JPH01305331A - 軸の回転数の検出装置 - 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 本発明は軸の回転数の検出装置に関し、特にこの軸のト
ルクセンサーと一体化された回転数検出装置に関する。

従来の技術 エンジン、モータ、産業機械超勤用の軸などのトルクを
非接触で測定可能なトルクセンサーとして、たとんば特
許第１６９３２６号明細書に開示されるものがある。Ｃ
れは、強磁性ならびに磁歪性を有する回転軸の外周に、
この回転軸の軸心方向と４５度の角度をなして互いに反
対方向に傾斜するナーリング部を形成し、各ナーリング
部の外周に、励磁コイルと、互いに差動接続される検出
コイルとをそれぞれ配置したものである。

このような構成によれば、両ナーリング部により磁気異
方性が与えられ、伝達トルクにもとづくナーリング部で
の透磁率の変化が検出コイルにて検脅つ→→→４検出さ
れ、この検出結果から回転軸に作用するトルクが求めら
れる。

発明が解決しようとする課題 しかし、このような従来のトルクセンサーは、トルクの
検出のみを目的として構成されており、軸の回転数を検
出しようとする場合には、別途回転数センサーを設置し
なければならない。したがって、スペースを大きく必要
とするうえに、コストアップにもなるという問題点があ
る。

そこで本発明はこのような問題点を解決し、トルクセン
サーと回転数センサーとを一体化できるようにすること
を目的とする。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため本発明は、回転軸の軸心の方向
１こ対し角度をなすように、この回転軸の外周面に形成
された一対のトルク検出用磁気異方性部と、各トルク検
出用Ｌコ気異方性部における透磁率の変化を検出可能な
一対のトルク検出コイルと、前記各トルク検出用磁気異
方性部のそれぞれ近傍における回転軸の外周面に前記軸
心と平行な方向に形成された一対の補正用磁気異方性部
と、各補正用磁気異方性部における透磁率の変化を検出
可能な一対の補正コイルと、一方の補正用磁気異方性部
に端部が向かい合うように配置ｄされた１０］転数検出
用ヨークと、この回転数検出用ヨークに巻付けられた回
転数検出コイルと、他方の補正用磁気異方性部に端部が
向かい合うように配置された回転方向弁別用ヨークと、
この回転方向弁別用ヨークに巻付けられるとともに、前
記回転数検出コイルの検出信号の位相に対し、前記回転
軸の回転方向により異なった位相差の検出信号を出力可
能な回転方向弁別コイルとを有する構成としたものであ
る。

また本発明によれば、回転数検出用ヨークと回転方向弁
別用ヨークとによる磁気バランスの乱れを補正するため
の磁気バランス用ヨークを有した１成とすることができ
る。

さらに本発明によれば、トルク検出コイルの出力と回転
数検出コイルの出力とから軸動力を演算する手段を有し
た構成とすることができる。

作用 このような構成によれば、トルク検出コイルにより回転
軸に作用するトルクが検出される。また補正用磁気異方
性部は回転軸の軸心と平行な方向に磁気異方性を付与さ
れており、このため補正コイルは、回転軸に作用するト
ルクの影響をはとんど受けることなく、回転軸を形成す
る材料の透磁率のみに関係した出力を生じる。この出力
により、温度変化や経年変化にもとづいて発生する各種
誤差が、トルク検出コイルによるトルク検出データから
分離、除去される。かつ、これらと同時に、回転数検出
用ヨークの端部の近傍を単位時間当りに磁気異方性部が
通過する回数を回転数検出コイルで検出することにより
、回転軸の回転数が検出される。さらに回転方向弁別コ
イルの検出信号と回転数検出コイルの検出信号との位相
差から、回転軸の回転方向が検出される。以上により、
測定誤差の補償機能を有したトルクセンサーと、回転数
センサーと、回転方向弁別センサーとが一体化され、ト
ルクセンサーの基本構成に大きな変更を加えることなし
に、トルクと回転数と回転方向とを同時に検出可能とな
る。

磁気バランス用ヨークを有した構成とすることにより、
センサー全体を確実に磁気バランスさせることが可能と
なり、この結果静止トルク出力値の回転角度変動や温度
によるトルクセンサーの零点変動が最少になる。

実施例 第１図・〜第５図においては、ｌはトルク伝達用の回転
軸であり、たとえばエンジンの出力を作業装置に伝達す
るために用いられる。回転軸ｌの外周面には、この回転
＃Ｉｌの軸心の方向と２０〜６０度、好ましくは４５度
の角度をなして、互いに反対方向に傾斜するように形成
された一対のトルク検出用磁気異方性部２，３が、所定
距離をおいて設けられている。このトルク検出用磁気異
方性部２゜３は、たとえば第２図に示すように回転Ｍ１
の外周面をナーリング加工することによっても形成でき
るし、またシェブロン状アモルファス薄帯を回転！１Ｉ
ｌｌ］１の外面に接着するなどによっても形成できる。

トルク検出用磁気異方性部２，３を間にはさんで軸心方
向に距離をおいた泣きには、これら各トルク検出用磁気
異方性部２，３の近傍における回転軸ｌの外周面に、一
対の補正用磁気異方性部４゜５がそれぞれ設けられてい
る。これら補正用磁気異方性部４，５は、回転軸１の軸
心と平行な方向に磁気異方性が付与されており、トルク
検出用磁気異方性部と同様にナーリング加工などにより
形成されている。

各磁気異方性部２，３，４，５は筒状の磁気シールド部
６，２０にてそれぞれ覆われており、これら磁気シール
ド部６，２０の内部にはボビン７が収容されている。ト
ルク検出用磁気異方性部２，３に対応したボビン７には
、これら磁気異方性部２゜３の周囲に配置される励磁コ
イル８と、各励磁コイル８の外周に配置される一対のト
ルク検出コイル９．ｌＯとが巻付けられている。また、
補正用磁気異方性部４，５に対応したボビン７には、同
様の励磁コイル１１と補正コイル１２　、１３とが巻付
けられている。

各励磁コイル８．１１は、これら励磁コイル８゜１１に
交流電流を供給可能な励磁回路１４　、１４に接続され
ている。トルク検出コイル９，１０は、これらトルク検
出コイル９，１０からの検出交流電圧を直流電圧に変換
するための整流回路１５　、１６に、それぞれ接続され
ている。両整流回路１５　、１６は減算回路１７に接続
され、この減算回路１７はトルク演算回路１８に接続さ
れている。１９はトルク値の出力端子である。

第３図に示すように、補正用磁気異方性部４゜５に対応
した磁気シールド部２０は周方向ふたつ割りの構成とさ
れている。２１　、２２はその分割部である。一方の補
正用磁気異方性部４に対応した磁気シールド部２０の分
割部２１．２２には、第４図に示すような回転数検出用
ヨーク２３と磁気バランス用ヨーク２４とがそれぞれ配
置されている。これらヨーク２３　、２４は強母性体に
て構成され、その端部が磁気異方性部４に向かい合うよ
うにＣ形に形成されている。第５図に示すように、たと
えば磁気異方性部４がナーリング部にて形成されている
場合には、一方のヨーク２３がナーリングの山部２５に
向かい合うときに他方のヨーク２４がその谷部２６に向
かい合うようにして、確実に磁気バランスがとれるよう
にされている。

北方の磁気異方性部５に対応した磁気シールド部２０に
は、第１図および第２図にも示すように、同様の構成の
回転方向弁別用ヨーク２７と磁気バランス用ヨーク２４
とが設けられ□ている。

回転数検出用ヨーク２３には、回転数検出コイル２８が
巻付けられている。この回転数検出コイル２８は、補正
コイル１２とともに励磁コイル１１にて励磁されるよう
になっており、また第１図に示すように波形整形回路２
９に接続されて、その出力波形が矩形波に変換されるよ
うになっている。波形整形回路２９は、ｌＡ割算器にて
構成された回転数演算回路３０に接続されている。３１
は回転数信号の出力端子である。

回転方向弁別用ヨーク２７には、回転方向弁別コイル３
２が巻付けられている。この回転方向弁別コイル３２は
、回転数検出コイル２８と同様に、補正コ路２９　、３
３の出力側は、ともに位相弁別回路３４に接続されてい
る。３５は同回路３４の出力端子でるる。

ここで、回転数検出コイル２８と回転方向弁別コイル３
２とは、補正用磁気異方性部４，５に関し、概略１／４
ピツチの位相のずれを生じるように構成されている。こ
のような構成は、たとえば第６図に示すように回転数検
出用ヨーク２３と回転方向弁別用ヨーク２７とを同位相
で設置するとともに、補正用磁気異方性部４，５どうし
を互いに１／４ピツチずらせて形成することにより得る
ξとができる。

あるいは、反対に、両異方性部４，５を同位相で形成し
、両ヨーク２３　、２７を互いに周方向にずらせて配置
するなどの構成としてもよい。

トルク演算回路１Ｂの出力側と、回転数演算回路３０の
出力側とは、掛算回路にて構成された軸動力演算回路３
６に接続されている。３７は軸動力の出力端子である。

このような構成において、回転軸１によりトルクが伝達
される場合には、この伝達トルクにもとづきトルク検出
用磁気異方性部２，３の透磁率が変化する。このとき、
励磁コイル８，１１が励磁回路１４により活性化されて
いることから、前記透磁率の変化にもとづき、トルク検
出コイル９．１０の検出電圧が変化する。ここで、トル
ク検出用磁気異方性部２，３は互いに反対方向に傾斜し
ているため、これら磁気異方性部２．３の一方に圧縮応
力が作用すると、他方には引張応力が選択的に作用する
。このため、トルク検出コイル９．ｌＯのうち一方のコ
イルの検出電圧はトルクの増加にしたがって増加し、反
対に他方のコイルの検出電圧は減少する。これら検出電
圧の増減は、両整流回路１５　、１６の出力側において
、第７図に示すような直流出力３８　、３９となって現
われる。

ここで、両トルク検出コイル９，１０などが磁気的にバ
ランスされている場合には、両直流出力３８゜３９の傾
斜角度は互いに等しくなる。したがって、減算回路１７
によりこれら直流出力３８　、３９の差をとって合成す
ると、第８図に示すように、トルクの変化のみを表わす
トルク検出電圧４０が得られる。

このトルク検出電圧４０にもとづき、トルク演算回路１
８の内部で対応するトルク値が演算され、演算結果が出
力端子１９に現われる、 経年変化や温度変化によりトルク検出部の磁気的なバラ
ンスがくずれると、第７図の直流出力３８゜３９の傾き
が変化したり、その零点が変動したりして、第８図のト
ルク検出電圧４０に誤差が生じるおそれがある。このよ
うな誤差を補正コイル１２　、１３の出力を利用して補
償する。すなわら、補正用磁気異方性部４，５は、回転
軸１の軸心と平行な方向に磁気異方性が付与されている
ため、回転軸ｌにトルクが作用しても透磁率は実質的に
は変化しない。したがって、この補正用磁気異方性部４
゜５の周囲に配置された補正コイル１２　、１３からの
出力は、トルクの影響をほとんど受けることがなく、回
転軸ｌの材料の透磁率などの物理的性質の経年変化、温
度変化のみに関係した値となる。そξで、補正用磁気異
方性部４，５に対応する補正コイル１２　、１３の出力
電圧を一定に保つように、各励磁電源を制御することに
より（この場合磁気異方性部３と５．２と４に対応する
励磁コイルは各々共通に励磁される。）温度変化や経年
変化にもとづいて発生する誤差を除去したトルク検出デ
ータのみが、出力端子１９に現われる。

第９図（ａ）は回転数検出コイル２８の出力波形を示す
。１＝０以前の時刻では回転軸ｌは停止しており、ｊ＝
ｏで回転を開始している。第９図（ａ）は、回転軸ｌが
停止していたときには、回転数検出用ヨーク２３の先端
が補正用磁気異方性部４の山部２５と向かい合っていた
場合を示す。回転軸１が回転を始めて磁気異方性部４の
谷部２６がヨーク２３の先端に向かい合ったときには、
このヨーク２３の先端から磁気異方性部４の表置までの
距離が大きくなって磁界強度が弱（なるため、回転数検
出コイル２８の出力が低下する。回転軸ｌの回転により
山部２５と谷部２６とが次々とヨーク２３の位置を通過
するので、第９図（ａ）に示すように時間とともに繰り
返し変化する波形が得られる。ここで４１はキャリアの
波形を示し、このキャリア４１は、励磁回路１４により
励磁コイル１１に供給される電流の周波数と等しい周°
波数になる。

このような回転数検出コイル２８の出力波形は、波形整
形回路２９により第９図（ｂ）に示すような矩形波４２
に変換される。この矩形波４２は、回転軸ｌの１周当り
の谷部２６の数をＮとした１／Ｎ割算器で構成された回
転数演算回路３ｏでカウントされ、そのときの回転軸１
の回転数が出力端子３１に出力される。たとえば、′回
転軸１が５００Ｏｒｐｍで回転しており、回転軸ｌの外
周の３０ｆ！ｉ所に谷部２６が形成されているとすると
、１秒間に谷部２６の２５００個分に対応する矩形波４
２が回転数演算回路３ｏに入力される。）第９図（ａ）
は、キャリア４１の周波数を１０，０００　Ｈｚとした
場合の、このときのトルク検出電圧を示す。

磁気シールド部２０の内部には、回転数検出用ヨーク２
３のほかに磁気バランス用ヨーク２４が設けられている
ため、強磁性体にて形成された回転数検出用ヨーク２３
により周囲の磁気バランスが乱されることが防止される
。なお、回転数検出用ヨーク２３が実用性を害する程度
に磁気バランスを乱すものではない場合は、磁気バラン
ス用ヨーク２４を設けなくてよい。

第９図（ｃ）は回転方向弁別コイル３２の出力波形を示
す。同図（ｄ）は波形整形回路３３の出力波形を示す。

回転数検出用ヨーク２３と回転方向弁別用ヨーク２７と
は、前述のように回転軸１の周方向において互いに位相
ずれが生じるように配置されているため、波形整形回路
２９からの矩形波４２と波形整形回路３３からの矩形波
４３との間にも、第９図（ｂ）（ｄ）に示されるような
位相ずれが生じる。回転軸１が逆転してその回転方向が
反対になると、矩形波４２に関する矩形波４３の位相が
進んだり、あるいは遅れたりするため、この位相の「進
み」と「遅れ」とを第１図の位相弁別回路３４で弁別す
ることにより、回転軸１の回転方向に関する信号が出力
端子３５に現われる。

第１図に示すように、トルク演算回路１８の出力と回転
数演算回路３０の出力とは、軸動力演算回路３６に入力
される。この軸動力演算回路３６は、前述のように掛算
回路にて構成されており、トルク値と回転数値とを掛は
合わせることにより出力端子３７に軸動力を出力させる
。

発明の効果 以上述べたように本発明によると、温度変化や経年変化
にもとづいて発生する誤差の補償機能を有したトルクセ
ンサーと、回転数センサーと、回転方向弁別センサーと
が一体化されるため、トル時に、小スペースで、安価に
検出できる。

回転数検出用ヨークや回転方向弁別用ヨークに対応して
磁気バランス用ヨークを設けることにより、これらヨー
クのまわりを確実に磁気バランスさせることが可能とな
り、静止トルクの出力値の回転角度変動や温度変化によ
るトルクセンサーの零点変動を最少にすることができる
。

軸動力を演算する手段を設けることにより、一つのセン
サーの構成で、トルク、トルクの方向、回転数、回転方
向および軸動力のすべてを同時に検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にもとづく軸の回転数の検出装置の概略
構成を示す図、第２図は第１図における磁気シールド部
の一部を切欠いて示す図、第３図は補正用磁気異方性部
における磁気シールド部の斜視図、第４図は回転数検出
用ヨークまたは回転方向弁別用ヨークと磁気バランス用
ヨークとの斜視図、第５図はこれらヨークの位置関係を
示す図、第６図は回転数検出用ヨークと回転方向弁別用
ヨークとの位置関係を示す図、第７図は第１図における
整流回路の出力を示す図、第８図は第１図における減算
回路の出力を示す図、第９図は第１図における回転数検
出コイル、回転方向弁別コイルおよび両波形整形回路の
出力波形を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転軸の軸心の方向に対し角度をなすように、この
   回転軸の外周面に形成された一対のトルク検出用磁気異
   方性部と、 各トルク検出用磁気異方性部における透磁率の変化を検
   出可能な一対のトルク検出コイルと、前記各トルク検出
   用磁気異方性部のそれぞれ近傍における回転軸の外周面
   に前記軸心と平行な方向に形成された一対の補正用磁気
   異方性部と、 各補正用磁気異方性部における透磁率の変化を検出可能
   な一対の補正コイルと、 一方の補正用磁気異方性部に端部が向かい合うように配
   置された回転数検出用ヨークと、この回転数検出用ヨー
   クに巻付けられた回転数検出コイルと、 他方の補正用磁気異方性部に端部が向かい合うように配
   置された回転方向弁別用ヨークと、この回転方向弁別用
   ヨークに巻付けられるとともに、前記回転数検出コイル
   の検出信号の位相に対し、前記回転軸の回転方向により
   異なつた位相差の検出信号を出力可能な回転方向弁別コ
   イルと、 を有することを特徴とする軸の回転数の検出装置。 ２、回転数検出用ヨークと回転方向弁別用ヨークとによ
   る磁気バランスの乱れを補正するための磁気バランス用
   ヨークを有することを特徴とする請求項１記載の軸の回
   転数の検出装置。 ３、トルク検出コイルの出力と回転数検出コイルの出力
   とから軸動力を演算する手段を有することを特徴とする
   請求項１または２に記載の軸の回転数の検出装置。