JP5024648B2 - Torque detection method and torque detection device - Google Patents
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Description
本発明は、例えばボイスコイルモータ用磁石の磁界によって発生するトルクを感度良く測定するためのトルク検出方法及びトルク検出装置に関する。 The present invention relates to a torque detection method and a torque detection apparatus for measuring, for example, a torque generated by a magnetic field of a magnet for a voice coil motor with high sensitivity.
例えばハードディスクドライブ用ボイスコイルモータでは、ボイスコイルモータの小型化や高性能化が要求されており、組み込まれる磁石の性能向上が進められている。例えばネオジム鉄ボロン系焼結磁石等の希土類焼結磁石は、高い磁気特性を有することから、前記ボイスコイルモータの小型化、高性能化に寄与している。 For example, in a voice coil motor for a hard disk drive, miniaturization and high performance of the voice coil motor are required, and the performance of the magnet to be incorporated is being improved. For example, rare earth sintered magnets such as neodymium iron boron-based sintered magnets have high magnetic properties, and thus contribute to the miniaturization and high performance of the voice coil motor.
一方で、前記ボイスコイルモータに用いる磁石においては、磁気ヘッドが搭載されたアクチュエータを円滑に動作させる必要があり、磁石によって発生した磁界によって出現するトルクを正確に評価することが望まれている。 On the other hand, in the magnet used for the voice coil motor, it is necessary to smoothly operate the actuator on which the magnetic head is mounted, and it is desired to accurately evaluate the torque that appears due to the magnetic field generated by the magnet.
トルクの測定は、各方面において広く行われており、例えば自動車のパワーステアリングに用いられる回転角度センサやトルク検出センサ、液体の粘性やぬれ性測定用のトルクセンサ、ドリルの穴あけ機のトルクセンサ等が代表例である(例えば、特許文献1や特許文献2等を参照)。
Torque measurement is widely performed in various directions, for example, rotation angle sensors and torque detection sensors used in automobile power steering, torque sensors for measuring liquid viscosity and wettability, torque sensors for drill punchers, etc. Is a typical example (see, for example,
特許文献1記載の発明は、電動パワーステアリング装置に組み込まれる回転角度センサに関するものであり、一対の歯車をトーションバーを介して組み合わせ、各々の歯車の回転角度を磁気的に読み取り、トーションバーの捻れによって発生したズレから操作軸の回転トルクを検出する磁気検知方法が開示されている。
The invention described in
特許文献2記載の発明は、回転粘度計のトルク検出装置に関するものであり、試料を回転させ、流動変形を受けることにより発生した回転軸の捻れ角を磁気的に読み取る方法が開示されている。
The invention described in
その他、磁歪材の捻れによる透磁率変化を読み取る方法や、超音波や光を当てて応力によって変化する周波数や伝搬速度、屈折率等を読み取る方法等も提案されている。 In addition, a method of reading a change in permeability due to twisting of a magnetostrictive material, a method of reading a frequency, a propagation speed, a refractive index, and the like that change due to stress by applying ultrasonic waves or light have been proposed.
磁気記録の分野におけるトルク測定としては、円盤状磁気記録媒体の走行トルクの測定方法及び装置が本願出願人によって提案されている(特許文献3を参照)。特許文献3には、円盤状磁気記録媒体のためのスピンドルモータの負荷電流を測定する手段と、磁気ヘッドを支持してその高さを調整できるマイクロメータヘッドとを有する走行トルク測定装置により、フロッピーディスクのトルクを精密に測定することが開示されている。
しかしながら、前記各特許文献に代表される従来技術は、いずれも測定対象が回転動作によって発生するトルクであり、磁界により発生するトルクを検出することに関しては何ら検討されていない。また、微小レベルのトルクを高感度に測定する技術についても未だ確立されていない。 However, all of the conventional techniques represented by the above-mentioned patent documents are torques generated by the rotation of the object to be measured, and no investigation has been made on detecting the torque generated by the magnetic field. In addition, a technique for measuring a minute level of torque with high sensitivity has not yet been established.
前記従来技術におけるトルク測定は、トルクによって発生するトーションバー等の伝達軸の捻れや物性変化を利用するものであり、ボイスコイルモータで発生するトルクのように微小なトルク変化を検知するには適用が難しく、従来技術を活用することは困難である。また、磁界との相互作用によって発生するトルクを測定するため、磁気検知法や磁歪を利用した方法では、前記磁界がノイズの原因となり、ノイズによる誤差が大きくなることが懸念される。さらに、超音波や光で計測する技術では、装置が大がかりとなり、ランニングコストも発生するという課題が残る。 Torque measurement in the prior art uses twisting of a transmission shaft such as a torsion bar generated by torque and changes in physical properties, and is applied to detect minute torque changes such as torque generated by a voice coil motor. It is difficult to make use of conventional technology. In addition, since the torque generated by the interaction with the magnetic field is measured, in the magnetic detection method and the method using magnetostriction, there is a concern that the magnetic field causes noise and an error due to noise increases. Furthermore, in the technique of measuring with ultrasonic waves or light, there remains a problem that the apparatus becomes large and the running cost is also generated.
そこで本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、簡単な構成、構造でありながら磁界との相互作用によって発生するトルクを正確に検出することが可能な新規なトルク検出方法及びトルク検出装置を提供することを目的とし、感度の向上により磁界との相互作用によって発生する微小なトルクを精度良く計測することが可能なトルク検出方法及びトルク検出装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and a novel torque capable of accurately detecting the torque generated by the interaction with the magnetic field while having a simple configuration and structure. It is an object to provide a detection method and a torque detection device, and to provide a torque detection method and a torque detection device capable of accurately measuring a minute torque generated by interaction with a magnetic field by improving sensitivity. Objective.
前述の目的を達成するために、本発明のトルク検出方法は、ボイスコイルモータ用の磁石の磁界との相互作用によって発生するトルクを検出するトルク検出方法であって、前記磁石の磁界との相互作用によりトルクを発生するコイルまたは磁性体を有するトルク発生ユニットを回転軸に装着し、前記トルクを前記回転軸に伝達することにより回転軸を回転させようとする力に変換し、変換された力をロードセルにより測定することを特徴とし、前記コイルまたは磁性体と磁石の対向位置を相対移動させ、前記磁石によって発生するトルクの相対回転角に対する分布を測定することを特徴とする。また、本発明のトルク検出装置は、ボイスコイルモータ用の磁石の磁界との相互作用によって発生するトルクを検出するトルク検出装置であって、前記磁石と対向して配置され、磁石との磁気的相互作用によりトルクを発生するコイルまたは磁性体を有するトルク発生ユニットと、一端部に前記トルク発生ユニットが装着される回転軸と、前記回転軸の回転しようとする力を測定するロードセルとを備え、前記コイルまたは磁性体と磁石の対向位置を相対移動させ、前記磁石によって発生するトルクの相対回転角に対する分布を測定することを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, a torque detection method of the present invention is a torque detection method for detecting torque generated by interaction with a magnetic field of a magnet for a voice coil motor, the mutual detection with the magnetic field of the magnet. A torque generating unit having a coil or magnetic body that generates torque by action is attached to the rotating shaft , and the torque is converted to a force to rotate the rotating shaft by transmitting the torque to the rotating shaft , and the converted force Is measured by a load cell, and the position where the coil or the magnetic body and the magnet are opposed to each other is relatively moved, and the distribution of the torque generated by the magnet with respect to the relative rotation angle is measured. The torque detection device of the present invention is a torque detection device that detects torque generated by interaction with a magnetic field of a magnet for a voice coil motor, and is disposed opposite to the magnet, and is magnetically coupled to the magnet. A torque generating unit having a coil or a magnetic body that generates torque by interaction; a rotating shaft on which the torque generating unit is mounted at one end; and a load cell that measures a force to rotate the rotating shaft; The coil or the magnetic body and the magnet are moved relative to each other, and the distribution of the torque generated by the magnet with respect to the relative rotation angle is measured.
本発明においては、磁界によって発生したトルクを直接回転軸に伝え、この回転軸の回転しようとする力をロードセルを用いて直接検知し、トルクを検出する。したがって、トルクにより発生した力が摩擦抵抗等により殆どロスすることなくロードセルに伝達されて計測されるので、検出精度が向上し、微小トルクの検出が可能になる。また、磁気検知や磁歪検知ではないので、磁界の影響も皆無である。さらに、回転軸とロードセルを備えるだけの簡単な構造で済み、超音波や光で計測する技術のように装置が大がかりとなることもなく、ランニングコストが発生することもない。 In the present invention, the torque generated by the magnetic field is directly transmitted to the rotating shaft, and the force to rotate the rotating shaft is directly detected using the load cell to detect the torque. Therefore, the force generated by the torque is transmitted to and measured by the load cell with almost no loss due to frictional resistance or the like, so that the detection accuracy is improved and the minute torque can be detected. Further, since it is not magnetic detection or magnetostriction detection, there is no influence of the magnetic field. In addition, a simple structure that only includes a rotating shaft and a load cell is sufficient, and the apparatus does not become large as in the technique of measuring with ultrasonic waves or light, and there is no running cost.
本発明によれば、簡単な構成、構造でありながら磁界によって発生するトルクを正確に検出することが可能であり、磁界によって発生する微小なトルクを高感度に、且つ精度良く計測することが可能である。また、磁界によりノイズの問題が発生することはなく、設備を大がかりにする必要もない。さらに、ランニングコスト等を要することもなく、低コストに計測を行うことが可能である。 According to the present invention, it is possible to accurately detect torque generated by a magnetic field while having a simple configuration and structure, and it is possible to measure minute torque generated by a magnetic field with high sensitivity and high accuracy. It is. Further, the problem of noise does not occur due to the magnetic field, and there is no need to make the equipment large. Furthermore, it is possible to perform measurement at a low cost without requiring a running cost or the like.
以下、本発明を適用したトルク検出方法及びトルク検出装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、ボイスコイルモータ用の磁石の磁界によって発生するトルクを計測対象としたトルク検出方法及びトルク検出装置を例にして説明するが、本発明がこれに限られるものでないことは言うまでもなく、種々の用途の磁石のトルク測定にも利用することができる。 Hereinafter, a torque detection method and a torque detection apparatus to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, a torque detection method and a torque detection device for measuring torque generated by a magnetic field of a magnet for a voice coil motor will be described as an example, but it goes without saying that the present invention is not limited to this. In addition, it can be used for torque measurement of magnets for various purposes.
(第1の実施形態)
本実施形態のトルク検出装置は、ボイスコイルモータ(VCM)用の磁石(円弧状のいわゆる扇形形状磁石)の磁界によって発生するトルクを計測対象とするものである。ボイスコイルモータは、扇形形状磁石と駆動コイルを備えたアクチュエータとを組み合わせ、前記駆動コイルを扇形形状磁石と対向配置し、扇形形状磁石の磁界と駆動電流を供給した駆動コイルで発生する磁界の磁気的相互作用によってトルクを発生させ、磁気ヘッドを搭載したアクチュエータを回転駆動するという構造を採用している。一方、ハードディスクドライブ(HDD)においては、その小型化や薄型化が進められており、前記扇形形状磁石も小型化、薄型化が求められている。このような小型化、薄型化が進められる状況の中、HDDヘッドを円滑に動作させるためには、前記扇形形状磁石とコイル間に発生する微小なトルクを直接的に把握することが重要になる。本実施形態のトルク検出装置は、この扇形形状磁石とコイル間に発生する微小なトルクを直接的、且つ高精度に測定するものである。
(First embodiment)
The torque detection device of the present embodiment is intended to measure torque generated by the magnetic field of a magnet (arc-shaped so-called fan-shaped magnet) for a voice coil motor (VCM). The voice coil motor combines a fan-shaped magnet and an actuator equipped with a drive coil, and the drive coil is arranged opposite to the fan-shaped magnet so as to generate a magnetic field generated by the drive coil supplied with the magnetic field of the fan-shaped magnet and the drive current. A structure is employed in which torque is generated by mechanical interaction and an actuator mounted with a magnetic head is rotationally driven. On the other hand, hard disk drives (HDDs) are being reduced in size and thickness, and the fan-shaped magnets are also required to be reduced in size and thickness. Under such circumstances of miniaturization and thinning, it is important to directly grasp the minute torque generated between the fan-shaped magnet and the coil in order to smoothly operate the HDD head. . The torque detection device of the present embodiment measures a minute torque generated between the fan-shaped magnet and the coil directly and with high accuracy.
図1及び図2は、本実施形態のトルク検出装置の概略構成を示す模式的な図面である。本実施形態のトルク検出装置は、扇形形状磁石1と対向して配置されるコイルユニット(トルク発生ユニットに相当するものであり、ここでは磁石の磁界との相互作用によりトルクを発生するコイルを有するボイスコイルモータのアクチュエータ)2と、このコイルユニット2が取り付けられる回転軸3、前記回転軸3を支持する支持台4、回転軸3に伝達されたトルク(力)を計測するロードセル5とから構成されている。
1 and 2 are schematic diagrams showing a schematic configuration of the torque detection device of the present embodiment. The torque detection device of the present embodiment has a coil unit (corresponding to a torque generation unit) disposed opposite to the sector-
前記回転軸3は、ベアリング6を介して支持台4にほぼ直角、且つ回転自在に挿通されており、当該回転軸3の回転に関しては、極力摩擦や抵抗がないように設計されている。この回転軸3は、前記扇形形状磁石1とコイルユニット2の相互作用により発生するトルクをロードセル5に伝達する役割を果たすものであり、回転軸3の回転に対して例えば摩擦力が働くと、これが損失となって正確な計測が難しくなるおそれがある。したがって、本実施形態の場合、前記ベアリング6により前記回転軸3に加わる摩擦や抵抗等を低減するようにしている。
The
また、前記回転軸3の根元部分(支持台4よりも下方位置)には、安定に固定された固定台7に設置された前記ロードセル(荷重変換器)5が結合されており、このロードセル5によって回転軸3に働く回転しようとする力を検出するように構成されている。ロードセル5は、「力」を「電気出力」に変換するものであり、一般的には歪みゲージにより前記変換が行われる。
In addition, the load cell (load converter) 5 installed on a
前記ロードセル5は、回転軸3に働く回転しようとする力を効率的にロードセル5に伝達するために、例えばアーム等を介して回転軸3とロードセル5とを結合している。本例の場合、回転軸3に設けられたアーム8にロードセル5が結合されている。なお、このアーム8についても、例えば前記回転軸3が回転しようとする力によってアーム8が撓んだり変形すると損失の原因となることから、これに耐え得る剛性の高いものとする必要がある。
The
一方、前記回転軸3の反対側の先端(上端)には、前記コイルユニット2が回転軸3に対してほぼ直角に取り付けられる。このコイルユニット2は、不用意に動くことが無いように前記回転軸3に対して強固に固定される。トルクが発生した際にコイルユニット2と回転軸3とが位置ズレを起こすと、やはり損失に繋がるため、例えばネジ止め等によりコイルユニット2を回転軸3に機械的に強固に固定する。
On the other hand, the
前記コイルユニット2は、前記扇形形状磁石1との相互作用によりトルクを発生させるために磁石対向面内において巻回されたコイル2aを備えており、このコイル2aに電流を流すことで扇形形状磁石1との磁気的相互作用によってトルクが発生する。
The
ここで、前記コイルユニット2としては、ボイスコイルモータのアクチュエータをそのままコイルユニット2として用いることが好ましい。アクチュエータをそのままコイル世ニット2として用いれば、実際のボイスコイルモータに即した計測が可能となり、ボイスコイルモータで実際に発生するトルクをそのまま計測することが可能になる。
Here, as the
前記扇形形状磁石1は、本実施形態の場合、前記コイルユニット2を挟んで略平行に一対設置しているが、コイルユニット2と対向して片側にのみ扇形形状磁石1を配置することも可能である。いずれにしても、扇形形状磁石1の配置についても、実際のボイスコイルモータに即したものとすることが好ましい。
In the case of this embodiment, a pair of the fan-shaped
また、前記扇形形状磁石1は、図示は省略するが、コイルユニット2と対向する面内において、当該コイルユニット2に対して相対移動可能なように支持機構に保持されている。この支持機構は、前記コイルユニット2の回転軸3による回転方向に対して扇形形状磁石1を回転可能とするものであり、前記支持機構を前記支持台4に取り付けることにより、扇形形状磁石1とコイルユニット2の間隔を一定に保ちながら相対位置関係を変更することが可能になる。
Although not shown, the fan-shaped
以上が本実施形態のトルク検出装置の構成であるが、トルク検出に際しては、前記コイルユニット2のコイル2aに電流を流し、扇形形状磁石1とコイル2aとの磁気的相互作用によるトルクを発生させる。発生したトルクは、前記コイルユニット2を回転しようとする力となり、これが前記回転軸3を回転しようとする力になる。この回転軸3を回転させようとする力は、回転軸3にアーム8を介して結合されるロードセル5に伝達され、力の大きさをロードセル5によって計測することで発生したトルクが算出される。
The above is the configuration of the torque detection device of the present embodiment. In detecting the torque, a current is passed through the
トルクの測定に際しては、コイル2aに電流を流していない時のロードセル5の荷重をゼロに設定する。したがって、コイル2aに所定の電流を流した時には相対荷重となるので、測定ばらつきを抑えることができる。また、測定に際してコイル2aに流す電流は一定でもよいが、例えば電流値を変えながらその都度トルクを読み取ることで、さらに精度良く発生トルクを把握することができる。
When measuring the torque, the load of the
前記トルク測定において、発生したトルクによってコイルユニット2の回転しようとする力が回転軸3に伝達されるが、回転軸3自体は前記ロードセル5と結合されていることから回転することはない。回転しようとする力がロードセル5に伝達されるだけである。したがって、扇形形状磁石1とコイルユニット2の相対位置関係を固定した状態で前記トルク測定が可能となる。
In the torque measurement, a force to rotate the
前述の通り、本実施形態のトルク検出装置では、扇形形状磁石1とコイルユニット2の相対位置関係を固定した状態でトルクが測定される。このことを利用して、扇形形状磁石1の面内において発生するトルクの相対回転角に対する分布の測定を行うことも可能である。すなわち、前記扇形形状磁石1は、支持機構により前記コイルユニット2の回転方向に対して回転可能に取り付けられている。そこで、この支持機構を利用して扇形形状磁石1を面内回転させ、図3に示す扇形形状磁石1の中心線C1とコイル2aの中心線C2とがなす角度θを変えながらトルク測定を行えば、トルクの相対回転角に対する分布の測定が可能となる。ボイスコイルモータの駆動を考えた場合、前記トルクの相対回転角に対する分布を把握することができれば、装置設計を行う上で極めて有用な情報となる。
As described above, in the torque detection device of the present embodiment, the torque is measured in a state where the relative positional relationship between the
(第2の実施形態)
トルク検出装置の構成は、先の第1の実施形態と同様である。本実施形態は、コイル部に磁性体(鉄板等)を置き、且つVCM用磁石端部にふくらみをもたせ、鉄板と磁石端部が引き付けあう力(トルク)を測定するようにした実施形態である。
(Second Embodiment)
The configuration of the torque detection device is the same as that in the first embodiment. In this embodiment, a magnetic body (iron plate or the like) is placed on the coil portion, and a bulge is provided on the magnet end portion for VCM, and the force (torque) that attracts the iron plate and the magnet end portion is measured. .
コイルの代わりに磁性体、例えば鉄片を配置することにより、磁石と鉄片との相互作用により発生するトルクを測定することができる。この場合、コイルには電流は流さない。例えば図4に示すように、コイルユニット2に変えて非磁性の板状部材9を配置し、その板状部材9の端部に鉄片等の磁性体10を取り付けることにより、上端部1aが盛り上がった形状の略扇形形状磁石1との間で相互作用が発生し、いわゆるラッチトルクを測定することができる。したがって、本実施形態においては、前記磁性体10を取り付けた板状部材9がトルク発生ユニットに相当する。
By arranging a magnetic material, for example, an iron piece instead of the coil, the torque generated by the interaction between the magnet and the iron piece can be measured. In this case, no current flows through the coil. For example, as shown in FIG. 4, a nonmagnetic plate-like member 9 is arranged instead of the
実際、磁性体10と上端部1aが盛り上がった形状の略扇形形状磁石1との間の相互作用で発生するラッチトルクの測定を試みた。測定に際しては、図5に示す寸法の略扇形形状磁石1を用いた。略扇形形状磁石1の磁気特性は、残留磁束密度Br1384mT、Hcb1070kA/m、Hcj1376kA/m、(BH)max372kJ/m3である。磁性体10の中心位置が前記略扇形形状磁石1の上端部1aの中心位置と一致する点を角度θ=0°とし、角度θを変えてトルク測定を行った。結果を図6に示す。角度θが大きく(磁性体10と上端部1aの距離が大きく)なるのに伴って、次第に発生するトルクが減少する様子がわかる。
Actually, an attempt was made to measure the latch torque generated by the interaction between the
(第3の実施形態)
先の第1の実施形態のトルク検出装置においては、回転軸3をベアリング6を介して支持台5によって支持している。ここで、例えば扇形形状磁石1がより一層小型化し発生するトルクもより微小になった場合、前記ベアリング6の摩擦や抵抗等も問題となる可能性がある。ベアリング6においては、全く摩擦や抵抗が無いわけではなく、トルクが微小になると、それによる損失が問題になり正確な計測が難しくなる可能性がある。
(Third embodiment)
In the torque detection device of the first embodiment, the
そこで、本実施形態では、ナイフエッジやピン等によって支持されるバランスプレートを利用し、回転軸3に加わる摩擦や抵抗を極力排除し、微小トルクを正確に計測可能とする。したがって、本実施形態のトルク検出装置は、いわば「やじろべえ方式」と呼ぶことができる。
Therefore, in the present embodiment, a balance plate supported by a knife edge, a pin, or the like is used to eliminate friction and resistance applied to the
以下、本実施形態のトルク検出装置の構成について説明する。図7及び図8は、本実施形態のトルク検出装置の概略構成を示す図である。本実施形態のトルク検出装置は、ナイフエッジ11aを有する刃状支点11によって支持されたバランスプレート12を備えており、このバランスプレート12に回転軸3を取り付けている。
Hereinafter, the configuration of the torque detection device of the present embodiment will be described. 7 and 8 are diagrams showing a schematic configuration of the torque detection device of the present embodiment. The torque detection device of this embodiment includes a
前記バランスプレート12は、前記刃状支点11のナイフエッジ11aでのみ支持されており、やじろべえのようにナイフエッジ11aを支点として回転可能に設置されている。なお、バランスプレート12の支持機構としては、前記ナイフエッジ11aに限らず、例えば複数のピン状支点であってもよい。
The
前記ナイフエッジ11aを支点とするバランスプレート12においては、回転に対する抵抗はほとんどゼロであり、先の第1の実施形態のようにベアリング6を使用した場合と比べても、摩擦等による抵抗を大幅に削減することができる。
In the
本実施形態においては、前記バランスプレート12の回転中心に中心軸を一致させて回転軸3を取り付ける。したがって、本実施形態においては、回転軸3の取り付け方向は水平方向である。また、回転軸3はバランスプレート12に取り付けられるので、回転に対する抵抗はほとんどゼロである。
In the present embodiment, the
その他の構成については、基本的には先の第1の実施形態の場合と同様である。例えば、回転軸3の先端には、トルク発生ユニットに相当するコイルユニット2が取り付けられる。この場合、コイルユニット2の取り付け方向は略垂直方向であり、やはり不用意に動くことが無いように前記回転軸3に対して強固に固定される。
Other configurations are basically the same as those in the first embodiment. For example, the
また、扇形形状磁石1は、前記コイルユニット2を挟んで略垂直に一対設置している。扇形形状磁石1は、図示は省略するが、コイルユニット2と対向する面内において、当該コイルユニット2に対して相対移動可能なように支持機構に保持されている。この支持機構は、前記コイルユニット2の回転軸3による回転方向に対して扇形形状磁石1を回転可能とするものであり、前記コイルユニット2に対して所定の距離をもって扇形形状磁石1が対向するように前記支持機構を固定することにより、扇形形状磁石1とコイルユニット2の間隔を一定に保ちながら相対位置関係を変更することが可能になる。
A pair of fan-shaped
一方、前記バランスプレート12の支点(ナイフエッジ11a)を挟んでいずれか一方の端部寄りの位置には、ロードセル5が結合されている。ロードセル5は、何らかの固定手段によって動くことがないように安定に固定されている。
On the other hand, the
ここで、バランスプレート12の一端側に前記ロードセル5を結合した場合、例えば図8の矢印A方向に回転軸3が回転しようとする場合には、回転軸3が回転しようとする力がロードセル5に伝達されるが、矢印B方向に回転しようとする場合には、ロードセル5には力が加わらず、トルク測定を行うことができない。そこで、本実施形態では、前記バランスプレート12の支点を挟んで反対側位置にバランサ(重り)13を設置してこのような不都合を解消している。
Here, when the
すなわち、前記バランサ13の設置により前記ロードセル5に力F1が加わるように設定すると、発生したトルクにより回転軸3に矢印A方向に回転しようとする力が加わった場合には、前記ロードセル5には、前記バランサ13による力F1と前記回転軸3の回転しようとする力F2を合わせた力(F1+F2)が加わる。一方、発生したトルクにより回転軸3に矢印B方向に回転しようとする力が加わった場合には、前記ロードセル5には、前記バランサ13による力F1から前記回転軸3の回転しようとする力F2を差し引いた力(F1−F2)が加わる。したがって、前記バランサ13の設置によりロードセル5に加わる力F1をトルクの発生により回転軸3に伝達される回転しようとする力F2よりも大きく設定しておけば、ロードセル5には常に荷重が加わることになり、回転軸3がどちらに回転してもトルクを計測することが可能となる。
That is, when setting is made such that force F1 is applied to the
本実施形態のトルク検出装置においても、扇形形状磁石1の磁界により発生したトルクを回転軸3に伝え、回転しようとする力をロードセル5を用いて直接検知することによりトルクを検出する。この時、回転軸3をバランスプレート12の支点に直接取り付ける構造を採用しているので、トルクにより発生した力が摩擦抵抗等によりほとんどロスすることなくロードセル5に伝達され、その結果、検出精度が大幅に向上し、微小トルクの検出も可能となる。
Also in the torque detection device of the present embodiment, torque is detected by transmitting torque generated by the magnetic field of the sector-shaped
図9は、本実施形態のトルク検出装置及び第1の実施形態のトルク検出装置によるトルク測定結果(扇形形状磁石1の面内において発生するトルクの相対回転角に対する分布の測定結果)を示すものである。この図9から、本実施形態及び第1の実施形態のいずれの方法においてもトルク測定が可能であることがわかる。さらに、本実施形態のトルク検出装置において、第1の実施形態のトルク検出装置よりも分解能が向上していることがわかる。本実施形態のトルク検出装置における分解能が0.001mNmより優れているのに対して、第1の実施形態のトルク検出装置(ベアリング方式)では、0.005mNmの分解能となっている。なお、測定に際しては、図10に示す寸法の扇形形状磁石1を用いた。略扇形形状磁石1の磁気特性は、残留磁束密度Br1370mT、Hcb1062kA/m、Hcj1393kA/m、(BH)max365kJ/m3である。また、コイル2aと扇形形状磁石1の中心線が一致する位置を角度θ=0°とし、−20°から20°の範囲で扇形形状磁石1の面内において発生するトルクの相対回転角に対する分布の測定を行った。コイルに流した電流は50mAである。
FIG. 9 shows a torque measurement result (a measurement result of a distribution with respect to a relative rotation angle of torque generated in the plane of the fan-shaped magnet 1) by the torque detection device of the present embodiment and the torque detection device of the first embodiment. It is. From FIG. 9, it can be seen that torque can be measured by either method of the present embodiment or the first embodiment. Further, it can be seen that the resolution of the torque detection device of the present embodiment is improved compared to the torque detection device of the first embodiment. The resolution in the torque detection device of this embodiment is better than 0.001 mNm, whereas the torque detection device (bearing system) in the first embodiment has a resolution of 0.005 mNm. In the measurement, a sector-shaped
以上のように、本発明のトルク検出装置及びトルク検出方法においては、簡単な装置構成及び測定方法で磁界によって発生したトルクを測定することが可能である。また、本発明では電流を流す前の値との相対比較になるので、摩擦による信号ロスを小さくすることが可能である。さらに、電流値を変えて測定を行うことで、測定ばらつきの影響を小さくすることができ、測定精度をさらに高めることができる。特に、摩擦ロスに関して言えば、第2の実施形態のように「やじろべえ方式」を採用することで、摩擦ロスがバランスプレート12の支点のみでしか発生せず、ほとんどゼロに近いものとすることができるので、感度及び分解能を高くすることができる。
As described above, in the torque detection device and the torque detection method of the present invention, it is possible to measure the torque generated by the magnetic field with a simple device configuration and measurement method. Further, in the present invention, since the relative comparison with the value before the current is passed, the signal loss due to friction can be reduced. Furthermore, by performing measurement while changing the current value, it is possible to reduce the influence of measurement variation and further increase the measurement accuracy. In particular, with regard to friction loss, by adopting the “Yajirube method” as in the second embodiment, the friction loss occurs only at the fulcrum of the
1 扇形形状磁石、2 コイルユニット、2a コイル、3 回転軸、4 支持台、5 ロードセル、6 ベアリング、7 固定台、8 アーム、9 板状部材、10 磁性体、11 刃状支点、11a ナイフエッジ、12 バランスプレート、13 バランサ(重り)
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記磁石と対向して配置され、磁石との磁気的相互作用によりトルクを発生するコイルまたは磁性体を有するトルク発生ユニットと、
一端部に前記トルク発生ユニットが装着される回転軸と、
前記回転軸の回転しようとする力を測定するロードセルとを備え、
前記コイルまたは磁性体と磁石の対向位置を相対移動させ、前記磁石によって発生するトルクの相対回転角に対する分布を測定することを特徴とするトルク検出装置。 A torque detection device for detecting torque generated by interaction with a magnetic field of a magnet for a voice coil motor ,
A torque generating unit having a coil or a magnetic body that is disposed opposite to the magnet and generates torque by magnetic interaction with the magnet;
A rotating shaft to which the torque generating unit is attached at one end;
A load cell for measuring the force of the rotating shaft to rotate ,
A torque detection device characterized by measuring a distribution of a torque generated by the magnet with respect to a relative rotation angle by relatively moving a facing position between the coil or the magnetic body and the magnet .
前記バランスプレートの前記支点を挟んで一方側に前記ロードセルが結合され、他方側に重りが設置されていることを特徴とする請求項5記載のトルク検出装置。 A balance plate balanced at a fulcrum is provided, the rotation axis of the balance plate is substantially aligned with the center axis of the balance plate, and the rotation axis is attached in a substantially horizontal direction. ,
6. The torque detecting device according to claim 5 , wherein the load cell is coupled to one side across the fulcrum of the balance plate, and a weight is installed on the other side.
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