JP2008026222A - Torque sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トーションバーの捻れ量を検出することによりトルクを計測するトルクセンサに関するものである。 The present invention relates to a torque sensor that measures torque by detecting the amount of twist of a torsion bar.
トーションバーの捻れ量を検出することによりトルクを計測するトルクセンサとしては、トーションバーの入力軸に固定された、磁路形成部（歯）を端面に形成した磁性材料からなる第１の円筒と、トーションバーの出力軸に固定され、第１の円筒の磁路形成部に対向する磁路形成部（歯）を端面に形成した磁性材料からなる第２の円筒と、第１の円筒と第２の円筒とともに磁気回路を構成しているトルク検出コイルと、トーションバーの入力軸または出力軸の外周に設けられた、磁性材料からなる円筒部と、当該円筒部とともに磁気回路を構成している温度補償コイルとを有するトルクセンサが知られている（たとえば、特許文献１）。 The torque sensor for measuring the torque by detecting the torsion amount of the torsion bar includes a first cylinder made of a magnetic material fixed on the input shaft of the torsion bar and having a magnetic path forming portion (tooth) formed on the end face. A second cylinder made of a magnetic material fixed on the output shaft of the torsion bar and having a magnetic path forming portion (tooth) facing the magnetic path forming portion of the first cylinder on the end surface; the first cylinder and the first cylinder; A torque detection coil that forms a magnetic circuit with the cylinder 2, a cylindrical portion made of a magnetic material provided on the outer periphery of the input shaft or output shaft of the torsion bar, and a magnetic circuit together with the cylindrical portion A torque sensor having a temperature compensation coil is known (for example, Patent Document 1).
このようなトルクセンサによれば、トーションバーの入力軸と出力軸との間に加えられたトルクによってトーションバーが捻れると、当該捻れによって第１の円筒と第２の円筒に回転角の差が生じ、第１の円筒の磁路形成部（歯）と第２の円筒の磁路形成部（歯）が対向する範囲が変化し、第１の円筒と第２の円筒との間の磁気抵抗が変化する。そして、この磁気抵抗の変化を、トルク検出コイルに生じる誘起電圧の変化として検出することにより、トーションバーの入力軸と出力軸との間に加えられたトルクを測定する。 According to such a torque sensor, when the torsion bar is twisted by the torque applied between the input shaft and the output shaft of the torsion bar, the difference in rotation angle between the first cylinder and the second cylinder due to the twist. The range in which the magnetic path forming portion (tooth) of the first cylinder and the magnetic path forming portion (tooth) of the second cylinder face each other changes, and the magnetism between the first cylinder and the second cylinder changes. Resistance changes. And the torque applied between the input shaft and output shaft of the torsion bar is measured by detecting this change in magnetic resistance as a change in induced voltage generated in the torque detection coil.
また、このトルクセンサにおける温度変化によって生じるトルク検出コイルの誘起電圧の補償は、基本的には、トルク検出コイルの誘起電圧から、温度変化に対してトルク検出コイルと同じ誘起起電力を生じることになる温度補償コイルの誘起電圧を差し引くことにより行われている。
前述した特許文献１記載のトルクセンサによれば、温度補償のために専用のコイルを温度補償コイルとして設ける必要があり、その構成が必ずしも効率的ではない。また、トルクセンサによるトルク検出精度はより向上することが好ましい。
そこで、本発明は、効率的な構成において、精度良くトルクを検出することのできるトルクセンサを提供することを課題とする
According to the torque sensor described in Patent Document 1 described above, it is necessary to provide a dedicated coil as a temperature compensation coil for temperature compensation, and the configuration is not necessarily efficient. Further, it is preferable that the torque detection accuracy by the torque sensor is further improved.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a torque sensor that can detect torque with high accuracy in an efficient configuration.
前記課題達成のために、本発明は、トーションバーと、トーションバーの中央に固定された中央磁性体と、トーションバーの入力側に固定された入力側磁性体と、トーションバーの出力側に固定された出力側磁性体と、測定手段とを含めてトルクセンサを構成したものである。ただし、前記トーションバーの捻れに伴う前記入力側磁性体の前記中央磁性体に対する相対的な回転と前記中央磁性体の前記出力側磁性体に対する相対的な回転とに応じて、前記入力側磁性体と中央磁性体との間の磁気抵抗と、前記中央磁性体と前記出力側磁性体との間の磁気抵抗とが、増減方向に関して逆方向に変化するように、前記中央磁性体と前記入力側磁性体と前記出力側磁性体の形態と配置は設定されており、前記測定手段は、前記中央磁性体と前記入力側磁性体との間を通る磁束による誘起電圧を生成する第１の検出コイルと、前記中央磁性体と前記出力側磁性体との間を通る磁束による誘起電圧を生成する第２の検出コイルと、前記第１の検出コイルが生成した誘起電圧と前記第２の検出コイルが生成した誘起電圧の差分を計測する計測回路とを有するものである。 To achieve the above object, the present invention provides a torsion bar, a central magnetic body fixed to the center of the torsion bar, an input side magnetic body fixed to the input side of the torsion bar, and fixed to the output side of the torsion bar. A torque sensor is configured including the output-side magnetic body and the measuring means. However, the input side magnetic body according to the relative rotation of the input side magnetic body with respect to the center magnetic body and the relative rotation of the center magnetic body with respect to the output side magnetic body accompanying the twist of the torsion bar The central magnetic body and the input side so that the magnetic resistance between the central magnetic body and the central magnetic body and the magnetic resistance between the central magnetic body and the output-side magnetic body change in the reverse direction with respect to the increasing / decreasing direction. The form and arrangement of the magnetic body and the output-side magnetic body are set, and the measuring means generates a first detection coil that generates an induced voltage due to a magnetic flux passing between the central magnetic body and the input-side magnetic body. A second detection coil that generates an induced voltage due to a magnetic flux passing between the central magnetic body and the output side magnetic body, an induced voltage generated by the first detection coil, and the second detection coil. Calculate the difference between the generated induced voltages Those having a measurement circuit for.
ここで、より具体的には、前記測定手段には、前記中央磁性体廻りに配置した一次コイルと、前記一次コイルを交流駆動する駆動手段とを設けることが好ましい。
また、より具体的には、前記中央磁性体は、トーションバーの中央に固定された中央リングであってよく、前記入力側磁性体は、トーションバーの入力側に固定された入力側リングであってよく、前記出力側磁性体は、トーションバーの出力側に固定された出力側リングであってよい。ただし、この前記入力側リングの出力側端には、複数の歯が設けられており、前記出力側リングの入力側端には、複数の歯が設けられており、前記中央リングの入力側端には、前記入力側リングの複数の歯と対向する複数の歯が設けられており、前記中央リングの出力側端には、前記出力側リングの複数の歯と対向する複数の歯が設けられているものである。また、前記トーションバーに捻れが生じていない状態において、前記入力側リングと中央リングとの間のギャップの総量と、前記出力側リングと中央リングとの間のギャップの総量とが等しく、トーションバーの捻れに伴う前記入力側リングの前記中央リングに対する相対的な回転と前記中央リングの前記出力側リングに対する相対的な回転とに応じて、前記入力側リングと中央リングとの間のギャップの総量と、前記中央リングと前記出力側リングとの間のギャップの総量とは、増減方向に関して逆方向に変化するように、前記入力側リングの複数の歯と前記出力側リングの複数の歯と前記中央リングの入力側端の複数の歯と前記中央リングの出力側端の複数の歯の形態と配置は設定されているものである。
More specifically, it is preferable that the measuring means is provided with a primary coil arranged around the central magnetic body and a driving means for driving the primary coil with an alternating current.
More specifically, the central magnetic body may be a central ring fixed to the center of the torsion bar, and the input side magnetic body is an input side ring fixed to the input side of the torsion bar. The output-side magnetic body may be an output-side ring fixed to the output side of the torsion bar. However, a plurality of teeth are provided at the output side end of the input side ring, and a plurality of teeth are provided at the input side end of the output side ring. Are provided with a plurality of teeth facing the plurality of teeth of the input side ring, and a plurality of teeth facing the plurality of teeth of the output side ring are provided at the output side end of the center ring. It is what. Further, in a state where the torsion bar is not twisted, the total amount of the gap between the input side ring and the central ring is equal to the total amount of the gap between the output side ring and the central ring, and the torsion bar The total amount of gap between the input ring and the central ring, depending on the relative rotation of the input ring with respect to the central ring and the relative rotation of the central ring with respect to the output ring with twisting And the total amount of the gap between the center ring and the output ring is changed in the opposite direction with respect to the increase / decrease direction, the plurality of teeth of the input ring, the plurality of teeth of the output ring, and the The form and arrangement of the plurality of teeth at the input side end of the center ring and the plurality of teeth at the output side end of the center ring are set.
これらのようなトルクセンサによれば、第１の検出コイルの誘起電圧と第２の検出コイルの誘起電圧との差分として、トーションバーの捻れ量を計測するので、第１の検出コイルと第２の検出コイルの出力に含まれるノイズ成分を相殺して計測のＳＮ比を向上することができる。また、このように差分を求めることにより、第１の検出コイルと第２の検出コイルの温度変化による起電力の変化を相殺し、トルクセンサの温度補償を実現することができる。 According to such torque sensors, the twist amount of the torsion bar is measured as the difference between the induced voltage of the first detection coil and the induced voltage of the second detection coil. It is possible to improve the SN ratio of measurement by canceling out noise components included in the output of the detection coil. Further, by obtaining the difference in this way, it is possible to cancel the change in electromotive force due to the temperature change between the first detection coil and the second detection coil, and to realize temperature compensation of the torque sensor.
また、このようなトルクセンサによれば、中央磁性体や入力側磁性体や出力側磁性体の形態や配置は、測定対象とするトーションバー全体の捻れ量の最大値の１/２の捻れ量で、入力側磁性体と中央磁性体との間の磁気抵抗と、中央磁性体と出力側磁性体との間の磁気抵抗が、それぞれ最大変化を示すように構成すれば足りるので、測定対象とするトーションバー全体の捻れ量の最大値で磁気抵抗が最大変化を示すように構成する場合に比べ、より高い分解能で精度良くトルクを計測することができるようになる。 Further, according to such a torque sensor, the form and arrangement of the central magnetic body, the input side magnetic body, and the output side magnetic body have a twist amount that is 1/2 of the maximum twist amount of the entire torsion bar to be measured. Therefore, it is sufficient to configure the magnetoresistance between the input side magnetic body and the central magnetic body and the magnetoresistance between the center magnetic body and the output side magnetic body so as to show the maximum changes, respectively. Compared to the case where the magnetoresistance shows the maximum change at the maximum value of the twist amount of the entire torsion bar, the torque can be measured with higher resolution and higher accuracy.
したがって、本発明によれば、温度補償用のコイルを専用に設ける必要のない効率的な構成において、精度良くトルクを検出することができるようになる。 Therefore, according to the present invention, torque can be detected with high accuracy in an efficient configuration that does not require a dedicated temperature compensation coil.
以上のように、本発明によれば、効率的な構成において、精度良くトルクを検出することのできるトルクセンサを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a torque sensor that can accurately detect torque in an efficient configuration.
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１ａに、本実施形態に係るトルクセンサの構成を示す。
ここで、図１ａ１はトルクセンサの正面を、図１ａ２はトルクセンサの右側面を、図１ａ３はトルクセンサの断面を、それぞれ模式的に表している。
図示するように、本トルクセンサは、トーションバー１０と、トーションバー１０に当該トーションバー１０の中央位置で固定された中央リング２１と、トーションバー１０に当該トーションバー１０の入力側（図における右方）で固定された入力側リング２２と、トーションバー１０に当該トーションバー１０の出力側（図における左方）で固定された出力側リング２３と、中央リング２１の外周側に間隙をあけて同軸に配置した一次コイル３１と、入力側リング２２の外周側に間隙をあけて同軸に配置した入力側二次コイル３２と、出力側リング２３の外周側に間隙をあけて同軸に配置した出力側二次コイル３３と、一次コイル３１と入力側二次コイル３２と出力側二次コイル３３とに接続した測定回路４０とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 a shows the configuration of the torque sensor according to this embodiment.
Here, FIG. 1a1 schematically illustrates the front surface of the torque sensor, FIG. 1a2 schematically illustrates the right side surface of the torque sensor, and FIG. 1a3 schematically illustrates the cross section of the torque sensor.
As shown in the figure, the present torque sensor includes a torsion bar 10, a central ring 21 fixed to the torsion bar 10 at the center position of the torsion bar 10, and an input side of the torsion bar 10 on the torsion bar 10 (right side in the figure). The output side ring 22 fixed to the torsion bar 10 on the output side of the torsion bar 10 (left side in the figure), and the outer periphery of the center ring 21 with a gap. A primary coil 31 arranged coaxially, an input secondary coil 32 arranged coaxially with a gap on the outer peripheral side of the input side ring 22, and an output arranged coaxially with a gap on the outer peripheral side of the output side ring 23. Side secondary coil 33, and measurement circuit 40 connected to primary coil 31, input side secondary coil 32, and output side secondary coil 33.
そして、中央リング２１は、磁性体で形成された概略中空円筒形状の部材であり、リム部２１１でトーションバー１０の中央位置に連結した形態で、トーションバー１０と同軸に配置される。また、中央リング２１の入力側端部と出力側端部には、それぞれ端部を、たとえば図１ｂに出力側端部について示すように、周に沿って一定間隔で軸方向に凹凸させることにより設けた複数の歯が設けられている。また、入力側リング２２は、磁性体で形成された概略中空円筒形状の部材であり、リム部２２１でトーションバー１０の入力側端部に連結した形態で、トーションバー１０と同軸に配置される。また、入力側リング２２の出力側端部には、当該端部を周に沿って一定間隔で軸方向に凹凸させることにより設けた複数の歯が設けられている。また、同様に、出力側リング２３は、磁性体で形成された概略中空円筒形状の部材であり、リム部２３１でトーションバー１０の出力側端部に連結した形態で、トーションバー１０と同軸に配置される。また、出力側リング２３の入力側端部には、当該端部を周に沿って一定間隔で軸方向に凹凸させることにより設けた複数の歯が設けられている。 The central ring 21 is a substantially hollow cylindrical member formed of a magnetic material, and is arranged coaxially with the torsion bar 10 in a form connected to the central position of the torsion bar 10 by the rim portion 211. Further, the input side end portion and the output side end portion of the central ring 21 are respectively made uneven in the axial direction at regular intervals along the circumference, as shown for example for the output side end portion in FIG. A plurality of provided teeth are provided. The input-side ring 22 is a substantially hollow cylindrical member formed of a magnetic material, and is connected to the input-side end portion of the torsion bar 10 with a rim portion 221 and is arranged coaxially with the torsion bar 10. . In addition, the output side end of the input side ring 22 is provided with a plurality of teeth provided by causing the end to be uneven in the axial direction at regular intervals along the circumference. Similarly, the output side ring 23 is a substantially hollow cylindrical member formed of a magnetic material, and is connected to the output side end portion of the torsion bar 10 by a rim portion 231 and coaxial with the torsion bar 10. Be placed. Further, the input side end portion of the output side ring 23 is provided with a plurality of teeth provided by making the end portion uneven in the axial direction at regular intervals along the circumference.
また、中央リング２１と入力側リング２２と出力側リング２３の径は等しく、中央リング２１の入力側端部の端面と入力側リング２２の出力側端部の端面は間隙を空けて対向し、中央リング２１の出力側端部の端面と出力側リング２３の入力側端部の端面は間隙を空けて対向する。
ここで、中央リング２１の両端部の複数の歯の配置周期と、入力側リング２２の出力端側の複数の歯の配置周期と、出力側リング２３の入力側端部の複数の歯の配置周期は等しく、各歯の周方向長さも全て等しい。
そして、トーションバー１０にトルクが加えられていない状態、すなわち、トーションバー１０に捻れが生じていない状態において、入力側から出力側を見て時計廻りに進む方向を前方向とし、半時計廻りに進む方向を後方向として、図１ｃ１に示すように、入力側リング２２の出力側端部の各歯の後側半分が、中央リング２１の入力側端部の各歯の前側半分と対向し、出力側リング２３の入力側端部の各歯の後側半分が、中央リング２１の出力側端部の各歯の前側半分と対向するように、入力側リング２２の出力側端部の複数の歯の配置の位相と、中央リング２１の入力側端部の複数の歯の配置の位相と、中央リング２１の出力側端部の複数の歯の配置の位相と、出力側リング２３の入力側端部の複数の歯の配置の位相とが各々設定されている。したがって、この状態において、入力側リング２２の出力側端部の各歯の、中央リング２１の入力側端部の歯と対向する長さＤ１と、出力側リング２３の入力側端部の各歯の、中央リング２１の出力側端部の歯と対向する長さＤ２は等しい。
Further, the diameters of the central ring 21, the input side ring 22 and the output side ring 23 are equal, and the end surface of the input side end portion of the central ring 21 and the end surface of the output side end portion of the input side ring 22 face each other with a gap therebetween, The end face of the output side end of the center ring 21 and the end face of the input side end of the output side ring 23 face each other with a gap.
Here, the arrangement period of the plurality of teeth at both ends of the center ring 21, the arrangement period of the plurality of teeth on the output end side of the input side ring 22, and the arrangement of the plurality of teeth at the input side end part of the output side ring 23 The period is equal, and the circumferential lengths of the teeth are all equal.
In a state where no torque is applied to the torsion bar 10, that is, in a state where the torsion bar 10 is not twisted, the forward direction is the direction of looking clockwise from the input side to the output side, and the counterclockwise direction With the advancing direction as the rear direction, as shown in FIG. 1 c 1, the rear half of each tooth at the output end of the input ring 22 faces the front half of each tooth at the input end of the central ring 21, A plurality of the output side ends of the input side ring 22 are arranged such that the rear half of each tooth of the input side end of the output side ring 23 faces the front half of each tooth of the output side end of the central ring 21. The phase of the tooth arrangement, the phase of the arrangement of the plurality of teeth at the input side end of the central ring 21, the phase of the arrangement of the plurality of teeth at the output side end of the central ring 21, and the input side of the output side ring 23 The phase of the arrangement of the teeth at the end is set respectively. That. Accordingly, in this state, the length D1 of each tooth at the output side end of the input side ring 22 facing the tooth at the input side end of the center ring 21 and each tooth at the input side end of the output side ring 23 The length D2 facing the teeth on the output side end of the central ring 21 is equal.
次に、トーションバー１０にトルクが加えられてトーションバー１０に捻れが生じた状態では、入力側リング２２は連結箇所であるトーションバー１０の入力側端部と同回転角度回転し、中央リング２１は連結箇所であるトーションバー１０の中央位置と同回転角度回転し、出力側リング２３は連結箇所であるトーションバー１０の出力側端部と同回転角度回転するので、入力側リング２２と出力側リング２３とは、中央リング２１に対して相対的に逆方向に回転する。 Next, in a state where torque is applied to the torsion bar 10 and the torsion bar 10 is twisted, the input side ring 22 rotates at the same rotational angle as the input side end of the torsion bar 10 which is a connection point, and the central ring 21 Is rotated at the same rotational angle as the central position of the torsion bar 10 as a connection location, and the output side ring 23 is rotated at the same rotation angle as the output side end portion of the torsion bar 10 as a connection location. The ring 23 rotates in the opposite direction relative to the central ring 21.
そして、入力側から出力側を見て時計廻りの回転方向を正の回転方向、半時計回りの回転方向を負の回転方向とすると、図１ｃ２に示すように、入力側リング２２が中央リング２１に対して相対的に負の回転方向に回転し、出力側リング２３が中央リング２１に対して相対的に正の回転方向に回転した場合、入力側リング２２の出力側端部の各歯の、中央リング２１の入力側端部の歯と対向する長さＤ１は増加し、出力側リング２３の入力側端部の各歯の、中央リング２１の出力側端部の歯と対向する長さＤ２は減少する。したがって、この場合には、中央リング２１と入力側リング２２との間の磁気抵抗は減少し、中央リング２１と出力側リング２３との間の磁気抵抗は増加する。 When the clockwise rotation direction when viewed from the input side is the positive rotation direction and the counterclockwise rotation direction is the negative rotation direction, as shown in FIG. When the output side ring 23 is rotated in the positive rotation direction relative to the center ring 21, the teeth of the output side end portion of the input side ring 22 are rotated. The length D1 facing the teeth on the input side end of the center ring 21 increases, and the length of each tooth on the input side end of the output side ring 23 facing the teeth on the output side end of the center ring 21 is increased. D2 decreases. Accordingly, in this case, the magnetoresistance between the center ring 21 and the input side ring 22 decreases, and the magnetoresistance between the center ring 21 and the output side ring 23 increases.
一方、入力側リング２２が中央リング２１に対して相対的に正の回転方向に回転し、出力側リング２３が中央リング２１に対して相対的に負の回転方向に回転した場合、入力側リング２２の出力側端部の各歯の、中央リング２１の入力側端部の歯と対向する長さＤ１は減少し、出力側リング２３の入力側端部の各歯の、中央リング２１の出力側端部の歯と対向する長さＤ２は増加する。したがって、この場合には、中央リング２１と入力側リング２２との間の磁気抵抗は増加し、中央リング２１と出力側リング２３との間の磁気抵抗は減少することになる。 On the other hand, when the input side ring 22 rotates in a positive rotation direction relative to the central ring 21 and the output side ring 23 rotates in a negative rotation direction relative to the central ring 21, the input side ring The length D1 of each tooth at the output end of 22 facing the tooth at the input end of the center ring 21 decreases, and the output of the center ring 21 of each tooth at the input end of the output ring 23 decreases. The length D2 facing the side end teeth increases. Therefore, in this case, the magnetoresistance between the center ring 21 and the input side ring 22 increases, and the magnetoresistance between the center ring 21 and the output side ring 23 decreases.
したがって、中央リング２１と入力側リング２２との間の磁気抵抗と、中央リング２１と出力側リング２３との間の磁気抵抗との差を測定すれば、トーションバー１０の捻れ量を測定することができ、この捻れ量より、トーションバー１０に加えられたトルクを算定することができる。 Therefore, if the difference between the magnetic resistance between the center ring 21 and the input side ring 22 and the magnetic resistance between the center ring 21 and the output side ring 23 is measured, the twist amount of the torsion bar 10 can be measured. The torque applied to the torsion bar 10 can be calculated from the twist amount.
ここで、このような測定を行うのが、一次コイル３１と入力側二次コイル３２と出力側二次コイル３３とより構成される差動トランスと、測定回路４０である。
すなわち、図２ａに示すように、測定回路４０は、発振回路４１と、検波回路４２とを有している。そして、発振回路４１は、一次コイル３１を交流で励磁して磁束を発生し、入力側二次コイル３２は、中央リング２１と入力側リング２２を通った交流磁束による誘起電圧Ｅ１を生成し、出力側二次コイル３３は、中央リング２１と出力側リング２３を通った交流磁束による誘起電圧Ｅ２を生成する。検波回路４２は、入力側二次コイル３２の誘起電圧Ｅ１と出力側二次コイル３３の誘起電圧Ｅ２の差Ｅ１-Ｅ２の大きさを検波し出力する。ここで、入力側二次コイル３２の誘起電圧Ｅ１は中央リング２１と入力側リング２２と間の磁気抵抗に反比例し、出力側二次コイル３３の誘起電圧Ｅ２は中央リング２１と出力側リング２３と間の磁気抵抗に反比例する。よって、検波回路４２で検波されるＥ１-Ｅ２の大きさによって、トーションバー１０の捻れ量が表されることになる。
Here, such a measurement is performed by the differential transformer including the primary coil 31, the input side secondary coil 32, and the output side secondary coil 33, and the measurement circuit 40.
That is, as shown in FIG. 2 a, the measurement circuit 40 includes an oscillation circuit 41 and a detection circuit 42. The oscillation circuit 41 excites the primary coil 31 with an alternating current to generate a magnetic flux, and the input side secondary coil 32 generates an induced voltage E1 due to the alternating magnetic flux that has passed through the central ring 21 and the input side ring 22. The output side secondary coil 33 generates an induced voltage E <b> 2 due to the AC magnetic flux that has passed through the center ring 21 and the output side ring 23. The detection circuit 42 detects and outputs the magnitude of the difference E1-E2 between the induced voltage E1 of the input side secondary coil 32 and the induced voltage E2 of the output side secondary coil 33. Here, the induced voltage E1 of the input side secondary coil 32 is inversely proportional to the magnetic resistance between the central ring 21 and the input side ring 22, and the induced voltage E2 of the output side secondary coil 33 is the central ring 21 and the output side ring 23. Is inversely proportional to the magnetic resistance between Therefore, the amount of twist of the torsion bar 10 is represented by the magnitude of E1-E2 detected by the detection circuit 42.
また、入力側二次コイル３２の誘起電圧Ｅ１と出力側二次コイル３３の誘起電圧Ｅ２の差をとることによって、これら二次コイルにおいて発生した温度変化の影響は相殺され、トルクセンサの温度補償が実現されることになる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
ところで、以上の実施形態では、一次コイル３１と入力側二次コイル３２と出力側二次コイル３３との３つのコイルを用いたが、これに代えて、図３ａの断面図に示すように配置した２つのコイルを用いてトルクセンサを構成するようにしてもよい。
すなわち、入力側リング２２の出力側と中央リング２１の入力側の間の間隙を覆うように入力側コイル５１を配置し、出力側リング２３の入力側と中央リング２１の出力側の間の間隙を覆うように、出力側コイル５２を配置する。
そして、図２ｂに示すように、入力側コイル５１と出力側コイル５２を直列に接続して二つのコイルの直列接続回路を構成すると共に、測定回路４０を、二つのコイルの直列接続回路を、交流で励磁する発振回路４０１と、入力側コイル５１の両端間の電圧をＥ１、出力側コイル５２の両端の電圧Ｅ２として、二つのコイルの直列接続回路の両端間の電圧Ｅ１+Ｅ２を１/２に分圧するボリューム抵抗４０２と、ボリューム抵抗４０２で分圧した（Ｅ１+Ｅ２）/２と、出力側コイル５２の両端の電圧Ｅ２との差（Ｅ１-Ｅ２）/２の大きさを検波し出力する検波回路４０３とより構成するようにする。
Further, by taking the difference between the induced voltage E1 of the input side secondary coil 32 and the induced voltage E2 of the output side secondary coil 33, the influence of the temperature change generated in these secondary coils is offset, and the temperature compensation of the torque sensor is performed. Will be realized.
The embodiment of the present invention has been described above.
By the way, in the above embodiment, although the three coils of the primary coil 31, the input side secondary coil 32, and the output side secondary coil 33 were used, it replaces with this and is arrange | positioned as shown in sectional drawing of FIG. The torque sensor may be configured using the two coils.
That is, the input side coil 51 is disposed so as to cover the gap between the output side of the input side ring 22 and the input side of the central ring 21, and the gap between the input side of the output side ring 23 and the output side of the central ring 21. The output side coil 52 is arranged so as to cover.
And as shown in FIG. 2b, the input side coil 51 and the output side coil 52 are connected in series to form a series connection circuit of two coils, and the measurement circuit 40 is connected to a series connection circuit of two coils. The voltage between both ends of the oscillation circuit 401 excited by alternating current and the input side coil 51 is E1, and the voltage E2 between both ends of the output side coil 52, and the voltage E1 + E2 between both ends of the series connection circuit of the two coils is 1 / Detects the magnitude of the difference (E1-E2) / 2 between the volume resistor 402 that divides the voltage into two, (E1 + E2) / 2 divided by the volume resistor 402, and the voltage E2 across the output coil 52 The detection circuit 403 is configured to output.
ここで、このようにしても、入力側コイル５１の誘起電圧Ｅ１は中央リング２１と入力側リング２２と間の磁気抵抗に反比例し、出力側コイル５２の誘起電圧Ｅ２は中央リング２１と出力側リング２３と間の磁気抵抗に反比例するので、検波回路４２で検波される（Ｅ１-Ｅ２）/２の大きさによって、トーションバー１０の捻れ量が表されることになる。 Even in this case, the induced voltage E1 of the input side coil 51 is inversely proportional to the magnetic resistance between the central ring 21 and the input side ring 22, and the induced voltage E2 of the output side coil 52 is equal to the central ring 21 and the output side. Since it is inversely proportional to the magnetic resistance between the ring 23 and the torsion bar 10, the torsion amount of the torsion bar 10 is represented by the magnitude of (E1-E2) / 2 detected by the detection circuit 42.
また、この場合にも、各コイルにおいて発生した温度変化の影響は相殺され、トルクセンサの温度補償が実現されることになる。
なお、以上の実施形態で示した、中央リング２１と、入力側リング２２と、出力側リング２３は、トーションバー１０の捻れに応じて、中央リング２１と入力側リング２２との間の磁気抵抗と、中央リング２１と出力側リング２３との間の磁気抵抗とが、増減方向について相互に逆方向に変化するものであれば任意の構造のものを用いるようにして良い。
Also in this case, the influence of the temperature change generated in each coil is canceled out, and the temperature compensation of the torque sensor is realized.
The central ring 21, the input side ring 22, and the output side ring 23 shown in the above embodiment are configured so that the magnetic resistance between the central ring 21 and the input side ring 22 depends on the twist of the torsion bar 10. As long as the magnetoresistance between the center ring 21 and the output side ring 23 changes in the opposite direction with respect to the increase / decrease direction, the one having an arbitrary structure may be used.
すなわち、たとえば、中央リング２１の入力側端部の歯と入力側リング２２の歯とが径方向に対向し、中央リング２１の出力側端部の歯と出力側リング２３の歯とが径方向に対向するように配置するようにしてもよい。すなわち、この場合には、たとえば、図３ｂ１の断面図に示すように、中央リング２１の外径を、入力側リング２２や出力側リング２３の内径よりも小さくする。そして、入力側リング２２と中央リング２１との関係についてｂ２に示すように、中央リング２１の入力側端部が入力側リング２２に、両リングの歯が径方向に重なる領域に配置されるように内挿され、中央リング２１の出力側端部が出力側リング２３に、両リングの歯が径方向に重なる領域に配置されるように内挿された形態となるように、各リングを配置するようにする。 That is, for example, the teeth on the input side end of the center ring 21 and the teeth on the input side ring 22 are opposed in the radial direction, and the teeth on the output side end of the center ring 21 and the teeth on the output side ring 23 are in the radial direction. You may make it arrange | position so that it may oppose. That is, in this case, for example, as shown in the sectional view of FIG. 3b1, the outer diameter of the center ring 21 is made smaller than the inner diameters of the input side ring 22 and the output side ring 23. Then, as shown in b2 regarding the relationship between the input side ring 22 and the center ring 21, the input side end of the center ring 21 is disposed on the input side ring 22, and the teeth of both rings are disposed in a region overlapping in the radial direction. Each ring is arranged so that the output side end portion of the center ring 21 is inserted into the output side ring 23 and the teeth of both rings are arranged in a region overlapping in the radial direction. To do.
以上、本実施形態によれば、入力側二次コイル３２や入力側コイル５１の誘起電圧と出力側二次コイル３３や出力側コイル５２の誘起電圧との差分として、トーションバー１０の捻れ量を計測するので、これら誘起電圧を生成する各コイルの出力に含まれるノイズ成分を相殺し計測のＳＮ比を向上することができる。また、このように差分を求めることにより、これら誘起電圧を生成する各コイルの温度変化による起電力の変化は相殺し、トルクセンサの温度補償を行うことができる。 As described above, according to the present embodiment, the torsion bar 10 is twisted as the difference between the induced voltage of the input side secondary coil 32 and the input side coil 51 and the induced voltage of the output side secondary coil 33 and the output side coil 52. Since the measurement is performed, the noise component included in the output of each coil that generates the induced voltage can be canceled and the SN ratio of the measurement can be improved. Further, by obtaining the difference in this way, the change in electromotive force due to the temperature change of each coil that generates the induced voltage is canceled out, and the temperature compensation of the torque sensor can be performed.
また、このようなトルクセンサによれば、中央リング２１や入力側リング２２や出力側リング２３の形態や配置は、測定対象とするトーションバー１０全体の捻れ量の最大値の１/２の捻れ量で、入力側リング２２と中央リング２１との間の磁気抵抗と、中央リング２１と出力側リング２３との間の磁気抵抗が、それぞれ最大変化を示すように構成すれば足りるので、測定対象とするトーションバー１０全体の捻れ量の最大値で磁気抵抗が最大変化を示すように構成する場合に比べ、より高い分解能で精度良くトルクを計測することができるようになる。 Further, according to such a torque sensor, the form and arrangement of the center ring 21, the input side ring 22, and the output side ring 23 are twisted to 1/2 of the maximum twist amount of the torsion bar 10 as a whole to be measured. It is sufficient that the magnetoresistance between the input side ring 22 and the center ring 21 and the magnetoresistance between the center ring 21 and the output side ring 23 are each configured to exhibit the maximum change. The torque can be measured with higher resolution and higher accuracy than in the case where the magnetoresistance exhibits the maximum change at the maximum value of the torsion bar 10 as a whole.
１０…トーションバー、２１…中央リング、２２…入力側リング、２３…出力側リング、３１…一次コイル、３２…入力側二次コイル、３３…出力側二次コイル、４０…測定回路、４１…発振回路、４２…検波回路、５１…入力側コイル、５２…出力側コイル。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Torsion bar, 21 ... Center ring, 22 ... Input side ring, 23 ... Output side ring, 31 ... Primary coil, 32 ... Input side secondary coil, 33 ... Output side secondary coil, 40 ... Measurement circuit, 41 ... Oscillation circuit 42 ... detection circuit 51 ... input side coil 52 ... output side coil
Claims (3)
トーションバーの中央に固定された中央磁性体と、
トーションバーの入力側に固定された入力側磁性体と、
トーションバーの出力側に固定された出力側磁性体と、
測定手段とを有し、
前記トーションバーの捻れに伴う前記入力側磁性体の前記中央磁性体に対する相対的な回転と前記中央磁性体の前記出力側磁性体に対する相対的な回転とに応じて、前記入力側磁性体と中央磁性体との間の磁気抵抗と、前記中央磁性体と前記出力側磁性体との間の磁気抵抗とが、増減方向に関して逆方向に変化するように、前記中央磁性体と前記入力側磁性体と前記出力側磁性体の形態と配置は設定されており、
前記測定手段は、前記中央磁性体と前記入力側磁性体との間を通る磁束による誘起電圧を生成する第１の検出コイルと、前記中央磁性体と前記出力側磁性体との間を通る磁束による誘起電圧を生成する第２の検出コイルと、前記第１の検出コイルが生成した誘起電圧と前記第２の検出コイルが生成した誘起電圧の差分を計測する計測回路とを有することを特徴とするトルクセンサ。
A torsion bar,
A central magnetic body fixed in the center of the torsion bar;
An input side magnetic body fixed to the input side of the torsion bar;
An output side magnetic body fixed to the output side of the torsion bar;
Measuring means,
According to the relative rotation of the input side magnetic body with respect to the central magnetic body and the relative rotation of the central magnetic body with respect to the output side magnetic body due to the twist of the torsion bar, the input side magnetic body and the center The central magnetic body and the input-side magnetic body so that the magnetic resistance between the magnetic body and the magnetic resistance between the central magnetic body and the output-side magnetic body change in opposite directions with respect to the increasing / decreasing direction. And the form and arrangement of the output side magnetic body are set,
The measuring means includes a first detection coil that generates an induced voltage due to a magnetic flux passing between the central magnetic body and the input-side magnetic body, and a magnetic flux passing between the central magnetic body and the output-side magnetic body. And a second detection coil that generates an induced voltage due to the above, and a measurement circuit that measures a difference between the induced voltage generated by the first detection coil and the induced voltage generated by the second detection coil. Torque sensor.
前記測定手段は、前記中央磁性体廻りに配置した一次コイルと、前記一次コイルを交流駆動する駆動手段とを有することを特徴とするトルクセンサ。
The torque sensor according to claim 1,
The torque sensor includes a primary coil disposed around the central magnetic body, and a driving unit that AC drives the primary coil.
前記中央磁性体は、トーションバーの中央に固定された中央リングであって、
前記入力側磁性体は、トーションバーの入力側に固定された入力側リングであって、
前記出力側磁性体は、トーションバーの出力側に固定された出力側リングであって、
前記入力側リングの出力側端には、複数の歯が設けられ、
前記出力側リングの入力側端には、複数の歯が設けられ、
前記中央リングの入力側端には、前記入力側リングの複数の歯と対向する複数の歯が設けられ、
前記中央リングの出力側端には、前記出力側リングの複数の歯と対向する複数の歯が設けられ、
前記トーションバーに捻れが生じていない状態において、前記入力側リングと中央リングとの間のギャップの総量と、前記出力側リングと中央リングとの間のギャップの総量とが等しく、トーションバーの捻れに伴う前記入力側リングの前記中央リングに対する相対的な回転と前記中央リングの前記出力側リングに対する相対的な回転とに応じて、前記入力側リングと中央リングとの間のギャップの総量と、前記中央リングと前記出力側リングとの間のギャップの総量とは、増減方向に関して逆方向に変化するように、前記入力側リングの複数の歯と前記出力側リングの複数の歯と前記中央リングの入力側端の複数の歯と前記中央リングの出力側端の複数の歯の形態と配置は設定されていることを特徴とするトルクセンサ。
The torque sensor according to claim 1 or 2,
The central magnetic body is a central ring fixed to the center of the torsion bar,
The input side magnetic body is an input side ring fixed to the input side of the torsion bar,
The output side magnetic body is an output side ring fixed to the output side of the torsion bar,
The output side end of the input side ring is provided with a plurality of teeth,
The input side end of the output side ring is provided with a plurality of teeth,
The input side end of the central ring is provided with a plurality of teeth facing the plurality of teeth of the input side ring,
The output side end of the center ring is provided with a plurality of teeth facing the plurality of teeth of the output side ring,
In a state where the torsion bar is not twisted, the total amount of the gap between the input side ring and the central ring is equal to the total amount of the gap between the output side ring and the central ring, and the torsion bar is twisted. A total amount of gap between the input ring and the central ring in response to relative rotation of the input ring with respect to the central ring and relative rotation of the central ring with respect to the output ring; The total amount of the gap between the central ring and the output ring is changed in the opposite direction with respect to the increasing / decreasing direction, the plurality of teeth of the input ring, the plurality of teeth of the output ring, and the central ring A torque sensor, wherein a plurality of teeth on the input side end and a plurality of teeth on the output side end of the central ring are set and arranged.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63122924A (en) * | 1986-11-12 | 1988-05-26 | Toyoda Mach Works Ltd | Steering torque detector |
| JPH045530A (en) * | 1990-04-20 | 1992-01-09 | Sanmei Denki Kk | Torque transducer |
-
2006
- 2006-07-24 JP JP2006200801A patent/JP2008026222A/en active Pending
Patent Citations (2)
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