JPH01285829A - 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４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。ｖｔ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９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、ゲージの貼り付りの良否如何が精度
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１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１４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９
０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Ｇ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１５図）を構成し、トルク印加時の上記磁性層９
０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１５図に示すごとく、磁性層９０が固着され
た受動軸１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９周
波数変化の検出は１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、ＶＡ磁性層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Ｇを有している。こ
のギャップＧ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Ｇの存在が影響し、その出力Ｖｏの精度、怒度が低
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５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と、該受動軸にその
軸方向に対して所定角度傾斜させた溝を円周方向にわた
って複数条形成した溝部と、該溝部形成部分における受
動軸上に周回したソレノイドコイルとよりなり、また、
該ソレノイドコイルには直列にコンデンサを接続して共
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すると共に該
受動軸に前記溝部を形成し、該溝部における受動軸上に
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出部に
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２ては、Ｎｉにノテル）、Ｎ１−ＦＣ（鉄）合金、
　Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ　（クロム）合金等がある。また、
ここ番こ磁歪効果とは、受動軸にカ１１わったトルクに
より該受動軸が歪をヰし、この歪により透磁率が変化す
ることをいう。また、受動軸は中実状の内棒、或いは中
空状の円パイプのいずれかであっても良い。

次に、前記溝部の溝は、受動軸の軸方曲番こ対して傾斜
さゼて設ける。この溝は、受動軸表面に凹状に設けるこ
と（第２図、第１３図参照）、！いは受動軸がパイプ状
の場合には貫通しまた孔（第１２図参照）とすることも
できる。また、溝の角度は３０〜４５度とすることが好
ましい。この範囲外では磁歪効果が低く、１−ルク検出
精度が低下するおそれがある。また、該溝は受動軸円周
方向にわたって複数条（例えば５〜２０個）形成する。

このようにして１円周上に形成した複数条の溝が溝部を
構成する。

ソレノイド−１イルは２＋記受動軸における溝部の周り
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−１
−に固着する。

また１本発明におけるトルク検出装置は、その発振回路
を２系統とし２また溝部の溝の方向を互いに逆方向にす
ることにより、はぼ直線的な出力を得ることができ、ま
た温度補償を行うこともできる（第３実施例参照）。

また１本発明のトルク検出装置は、車両卵動系。

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２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、トルク景に対応するため
１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と共に
更に該受動軸に所定角度の溝を複数条形成した溝部を設
け、該溝部の周囲にソレノイドコイルを巻回している。

そのため、受動軸は一層優れた磁歪効果、即ちトルクに
対して大きな磁歪効果を発揮し、精度、感度に優れたト
ルク検出装置を提供できる。また９本発明のトルク検出
装置は。

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
間にギヤング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１に固着した共振回路にと、受動軸１のり（に設
けた検出部ｌ、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、該
受動軸１の溝部Ｈ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１上に固定する。

該受動軸１としては。

Ｎｉ２Ｏ％−Ｆｅ８０％合金を用い、その直径は２ｃｍ
であった。また、溝部Ｈは、４５度の角度で受動軸の周
囲に１２条の溝を設けたもので８溝の幅はｌｌｌｌＩｎ
、深さは０．５Ｍであった。

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１　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９Ｎ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図ないし第３図より知られるごとく、受
動軸１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。この透磁率変化は受動軸１自体と、溝部Ｈ
との両者による磁歪効果により大きく変化する。そして
２例えば受動軸１に右トルクが加わると５その透磁率が
増加する。そのため、該受動軸１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増加する。そして。

この共振回路における共振周波数が低下する。また、上
記とは逆に、受動軸１に左トルクが働く方向にトルクが
加わった場合には、上記とは逆に共振周波数が高くなる
。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３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、受動軸に右トルクが
印加されたときには。

発振周波数が大となり、左トルクが印加されたときには
０（ゼロ）に近づく曲線で出力される。なお、溝を設け
ない場合は、受動軸に右トルク、又は左トルクが印加さ
れたときには、トルクＯ（ゼロ）を中心として発振周波
数が放物線で出力され。

右トルク、左トルクの判定が難しかった。

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２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９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極めて優れている。また、上記透磁
率変化は、受動軸１自体と溝部Ｈとの両者による磁歪効
果であるため大きく、検出精度、感度が高い。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の配設置２ を変えたものである。また、溝部Ｈは溝１２及び１３に
よる２系統設けである。また１両系統とも１２個の溝を
有している。８溝の数１幅、深さ等は第１実施例と同じ
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１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。

第３実施例 本例は、第７図ないし第１０図に示すごとく。

第２実施例に示した構成を独立に２回設けたものである
。

即ち、第７図に示すごとく、受動軸ｌの周りに２つの検
出回路を設けたものである。そして、ここで注目すべき
ことは、一方の共振回路Ｋｘ側においては、溝部Ｈｘが
第２実施例と同様右下がりの溝１２．１３の２系統を有
しており、他方の共振回路Ｋｙ側においては溝部Ｈｙは
Ｋｘ側と反対に左下がりの溝１４．１５の２系統を有し
ているごとである。つまり、溝部Ｈが、共振回路Ｋ　ｘ
　。

Ｋｙ側とでその方向が異なる。なお、溝１２〜１１５は
、その方向を異にする以創は第１実施例と同様である。

また、上記共振回路Ｋｘ、Ｋｙには、それぞれ第２実施
例と同様に入力コイル５５、出力コイル６５を配し２て
、検出部Ｌｘ、Ｌｙを構成する。

しかして、第８図に示す発信回路においては。

前記第１実施例の発振回路（第３図）と同様に。

検出部Ｌｘ、Ｌｙからの発信周波数は波形整形回路Ｎｘ
、Ｎｙによって処理され、出力信号ｆｘ。

ｒｙとしてそれぞれ取り出される。このとき、前記のご
とく共振回路Ｋｘ側の溝部Ｈχと、共振回路）（ｙ側の
溝部Ｈｙとはその方向が対称となっている。つまり、ト
ルクの方向に対して互いに対称となっている。そのため
、第９図に示すごとく。

トルクと発振周波数の関係は、検出部Ｌｘについては曲
線Ｘで、検出部Ｌｙについては曲線Ｙで表される。そし
て、この発振周波数の差（ｆｘ−ｆｙ）を出力すると、
上記関係は第１０図に示す曲線Ｚのごとく、はぼ直線で
表されることとなる。

また１本例によれば、温度補償も行うことができる。即
ち、検出部を１個用いた場合（第１．第２実施例）には
１発振周波数は温度変化によゲてオフセン］・が生ずる
。これは受動軸の透磁率の温度依存性による。そして、
その温度依存性は温度上昇に伴って発振周波数が低下す
る。そこで、」二記のごと＜ｆｘとｆｙとの出力差をと
れば、この温度依存性器よキャンセルすることができる
のである。このことは、ｆｘとｆｙＯ比を取った場合も
同様である。

■−記のごとく１本例によれば第１及び第２実施例と同
様の効果が得られる外、はぼ直線的出力を得ることがで
きると共に温度補償を行うことができ、より精度良くト
ルクを検出することができる。

第４実施例 本例は、第１１図及び第１２図に示すごとく。

受動軸１０をパイプ状のものとすると共に、その溝１６
〜１９を貫通孔（スリット）としたものである。その他
は第３実施例と同様に２系統の検出回路としたものであ
る。

なお、溝部Ｈｘ、Ｈｙは第３実施例と同様、その方向を
異にしている。また、受動軸１０は肉厚１＋ｍ＋＋、直
径２ｃｍのペイプで、材質は第１実施例と同じである。

本例によれば、第３実施例と同様の効果が得られる外、
受動軸がバイブ状であるため、更に検出感度に優れてい
る。

第５実施例 本例は、第１３図に示すごとく、第４実施例の溝部の貫
通孔１６〜１９に代えて凹状の溝１２としたものである
。共振回路にχ、　　Ｋｙ、検出部Ｉ７ｘ、Ｌｙ等は、
第４実施例と同じである。また。

本例によれば、第４実施例と同様の効果が得られる。

【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Ｃ−Ｃ線矢視断
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図及び第６図は第２実施例を示し、
第５図はトルク検出装置の概念図、第６図は第５図のＩ
）　−Ｄ線矢視断面図、第７図ないし第１０図は第３実
施例を示し第７図はトルク検出装置の概念図、第８図は
発振回路図、第９図及び第１０図はトルクと発振周波数
及び出力関係を示す線図、第１１図及び第１２図は第４
実施例を示し、第１１図はトルク検出装置の概念図、第
１２図は第１１図のＥ−Ｅ線矢視断面回、第１３図は第
５実施例におけるトルク検出装置の受動軸直径方向断面
図、第１４図は従来のトルク検出装置の概念図、第１５
図はその回路図である。 １．１０．、、受動軸。 １１〜１９．、、溝。 ３．３０，３１．、、　　ソレノイドコイル。 ４１１．コンデンサ。 ５．５５．、、入力コイル。 ６．６５．、、出力コイル。 Ｋ、　Ｋｘ、　Ｋｙ、　、　、共振回路。 Ｌ、　Ｌｘ、　　Ｌｙ、　、　、検出部。 Ｎ、Ｎｘ、Ｎｙ・・・波形整形回路。 Ｈ，Ｈｘ、Ｈｙ・・・溝部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 磁歪効果を有する受動軸と、該受動軸にその軸方向に対
   して所定角度傾斜させた溝を円周方向にわたって複数条
   形成した溝部と、該溝部形成部分における受動軸上に周
   回したソレノイドコイルとよりなり、また、該ソレノイ
   ドコイルには直列にコンデンサを接続して共振回路を構
   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。