大型化することもない。
また、シャフト１の着磁部２付近の上方近傍に電気角略４５°の位相を持たせて２個の磁界センサ３が配置され、磁界センサ３の検出信号から演算部がシャフト１に印加されるトルクを演算するようにしているから、２個の磁界センサ３はシャフト１に印加されたトルクに応じたsinθとcosθの検出信号を出力し、演算部が磁界センサのsinθとcosθの検出信号に基づいて、トルクを演算により簡単に求めることができる。

次に、本発明の実施の形態１のトルク検出装置が設置された工業用ミキサについて図６及び図７に基づいて説明する。
図６はトルク検出装置が設置された工業用ミキサの構成を示す説明図、図７はトルク検出装置の回路構成を示すブロック図である。
図６に示すように、工業用ミキサはモータ１１と、モータ１１の回転を減速する減速機１２と、減速機１２に接続された２本のシャフト１３と、各シャフト１３の先端側に取り付けられた撹拌機１４とで構成されている。１５はパン生地１６が入れられた容器である。
また、トルク検出装置１０は、磁界センサ３とコントローラ２０とで構成され、その磁界センサ３は、工業用ミキサの一方のシャフト１３の近傍に配置されている。

トルク検出装置１０の磁界センサ３の出力はコントローラ２０に出力され、コントローラ２０の出力はモータ１１に出力される。
コントローラ２０はトルク検出装置１０の磁界センサ３の出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２１と、Ａ／Ｄ変換器２１によりＡ／Ｄ変換された磁界センサ３の出力信号に基づいて上述した演算式によりトルクを算出し、該トルクに応じたモータ電流を演算するする演算部２２と、演算部２２が出力したモータ電流信号をＤ／Ａ変換してモータ１１に出力するＤ／Ａ変換器２３とで構成されている。

このようにトルク検出装置１０が設置された工業用ミキサでは、トルク検出装置１０の磁界センサ３が容器１５内のパン生地１６を撹拌する攪拌機１４を有するシャフト１３に生じたトルクを検出し、磁界センサ３の検出信号を受けたコントローラ２０では磁界センサ３の検出信号に基づいてトルクを算出し、算出したトルクからパン生地１６の粘度を演算し、所定の粘度となるようにトルク変化量、変化速度等のパラメータを考慮したモータ電流を演算し、演算したモータ電流によりモータ１１の回転速度、回転停止等を制御するようにしている。

実施の形態２．
図８の（ａ）は本発明の実施の形態２、３の回転速度検出装置と回転角度検出装置の磁界センサの配置を示す説明図、（ｂ）は本発明の実施の形態１のトルク検出装置の磁界センサの配置を示す説明図、図９の（ａ）は本発明の実施の形態２の回転速度検出装置の２個の着磁部を有するシャフトの近傍に２個配置された磁界センサが検出する磁界の大きさの変化を示す説明図、（ｂ）は回転速度検出装置の４個の着磁部を有するシャフトの近傍に２個配置された磁界センサが検出する磁界の大きさの変化を示す説明図である。
本発明の実施の形態２の回転速度検出装置は、実施の形態１のトルク検出装置と構成は実質的に同じであるが、相違するところはシャフト１の近傍に配置される磁界センサ３の感度方向が異なる点である。

回転速度検出及び後述する回転角度検出の場合は、トルクに関係なく、常時磁界の変化を検出する必要があるため、図８の（ａ）に示すように、シャフト１の近傍に設けられる磁界センサ３を、その感度方向が着磁部２のＮ極とＳ極を結ぶ線に対して同方向となるように配置する。
なお、トルク検出の場合は、シャフト１にトルクが印加されると、着磁部２に斜め４５度方向に磁化容易軸が発生して磁化方向が変化し、斜め方向の磁化ベクトルが発生するため、図８の（ｂ）に示すように、シャフト１の近傍に設けられる磁界センサ３を、その感度方向が着磁部２のＮ極とＳ極を結ぶ線に対して直交する方向となるように配置する。

この実施の形態２の回転速度検出装置では、２個の着磁部２を有するシャフト１が回転すると、シャフト１の円周方向で磁界が変化する。そこで、この磁界の変化を２つの磁界センサ３で検出しようとするものであり、これらの磁界センサ３の出力は図９の（ａ）に示すようなsinθとcosθの検出信号となる。
これら磁界センサ３の検出信号であるsinθとcosθはそれぞれシャフト１の１回転当たり２サイクルであることが分かるから、シャフト１の１回転当たり２サイクルのsinθとcosθを得るのに要する時間を測定し、この時間の逆数を求めることにより、回転速度を検出することができる。
この実施の形態２の回転速度検出装置を電動パワーステアリング装置、または工業用ミキサに設置すれば、磁界センサ３の出力をコントローラ２０の演算部２２で上述の如く、演算することにより、回転速度を求めることができる。

以上の説明は、シャフト１の近傍に２個の磁界センサ３を配置してsinθとcosθを得て回転速度を検出するようにしたものであるが、シャフト１の近傍に１個の磁界センサ３を配置してsinθ又はcosθの検出信号を得て回転速度を検出することも原理的に可能であることはいうまでもない。
また、４個の着磁部２を有するシャフト１の近傍に２つの磁界センサ３を配置した場合の磁界センサ３の出力は図９の（ｂ）に示すように、磁界センサ３の検出信号であるsinθとcosθはそれぞれシャフト１の１回転当たり４サイクルとなる。この場合も、シャフト１の１回転当たり４サイクルのsinθとcosθを得るのに要する時間を測定し、この時間の逆数を求めることにより、回転速度を簡単に求めることができる。

実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３の回転角度検出装置の回転角度検出のための信号処理の過程を示す波形図、図１１は回転角度検出装置の回転角度検出のためのsinωｔとsin（θ＋ωｔ）の値から角度を算出するためのテーブルである。
本発明の実施の形態３の回転角度検出装置は、実施の形態１のトルク検出装置と構成は実質的に同じであるが、相違するところは磁界センサ３の出力について角度検出のための信号処理及び演算の仕方が異なる点である。
また、回転角度を検出する場合、２個の磁界センサの出力信号を信号処理及び演算することで、回転角度位置を検出することができる。

回転角度検出の場合は、回転速度検出の場合と同様に、図８の（ａ）に示すように、シャフト１の近傍に設けられる磁界センサ３を、その感度方向が着磁部２のＮ極とＳ極を結ぶ線に対して同じ方向となるように配置する。
また、シャフト１の円周方向に機械角１８０°の間隔を置いて２個の着磁部２が設けられ、２つの磁界センサ３はシャフト１の円周方向の近傍に機械角２２．５°（電気角４５°）の間隔を置いて配置されていることとする。

次に、円周方向に間隔を置いて設けた着磁部２を有するシャフト１にトルクが印加されて回転した場合に、そのシャフト１の回転角度をシャフト１の近傍に設けた２つの磁界センサ３の検出信号から検出することができるレゾルバ方式の原理について図１０及び図１１に基づいて説明する。
まず、シャフト１にトルクが印加されると、それに伴いシャフト１も回転するため、図１０の（ａ）に示すように、一方の磁界センサ３の検出信号はsinθとなり、他方の磁界センサ３の検出信号はcosθとなる。
次に、一方の磁界センサ３の検出信号であるsinθにcosωｔを乗算し、他方の磁界センサ３の検出信号であるcosθにはsinωｔを乗算し、図１０の（ｂ）に示すように、それぞれsinθ×cosωｔ、cosθ×sinωｔを生成する。
そして、これらを加算することにより、図１０の（ｃ）に示すように、sin（θ＋ωt）を生成する。

この生成された信号であるsin（θ＋ωt）は、sinωtに対して位相が遷移する。この位相差を計測することで、シャフト１の回転角度θを検出することが可能となる。
このようにしてシャフト１の回転角度θを検出することができるが、実際は磁界センサ３の出力であるをsinθとcosθを想定し、cosωｔとsinωｔは既知の値であるから、演算によりsinθ×cosωｔとcosθ×sinωｔとsin（θ＋ωt）を求めることができ、ωと回転角度θとの関係も一義的に決めることができるから、これらの関係を図１１に示すようなテーブルを作成しておけば、磁界センサ３の検出信号であるをsinθとcosθに基づくsinωｔの値とsin（θ＋ωt）の値からこれらに対応するシャフト１の回転角度θを簡単に求めることができる。
この実施の形態３の回転角度検出装置を電動パワーステアリングに設置すれば、磁界センサ３の出力をコントローラ２０の演算部２２で上述の如く演算することにより、ステアリングハンドルの回転角度を簡単に求めることができる。

この実施の形態１のトルク検出装置について、工業用ミキサに適用する例を示したが、それ以外にドリリング、ネジ締め機、製材装置等にも適用できることはいうまでもない。
また、実施の形態２の回転速度検出装置及び実施の形態３の回転角度検出装置については、実施の形態１のトルク検出装置と共に例えば、自動車の電動パワーステアリングに適用することができる。

本発明の実施の形態１のトルク検出装置の構成を示す説明図で、（ａ）は２個の着磁部を有するシャフトの近傍に磁界センサが２個配置された状態を示す側面図、（ｂ）は２個の着磁部を有するシャフトと磁界センサが２個配置された状態の斜視図、（ｃ）はシャフトの展開図である。 トルク検出装置の構成を示す説明図で、（ａ）は４個の着磁部を有するシャフトの近傍に磁界センサが２個配置された状態を示す側面図、（ｂ）は２個の着磁部を有するシャフトの近傍に磁界センサが２個配置された状態を示す斜視図である。 （ａ）、（ｂ）はトルク検出装置のシャフトへのトルク無印加時と正トルク印加時における着磁部の磁界の変化を示す説明図、（ｃ）は磁界センサが検出する磁界の大きさの変化を示すグラフである。 （ａ）は２個の着磁部を有するシャフトの近傍に２個配置された磁界センサがそれぞれ検出する磁界の大きさの変化を示す説明図、（ｂ）は４個の着磁部を有するシャフトの近傍に２個配置された磁界センサがそれぞれ検出する磁界の大きさの変化を示す説明図である。 トルク検出装置のトルク検出のための信号処理の過程を示す波形図である。 トルク検出装置が設置された工業用ミキサの構成を示す説明図である。 トルク検出装置の回路構成を示すブロック図である。 （ａ）は本発明の実施の形態２、３の回転速度検出装置と回転角度検出装置の磁界センサの配置を示す説明図、（ｂ）本発明の実施の形態１のトルク検出装置の磁界センサの配置を示す説明図である。 （ａ）は本発明の実施の形態２の回転速度検出装置の２個の着磁部を有するシャフトの近傍に２個配置された磁界センサが検出する磁界の大きさの変化を示す説明図、（ｂ）は回転速度検出装置の４個の着磁部を有するシャフトの近傍に２個配置された磁界センサが検出する磁界の大きさの変化を示す説明図である。 本発明の実施の形態３の回転角度検出装置の回転角度検出のための信号処理の過程を示す波形図である。 回転角度検出装置の回転角度検出のためのsinωｔとsin（θ＋ωｔ）の値から角度を算出するためのテーブルである。

符号の説明

１ シャフト、２ 着磁部、３ 磁界センサ、２２ 演算部。

Claims (6)

1. 円周方向に略等間隔に設けられ、円周方向に極性を持つ少なくとも２個の着磁部を有する複合磁性材料で形成されたシャフトと、
   該シャフトの着磁部付近の上方近傍に電気角略４５°の位相を持たせて配置され、該シャフトの軸方向の発生磁界を検出する２個の磁界センサと、
   該磁界センサの検出信号からシャフトに印加されるトルクを演算する演算部と、
   を備えたことを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記演算部は、前記２個の磁界センサのsinθとcosθの各相の検出信号とそれらの反転信号とを減算処理し、減算処理して得た各相の信号を２乗処理し、２乗処理した各相の信号を加算してトルクを演算することを特徴とする請求項１記載のトルク検出装置。
3. 円周方向に略等間隔に設けられ、円周方向に極性を持つ少なくとも２個の着磁部を有する複合磁性材料で形成されたシャフトと、
   該シャフトの着磁部付近の上方近傍に配置され、該シャフトの着磁部の発生磁界を検出する少なくとも１個の磁界センサと、
   該磁界センサの検出信号から回転するシャフトの回転速度を演算する演算部と、
   を備えたことを特徴とする回転速度検出装置。
4. 前記演算部は、前記２個の磁界センサのうち、少なくとも１つの検出信号がシャフトの１回転当たり所定のサイクルで変化するのに要する時間を計測し、計測した時間の逆数を求めてシャフトの回転速度を演算することを特徴とする請求項３記載の回転速度検出装置。
5. 円周方向に略等間隔に設けられ、円周方向に極性を持つ少なくとも２個の着磁部を有する複合磁性材料で形成されたシャフトと、
   該シャフトの着磁部付近の上方近傍に電気角略４５°の位相を持たせて配置され、該シャフトの軸方向の発生磁界を検出する２個の磁界センサと、
   該磁界センサの検出信号からシャフトにトルクが印加されて回転するシャフトの回転角度を演算する演算部と、
   を備えたことを特徴とする回転角度検出装置。
6. 前記演算部は、前記磁界センサの一方のsinθの検出信号にcosωｔを乗算し、前記磁界センサの他方のcosθの検出信号にsinωｔを乗算し、それぞれ乗算した値を加算してsin（θ＋ωｔ）を生成し、そのsin（θ＋ωｔ）とsinωｔとの位相差を求めてシャフトの回転角度を演算することを特徴とする請求項５記載の回転角度検出装置。
   

Images