JP2010091505A - トルクセンサ - Google Patents
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Abstract
【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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (4)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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