JP3161867B2 - Magnetostrictive torque sensor - Google Patents

Magnetostrictive torque sensor

Info

Publication number
JP3161867B2
JP3161867B2 JP11543893A JP11543893A JP3161867B2 JP 3161867 B2 JP3161867 B2 JP 3161867B2 JP 11543893 A JP11543893 A JP 11543893A JP 11543893 A JP11543893 A JP 11543893A JP 3161867 B2 JP3161867 B2 JP 3161867B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
detection
input
output
bridge circuit
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP11543893A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06300647A (en
Inventor
一徳 千崎
Original Assignee
株式会社ユニシアジェックス
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社ユニシアジェックス filed Critical 株式会社ユニシアジェックス
Priority to JP11543893A priority Critical patent/JP3161867B2/en
Publication of JPH06300647A publication Critical patent/JPH06300647A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3161867B2 publication Critical patent/JP3161867B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用エンジ
ンの出力軸トルク等を検出するのに用いて好適な磁歪式
トルクセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor suitable for detecting, for example, an output shaft torque of an automobile engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動変速機を備えたオートマチック車等
では、例えば自動変速機の変速タイミングを適正化する
目的でアウトプットシャフト等に磁歪式トルクセンサを
取付けることが提案されている。
2. Description of the Related Art For an automatic vehicle or the like having an automatic transmission, it has been proposed to attach a magnetostrictive torque sensor to an output shaft or the like for the purpose of optimizing the shift timing of the automatic transmission.

【0003】そこで、図3および図4に基づいてこの種
の従来技術による磁歪式トルクセンサを説明する。
A conventional magnetostrictive torque sensor of this type will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.

【0004】図中、1はトルクセンサ本体を構成するケ
ーシングを示し、該ケーシング1は非磁性材料により段
付筒状に形成され、自動変速機のケース(図示せず)等
に固定されるようになっている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a casing constituting a torque sensor main body. The casing 1 is formed of a nonmagnetic material in a stepped cylindrical shape, and is fixed to a case (not shown) of an automatic transmission. It has become.

【0005】2はケーシング1内に軸受3,3を介して
回転自在に配設された磁歪シャフトを示し、該磁歪シャ
フト2はステンレス鋼等によって棒状に形成され、その
両端側2A,2Bはケーシング1外に突出して磁歪シャ
フトを構成している。また、該磁歪シャフト2の軸方向
中間部はケーシング1内に位置したスリット形成部2C
となり、該スリット形成部2Cの外周面には斜め下向き
に45°、斜め上向きに45°の角度をもってそれぞれ
スリット溝4,4,…、5,5,…が刻設されている。
[0005] Reference numeral 2 denotes a magnetostrictive shaft rotatably disposed in a casing 1 via bearings 3 and 3. The magnetostrictive shaft 2 is formed of a stainless steel or the like in a rod shape, and both ends 2A and 2B of the casing 1 are formed of a casing. 1 to form a magnetostrictive shaft. An axially intermediate portion of the magnetostrictive shaft 2 is a slit forming portion 2 </ b> C located in the casing 1.
, 5, 5,... Are formed on the outer peripheral surface of the slit forming portion 2C at an angle of 45 ° obliquely downward and 45 ° obliquely upward.

【0006】6,7は磁気異方性部を示し、該磁気異方
性部6,7は前記磁歪シャフト2のスリット形成部2C
の外周面にFe(83%),Al(13%)の磁性材料
をコーティングして熱処理したものである。そして、各
スリット溝4間の部分に第1の磁気異方性部6が形成さ
れると共に、各スリット溝5間の部分に第2の磁気異方
性部7が形成され、これらの磁気異方性部6,7には表
面磁界による磁路が形成される。
Reference numerals 6 and 7 denote magnetically anisotropic portions. The magnetic anisotropic portions 6 and 7 are slit forming portions 2C of the magnetostrictive shaft 2.
Is coated with a magnetic material of Fe (83%) and Al (13%) and heat-treated. Then, a first magnetic anisotropic portion 6 is formed in a portion between the slit grooves 4, and a second magnetic anisotropic portion 7 is formed in a portion between the slit grooves 5. A magnetic path is formed in the isotropic portions 6 and 7 by a surface magnetic field.

【0007】8はケーシング1の内周面に固着され、磁
歪シャフト2のスリット形成部2Cを径方向外側から取
囲んだコア部材を示し、該コア部材8は鉄等の磁性材料
により段付筒状に形成され、その内周側には後述の各励
磁および検出コイル9,10が配設されている。
Reference numeral 8 denotes a core member fixed to the inner peripheral surface of the casing 1 and surrounding the slit forming portion 2C of the magnetostrictive shaft 2 from the outside in the radial direction. The core member 8 is a stepped cylinder made of a magnetic material such as iron. Exciting and detecting coils 9 and 10 to be described later are arranged on the inner peripheral side.

【0008】9,10は磁歪シャフト2の外周側に位置
して磁気異方性部6,7と対向した一対の検出コイルと
しての励磁および検出コイルをそれぞれ示し、該励磁お
よび検出コイル9,10はコア部材8の内周側にそれぞ
れコイルボビン(図示せず)を介して設けられ、後述の
発振器12により周波数fを有する交流電圧Vが印加さ
れて励磁作用と検出作用とを行う。また、該励磁および
検出コイル9,10は図4に示す如く自己インダクタン
スL1 ,L2 を有し、その鉄損および直流抵抗分はr1
,r2 となる。
Reference numerals 9 and 10 denote excitation and detection coils as a pair of detection coils which are located on the outer peripheral side of the magnetostrictive shaft 2 and face the magnetic anisotropic parts 6 and 7, respectively. Are provided on the inner peripheral side of the core member 8 via coil bobbins (not shown), respectively. An AC voltage V having a frequency f is applied by an oscillator 12 described later to perform an exciting action and a detecting action. The exciting and detecting coils 9, 10 have self-inductances L1, L2 as shown in FIG.
, R2.

【0009】ここで、励磁および検出コイル9,10に
は発振器12から交流電圧Vが印加されているから、励
磁および検出コイル9,10のインピーダンスZ1 ,Z
2 は数1のようになる。
Since the AC voltage V is applied to the excitation and detection coils 9 and 10 from the oscillator 12, the impedances Z1 and Z1 of the excitation and detection coils 9 and 10 are controlled.
2 becomes like Equation 1.

【0010】[0010]

【数1】 (Equation 1)

【0011】ただし、数1中のL1 ,L2 は数2により
設定される自己インダクタンスである。
Here, L1 and L2 in Equation 1 are self-inductances set by Equation 2.

【0012】[0012]

【数2】 (Equation 2)

【0013】次に、図4は従来技術による磁歪式トルク
センサの検出回路を示しており、この検出回路はブリッ
ジ回路11、交流電圧印加手段としての発振器12、差
動増幅器13、位相検波回路14等によって構成されて
いる。ここで、ブリッジ回路11は励磁および検出コイ
ル9,10および調整抵抗R,Rにより構成され、それ
ぞれ対応する辺の抵抗値(インピーダンス)が等しくな
るフルブリッジを構成している。また、励磁および検出
コイル9,10間の接続点aおよび調整抵抗R,R間の
接続点bは、例えば30kHz 程度の周波数fを有する
交流電圧Vの発振器12と接続されている。
FIG. 4 shows a detection circuit of a magnetostrictive torque sensor according to the prior art. This detection circuit includes a bridge circuit 11, an oscillator 12 as an AC voltage applying means, a differential amplifier 13, and a phase detection circuit 14. And so on. Here, the bridge circuit 11 is composed of the excitation and detection coils 9 and 10 and the adjustment resistors R and R, and constitutes a full bridge in which the resistance values (impedances) of the corresponding sides are equal. A connection point a between the excitation and detection coils 9 and 10 and a connection point b between the adjustment resistors R and R are connected to an oscillator 12 of an AC voltage V having a frequency f of, for example, about 30 kHz.

【0014】さらに、ブリッジ回路11において、一方
の励磁および検出コイル9のL1 ,r1 は調整抵抗R
に、他方の励磁および検出コイル10のL2 ,r2 は調
整抵抗Rにそれぞれ直列接続されているから、励磁およ
び検出コイル9,10を流れる電流i1 ,i2 は、
Further, in the bridge circuit 11, L1 and r1 of one of the excitation and detection coils 9 are adjusted resistances R1 and R1.
Since the other excitation and detection coils L2 and r2 are connected in series to the adjustment resistor R, the currents i1 and i2 flowing through the excitation and detection coils 9 and 10 are:

【0015】[0015]

【数3】 により算出され、接続点c,dの検出電圧V1 ,V2
は、
(Equation 3) And the detection voltages V1 and V2 at the connection points c and d
Is

【0016】[0016]

【数4】 ただし、α1 ,α2 :位相角 により算出される。(Equation 4) Here, α1, α2 are calculated by the phase angles.

【0017】また、前記励磁および検出コイル9,10
と調整抵抗R,Rとの接続点c,dは差動増幅器13の
両端側子にそれぞれ接続され、励磁および検出コイル
9,10からのそれぞれの検出電圧V1 ,V2 を差動増
幅器13に出力する。そして、該差動増幅器13の出力
端子13Aは発振器12と共に位相検波回路14の入力
側に接続され、該位相検波回路14は差動増幅器13か
らの出力電圧V3 を発振器12からの交流電圧Vに基づ
いて同期させて整流し、出力電圧V4 を出力するもので
ある。
The excitation and detection coils 9 and 10
The connection points c and d between the differential amplifier 13 and the adjustment resistors R and R are connected to both ends of the differential amplifier 13, and output the respective detection voltages V 1 and V 2 from the excitation and detection coils 9 and 10 to the differential amplifier 13. I do. The output terminal 13A of the differential amplifier 13 is connected to the input side of the phase detector 14 together with the oscillator 12, and the phase detector 14 converts the output voltage V3 from the differential amplifier 13 to the AC voltage V from the oscillator 12. The rectifier synchronizes and rectifies the output to output an output voltage V4.

【0018】このように構成される従来技術の磁歪式ト
ルクセンサでは、発振器12からの交流電圧Vを励磁お
よび検出コイル9,10に印加すると、磁歪シャフト2
のスリット形成部2Cには各スリット溝4,5間の磁気
異方性部6,7に沿ってそれぞれ表面磁界による磁路が
形成される。この場合、図4に示す調整抵抗Rは磁歪シ
ャフト2に作用するトルクが零の状態で差動増幅器13
からの出力電圧V3 が零となるように調整される。
In the conventional magnetostrictive torque sensor having the above-described configuration, when an AC voltage V from the oscillator 12 is applied to the excitation and detection coils 9 and 10, the magnetostrictive shaft 2
In the slit forming portion 2C, a magnetic path is formed by the surface magnetic field along the magnetic anisotropic portions 6, 7 between the slit grooves 4, 5. In this case, the adjustment resistor R shown in FIG. 4 is connected to the differential amplifier 13 when the torque acting on the magnetostrictive shaft 2 is zero.
Is adjusted so that the output voltage V3 from the terminal becomes zero.

【0019】そして、この従来技術においては、磁歪シ
ャフト2に図3のように、矢示T方向にトルクを作用さ
せると、磁歪シャフト2のスリット形成部2Cでは各ス
リット溝4間の磁気異方性部6に沿って引張り応力+σ
が作用し、各スリット溝5間の磁気異方性部7に沿って
圧縮応力−σが作用する。これにより、磁気異方性部6
では引張り応力+σによって透磁率μが増加し、磁気異
方性部7では圧縮応力−σによって透磁率μが減少す
る。
In this prior art, when a torque is applied to the magnetostrictive shaft 2 in the direction of arrow T as shown in FIG. 3, the magnetically anisotropic material between the slit grooves 4 is formed in the slit forming portion 2C of the magnetostrictive shaft 2. Tensile stress + σ along the active part 6
Acts, and a compressive stress −σ acts along the magnetic anisotropic portion 7 between each slit groove 5. Thereby, the magnetic anisotropic part 6
In this case, the magnetic permeability μ increases due to the tensile stress + σ, and the magnetic permeability μ decreases in the magnetic anisotropic portion 7 due to the compressive stress −σ.

【0020】一方、磁歪シャフト2の磁気異方性部6と
対向配設された励磁および検出コイル9は、透磁率μの
増加に基づき自己インダクタンスL1 が増大し、励磁お
よび検出コイル9を流れる電流i1 が減少する。また、
磁気異方性部7と対向配設された励磁および検出コイル
10は透磁率μの減少に基づき自己インダクタンスL2
が減少し、励磁および検出コイル10を流れる電流i2
が増大する。
On the other hand, the self-inductance L1 of the excitation and detection coil 9 disposed opposite to the magnetic anisotropic part 6 of the magnetostrictive shaft 2 increases due to the increase of the magnetic permeability μ, and the current flowing through the excitation and detection coil 9 i1 decreases. Also,
The excitation and detection coil 10 disposed opposite to the magnetic anisotropic part 7 has a self-inductance L2 based on the decrease in the magnetic permeability μ.
And the current i2 flowing through the excitation and detection coil 10
Increase.

【0021】この結果、励磁および検出コイル9からの
検出電圧V1 は減少し、励磁および検出コイル10から
の検出電圧V2 は増大するので、差動増幅器13では、
As a result, the detection voltage V1 from the excitation and detection coil 9 decreases and the detection voltage V2 from the excitation and detection coil 10 increases.

【0022】[0022]

【数5】V3 =K×(V1 −V2 ) ただし、 K:増幅率 なる増幅が行われ、差動増幅器13の出力端子13Aか
ら交流の出力電圧V3 が位相検波回路14へと出力され
る。そして、該位相検波回路14は発振器12からの交
流電圧Vにより出力電圧V3 を同期検波処理して整流
し、出力電圧V4 を磁歪シャフト2に作用するトルクに
対応した出力信号として出力することができる。
V3 = K × (V1−V2) where K is an amplification factor, and an AC output voltage V3 is output from the output terminal 13A of the differential amplifier 13 to the phase detection circuit 14. Then, the phase detection circuit 14 can synchronously detect and rectify the output voltage V3 with the AC voltage V from the oscillator 12, rectify the output voltage V3, and output the output voltage V4 as an output signal corresponding to the torque acting on the magnetostrictive shaft 2. .

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術における磁歪式トルクセンサの検出回路は、励磁
および検出コイル9,10によりブリッジ回路11を構
成し、このブリッジ回路11の平衡が崩れることにより
トルクを検出するようになっているから、ブリッジ回路
11の設定準備段階で各調整抵抗Rの微調整が必要とな
り、その調整作業に時間を費やすという問題がある。
The detection circuit of the magnetostrictive torque sensor according to the prior art described above forms a bridge circuit 11 by excitation and detection coils 9 and 10, and the bridge circuit 11 loses its balance. Since the torque is detected, fine adjustment of each adjustment resistor R is required in the preparation stage of setting the bridge circuit 11, and there is a problem that the adjustment work is time-consuming.

【0024】また、磁歪式トルクセンサを例えば車両の
アウトプットシャフト等に取付けた場合には、温度変化
が激しくなり、このため、磁歪シャフト2,励磁および
検出コイル9,10およびコア部材8等に熱影響が生
じ、再現性のある正確なトルク検出を行なうことができ
なくなるという問題がある。
Further, when the magnetostrictive torque sensor is mounted on, for example, an output shaft of a vehicle, the temperature greatly changes. Therefore, heat is applied to the magnetostrictive shaft 2, the excitation and detection coils 9, 10 and the core member 8 and the like. As a result, there is a problem that accurate and reproducible torque detection cannot be performed.

【0025】この従来技術の問題を解決するために、本
出願人は先に特願平5−32678号(以下、「先行技
術」という)に磁歪式トルクセンサの検出回路にハーフ
ブリッジ回路を用いたものについて出願している。
In order to solve this problem of the prior art, the present applicant has previously disclosed in Japanese Patent Application No. 5-32678 (hereinafter referred to as "prior art") a half bridge circuit as a detection circuit of a magnetostrictive torque sensor. We applied for what was.

【0026】この先行技術における磁歪式トルクセンサ
は、軸方向に離間して外周側に一対の磁気異方性部を有
する磁歪シャフトと、該磁歪シャフトの外周側に位置し
て各磁気異方性部に対向して設けられた一対の検出コイ
ルと、該各検出コイルを直列に接続することにより形成
されたハーフブリッジ回路と、該ハーフブリッジ回路の
両端側に180°位相の異なる三角波をそれぞれ入力す
る三角波発生装置と、該三角波発生装置からの基本波に
基づいて、前記ハーフブリッジ回路の各検出コイルの中
点からの信号を、正の部分と負の部分で分けた2つの半
波整流波形を出力する位相検波回路と、該位相検波回路
からの信号を出力信号として処理する処理回路とから構
成されている。
This prior art magnetostrictive torque sensor comprises a magnetostrictive shaft having a pair of magnetically anisotropic portions on the outer periphery which are spaced apart in the axial direction, and a magnetically anisotropic shaft which is located on the outer periphery of the magnetostrictive shaft. A pair of detection coils provided to face each other, a half-bridge circuit formed by connecting the respective detection coils in series, and a triangular wave having a 180 ° phase difference at both ends of the half-bridge circuit. And a half-wave rectified waveform obtained by dividing a signal from a middle point of each detection coil of the half-bridge circuit into a positive part and a negative part based on a fundamental wave from the triangular wave generator. And a processing circuit for processing a signal from the phase detection circuit as an output signal.

【0027】そして、この先行技術では、従来技術のブ
リッジ回路11の平衡状態の調整作業を省略できると共
に、外部からの熱によるトルクの誤検出を防止すること
ができるものである。
In the prior art, the operation of adjusting the equilibrium state of the bridge circuit 11 of the prior art can be omitted, and erroneous detection of torque due to external heat can be prevented.

【0028】しかし、この先行技術においては、上述し
たように従来技術における問題を解決することができる
ものの、三角波発生装置からは180°位相の異なる三
角波が発生しているが、その各波形にノイズまたは歪が
あった場合には、そのまま出力信号として処理されてし
まいトルクの検出精度を低下させるという未解決な問題
があった。
However, in this prior art, although the problem in the prior art can be solved as described above, a triangular wave having a phase difference of 180 ° is generated from the triangular wave generator, but noise is included in each waveform. Or, if there is a distortion, there is an unsolved problem that the signal is processed as it is as an output signal and the detection accuracy of the torque is reduced.

【0029】本発明は上述した先行技術の未解決な問題
に鑑みなされたもので、本発明は簡単な回路構成で高精
度なトルク検出を行なうことのできる磁歪式トルクセン
サを提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned unsolved problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a magnetostrictive torque sensor capable of performing high-accuracy torque detection with a simple circuit configuration. And

【0030】[0030]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明が採用する磁歪式トルクセンサは、軸方
向に離間して外周側に一対の磁気異方性部を有する磁歪
シャフトと、該磁歪シャフトの外周側に位置して各磁気
異方性部に対向して設けられた一対の検出コイルと、該
各検出コイルを直列に接続することにより形成されたハ
ーフブリッジ回路と、該ハーフブリッジ回路の両端側に
180°位相の異なる入力波形をそれぞれ入力する発振
装置と、前記ハーフブリッジ回路の中点から出力される
検出信号中に含まれる発振装置からのノイズおよび歪を
除去する入力信号補正回路と、前記発振装置からの基準
波に基づいて、該入力信号補正回路から出力される信号
を整流波形として出力する位相検波回路と、該位相検波
回路からの整流波形を出力信号として処理する処理回路
とを備え、前記入力信号補正回路は、前記発振装置から
入力される2つの入力波形を加算して該発振回路のノイ
ズおよび歪を出力信号として抽出する第1の加算回路
と、該第1の加算回路からの出力信号と前記ハーフブリ
ッジ回路の中点からの検出信号とを加算することにより
ノイズおよび歪を相殺する第2の加算回路とから構成し
たことにある。
In order to solve the above-mentioned problems, a magnetostrictive torque sensor employed in the present invention is provided with a magnetostrictive shaft having a pair of magnetically anisotropic portions on an outer peripheral side which are spaced apart in an axial direction. A pair of detection coils provided on the outer peripheral side of the magnetostrictive shaft so as to face the respective magnetic anisotropic parts, and a half bridge circuit formed by connecting the respective detection coils in series; An oscillator for inputting input waveforms having a phase difference of 180 ° to both ends of the half-bridge circuit, and an input for removing noise and distortion from the oscillator included in the detection signal output from the midpoint of the half-bridge circuit A signal correction circuit, a phase detection circuit that outputs a signal output from the input signal correction circuit as a rectified waveform based on a reference wave from the oscillation device, and a rectified wave from the phase detection circuit. And a processing circuit for processing the input signal as an output signal, wherein the input signal correction circuit adds two input waveforms input from the oscillation device and extracts noise and distortion of the oscillation circuit as an output signal. An adder circuit, and a second adder circuit for canceling noise and distortion by adding an output signal from the first adder circuit and a detection signal from a midpoint of the half bridge circuit. .

【0031】[0031]

【作用】発振装置から出力される180°位相の異なる
入力波形を第1の加算回路で加算することにより、ノイ
ズおよび歪のみが検出され、このノイズおよび歪を第2
の加算回路でハーフブリッジ回路からの検出信号に加算
することによって検出信号に含まれる発振装置からのノ
イズおよび歪のみを相殺し、入力信号補正回路から位相
検波回路に出力される信号中にノイズおよび歪が加わる
のを除去する。
The first adder adds input waveforms output from the oscillating device having phases different from each other by 180 °, so that only noise and distortion are detected.
By adding to the detection signal from the half-bridge circuit by the addition circuit, only the noise and distortion from the oscillation device included in the detection signal are canceled, and the noise and the noise included in the signal output from the input signal correction circuit to the phase detection circuit are eliminated. Eliminates distortion.

【0032】[0032]

【実施例】以下、本発明の実施例を図1および図2に基
づき説明する。なお、実施例では前述した従来技術と同
一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する
ものとする。さらに、図面に示す励磁および検出コイル
9,10においては直流抵抗分r1 ,r2 は省略し、コ
イル記号のみで示している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the embodiments, the same components as those of the above-described conventional technology are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Further, in the excitation and detection coils 9 and 10 shown in the drawings, the DC resistance components r1 and r2 are omitted, and only the coil symbols are shown.

【0033】図中、21はハーフブリッジ回路を示し、
該ハーフブリッジ回路21は励磁および検出コイル9,
10を直列に接続し、その両側の端子A,Bには後述す
る三角波発生装置22が接続されている。また、中点の
接続点Cは入力信号補正回路23を介して位相検波回路
24に接続されている。
In the figure, reference numeral 21 denotes a half bridge circuit,
The half bridge circuit 21 includes an exciting and detecting coil 9,
10 are connected in series, and a triangular wave generator 22 described later is connected to terminals A and B on both sides. The midpoint connection point C is connected to the phase detection circuit 24 via the input signal correction circuit 23.

【0034】22は発振装置としての三角波発生装置を
示し、該三角波発生装置22からはハーフブリッジ回路
21に入力される入力波形として位相差が180°とな
る周波数30kHz の2つの三角波がそれぞれ出力さ
れ、該ハーフブリッジ回路21の両側の端子A,Bにそ
れぞれ入力される。また、該三角波発生装置22の入力
側は基準電圧VS に接続され、各入力波形はこの基準電
圧VS が重畳した波形となっている。また、該三角波発
生装置22からは入力波形に対応した検波電圧VK を位
相検波回路24に出力する。
Reference numeral 22 denotes a triangular wave generator as an oscillating device. The triangular wave generator 22 outputs two triangular waves having a frequency of 30 kHz and a phase difference of 180 ° as input waveforms input to the half bridge circuit 21. Are input to terminals A and B on both sides of the half bridge circuit 21, respectively. The input side of the triangular wave generator 22 is connected to a reference voltage VS, and each input waveform is a waveform on which the reference voltage VS is superimposed. The triangular wave generator 22 outputs a detection voltage VK corresponding to the input waveform to the phase detection circuit 24.

【0035】23は入力信号補正回路を示し、該入力信
号補正回路23は後述する平均値回路26および加算回
路31から構成され、該入力信号補正回路23はハーフ
ブリッジ回路21の検出コイル9,10の中点となる接
続点Cからの検出信号を増幅して位相検波回路24に出
力するものである。
Reference numeral 23 denotes an input signal correction circuit. The input signal correction circuit 23 comprises an average value circuit 26 and an adder circuit 31 which will be described later, and the input signal correction circuit 23 is connected to the detection coils 9 and 10 of the half bridge circuit 21. , And amplifies the detection signal from the connection point C, which is the middle point, and outputs it to the phase detection circuit 24.

【0036】24は位相検波回路を示し、該位相検波回
路24の入力側には入力信号補正回路23と三角波発生
装置22が接続され、出力側には後述の処理回路25が
接続されている。そして、該位相検波回路24は前記入
力信号補正回路23からの信号を三角波発生装置22か
らの検波電圧VK に基づいて検波処理し、正の部分と負
の部分に分けた整流波形として出力する。
Reference numeral 24 denotes a phase detection circuit. An input signal correction circuit 23 and a triangular wave generator 22 are connected to the input side of the phase detection circuit 24, and a processing circuit 25 described later is connected to the output side. The phase detection circuit 24 performs a detection process on the signal from the input signal correction circuit 23 based on the detection voltage VK from the triangular wave generator 22 and outputs a rectified waveform divided into a positive portion and a negative portion.

【0037】25は処理回路を示し、該処理回路25は
前記位相検波回路24からの整流波形をD−A変換して
出力電圧を得るもので、例えばLPF(ローパスフィル
タ回路),差動増幅回路等から構成されている。
Reference numeral 25 denotes a processing circuit, which obtains an output voltage by DA-converting the rectified waveform from the phase detection circuit 24. For example, an LPF (low-pass filter circuit), a differential amplifier circuit And so on.

【0038】次に、図2に基づいて前記入力信号補正回
路23の構成を具体的に示す。
Next, the configuration of the input signal correction circuit 23 will be specifically described with reference to FIG.

【0039】図2中、26は第1の加算回路としての平
均値回路を示し、該平均値回路26はオペアンプ27
と、該オペアンプ27の反転入力端子に接続され、抵抗
値R1,R2 (R1 =R2 )を有する入力抵抗28,2
9と、前記オペアンプ27の反転入力端子と出力端子間
に接続された抵抗値R3 (2R3 =R1 =R2 )を有す
る不帰還抵抗30とから構成されている。また、前記入
力抵抗28はハーフブリッジ回路21の端子Aを介して
三角波発生装置22の一方の出力側に接続され、入力抵
抗29がハーフブリッジ回路21の接続点Bを介して三
角波発生装置22の他方の出力側に接続され、オペアン
プ27の非反転入力端子は基準電圧VS に接続されてい
る。なお、該平均値回路26は増幅率1/2の反転加算
回路を構成している。
In FIG. 2, reference numeral 26 denotes an average value circuit as a first adder circuit.
And input resistors 28, 2 connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 27 and having resistance values R1, R2 (R1 = R2).
9 and a non-feedback resistor 30 having a resistance value R3 (2R3 = R1 = R2) connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 27. The input resistor 28 is connected to one output side of the triangular wave generator 22 via a terminal A of the half bridge circuit 21, and the input resistor 29 is connected to the triangular wave generator 22 via a connection point B of the half bridge circuit 21. The other output side is connected, and the non-inverting input terminal of the operational amplifier 27 is connected to the reference voltage VS. The averaging circuit 26 constitutes an inverting and adding circuit having an amplification factor of 1/2.

【0040】31は第2の加算回路としての加算回路を
示し、該加算回路31はオペアンプ32と、該オペアン
プ32の反転入力端子に接続され、抵抗値R4 ,R5
(R4=R5 )を有する入力抵抗33,34と、前記オ
ペアンプ32の反転入力端子と出力端子間に接続された
抵抗値R6 (R6 >R4 =R5 )を有する不帰還抵抗3
5とから構成されている。また、前記入力抵抗33は前
記平均値回路26のオペアンプ27の出力端子に接続さ
れ、入力抵抗34はハーフブリッジ回路21の端子Cに
接続され、オペアンプ32の非反転入力端子は基準電圧
VS に接続されている。なお、該加算回路31は増幅率
K0 (K0 =R6 /R4 )の反転加算増幅回路を構成し
ている。そして、入力信号補正回路23の出力端子36
は、前記位相検波回路24に接続されている。
Reference numeral 31 denotes an addition circuit as a second addition circuit. The addition circuit 31 is connected to an operational amplifier 32 and an inverting input terminal of the operational amplifier 32, and has resistance values R4 and R5.
Input resistors 33 and 34 having (R4 = R5), and a non-feedback resistor 3 having a resistance value R6 (R6> R4 = R5) connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 32.
And 5. The input resistor 33 is connected to the output terminal of the operational amplifier 27 of the average circuit 26, the input resistor 34 is connected to the terminal C of the half bridge circuit 21, and the non-inverting input terminal of the operational amplifier 32 is connected to the reference voltage VS. Have been. The addition circuit 31 constitutes an inversion addition amplification circuit having an amplification factor K0 (K0 = R6 / R4). Then, the output terminal 36 of the input signal correction circuit 23
Are connected to the phase detection circuit 24.

【0041】然るに、本実施例では、磁歪式トルクセン
サの検出回路では、励磁および検出コイル9,10を直
列に接続したハーフブリッジ回路21に三角波発生装置
22から三角波を入力し、励磁および検出コイル9,1
0の変化を位相検波回路24および処理回路25で処理
する構成とすることによって、従来技術のフルブリッジ
回路11とは異なり、簡単な回路で構成することがで
き、部品点数を削減できると共に、ブリッジ回路の平衡
状態を設定する調整作業を省略できる。
However, in this embodiment, in the detection circuit of the magnetostrictive torque sensor, a triangular wave is input from the triangular wave generator 22 to the half bridge circuit 21 in which the excitation and detection coils 9 and 10 are connected in series, and the excitation and detection coils are detected. 9,1
By adopting a configuration in which the change of 0 is processed by the phase detection circuit 24 and the processing circuit 25, unlike the full bridge circuit 11 of the related art, it can be configured by a simple circuit, and the number of parts can be reduced. The adjustment work for setting the equilibrium state of the circuit can be omitted.

【0042】また、フルブリッジ回路を簡略化したハー
フブリッジ回路21であっても、位相が180°異なる
三角波を該ハーフブリッジ回路21の両端側の端子A,
Bに入力することにより、フルブリッジ回路と同等以上
のトルク検出処理を行なうことができる。
Further, even in the half-bridge circuit 21 in which the full-bridge circuit is simplified, triangular waves having a phase difference of 180 ° are supplied to the terminals A,
By inputting to B, torque detection processing equal to or more than that of the full bridge circuit can be performed.

【0043】次に、入力信号補正回路23について説明
するに、まず三角波発生装置22から発生される2つの
三角波の入力形1,2とすると、
Next, the input signal correction circuit 23 will be described. First, assuming that the input forms 1 and 2 of two triangular waves generated from the triangular wave generator 22 are:

【0044】[0044]

【数6】 となる。(Equation 6) Becomes

【0045】また、平均値回路26についてみると、入
力抵抗28,29の抵抗値はR1 =R2であり、入力抵
抗28,29と不帰還抵抗30の抵抗比は2R3=R1
=R2であるから、オペアンプ27の出力端子からの波
形3は、増幅率−1/2となって、次の数7のように
なる。
In the mean value circuit 26, the resistance values of the input resistors 28 and 29 are R1 = R2, and the resistance ratio between the input resistors 28 and 29 and the non-feedback resistor 30 is 2R3 = R1.
Since R = R2, the waveform 3 from the output terminal of the operational amplifier 27 has an amplification factor of-の, and becomes as shown in the following Expression 7.

【0046】[0046]

【数7】 (Equation 7)

【0047】一方、トルクが零のときハーフブリッジ回
路21の接続点Cから出力される検出信号としての出力
波形0は、
On the other hand, when the torque is zero, the output waveform 0 as a detection signal output from the connection point C of the half bridge circuit 21 is as follows:

【0048】[0048]

【数8】 となる。(Equation 8) Becomes

【0049】さらに、加算回路31についてみると、入
力抵抗33,34の抵抗値R4=R5であるから、オペア
ンプ32の反転入力端子側の波形4は、
Further, regarding the addition circuit 31, since the resistance values R4 = R5 of the input resistors 33 and 34, the waveform 4 on the inverting input terminal side of the operational amplifier 32 is

【0050】[0050]

【数9】 となる。(Equation 9) Becomes

【0051】かくして、オペアンプ32の反転入力端子
側でみると、三角波発生装置22からのノイズ(歪分)
ΔV1 ,ΔV2 を除去することができる。
Thus, looking at the inverting input terminal side of the operational amplifier 32, the noise (distortion) from the triangular wave generator 22
ΔV1 and ΔV2 can be eliminated.

【0052】然るに、三角波発生装置22から出力され
る波形に含まれるノイズ(歪分)ΔV1 ,ΔV2 を平均
値回路26で数7として抽出し、該平均値回路26から
の出力を数8として表されるハーフブリッジ回路21か
らの検出信号に加算回路31で加算することにより、数
9に示すように、ノイズ(歪分)ΔV1 ,ΔV2 を相殺
することができる。
The noise (distortion) .DELTA.V1 and .DELTA.V2 contained in the waveform output from the triangular wave generator 22 are extracted by the average value circuit 26 as Expression 7, and the output from the average value circuit 26 is expressed as Expression 8. By adding the detected signal from the half bridge circuit 21 to the added signal by the adder circuit 31, the noise (distortion) ΔV1 and ΔV2 can be canceled as shown in Expression 9.

【0053】一方、トルクを加えた場合でも、ハーフブ
リッジ回路21の接続点Cからの出力波形0は入力波
形1,2の振幅が変化するのみで、ノイズ(歪分)Δ
V1 ,ΔV2 および基準電圧VSの直流成分は変化しな
いから、平均値回路26からの波形3とハーフブリッ
ジ回路21からの出力波0とを、数9のように加算回
路31で加算することにより、ノイズ(歪分)ΔV1 ,
ΔV2 を相殺できる。
On the other hand, even when a torque is applied, the output waveform 0 from the connection point C of the half bridge circuit 21 changes only the amplitude of the input waveforms 1 and 2 and generates noise (distortion) Δ
Since the DC components of V1, ΔV2 and the reference voltage VS do not change, the addition of the waveform 3 from the average value circuit 26 and the output wave 0 from the half bridge circuit 21 by the addition circuit 31 as shown in Expression 9 gives Noise (distortion) ΔV1,
ΔV2 can be offset.

【0054】そして、ハーフブリッジ回路21からの検
出信号に含まれる三角波発生装置22からのノイズ(歪
分)ΔV1 ,ΔV2 を除去し、後段の位相検波回路2
4,処理回路25により出力信号として処理し、正確な
トルク検出を行なうことができる。
Then, the noises (distortion components) ΔV 1 and ΔV 2 from the triangular wave generator 22 included in the detection signal from the half bridge circuit 21 are removed, and the subsequent phase detection circuit 2
4. Processing is performed as an output signal by the processing circuit 25, and accurate torque detection can be performed.

【0055】なお、前記実施例では磁歪シャフト2にお
いては、一対の磁気異方性部6,7の部位のみを磁性材
料で形成するものとして述べたが、本発明はこれに限ら
ず、磁歪シャフト2の全体を磁性材料により形成するも
のでもよい。
In the above-described embodiment, the magnetostrictive shaft 2 is described as being formed of only the pair of magnetic anisotropic portions 6 and 7 made of a magnetic material. 2 may be formed entirely of a magnetic material.

【0056】また、前記実施例では入力波形を180°
位相の異なる2つの三角波を発生する三角波発生装置2
2を用いたが、本発明はこれに限らず、180°位相の
異なる2つの正弦波を発生する正弦波発生装置を用いて
もよい。
In the above embodiment, the input waveform is set to 180 °.
Triangular wave generator 2 for generating two triangular waves having different phases
Although 2 is used, the present invention is not limited to this, and a sine wave generator that generates two sine waves having a phase difference of 180 ° may be used.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば、磁
歪シャフトに加わるトルクを検出する一対の検出コイル
を直列に接続してハーフブリッジ回路とし、該ハーフブ
リッジ回路の両端側に180°位相の異なる波形をそれ
ぞれ発振装置から入力し、該ハーフブリッジ回路の後段
には入力信号補正回路,位相検波回路および処理回路を
接続し、前記入力信号補正回路を、発振装置からの2つ
の入力波形を加算する第1の加算回路と、該第1の加算
回路からの出力と前記ハーフブリッジ回路の中点からの
検出信号とを加算する第2の加算回路とから構成するこ
とによって、発振装置からの入力波形に含まれるノイズ
および歪を第1の加算回路で抽出し、第2の加算回路で
第1の加算回路からの出力とハーフブリッジ回路からの
出力とを加算してノイズおよび歪のみを相殺できる。そ
して、位相検波回路に入力される検出信号に発振装置か
らのノイズおよび歪が加わるのを防止することによっ
て、トルクの検出精度を向上させることができる。
As described in detail above, according to the present invention, a pair of detection coils for detecting the torque applied to the magnetostrictive shaft are connected in series to form a half-bridge circuit, and 180 ° is applied to both ends of the half-bridge circuit. Waveforms having different phases are respectively input from the oscillator, and an input signal correction circuit, a phase detection circuit, and a processing circuit are connected to the subsequent stage of the half bridge circuit, and the input signal correction circuit is connected to two input waveforms from the oscillator. And a second addition circuit for adding the output from the first addition circuit and the detection signal from the midpoint of the half-bridge circuit. The first adder circuit extracts noise and distortion included in the input waveform of the second adder, and the second adder adds the output from the first adder circuit and the output from the half-bridge circuit. Only volume to offset noise and distortion. Then, by preventing noise and distortion from the oscillation device from being added to the detection signal input to the phase detection circuit, torque detection accuracy can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例によるトルク検出回路を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a torque detection circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1中の入力信号補正回路を具体的に示す回路
図である。
FIG. 2 is a circuit diagram specifically showing an input signal correction circuit in FIG. 1;

【図3】従来技術による磁歪式トルクセンサの構成図で
ある。
FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional magnetostrictive torque sensor.

【図4】従来技術によるトルク検出回路を示す回路図で
ある。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a conventional torque detection circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 磁歪シャフト 6,7 磁気異方性部 9,10 励磁および検出コイル(検出コイル) 21 ハーフブリッジ回路 22 三角波発生装置(発振装置) 23 入力信号補正回路 24 位相検波回路 25 処理回路 26 平均値回路(第1の加算回路) 31 加算回路(第2の加算回路) 2 Magnetostrictive shaft 6, 7 Magnetic anisotropic part 9, 10 Excitation and detection coil (detection coil) 21 Half bridge circuit 22 Triangular wave generator (oscillator) 23 Input signal correction circuit 24 Phase detection circuit 25 Processing circuit 26 Average value circuit (First Addition Circuit) 31 Addition Circuit (Second Addition Circuit)

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 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01L 3/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 軸方向に離間して外周側に一対の磁気異
方性部を有する磁歪シャフトと、該磁歪シャフトの外周
側に位置して各磁気異方性部に対向して設けられた一対
の検出コイルと、該各検出コイルを直列に接続すること
により形成されたハーフブリッジ回路と、該ハーフブリ
ッジ回路の両端側に180°位相の異なる入力波形をそ
れぞれ入力する発振装置と、前記ハーフブリッジ回路の
中点から出力される検出信号中に含まれる発振装置から
のノイズおよび歪を除去する入力信号補正回路と、前記
発振装置からの基準波に基づいて、該入力信号補正回路
から出力される信号を整流波形として出力する位相検波
回路と、該位相検波回路からの整流波形を出力信号とし
て処理する処理回路とを備え、前記入力信号補正回路
は、前記発振装置から入力される2つの入力波形を加算
して該発振回路のノイズおよび歪を出力信号として抽出
する第1の加算回路と、該第1の加算回路からの出力信
号と前記ハーフブリッジ回路の中点からの検出信号とを
加算することによりノイズおよび歪を相殺する第2の加
算回路とから構成してなる磁歪式トルクセンサ。
1. A magnetostrictive shaft having a pair of magnetically anisotropic parts on an outer peripheral side separated from each other in an axial direction, and provided on the outer peripheral side of the magnetostrictive shaft so as to face each magnetically anisotropic part. A pair of detection coils, a half-bridge circuit formed by connecting the respective detection coils in series, an oscillating device for inputting input waveforms having a phase difference of 180 ° to both ends of the half-bridge circuit, An input signal correction circuit for removing noise and distortion from the oscillation device included in the detection signal output from the midpoint of the bridge circuit, and an output signal from the input signal correction circuit based on a reference wave from the oscillation device. And a processing circuit for processing the rectified waveform from the phase detection circuit as an output signal, wherein the input signal correction circuit is A first adder circuit for adding two input waveforms to be input and extracting noise and distortion of the oscillation circuit as an output signal; and an output signal from the first adder circuit and a midpoint of the half bridge circuit. And a second addition circuit for canceling noise and distortion by adding the detection signal of the magnetostrictive torque sensor.
JP11543893A 1993-04-19 1993-04-19 Magnetostrictive torque sensor Expired - Fee Related JP3161867B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11543893A JP3161867B2 (en) 1993-04-19 1993-04-19 Magnetostrictive torque sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11543893A JP3161867B2 (en) 1993-04-19 1993-04-19 Magnetostrictive torque sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06300647A JPH06300647A (en) 1994-10-28
JP3161867B2 true JP3161867B2 (en) 2001-04-25

Family

ID=14662567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11543893A Expired - Fee Related JP3161867B2 (en) 1993-04-19 1993-04-19 Magnetostrictive torque sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3161867B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3309604B2 (en) * 1994-11-14 2002-07-29 日本精工株式会社 Torque sensor
CN109313006B (en) 2016-05-17 2021-02-02 康斯博格股份有限公司 System, method and object for high accuracy magnetic position sensing
CN110088583B (en) 2016-12-12 2021-07-30 康斯博格股份有限公司 Dual-band magnetoelastic torque sensor
US10983019B2 (en) 2019-01-10 2021-04-20 Ka Group Ag Magnetoelastic type torque sensor with temperature dependent error compensation

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06300647A (en) 1994-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7362096B2 (en) Robust detection of strain with temperature correction
EP0981760B1 (en) Conditioner circuit for torque sensor
US5522269A (en) Apparatus and method for transducing torque applied to a magnetostrictive shaft while minimizing temperature induced variations
JP2529979Y2 (en) Sensor processing circuit
JPH0674841A (en) Processing circuit for magnetostrictive type torque sensor
JP3161867B2 (en) Magnetostrictive torque sensor
EP1498714A1 (en) Torque detector
US4972146A (en) Saturble core device with DC component elimination for measuring an external magnetic field
JP2816528B2 (en) Torque detector
JPH0545537U (en) Magnetostrictive torque sensor
JP3161133B2 (en) Force detection device
JP2529980Y2 (en) Magnetostrictive torque sensor
JPH072943U (en) Magnetostrictive torque sensor
JP2608498B2 (en) Magnetostrictive torque sensor
JPH06323930A (en) Disurbing magnetic-field noise compensation device of magnetostrictive torque sensor
JP2541859Y2 (en) Magnetostrictive torque sensor
JPH07159258A (en) Magnetostrictive torque sensor
JPH06221941A (en) Magnetostrictive torque sensor
JPH0420826A (en) Temperature characteristics compensating circuit of torque sensor
JPH09113543A (en) Direct current detecting device
JP4337180B2 (en) Magnetostrictive torque sensor
JPH02201101A (en) Displacement sensor for magnetic bearing
JPH0540848U (en) Magnetostrictive torque sensor
JP3092755B2 (en) Temperature compensation device for differential magnetic sensor
JPH04357428A (en) Compensating apparatus for temperature characteristic of torque sensor

Legal Events

Date Code Title Description
S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees