JP2010091505A - トルクセンサ - Google Patents

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Abstract

【課題】外乱や回転依存性の影響を抑えて精度良くトルクを検出する。
【解決手段】出力側筒22に基準スリット61を設け、入力側筒21に、トーションバー10の捻れに応じて、基準スリット61との周方向の距離が相互に逆方向に増減する第1検出用スリット62と第2検出用スリット63とを設け、入力側筒21の内側から第1駆動コイル31と第2駆動コイルで磁束を印加し、出力側筒22外側の第1検出用スリット62に対面する位置に設けた第1検出コイル41で磁束を検出した検出信号の位相と、出力側筒22外側の第2検出用スリット63に対面する位置に設けた第2検出コイル42で検出した検出信号の位相との位相差を測定回路50で算定する。基準スリット61と、第1検出用スリット62と第2検出用スリット63とは、トーションバー10の捻れの如何に関わらずに周方向の範囲が重ならないようにする。
【選択図】図1

Description

本発明は、トーションバーの捻れ角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。
トーションバーの捻れ角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、軸方向に延びる磁性体の溝を設けると共に、入力軸を覆うようにトーションバーの出力軸に固定した非磁性導電体の円筒を設けたトルクセンサが知られている(たとえば、特許文献1)。このトルクセンサでは、トーションバーの出力軸に固定した円筒に、トーションバーの捻れに応じて、前記入力軸に設けた溝との重なり具合が変化する窓を設け、当該窓を包囲するように固定的に配置したコイルに生じる自己誘導起電力の大きさを検出する。
また、従来より、金属等の導電体に磁束を印加することにより導電体に生じるうず電流によって、検出コイルにおいて、導電体の大きさや構造に応じた位相変化が生じた磁束が観測されることが知られている(たとえば、特許文献2)。
特開平8-240491号公報 特公昭49-43217号公報
前記特許文献1の技術によれば、トーションバーの捻れを表す量として、トーションバーの捻れの変化に対する変化量が微小な自己誘導起電力の大きさを検出するために、外乱の影響を受けやすいという問題があった。
そこで、このような外乱の影響を廃することのできるトルクセンサとして、本発明者は、先に行った特許出願(特願2007-113770)において、トーションバーの捻れ量に応じて位置関係が変化するスリットを各々備えた二つの非磁性導電体を通過させた磁束の位相変化より、トーションバーに加わるトルクを検出するトルクセンサを開示した。
そして、本発明は、磁束の位相変化を利用するトルクセンサにおいて、その測定精度をより向上することを課題とする。
前記課題達成のために、本発明は、トルクセンサを、トーションバーと、前記トーションバーの一端に固定された、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性導電体で形成した第1円筒と、前記トーションバーの他端に固定された、前記第1円筒に挿入された形態で、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性導電体で形成した第2円筒と、測定部とを含めて構成したものである。ただし、前記第1円筒と前記第2円筒とのうちの一方には基準スリットが設けられており、前記第1円筒と前記第2円筒とのうちの前記基準スリットが設けられていない方には、軸方向の位置を異ならせて配置した第1検出用スリットと第2検出用スリットとが設けられており、前記測定部は、前記第2円筒の内周側と前記第1円筒の外周側とのうちの一方側に、前記トーションバーと同軸状に配置した駆動コイルと、前記第2円筒の内周側と前記第1円筒の外周側とのうちの前記駆動コイルが配置されていない方側に、前記トーションバーと同軸状に配置した検出コイルと、前記駆動コイルを交流駆動する駆動回路と、計測回路とを備えたものである。また、前記第1検出用スリットと前記第2検出用スリットとは、各々前記基準スリットと軸方向位置が少なくとも一部重なるように配置され、かつ、前記第1検出用スリットと軸方向位置が重なる基準スリットの部分に対する前記第1検出用スリットの周方向の配置と、前記第2検出用スリットと軸方向位置が重なる基準スリットの部分に対する前記第2検出用スリットの周方向の配置とは異なっており、前記駆動コイルは、軸方向の位置を異ならせて配置された第1駆動コイルと第2駆動コイルとより構成され、前記検出コイルは、軸方向の位置を異ならせて配置された第1検出コイルと第2検出コイルとより構成され、前記第1駆動コイルと前記第1検出コイルとは軸方向位置が前記第1検出用スリットと少なくとも一部重なるように配置され、前記第2駆動コイルと前記第2検出コイルとは軸方向位置が前記第2検出用スリットと少なくとも一部重なるように配置され、前記計測回路は、前記第1検出コイルに誘起された電圧信号と前記第2検出コイルに誘起された電圧信号の位相差を検出するものである。そして、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、前記第1検出用スリットの周方向の範囲と当該第1検出用スリットの軸方向位置が重なる基準スリットの部分の周方向の範囲とは重ならず、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、前記第2検出用スリットの周方向の範囲と当該第2検出用スリットの軸方向位置が重なる基準スリットの部分の周方向の範囲とは重ならないように設定されている。
また、望ましくは、前記トーションバーの捻れの所定の範囲内において、前記第1検出用スリットの周方向の範囲と当該第1検出用スリットの軸方向位置が重なる基準スリットの部分の周方向の範囲とは重ならず、前記トーションバーの捻れの前記所定の範囲内において、前記第2検出用スリットの周方向の範囲と当該第2検出用スリットの軸方向位置が重なる基準スリットの部分の周方向の範囲とは重ならないように設定されている。ここで、所定範囲は、望ましくは、トーションバーの捻れの有効測定範囲とする。
このように、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、前記第1検出用スリットの周方向の範囲と当該第1検出用スリットの軸方向位置が重なる基準スリットの部分の周方向の範囲とは重ならず、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、前記第2検出用スリットの周方向の範囲と当該第2検出用スリットの軸方向位置が重なる基準スリットの部分の周方向の範囲とは重ならないように設定することにより、トーションバーの捻れに対して生じる前記第1検出コイルに誘起された電圧信号と前記第2検出コイルに誘起された電圧信号の位相差を大きくしてトルクセンサの感度を向上したり、トーションバーの捻れに対して計測回路で検出する位相差のリニアリティ誤差を低減して、トルクセンサの測定精度を向上することができる。また、さらに、前記トーションバーの捻れの所定の範囲内において、前記第1検出用スリットの周方向の範囲と当該第1検出用スリットの軸方向位置が重なる基準スリットの部分の周方向の範囲とは重ならず、前記トーションバーの捻れの前記所定の範囲内において、前記第2検出用スリットの周方向の範囲と当該第2検出用スリットの軸方向位置が重なる基準スリットの部分の周方向の範囲とは重ならないように設定することにより、トルクセンサの感度をさらに向上したり、トーションバーの捻れに対して計測回路で検出する位相差のリニアリティ誤差をさらに低減して、トルクセンサの測定精度をより向上することができるようになる。
なお、前記基準スリットは、軸方向位置を異ならせて配置した、前記第1検出用スリットと軸方向位置が少なくとも一部重なる第1基準スリットと、前記第2検出用スリットと軸方向位置が少なくとも一部重なる第2基準スリットとに分割して設けるようにしてもよい。
また、前記第1駆動コイルと前記第2駆動コイルとは、相互に発生磁束の方向が相互に逆方向となるように設けるようにしてもよい。このようにすることにより、トーションバーの回転速度に依存した誤差の発生を、抑制できるようになる。
以上のように、本発明によれば、磁束の位相変化を利用するトルクセンサにおいて、その測定精度をより向上することができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
まず、第1の実施形態について説明する。
図1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1aはトルクセンサの正面を、図1bはトルクセンサの左側面を、図1cはトルクセンサの右側面を、図1d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、測定対象のトルクが入力側(図1a、dにおける右方)端と出力側(図1a、dにおける左方)端との間の捻れ方向の力として加えられるトーションバー10と、トーションバー10に当該トーションバー10の入力側で固定された入力側筒21と、トーションバー10に当該トーションバー10の出力側で固定された出力側筒22と、第1駆動コイル31と、第2駆動コイル32と、第1検出コイル41と、第2検出コイル42と、測定回路50とを有している。
ここで、出力側筒22は、非磁性導電体を用いて形成されており、トーションバー10の入力側の底面が開放された円筒形状を有する。そして、トーションバー10の出力側の底面の中心部分でトーションバー10の出力側に固定されている。
次に、入力側筒21は、非磁性導電体を用いて形成されており、同軸入れ子状に間隔をあけて配置された二つの両底面の無い中空の円筒形状部である内筒部と外筒部をトーションバー10の出力側端で連結した形状を有する。そして、入力側筒21の内側の円筒形状部である内筒部がトーションバー10の入力側に固定されている。また、入力側筒21は、出力側筒22の内側に、出力側筒22と同軸入れ子状に配置されるように設けられている。
そして、第1検出コイル41と第2検出コイル42は、出力側筒22が中央孔に挿入された配置となるように、トーションバー10の回転軸と同軸状に巻き回した形態で軸方向に並べて設けられている。
また、第1駆動コイル31は、入力側筒21の内筒部と外筒部の間に、トーションバー10の回転軸と同軸状に巻き回した形態で、第1検出コイル41に、入力側筒21の外筒部と出力側筒22の側壁を介して対面するように配置され、第2駆動コイル32は、入力側筒21の内筒部と外筒部の間に、トーションバー10の回転軸と同軸状に巻き回した形態で、第2検出コイル42に、入力側筒21の外筒部と出力側筒22の側壁を介して対面するように配置されている。
なお、第1駆動コイル31と第2駆動コイル32は、トルクセンサの全体すなわち静止系に対して固定的に設けてもよいし、入力側筒21と共に回転するように入力側筒21に対して固定して設けるようにしてもよい。また、第1検出コイル41と第2検出コイル42も、静止系に対して固定的に設けてもよいし、出力側筒22と共に回転するように出力側筒22に対して固定して設けるようにしてもよい。
さて、出力側筒22の側壁と入力側筒21の外筒部との、第1駆動コイル31が、第1検出コイル41と対面する箇所と、第2駆動コイル32が、第2検出コイル42と対面する箇所とには、各々複数のスリットが設けられている。
すなわち、図2aに示すように、出力側筒22の側壁には、複数の周方向に並んだスリットである基準スリット61が設けられている。
また、図2bに示すように入力側筒21の外筒部の、第1駆動コイル31が第1検出コイル41と対面する部分には周方向に並んだスリットである第1検出用スリット62が、第2駆動コイル32が第2検出コイル42と対面する部分には周方向に並んだスリットである第2検出用スリット63が設けられている。
そして、図2cに示すように、トルクセンサにおいて、基準スリット61と第1検出用スリット62、基準スリット61と第2検出用スリット63は軸方向位置が少なくとも一部重なり合うように配置されている。
また、前述した基準スリット61と第1検出用スリット62と第2検出用スリット63の周方向の配置は、基準スリット61に対する、第1検出用スリット62と第2検出用スリット63の配置が、周方向について逆方向となるように設定する。すなわち、第1検出用スリット62の周方向の範囲の中心と第2検出用スリット63の周方向の範囲の中心とが、基準スリット61の周方向の範囲の中心に対して周方向について反対側(一方は時計廻り側、他方は反時計廻り側)に位置するようにする。また、望ましくは、基準スリット61の周方向の範囲の中心から、第1検出用スリット62の周方向の範囲の中心までの周方向の距離の絶対値と、基準スリット61の周方向の範囲の中心から、第2検出用スリット63の周方向の範囲の中心までの距離の絶対値が等しくなるようにする。
ここで、基準スリット61に対する、第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63の周方向の配置としては、図2d1に示すように、トーションバー10に捻れの無い状態において、基準スリット61の周方向の範囲と、第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63の周方向の範囲が一部重なる配置や、図2e1に示すようにトーションバー10に捻れの無い状態において、基準スリット61の周方向の範囲と、第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63の周方向の範囲が重ならずに周方向に接する配置や、図2f1に示すようにトーションバー10に捻れの無い状態において、基準スリット61の周方向の範囲と、第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63の周方向の範囲が重ならずに周方向に離間している配置が考えられる。
そして、図2d1、e1、f1のいずれの配置の場合も、各々図2d2、e2、f2に示すように、基準スリット61に対する第1検出用スリット62の周方向の距離と、基準スリット61に対する第2検出用スリット63の周方向の距離とは、トーションバー10の捻れによって生じる出力側筒22と入力側筒21との回転角度差に応じて、相互に逆方向に変化することになる。
そして、このような、基準スリット61と第1検出用スリット62との周方向の距離と、基準スリット61と第2検出用スリット63との周方向の距離との、相互に逆方向の変化に伴って、直列接続した第1駆動コイル31と第2駆動コイル32とを交流信号で駆動したときに、第1検出コイル41、第2検出コイル42で検出される検出信号の位相には、異なる変化が表れる。結果、第1検出コイル41、第2検出コイル42で検出される検出信号の位相には、トーションバー10の捻れ量に応じて異なる変化が表れることになる。
ここで、基準スリット61と第1検出用スリット62との周方向の距離と、基準スリット61と第2検出用スリット63との周方向の距離との、相互に逆方向の変化に伴って、第1検出コイル41、第2検出コイル42で検出される検出信号の位相に異なる変化が表れるのは、次の原理によるものと推定される。
すなわち、直列接続した第1駆動コイル31と第2駆動コイル32とを交流信号で駆動したときに、第1検出コイル41、第2検出コイル42で検出される磁束の成分のうち、出力側筒22の基準スリット61と、入力側筒21の第1検出用スリット62または第2検出用スリット63の双方を通過し出力側筒22と入力側筒21の双方を透過しなかった磁束成分を第1磁束成分、出力側筒22のみを透過した磁束成分を第2磁束成分、入力側筒21のみを透過した磁束成分を第3磁束成分、入力側筒21と出力側筒22の双方を透過した磁束成分を第4磁束成分とする。ここで、以上の第1検出コイル41、第2検出コイル42で検出される第2磁束成分は出力側筒22の透過による位相変化を受けた磁束成分となり、第3磁束成分は入力側筒21の透過による位相変化を受けた磁束成分となり、第4磁束成分は入力側筒21の透過と出力側筒22の透過による位相変化を受けた磁束成分となる。
そして、第1検出コイル41で検出される前述した第1磁束成分の強度と第2磁束成分の強度と第3磁束成分の強度との組み合わせは、基準スリット61と第1検出用スリット62との周方向の距離に応じたものとなり、第2検出コイル42で検出される第1磁束成分の強度と第2磁束成分の強度と第3磁束成分と第4磁束成分の強度との組み合わせは、基準スリット61と第2検出用スリット63との周方向の距離に応じたものとなる。
そして、第1検出コイル41、第2検出コイル42で検出される検出信号は、各磁束成分の合成ベクトルを表すものとなり、この合成ベクトルの位相は、各位相の磁束成分の強度比によって変化する。よって、第1検出コイル41で検出される検出信号の位相には基準スリット61と第1検出用スリット62との周方向の距離の変化に応じた変化が、第2検出コイル42で検出される検出信号の位相には基準スリット61と第2検出用スリット63との周方向の距離の変化に応じた変化が表れ、結果、第1検出コイル41、第2検出コイル42で検出される検出信号の位相には、トーションバー10の捻れ量に応じて異なる変化が表れることになる。
したがって、このように、第1検出コイル41、第2検出コイル42で検出される検出信号の位相には、トーションバー10の捻れ量に応じて異なる変化が表れるので、第1検出コイル41、第2検出コイル42で検出される検出信号の位相差を測定すれば、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。
なお、以上のような基準スリット6は、図2gに示すように、第1検出用スリット62と軸方向位置が少なくとも一部重なる部分と、第2検出用スリット63と軸方向位置が少なくとも一部重なる部分とを分割して、二列に径方向に並んだ形態で設けるようにしてもよい。また、この場合には、基準スリット6の第1検出用スリット62と軸方向位置が少なくとも一部重なる部分と、第2検出用スリット63と軸方向位置が少なくとも一部重なる部分とは、図2hに示すように周方向にずらして配置するようにしてもよい。
さて、次に、以上のような直列接続した第1駆動コイル31と第2駆動コイル32の駆動と、測定を行うのが測定回路50である。
すなわち、図3aに示すように、測定回路50は、発振回路51と、第1差動増幅器52と、第2差動増幅器53と、位相差検出回路54とを有している。そして、発振回路51は、交流の駆動信号を生成して、直列に接続された第1駆動コイル31と第2駆動コイル32に印加して一次磁束を発生し、第1差動増幅器52は第1検出コイル41に誘起起電力によって生じる検出信号を増幅し、第2差動増幅器53は第2検出コイル42に誘起起電力によって生じる検出信号を増幅する。
そして、位相差検出回路54は、第1差動増幅器52が増幅した第1検出コイル41の検出信号と、第2差動増幅器53が増幅した第2検出コイル42の検出信号との位相差を検出する。そして、この位相差検出回路54が検出した位相差の大きさによって、トーションバー10の捻れ量すなわちトーションバー10に加えられたトルクが表されることになる。
ここで、第1駆動コイル31と第2駆動コイル32は、発生磁束の方向を同方向とするようにしてもよいが、第1駆動コイル31と第2駆動コイル32の発生磁束の方向は逆方向とすることが好ましい。
発生磁束の方向を逆方向とすることは、図3aに模式的に示すように、その巻き線の回転軸回りの物理的な巻き方向を逆方向としたり、図3bに示すように、第1駆動コイル31と第2駆動コイル32の巻き線の回転軸回りの物理的な巻き方向は同じとしつつ、発振回路51から第1駆動コイル31と第2駆動コイル32に加える駆動信号の向きを逆とすることにより実現できる。
さて、このようなトルクセンサの構成において、本実施形態では、前述した基準スリット61に対する、第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63の周方向の配置を、基準スリット61と第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63との周方向の範囲が、トーションバー10に捻れの無い状態において重ならないように設定する。また、さらに望ましくは、前述した基準スリット61に対する、第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63の周方向の配置を、基準スリット61と第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63との周方向の範囲が、トーションバー10の有効測定範囲内の捻れの如何に関わらずに重ならないように設定する。
以下、このように、基準スリット61に対する、第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63の周方向の配置を設定する理由について説明する。
いま、図4aに示すように、スリットオーバーラップ量を定義する。
すなわち、図4aに示すように、トーションバー10に捻れの無い状態において、基準スリット61の周方向の範囲と、第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63の周方向の範囲が周方向に距離d重なる場合には、+dをスリットオーバーラップ量とする。また、図4bに示すように、トーションバー10に捻れの無い状態において、基準スリット61の周方向の範囲と、第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63の周方向の範囲が重ならずに周方向に接する場合には、スリットオーバーラップ量を0とする。そして、図4cに示すように、トーションバー10に捻れの無い状態において、基準スリット61の周方向の範囲と、第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63の周方向の範囲が重ならずに周方向に距離d離間している場合には、-dをスリットオーバーラップ量とする。
そして、このようなスリットオーバーラップ量を変化させながら、トルクセンサの感度及びリニアリティ誤差を求めた比較実験結果を図5に示す。
なお、この比較実験において用いたトルクセンサは、第1駆動コイル31と第2駆動コイル32の発生磁束の方向を逆方向とし、駆動周波数を20kHzとし、各スリットの数を15、第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63のスリット長を6mm、各スリットの幅を2mm、第1検出用スリット62と第2検出用スリット63の軸方向間隔を5mm、各スリットの周方向間隔を8.5mmとし、入力側筒21の材質をアルミニウム合金(A5056)、厚みを2mmとし、出力側筒22の材質をアルミニウム合金(A5056)、厚みを2mmとし、入力側筒21と出力側筒22の間隔を0.5mm、入力側筒21と出力側筒22との間の間隙の中央位置までの回転中心軸からの距離(半径)を25mmとしたものである。
また、この比較実験において用いたトルクセンサは、トーションバー10に加えたトルクとトーションバー10の捻り角とが比例する範囲(トーションバー10の有効測定範囲)内の最大トルクFSが±5Nmであり、最大トルクFSを加えたときのトーションバー10の捻れによる、基準スリット61の第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63に対する相対的な周方向の移動距離が±0.18mmである。
図5aは、スリットオーバーラップ量を-0.20mm、0.00mm、0.18mmとしたとき各々の、トーションバー10に最大トルクFSを加えたときの、位相相差検出回路54が検出した位相差を表したものである。
図より、基準スリット61と第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63との周方向の範囲が、トーションバー10の捻れの如何に関わらずに重なるスリットオーバーラップ量である0.18mm、基準スリット61と第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63との周方向の範囲が、トーションバー10に捻れの無い状態において重ならずトーションバー10に捻れの有る状態において重なる0.00mm、基準スリット61と第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63との周方向の範囲が、トーションバー10の捻れの如何に関わらずに重ならないスリットオーバーラップ量である-0.20mmの順に、トーションバー10の捻れに対して検出される位相差が大きくなり、トルクセンサの感度が良好となることが分かる。
次に、図5bは、スリットオーバーラップ量を-0.20mm、0.00mm、0.18mmとしたとき各々の、トーションバー10に最大トルクFSを加えたときに検出される位相差のリニアリティ誤差を表したものである。
図より、基準スリット61と第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63との周方向の範囲が、トーションバー10の捻れの如何に関わらずに重なるスリットオーバーラップ量である0.18mm、基準スリット61と第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63との周方向の範囲が、トーションバー10に捻れの無い状態において重ならずトーションバー10に捻れの有る状態において重なる0.00mm、基準スリット61と第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63との周方向の範囲が、トーションバー10の捻れの如何に関わらずに重ならないスリットオーバーラップ量である-0.20mmの順に、リニアリティ誤差が小さくなることが分かる。
以上より、基準スリット61に対する、第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63との周方向の配置を、基準スリット61と第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63との周方向の範囲が、トーションバー10に捻れの無い状態において重ならないように設定することにより、感度の向上やリニアリティ誤差の低減を実現することができることが分かる。また、さらには、前述した基準スリット61に対する、第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63の周方向の配置を、基準スリット61と第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63との周方向の範囲が、トーションバー10の捻れの如何に関わらずに重ならないように設定すれば、より感度の向上やリニアリティ誤差の低減を実現することができることが分かる。なお、基準スリット61と第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63との周方向の範囲が、トーションバー10の捻れの如何に関わらずに重ならないように設定する場合において、基準スリット61に対する、第1検出用スリット62及び第2検出用スリット63の周方向の距離は、前述した感度やリニアリティ誤差の個々のトルクセンサにおける特性を考慮して最適値に設定するようにする。
以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、以上で説明してきた実施形態では、第1駆動コイル31と第2駆動コイル32を出力側筒22の外周側に設け、第1検出コイル41と第2検出コイル42を入力側筒21の内筒部と外筒部の間に配置するようにしてもよい。また、基準スリット61を入力側筒21に、第1検出用スリット62と第2検出用スリット63を出力側筒22に設けるように構成してもよい。また、入力側筒21をトーションバー10の出力側に、出力側筒22をトーションバー10の入力側に固定するようにしてもよい。
また、以上の実施形態においては、トーションバー10を、測定回路50の接地レベルに接続することも好ましい。
ここで、トーションバー10を測定回路50の接地レベルへの接続は、たとえば、トーションバー10を回動可能に支持する、潤滑材として導電性グリースが用いたベアリングを設けて、トーションバー10とベアリングの外輪を導電させると共に、このベアリングの外輪を測定回路50の接地レベルに接続することにより実現することができる。または、トーションバー10に対してスリップリングを設け、スリップリングを介してトーションバー10の電位レベルを接地レベルに接続するようにしてもよい。
また、トーションバー10と入力側筒21、トーションバー10と出力側筒22は、電気的に絶縁するようにしてもよい。
このように、本発明者らの実験によれば、トーションバー10を測定回路50の接地レベルに接続したり、入力側筒21及び出力側筒22を絶縁することにより、本発明者らの実験によれば、トーションバー10の回転速度に依存した誤差を抑制することができる。これは第1駆動コイル31と第2駆動コイル32により発生した磁束によるトーションバー10の軸電流の発生を抑制して、二つの磁気回路のアンバランスを抑制することができることによるものと推定される。
なお、前述のように、第1駆動コイル31と第2駆動コイル32の発生磁束の方向を逆方向とすることが好ましい理由は、本発明者らの実験によれば、このようにすることにより、トーションバー10の回転に依存した誤差を抑制することができるからである。そして、第1駆動コイル31と第2駆動コイル32の発生磁束の方向を逆方向とすることによって、トーションバー10の回転速度に依存した誤差を抑制できるのは、やはり、第1駆動コイル31と第2駆動コイル32により発生した磁束によるトーションバー10の軸電流の発生を抑制して、二つの磁気回路のアンバランスを抑制することができることによるものと推定される。
本発明の実施形態に係るトルクセンサの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るトルクセンサの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るスリットの重なり幅と位相変化の関係の例を示す図である。 本発明の実施形態に係るトルクセンサの測定回路の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るトルクセンサの比較実験結果を示す図である。
符号の説明
10…トーションバー、21…入力側筒、22…出力側筒、31…第1駆動コイル、32…第2駆動コイル、41…第1検出コイル、42…第2検出コイル、50…測定回路、51…発振回路、52…第1差動増幅器、53…第2差動増幅器、54…位相差検出回路、61…基準スリット、62…第1検出用スリット、63…第2検出用スリット。

Claims (4)

  1. トーションバーと、
    前記トーションバーの一端に固定された、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性導電体で形成した第1円筒と、
    前記トーションバーの他端に固定された、前記第1円筒に挿入された形態で、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性導電体で形成した第2円筒と、
    測定部とを有し、
    前記第1円筒と前記第2円筒とのうちの一方には基準スリットが設けられており、
    前記第1円筒と前記第2円筒とのうちの前記基準スリットが設けられていない方には、軸方向の位置を異ならせて配置した第1検出用スリットと第2検出用スリットとが設けられており、
    前記測定部は、
    前記第2円筒の内周側と前記第1円筒の外周側とのうちの一方側に、前記トーションバーと同軸状に配置した駆動コイルと、
    前記第2円筒の内周側と前記第1円筒の外周側とのうちの前記駆動コイルが配置されていない方側に、前記トーションバーと同軸状に配置した検出コイルと、
    前記駆動コイルを交流駆動する駆動回路と、
    計測回路とを有し、
    前記第1検出用スリットと前記第2検出用スリットとは、各々前記基準スリットと軸方向位置が少なくとも一部重なるように配置され、かつ、前記第1検出用スリットと軸方向位置が重なる基準スリットの部分に対する前記第1検出用スリットの周方向の配置と、前記第2検出用スリットと軸方向位置が重なる基準スリットの部分に対する前記第2検出用スリットの周方向の配置とは異なっており、
    前記検出コイルは、軸方向の位置を異ならせて配置された第1検出コイルと第2検出コイルとより構成され、
    前記第1検出コイルは軸方向位置が前記第1検出用スリットと少なくとも一部重なるように配置され、前記第2検出コイルは軸方向位置が前記第2検出用スリットと少なくとも一部重なるように配置され、
    前記計測回路は、前記第1検出コイルに誘起された電圧信号と前記第2検出コイルに誘起された電圧信号の位相差を検出し、
    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、前記第1検出用スリットの周方向の範囲と当該第1検出用スリットの軸方向位置が重なる基準スリットの部分の周方向の範囲とは重ならず、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、前記第2検出用スリットの周方向の範囲と当該第2検出用スリットの軸方向位置が重なる基準スリットの部分の周方向の範囲とは重ならないことを特徴とするトルクセンサ。
  2. 請求項1記載のトルクセンサであって、
    前記トーションバーの捻れの所定の範囲内において、前記第1検出用スリットの周方向の範囲と当該第1検出用スリットの軸方向位置が重なる基準スリットの部分の周方向の範囲とは重ならず、前記トーションバーの捻れの前記所定の範囲内において、前記第2検出用スリットの周方向の範囲と当該第2検出用スリットの軸方向位置が重なる基準スリットの部分の周方向の範囲とは重ならないことを特徴とするトルクセンサ。
  3. 請求項1または2記載のトルクセンサであって、
    前記基準スリットは、軸方向位置を異ならせて配置した、前記第1検出用スリットと軸方向位置が少なくとも一部重なる第1基準スリットと、前記第2検出用スリットと軸方向位置が少なくとも一部重なる第2基準スリットとより構成されていることを特徴とするトルクセンサ。
  4. 請求項1、2または3記載のトルクセンサであって、
    前記第1駆動コイルと前記第2駆動コイルとは、相互に発生磁束の方向が相互に逆方向となっていることを特徴とするトルクセンサ。
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