JP2017223528A - Torque detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、シャフトに負荷されたトルクを検出するために用いるトルク検出装置に関し、特に産業ロボットの関節等に負荷されるトルクを検出する技術に関する。 The present invention relates to a torque detection device used for detecting torque applied to a shaft, and more particularly to a technique for detecting torque applied to a joint or the like of an industrial robot.
特許文献1に、産業用ロボットの関節部に負荷されるトルクを検出するトルク検出装置が開示されている。このトルク検出装置は、外輪と内輪とが弾性を有する複数のはりで連結されており、内輪から外輪側に直径上に張出して配置された一対の内輪張出片と外輪との間に生じる変位量を2個の変位センサでそれぞれ測定し、その測定された2つの変位量から内外輪に作用する軸トルクを検出する。
特許文献1に開示されているトルク検出装置は、一対の内輪張出片と外輪との間に生じる変位量を2個の変位センサでそれぞれ測定するため、初期設定での一対の内輪張出片と外輪との機械的な隙間調整が難しい。また、特許文献1には、2個の変位センサの値からトルクを算出する手法についての記載はないが、2個の変位センサの値から外輪と内輪との回転変位量を推定する等の処理が必要であり、処理回路が煩雑になると考えられる。
The torque detection device disclosed in
この発明の目的は、初期設定時の機械的な調整が不要で、しかも簡単な機構でありながら、安定したトルク検出が可能なトルク検出装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a torque detection device that does not require mechanical adjustment at the time of initial setting and is capable of stable torque detection with a simple mechanism.
この発明のトルク検出装置は、互いに回転可能な外輪と内輪とを有し、これら外輪と内輪間に作用するトルクを検出するトルク検出装置であって、前記外輪と前記内輪とを直接または間接に連結し前記外輪と前記内輪との回転変位に応じて変形する弾性部材と、前記外輪と前記内輪との回転角を検出する角度センサと、この角度センサの検出値から前記トルクを算出するトルク算出手段10とを備えることを特徴とする。 A torque detection device according to the present invention includes an outer ring and an inner ring that are rotatable relative to each other, and detects torque acting between the outer ring and the inner ring, wherein the outer ring and the inner ring are directly or indirectly connected. An elastic member that is connected and deforms according to rotational displacement between the outer ring and the inner ring, an angle sensor that detects a rotation angle between the outer ring and the inner ring, and a torque calculation that calculates the torque from the detected value of the angle sensor And means 10.
この構成によると、外輪と内輪間にトルクが印加されると、外輪と内輪とを連結する弾性部材が変形し、外輪と内輪間に回転変位が発生する。この回転変位の角度を角度センサで検出し、その検出値からトルク算出手段10がトルクを算出する。このように、外輪と内輪間の回転変位を直接検出するため、従来のように2個の変位センサの値を外輪と内輪との回転変位量を推定する等の処理が不要であり、処理回路を簡略にできる。また、外輪と内輪間の微小な回転変位を測定してからトルクに換算するため、角度センサ装着後の機械的な調整が不要である。 According to this configuration, when torque is applied between the outer ring and the inner ring, the elastic member connecting the outer ring and the inner ring is deformed, and rotational displacement is generated between the outer ring and the inner ring. The angle of this rotational displacement is detected by an angle sensor, and torque calculation means 10 calculates torque from the detected value. As described above, since the rotational displacement between the outer ring and the inner ring is directly detected, processing such as estimating the rotational displacement amount between the outer ring and the inner ring by using the values of the two displacement sensors as in the prior art is unnecessary. Can be simplified. In addition, since a minute rotational displacement between the outer ring and the inner ring is measured and converted into torque, mechanical adjustment after mounting the angle sensor is unnecessary.
この発明において、前記角度センサが、前記外輪および前記内輪のいずれか一方に設けられ磁極が円周方向に並ぶ磁気エンコーダと、前記外輪および前記内輪のいずれか他方に設けられ前記磁気エンコーダの磁界を検出する磁気センサとを有する構成であっても良い。
角度センサが磁気エンコーダと磁気センサとを有する構成であると、回転変位の角度情報がデジタル値で検出されるため、アナログ信号のような出力オフセットがなく、安定したトルク出力が可能である。
In this invention, the angle sensor is provided on one of the outer ring and the inner ring and the magnetic poles are arranged in a circumferential direction, and the magnetic field of the magnetic encoder is provided on the other of the outer ring and the inner ring. The structure which has a magnetic sensor to detect may be sufficient.
When the angle sensor has a magnetic encoder and a magnetic sensor, the rotational displacement angle information is detected as a digital value, so that there is no output offset like an analog signal and stable torque output is possible.
角度センサが磁気エンコーダと磁気センサとを有する構成である場合、前記磁気エンコーダが、N極とS極とが交互に着磁された磁気エンコーダトラックを少なくとも1列有し、
前記角度センサが、前記磁気エンコーダと前記磁気センサとの回転変位により前記磁気センサが出力する磁気信号から、前記磁気エンコーダトラックのN極とS極の1極対の角度を電気的に逓倍した高分解能のパルス信号を生成する逓倍回路61と、この逓倍回路61で生成されたパルス信号をカウントしそのカウントした角度情報を前記トルク算出手段10へ送るカウンタ62とを有していても良い。
この構成であると、外輪と内輪との回転角を高分解能で検出できるため、外輪と内輪との間に作用するトルクを正確に検出できる。
When the angle sensor has a configuration including a magnetic encoder and a magnetic sensor, the magnetic encoder has at least one row of magnetic encoder tracks in which N poles and S poles are alternately magnetized,
The angle sensor is a high frequency obtained by electrically multiplying the angle of one pole pair of the N pole and the S pole of the magnetic encoder track from the magnetic signal output by the magnetic sensor due to the rotational displacement between the magnetic encoder and the magnetic sensor. A
With this configuration, the rotation angle between the outer ring and the inner ring can be detected with high resolution, so that the torque acting between the outer ring and the inner ring can be accurately detected.
また、角度センサが磁気エンコーダと磁気センサとを有する構成である場合、前記磁気エンコーダが、互いに異なる着磁極対数でそれぞれN極とS極とが交互に着磁された複列の磁気エンコーダトラックを有し、かつ前記磁気センサが、前記複列の磁気エンコーダトラックの磁界をそれぞれ検出する複数の検出部を有し、
前記角度センサが、前記磁気エンコーダと前記磁気センサとの回転変位により前記磁気センサの前記複数の検出部がそれぞれ出力する磁気信号の位相差を検出する位相差検出部51と、この位相差検出部51で検出された位相差に基づき前記回転変位の絶対角を算出する絶対角算出部52と、この絶対角算出部52の絶対角情報を前記トルク算出手段10へ送る送信部54とを有していても良い。
この構成であると、着磁極対数が異なる複列の磁気エンコーダトラックと磁気センサの複数の検出部とが相対回転することで、複数の検出部の検出信号間に位相のずれが発生する。この位相差を位相差検出部51で検出し、その位相差に基づいて絶対角算出部52により外輪と内輪との回転変位の絶対角を算出する。算出された絶対角情報は、送信部54によりトルク算出手段10へ送られる。外輪と内輪との絶対角をトルクに換算するため、正確なトルクが得られる。
Further, when the angle sensor has a configuration including a magnetic encoder and a magnetic sensor, the magnetic encoder has a double-row magnetic encoder track in which N poles and S poles are alternately magnetized with different numbers of pole pairs. And the magnetic sensor has a plurality of detection units that respectively detect magnetic fields of the double-row magnetic encoder tracks,
The angle sensor detects a phase difference between magnetic signals output from the plurality of detection units of the magnetic sensor by rotational displacement between the magnetic encoder and the magnetic sensor, and the phase difference detection unit. An absolute
With this configuration, a double-row magnetic encoder track having a different number of magnetic pole pairs and a plurality of detection units of the magnetic sensor rotate relative to each other, thereby causing a phase shift between detection signals of the plurality of detection units. This phase difference is detected by the phase
この発明において、前記磁気エンコーダの角度検出可能な範囲が円周の一部であっても良い。
外輪と内輪とは弾性部材で連結され、互いに微小回転しかしないので、磁気エンコーダの角度検出可能な範囲が円周の一部であっても問題ない。
In this invention, the range in which the angle of the magnetic encoder can be detected may be a part of the circumference.
Since the outer ring and the inner ring are connected by an elastic member and only slightly rotate with each other, there is no problem even if the range in which the angle of the magnetic encoder can be detected is a part of the circumference.
この発明において、前記外輪および前記内輪はそれぞれ軸受の外輪および内輪であり、前記軸受に前記角度センサが一体に設けられ、これら軸受と角度センサとで角度センサ付き軸受を構成していても良い。
これにより、既存の角度付き軸を使用してトルク検出装置を構成することができる。
In the present invention, the outer ring and the inner ring may be an outer ring and an inner ring of a bearing, respectively, and the angle sensor may be provided integrally with the bearing, and the bearing and the angle sensor may constitute a bearing with an angle sensor.
Thereby, a torque detection apparatus can be comprised using the existing shaft with an angle.
この発明のトルク検出装置は、互いに回転可能な外輪と内輪とを有し、これら外輪と内輪間に作用するトルクを検出するトルク検出装置であって、前記外輪と前記内輪とを直接または間接に連結し前記外輪と前記内輪との回転変位に応じて変形する弾性部材と、前記外輪と前記内輪との回転角を検出する角度センサと、この角度センサの検出値から前記トルクを算出するトルク算出手段とを備えるため、初期設定時の機械的な調整が不要で、しかも簡単な機構でありながら、安定したトルク検出が可能である。 A torque detection device according to the present invention includes an outer ring and an inner ring that are rotatable relative to each other, and detects torque acting between the outer ring and the inner ring, wherein the outer ring and the inner ring are directly or indirectly connected. An elastic member that is connected and deforms according to rotational displacement between the outer ring and the inner ring, an angle sensor that detects a rotation angle between the outer ring and the inner ring, and a torque calculation that calculates the torque from the detected value of the angle sensor Therefore, mechanical adjustment at the time of initial setting is unnecessary, and stable torque detection is possible with a simple mechanism.
この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図1はこの発明の一実施形態にかかるトルク検出装置の機構部の軸心を通る平面で破断した断面図、図2はそのII−II断面図である。このトルク検出装置1は、機構部1aと処理回路1bとで構成される。処理回路1bは、角度算出手段50とトルク算出手段10とからなる。これら角度算出手段50およびトルク算出手段10は、回路基板上にマイクロコンピュータと電子回路とを実装したものであるか、またはパーソナルコンピュータで構成されている。処理回路1bは、機構部1aに設けられていても良く、あるいは配線で接続された外部に設けられていても良い。処理回路1bの詳細については、後で説明する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view taken along a plane passing through the axis of a mechanism portion of a torque detector according to an embodiment of the present invention, and FIG. The
機構部1aは、外輪2と内輪3とを備える。外輪2の内径面2aと内輪3の外径面3aとが円周方向に摺動自在に接しており、外輪2と内輪3とは互いに回転可能である。図2に示すように、外輪2と内輪3とは、複数の弾性部材4で連結されている。図の例では、4つの弾性部材4が円周方向に等間隔で配置されている。各弾性部材4の両端は、外輪2の取付溝2bと内輪3の取付溝3bにそれぞれ挿入されている。外輪2の取付溝2bは、外輪2の内径面2aに形成された切欠き部2cの底部にあり、内輪3の取付溝3bは、内輪3の外径面3aに形成された切欠き部3cの底部にある。このため、切欠き部2c,3cに位置する弾性部材4の中央部は外輪2および内輪3に接しておらず、弾性部材4の変形が邪魔されない。
The
なお、弾性部材4は、弾性変形可能な(可撓性を有する)部材であれば良く、例えば、板バネやゴム等であっても良い。また、弾性部材4の周方向厚さ、ならびに外輪2の取り付け溝2bおよび内輪3の取り付け溝3bの周方向の幅は、トルク検出装置1に入力されることが予想されるトルク等に応じて適宜設定される。
The
図1に示すように、外輪2は軸方向の一方端に内径側へ延びるつば状の肩部2dを有し、この肩部2dの側面(肩部2dの軸方向の端面)に内輪3の一方の端面3eが当接している。外輪2の軸方向の他方端には蓋5が取り付けられ、この蓋5の端面5aが内輪3の段面3fを軸方向に押えることで、内輪3が軸方向に抜けないようになっている。外輪2の肩部2dの側面と内輪3の端面3e、および蓋5の端面5aと内輪3の段面3fは、外輪2の内径面2aと内輪3の外径面3aと同様に、それぞれ互いに摺動可能である。
As shown in FIG. 1, the
上記各摺動面には摺動特性の良い滑り材、例えばフッ素樹脂等をコーティングすると良い。また、摺動面に滑り材をコーティングする代わりに、外輪2と内輪3の互いに回転変位する面の間に軸受(図示せず)を介在させても良い。
Each of the sliding surfaces may be coated with a sliding material having good sliding characteristics, such as a fluororesin. Further, instead of coating the sliding surface with the sliding material, a bearing (not shown) may be interposed between the surfaces of the
図1、図2において、外輪2の内径面2aには、磁気センサ6が設けられている。磁気センサ6は、外輪2の内径面2aに固定された基板7に実装されている。磁気センサ6は、軸方向に並ぶ2つの検出部6a,6b(図1)を有する。
1 and 2, a
また、内輪3の外径面3aに形成された凹部3dに、前記磁気センサ6と径方向に対峙し、円周方向に延びる磁気エンコーダ8が設けられている。磁気エンコーダ8は、軸方向に並ぶ第1の磁気エンコーダトラック8a(図1)と第2の磁気エンコーダトラック8b(図1)とを有する。磁気エンコーダ8は円弧状であり、円周の一部の範囲のみに設けられている。外輪2と内輪3とは弾性部材4で連結され、互いに微小回転しかしないので、磁気エンコーダ8の角度検出可能な範囲が円周の一部であっても問題ない。
A
磁気センサ6の検出部6aにより第1の磁気エンコーダトラック8aの磁界が検出され、磁気センサ6の検出部6bにより第2の磁気エンコーダトラック8bの磁界が検出される。図4に示すように、磁気センサ6と磁気エンコーダ8とで、角度検出部40aが構成される。また、角度検出部40aと、処理回路1bの角度算出手段50とで、外輪2と内輪3との回転角を検出する角度センサ40が構成される。
The magnetic field of the first
図1、図2において、内輪3の外径面にはキー9が設けられ、外輪2の内径面2aには、前記キー9よりも円周方向の幅が広いキー溝2eが形成されている。これにより、外輪2に対する内輪3の回転範囲が、キー溝2eの円周方向の幅とキー9の円周方向の幅の差の範囲内に制限されている。
1 and 2, a
図3は、図1のIII−III断面から見た磁気エンコーダ8の各磁気エンコーダトラック8a,8bの着磁パターンを示している。第1および第2の磁気エンコーダトラック8a,8bは、それぞれN極とS極とが交互に着磁されている。両磁気エンコーダトラック8a,8bの着磁極数は互いに異なっている。図3の例では、第1の磁気エンコーダトラック8aの方が第2の磁気エンコーダトラック8bよりも着磁極数が多い。例えば、磁気エンコーダ8が360度の範囲で存在すると仮定した場合、第1の磁気エンコーダトラック8aの着磁極数が32極対とされ、第2の磁気エンコーダトラック8bの着磁極数が31極対とされている。
FIG. 3 shows the magnetization patterns of the magnetic encoder tracks 8a and 8b of the
図4は、角度センサ40角度算出手段50の構成を示すブロック図である。角度算出手段回路50には、磁気センサ6の各検出部6a,6bが出力する磁気信号(図5(A),(B)参照)が送られてくる。例えば、前述したように、円周当たりの着磁極数が第1の磁気エンコーダトラック8aで32極対、第2の磁気エンコーダトラック8bで31極対である場合、磁気センサ6と磁気エンコーダ8が相対的に回転すると、1回転につき1磁極対分の位相差(図5(C)参照)が発生する。この位相差を位相差検出部51で検出し、その位相差に基づいて絶対角算出部52が回転変位の絶対角を算出する。得られた絶対角情報は、送信部53によって後述のトルク算出手段10へ送られる。各検出部6a,6bが出力する磁気信号を逓倍回路(図示せず)で電気的に逓倍すれば、高分解能の絶対角情報が得られる。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the
図6はトルク算出手段10のブロック図である。トルク算出手段10では、角度センサ40から送られてきた絶対角情報と、補正テーブル12に記録されている情報とを元にして、トルク算出部13で外輪2と内輪3との間に作用するトルクを算出する。なお、補正テーブル12には外輪2と内輪3の回転角とトルクとの関係が記録されている。トルク算出部13で算出されたトルク値は、出力部14を経由して外部に出力される、出力部14では、PWM出力、シリアル通信等から選択した出力仕様で外部に出力する。
FIG. 6 is a block diagram of the torque calculation means 10. In the torque calculation means 10, the
例えば、円周当たりの着磁極数が第1の磁気エンコーダトラック8aで32極対、第2の磁気エンコーダトラック8bで31極対である場合、磁気センサ6の角度分解能は16ビットから18ビット程度得られる。仮に1回転当たり18ビットの分解能とすれば、外輪2と内輪3の角度差が1度あれば728パルス(218/360)の変化量が得られる。出力信号はデジタル信号であるため、環境変化により出力オフセットが抑制される。
For example, when the number of magnetic poles per circumference is 32 pole pairs in the first
このトルク検出装置1は上記構成であり、以下のように動作する。すなわち、外輪2と内輪3間にトルクが印加されると、外輪2と内輪3とを連結する弾性部材4が変形し、外輪2と内輪3間に回転変位が発生する。この回転変位の角度を角度センサ40で検出し、その検出値からトルク算出手段10がトルクを算出する。
The
つまり、トルク検出装置1は、弾性部材4の撓み量を外輪2と内輪3との絶対角度変化として検出し、その角度をトルクに換算する。外輪2と内輪3の角度変化量と、トルクとの関係は、弾性部材4の剛性によって変わる。角度変化量は一般的に微小であるが、高分解能で絶対角を検出できるため、高精度で温度ドリフトが少ないトルク検出が可能である。
That is, the
このように、外輪2と内輪3間の回転変位を角度センサ40で直接検出するため、回転以外の変位からトルクを求める場合のような、回転以外の変位を回転変位に換算する処理が不要であり、処理回路1bを簡略にできる。また、外輪2と内輪3間の微小な回転変位を測定してからトルクに換算するため、角度センサ40を装着した後の機械的な調整が必要である。さらに、この実施形態の場合、外輪2と内輪3との絶対角をトルクに換算するため、正確なトルクが得られる。
As described above, since the rotational displacement between the
この実施形態では、磁気式の角度センサ40として、1回転の絶対角を検出することが可能な角度センサを用いた例を示したが、90度または180度の回転角範囲を絶対角で検出可能なセンサを用いても良い。例えば、軸倍角が2または4のレゾルバ(2X、4Xがこれに相当する。
In this embodiment, an example is shown in which an angle sensor capable of detecting an absolute angle of one rotation is used as the
図7はこの発明の異なる実施形態にかかるトルク検出装置の機構部の軸心を通る平面で破断した断面図、図8はそのVIII−VIII断面図である。このトルク検出装置15は、磁気エンコーダ8が磁気センサ6と軸方向に対峙するアキシアルタイプとされている。図9は、図7のIX−IX断面から見た磁気エンコーダ8の各磁気エンコーダトラック8a,8bの着磁パターンを示す。図の例では、磁気エンコーダ8として円周方向に1周分あるものが設けられているが、図1、図2のものと同様に、磁気エンコーダ8を円周方向の必要な範囲のみに限定した扇形形状としても良い。それ以外は、図1、図2のトルク検出装置1と同じ構成であり、図1、図2のトルク検出装置1と同じ作用および効果が得られる。
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along a plane passing through the axis of the mechanism of the torque detector according to a different embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII. The
図10はこの発明のさらに異なる実施形態にかかるトルク検出装置の機構部の軸心を通る平面で破断した断面図、図11はそのXI矢視図である。このトルク検出装置16は、角度センサ付き軸受17が角度検出部として組み込まれている。
FIG. 10 is a cross-sectional view taken along a plane passing through the axial center of the mechanism portion of the torque detection device according to still another embodiment of the present invention, and FIG. The
角度センサ付き軸受17は、軸受23と角度センサ40とからなる。軸受23は、回転輪である内輪18と、固定輪である外輪19と、転動体20と、保持器21と、シール22とで構成される。また、角度センサ40は、磁気エンコーダ24と、磁気センサ6と、角度算出手段50(図4)とで構成される。
The bearing 17 with an angle sensor includes a
内輪18の端部外径面に、回転素子である磁気エンコーダ24が取り付けられている。磁気エンコーダ24は、芯金25と、2列の磁気エンコーダトラック26a,26bを有する複列磁気エンコーダトラック26とで構成される。2列の磁気エンコーダトラック26a,26bは、それぞれN極とS極とが交互に着磁されている。
A
外輪19の端部内径面には金属環27の一端が嵌合し、この金属環27に樹脂製で環状のセンサハウジング28が取り付けられている。センサハウジング28の内部には、磁気センサ6を実装したプリント基板29が取り付けられている。磁気センサ6は前記角度算出手段50(図4参照)に接続され、また角度算出手段50は前記トルク算出手段10(図6参照)に接続されている。これら角度算出手段50およびトルク算出手段10は、センサハウジング28に設けても良いし、角度センサ付き軸受17の外部に設けても良い。
One end of a
軸受23の外輪19は、ハウジング30の肩部30aに当接した状態で内径穴30bに組み込まれ、軸受カバー31をハウジング30に対してボルト(図示せず)で締結することで、ハウジング30と一体化されている。また、内輪18の内径穴18aにシャフト32が圧入固定され、内輪18とシャフト32とが一体化されている。
The
シャフト32の一方の端部32aとハウジング30とは、複数の弾性部材4を介して接合されている。弾性部材4の両端部は、シャフト32の端部外径面に設けられた軸方向溝32bと、ハウジング30の端部内径面に設けられた軸方向溝30cとに、圧入または接着剤により固定される。弾性部材4の一方の端部は、周方向のがたつきを拘束することが可能であれば、軸方向溝32bまたは30cに沿って摺動できるようにしてもよい。このようにシャフト32とハウジング30とを弾性部材4を介して連結することで、軸受23の内輪18と外輪19とが弾性部材4を介して間接的に連結される。
One
シャフト32にトルクが印加されると、弾性部材4が変形してシャフト32が微小回転する。この回転を角度センサ40が検出し、その角度情報をトルク算出手段10(図6参照)がトルクに換算することで、トルクが検出される。負荷トルクが印加されず、弾性部材4に撓みが無い状態で角度センサ付き軸受17の出力を零度に設定しておけば、トルク換算時のオフセット補正を省略することができる。
When torque is applied to the
図12はこの発明のさらに異なる実施形態にかかるトルク検出装置の軸心を通る平面で破断した断面図、図13はそのXIII−XIII断面図である。このトルク検出装置33は、ハウジング30とシャフト32とが、弾性部材ユニット36を用いて連結している。図13に示すように、弾性部材ユニット36は、ハウジング30(図12)の端面に固定される外径輪34と、シャフト32(図12)の端部に固定される内径輪35と、これら外径輪34と内径輪35とを連結する複数本の弾性部材4とからなる。ハウジング30と外径輪34の固定、およびシャフト32と内径輪35の固定は、ボルト(図示せず)等を用いて行う。これ以外は、図10、図11のトルク検出装置16と同じ構成である。
FIG. 12 is a sectional view taken along a plane passing through the axis of a torque detector according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 13 is an XIII-XIII sectional view thereof. In the
上記各実施形態のトルク検出装置1,15,16,33は、弾性部材4の撓み量を外輪2,19と内輪3,18との絶対角度変化として検出し、その角度をトルクに換算するが、絶対角検出機能がなくても、高分解能のパルス出力(90度位相差のA相、B相出力)をカウンタ(可逆カウンタ)でカウントすることで回転角を把握し、トルクを算出することも可能である。
The
図14は、高分解能のパルス信号を出力する磁気エンコーダと磁気センサの例を示す。磁気エンコーダ8には、N極とS極とが交互に着磁された単列の磁気エンコーダトラック8aが形成されている。磁気センサ6は、N極、S極から得られる磁気信号を電気的に逓倍し、高分解能のパルス信号を出力する。
FIG. 14 shows an example of a magnetic encoder and a magnetic sensor that output a high-resolution pulse signal. The
図15に示すように、磁気エンコーダ8と磁気センサ6とからなる角度検出部40aは、角度算出手段60と共に角度センサ40を構成する。角度検出手段60は、磁気センサ6から送られてくる磁気信号を、逓倍回路61で磁気エンコーダトラック8aのN極とS極の1極対の角度を電気的に逓倍して高分解能のパルス信号を生成する。例えば、N極、S極の1極対の幅を2.54mmとし、1極対の間を4096分割で逓倍すれば、1パルス当たり0.625μmと高分解の位置信号を得られる。そして、生成されたパルス信号をカウンタ37でカウントして角度情報を得る。この場合は、トルクが印加されない状態でカウンタ37をリセットすると良い。ここで得られた角度情報は、図6と同様のトルク検出手段10を用いてトルクに換算する。
As shown in FIG. 15, the
以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 As mentioned above, although the form for implementing this invention based on the Example was demonstrated, embodiment disclosed here is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1,15,16,33…トルク検出装置
2,19…外輪
3,18…内輪
4…弾性部材
6…磁気センサ
6a,6b…検出部
8…磁気エンコーダ
8a,8b…磁気エンコーダトラック
10…トルク算出手段
17…角度センサ付き軸受
40…角度センサ
51…位相差検出部
52…絶対角算出部
53…送信部
61…逓倍回路
62…カウンタ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記外輪と前記内輪とを直接または間接に連結し前記外輪と前記内輪との回転変位に応じて変形する弾性部材と、前記外輪と前記内輪との回転角を検出する角度センサと、この角度センサの検出値から前記トルクを算出するトルク算出手段とを備えることを特徴とするトルク検出装置。 A torque detecting device that has an outer ring and an inner ring that are rotatable relative to each other, and detects torque acting between the outer ring and the inner ring,
An elastic member that connects the outer ring and the inner ring directly or indirectly and deforms according to rotational displacement between the outer ring and the inner ring, an angle sensor that detects a rotation angle between the outer ring and the inner ring, and the angle sensor And a torque calculating means for calculating the torque from the detected value.
前記角度センサは、前記磁気エンコーダと前記磁気センサとの回転変位により前記磁気センサが出力する磁気信号から、前記磁気エンコーダトラックのN極とS極の1極対の角度を電気的に逓倍した高分解能のパルス信号を生成する逓倍回路と、この逓倍回路で生成されたパルス信号をカウントしそのカウントした角度情報を前記トルク算出手段へ送るカウンタとを有するトルク検出装置。 3. The torque detector according to claim 2, wherein the magnetic encoder has at least one row of magnetic encoder tracks in which N and S poles are alternately magnetized.
The angle sensor is a high voltage obtained by electrically multiplying the angle of one pole pair of the N pole and the S pole of the magnetic encoder track from a magnetic signal output by the magnetic sensor due to a rotational displacement between the magnetic encoder and the magnetic sensor. A torque detector comprising: a multiplying circuit for generating a resolution pulse signal; and a counter for counting the pulse signals generated by the multiplying circuit and sending the counted angle information to the torque calculating means.
前記角度センサは、前記磁気エンコーダと前記磁気センサとの回転変位により前記磁気センサの前記複数の検出部がそれぞれ出力する磁気信号の位相差を検出する位相差検出部と、この位相差検出部で検出された位相差に基づき前記回転変位の絶対角を算出する絶対角算出部と、この絶対角算出部の絶対角情報を前記トルク算出手段へ送る送信部とを有するトルク検出装置。 3. The torque detector according to claim 2, wherein the magnetic encoder has a double-row magnetic encoder track in which N poles and S poles are alternately magnetized with different numbers of magnetic pole pairs, and the magnetic sensor. Has a plurality of detectors for detecting the magnetic fields of the double-row magnetic encoder tracks,
The angle sensor includes: a phase difference detection unit that detects a phase difference between magnetic signals output from the plurality of detection units of the magnetic sensor according to rotational displacement between the magnetic encoder and the magnetic sensor; and the phase difference detection unit. A torque detection apparatus comprising: an absolute angle calculation unit that calculates an absolute angle of the rotational displacement based on the detected phase difference; and a transmission unit that sends absolute angle information of the absolute angle calculation unit to the torque calculation unit.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009097895A (en) * | 2007-10-15 | 2009-05-07 | Ntn Corp | Measuring device and measurement method of shaft torque in drive shaft |
DE102010023355A1 (en) * | 2010-06-10 | 2011-12-15 | Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg | Arrangement for measuring rotational torque applied by rider of pedelec for propulsion of pedelec, has Hall-sensors detecting ends that exhibit respective distances to axis, where one of distances differs from other distance |
JP2012242114A (en) * | 2011-05-16 | 2012-12-10 | Honda Motor Co Ltd | Torsion sensor and driving joint mechanism |
JP2015055560A (en) * | 2013-09-12 | 2015-03-23 | Ntn株式会社 | Torque sensor unit |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3136816B2 (en) | 1992-12-25 | 2001-02-19 | トヨタ自動車株式会社 | Robot arm with torque sensor |
JP2002242829A (en) * | 2001-02-16 | 2002-08-28 | Sanden Corp | Variable displacement compressor |
US7222543B2 (en) * | 2004-11-23 | 2007-05-29 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Modular encoder, method of producing a modular encoder, and system for measuring angular movement |
JP5379748B2 (en) * | 2010-06-03 | 2013-12-25 | Ntn株式会社 | Magnetic encoder |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009097895A (en) * | 2007-10-15 | 2009-05-07 | Ntn Corp | Measuring device and measurement method of shaft torque in drive shaft |
DE102010023355A1 (en) * | 2010-06-10 | 2011-12-15 | Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg | Arrangement for measuring rotational torque applied by rider of pedelec for propulsion of pedelec, has Hall-sensors detecting ends that exhibit respective distances to axis, where one of distances differs from other distance |
JP2012242114A (en) * | 2011-05-16 | 2012-12-10 | Honda Motor Co Ltd | Torsion sensor and driving joint mechanism |
JP2015055560A (en) * | 2013-09-12 | 2015-03-23 | Ntn株式会社 | Torque sensor unit |
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