JP2019211335A - Magnetostrictive torque sensor having rotating angle detection function - Google Patents
Magnetostrictive torque sensor having rotating angle detection function Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019211335A JP2019211335A JP2018107638A JP2018107638A JP2019211335A JP 2019211335 A JP2019211335 A JP 2019211335A JP 2018107638 A JP2018107638 A JP 2018107638A JP 2018107638 A JP2018107638 A JP 2018107638A JP 2019211335 A JP2019211335 A JP 2019211335A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- shaft
- detection coil
- magnetostrictive
- detection
- stator core
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、回転角検出機能を備える磁歪式トルクセンサに関する。 The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor having a rotation angle detection function.
一般に、シャフトを回転させる場合に、シャフトに加わるトルクを検出する機能と、シャフトの回転角度を検出する機能が求められることがある。そこで特許文献1には、シャフトの回転角度を検出する回転角度センサを取り付けるとともに、シャフト上に角度センサに近接して非接触磁歪式のトルクセンサを配置する技術が記載されている。
Generally, when a shaft is rotated, a function for detecting torque applied to the shaft and a function for detecting a rotation angle of the shaft may be required. Therefore,
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、回転角度センサとトルクセンサが別構造になっているため、センサ全体のサイズが大きくなるという課題があった。
However, the technique described in
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、シャフトの回転角度とトルクの両方を検出可能なセンサの小型化を図ることができる、回転角検出機能を備える磁歪式トルクセンサを提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a magnetostrictive type having a rotation angle detection function capable of downsizing a sensor capable of detecting both the rotation angle and torque of the shaft. It is to provide a torque sensor.
本発明は、シャフトと、前記シャフトの少なくとも外周に配置されるとともに、外周面の横断面形状が非真円形でかつシャフト中心軸からの半径距離が円周方向で周期的に変化する磁歪部であって、互いに逆方向の磁気異方性を有する第1磁歪部および第2磁歪部と、前記第1磁歪部に近接して配置された第1突出磁極と、前記第2磁歪部に近接して配置された第2突出磁極と、前記第1突出磁極に巻回された第1検出コイルと、前記第2突出磁極に巻回されるとともに、前記円周方向において前記第1検出コイルと同じ位置に配置された第2検出コイルと、を備え、前記第1検出コイルによって得られる第1検出信号と前記第2検出コイルによって得られる第2検出信号とに基づいて、前記シャフトの回転角度とトルクを検出可能とした、回転角検出機能を備える磁歪式トルクセンサである。 The present invention provides a shaft and a magnetostrictive portion which is disposed on at least the outer periphery of the shaft, has a non-circular cross-sectional shape on the outer peripheral surface, and a radial distance from the shaft central axis periodically changes in the circumferential direction. A first magnetostrictive portion and a second magnetostrictive portion having magnetic anisotropies in opposite directions, a first projecting magnetic pole disposed in proximity to the first magnetostrictive portion, and in proximity to the second magnetostrictive portion. The second projecting magnetic pole arranged in the first direction, the first detection coil wound around the first projecting magnetic pole, and the same as the first detection coil in the circumferential direction while being wound around the second projecting magnetic pole. A rotation angle of the shaft based on a first detection signal obtained by the first detection coil and a second detection signal obtained by the second detection coil. Torque can be detected, A magnetostrictive torque sensor comprising a rotation angle detection function.
また、本発明に係る磁歪式トルクセンサは、前記第1検出信号と前記第2検出信号の和に基づいて、前記シャフトの回転角度を求めるとともに、前記第1検出信号と前記第2検出信号の差に基づいて、前記シャフトに加わるトルクを求める信号処理部をさらに備えるものである。 In addition, the magnetostrictive torque sensor according to the present invention obtains the rotation angle of the shaft based on the sum of the first detection signal and the second detection signal, and calculates the first detection signal and the second detection signal. A signal processing unit for obtaining a torque applied to the shaft based on the difference is further provided.
本発明によれば、シャフトの回転角度とトルクの両方を検出可能なセンサの小型化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the size of a sensor that can detect both the rotation angle and torque of the shaft.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る磁歪式トルクセンサの主要部の構成例を示す側断面図である。
磁歪式トルクセンサ1は、回転角検出機能を備えるトルクセンサであって、シャフト10と、第1磁歪部としての第1磁歪膜11と、第2磁歪部としての第2磁歪膜12と、第1輪状ステータコア13と、第2輪状ステータコア14と、第1検出コイル15と、第2検出コイル16と、を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration example of a main part of a magnetostrictive torque sensor according to an embodiment of the present invention.
The
シャフト10は、金属製のシャフトであって、図2に示すような横断面形状を有している。図2は、シャフト中心軸Jと直交する方向でシャフト10を断面したときの形状を示している。
図2から分かるように、シャフト10の横断面形状は非真円形になっており、シャフト中心軸(以下、単に「中心軸」ともいう。)Jからの半径距離が円周方向で周期的に変化している。具体的には、シャフト10の中心軸Jを中心とした円周方向には、中心軸Jからの半径距離が最大距離Raとなる凸状の断面形状部10aと最小距離Rbとなる凹状の断面形状部10bとが存在する。断面形状部10aと断面形状部10bは、シャフト10の円周方向に45°間隔で交互に配置されている。また、断面形状部10aと断面形状部10bとの間では、中心軸Jからの半径距離が連続的に変化している。
The
As can be seen from FIG. 2, the cross-sectional shape of the
図1に示すシャフト10は、シャフト中心軸方向(図1の上下方向)において、少なくとも、第1輪状ステータコア13、第2輪状ステータコア14、第1検出コイル15、第2検出コイル16と対向するシャフト部分が、図2のような非真円形の横断面形状になっている。したがって、第1輪状ステータコア13等と対向しないシャフト部分の横断面形状は真円形でもよい。本実施形態においては、一例として、図1に示す範囲のシャフト10部分の横断面形状が一様に図2のような形状になっているものとする。このため、以降の説明では、非真円形の横断面形状をなすシャフト部分を含めてシャフト10と称する。
The
第1磁歪膜11は、シャフト10の外周に、シャフト10の外周面を全周にわたって被覆するように形成されている。第1磁歪膜11は、シャフト10の円周方向の全周にわたって均一な厚さで形成されている。このため、第1磁歪膜11は、上述したシャフト横断面形状と相似形をなすように、シャフト横断面形状に倣ってシャフト10を被覆している。したがって、第1磁歪膜11の外周面の横断面形状は、シャフト10の外周面と同様に非真円形でかつシャフト中心軸(J)からの半径距離が円周方向で周期的に変化している。第1磁歪膜11には予め所定の方向に磁気異方性が付与されている。
The first magnetostrictive film 11 is formed on the outer periphery of the
第2磁歪膜12は、シャフト中心軸J方向において第1磁歪膜11と隣り合う位置に形成されている。第2磁歪膜12は、シャフト10の外周に、シャフト10の外周面を全周にわたって被覆するように形成されている。第2磁歪膜12の厚さは、第1磁歪膜11の厚さと等しく、かつ、シャフト10の円周方向の全周にわたって均一になっている。このため、第2磁歪膜12は、上述したシャフト横断面形状と相似形をなすように、シャフト横断面形状に倣ってシャフト10を被覆している。したがって、第2磁歪膜12の外周面の横断面形状は、シャフト10の外周面と同様に非真円形でかつシャフト中心軸(J)からの半径距離が円周方向で周期的に変化している。
The second magnetostrictive film 12 is formed at a position adjacent to the first magnetostrictive film 11 in the shaft central axis J direction. The second magnetostrictive film 12 is formed on the outer periphery of the
第2磁歪膜12には予め磁気異方性が付与されている。第2磁歪膜12には、シャフト中心軸Jに対して第1磁歪膜11とは逆方向に磁気異方性が付与されている。本実施形態においては、好ましい1つの例として、第1磁歪膜11には、シャフト中心軸Jに対して一方側に45°の傾斜角度をもって磁気異方性が付与され、第2磁歪膜12には、シャフト中心軸Jに対して他方側に45°の傾斜角度をもって磁気異方性が付与されている。第1磁歪膜11と第2磁歪膜12は、たとえば、磁歪材料を用いたメッキ処理によってシャフト10の外周面に形成することができる。
The second magnetostrictive film 12 is previously provided with magnetic anisotropy. The second magnetostrictive film 12 is provided with magnetic anisotropy in the direction opposite to the first magnetostrictive film 11 with respect to the shaft center axis J. In the present embodiment, as one preferable example, the first magnetostrictive film 11 is provided with magnetic anisotropy at an inclination angle of 45 ° on one side with respect to the shaft center axis J, and the second magnetostrictive film 12 is Is provided with magnetic anisotropy at an inclination angle of 45 ° on the other side with respect to the shaft central axis J. The first magnetostrictive film 11 and the second magnetostrictive film 12 can be formed on the outer peripheral surface of the
第1輪状ステータコア13は、シャフト10の周囲に配置されている。第1輪状ステータコア13は、シャフト10を囲むように輪状に形成されている。第1輪状ステータコア13は、所定のギャップを介して第1磁歪膜11と近接かつ対向するように配置されている。第1輪状ステータコア13には複数のティース13aが設けられている。複数のティース13aはそれぞれ第1突出磁極を構成するものである。複数のティース13aは、第1輪状ステータコア13の円周方向に所定の角度間隔で配置されている。各々のティース13aは、第1輪状ステータコア13のコア本体から内方(シャフト中心軸J側)に向けて突出するように設けられている。また、各ティース13aの突出端は、所定のギャップを介して第1磁歪膜11と近接かつ対向している。
The first annular stator core 13 is disposed around the
第2輪状ステータコア14は、シャフト中心軸J方向において第1輪状ステータコア13とは異なる位置で、シャフト10の周囲に配置されている。具体的には、第1輪状ステータコア13は、第1磁歪膜11と第2磁歪膜12の境界よりも上方に配置され、第2ステータコア14は、第1磁歪膜11と第2磁歪膜12の境界よりも下方に配置されている。第2輪状ステータコア14は、シャフト10を囲むように輪状に形成されている。第2輪状ステータコア14は、所定のギャップを介して第2磁歪膜12と近接かつ対向するように配置されている。第2輪状ステータコア14には複数のティース14aが設けられている。複数のティース14aはそれぞれ第2突出磁極を構成するものである。ティース14aは、ティース13aと同じ数だけ設けられている。複数のティース14aは、第2輪状ステータコア14の円周方向に所定の角度間隔で配置されている。また、複数のティース14aは、円周方向において、上述した複数のティース13aと同じ位置(同位相)に配置されている。各々のティース14aは、第2輪状ステータコア14のコア本体から内方(シャフト中心軸J側)に向けて突出するように設けられている。また、各ティース14aの突出端は、所定のギャップを介して第2磁歪膜12と近接かつ対向している。また、シャフト中心軸Jから各ティース14aの内端部までの離間距離は、シャフト中心軸Jから各ティース13aの内端部までの離間距離と等しく設定されている。
The second annular stator core 14 is disposed around the
第1検出コイル15は、第1輪状ステータコア13の所定部位に巻回されている。第1輪状ステータコア13の各ティース13aは絶縁部材17でそれぞれ被覆され、この絶縁部材17を介して各ティース13aに第1検出コイル15が巻回されている。また、第1輪状ステータコア13の各ティース13aには、第1検出コイル15と共に第1励磁コイル18が巻回されている。 The first detection coil 15 is wound around a predetermined part of the first annular stator core 13. Each tooth 13 a of the first annular stator core 13 is covered with an insulating member 17, and the first detection coil 15 is wound around each tooth 13 a via the insulating member 17. A first excitation coil 18 is wound around each tooth 13 a of the first annular stator core 13 together with the first detection coil 15.
第2検出コイル16は、第2輪状ステータコア14の所定部位に巻回されている。第2輪状ステータコア14の各ティース14aは絶縁部材19でそれぞれ被覆され、この絶縁部材19を介して各ティース14aに第2検出コイル16が巻回されている。また、第2輪状ステータコア14の各ティース14aには、第2検出コイル16と共に第2励磁コイル20が巻回されている。ここで、第1突出磁極を構成するティース13aと第2突出磁極を構成するディース14aとは、円周方向において互いに同じ位置に配置されている。このため、ティース13aに巻回された第1検出コイル15と、ティース14aに巻回された第2検出コイル16も、円周方向で互いに同じ位置に配置され、ティース13aに巻回された第1励磁コイル18と、ティース14aに巻回された第2励磁コイル20も、円周方向で互いに同じ位置に配置されている。 The second detection coil 16 is wound around a predetermined portion of the second annular stator core 14. Each tooth 14 a of the second annular stator core 14 is covered with an insulating member 19, and the second detection coil 16 is wound around each tooth 14 a via the insulating member 19. A second excitation coil 20 is wound around each tooth 14 a of the second annular stator core 14 together with the second detection coil 16. Here, the teeth 13a forming the first protruding magnetic pole and the teeth 14a forming the second protruding magnetic pole are arranged at the same position in the circumferential direction. For this reason, the first detection coil 15 wound around the tooth 13a and the second detection coil 16 wound around the tooth 14a are also arranged at the same position in the circumferential direction and are wound around the tooth 13a. The 1 excitation coil 18 and the 2nd excitation coil 20 wound by the teeth 14a are also arrange | positioned in the mutually same position in the circumferential direction.
上記構成からなる第1輪状ステータコア13および第1検出コイル15の組と、第2輪状ステータコア14および第2検出コイル16の組は、それぞれの組に属する第1励磁コイル18と第2励磁コイル20を含めて、電気的かつ磁気的に互いに等しい特性を有している。 The set of the first annular stator core 13 and the first detection coil 15 and the combination of the second annular stator core 14 and the second detection coil 16 having the above-described configuration are the first excitation coil 18 and the second excitation coil 20 belonging to the respective groups. Including the same characteristics both electrically and magnetically.
また、本実施形態に係る磁歪式トルクセンサ1は、上述した構成要素のほかに、第1輪状ステータコア13や第2輪状ステータコア14を保持するための構成の一例として、ベアリング25と、ハウジング26と、スペーサ27と、押さえ部材28と、を備えている。
The
ベアリング25は、ハウジング26に取り付けられている。ベアリング25の内輪側はシャフト10に嵌合され、この嵌合状態でベアリング25がシャフト10を回転自在に支持している。
The bearing 25 is attached to the housing 26. The inner ring side of the bearing 25 is fitted to the
ハウジング26は、全体的に円筒状に形成されている。ハウジング26の内側には、スペーサ27と押さえ部材28を用いて、第1輪状ステータコア13と第2輪状ステータコア14が取り付けられている。第1輪状ステータコア13と第2輪状ステータコア14は、ハウジング16と共に固定されるのに対し、シャフト10は、ハウジング16の内側でベアリング25により回転自在に支持される。
The housing 26 is formed in a cylindrical shape as a whole. The first annular stator core 13 and the second annular stator core 14 are attached to the inside of the housing 26 using a spacer 27 and a pressing member 28. The first annular stator core 13 and the second annular stator core 14 are fixed together with the housing 16, while the
ハウジング26の内周側には段部26aが形成されている。第1輪状ステータコア13は、ハウジング26の段部26aに突き当てられている。スペーサ27は、円環状に形成されている。スペーサ27は、シャフト中心軸J方向において、第1輪状ステータコア13と第2輪状ステータコア14の間に配置されている。 A step portion 26 a is formed on the inner peripheral side of the housing 26. The first annular stator core 13 is abutted against the step portion 26 a of the housing 26. The spacer 27 is formed in an annular shape. The spacer 27 is disposed between the first annular stator core 13 and the second annular stator core 14 in the shaft central axis J direction.
押さえ部材28の上部は、ベアリング25と反対側からハウジング26の内部に挿入されている。ハウジング16の内部において、押さえ部材28の端部28aは、スペーサ27と反対側から第2輪状ステータコア14に突き当てられている。これにより、ハウジング26の内部では、ハウジング26の段部26aとスペーサ27との間に第1輪状ステータコア13が挟まれるとともに、押さえ部材28の端部28aとスペーサ27との間に第2輪状ステータコア14が挟まれている。そして、シャフト中心軸J方向においては、第1輪状ステータコア13と第2輪状ステータコア14との間隔がスペーサ27によって一義的に決められている。すなわち、スペーサ27は、シャフト中心軸J方向で第1輪状ステータコア13と第2輪状ステータコア14とを位置決めする位置決め部材として機能している。また、押さえ部材28は、シャフト中心軸Jで第1輪状ステータコア13と第2輪状ステータコア14の位置ずれを防止する位置ずれ防止部材として機能している。押さえ部材28の内周面と第2磁歪膜12の外面との間にはギャップ(不図示)が形成され、これによって押さえ部材28と第2磁歪膜12が非接触に配置されている。 The upper part of the pressing member 28 is inserted into the housing 26 from the side opposite to the bearing 25. Inside the housing 16, the end 28 a of the pressing member 28 is abutted against the second annular stator core 14 from the side opposite to the spacer 27. Thereby, inside the housing 26, the first annular stator core 13 is sandwiched between the step portion 26 a of the housing 26 and the spacer 27, and the second annular stator core is interposed between the end portion 28 a of the pressing member 28 and the spacer 27. 14 is sandwiched. In the shaft central axis J direction, the distance between the first annular stator core 13 and the second annular stator core 14 is uniquely determined by the spacer 27. That is, the spacer 27 functions as a positioning member that positions the first annular stator core 13 and the second annular stator core 14 in the shaft central axis J direction. The pressing member 28 functions as a misalignment prevention member that prevents misalignment of the first annular stator core 13 and the second annular stator core 14 about the shaft center axis J. A gap (not shown) is formed between the inner peripheral surface of the pressing member 28 and the outer surface of the second magnetostrictive film 12, whereby the pressing member 28 and the second magnetostrictive film 12 are arranged in a non-contact manner.
次に、上記構成からなる磁歪式トルクセンサ1の動作と、シャフト10の回転角度およびトルクの検出について説明する。
まず、シャフト10が回転すると、第1輪状ステータコア13と第1磁歪膜11との間のギャップ(以下、「第1のギャップ」という。)や、第2輪状ステータコア14と第2磁歪膜12との間のギャップ(以下、「第2のギャップ」という。)が、シャフト10の回転にともなって周期的に変化する。具体的には、第1輪状ステータコア13に関しては、シャフト10の断面形状部10aがティース13aと対向するときに、第1のギャップが最小となり、シャフト10の断面形状部10bがティース13aに対向するときに、第1のギャップが最大となる。同様に、第2輪状ステータコア14に関しては、シャフト10の断面形状部10aがティース14aと対向するときに、第2のギャップが最小となり、シャフト10の断面形状部10bがティース14aに対向するときに、第2のギャップが最大となる。
Next, the operation of the
First, when the
したがって、第1励磁コイル18と第2励磁コイル20にそれぞれ同位相の交流電流を供給すると、第1検出コイル15と第2検出コイル16から出力される信号のレベルは、シャフト10の回転にともなうギャップの変化とギャップの大きさに依存する透磁率の変化により、サイン曲線のように周期的に変化する。このことは、図2に示すシャフト10の横断面形状を規定する半径距離がサイン曲線のような周期性をもって連続的に変化することを意味する。
Therefore, when an alternating current having the same phase is supplied to the first excitation coil 18 and the second excitation coil 20, the level of the signal output from the first detection coil 15 and the second detection coil 16 is in accordance with the rotation of the
これにより、第1輪状ステータコア13に巻回された第1検出コイル15のインピーダンスと、第2輪状ステータコア14に巻回された第2検出コイル16のインピーダンスは、シャフト10の回転角度に応じて図3のように変化する。
図3においては、縦軸にインピーダンス、横軸にシャフトの回転角度をとり、第1検出コイル15のインピーダンスをZ1、第2検出コイル16のインピーダンスをZ2で示している。
Thereby, the impedance of the first detection coil 15 wound around the first annular stator core 13 and the impedance of the second detection coil 16 wound around the second annular stator core 14 are shown in accordance with the rotation angle of the
In FIG. 3, the vertical axis represents the impedance, the horizontal axis represents the rotation angle of the shaft, the impedance of the first detection coil 15 is indicated by Z1, and the impedance of the second detection coil 16 is indicated by Z2.
図3から分かるように、第1検出コイル15のインピーダンスZ1と、第2検出コイル16のインピーダンスZ2は、シャフト10の回転角度に応じて、互いに同じ変化を示している。このため、シャフト10の回転に対して、第1検出コイル15のインピーダンスZ1と第2検出コイル16のインピーダンスZ2の差(Z1−Z2)は、常に一定の値(ゼロ)となる。これに対し、第1検出コイル15のインピーダンスZ1と第2検出コイル16のインピーダンスZ2の和(Z1+Z2)は、それぞれのインピーダンスZ1またはZ2の2倍の値になる。このため、シャフト10の回転角度の変化に対して、インピーダンスの差(Z1−Z2)は変化せず、インピーダンスの和(Z1+Z2)は、インピーダンスZ1またはZ2と同じ周期で、インピーダンスZ1またはZ2の2倍の値で変化する。すなわち、シャフト10の回転角度の変化は、インピーダンスの差(Z1−Z2)の変化としては現れず、インピーダンスの和(Z1+Z2)の変化としてのみ現れる。
As can be seen from FIG. 3, the impedance Z <b> 1 of the first detection coil 15 and the impedance Z <b> 2 of the second detection coil 16 show the same changes according to the rotation angle of the
一方、シャフト10にねじりのトルクが加わると、第1磁歪膜11と第2磁歪膜12にそれぞれ歪みが生じる。そうすると、第1磁歪膜11と第2磁歪膜12の透磁率がそれぞれビラリ効果によって変化する。具体的には、シャフト10に第1の方向のトルクが加わると、第1磁歪膜11の透磁率は増加し、第2磁歪膜12の透磁率は減少する。また、シャフト10に第2の方向、すなわち第1の方向と反対方向のトルクが加わると、第1磁歪膜11の透磁率は減少し、第2磁歪膜12の透磁率は増加する。
On the other hand, when torsional torque is applied to the
したがって、第1輪状ステータコア13に巻回された第1検出コイル15のインピーダンスと、第2輪状ステータコア14に巻回された第2検出コイル16のインピーダンスは、シャフト10に加わる入力トルクに応じて図4のように変化する。
図4においては、縦軸にインピーダンス、横軸にシャフト10への入力トルクをとり、第1検出コイル15のインピーダンスをZ1、第2検出コイル16のインピーダンスをZ2で示している。また、入力トルクの数値に関して、入力トルクが一方向に加わるときのトルクの数値をプラス、他方向に加わるときのトルクの数値をマイナスで表している。
Therefore, the impedance of the first detection coil 15 wound around the first annular stator core 13 and the impedance of the second detection coil 16 wound around the second annular stator core 14 are shown in accordance with the input torque applied to the
In FIG. 4, the vertical axis represents impedance, the horizontal axis represents input torque to the
図4から分かるように、第1検出コイル15のインピーダンスZ1と、第2検出コイル16のインピーダンスZ2は、シャフト10への入力トルクに対して、互いに異なる変化を示している。具体的には、第1検出コイル15のインピーダンスZ1は、入力トルクが一方向(プラス側)に加わると増加し、他方向(マイナス側)に加わると減少する。一方、第2検出コイル16のインピーダンスZ2は、入力トルクが一方向に加わると減少し、他方向に加わると増加する。
As can be seen from FIG. 4, the impedance Z <b> 1 of the first detection coil 15 and the impedance Z <b> 2 of the second detection coil 16 show different changes with respect to the input torque to the
また、インピーダンスZ1とZ2は、入力トルクの変化に対して互いに同じ勾配で変化し、シャフト10にトルクが加わっていないとき、すなわち入力トルクがゼロのときに同じ値をとる。このため、シャフト10に加わるトルクに関して、第1検出コイル15のインピーダンスZ1と第2検出コイル16のインピーダンスZ2の和(Z1+Z2)は、常に一定の値となる。これに対し、第1検出コイル15のインピーダンスZ1と第2検出コイル16のインピーダンスZ2の差(Z1−Z2)は、それぞれのインピーダンスZ1またはZ2の2倍の値になる。このため、シャフト10に加わるトルクの変化に対して、インピーダンスの和(Z1+Z2)は変化せず、インピーダンスの差(Z1−Z2)は、インピーダンスZ1またはZ2に比べて2倍の勾配で一様に変化する。すなわち、シャフト10への入力トルクの変化は、インピーダンスの和(Z1+Z2)の変化としては現れず、インピーダンスの差(Z1−Z2)の変化としてのみ現れる。
Impedances Z1 and Z2 change with the same gradient as the input torque changes, and take the same value when no torque is applied to the
ここで、第1検出コイル15によって得られる第1検出信号S1と、第2検出コイル16によって得られる第2検出信号S2は、図5に示すように、信号処理部30に取り込まれる。第1検出信号S1は、第1検出コイル15のインピーダンスZ1の変化に応じて信号レベルが変化する信号であればよく、第2検出信号S2は、第2検出コイル16のインピーダンスZ2の変化に応じて信号レベルが変化する信号であればよい。一例として、第1検出信号S1には第1検出コイル15が出力する検出電圧を用い、第2検出信号S2には第2検出コイル16が出力する検出電圧を用いることができる。
Here, the first detection signal S1 obtained by the first detection coil 15 and the second detection signal S2 obtained by the second detection coil 16 are taken into the
信号処理部30は、信号を加算または減算する演算機能と、信号を増幅する機能を有する。信号処理部30は、取り込んだ第1検出信号S1と第2検出信号S2を用いて、シャフト10の回転角度と、シャフト10に加わるトルクを求める。具体的には、信号処理部30は、第1検出信号S1と第2検出信号S2の和、すなわち加算値に基づいて、シャフト10の回転角度θを求めるとともに、第1検出信号S1と第2検出信号S2の差、すなわち減算値に基づいて、シャフト10に加わるトルクTを求める。この場合、第1検出信号S1と第2検出信号S2の和は、シャフト10の回転角度を反映したものとなる。このため、周知のVR型レゾルバにおける回転角度検出と同様の原理で、シャフト10の回転角度を検出することができる。一方、第1検出信号S1と第2検出信号S2の差は、シャフト10に加わるトルクを反映したものとなる。このため、周知の磁歪式トルクセンサにおけるトルク検出と同様の原理で、シャフト10に加わるトルクを検出することができる。信号処理部30は、こうして求めたシャフト10の回転角度θとトルクTの情報を、たとえば、図示しないモータ制御回路などに出力する。
The
<実施形態の効果>
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、第1輪状ステータコア13、第2輪状ステータコア14、第1検出コイル15、第2検出コイル16等を用いて、シャフト10の回転角度とトルクの両方を1つの磁歪式トルクセンサ1で検出することができる。また、回転角度センサとトルクセンサを別構造とする場合に比べて、センサ全体のサイズを小さくできる。また、部品点数の削減やセンサ取付の省スペース化を図ることができる。
<Effect of embodiment>
As described above, according to the embodiment of the present invention, the rotation angle and torque of the
<変形例等>
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
<Modifications>
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes forms to which various changes and improvements are added within the scope of deriving specific effects obtained by constituent elements of the invention and combinations thereof.
たとえば、上記実施形態においては、シャフト10の円周上に断面形状部10aと断面形状部10bを4つずつ配置したシャフト横断面形状を示したが、本発明はこれに限らず、断面形状部10aと断面形状部10bは少なくとも2つずつあればよい。また、断面形状部10aと断面形状部10bを2つずつ含むシャフト横断面形状は、楕円形またはこれに類似した形状となる。
For example, in the said embodiment, although the cross-sectional shape of the shaft which arranged four
また、上記実施形態においては、第1輪状ステータコア13に複数のティース13aを設け、第2輪状ステータコア14に複数のティース14aを設けた例を挙げたが、本発明はこれに限らず、ティース13aとティース14aをそれぞれ1つずつ設けてもよい。 In the above embodiment, an example in which the first annular stator core 13 is provided with a plurality of teeth 13a and the second annular stator core 14 is provided with a plurality of teeth 14a has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the teeth 13a One tooth 14a may be provided.
また、上記実施形態においては、第1磁歪部と第2磁歪部をメッキ処理によってシャフトの外周面に被覆形成するとしたが、本発明はこれに限らず、磁歪材で直接シャフトを形成してもよい。また、あらじめ形状的に磁気異方性を付与した磁歪材をシャフトに圧入することにより、シャフトの外周に磁歪部を配置してもよい。 In the above embodiment, the first magnetostrictive portion and the second magnetostrictive portion are coated on the outer peripheral surface of the shaft by plating. However, the present invention is not limited to this, and the shaft may be directly formed of a magnetostrictive material. Good. Alternatively, the magnetostrictive portion may be disposed on the outer periphery of the shaft by press-fitting a magnetostrictive material having magnetic anisotropy in a preliminarily shaped shape into the shaft.
1 磁歪式トルクセンサ、10 シャフト、11 第1磁歪膜(第1磁歪部)、12 第2磁歪膜(第2磁歪部)、13 第1輪状ステータコア、14 第2輪状ステータコア、15 第1検出コイル、16 第2検出コイル、30 信号処理部。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記シャフト(10)の少なくとも外周に配置されるとともに、外周面の横断面形状が非真円形でかつシャフト中心軸(J)からの半径距離が円周方向で周期的に変化する磁歪部であって、互いに逆方向の磁気異方性を有する第1磁歪部(11)および第2磁歪部(12)と、
前記第1磁歪部(11)に近接して配置された第1突出磁極(13a)と、
前記第2磁歪部(12)に近接して配置された第2突出磁極(14a)と、
前記第1突出磁極(13a)に巻回された第1検出コイル(15)と、
前記第2突出磁極(14a)に巻回されるとともに、前記円周方向において前記第1検出コイル(15)と同じ位置に配置された第2検出コイル(16)と、
を備え、
前記第1検出コイル(15)によって得られる第1検出信号(S1)と前記第2検出コイル(16)によって得られる第2検出信号(S2)とに基づいて、前記シャフト(10)の回転角度とトルクを検出可能とした、回転角検出機能を備える磁歪式トルクセンサ。 A shaft (10);
The magnetostrictive portion is disposed on at least the outer periphery of the shaft (10), has a non-circular cross-sectional shape on the outer peripheral surface, and has a radial distance from the shaft central axis (J) that periodically changes in the circumferential direction. A first magnetostrictive portion (11) and a second magnetostrictive portion (12) having magnetic anisotropies in opposite directions,
A first projecting magnetic pole (13a) disposed close to the first magnetostrictive portion (11);
A second projecting magnetic pole (14a) disposed close to the second magnetostrictive portion (12);
A first detection coil (15) wound around the first protruding magnetic pole (13a);
A second detection coil (16) wound around the second protruding magnetic pole (14a) and disposed at the same position as the first detection coil (15) in the circumferential direction;
With
The rotation angle of the shaft (10) based on the first detection signal (S1) obtained by the first detection coil (15) and the second detection signal (S2) obtained by the second detection coil (16). And a magnetostrictive torque sensor with a rotation angle detection function.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018107638A JP7058872B2 (en) | 2018-06-05 | 2018-06-05 | Magnetostrictive torque sensor with rotation angle detection function |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018107638A JP7058872B2 (en) | 2018-06-05 | 2018-06-05 | Magnetostrictive torque sensor with rotation angle detection function |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019211335A true JP2019211335A (en) | 2019-12-12 |
JP7058872B2 JP7058872B2 (en) | 2022-04-25 |
Family
ID=68845151
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018107638A Active JP7058872B2 (en) | 2018-06-05 | 2018-06-05 | Magnetostrictive torque sensor with rotation angle detection function |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7058872B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4235433B2 (en) * | 2002-10-31 | 2009-03-11 | ザインエレクトロニクス株式会社 | Receiving circuit and differential circuit having the same |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003523501A (en) * | 1999-03-26 | 2003-08-05 | ファースト テクノロジー アーゲー | Torque and speed sensor |
US20040027116A1 (en) * | 2001-12-20 | 2004-02-12 | Matthias Gester | Sensing method and apparatus |
JP2005091296A (en) * | 2003-09-19 | 2005-04-07 | Toyota Motor Corp | Method for correcting detection torque of magnetostrictive torque sensor |
JP2010181196A (en) * | 2009-02-03 | 2010-08-19 | Honda Motor Co Ltd | Magnetostrictive device for detecting torque and rotation angle |
JP2018066647A (en) * | 2016-10-19 | 2018-04-26 | 多摩川精機株式会社 | Magnetostrictive torque sensor |
-
2018
- 2018-06-05 JP JP2018107638A patent/JP7058872B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003523501A (en) * | 1999-03-26 | 2003-08-05 | ファースト テクノロジー アーゲー | Torque and speed sensor |
US20040027116A1 (en) * | 2001-12-20 | 2004-02-12 | Matthias Gester | Sensing method and apparatus |
JP2005091296A (en) * | 2003-09-19 | 2005-04-07 | Toyota Motor Corp | Method for correcting detection torque of magnetostrictive torque sensor |
JP2010181196A (en) * | 2009-02-03 | 2010-08-19 | Honda Motor Co Ltd | Magnetostrictive device for detecting torque and rotation angle |
JP2018066647A (en) * | 2016-10-19 | 2018-04-26 | 多摩川精機株式会社 | Magnetostrictive torque sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7058872B2 (en) | 2022-04-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7816912B2 (en) | Angle detector including distinct magnetic stator portions | |
JP7084640B2 (en) | Rotation angle sensor | |
JP2014033588A (en) | Resolver, motor and stator | |
US10473487B2 (en) | Sensor arrangement comprising an angle sensor and rolling bearing arrangement comprising sensor arrangement | |
JP7058872B2 (en) | Magnetostrictive torque sensor with rotation angle detection function | |
JP4639281B2 (en) | Flat type resolver | |
JP6182454B2 (en) | Rotation angle detector | |
JP6106077B2 (en) | Rotation angle detector and actuator | |
JP2013027122A (en) | Resolver and manufacturing method therefor, and rolling bearing device with resolver | |
JP2008233032A (en) | Rotation angle detector | |
JP6961222B2 (en) | Strain sensor stator structure | |
CN105890833A (en) | Axial flux focusing small diameter low cost torque sensor | |
JP2008267824A (en) | Resolver | |
JP2016008929A (en) | Revolution speed sensor | |
JP2008309618A (en) | Redundant system rotary type finite angle detector | |
US20180226862A1 (en) | Rotational position detection device and motor device | |
JP2007114074A (en) | Variable reluctance type resolver | |
JP6954139B2 (en) | Rotation angle detector | |
JP2021071463A (en) | Magnetic encoder shaft structure, disk unit, and magnetic encoder | |
JP4992022B2 (en) | Rotating finite angle detector | |
JP6485822B1 (en) | Rotation angle detector | |
JP2004132476A (en) | Rolling bearing device | |
JP2009002749A (en) | Rotary finite angle detector | |
JP2017058200A (en) | Resolver for rotational position detection using resin bearing | |
JP2020060450A (en) | Torque sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210531 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220328 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220405 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220406 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7058872 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |