JP7228605B2 - トルク検出センサ - Google Patents
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Description
このため、特許文献1に示すようにシャフトの回転数を検出して回転ノイズを除去する方法が提案されている。しかしながら、共振回路でトルク変動成分から回転ノイズを取り除くように補正しているが、回転数に同期するトルク成分まで取り除くことになり、トルク計測精度の向上を実現できない。
被検出体の周囲に設けられた複数の環状コアと、該複数の環状コアから千鳥配置で複数突設されたティースに巻き付けられたコイルに通電することにより励磁されたティースと対向する被検出体との間で軸心方向に対して+45度の傾きを有する複数の磁路が形成される第一トルク検出部と、前記被検出体の周囲に設けられた複数の環状コアと、該複数の環状コアから千鳥配置で複数突設されたティースに巻き付けられたコイルに通電することにより励磁されたティースと対向する被検出体との間で軸心方向に対して-45度の傾きを有する複数の磁路が形成される第二トルク検出部と、トルク感度が相対的に高く回転ノイズ成分も含まれるトルク検知用周波数F1とトルク感度は相対的に低く、回転ノイズ成分が相対的に大きく含まれるノイズ検知用周波数F2が重畳された励振用重畳信号が前記第一トルク検出部及び第二トルク検出部に各々入力される励振回路と、前記第一トルク検出部及び第二トルク検出部から各々出力された出力信号をトルク検知用周波数F1‘とノイズ検知用周波数F2‘に分波して取り出し、トルク成分f1と回転ノイズ成分f2とで差動処理を行なって専らトルク成分を検出する出力処理回路と、を含むことを特徴とする。
上記構成によれば、励振回路によりトルク検知用周波数F1とノイズ検知用周波数F2が重畳された励振用重畳信号が第一トルク検出部及び第二トルク検出部に各々入力され、出力処理回路で第一トルク検出部及び第二トルク検出部から各々出力された出力信号をトルク検知用周波数F1‘とノイズ検知用周波数F2‘に分波して取り出し、トルク成分f1と回転ノイズ成分f2とで差動処理を行なって専らトルク成分を検出するので、トルク検知用出力信号からノイズ検知用出力信号を差動処理することで回転ノイズを除去して精度の高いトルク信号を抽出することができる。
この場合被検出体の全周にわたって発生した圧縮応力及び引張応力を高精度で検出することができる。
また、第四コア2b-2には環状のコアバック部2b2に径方向内側に向かって突設された第四ティース3b2が、周方向に60度の位相差を設けて合計6か所に設けられている。各第四ティース3b2には筒状の絶縁樹脂製の第四インシュレータ4b2が嵌め込まれ、周囲には第二コイル5bが巻き付けられている。
尚、中間コア2c1,2c2,2c3には径方向内側に向かうティースは設けられていない。
尚、図3,図4において、環状コア2(第一コア2a-1,第二コア2a-2及び第三コア2b-1,第四コア2b-2)の周方向に形成される異磁極(NA,SA)(NB,SB)間に周方向に形成される磁路は、トルク検出にはほとんど寄与しない磁路成分である。そのため、検出感度にはほとんど影響しない。
トルク検出回路8は、トルク検出センサ7(第一トルク検出部7a、第二トルク検出部7b)にトルク検出用の励振信号を入力する励振回路9(発振回路)と、トルク検出センサ7からの出力信号からトルク成分を抽出する出力処理回路10を備えている。
トルク検知用周波数F1は、トルク感度が高く回転ノイズも含まれる所要の周波数(グラフ線V2:例えば20kHz)が選択される。またノイズ検知用周波数F2は、トルク感度は低く、回転ノイズ成分が大きい所要の周波数(グラフ線V1:例えば27kHz)が選択される。基本的にトルク検知用周波数F1は、グラフ線V2(トルク変化の出力電圧)上で最も高い出力電圧となる周波数、ノイズ検知用周波数F2は、グラフ線V1(ノイズ変化の出力電圧)上で最も高い出力電圧となる周波数、またはその周辺の周波数が選択されるがそれに限定されるものではない。また、測定対象に応じてトルク感度、ノイズ除去の優先度を変更することも可能であり、その場合は、トルク検知用周波数F1は、グラフ線V2上でその優先度に適した周波数、ノイズ検知用周波数F2は、グラフ線V1上でその優先度に適した周波数を選択することで実現する。
なお、図6の発振周波数別の出力信号レベルを示すグラフ図は製造時の検査でトルク検出部一つ一つ測定して作成しても良いし、ロット毎に測定しても良い。
更に、差動処理回路10gにおいて整流回路10e,10fで整流されたトルク成分f1と回転ノイズ成分f2を差動処理することで、差動処理後の出力信号は、回転ノイズ成分f2が除去されたトルク成分f1のみが抽出されるのでトルク測定精度を高めることができる。
よって、被検出体Sの全周にわたって発生した圧縮応力及び引張応力を、軸心方向に対して±45度の傾きを有する複数の磁路において回転ノイズが抽出されることなくトルク成分のみが抽出されて測定精度を高めた磁歪式トルク検出センサ7を提供することができる。
即ち、整流されたトルク成分f1と回転ノイズ成分f2を差動処理回路10gで差動処理する前にこれらに含まれる回転ノイズ成分どうしの振幅をf1とf2で合わせておく演算処理が行われる。即ち、高速フーリエ変換処理(FFT)回路10hで振幅演算し可変利得アンプ10iで利得調整を行なってトルク成分f1と回転ノイズ成分f2に含まれる回転ノイズ成分の振幅を合わせておく(振幅演算処理回路)。これにより、差動処理回路10gで整流されたトルク成分f1と回転ノイズ成分f2を差動処理する際に回転ノイズ成分f2が可及的に除去され、トルク成分f1のみを精度よく抽出することができる。
以上説明したトルク検出センサ7は、被検出体Sの周囲に複数箇所で対峙する第一ティース3a1と第二ティース3a2に巻き付けられた第一コイル5a、第二コイル5bに通電して被検出体Sとの間に形成される磁気回路において透磁率の変化をコイルインピーダンスの変化で測定する自己励磁型のトルク検出センサが用いられる。
この場合、周方向に隣合う第一ティース3a1の極性は同磁極(N極)であり、周方向に隣合う第二ティース3a2の極性も同磁極(S極)となるため、トルク検出に必要な磁路成分(±45度)のみが形成されるため、トルク検出が効率よく実現することができる。
この場合、周方向に隣合う第一ティース3a1の極性は異なる磁極であり、周方向に隣合う第二ティース3a2の極性も異なる磁極となるため、第一ティース3a1と第二ティース3a2間に形成される±45度に傾斜する磁路の他に、図13の周方向に隣接する第一ティース3a1間にN極からS極に向かう矢印方向の磁路(NA-SA),(NB-SB)が各々形成される。また、周方向に隣接する第二ティース3b間にN極からS極に向かう矢印方向の磁路(NA-SA),(NB-SB)が各々形成される。しかしながら、これらの磁路はトルク検出にほとんど寄与しない成分であるため検出感度にはほとんど影響しない。
Claims (5)
- 被検出体の周囲に設けられた複数の環状コアと、該複数の環状コアから千鳥配置で複数突設されたティースに巻き付けられたコイルに通電することにより励磁されたティースと対向する被検出体との間で軸心方向に対して+45度の傾きを有する複数の磁路が形成される第一トルク検出部と、
前記被検出体の周囲に設けられた複数の環状コアと、該複数の環状コアから千鳥配置で複数突設されたティースに巻き付けられたコイルに通電することにより励磁されたティースと対向する被検出体との間で軸心方向に対して-45度の傾きを有する複数の磁路が形成される第二トルク検出部と、
トルク感度が相対的に高く回転ノイズ成分も含まれるトルク検知用周波数F1とトルク感度は相対的に低く、回転ノイズ成分が相対的に大きく含まれるノイズ検知用周波数F2が重畳された励振用重畳信号が前記第一トルク検出部及び第二トルク検出部に各々入力される励振回路と、
前記第一トルク検出部及び第二トルク検出部から各々出力された出力信号をトルク検知用周波数F1‘とノイズ検知用周波数F2‘に分波して取り出し、トルク成分f1と回転ノイズ成分f2とで差動処理を行なって専らトルク成分を検出する出力処理回路と、を含むトルク検出センサ。 - 前記出力処理回路は、トルク成分f1と回転ノイズ成分f2の差動処理を行なう前に、振幅演算処理回路によりトルク成分f1と回転ノイズ成分f2に含まれる回転ノイズ成分の振幅を合わせる演算処理が行われる請求項1記載のトルク検出センサ。
- 前記第一トルク検出部は、第一コア及び第二コアを有し、前記第一コアに周方向に複数形成された第一ティースと前記第二コアに周方向に複数形成された第二ティースが積層されて前記第一ティース及び前記第二ティースが周方向に千鳥配置で突設され、各ティースの周囲にコイルが各々巻かれており、各コイルに通電することにより励磁されて対向する被検出体との間で軸心方向に対して+45度の傾きを有する複数の磁路が形成され、
前記第二トルク検出部は、第三コア及び第四コアを有し、前記第三コアに周方向に複数形成された第三ティースと前記第四コアに周方向に複数形成された第四ティースが積層されて前記第三ティース及び前記第四ティースが周方向に千鳥配置で突設され、各ティースの周囲に巻かれたコイルに通電することにより励磁されて対向する被検出体との間で軸心方向に対して-45度の傾きを有する複数の磁路が形成され、
前記第一トルク検出部と前記第二トルク検出部が第二コアと第四コアが対向するように隣接配置されている請求項1又は請求項2記載のトルク検出センサ。 - 前記第一トルク検出部と前記第二トルク検出部は、対称面を介して軸心方向に隣接するティースどうしが同磁極に励磁される請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のトルク検出センサ。
- 前記第一トルク検出部と前記第二トルク検出部は、対称面を介して軸心方向に隣接するティースどうしが異磁極に励磁される請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のトルク検出センサ。
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