JP2024042793A - magnetostrictive torque sensor - Google Patents
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Abstract
【課題】検出コイルの抵抗成分にバラつきがある場合であっても、検出精度を向上可能な磁歪式トルクセンサを提供する。【解決手段】磁歪式トルクセンサ1は、磁歪特性を有する磁歪材2によって伝達されるトルクを検出するトルクセンサであって、磁歪材2の軸方向に対して所定角度傾斜した第1直線部31aを有する第1の検出コイル31と、磁歪材2の軸方向に対して第1直線部31aと反対方向に所定角度傾斜した第2直線部32aを有する第2の検出コイル32とを含むブリッジ回路10aを有するセンサ部10と、ブリッジ回路10aに対して、交流の駆動電圧を印加する駆動部8と、ブリッジ回路10aから出力される電圧を測定する電圧測定部9と、を備え、電圧測定部9は、ブリッジ回路10aに流れる電流がゼロになるときの電圧を測定するように構成されている。【選択図】図4[Problem] To provide a magnetostrictive torque sensor capable of improving detection accuracy even when there is variation in the resistance component of the detection coil. [Solution] The magnetostrictive torque sensor 1 is a torque sensor that detects torque transmitted by a magnetostrictive material 2 having magnetostrictive properties, and is equipped with a sensor unit 10 having a bridge circuit 10a including a first detection coil 31 having a first linear portion 31a inclined at a predetermined angle with respect to the axial direction of the magnetostrictive material 2 and a second detection coil 32 having a second linear portion 32a inclined at a predetermined angle in the opposite direction to the first linear portion 31a with respect to the axial direction of the magnetostrictive material 2, a drive unit 8 that applies an AC drive voltage to the bridge circuit 10a, and a voltage measurement unit 9 that measures the voltage output from the bridge circuit 10a, and the voltage measurement unit 9 is configured to measure the voltage when the current flowing through the bridge circuit 10a becomes zero. [Selected Figure] Figure 4
Description
本発明は、磁歪式トルクセンサに関する。 The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor.
従来、トルク(回転トルク)が付与された際に透磁率が変化する磁歪特性を有する磁歪材を用い、トルクが付与された際の磁歪材の透磁率の変化を検出コイルのインダクタンスの変化として検出することにより、磁歪材に付与されたトルクを検出する磁歪式トルクセンサが知られている。 Conventionally, a magnetostrictive material with magnetostrictive properties whose magnetic permeability changes when torque (rotational torque) is applied is used, and the change in the magnetic permeability of the magnetostrictive material when torque is applied is detected as a change in the inductance of a detection coil. A magnetostrictive torque sensor is known that detects torque applied to a magnetostrictive material by doing so.
従来の磁歪式トルクセンサでは、4つの検出コイルをブリッジ接続したセンサ部を有しており、トルクの付与による各検出コイルのインピーダンスの変化を基に、磁歪特性を有するシャフトに付与されたトルクを検出している(例えば、特許文献1参照)。 Conventional magnetostrictive torque sensors have a sensor section in which four detection coils are bridge-connected, and the torque applied to a shaft with magnetostrictive characteristics is detected based on the change in impedance of each detection coil due to the application of torque. detected (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、検出コイルには抵抗成分が含まれており、この抵抗成分にばらつきが存在している。特に、基板上に形成された配線パターンにより検出コイルを構成する場合には、配線パターンの厚さや幅にある程度の誤差が生じ、検出コイルに抵抗成分のばらつきが生じてしまうことは避けられない。検出コイルに抵抗成分のばらつきが生じると、トルクが付与されていない状態においても出力が生じてしまうオフセットと呼ばれる現象が生じてしまう。さらに、この抵抗成分のばらつきによるオフセットは、温度により大きく変化するため、検出精度が低下してしまうおそれがある。 However, the detection coil includes a resistance component, and there are variations in this resistance component. Particularly, when a detection coil is configured by a wiring pattern formed on a substrate, it is inevitable that a certain amount of error will occur in the thickness and width of the wiring pattern, resulting in variations in the resistance component of the detection coil. When variations in resistance components occur in the detection coil, a phenomenon called offset occurs in which an output is generated even when no torque is applied. Furthermore, since the offset due to variations in the resistance component varies greatly depending on the temperature, there is a risk that detection accuracy may be reduced.
そこで、本発明は、検出コイルの抵抗成分にバラつきがある場合であっても、検出精度を向上可能な磁歪式トルクセンサを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetostrictive torque sensor that can improve detection accuracy even when there is variation in the resistance component of a detection coil.
本発明は、上記課題を解決することを目的として、磁歪特性を有する磁歪材によって伝達されるトルクを検出するトルクセンサであって、前記磁歪材の軸方向に対して所定角度傾斜した第1直線部を有する第1の検出コイルと、前記磁歪材の軸方向に対して前記第1直線部と反対方向に前記所定角度傾斜した第2直線部を有する第2の検出コイルとを含むブリッジ回路を有するセンサ部と、前記ブリッジ回路に対して、交流の駆動電圧を印加する駆動部と、前記ブリッジ回路から出力される電圧を測定する電圧測定部と、を備え、前記電圧測定部は、前記ブリッジ回路に流れる電流がゼロになるときの電圧を測定するように構成されている、磁歪式トルクセンサを提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a torque sensor that detects torque transmitted by a magnetostrictive material having magnetostrictive characteristics, the present invention comprising a first straight line inclined at a predetermined angle with respect to the axial direction of the magnetostrictive material. a second detection coil having a second linear portion inclined at a predetermined angle in a direction opposite to the first linear portion with respect to the axial direction of the magnetostrictive material; a sensor section that has a drive section that applies an alternating current drive voltage to the bridge circuit, and a voltage measurement section that measures the voltage output from the bridge circuit, the voltage measurement section that is connected to the bridge circuit. A magnetostrictive torque sensor is provided that is configured to measure a voltage when a current flowing through a circuit becomes zero.
本発明によれば、検出コイルの抵抗成分にバラつきがある場合であっても、検出精度を向上可能な磁歪式トルクセンサを提供できる。 The present invention provides a magnetostrictive torque sensor that can improve detection accuracy even when there is variation in the resistance component of the detection coil.
[実施の形態]
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
[Embodiment]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施の形態に係る磁歪式トルクセンサの外観を示す斜視図である。図2(a)は、図1において樹脂モールド部を省略した斜視図、図2(b)はフレキシブル基板及び磁性リングの積層構造を示す断面図である。図3は、フレキシブル基板の各配線層に形成される配線パターンの一例を示す図である。 FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a magnetostrictive torque sensor according to this embodiment. FIG. 2(a) is a perspective view of FIG. 1 with the resin molded part omitted, and FIG. 2(b) is a cross-sectional view showing a laminated structure of a flexible substrate and a magnetic ring. FIG. 3 is a diagram showing an example of a wiring pattern formed in each wiring layer of a flexible substrate.
(磁歪材2)
図1~3に示すように、磁歪式トルクセンサ(以下、単にトルクセンサという)1は、磁歪材2に付与されるトルク(回転トルク)を検出するセンサであり、磁歪材2の周囲に取り付けられている。
(Magnetostrictive material 2)
As shown in FIGS. 1 to 3, a magnetostrictive torque sensor (hereinafter simply referred to as a torque sensor) 1 is a sensor that detects torque (rotational torque) applied to a
磁歪材2は、周方向にトルクが付与される円柱状の部材である。トルクセンサ1における磁歪材2は、例えば、車両のパワートレイン系のトルク伝達に用いられるシャフト、あるいは車両のエンジンのトルク伝達に用いられるシャフトである。磁歪材2としては、例えばクロム鋼、クロムモリブデン鋼、又はニッケルクロムモリブデン鋼等のクロムを含有するクロム鋼からなる基材に、浸炭焼入れ焼戻し処理を施した後に、ショットピーニングを施したものを用いることができる。
The
(センサ部10)
トルクセンサ1は、磁歪材2の周囲を覆うように設けられたセンサ部10を備えている。センサ部10は、磁歪材2の周囲に設けられた検出コイル3と、検出コイル3の周囲を覆うように設けられた磁性リング(磁性体リング、バックヨーク)4と、を有している。本実施の形態では、第1乃至第4の4つの検出コイル31~34を有している。
(Sensor unit 10)
The
図1及び図2(a)に示すように、センサ部10は、磁歪材2と離間して同軸に配置された円筒状のボビン5と、ボビン5の外面に巻き付けられたフレキシブル基板6と、樹脂モールド部7と、を有している。本実施の形態では、検出コイル3は、フレキシブル基板6に形成された配線パターン(後述する配線層60)から構成されている。ボビン5は、樹脂等の非磁性体からなり、その軸方向の一端部に径方向外方に突出した鍔部51が一体に形成されている。磁性リング4は、フレキシブル基板6の周囲を覆うように設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2(a), the
(樹脂モールド部7)
図1に示されるように、樹脂モールド部7は、フレキシブル基板6や磁性リング4を保護するためのものであり、ボビン5及びフレキシブル基板6及び磁性リング4の周囲を覆うように樹脂をモールドして形成される。樹脂モールド部7は、ボビン5及びフレキシブル基板6及び磁性リング4の周囲を覆う本体部71と、本体部71から外方に突出するように形成されたフランジ部72と、を一体に有している。本体部71には、磁歪材2を通すための貫通孔71aが形成されている。フランジ部72には、フランジ部72を貫通し、金属からなる短円筒状のカラー73を保持する保持孔74が形成されている。フランジ部72は、ボルト等を用いて、周囲の部材(磁歪材2の回転に伴い回転しない部材)に固定される。
(Resin mold part 7)
As shown in FIG. 1, the
(フレキシブル基板6)
図2(b)に示されるように、フレキシブル基板6は、第1配線層61、第2配線層62、第3配線層63、第4配線層64の4層の配線層60を有している。ただし、配線層60の層数はこれに限定されず、2層以上であればよい。
(Flexible substrate 6)
2B, the
第1配線層61は、ポリイミドからなる第1ベース樹脂層65aの表面に形成されており、第1ベース樹脂層65aの裏面は接着層66bを介して第2配線層62に接着固定されている。第1配線層61の表面には、接着層66aを介してポリイミドからなる第1カバーレイ層67aが設けられ、絶縁処理が施されている。第1カバーレイ層67aの表面には両面テープ68aが貼付され、この両面テープ68aを介して、フレキシブル基板6がボビン5に接着固定される。
The
第2配線層62は、ポリイミドからなる第2ベース樹脂層65bの表面に形成されており、第2ベース樹脂層65bの裏面には、第3配線層63が形成されている。
The
第4配線層64は、ポリイミドからなる第3ベース樹脂層65cの裏面に形成されており、第3ベース樹脂層65cの表面は接着層66cを介して第3配線層63に接着固定されている。第4配線層64の表面には、接着層66dを介してポリイミドからなる第2カバーレイ層67bが設けられ、絶縁処理が施されている。第2カバーレイ層67bには、両面テープ68bが貼付され、この両面テープ68bを介して、フレキシブル基板6と磁性リング4とが接着固定されている。
The
フレキシブル基板6の内層となる第2配線層62と第3配線層63とは、圧延銅箔からなる。フレキシブル基板6の外層となる第1配線層61と第4配線層64とは、電解銅箔に銅めっきを施したものからなる。詳細は後述するが、トルクセンサ1では、フレキシブル基板6にビア(スルーホール)を形成する必要があるため、外層である第1,4配線層61,64では、めっきを施した構成となっている。
The
図3は、フレキシブル基板6の各配線層60に形成される配線パターンの一例を示す図である。図3では、フレキシブル基板6を展開して平面とした際の各配線層60の配線パターンを模式的に示している。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a wiring pattern formed on each
図3に示すように、第1乃至第4の検出コイル31~34は、フレキシブル基板6の配線層60に形成されている。第1及び第3の検出コイル31,33は、磁歪材2の軸方向に対して所定角度傾斜した第1直線部31a,33aを有し、第2及び第4の検出コイル32,34は、磁歪材2の軸方向に対して第1直線部31a,33aと反対方向に所定角度傾斜した第2直線部32a,34aを有する。
As shown in FIG. 3, the first to fourth detection coils 31 to 34 are formed on the
トルクセンサ1では、磁歪材2にトルクが付与された際の透磁率の変化は軸方向に対して±45度の方向で最も大きくなる。よって、第1直線部31a,33aを軸方向に対して+45度傾斜するように形成し、第2直線部32a,34aを軸方向に対して-45度傾斜するように形成することで、検出感度を向上できる。
In the
このトルクセンサ1では、第1の検出コイル31を形成する配線層60と、第4の検出コイル34を形成する配線層60の配線パターンを一部入れ替え、2層の配線層60(第1及び第2配線層61,62)にわたって第1及び第4の検出コイル31,34が形成されるように構成している。同様に、第2の検出コイル32を形成する配線層60と、第3の検出コイル33を形成する配線層60の配線パターンを一部入れ替え、2層の配線層60(第3及び第4配線層63,64)にわたって第2及び第3の検出コイル32,33が形成されるように構成している。配線層60間はビアを介して電気的に接続される。
In this
各検出コイル3を2層の配線層60にわたって形成することで、2層の配線層60の特性差による影響を抑制することが可能になる。その結果、配線層60間の特性差に起因した測定誤差を抑制し、測定精度を向上させることが可能になる。
By forming each detection coil 3 over two wiring
本実施の形態では、第1配線層61と第3配線層63、及び、第2配線層62と第4配線層64に形成される配線パターンは、略同じパターンとされる。また、第1配線層61と第3配線層63、及び、第2配線層62と第4配線層64に形成される配線パターンに流れる電流は、同じ向きとなるようにされる。図3では、白抜き矢印で電流の向きを示している。また、図3では、第1乃至第4の検出コイル31~34の入力側電極を符号31b,32b,33b,34b、出力側電極を符号31c,32c,33c,34cで示している。また、図3における符号a~y,A~Yは、ビアによる接続関係を便宜的に表すものであり、同じ符号同士がビアを介して電気的に接続されていることを表している。なお、図3に示す各配線層60の配線パターンはあくまで一例であり、配線パターンの具体的な構造はこれに限定されるものではない。
In this embodiment, the wiring patterns formed in the
(センサ部10及び電圧測定部9の回路構成)
図4は、センサ部10及び電圧測定部9の回路構成を示す図である。図4に示すように、トルクセンサ1は、ブリッジ回路10aを有するセンサ部10と、ブリッジ回路10aに対して、交流の駆動電圧を印加する駆動部8と、ブリッジ回路10aから出力される電圧を測定する電圧測定部9と、を備えている。
(Circuit configuration of
FIG. 4 is a diagram showing the circuit configuration of the
センサ部10は、第1、第2、第3、及び第4の検出コイル31~34を順次環状に接続したブリッジ回路10aにより構成されている。駆動部8は、第1及び第4の検出コイル31,34の接続部aと、第2及び第3の検出コイル32,33の接続部bとの間に、駆動電圧を印加するように構成されている。
The
電圧測定部9は、第1及び第2の検出コイル31,32の接続部cと、第3及び第4の検出コイル33,34の接続部dとの間の電圧を測定するように構成されている。本実施の形態では、電圧測定部9は、ブリッジ回路10aに流れる電流Icoilがゼロになるときの電圧を測定するように構成されている。
The
より具体的には、電圧測定部9は、ブリッジ回路10aに流れる電流Icoilがゼロとなるタイミングでパルスを出力するパルス発生回路93と、パルス発生回路93からのパルスが入力されたときのブリッジ回路10aの出力電圧を保持するサンプルアンドホールド回路96と、を有している。
More specifically, the
本実施の形態では、電圧測定部9は、ブリッジ回路10aに直列に接続された電流検出用抵抗91aと、電流検出用抵抗91aの両端の電圧を比較するコンパレータ91bと、をさらに有している。コンパレータ91bの出力は、電流Icoilの向きに応じた出力(ハイ又はロー)となる。つまり、電流Icoilの向きが一の方向である場合には出力がハイとなり、他の方向である場合には出力がローとなる。
In this embodiment, the
パルス発生回路93は、コンパレータ91bからの出力に応じてパルスを出力するように構成されている。本実施の形態では、第1パルス発生回路93aと第2パルス発生回路93bの2つのパルス発生回路93が備えられている。コンパレータ91bの出力は、第1パルス発生回路93bの入力に直接接続されている。また、コンパレータ91bの出力は、反転回路(NOT回路)94を介して第2パルス発生回路93bの入力に接続されている。両パルス発生回路93a,93bは、ハイ信号が入力されたとき(入力がローからハイになったとき)に、1つのパルスを出力する機能を有している。つまり、本実施の形態では、ブリッジ回路10aに流れる電流Icoilの向きが変わってコンパレータ91bの出力が変化したタイミング、すなわち、電流Icoilがゼロになったタイミングで、パルス発生回路93からパルスが出力されることになる。そして、電流Icoilがプラスからマイナスに変化した際には第1パルス発生回路93aからパルスが出力され、電流Icoilがマイナスからプラスに変化した際には第2パルス発生回路93bからパルスが出力される。第1パルス発生回路93aの出力は、第1サンプルアンドホールド回路96aのクロック入力に接続されている。また、第2パルス発生回路93bの出力は、第2サンプルアンドホールド回路96bのクロック入力に接続されている。
The
他方、検出対象となる接続部c,d間の電圧は、第1差動増幅回路95で増幅されて、第1及び第2サンプルアンドホールド回路96a,96bの2つのサンプルアンドホールド回路96に入力される。サンプルアンドホールド回路96は、クロック入力にハイの信号が入力されているときにサンプリングスイッチがオンになり、入力された信号(増幅された接続部c,d間の電圧Vs)がそのまま出力される。そして、クロック入力がローになると、サンプリングスイッチがオフになり、サンプリングスイッチが切り替わる直前の状態を保持する。なお、パルス発生回路93が出力するパルスのパルス幅(電圧がハイとなる時間)が長いと、電流Icoilがゼロになったタイミングからずれてしまうので、パルス発生回路93が出力するパルスのパルス幅は十分に短いことが好ましい。
On the other hand, the voltage between connections c and d to be detected is amplified by a first
第1サンプルアンドホールド回路96aのクロック入力には、第1パルス発生回路93aからのパルスが入力されるため、第1サンプルアンドホールド回路96aでは、電流Icoilがプラスからマイナスに変化する際において、電流Icoilがゼロとなるタイミングでの電圧Vsが保持される。そして、第2サンプルアンドホールド回路96bのクロック入力には、第2パルス発生回路93bからのパルスが入力されるため、第2サンプルアンドホールド回路96bでは、電流Icoilがマイナスからプラスに変化する際において、電流Icoilがゼロとなるタイミングでの電圧Vsが保持される。
Since the pulse from the first
両サンプルアンドホールド回路96a,96bの出力は、第2差動増幅回路97に出力され、その差分が増幅された後、ローパスフィルタ98を通して高周波のノイズ成分がカットされ、その後電圧検出部99に入力され電圧値が検出される。つまり、電圧検出部99は、第1及び第2サンプルアンドホールド回路96a,96bの出力電圧の差分を増幅した電圧値を検出する。
The outputs of both sample-and-
図5は、図4における各部の電圧や電流の変化を示すタイムチャートである。図5では、接続部aでの電圧V0、ブリッジ回路10aを流れる電流Icoil、第1パルス発生回路93aの出力電圧Vtp、第2パルス発生回路93bの出力電圧Vtn、第1差動増幅回路95の出力電圧Vsのそれぞれのタイムチャートを示している。また、第1差動増幅回路95の出力電圧Vsのタイムチャートには、第1サンプルアンドホールド回路96aの出力電圧Vhp、及び第2サンプルアンドホールド回路96bの出力電圧Vhnも併せて示している。
FIG. 5 is a time chart showing changes in voltage and current at various parts in FIG. In FIG. 5, the voltage V 0 at the connection point a, the current I coil flowing through the
図5に示すように、そして、ブリッジ回路10aに印加される電圧V0の極性が反転すると、これに伴って、所定の時間td後に電流Icoilの極性が反転する。そして、電流Icoilの向きがプラスからマイナスに変化すると、第1パルス発生回路93aからパルスが出力され(出力電圧Vtpのタイムチャート参照)、その時点での第1差動増幅回路95の出力電圧Vsが、出力電圧Vhpとして第1サンプルアンドホールド回路96aに保持される。また、電流Icoilの向きがマイナスからプラスに変化すると、第2パルス発生回路93bからパルスが出力され(出力電圧Vtnのタイムチャート参照)、その時点での第1差動増幅回路95の出力電圧Vsが、出力電圧Vhnとして第2サンプルアンドホールド回路96bに保持される。第2差動増幅回路97でこれらの差分を抽出することで、出力電圧Vsの振幅を抽出することができる。なお、出力電圧Vsの振幅(変動幅)は、磁歪材2に付与されたトルクによって変化するため、出力電圧Vsの振幅(変動幅)の検出値に基づいて磁歪材2に付与されたトルクを求めることができる。
As shown in FIG. 5, when the polarity of the voltage V 0 applied to the
このとき、両サンプルアンドホールド回路96a,96bの出力電圧Vhp,Vhnは、電流Icoilがゼロであるときの電圧値であるから、検出コイル31~34の抵抗成分の影響を受けない。よって、検出コイル31~34の抵抗成分のバラつきによる影響や、抵抗成分の温度変化による変動を無視することが可能になり、精度よく磁歪材2に付与されたトルクを検出することが可能になる。
At this time, the output voltages Vhp , Vhn of both sample and hold
(変形例)
本実施の形態では、パルス発生回路93及びサンプルアンドホールド回路96を2つずつ用いたが、これに限らず、パルス発生回路93及びサンプルアンドホールド回路96を1つずつ用いるようにしてもよい。つまり、第2パルス発生回路93b及び第2サンプルアンドホールド回路96bは省略可能である。この場合、第1サンプルアンドホールド回路96aの出力電圧Vhpの電圧値に基づいて、磁歪材2に付与されたトルクを求めるとよい。
(Modified example)
In this embodiment, two
また、本実施の形態では、4つの検出コイル31~34を用いたが、これに限らず、例えば、第3及び第4の検出コイル33,34を抵抗素子で代用することもできる。
Further, in this embodiment, four
(実施の形態の作用及び効果)
以上説明したように、本実施の形態に係るトルクセンサ1では、電圧測定部9が、ブリッジ回路10aに流れる電流がゼロになるときの電圧を測定するように構成されている。これにより、検出コイル31~34の抵抗成分の影響を抑制し、検出コイル31~34の抵抗成分のバラつきによる影響や、抵抗成分の温度変化による変動をほぼ無視することが可能になる。その結果、磁歪材2に付与されたトルクを精度よく検出することが可能になる。すなわち、本実施の形態によれば、検出コイル31~34の抵抗成分にバラつきがある場合であっても、温度変動を小さくし、検出精度を向上することが可能になる。本実施の形態は、幅や厚さが変動しやすい配線パターンにより検出コイル31~34を構成する場合に、特に有効である。
(Actions and effects of embodiments)
As described above, in the
(他の実施の形態)
図6は、本発明の他の実施の形態に係るトルクセンサ1のセンサ部及び電圧測定部の回路構成を示す図である。図6に示す回路構成は、基本的に図4の回路構成と同じであり、電流Icoilがゼロとなるタイミングの抽出手法が異なっている。
(Other embodiments)
FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration of a sensor section and a voltage measuring section of a
図6の例では、駆動部8は、所定周期のクロック信号を発生させるクロック発生回路81と、クロック発生回路81から出力されたクロック信号を増幅して駆動電圧として出力する増幅回路82と、を有している。そして、電圧測定部9は、クロック発生回路81からのクロック信号が入力され、入力されたクロック信号を遅延して出力する遅延回路92を有している。パルス発生回路93は、遅延回路92からの出力に応じてパルスを出力するように構成されている。
In the example of FIG. 6, the drive unit 8 has a
図5に示したように、ブリッジ回路10aに印加される電圧V0の極性の変化に伴って電流Icoilの極性も変化するが、電流Icoilの極性の変化は、磁歪材2の材質や検出コイル31~34の構成等に応じて、電圧V0の極性の変化に対して遅延が生じる。よって、クロック発生回路81で発生させたクロック信号に対して、電流Icoilの極性の変化がどの程度遅延するか(図5の時間tdに相当する時間)を実験や演算等により求めておけば、得られた遅延時間分クロック信号を遅延させることで、電流Icoilがゼロとなるタイミングを抽出することができる。つまり、遅延回路92は、クロック発生回路81で発生させたクロック信号に対して、クロック信号のハイとローの切り替わりのタイミングが、電流Icoilの極性が変化するタイミングとなるように、クロック信号を遅延させる役割を果たす。遅延回路92にて遅延されたクロック信号は、図4のコンパレータ91bの出力と全く同じ波形となる。
As shown in FIG. 5, the polarity of the current I coil changes as the polarity of the voltage V 0 applied to the
図6の回路構成とすることで、電流検出用抵抗91aを省略することが可能になり、回路構成の簡略化と低コスト化が可能になる。しかし、図6の回路構成とする場合、上記の遅延時間が既知であることが前提となるため、遅延時間が未知である場合には、より汎用性の高い図4の回路構成とすることが好ましいといえる。
By using the circuit configuration of FIG. 6, it is possible to omit the
なお、図6の例では遅延回路92を用いたが、これに限らず、遅延回路92の動作をソフトウェアで行うよう構成してもよい。例えば、電圧測定部9にマイコン等の制御部を備え、当該制御部において、遅延回路92と同様の動作、すなわちクロック信号を遅延させる動作を行わせてもよい。この場合、駆動部8のクロック発生回路81を、マイコン等の制御部に一括して搭載してもよい。
In the example of FIG. 6, the
(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
(Summary of embodiments)
Next, technical ideas understood from the embodiments described above will be described using reference numerals and the like in the embodiments. However, each reference numeral in the following description does not limit the constituent elements in the claims to those specifically shown in the embodiments.
[1]磁歪特性を有する磁歪材(2)によって伝達されるトルクを検出するトルクセンサであって、前記磁歪材(2)の軸方向に対して所定角度傾斜した第1直線部(31a)を有する第1の検出コイル(31)と、前記磁歪材(2)の軸方向に対して前記第1直線部(31a)と反対方向に前記所定角度傾斜した第2直線部(32a)を有する第2の検出コイル(32)とを含むブリッジ回路(10a)を有するセンサ部(10)と、前記ブリッジ回路(10a)に対して、交流の駆動電圧を印加する駆動部(8)と、前記ブリッジ回路(10a)から出力される電圧を測定する電圧測定部(9)と、を備え、前記電圧測定部(9)は、前記ブリッジ回路(10a)に流れる電流がゼロになるときの電圧を測定するように構成されている、磁歪式トルクセンサ(1)。 [1] A torque sensor that detects torque transmitted by a magnetostrictive material (2) having magnetostrictive characteristics, the first linear portion (31a) being inclined at a predetermined angle with respect to the axial direction of the magnetostrictive material (2). a first detection coil (31) having a first detection coil (31), and a second linear portion (32a) having a second linear portion (32a) inclined at the predetermined angle in a direction opposite to the first linear portion (31a) with respect to the axial direction of the magnetostrictive material (2). a sensor unit (10) having a bridge circuit (10a) including two detection coils (32); a drive unit (8) that applies an AC drive voltage to the bridge circuit (10a); a voltage measurement section (9) that measures the voltage output from the circuit (10a), the voltage measurement section (9) measures the voltage when the current flowing through the bridge circuit (10a) becomes zero. A magnetostrictive torque sensor (1) configured to.
[2]前記電圧測定部(9)は、前記ブリッジ回路(10a)に流れる電流がゼロとなるタイミングでパルスを出力するパルス発生回路(93)と、前記パルス発生回路(93)からのパルスが入力されたときの前記ブリッジ回路(10a)の出力電圧を保持するサンプルアンドホールド回路(96)と、を有する、[1]に記載の磁歪式トルクセンサ(1)。 [2] The voltage measurement unit (9) includes a pulse generation circuit (93) that outputs a pulse at a timing when the current flowing through the bridge circuit (10a) becomes zero, and a pulse generation circuit (93) that outputs a pulse at a timing when the current flowing through the bridge circuit (10a) becomes zero. The magnetostrictive torque sensor (1) according to [1], further comprising a sample-and-hold circuit (96) that holds the output voltage of the bridge circuit (10a) when input.
[3]前記電圧測定部(9)は、前記ブリッジ回路(10a)に直列に接続された電流検出用抵抗(91a)と、前記電流検出用抵抗(91a)の両端の電圧を比較するコンパレータ(91b)と、を有し、前記パルス発生回路(93)は、前記コンパレータ(91b)からの出力に応じてパルスを出力するように構成されている、[2]に記載の磁歪式トルクセンサ(1)。 [3] The voltage measurement unit (9) includes a current detection resistor (91a) connected in series to the bridge circuit (10a) and a comparator ( 91b), and the pulse generation circuit (93) is configured to output a pulse according to the output from the comparator (91b). 1).
[4]前記パルス発生回路(93)は、前記コンパレータ(91b)からの出力が直接入力される第1パルス発生回路(93a)と、前記コンパレータ(91b)からの出力が反転回路(94)を介して入力される第2パルス発生回路(93b)と、を有し、前記サンプルアンドホールド回路(96)は、前記ブリッジ回路(10a)の出力電圧が入力される第1及び第2サンプルアンドホールド回路(96a,96b)を有し、前記第1サンプルアンドホールド回路(96a)は、前記第1パルス発生回路(93a)からパルスが入力されたときの前記出力電圧を保持するように構成され、前記第2サンプルアンドホールド回路(96b)は、前記第2パルス発生回路(93b)からパルスが入力されたときの前記出力電圧を保持するように構成されており、前記電圧測定部(9)は、前記第1及び第2サンプルアンドホールド回路(96a,96b)の出力の差分を検出する電圧検出部(99)を有する、[3]に記載の磁歪式トルクセンサ(1)。 [4] The pulse generation circuit (93) includes a first pulse generation circuit (93a) into which the output from the comparator (91b) is directly input, and an inversion circuit (94) into which the output from the comparator (91b) is input. and a second pulse generation circuit (93b) inputted through the sample-and-hold circuit (96), the sample-and-hold circuit (96) has first and second sample-and-hold circuits to which the output voltage of the bridge circuit (10a) is inputted. circuit (96a, 96b), the first sample and hold circuit (96a) is configured to hold the output voltage when a pulse is input from the first pulse generation circuit (93a), The second sample-and-hold circuit (96b) is configured to hold the output voltage when a pulse is input from the second pulse generation circuit (93b), and the voltage measurement section (9) The magnetostrictive torque sensor (1) according to [3], further comprising a voltage detection section (99) that detects a difference between the outputs of the first and second sample-and-hold circuits (96a, 96b).
[5]前記駆動部(8)は、クロック発生回路(81)と、前記クロック発生回路(81)から出力されたクロック信号を増幅して前記駆動電圧として出力する増幅回路(82)と、を有し、前記電圧測定部(9)は、前記クロック発生回路(81)からのクロック信号が入力され、入力されたクロック信号を遅延して出力する遅延回路(92)を有し、前記パルス発生回路(93)は、前記遅延回路(92)からの出力に応じてパルスを出力するように構成されている、[2]に記載の磁歪式トルクセンサ(1)。 [5] The drive unit (8) includes a clock generation circuit (81) and an amplifier circuit (82) that amplifies the clock signal output from the clock generation circuit (81) and outputs it as the drive voltage. The voltage measurement unit (9) includes a delay circuit (92) to which a clock signal from the clock generation circuit (81) is input, delays the input clock signal, and outputs the delayed clock signal, The magnetostrictive torque sensor (1) according to [2], wherein the circuit (93) is configured to output a pulse according to the output from the delay circuit (92).
[6]前記センサ部(10)は、前記第1直線部(33a)を有する第3の検出コイル(33)と、前記第2直線部(34a)を有する第4の検出コイル(34)とを有し、前記ブリッジ回路(10a)は、前記第1、第2、第3、及び第4の検出コイル(31~34)を順次環状に接続して構成され、前記駆動部(8)は、前記第1及び第4の検出コイル(31,34)の接続部(a)と、前記第2及び第3の検出コイル(32,33)の接続部(b)との間に、駆動電圧を印加するように構成され、前記電圧測定部(9)は、前記第1及び第2の検出コイル(31,32)の接続部(c)と、前記第3及び前記第4の検出コイル(33,34)の接続部(d)との間の電圧を測定するように構成されている、[1]に記載の磁歪式トルクセンサ(1)。 [6] The sensor section (10) includes a third detection coil (33) having the first linear portion (33a) and a fourth detection coil (34) having the second linear portion (34a). The bridge circuit (10a) is configured by sequentially connecting the first, second, third, and fourth detection coils (31 to 34) in an annular manner, and the drive unit (8) has a , a drive voltage is applied between the connection part (a) of the first and fourth detection coils (31, 34) and the connection part (b) of the second and third detection coils (32, 33). The voltage measurement unit (9) is configured to apply a The magnetostrictive torque sensor (1) according to [1], wherein the magnetostrictive torque sensor (1) is configured to measure the voltage between the connecting portion (d) of the magnetostrictive torque sensor (33, 34).
(付記)
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。
(Additional note)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments described above do not limit the invention according to the claims. Furthermore, it should be noted that not all combinations of features described in the embodiments are essential for solving the problems of the invention. Moreover, the present invention can be implemented with appropriate modifications within a range that does not depart from the spirit thereof.
1…磁歪式トルクセンサ(トルクセンサ)
2…磁歪材
3…検出コイル
31…第1の検出コイル
32…第2の検出コイル
33…第3の検出コイル
34…第4の検出コイル
31a,33a…第1直線部
32a,34a…第2直線部
8…駆動部
81…クロック発生回路
82…増幅回路
9…電圧測定部
91a…電流検出用抵抗
91b…コンパレータ
92…遅延回路
93…パルス発生回路
93a…第1パルス発生回路
93b…第2パルス発生回路
95…第1差動増幅回路
96…サンプルアンドホールド回路
96a…第1サンプルアンドホールド回路
96b…第2サンプルアンドホールド回路
97…第2差動増幅回路
98…ローパスフィルタ
99…電圧検出部
10…センサ部
10a…ブリッジ回路
1...Magnetostrictive torque sensor (torque sensor)
2...Magnetostrictive material 3...
Claims (6)
前記磁歪材の軸方向に対して所定角度傾斜した第1直線部を有する第1の検出コイルと、前記磁歪材の軸方向に対して前記第1直線部と反対方向に前記所定角度傾斜した第2直線部を有する第2の検出コイルとを含むブリッジ回路を有するセンサ部と、
前記ブリッジ回路に対して、交流の駆動電圧を印加する駆動部と、
前記ブリッジ回路から出力される電圧を測定する電圧測定部と、を備え、
前記電圧測定部は、前記ブリッジ回路に流れる電流がゼロになるときの電圧を測定するように構成されている、
磁歪式トルクセンサ。 A torque sensor that detects torque transmitted by a magnetostrictive material having magnetostrictive characteristics,
a first detection coil having a first linear portion inclined at a predetermined angle with respect to the axial direction of the magnetostrictive material; a sensor unit having a bridge circuit including a second detection coil having two linear parts;
a drive unit that applies an AC drive voltage to the bridge circuit;
A voltage measurement unit that measures the voltage output from the bridge circuit,
The voltage measurement unit is configured to measure the voltage when the current flowing through the bridge circuit becomes zero.
Magnetostrictive torque sensor.
前記ブリッジ回路に流れる電流がゼロとなるタイミングでパルスを出力するパルス発生回路と、
前記パルス発生回路からのパルスが入力されたときの前記ブリッジ回路の出力電圧を保持するサンプルアンドホールド回路と、を有する、
請求項1に記載の磁歪式トルクセンサ。 The voltage measuring section includes:
a pulse generating circuit that outputs a pulse at a timing when the current flowing through the bridge circuit becomes zero;
a sample-and-hold circuit that holds the output voltage of the bridge circuit when a pulse from the pulse generation circuit is input;
The magnetostrictive torque sensor according to claim 1.
前記ブリッジ回路に直列に接続された電流検出用抵抗と、
前記電流検出用抵抗の両端の電圧を比較するコンパレータと、を有し、
前記パルス発生回路は、前記コンパレータからの出力に応じてパルスを出力するように構成されている、
請求項2に記載の磁歪式トルクセンサ。 The voltage measuring section includes:
a current detection resistor connected in series to the bridge circuit;
a comparator that compares voltages across the current detection resistor;
The pulse generation circuit is configured to output a pulse according to the output from the comparator.
The magnetostrictive torque sensor according to claim 2.
前記サンプルアンドホールド回路は、前記ブリッジ回路の出力電圧が入力される第1及び第2サンプルアンドホールド回路を有し、
前記第1サンプルアンドホールド回路は、前記第1パルス発生回路からパルスが入力されたときの前記出力電圧を保持するように構成され、
前記第2サンプルアンドホールド回路は、前記第2パルス発生回路からパルスが入力されたときの前記出力電圧を保持するように構成されており、
前記電圧測定部は、前記第1及び第2サンプルアンドホールド回路の出力の差分を検出する電圧検出部を有する、
請求項3に記載の磁歪式トルクセンサ。 The pulse generating circuit includes a first pulse generating circuit to which the output from the comparator is directly input, and a second pulse generating circuit to which the output from the comparator is input via an inverting circuit,
The sample-and-hold circuit includes first and second sample-and-hold circuits into which the output voltage of the bridge circuit is input,
The first sample and hold circuit is configured to hold the output voltage when a pulse is input from the first pulse generation circuit,
The second sample and hold circuit is configured to hold the output voltage when a pulse is input from the second pulse generation circuit,
The voltage measurement section includes a voltage detection section that detects a difference between the outputs of the first and second sample-and-hold circuits.
The magnetostrictive torque sensor according to claim 3.
前記電圧測定部は、前記クロック発生回路からのクロック信号が入力され、入力されたクロック信号を遅延して出力する遅延回路を有し、
前記パルス発生回路は、前記遅延回路からの出力に応じてパルスを出力するように構成されている、
請求項2に記載の磁歪式トルクセンサ。 the driving section includes a clock generating circuit and an amplifier circuit that amplifies a clock signal output from the clock generating circuit and outputs the amplified clock signal as the driving voltage;
the voltage measurement unit includes a delay circuit that receives a clock signal from the clock generation circuit and delays and outputs the input clock signal;
The pulse generating circuit is configured to output a pulse in response to an output from the delay circuit.
3. The magnetostrictive torque sensor according to claim 2.
前記ブリッジ回路は、前記第1、第2、第3、及び第4の検出コイルを順次環状に接続して構成され、
前記駆動部は、前記第1及び第4の検出コイルの接続部と、前記第2及び第3の検出コイルの接続部との間に、駆動電圧を印加するように構成され、
前記電圧測定部は、前記第1及び第2の検出コイルの接続部と、前記第3及び前記第4の検出コイルの接続部との間の電圧を測定するように構成されている、
請求項1に記載の磁歪式トルクセンサ。 the sensor unit includes a third detection coil having the first straight portion and a fourth detection coil having the second straight portion;
the bridge circuit is configured by sequentially connecting the first, second, third, and fourth detection coils in a circular manner,
the driving unit is configured to apply a driving voltage between a connection portion of the first and fourth detection coils and a connection portion of the second and third detection coils;
The voltage measurement unit is configured to measure a voltage between a connection portion of the first and second detection coils and a connection portion of the third and fourth detection coils.
2. The magnetostrictive torque sensor according to claim 1.
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