JPH02304324A - 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２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８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９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９図に示すごと＜２Ｍｉ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９周
波数変化の検出は９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、■ｏ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９Ｇ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ｉ３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。

検出精度、感度に優れ、かつ安定した発振周波数を得る
ことができるトルク検出装置を提供しようとす之もので
ある。

〔課題の解決手段〕

本発明は１回転トルクを受け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
たコンデンサとを有すると共に。

受動軸がトルクを受けたとき、そのトルクに応じて上記
ソレノイドコイルのインダクタンスが変化して共振周波
数が変化する共振回路を構成し、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コンパレータに接続
してなる検出部を設け、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、また上記コンパレータには、上記入
力コイルと並列に、抵抗又は抵抗及びコンデンサを接続
した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、前記共振回路を受動
軸に固定したこと、及び前記発振回路のコンパレータに
はその入力側のコイル（入力コイル）と並列に抵抗、又
は抵抗及びコンデンサを接続したことである。

本発明において、前記共振回路は、受動軸が回転トルク
を受けたとき、そのトルクに応じて前記ソレノイドコイ
ルのインダクタンスが変化して。

共振周波数が変化するよう構成する。

しかして、トルクに応じてソレノイドコイルのインダク
タンスを変化させる手段としては１例えば実施例に示す
ごとく、受動軸自体を磁歪効果を有する材料で作製する
方法がある。また、受動軸上に、トルクによる回転角度
差に対応してインダクタンスが変化する。一対のコイル
を配設する方法がある。また、この一対のコイルに代え
て、空洞部を有するコイルと該コイル内をトルクに応じ
て出入りする金属コアとを一組として受動軸上に配設す
る方法がある。これらの手段については。

当山願人が先に出願した。特願昭６２−２６３４９０、
特願昭６３−１１７５４７．特願昭６３−１１２９００
などに記載されている。

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、上記コンパレータの入力側に接続する抵抗、又は
抵抗及びコンデンサは、実施例に示すごとく１発振周波
数の位相遅れがゼロとなるよう。

抵抗値、コンデンサ容量を選択する。

また２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１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８受動軸にトルクが加わると。

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。共振周波数の変化量は。

トルク量に対応するため、上記発振周波数の変化量から
印加トルクが検出できる。

次に１発振周波数の安定性につき説明する。

まず、前記コンパレータの応答遅れは、入力電圧の変化
、温度変化に伴って変化する。即ち１本発明において、
共振回路を回転軸に取りつけた場合には、ソレノイドコ
イル、検出部の入力コイル。

出力コイル等の取付部品の製造誤差、＆Ｉｌ付誤差によ
って１例えばソレノイドコイルと出力コイル（及び入力
コイル）との間の距離が変化し、入力電圧が変化する。

そのため２発振周波数が変化し、測定精度が低下する１
本発明は、これに対処すべく、前記のごとくコンパレー
タに抵抗、又は抵抗及びコンデンサを接続し、上記問題
も解決している。

これを第７図を用いて説明する。同図は、横軸に周波数
を、左軸には位相（度）を、右輪にはインピーダンス（
Ω）をとったもので共振回路（タンク回路）の並列共振
特性を示している。

しかして、いま、コンパレータ側の回路の位相遅れが１
８０°からズしており、第７図のＢ点で発振していたと
すると、コンパレータの応答遅れが１０°変化したとき
１発振周波数は約４ＫＨｚ変化することになる。そこで
１本発明においては。

コンパレータに、抵抗又は抵抗とコンデンサとを。

その入力側コイルと並列に接続することにより。

同図のＡ点（位相０”）で発振させるのである。

これにより、コンパレータの応答遅れが変化しても１発
振周波数の変化は、約２ＫＨｚ（同図参照）に抑えるこ
とができる。つまり９発振周波数を安定化させることが
できる。

〔効　果〕

本発明によれば、共振回路を受動軸上に配設したので、
トルク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２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。

また、前記のごとく発振周波数を安定化させることがで
きる。

したがって９本発明によれば、検出精度、感度に優れ、
また発振周波数の安定化を図ることができるトルク検出
装置を提供することができる。

〔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、共振回路にば、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１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（、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Ｔｏを発信する発振回路を示すも
のである。

そして、コンパレータ８３には、入力コイル５と並列に
、抵抗ＲとコンデンサＣとを接続する。

なお、同図において、８１は電流制限抵抗、８２はダイ
オード、■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
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０（ゼａ）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「０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。

しかして、上記発振周波数に関して、以下に詳述する。

即ち１発振周波数は、コンパレータと共振回路のフィー
ドバックループの位相遅れが０１となる周波数である。

そこで、検出部の人力コイル及び出力コイルと共振回路
との各電磁結合部で２位相は９０°ずつ（合計１８０’
）進む、したがって。

コンパレータ自身の特性に基づく応答遅れ（入力が反転
しても出力は瞬時に反転できない）と、その入出力回路
の応答遅れ（入力コイルの起電力に対してコンパレータ
の入力電圧の位相は遅れる）とが１合計１８０＠であれ
ば、共振回路は位相０°、即ち共振点で発振させること
ができる（前記第７図参照）。

本例においては１例えば共振回路の共振周波数が１９０
ＫＨｚ、入力コイル５及び出力コイル６が共に１　ｍ　
Ｈ、前記電流制限抵抗８１がＩＫΩ、コンパレータ応答
遅れが０．８μｓｅｃのとき、コンパレータの出力側で
約５０°、コンパレータで約６０°の位相遅れが生ずる
。

そこで、コンパレータの入力側で約７０″′の位相遅れ
を生じさせれば良い、即ち、１８０°−５０°　（出力
側）−６０°　（コンパレータ）−７０°　（入力側）
である、そのためには９本例においては、抵抗Ｒを３３
０Ω、コンデンサＣを１６００ｐＦとした。これにより
１位相補償を行うことができる。

以上のごとく１本例によれば、受動軸１のｉ３ｍ率変化
け、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、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。

また、前記抵抗Ｒ及びコンデンサＣの接続により１発振
周波数の安定化を図ることができる。

第２実施例 本例は、第５図に示すごとく、第１実施例のトルク検出
装置において、コンパレータ８３の入力側に抵抗Ｒのみ
を接続したものである。その他は第１実施例と同様であ
る。

本例においては、検出部の入力コイル５．出力コイル６
が共に１．５ｍＨのものを使用できる。

このとき、出力コイル６側の応答遅れは約６０′となる
。（ＬＲ直列回路の位相遅れθ−ａｒｃｔａ　ｎ　（２
ｘ　ｒ　Ｌ／Ｒ）において、ｆ！−１２００ＫＨｚ。

Ｌ−１，５ｍＨ，Ｒ−ＩＫＨｚ）を代入〕、そこで。

入力側では６０°位相遅れを作れば良いことになる。即
ち、抵抗ＲをＩＫΩとすることにより位相補償が可能と
なる。即ち、１８０°−６０’　　（出力側）−６０°
　（コンパレータ）−６０°　（入力側）。

第３実施例 本例のトルク検出装置は、第６図に示すごとく。

第１実施例において、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９　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５小型化することができる
。つまり９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
における発振回路図。 第６図は第３実施例のトルク検出装置の概念図。 第７図は共振回路の並列共振特性線図、第８図及び第９
図は従来のトルク検出装置を示し、第８図はその断面図
、第９図はその回路図である。 １８１．受動軸。 ’３．３０．３１．．．　　ソレノイドコイル。 ４９１．コンデンサ。 ５．５５．、、入力コイル。 ６．６５．、、出力コイル。 Ｋｏｌ、共振回路。 Ｌ３１．検出部。 Ｎ８１．波形整形回路。 Ｒ１３０位相補償用の抵抗

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転トルクを受け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
   サとを有すると共に、受動軸がトルクを受けたとき、そ
   のトルクに応じて上記ソレノイドコイルのインダクタン
   スが変化して共振周波数が変化する共振回路を構成し、
   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
   出力コイルをコンパレータに接続してなる検出部を設け
   、 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、 また上記コンパレータには、上記入力コイルと並列に、
   抵抗又は抵抗及びコンデンサを接続したことを特徴とす
   るトルク検出装置。