JP3100538B2

JP3100538B2 - トルクセンサの温度補償装置

Info

Publication number: JP3100538B2
Application number: JP07252082A
Authority: JP
Inventors: 卓司森
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 2000-10-16
Anticipated expiration: 2015-09-29
Also published as: JPH0996578A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトルクセンサの温度
補償装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】トルクセンサの一種として磁歪式のトル
クセンサがあるが、その一例を図５に示す。ここでは、
軟磁性および磁歪性を有する材料にて形成されたトルク
伝達軸１の外周に、この軸１の軸心の方向に対し±約45
度の角度をなして互いに反対方向に傾斜する一対の磁気
異方性部２、２が多数の機械加工溝などによって形成さ
れている。磁気異方性部２、２の周囲には、これら各磁
気異方性部に対応した一対の検出コイル３、３と、これ
ら検出コイル３、３を励磁するための単一の励磁コイル
４とが設けられている。励磁コイル４は、交流電源５に
接続されている。検出コイル３、３には、軸１へのトル
クの印加にもとづく磁気異方性部２、２の透磁率の変化
に対応した、互いに逆特性の検出信号V1、V2が現れる。

【０００３】このような磁歪式のトルクセンサにおいて
は、トルク伝達軸１やその周囲のコイル、３、３、４な
どによって構成されるセンサ部６に温度変化が生じた場
合には、それによってトルク検出値に変動が生じる。こ
の変動は、他の要因によって発生することもある。

【０００４】このため従来は、たとえば図５に示すよう
に各出力ラインに温度素子７、７を設け、センサ部６の
出力である検出信号V1、V2の温度変動係数にもとづいて
温度素子７、７の温度定数を調節することで、その温度
補償を行い、トルク出力値の零点における温度の影響を
取り除いている。

【０００５】また従来、たとえば図６に示すように、検
出信号V1、V2に参照電源８からの参照電圧を印加すると
ともに、温度情報発生部９からの信号にもとづいて参照
電圧の値を変更することで、その温度補償を行ってい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のものでは、センサ部６の零点の温度係数を測定しな
ければならず、またセンサ部６の温度と回路部の温度と
の整合をとらなければならないという問題点がある。し
かも、センサ部６と回路部との間に温度差があると、そ
れによって補整時に誤差が生じるという問題点がある。

【０００７】さらに、センサ部の温度係数の正負の符号
もセンサ個々で異なるため、その調整に手間を要すると
いう問題点がある。

【０００８】そこで本発明はこのような問題点を解決し
て、センサ部の零点の温度係数を測定することなしに、
また温度補整時にセンサ部と回路部との温度の整合をと
ることなしに、その温度補償を行えるようにするととも
に、センサ部と回路部との間に温度差があっても、それ
にもとづく補整時の誤差が発生しないようにすることを
目的とする。

【０００９】また本発明は、センサ部の温度係数の正負
の符号がセンサ個々で異なっても容易に対処できるよう
にすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、トルク伝達軸に一対のトルク検出部が形成さ
れて、各トルク検出部に対応して正負の符号が逆の第１
および第２の検出信号が発生するように構成され、か
つ、これら第１および第２の検出信号どうしの差にもと
づいてトルク検出値を得るようにしたトルクセンサが、
前記第１および第２の検出信号の変動値をそれぞれ検出
する手段と、これら第１の検出信号の変動値と第２の検
出信号の変動値との和を求める手段と、この和が実質的
にゼロでない場合にそれぞれの変動値に対応して前記第
１および第２の検出信号を補整する手段とを有し、さら
に、一方のトルク検出部に対応した検出信号の温度係数
と、他方のトルク検出部に対応した検出信号の温度係数
との正負の符号を一致させる手段を有するようにしたも
のである。

【００１１】このような構成において、軸にトルクの印
加があった場合は、そのトルクの印加にもとづく第１お
よび第２の検出信号の変動値の和は、第１および第２の
検出信号の正負の符号が逆であることにもとづき実質的
にゼロになる。軸が無負荷の場合にも、同様に変動値の
和はゼロになる。

【００１２】これに対し温度変化やその他の要因にもと
づく誤差が発生した場合には、これらの誤差は、第１お
よび第２の検出信号の正負の符号が逆であってもこれら
の検出信号に一律に変動を生じさせる。このため、第１
および第２の検出信号の変動値の和はゼロにはならな
い。したがってその場合には、各検出信号の変動値に対
応してこれら検出信号を補整することで、その温度補償
を行うことが可能である。そのとき、両検出信号の変動
値の和をとるだけであるので、センサ部の零点の温度係
数を測定する必要はなく、またセンサ部と回路部との温
度の整合をとる必要もなく、さらに、センサ部と回路部
との間の温度差の影響を受けることもない。

【００１３】また、一方のトルク検出部に対応した検出
信号の温度係数と、他方のトルク検出部に対応した検出
信号の温度係数との正負の符号を一致させる手段を有す
るようにしたため、センサ部の温度係数の正負の符号が
センサ個々でまちまちであっても、一対の検出信号の正
負の符号が強制的に一致されることになり、このため、
その後に第１および第２の検出信号の変動値の和を求め
る際の誤差の発生要因となることがない。

【００１４】符号一致手段は、第１および第２の検出信
号の処理系にそれぞれ設けられて、トルク検出部を含む
センサ部の温度係数よりも温度係数が大きく、かつその
温度係数の正負の符号が相互に一致した温度素子によっ
て構成することができる。

【００１５】また本発明によると、第１のトルク検出値
を得ることができる基準検出系と、この基準検出系の第
１のトルク検出値とは正負の符号が逆の第２の検出値を
得ることができる冗長検出系との２系統の検出系を有す
る回路構成の場合も、同様に、前記第１および第２のト
ルク検出値の変動値をそれぞれ検出する手段と、これら
第１のトルク検出値の変動値と第２のトルク検出値の変
動値との和を求める手段と、この和が実質的にゼロでな
い場合にそれぞれの変動値に対応して前記第１および第
２のトルク検出値を補整する手段とを有するように構成
することができる。

【００１６】このような構成であると、第１のトルク検
出値と第２のトルク検出値とを同様に温度補償すること
ができる。そしてこの場合も、第１のトルク検出値と第
２のトルク検出値との温度係数の正負の符号がまちまち
であっても、同様に両者の正負の符号を一致させること
で、誤差の発生を防止することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態を示
す。図５の場合と同様のトルク伝達軸11の外周には互い
に逆方向に傾斜した一対の磁気異方性部12、12が形成さ
れ、これら磁気異方性部12、12の周囲には、対応する一
対の検出コイル13、13と、交流電源15に接続された単一
の励磁コイル14とが設けられている。これらによってセ
ンサ部16が構成されている。

【００１８】各検出コイル13、13には互いに逆特性の検
出信号V1、V2が現れるが、この検出コイル13、13からの
出力ライン17、17は、サーミスタなどで構成される温度
素子18、18とオペアンプなどを利用したアンプ回路19、
19とを有した温度係数調整回路20、20に接続されてい
る。アンプ回路19、19の出力側には整流回路21、21とフ
ィルタ回路22、22と減算回路23、24とがこの順に接続さ
れている。そして、これら一対の減算回路23、24の出力
側は、ともに減算回路25に接続されている。26は減算回
路25からの出力ラインである。なお、出力ライン17、17
よりも後側におけるこれらの回路素子のうち、少なくと
も温度素子18、18はセンサ部16のハウジング内に設けら
れている。

【００１９】28、29はＡＤ変換器で、減算回路23、24か
らの信号をＡＤ変換してＣＰＵ30へ入力させることがで
きるように構成されている。また31、32はＤＡ変換器
で、参照電源33からの電圧値をＣＰＵ30からの信号にも
とづき変換しながらＤＡ変換したうえで、減算回路23、
24の入力側へ送るように構成されている。これらによっ
て温度補償回路34が構成されている。

【００２０】このような構成によれば、出力ライン17、
17に現れる検出信号V1、V2は、その正負の符号が互いに
相違するが、その温度係数の正負の符号については、各
センサごとにまちまちであって、一定せず、同一になる
こともあるし互いに相違することもある。

【００２１】しかし、温度素子18、18どうしの温度係数
をセンサ部16の温度係数よりも十分大きくして、センサ
部16よりも大きな温度変動が生じるようにするととも
に、これら温度素子18、18の温度係数の正負の符号を相
互に一致させておくことで、温度係数調整回路20、20の
出力については、センサ部16の温度係数の正負の符号の
影響を受けることなしに、その温度係数の正負の符号が
統一されることになる。したがって、温度補償回路34に
おいては、処理すべき信号どうしの温度係数の正負につ
いて考慮する必要がなくなる利点がある。

【００２２】次に、温度補償のためのフローを図２にも
とづいて説明する。まずステップ５１において処理の実
行が開始されたなら、ステップ２において一方の減算回
路23の出力を一方のＡＤ変換器28を介してＡＤ１値とし
てＣＰＵ30に取り込むとともに、ステップ５３において
他方の減算回路24の出力を他方のＡＤ変換器29を介して
ＡＤ２値としてＣＰＵ30に取り込む。ＣＰＵ30の内部で
は、取り込まれたＡＤ１値をステップ５４においてＡＤ
１old 値として記録するとともに、取り込まれたＡＤ２
値をステップ５５においてＡＤ２old 値として記録す
る。これによってＡＤ１old 値とＡＤ２old 値との初期
化が行われる。

【００２３】次にステップ５６で一定のサンプリング時
間を経過させた後に、ステップ５７において、再びＡＤ
１値をＣＰＵ30に取り込む。そしてステップ５８におい
て、ＡＤ１old 値とこの新たなＡＤ１値との差を求め
て、これをΔＡＤ１値とする。またステップ５９におい
て再びＡＤ２値をＣＰＵ30に取り込み、ステップ６０で
はＡＤ２old 値とこの新たなＡＤ２値との差を求めて、
これをΔＡＤ２値とする。

【００２４】ステップ６１では、これらの変動値である
ΔＡＤ１値とΔＡＤ２値との和を求め、この和の値が実
質的にゼロであるかどうかを判断する。すなわち、トル
ク伝達軸11にトルクの印加があった場合には、それに対
応してトルク検出信号V1、V2に変化が生じる。しかし、
上述のように、これらトルク検出信号V1、V2は逆特性で
あって互いの正負の符号が逆であるため、トルク検出信
号V1、V2の変化が相殺されることになって、ΔＡＤ１値
とΔＡＤ２値との和は実質的にゼロになる。また、トル
ク伝達軸11にトルクが印加していない場合にも、この和
の値は実質的にゼロになる。

【００２５】したがって、この和の値が実質的にゼロで
ある場合には温度誤差などは生じていないと判断し、ス
テップ５４に戻る。そして、先にステップ５７および５
９において取り込まれていたＡＤ１値およびＡＤ２値を
ステップ５４および５５で新たなＡＤ１old 値およびＡ
Ｄ２old 値として置き換えたうえで、次のサンプリング
を実行する。このようにＡＤ１old 値およびＡＤ２old
値を更新することで、軸11にトルクが印加されることに
よるＡＤ１値およびＡＤ２値の変化に対応することがで
きる。

【００２６】ステップ６１において、ΔＡＤ１値とΔＡ
Ｄ２値との和が実質的にゼロでなかった場合には、温度
変化による零点誤差の発生やその他の要因にもとづく誤
差の発生があったと判断する。こう判断するのは、トル
ク検出信号V1、V2が検出トルク値については逆特性であ
っても、これらの誤差はこれらのトルク検出信号V1、V2
に対し一律に変動を生じさせるためである。

【００２７】このとき、センサ部16の特性にもとづくト
ルク検出信号V1、V2の温度係数の正負の符号が一致して
いる場合はもちろん、その正負の符号が一致していない
場合であっても、上述のように温度素子18、18どうしの
温度係数をセンサ部16の温度係数よりも十分大きくする
とともに、これら温度素子18、18の温度係数の正負の符
号を相互に一致させておくことで、センサ部16の温度係
数の正負の符号の影響を受けることなしに、トルク検出
信号V1、V2に所定の変動が現れる。

【００２８】そして、ステップ６２および６３では、こ
れらΔＡＤ１値とΔＡＤ２値に一定の係数Ｃ１、Ｃ２を
乗じた値を、ＤＡ変換器31、32に元から入力されていた
ＤＡ１値およびＤＡ２値に加えることで、これらＤＡ１
値およびＤＡ２値を補整する。すると、参照電源33の電
圧がこれらの新たなＤＡ１値およびＤＡ２値で変換さ
れ、この新たなデータが減算回路23、24に入力されて検
出信号から減算されることで、これらの減算回路23、24
からは誤差が補整された信号が出力される。つまり、次
回のステップ６１においてΔＡＤ１値とΔＡＤ２値との
和が実質的にゼロになるように、ＤＡ１値およびＤＡ２
値が補整される。

【００２９】その後は、ステップ５６に戻って、次のサ
ンプリングを実行する。

【００３０】このようにステップ６１においては、ＡＤ
１値とＡＤ２値との変動値であるΔＡＤ１値とΔＡＤ２
値の和をとるだけで良いので、センサ部16の零点の温度
係数を測定する必要はなく、またセンサ部16と回路部と
の温度の整合をとる必要もなく、さらに、センサ部16と
回路部との間の温度差の影響を受けることもないという
利点がある。

【００３１】また、ステップ６１において温度誤差など
は生じていないと判断したときには、上述のようにステ
ップ５４に戻ってＡＤ１old 値およびＡＤ２old 値を更
新することで、軸11にトルクが印加されているときに温
度誤差の発生があった場合にも、それを補整することが
できる。

【００３２】上記においては温度係数補整回路20によっ
てセンサ部16の温度係数を揃えるようにしたものを例示
したが、回路部の温度係数も同一方向にしておけば、ト
ルクセンサの電源を投入したときのドリフトを補整する
こともできる。

【００３３】ステップ６１においてΔＡＤ１値とΔＡＤ
２値との和が実質的にゼロでないと判定することで、誤
差の発生を検知しているため、センサ部16全体の温度変
化にもとづく零点の温度誤差を検知できて補整できるの
みならず、トルク伝達軸11に温度勾配が発生したことに
よる零点の温度誤差をも検知および補整することができ
る。

【００３４】図３は、本発明の実施の他の形態を示す。
ここでは、第１の一対の検出コイル13Ａ、13Ｂと第１の
減算器36とによって基準検出系37が構成されている。ま
た第２の一対の検出コイル13Ｃ、13Ｄと第２の減算器38
とによって冗長検出系39が構成されている。これらの減
算器36、38からは、トルク信号V2−V1が出力されるよう
に構成されている。そして、基準検出系37と冗長検出系
39とのそれぞれの信号処理ライン40、41について、温度
係数調整回路20、20と、整流回路21、21と、フィルタ回
路22と、減算回路23、24とが設けられている。また、こ
れら一対の信号処理ライン40、41に対応して、図１の場
合と同様に温度補償回路34が設けられている。

【００３５】このような構成によれば、基準検出系37と
冗長検出系39とのそれぞれにトルク信号が出力され、こ
のため冗長性の高い検出が可能となる。そして本図のも
のでは、ＣＰＵ30において基準検出系37のトルク信号の
変動値と冗長検出系39のトルク信号の変動値とを加え合
わせることで、図１のものと同様に、これらトルク信号
に含まれる誤差成分を検出することができ、これをＤＡ
変換器31、32および減算回路23、24を介してフィードバ
ックすることによって、その補整をすることができる。

【００３６】また、この図３のものも、温度係数調整回
路20、20を備えているので、基準検出系37と冗長検出系
39とで温度係数の正負の符号がまちまちであっても、そ
の方向を揃えることができる。

【００３７】すなわち、図４は基準検出系37のトルク検
出特性Ａと冗長検出系39のトルク検出特性Ｂとを示す。
たとえば図における横軸すなわち印加トルク軸が正の値
をとる範囲において、つまり第１象限と第４象限とで規
定される方向において、基準検出系37のトルク検出特性
Ａは、印加トルクの増大につれて出力が増大するように
規定されている。また、この範囲では冗長検出系39のト
ルク検出特性Ｂは、印加トルクの増大につれて出力が減
少するように規定され、両者は正負の符号が逆になる特
性を有している。

【００３８】一方、この場合も、温度係数調整回路20、
20の温度係数を各センサ部の温度係数よりも大きく設定
して、しかもその正負の符号を相互に一致させておくこ
とで、各センサ部の温度係数の正負の符号の影響を受け
ることなしに、その温度係数の方向を揃えることができ
る。たとえば図４においては、基準検出系37と冗長検出
系39との双方がともに温度の上昇にともなって出力が増
大するように調整されたものが例示されている。図中、
矢印42、43が温度係数の方向を示す。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によると、第１
および第２の検出信号の変動値をそれぞれ検出する手段
と、これら第１の検出信号の変動値と第２の検出信号の
変動値との和を求める手段と、この和が実質的にゼロで
ない場合にそれぞれの変動値に対応して前記第１および
第２の検出信号を補整する手段とを有する構成としたた
め、温度変化やその他の要因にもとづく誤差が発生した
場合には、第１および第２の検出信号の変動値の和はゼ
ロにはならず、したがって各検出信号の変動値に対応し
てこれら検出信号を補整することで、その温度補償を行
うことができ、しかも、そのときに両検出信号の変動値
の和をとるだけであるので、センサ部の零点の温度係数
を測定する必要はなく、またセンサ部と回路部との温度
の整合をとる必要もなく、さらに、センサ部と回路部と
の間の温度差の影響を受けることもない利点があるのみ
ならず、一方のトルク検出部に対応した検出信号の温度
係数と、他方のトルク検出部に対応した検出信号の温度
係数との正負の符号を一致させる手段を有する構成とし
たため、センサ部の温度係数の正負の符号がセンサ個々
でまちまちであっても、一対の検出信号の正負の符号を
強制的に一致させることができ、このため、その後に第
１および第２の検出信号の変動値の和を求める際の誤差
の発生要因となることを防止できる。

【００４０】

【００４１】また本発明によると、第１のトルク検出値
を得ることができる基準検出系と、この基準検出系の第
１のトルク検出値とは正負の符号が逆の第２の検出値を
得ることができる冗長検出系との２系統の検出系を有す
る回路構成の場合も、同様に、第１のトルク検出値と第
２のトルク検出値とを同様に温度補償することができ
る。

【００４２】そしてこの場合も、第１のトルク検出値と
第２のトルク検出値との温度係数の正負の符号がまちま
ちであっても、同様に両者の正負の符号を一致させるこ
とで誤差の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にもとづくトルクセンサの温度補償装置
の実施の一形態を示す図である。

【図２】図１の温度補償装置の動作のフローを示す図で
ある。

【図３】本発明にもとづくトルクセンサの温度補償装置
の実施の他の形態を示す図である。

【図４】図３の装置の出力特性を示す図である。

【図５】従来のトルクセンサの温度補償装置の一例を示
す図である。

【図６】従来のトルクセンサの温度補償装置の他の例を
示す図である。

【符号の説明】

11 トルク伝達軸 12 磁気異方性部 13 検出コイル 18 温度素子 20 温度係数調整回路 V1 検出信号 V2 検出信号 23 減算回路 24 減算回路 28 ＡＤ変換器 29 ＡＤ変換器 30 ＣＰＵ 31 ＤＡ変換器 32 ＤＡ変換器 33 参照電源 34 温度補償回路 37 基準検出系 39 冗長検出系

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 3/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】トルク伝達軸に一対のトルク検出部が形
成されて、各トルク検出部に対応して正負の符号が逆の
第１および第２の検出信号が発生するように構成され、
かつ、これら第１および第２の検出信号どうしの差にも
とづいてトルク検出値を得るようにしたトルクセンサに
おいて、前記第１および第２の検出信号の変動値をそれ
ぞれ検出する手段と、これら第１の検出信号の変動値と
第２の検出信号の変動値との和を求める手段と、この和
が実質的にゼロでない場合にそれぞれの変動値に対応し
て前記第１および第２の検出信号を補整する手段とを有
し、さらに、一方のトルク検出部に対応した検出信号の
温度係数と、他方のトルク検出部に対応した検出信号の
温度係数との正負の符号を一致させる手段を有すること
を特徴とするトルクセンサの温度補償装置。
【請求項２】温度補償のための処理が開始されたとき
の第１および第２の検出信号を取り込んで記録する手段
と、それから時間が経過した後における第１および第２
の検出信号を取り込んで、前記すでに取り込んで記録し
た第１および第２の検出信号と、新たに取り込んだ第１
および第２の検出信号との差によって変動値を求める手
段とを有することを特徴とする請求項１記載のトルクセ
ンサの温度補償装置。
【請求項３】トルク検出部を含むセンサ部の温度係数
よりも温度係数が大きく、かつその温度係数の正負の符
号が相互に一致した温度素子が、第１および第２の検出
信号の処理系にそれぞれ設けられていることを特徴とす
る請求項１または２記載のトルクセンサの温度補償装
置。
【請求項４】第１の検出信号の変動値と第２の検出信
号の変動値との和が実質的にゼロである場合には補整の
原因が発生していないと判断して補整を行わない手段を
有することを特徴とする請求項１から３までのいずれか
１項記載のトルクセンサの温度補償装置。
【請求項５】第１の検出信号の変動値と第２の検出信
号の変動値との和が実質的にゼロである場合には、変動
値を求めるための基準値をそのときの検出信号にもとづ
いて更新する手段を有することを特徴とする請求項４記
載のトルクセンサの温度補償装置。
【請求項６】トルク伝達軸にトルク検出部が形成され
て、このトルク検出部に対応して検出信号が発生するよ
うに構成され、かつ、この検出信号にもとづいてトルク
検出値を得るようにしたトルクセンサにおいて、第１の
トルク検出値を得ることができる基準検出系と、この基
準検出系の第１のトルク検出値とは正負の符号が逆の第
２のトルク検出値を得ることができる冗長検出系と、前
記第１および第２のトルク検出値の変動値をそれぞれ検
出する手段と、これら第１のトルク検出値の変動値と第
２のトルク検出値の変動値との和を求める手段と、この
和が実質的にゼロでない場合にそれぞれの変動値に対応
して前記第１および第２のトルク検出値を補整する手段
とを有することを特徴とするトルクセンサの温度補償装
置。
【請求項７】基準検出系のトルク検出値の温度係数
と、冗長検出系のトルク検出値の温度係数との正負の符
号を一致させる手段を有することを特徴とする請求項６
記載のトルクセンサの温度補償装置。