JPH01284725A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１例えば回転軸などの受動軸の軸トルクを非接
触で測定する。出力精度に優れた。磁歪式トルク検出装
置に関する。

（従来技術〕 従来、受動軸の軸トルクを測定する手段としては１回転
軸にストレンゲージを貼り付けて、その抵抗値変化によ
りトルクを検出する方法、駆動側と負荷側との間に既知
のヤング率を有する中間軸を配設して、その中間軸のね
じれを位相差として検出する方法等がある。しかし、ス
トレンゲージ法は、ゲージの貼り付けの良否如何が精度
を左右するし、テレメータ等を必要として装置が大きく
なる。また、中間軸のねじれによる位相差を検出する方
法は、特定の中間軸を必要とするため測定装置が複雑と
なり、また電気回路も複雑であり。

高価である。

一方、受動軸の外周に複数条の細長い磁性層を固着して
、その周囲に受動軸から離れて検出コイルを配置した発
振回路を用いたものが提案されている（特開昭６Ｏ−１
９５４３０）。

このものは、第６図に示すごとく、受動軸１の外周に軸
方向に４５度の角度をもって複数条の細長い磁性層９０
を固着し、この磁性層９０を包囲するように上記軸１と
所定のギャップＸを隔てて検出コイル９１．９２を巻回
したものである。そして、この検出コイル９１．９２を
用いて、上記磁性層９０が固着された受動軸１を磁心と
する自励式発振回路（第７図）を構成し、トルク印加時
の上記磁性層９０の透磁率変化によって生ずる上記発振
回路の発振周波数の変化を検出することにより、印加さ
れたトルクの大きさと方向を無接触で検出しようとする
ものである。

しかして、印加トルクを電気信号に変換するための電気
回路は、第７図に示すごとく、磁性層９０が固着された
受動軸ｌを磁心として、検出コイル９１．９２と共に構
成された。自動式発振回路９である。同図に示されるも
のは、抵抗コンデンサ型インバータである。また１周波
数変化の検出は２周知の周波数−電圧変換器などにより
行う。

なお、同図において■ＣＣは駆動電源、Ｖｏは出力電圧
である。

この従来方法は、磁性層と検出コイルとの発振回路によ
って上記のごとくトルクの大きさと方向とを測定でき、
また装置も簡単である点で優れている。

（解決しようとする課題〕 しかしながら、上記後者のトルク検出装置における発振
回路９は、前記磁性層９０を受動軸に固定しなければな
らない、そして、この固着が不充分な場合には正確なト
ルクを検出できない。また。

使用中に固着部分が剥がれるおそれもある。

また、この従来装置の発信回路は、受動軸１に固着した
前記磁性層９０と、これを包囲するように配置した検出
コイル９１．９２との間にギャップＸを有している。こ
のギャップＸは、空気層であると共に受動軸が回転する
際その若干の偏心。

、振動等によりその間隔が変化することがある。そのた
め、前記磁性層における透磁率変化を検出コイルによっ
て検出し、出力する発振回路の発振周波数に、上記ギャ
ップＸの存在が影響し、その出力Ｖｏの精度、感度が低
下する。

本発明は、上記従来装置における問題点に鑑み。

磁性層を固着することなく、また発振回路を特定の構成
とすることにより、検出精度、感度に優れたトルク検出
装置を提供しようとするものである。

〔課題の解決手段〕

本発明は、磁歪効果を有する受動軸の上に周回したソレ
ノイドコイルと、該ソレノイドコイルと直列に接続した
コンデンサとにより共振回路を構成し、該共振回路を前
記受動軸に固着すると共に。

磁心とこれに巻回したコイルとからなる入力コイル及び
出力コイルを１組とする検出部を設け、該検出部の入力
コイルと出力コイルとは前記受動軸の両側に前記ソレノ
イドコイルに対向して空隙をもってそれぞれ配置し、上
記共振回路と検出部とにより上記共振回路の共振周波数
により発振する発振回路を構成し、トルクによる受動軸
の透磁率変化を発振周波数の変化として検出することを
特徴とするトルク検出装置にある。

本発明において注目すべきことは、トルクを受ける受動
軸自体を磁歪効果を有する材料により構成し、該受動軸
の上にソレノイドコイルを周回し。

該ソレノイドコイルとコンデンサとを直列に接続して共
振回路を構成し、該共振回路を受動軸に固定したことで
ある。特に、前記従来装置の発振回路に相当する回路は
、磁歪効果を有する受動軸とソレノイドコイル及びコン
デンサによる共振回路として構成し、この磁歪効果を発
する受動軸とソレノイドコイルとの間にはギャップを設
けず、共振回路を受動軸上に固着したことにある。そし
て。

この共振回路における共振周波数を受動軸外の検　、山
部によって検出するのである。

本発明において、受動軸に用いる磁歪効果を有する材質
としては、　Ｎｔ　にッケル）、Ｎ１−Ｆｅ（鉄）合金
、　Ｎ１−Ｆｅ−Ｃｒ　（クロム）合金等がある。また
、ここに磁歪効果とは、受動軸に加わったトルクにより
該受動軸が歪を生じ、この歪により透磁率が変化するこ
とをいう。

ソレノイドコイルは、上記受動軸の上に導線を巻回する
ことにより構成し、該導線はコンデンサと直列に接続す
る。これにより閉じた共振回路を構成する。また、ソレ
ノイドコイル及びコンデンサは軸上に固着等により配設
する。

また１本発明のトルク検出装置は、車両駆動系。

ステアリング系、その他の回転系のトルクを非接触で測
定する場合、更にはこれら回転系に実装してトルクを検
出し９回転系の制御を行わせる場合に特に優れた効果を
発揮する。

〔作　用］ 本発明においては、受動軸にトルクが加わると。

磁歪効果によりその透磁率が変化する。その結果。

ソレノイドコイルのインダクタンスが変化する。

そのため、受動軸上に構成した共振回路の共振周波数が
変化し、受動軸外に設けた検出部における発振周波数が
変化する。透磁率の変化量は、トルク量に対応するため
８発振周波数の変化量から印加トルクが検出できる。

〔効　果〕

本発明によれば、受動軸自体が磁歪効果を有するので、
従来のごとく磁性層を固着する必要がなく、磁性層の固
着不良、剥がれを生ずることがなく、安定してトルクを
検出することができる。

また、共振回路を受動軸上に配設したので、透磁率変化
はソレノイドコイルによって直接キャッチされて共振周
波数に変化を与える。それ故、磁性層と検出コイルとの
間にギャップを有する前記従来技術に比して、その検出
精度及び感度は極めて優れている。

また、受動軸外に設けた検出部への信号伝達は。

ソレノイドコイルによって１周波数として伝送するので
、Ｓ／Ｎ比が高く、検出部の励磁コイルのパワーが少な
くて良い。例えば、５ボルト程度のオペアンプで直接駆
動が可能である。

（実施例〕 第１実施例 本例にかかるトルク検出装置につき、第１図ないし第４
図を用いて説明する。

本例における検出回路は、第１図に示すごとく。

受動軸ｌに固着した共振回路にと、受動軸１の外に設け
た検出部りとを１組とするものである。

即ち、共振回路には、磁歪効果を有する受動軸１と、そ
の周囲に巻回したソレノイドコイル３及び該ソレノイド
コイル３と直列に接続したコンデンサ４とによって構成
し、これらは受動軸ｌ上に固定する。該受動軸１として
は、Ｎｉ２Ｏ％−Ｆｅ８０％合金を用いた。

また、上記共振回路Ｋから出力される共振周波数を検出
する検出部りは、駆動電源に接続した入力コイル５と、
検出した信号を発信する出力コイル６とからなる。入力
コイル５は磁心５１とこれに巻回したコイル５２とから
なり、出力コイル６は磁心６１とこれに巻回したコイル
６２とからなる。

上記入力コイル５及び出力コイル６は、第２図に示すご
とく、上記ソレノイドコイル３に対向してそれぞれ配置
し１両コイルとソレノイドコイル４との間には空隙Ｍを
有する。また、第１図に示すごとく、上記入力、出力コ
イルの磁心５１，６１の両端は、ソレノイドコイル３の
両側にはみ出した部分に対面している。

次に、第３図は上記共振回路にと検出部りとを波形整形
回路Ｎに接続し、出力ｆｏを発信する発振回路を示すも
のである。なお、同図において。

８１は電流制限抵抗、８２はダイオード、８３はコンパ
レータ、■は駆動電源である。

しかして、第１ないし第３図より知られるごとく、受動
軸ｌにトルクが加わると、その磁歪効果により透磁率が
変化する。そして１例えば受動軸ｌにねじり応力が加わ
ると、その透磁率が減少する。そのため、該受動軸ｌに
巻回したソレノイドコイル３におけるインダクタンスが
減少する。そして、この共振回路における共振周波数が
上昇する。しかして、この共振成分は、検出部に発信さ
れる。

検出部りにおいては、入力コイル５と出力コイル６とに
よって、上記ソレノイドコイルＯからの出力信号をキャ
ッチし、前記のごとく波形整形回路Ｎへ出力する。第４
図は、この出力特性を示すもので、受動軸の右回転方向
へのトルク、又は左回転方向へのトルクが印加されたと
きには、トルクＯ（ゼロ）を中心として発振周波数が曲
線Ａ又は曲線Ｂで出力される。

波形整形回路からの出力ｆＯは、前記従来技術でも説明
したごとく１周波数−電圧変換器等の周知の手段により
電圧信号として出力する。

以上のごとく２本例によれば、受動軸１の透磁率変化は
、これに直接巻回したソレノイドコイル３によってイン
ダクタンスの変化としてキャッチすることができ、その
検出精度及び感度は掻めて優れている。また、検出部へ
の信号伝達は周波数として伝達するので、Ｓ／Ｎ比が高
い。

第２実施例 本例のトルク検出装置は、第５図に示すごとく。

第１実施例に代えて、ソレノイドコイル３０．３１及び
入力コイル５５．出力コイル６５の配設を変えたもので
ある。

即ち、ソレノイドコイル３０及び３１は、電流の流れ方
向が受動軸の円周方向について互いに逆方向となるよう
配置し、直列に接続したものである。ソレノイドコイル
を上記のように配置することにより、検出部の入力コイ
ル５５と出力コイル６５を、小型化することができる。

つまり２両コイル５５．６５は、第１実施例のごときＵ
字型コイルでなく、小型ソレノイドコイルで構成するこ
とができる。なお、上記両コイル５５．６５は。

ソレノイドコイル３０及び３１の中間位置に間隙をもっ
て対向配設する。また、同図において符号５５１．６５
１は磁心、５５２，６５２はコイルである。

本例によれば、第１実施例と同様の効果が得られる外、
検出部を小型化できると共にコスト低下を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は第１実施例を示し、第１図はトル
ク検出装置の概念図、第２図は第１図の受動軸直径方向
断面図、第３図は発振回路図、第４図はトルクと発振周
波数の関係線図、第５図は第２実施例のトルク検出装置
の概念図、第６図及び第７図は従来のトルク検出装置を
示し、第６図はその断面図、第７図はその回路図である
。 １０．、受動軸。 ３．３０，３１．、、　　ソレノイドコイル。 ４６９．コンデンサ。 ５．５５．、、入力コイル。 ６．６５．、、出力コイル。 Ｋ１０．共振回路。 Ｌｌｏ、検出部。 Ｎ・・・波形整形回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 磁歪効果を有する受動軸の上に周回したソレノイドコイ
   ルと、該ソレノイドコイルと直列に接続したコンデンサ
   とにより共振回路を構成し、該共振回路を前記受動軸に
   固着すると共に、 磁心とこれに巻回したコイルとからなる入力コイル及び
   出力コイルを１組とする検出部を設け、該検出部の入力
   コイルと出力コイルとは前記受動軸の両側に前記ソレノ
   イドコイルに対向して空隙をもってそれぞれ配置し、上
   記共振回路と検出部とにより上記共振回路の共振周波数
   により発振する発振回路を構成し、 トルクによる受動軸の透磁率変化を発振周波数の変化と
   して検出することを特徴とするトルク検出装置。