JP3456500B2 - トルクセンサ信号処理方法 - Google Patents

トルクセンサ信号処理方法

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JP3456500B2
JP3456500B2 JP25932794A JP25932794A JP3456500B2 JP 3456500 B2 JP3456500 B2 JP 3456500B2 JP 25932794 A JP25932794 A JP 25932794A JP 25932794 A JP25932794 A JP 25932794A JP 3456500 B2 JP3456500 B2 JP 3456500B2
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章博 野村
吉田  康
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁歪式トルクセンサの
信号処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、磁歪式トルクセンサの信号処理方
式として、トルク伝達軸の表面に磁歪材と、その周囲に
励磁コイルと検出コイルを設け、励磁コイルに交流電流
を流し、検出コイルに現れる電圧により磁歪材の透磁率
の大きさを検出し、これによりトルク伝達軸に加わるト
ルクの大きさを検出する方法がある。図7に従来のトル
クセンサ信号処理方法を示す。1はトルク伝達軸、2は
励磁電源、3は励磁コイル、4は磁歪材、5は検出コイ
ル、6は全波整流器、7はローパスフィルタ、8は直流
電圧計で構成されている。定電圧励磁電源2により励磁
コイル3に電流が流される。この電流による磁束が、磁
歪材4を通り検出コイル5に鎖交する。この鎖交磁束に
より検出コイル5には、電圧が発生する。この電圧を、
全波整流器6により整流し、ローパスフィルタ7を介し
て直流電圧計8で出力電圧を測る。磁歪材4の透磁率の
大きさにより、検出コイル5に鎖交する磁束が変化し、
検出コイル5に発生する電圧の大きさも変化する。トル
ク伝達軸にトルクが加わらないときの検出電圧とトルク
が印加され増加又は減少した検出電圧の差により磁歪材
4の透磁率の変化量が測定される。この透磁率の変化量
からトルク伝達軸1に印加されるトルクの値がわかる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した磁歪式トルク
センサ信号処理方法では、検出コイル5の両端の電圧V
det は、励磁コイル3の抵抗をR1 ・インダクタンスを
1 ・励磁コイル3と検出コイル5の相互インダクタン
スをM・励磁電源2の角周波数をω・励磁電源2の電圧
をEとすると、 Vdet = j・ω・M・E/(R1 +j・ω・L1 ) と表され、励磁コイル3の抵抗分R1 が小さく無視でき
るような場合、 Vdet ≒(M・E)/L1 と近似される。このときM/L1 は励磁コイル3および
検出コイル5の幾何学的形状のみにより決まり、磁歪材
の透磁率の変化の影響はほとんど受けないので、検出電
圧Vdet は一定となり、ほとんど変化しない。また、R
1 が無視できないような場合でも、磁歪材の透磁率μが
μ+Δμに増加した時、励磁コイルの自己インダクタン
スL1 がL1 +ΔL1 の増加することにより、相互イン
ダクタンスMの増加が検出電圧の増加に直接結びつか
ず、感度が低下するという問題点があった。そこで本発
明は、磁歪材の透磁率の変化による励磁コイルの自己イ
ンダクタンスの変化分を補正し、測定感度の低下を防ぐ
ことを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明はトルク伝達軸表面に磁歪材を固定し、前記
磁歪材の近傍に前記磁歪材を励磁する励磁コイルと前記
トルク伝達軸に印加されたトルクを検出する検出コイル
を配置した磁歪式トルクセンサの信号処理方法におい
て、前記検出コイルに誘起する検出信号Vdet を検出
し、前記励磁コイルを流れる励磁電流を電流検出器で検
出し、前記電流検出器の検出信号と前記検出コイルの検
出信号Vdet を二つの整流手段により各々整流し、前記
二つの整流手段からの出力信号の比を演算し、前記演算
値をトルク信号とする。また、前記磁歪式トルクセンサ
の信号処理方法において、前記励磁コイルを流れる励磁
電流を電流検出器で検出し、前記電流検出器の検出信号
を微分器で微分し、前記検出コイルの検出信号Vdet
前記微分器からの出力信号との比を演算し、前記演算値
をトルク信号とする。また、前記磁歪式トルクセンサの
信号処理方法において、前記検出コイルの検出信号V
det を時間積分し、前記励磁コイルを流れる励磁電流を
前記電流検出器で電流検出し、前記時間積分信号と前記
電流検出信号との比を演算し、前記演算値をトルク信号
とするものである。
【0005】
【作用】上記手段により、トルクの印加による磁歪材の
透磁率の変化が、励磁回路に及ぼす影響を補正すること
ができ、励磁回路のインダクタンスの変化による検出コ
イルの検出感度の低下を防止することができる。
【0006】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例を図1に基づい
て説明する。図において、1はトルク伝達軸、2は励磁
電源、3は励磁コイル、4は磁歪材、5は検出コイル、
6は全波整流器、7はローパスフィルタ、9は電流検出
器、6aは全波整流器、7aはローパスフィルタ、10
は割算器である。励磁電源2により励磁コイル3に流れ
る電流I0 は、励磁コイル3の抵抗をR1 、自己インダ
クタンスをL1 、励磁電源2の電圧をE、角周波数をω
とすると、 I0 =E/(R1 +j・ω・L1 ) となる。 この電流により磁歪材4を通る磁束が作られる。この磁
束の内、検出コイル5に鎖交するものにより、検出電圧
が決まる。励磁コイル3と検出コイル5の相互インダク
タンスをMとすると、検出コイル5に誘起する検出電圧
det は Vdet =j・ω・M・E/(R1 +j・ω・L1 ) となる。この電圧を全波整流器6、ローパスフィルタ7
をとおして直流電圧に変換する。この時磁歪材の透磁率
の変化は、励磁コイル3と検出コイル5の間の相互イン
ダクタンスMを変えるとともに、励磁コイルの自己イン
ダクタンスL1 も変化させる。そのため、磁歪効果で起
こる透磁率の変化による検出電圧の変化は、その感度が
低下する。そこで、本実施例では励磁電流I0 を検出す
る電流検出器9を設ける。励磁電流I0 は、上述のよう
に I0 =E/(R1 +j・ω・L1 ) と表すことができる。よって、この励磁電流信号を全波
整流器6aで整流し、ローパスフィルタ7aをとおし直
流信号に変換する。この変換した直流信号により上述の
検出コイルからの検出信号の直流化された信号を割算器
10により割算するとVdet /I0 =ωMを得る。この
演算により励磁コイル3と検出コイル5の相互インダク
タンスMと励磁電源2の角周波数ωの積を求めることが
できる。この電圧を、直流電圧計8により計測すること
により相互インダクタンスMの変化が測定できる。相互
インダクタンスMの変化により透磁率の変化がわかる。
この透磁率の変化により、トルク伝達軸1に加わるトル
クの大きさを精確に測定することができる。
【0007】本発明の第2の実施例を図2に示す。トル
ク伝達軸1には、印加トルクに対して互いに逆の磁歪特
性を持つ磁歪材4a、4bが設けられている。各軸磁歪
材には励磁コイル3a、3b、検出コイル5a、5b、
全波整流器6a、6b、6c、6d、ローパスフィルタ
7a、7b、7c、7d、及び割算器10a、10bが
設けられている。各磁歪材における構成は、第1の実施
例で述べたような動作をする。しかし磁歪特性が逆であ
るため、それぞれの構成は印加トルクに対して逆の特性
を示す。そのため、割算器10a、10bの出力を差動
増幅器11により差動増幅することにより検出感度は第
1の実施例と比較して2倍になる。
【0008】本発明の第3の実施例を図3に示す。励磁
電源2により、励磁コイル3に励磁電流が流れる。この
電流を電流検出器9により検出する。この時の電流をI
0 とする。この電流により磁歪材4を通る磁束が作られ
る。この磁束の内、検出コイル5に鎖交するものによ
り、検出電圧が決まる。励磁コイル3と検出コイル5の
相互インダクタンスをMとすると、検出電圧Vdet は Vdet =−M(dI0 /dt) と表すことができる。よって、電流検出器9により検出
された検出電流I0 を微分器12により微分し、検出コ
イル5において求める検出電圧を割算器10により割算
することにより相互インダクタンスの値Mを求めること
ができる。この電圧を、直流電圧計8により計測するこ
とにより相互インダクタンスの変化が測定できる。相互
インダクタンスの変化より透磁率の変化がわかる。この
透磁率の変化により、トルク伝達軸1に加わるトルクの
大きさを精確に測定することができる。
【0009】本発明の第4の実施例を図4に示す。トル
ク伝達軸1には、印加トルクに対して互いに逆の磁歪特
性を持つ磁歪材4a、4bが設けられている。各磁歪材
には励磁コイル3a、3b、検出コイル5a、5b、及
び割算器10a、10bが設けられている。各磁歪材に
おける構成は、第2の実施例で述べたような動作をす
る。しかし磁歪特性が逆であるため、それぞれの構成は
印加トルクに対して逆の特性を示す。そのため、割算器
10a、10bの出力を差動増幅器11により差動増幅
することにより検出感度は第3に実施例と比較して2倍
になる。
【0010】本発明の第5の実施例を図5に示す。13
は積分器である。励磁電源2により、励磁コイル3に励
磁電流が流れる。この電流を電流検出器9により検出す
る。この時の電流をI0 とする。この電流により磁歪材
4を通る磁束が作られる。この磁束の内、検出コイル5
に鎖交するものにより、検出電圧が決まる。励磁コイル
3と検出コイル5の相互インダクタンスをMとすると、
検出電圧Vdet は Vdet =−M(dI0 /dt) と表すことができるので、両辺を時間tで積分すると ∫Vdet dt=−M・I0 となる。検出コイル5の検出電圧を積分器13により積
分し検出電流I0 により割算器10により割算すること
により、相互インダクタンスMを求めることができる。
【0011】本発明の第6の実施例を図6に示す。トル
ク伝達軸1には、印加トルクに対して互いに逆の磁歪特
性を持つ磁歪材4a、4bが設けられている。各磁歪材
には励磁コイル3a、3b、検出コイル5a、5b、積
分器13a、13b、および割算器10a、10bが設
けられている。各磁歪材における構成は、第5の実施例
で述べたような動作をする。しかし磁歪特性が逆である
ため、それぞれの構成は印加トルクに対して逆の特性を
示す。そのため、割算器10a、10bの出力を差動増
幅器11より差動増幅することにより検出感度は第5の
実施例と比較して2倍になる。
【0012】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、検出
コイルの検出電圧において磁歪材の透磁率の変化による
励磁コイルの自己インダクタンスの変化分を補正するた
め、測定感度の低下を防ぐことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例
【図2】本発明の第2の実施例
【図3】本発明の第3の実施例
【図4】本発明の第4の実施例
【図5】本発明の第5の実施例
【図6】本発明の第6の実施例
【図7】従来のトルクセンサ信号処理方式を示す図
【符号の説明】
1 トルク伝達軸 2 励磁電源 3、3a、3b 励磁コイル 4、4a、4b 磁歪材 5、5a、5b 検出コイル 6、6a、6b、6c、6d 全波整流器 7、7a、7b、7c、7d ローパスフィルタ 8 直流電圧計 9 電流検出器 10、10a、10b 割算器 11 差動増幅器 12、12a、12b 微分器 13、13a、13b 積分器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−183924(JP,A) 特開 平4−175627(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 3/10 301

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】トルク伝達軸表面に磁歪材を固定し、前記
    磁歪材の近傍に前記磁歪材を励磁する励磁コイルと前記
    トルク伝達軸に印加されたトルクを検出する検出コイル
    を配置した磁歪式トルクセンサの信号処理方法におい
    て、 前記検出コイルに誘起する検出信号Vdet を検出し、 前記励磁コイルを流れる励磁電流を電流検出器で検出
    し、 前記電流検出器の検出信号と前記検出コイルの検出信号
    Vdet を二つの整流手段により各々整流し、 前記二つの整流手段からの出力信号の比を演算し、 前記演算値をトルク信号とすることを特徴とするトルク
    センサ信号処理方法。
  2. 【請求項2】 前記磁歪式トルクセンサの信号処理方法
    において、 前記励磁コイルを流れる励磁電流を電流検出器で検出
    し、 前記電流検出器の検出信号を微分器で微分し、 前記検出コイルの検出信号Vdet と前記微分器からの出
    力信号との比を演算し、 前記演算値をトルク信号とすることを特徴とする請求項
    1記載のトルクセンサ信号処理方法。
  3. 【請求項3】 前記磁歪式トルクセンサの信号処理方法
    において、 前記検出コイルの検出信号Vdet を時間積分し、 前記励磁コイルを流れる励磁電流を前記電流検出器で電
    流検出し、 前記時間積分信号と前記電流検出信号との比を演算し、 前記演算値をトルク信号とすることを特徴とする請求項
    1記載のトルクセンサ信号処理方法。
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