JPH03183924A - トルク測定装置のための温度補償装置 - 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、トルク測定装置のための温度補償装置に関す
る。

従来の技術 公知のトルク測定装置として、トルク伝達軸の外周に一
対の磁気異方性部を形成し、この軸にトルクか印加され
たときの各磁気異方性部の透磁率の変化を、これら磁気
異方性部の近傍に配置された一対の検出コイルで検出し
、両検出信号の差から、軸に作用するトルクの大きさを
電気信号に変換するようにしたものであって、前記検出
コイルを励磁するための励磁コイルを有したものか、た
とえば特開平１−１７３８４３号公報において提案され
ている。

この種のトルク測定装置では、磁気異方性部か形成され
た軸部分や検出コイルや励磁コイルなどを備えたトルク
検出部に温度変化か生じると、その磁気特性や電気特性
が変化し、励磁コイルのインピーダンスが変化してその
励磁電流か変化するゎこの結果トルク検出精度に変動が
生じ、たとえば零点出力の変化、感度変化、ヒステリシ
ス増大なとか起こる。このため、産業機械、モータ、エ
ンジン、自動車など、運転時に比較的高温１こなる装置
のトルクを測定する際に問題となる。

そこで特開平１−１７３８４３号公報では、励磁電流の
変化と温度変化とに相関があることに着目し、検出コイ
ルの出力信号の電圧の和、すなわち両信号の平均値の２
倍の値を一定にする定電圧制御により励磁電流を制御し
て、このような事態の発生を防止している。

発明か解決しようとする課題 しかし、単にこのような定電圧制御を行なっただけでは
、特に温度変化が大きい場合などにおいては、トルク検
出精度の変動を防止するうえで十分てないという問題点
かある。

そこで本発明は、トルク検出部の温度が大きく変化する
場合てあっても、その検出精度を維持てきるよう（こす
ることを目的とする。

課題を解決するための手段 この目的を、達成するため本発明のトルク測定装置のた
めの温度補償装置は、 励磁コイルの励磁電流を検出することによってトルク検
出部の温度を検出する手段と、この温度検出手段による
検出結果にもとづいて前記トルクの大きさについての電
気信号を温度補償する手段とを有する。

作用 このような構成では、励磁電流は軸に印加されるトルク
には反応せず、トルク検出部の温度のみに反応する。こ
のため、励磁電流を検出すれば、印加トルクの状態とは
独立してトルク検出部の温度を検出てきる。この温度の
検出結果にもとづいてトルク信号を温度補償することか
ら、温度変化にともなう検出誤差の発生を確実に防止す
ることかてき、高温下でも正確にトルクを測定すること
か可能になる。

実施例 第１図は本発明の第一の実施例を示す。１はトルク伝達
用の軸であり、軟磁性および磁歪性を有する材料にて形
成されている。軸ｌの外周には、この軸ｌの軸心の方向
と士約４５度の角度をなして互いに反対方向に傾斜する
磁気異方性部２，３が、多数の溝などによって形成され
ている。磁気異方性部２，３の周囲には、各磁気異方性
部２，３に対応した検出コイル４，５と、これら検出コ
イル４．５を励磁するための励磁コイル６とが設けられ
ている。励磁コイル６は交流電源７に接続され、この交
流型＃７と励磁コイル６との間には、オドケインコント
ロ−ラ とか設けられている。検出抵抗９の両端にはそれぞれ整
流フィルタ１０，　　ＩＩか接続され、これら整流フィ
ルタ１０．　　１１は差動検出器１２の入力側に接続さ
れている。差動検出器１２は、両整流フィルタ１０１１
からの信号の差をとることによって、励磁コイル６に流
れる励磁電流Ｉｅｘを検１１４する。

各検出コイル４，５からの出力ライン１３．　１４は、
整流フィルタ１５．　　１６の入力側にそれぞれ接続さ
れ、またこれら整流フィルタ１５．　１６の出力側は、
減算のための演算器１７の入力端に接続されている。演
算器１７の出力側は、オートケインコントローラ１８、
加算のための演算器１９、およびＶ／Ｉ変換器２０を介
して、出力端子２１に導かれている。２２は、負荷抵抗
である。

差動検出器Ｉ２の出力側は比較器２３の一方の入力側に
接続され、この比較器２３の他方の入力側には定電圧発
生器２４か接続されている。比較器２３の出力側は、オ
ートゲインコントローラ 調節するためにこのオー１〜ゲインコントローラ１８に
接続されるとともに、演算器１９の入力側にも接続され
ている。

整流フィルタ１５．　　１６の出力側は、加算のための
演算器２５の入力側にも接続されている。演算器２５の
出力側は比較器２６の一方の入力側に接続され、この比
較器２６の他方の入力側には定電圧発生器２４が接続さ
れている。比較器２６の出力側は、オートゲインコン１
ヘローラ８の増幅率を調整するために、このオートゲイ
ンコン１〜ローラ８に接続されている。

このような構成によれは、軸１に作用するトルクにもと
づく各磁気異方性部２，３ての透磁率の変化が、検出コ
イル４，５にて検出される。このとき、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、一方の磁気
異方性部に引張力が働くと、他方には圧縮力か働く。こ
のため、たとえば一方の検出コイル４の検出電圧Ｖ１か
トルクの増加にしたかって増加すると、他方の検出コイ
ル５の検出電圧Ｖ２はそれにともなって減少する。

そこで、演算器１７により雨検出電圧Ｖ，，Ｖ２の差Ｖ
，−　Ｖ２を求めると、第５図に示すようにトルクの変
化に列応する信号か出力端子２１に現れる。

演算器２５の出力側に現れる検出電圧の和＼ｒ，　−１
−Ｖ２の値は、比較器２６において定電圧発生器２４か
らの基準電圧Ｖｒｅｆと比較される。そして、比較器２
６からすートゲインコン１〜ローラ８へ制御信号か送ら
れ、オートケインコントローラ率の調節により励磁コイ
ル６の励磁電流Ｉｅｘを制御することで、上記和Ｖ，　
十Ｖ２の値か一定値となるように制御される。これによ
り、温度変化による装置の特性の変動か大まかに補償さ
れる。

励磁電流１ｅｘが、検出抵抗９、整流フィルタ【０。

１１、差動検出器１２によって検知される。本１−ルク
測定装置の構成では、励磁電流Ｉｅｘはトルクには反応
せず、トルク検出部の温度のみに反応する。

このため、励磁電流Ｉｅｘを検出すれば、軸Ｉに印加さ
れるトルクの状態とは独立して、トルク検出部の温度が
検出される。この温度の検出結果に応し、差動検出器１
２から温度補償基準電圧Ｖｔか出力される。この電圧Ｖ
ｔは、比較器２３において定電圧発生器２４からの基準
電圧Ｖ　ｒｅｆと比較され、それに応したトルク検出感
度の補正用信号電圧ＶＳか比較器２３から出力される。

高温下では実際に軸１に印加されているトルクよりも大
きな値の検出出力か現れるか、この補正用信号電圧Ｖｓ
によってオー１〜ゲインコントローラ１８の増幅率か調
整され、オーｌ・ゲインコントローラ１８からは温度に
よる感度変化を補償されたトルク検出信号が出力される
。

第２図は、トルク検出部の温度か変化したときの励磁電
流Ｉｅｘの変化を示す。温度の上昇にともなって、励磁
電流Ｔｅｘは減少する。第３図は、励磁電流Ｔｅｘの変
化にもとつく温度補償基準電圧Ｖｔの変化、すなわちト
ルク検出部の温度か変化したときの温度補償基準電圧Ｖ
ｔの変化を示す。温度の上昇にともなって、温度補償基
準電圧Ｖｔは減少する。第４図は、温度補償基準電圧Ｖ
ｔと第０ −トゲインコントローラ１８の増幅率との関係を示す。

温度補償基準電圧Ｖｔの減少すなわち温度の上昇にとも
なって、オートゲインコントロ−ラの増幅率は低下する
。

第５図は、常温時のトルクと出力電圧との関係を示す。

第６図は高温時における両者の関係を示す。第６図にお
いて、破線は、演算器１７の出力すなわちＶ，＋　Ｖ２
の値か一定値となる制御のみを実行するか、励磁電流Ｉ
ｅｘにもとつく温度補償は行なわないときの出力電圧を
示す。また実線は、オートゲインコントローラ１８の出
力すなわち励磁電流１ｅｙ．にもとつく温度補償をも行
なったときの出力電圧を示す。Ｖ，＋　Ｖ２の値が一定
値となる制御のみの場合は、常温時に比へて線の傾斜か
急になって感度か高めに移行し、感度の変動による誤差
か生じているか、励磁電流ＩｅＸにもとうく温度補償を
も行なったときには、常温時とほぼ同一の傾斜となって
ほぼ同一の感度特性が達成されている。詳細には、ｖｌ
十ｖ２の値か一定値となる制御のみの場合は、温度変化
によるトルク検出感度の変動は＋１０００ｐｐｍ／’Ｃ
程度であり、これは検出部か１００°Ｃ温度変化したと
きに測定誤差かｌＯ％生しることに相当する。これに対
し励磁電流Ｉｅｘの検出にもとづく温度補償をも行なっ
たときには、感度の変動をたかだか±２０〜３０ｐｐｍ
／°Ｃ程度に改善することかできる。

比較器２３からの補正用信号電圧Ｖｓは、零点の出力を
補正するためにも利用される。この補正のための信号電
圧Ｖｓと、上述のようにして感度補正か達成されたオー
トゲインコントローラ１８からの出力電圧とは、ともに
演算器１９に入力される。

演算器１９ではこれら両型圧か加減算されるが、検出部
の温度か変動したときの零点出力の増加または減少する
する度合をあらかじめ測定しておき、かつそれに応じた
回路定数（補正係数）を決定しておくことで、この演算
器１９からは、零点出力の変動による誤差か補償された
信号か出力される。

第７図は、検出部の温度変化にともなって差動検出器１
２からの温度補償基準電圧Ｖｔか変動したときの、補正
用信号電圧Ｖｓの変化の様子を示す。

グラフの傾きの角度は零点出力の変動の度合に応じて変
化し、その傾きの方向も、図示のような右下かりの場合
のほかに、右上がりの場合もある。

第８図は、高温時におけるトルクと出力電圧との関係を
示す。実線は演算器１９の出力すなわち励磁電流Ｉｅｘ
にもとづく温度補償を行なったときの出力電圧を示し、
破線はこの温度補償を行なわなかったときの出力電圧を
示す。温度補償を行なうことにより、零点出力の変動に
もとつく誤差Ｅが解消する様子が説明されている。詳細
には、検出部の温度変化による零点出力の変動は±５０
０　ｐｐｍ／’Ｃ程度存在し、これは検出部が１００°
Ｃ温度変化したときに印加トルクかなくてもフルスケー
ルの±５％の出力信号か生しることをを意味する。これ
に対し励磁電流ＩｅＸにもとつく温度補償を行なったと
きには、零点出力の変動をたかだか±２０〜ａｏｐｐｍ
／°Ｃ程度に改善することができる。

第９図は、常温時（検出部温度２５°Ｃ）のトルクと出
力電圧との関係の実測値を示す。第１０図は、高温時（
検出部温度１２５°Ｃ）において感度と零点３ との温度補償を行なったときのトルクと出力電圧との関
係の実測値を、温度補償か不十分な場合の実測値ととも
に示す。この第１Ｏ図において、「感度および零点補正
あり」のグラフは第１図における出力端子２１に現れる
出力をプロットしたものである。同様に、「感度補正の
みあり」のグラフはオートゲインコントローラ１８の出
力を、また「補正なし」のグラフは演算器１７の出力を
、それぞれプロットしたものである。

第１１図は、本発明の第二の実施例を示す。ここでは、
第１図における演算器１９が省略されている。

このような構成によると、感度の温度補償のみが行なわ
れ、零点の温度補償は行なわれない。したがって、この
第１１図の回路は、温度変化にともなう感度の変動は問
題になるが、零点の変動は無視てきる程度に小さいとい
う特性を有するトルク測定装置に対し好適である。

第１２図は、本発明の第三の実施例を示す。ここでは第
１図におけるオートゲインコントローラ１８が省略され
ており、零点の温度補償のみが行なわ１４ れ、感度の温度補償は行なわれない。したかって、この
第１２図の回路は、第１１図の回路とは逆に、温度変化
にともなう零点の変動は問題になるか、感度の変動は無
視できる程度に小さいという特性を有するトルク測定装
置に対し好適である。

第１３図は、本発明の第四の実施例を示す。これは、第
１１図の実施例に変更を加えたものである。

第１１図の回路では、比較器２３によって差動検出器１
２からの温度補償基準電圧Ｖｔと定電圧発生器２４から
の基準電圧Ｖ　ｒｅｆとか比較されているか、この第１
３図の回路では、検出抵抗９によって検知された励磁電
流１ｅｘと、演算器２５の出力とか、比較器２３によっ
て比ｉ１％されている。しかし、両回路ども、演算器２
５の出力側に現れる検出電圧の和Ｖ十■２の値を定電圧
発生器２４からの基準電圧■ｒｅｆと比較して、この和
Ｖ、＋　Ｖ２の値が一定になるようにフィードバック制
御している点において一致している。したかって、比較
器２３の人力として、このフィードバックループのいず
れの部分からの信号を利用するかということは、単なる
設計事項に過ぎず、これら第１１図の回路と第１３図の
回路とては実質的な差はない。第１３図の回路では、オ
ートゲインコントローラ１８は抵抗２７とＦＥＴ２８と
で構成されている。

第１４図は、本発明の第五の実施例を示す。上述の各実
施例では、検出電圧の和Ｖ、　十Ｖ２を基準電圧Ｖｒｅ
ｆと比較して、この和Ｖｌ　＋　Ｖ２の値か一定になる
ようにフィードバック制御しているが、この第１４図の
回路では、励磁コイル６の励磁電圧ＶｅｘＯ値か一定に
なるように制御している。

第１４図において、２９は励磁コイル６の両端における
励磁電圧Ｖｅｘの検出部で、その検出信号は比較器２６
に入力されて定電圧発生器２４からの基準電圧Ｖｒｅｆ
と比較される。比較結果により、励磁電圧Ｖｅｘが一定
値となるようにオートケインコントロ−ラ コイル６の励磁電圧Ｖｅｘか一定値となるように制御す
る場合においても、検出電圧の和Ｖ，　＋　Ｖ２を制御
する場合と同様に、感度、零点の補償が可能である。

第１５図および第１６図は、本発明にもとつく温度補償
装置を差動トランスへ応用した例を示す。図示のように
、差動トランス３１においても、トルク測定装置と同様
の励磁コイ九〇と一列の検出コイル４、５とか一般的に
設けられる。したかって、トルク測定装置の場合と全く
同一の回路構成によって、この差動Ｉ・ランス３１か高
温条件下て使用されるときの検出出力の感度および零点
の温度補正か可能である。第１５図は、第１図の場合と
同様に、検出電圧の和Ｖ，　十Ｖ２の値が一定になるよ
うに制御するための回路を示す。第１６図は、第１４図
の場合と同様に、励磁コイル６の励磁電圧Ｖｅｘの値か
一定になるように制御するための回路を示す。

このように検出出力か温度補償された差動ｌ・ランス３
１は、変位検出器、磁気増幅器なととして利用できる。

発明の効果 以上述へたように本発明によると、励磁コイルの励磁電
流を検出することによってＩ−ルク検出部の温度を検出
する手段と、この温度検出手段によ７ る検出結果にもとついて前記トルクの大きさについての
電気信号を温度補償する手段とを有するようにしたため
、トルク検出感度や零点出力を温度補償することができ
、その結果、広い温度範囲で高精度にトルク測定するこ
とか可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例のトルク測定装置のため
の温度補償装置の回路図、第２図〜第８図は第１図の回
路の動作を説明するための図、第９図および第１０図は
常温時および高温時におけるトルク検出出力の実測値を
示す図、第１１図〜・第１４図は本発明の第二〜第五の
実施例のトルク測定装置のための温度補償装置の回路図
、第１５図および第１６図は本発明にもとづく温度補償
装置を差動トランスへ応用した例の回路図である。 ｌ・・・軸、２．３・・・磁気異方性部、４，５・・・
検出コイル、６・・・励磁コイル、８，１８・・・オー
トゲインコントローラ、９・・・検出抵抗、Ｉ２・・・
差動検出器、１９・・・演算器，２３・・・比較器、２
４・・・定電圧発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、トルク伝達軸の外周に一対の磁気異方性部を形成し
   、この軸にトルクが印加されたときの各磁気異方性部の
   透磁率の変化を、前記磁気異方性部の近傍に配置された
   一対の検出コイルで検出し、両検出信号の差から、軸に
   作用するトルクの大きさを電気信号に変換するようにし
   たトルク測定装置における温度補償装置であり、前記検
   出コイルを励磁するための励磁コイルを有したものにお
   いて、 励磁コイルの励磁電流を検出することによってトルク検
   出部の温度を検出する手段と、 この温度検出手段による検出結果にもとづいて前記トル
   クの大きさについての電気信号を温度補償する手段とを
   有することを特徴とする。 ２、請求項１記載のトルク測定装置における温度補償装
   置であって、検出コイルの検出信号の和が一定値となる
   ように励磁コイルの励磁電流を制御する手段と、励磁コ
   イルの励磁電圧が一定値となるようにその励磁電流を制
   御する手段とのいずれか一方を有することを特徴とする
   。 ３、請求項２記載のトルク測定装置における温度補償装
   置であって、温度補償手段は、トルク信号の感度を補償
   する手段と、トルク信号の零点を補償する手段との少な
   くともいずれか一方を有することを特徴とする。 ４、請求項３記載のトルク測定装置における温度補償装
   置であって、トルク信号の感度を補償する手段は、トル
   ク信号を増幅する手段と、検出された励磁電流に応じて
   トルク信号増幅手段の増幅率を調節する手段とを有する
   ことを特徴とする。 ５、請求項４記載のトルク測定装置における温度補償装
   置であって、励磁電流の検出値をそれに対応する温度補
   償基準電圧に変換する手段と、この温度補償基準電圧を
   一定値の基準電圧と比較し、比較結果にもとづいてトル
   ク信号増幅手段の増幅率を調節する手段とを有すること
   を特徴とする。 ６、請求項３記載のトルク測定装置における温度補償装
   置であって、トルク信号の零点を補償する手段は、励磁
   電流の検出値をそれに対応する温度補正信号に変換する
   手段と、トルク信号と前記温度補正信号とを加算する手
   段とを有することを特徴とする。 ７、請求項１から６までのいずれか１項記載の温度補償
   装置であって、前記トルク測定装置に代えて、励磁コイ
   ルと一対の検出コイルとを備えた差動トランスに適用さ
   れることを特徴とする。