JPH0375535A - トルクセンサ - 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 本発明はトルクセンサに関する。

従来の技術 従来、トルクセンサとして、トルク伝達軸の外周に一対
の磁気異方性部を形成し、この軸にトルクが負荷された
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μ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が提案されている。

第７図は、このような従来のトルクセンサを例示するも
のである。ここで１はトルク伝達用の軸であシ、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ｌｖ
６は交流電源７に接続されている。軸１と各コイル４．
５．６とは、互いに一体的に組立てられて、一つのセン
サユニット８を構成している。

各検出コイ／Ｌ／４．５からの出力フィン９．１０は、
整流およびフィルタ装置１１と抵抗１２とを介して、差
動増幅器１３の入力端へそれぞれ接続されている。

岡山カライン９，１０の間には、雨検出コイｌｖ４．５
とでブリッジ回路を形成する可変抵抗１３が接続され、
コレによりセンサユニット８のための零点調整装置１５
が構成されている。

差動増幅器１３の出力端は、さらに他の差動増幅器１６
の入力端に導かれている。差動増幅器１６には検出感度
を設定するための一対の抵抗１７．１８が接続され、抵
抗１８は感度調整のための可変抵抗にて構成されている
。これら抵抗１７．１８によシ感度調整装置２１が構成
されている。１９は差動増幅器１６の出力端子で、軸１
に作用するトルクに対応した電圧の出力が限われること
から、これを指示針などに接続することによって、トル
ク値を読取ることが可能である。差動増幅器１６の入力
端にはフィルタ回路１１、差動増幅器１３．１６及び指
示計の零点を調整するための可変抵抗２０が接続され、
この可変抵抗２００両端には正負の基準電圧＋Ｖｒｅｆ
　、−Ｖｒｅｆが印加される。

このような構成によれば、軸１に作用するトルクにもと
づく各磁気異方性部２．３での透磁率の変化が、検出コ
イｆｉ／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、軸１に
トルクが印加されると一方の磁気異方性部の透磁率が上
シ、他方の透磁率が下る。

このため、たとえば一方の検出コイｌｖ４の検出電圧ｖ
ｌがトルクの増加にしたがって増加すると、他方の検出
コイ／Ｌ１５の検出電圧■２はそれにともなって濱少す
る。そこで、差動増幅器１６によう雨検出電圧の差Ｖ、
−Ｖ２を求めると、トルクの変化に対応する信号が得ら
れる。さらにこの信号を差動増幅器１６によって感度補
正することで、出力端子１９にトルク検出電圧が現われ
る。

ここでセンナユニット８には細潰のユニットごとに製造
誤差などによる特性のバフツキがあるため、零点調整装
置１５によって無負荷時の雨検出コイ／ｌ／　４．５の
検出電圧Ｖ、　、Ｖ２をバランスさせる。また感度調整
装置２１の抵抗１８を調整することによって、所定のト
ルクが負荷されたときに所定の出力が得られるように感
度調整を行う。なか、出力端子１９に現われる電圧は、
軸１に負荷されるトルクの方向に応じてその正負が変化
し、トルクゼロでゼロ出力が現われねばならないが、こ
のための指示計の零点調整は可変抵抗２０によって行わ
れる。

なか、この指示計の零点は、センサユニット８の特性に
は左右されずに、電子回路側の特性にのみ依存する。

発明が解決しようとする課題 しかし、このような従来のものでは、センサユニット８
の側の特性バラツキを電気回路側で調整するものである
ため、トルクセンサを量産した場合にセンサユニット８
と電気回路この互換性がない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、センサユニ
ットと電気回路この互換性を有したトルクセンサを提供
することを目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するため本発明は、磁気異方性部が形成
されたトルク伝達軸と、検出コイルとを、それ以外の電
気回路から独立した一つのセンサユニットとして構成し
、このセンサユニットに、このセンサユニットに個有の
零点情報と感度情報とを、一対の電気抵抗の抵抗比率の
形で保有させたものである。

また本発明によれば、センサユニットに自動感度補償回
路を設けて、この自動感度補償回路を、抵抗比率を調節
可能な一対の電気抵抗にて構成することができる。

一対の電気抵抗は、アルミナセラミック基板上又はガラ
スエポキシ基板上等に形成されて、レーザトリミングま
たはアプレーシブトリミングによりトリミングによりト
リミング可能な印刷抵抗によシ形成することができる。

一対の電気抵抗を可変抵抗で構成することができる。

作用 このような構成にかいて、トルク検出軸と検出コイルと
を備えたセンサユニットは、製造工程のバラツキなどに
よシ個々個有の零点特性と感度特性とを有するが、この
センサユニットに個有の零点情報と感度情報とを一対の
電気抵抗の抵抗比率の形でこのセンサユニットに保有さ
せたため、多数のセンサユニットを製造した場合であっ
ても、零点特性と感度特性の揃ったセンサユニットが得
られる。したがって、これらセンサユニットと、基準零
点シよび基準感度に調整された！気固路とを用いること
によって、センサユニットに互換性を持たせることが可
能になる。

零点情報と感度情報とを一対の電気抵抗の抵抗比率の形
で保有していることから、センサの温度が変化してもこ
の抵抗比率は一般には変化せず、したがって零点情報、
感度情報には温度による変化が生じないので、好都合で
ある。

また、抵抗比率を調節可能な一対の電気抵抗にて構成さ
れた自動感度補償回路をセンサユニットに設けることに
よって、センサユニットの感度特性に経年変化などが生
じても、これが自動的に補償されることになる。

実施例 第１図は、本発明にもとづくトルクセンサの一実施例の
回路構成を示す。この第１図にかいて３１はセンナユニ
ットで、このセンサユニット３１には、第７図の零点調
整装置１５に対応する可変抵抗３２が設けられている。

この可変抵抗３２は、その摺動子３２ａを境とする一対
の抵抗Ｒ，、Ｒ２と等価であり、磁気異方性部２，３や
検出コイ／Ｌ’　４．５などのバラツキにもとづく個有
の零点特性を、抵抗Ｒ，、Ｒ２によって補正している。

そして、この補正された零点情報を、抵抗Ｒ，、Ｒ２の
抵抗比率の形で保有している。

さらにセンサユニット３１には一対の抵抗３３　、３４
が設けられている。これら抵抗３３．３４は第７図の感
度調整装置２１にかける抵抗１７．１８に相当するもの
で、たとえばアルミナセラミック基板上の印刷抵抗によ
シ構成されている。そして、いずれか−方あるいは両方
の抵抗３３　、３４にレーザ）　ＩＪミングやアブレー
シングトリミングを施してその抵抗値を変化させること
によう、センサユニット３１に個有の感度特性を補正し
ている。そしてこの補正された感度情報を、抵抗３３．
３４の抵抗比率の形で保有している。

センサユニッ）３１″ｆｔ構成する回路素子は一枚の基
板の上に取付けられてカシ、端子ａ　−ｈによってそれ
以外の電気回路と接続されている。端子ａ〜ｅは、図示
の通うに接続されている。また抵抗３３．３４に対応し
た端子ｆ、ｇ、ｈは、図示を省略したリード線によって
、差動増幅器１３の端子ｉ＆よび差動増幅器１６の端子
ｊ、ｋにそれぞれ接続されている。この結果、抵抗３３
　、３４は、図の仮想線で示されたのと同じ接続になる
。

このような構成によれば、センサユニット３１に個有の
零点情報が可変抵抗３２にて構成される抵抗Ｒ，、Ｒ２
の抵抗比率の形で保有され、゛また個有の感度情報が抵
抗３３．３４の抵抗比率の形で保有されることになるた
め、多数のセンサユニット３１を製造する場合において
も、各センサユニット３１コトニ抵抗比率の調整を行う
ことで、零点特性および感度特性の揃ったセンサユニッ
ト３１を量産することが可能になる。

したがって、センサユニット３１以外の電気回路を基準
零点および基準感度に調整しておくことによって、量産
されるすべてのセンサユニット３１に互換性を持たせる
ことが可能になる。

な）、上記においては、零点情報を保有するための抵抗
Ｒ，、Ｒ２として可変抵抗３２を用い、また感度情報を
保有するための抵抗３３　、３４としてトリミング可能
な印刷抵抗を用いたものを例示したが、双方とも可変抵
抗とすることができるし、また双方とも印刷抵抗を利用
することもでき、その選択は自由である。零点情報を保
有するために印刷抵抗を用いるとともに、感度情報を保
有するために可変抵抗を用いることも可能である。

双方ともトリミングを施した印刷抵抗を利用すると、通
常の可変抵抗のように機械的に動作する部分がなく、耐
振性にすぐれた構成とすることができる。したがって、
センサユニット３１を、エンジンの出力軸などのように
振動の多い軸に利用する場合などにおいて特に有利であ
る。

筐た、零点情報と感度情報とを一対の電気抵抗Ｒ，，Ｒ
２＞よび３３，３４の抵抗比率の形で保有していること
から、センサユニット３１の温度が変化しても、これら
抵抗の比率は一般には変化しない。したがって零点情報
訃よび感度情報には、温度による変化が生じないことに
なる。

第２図（ａ）　（ｂｌはセンサユニット３１の具体的な
構成例を示すもの゛である。ここで軸１はベアリング３
５を介してケーシング３６の中に通されて＞、６、筐た
検出コイ／ｖ４．５および励磁コイ／Ｉ／６はコア３７
の中に収容されている。同図（ａｔにかいては、ケーシ
ング３６の中にはコア３７の外側に位置する空間３８が
形成されて＞、６、この空間３８に配置された基板３９
に、抵抗３３．３４などが取付けられている。４０は第
１図に示した各端子ａ　−ｈからのリード線である。同
図（ｂｌは、零点情報を示す一対の電気抵抗Ｒ，、Ｒ２
及び感度情報を示す一対の電気抵抗３３．３４を印刷し
た基板３９をセンサユニットと一体に構成されるコネク
タ６０に組み込んだ例を示す。

第３図は、本発明にもとづ（）ｐクセンサの他の実施例
の構成を示す。ここでトルクセンサの感度調整、すなわ
ち軸１に所定トルクが負荷されたときに出力端子１９に
所定レベルの出力が現われるように−するための調整は
、第１図や第５図に示した差動増幅器１６を用いる代す
に、たとえば励磁コイル６の励磁電圧を制御することに
よっても、行うことができる。

このため第３図の実施例では、励磁コイＡ／６と交流電
源７この間にオートゲインコントローラ４１を設けてい
る。また岡山カライン９，１０にかける整流シよびフィ
μり装置１１の出力側とオートゲインコントローラ４１
この間にフィードバック回路４２を形成し、この回路４
２に、フィードバック制御用の差動増幅器４３を設けて
いる。出力フィン９，１ｏからの信号ライン４４．４５
は互いに結合されて差動増幅器４３の入力端に接続され
ている。また差動増幅器４３０基準端には基準電圧発生
装置４ｂが接続されている。

センサユニット３１には、基準電圧発生装置４６を構成
するための一対の抵抗４７．４８が設けられている。こ
れら抵抗４７．４８は抵抗３３　、３４と同様のトリミ
ング可能な印刷抵抗によシ構成され、後述するようにセ
ンサユニット３１の感度情報を保有するために利用され
る。両抵抗４７．４８は端子ｍ−ｏに接続され、筐たこ
れら端子ｍ’−ｏは、図示を省略したリード線によって
基準電圧発生装置４６の端子ｐ〜ｒにそれぞれ接続され
ている。端子ｑは差動増幅器４３の基準端に導かれ、筐
た端子ｐＴｈよび「にはそれぞれ正負の基準電圧＋ＶＲ
＋　　ｖＲが印加される。

このような構成にかいて、軸ｌに所定のトルクを負荷す
ると、各整流およびフィμり装置１１の出力側には、そ
れぞれ検出電圧Ｖ、　、Ｖ２が生じる。これら検出電圧
Ｖ、　、Ｖ２は、信号ライン４４　、４５を経て互いに
加算され、その和Ｖ、＋Ｖ２が、差動増幅器４３の入力
端に供給される。一方、差動増幅器４３の基準端には基
準電圧発生装置４６の端子ｑからの基準電圧Ｖ「が印加
される。したがって、差動増幅器４３の出力端には、入
力端と基準端この電圧差Ｖｅ　＝　Ｋ　（（Ｖ！　＋　
Ｖ２）　−Ｖｒ　）が現われ、この電圧Ｖｅがオートゲ
インコントローラ４１０制御信号として利用される。

ここで両抵抗４７．４８の抵抗値を変化させてその抵抗
比率を適当に設定すれば、上式のＶｒが変化することか
ら、軸１に所定のトルクが負荷されたときに検出電圧Ｖ
、、Ｖ２が所定の値となるように、すなわち所定の感度
でトルクを検出するように、オートケインコントロー−
７４１のゲインを調整することができる。結局これら抵
抗４７．１８は、第１図にかける抵抗３３．３４と同様
に、センサユニット３１に個有の感度特性を補正し、両
者の抵抗比率の形でセンサユニット３１の感度情報を保
有することになる。

なかこの場合に、差動増幅器１６は電気回路側の感度特
性、を決定するためにのみ利用され、抵抗１７゜１８に
は固定抵抗が用いられる。

次に、差動増幅器４３による自動感度補償動作について
説明する。い筐、経年変化などによってセンサユニット
の感度特性が変化し、たとえば所定のトルクにもとづい
て発生する検出電圧ｖｌ。

ｖ２が０少した場合には、感度が低下、実際よりも小さ
なトルク値を指示する不都合が生じる。

このようなときには、差動増幅器１６の出力電圧ｖｅは
これに応じて漬少するため、これに応じてオートゲイン
コントローラ４１のゲインを上げ、励磁コイ／Ｌ／６の
励磁電圧を上げる。すると、これに対応して検出コイ／
ｌ／４．５の検出電圧ｖｌ。

ｖ２も上がって、適正な感度となるようにコントロール
されることになる。すなわち、出力電圧ｖｅトオートゲ
インコントローフ４１のゲインとは、第４図に示すよう
な関係になるのが適当である。

第５図は、本発明にもとづくトルクセンサのさらに他の
実施例の構成を示す。すなわち第１図の実施例では、差
動増幅器１６に付随すべき感度調整用の抵抗３３　、３
４をセンサユニット３１に組み込み、これらの抵抗３３
　、３４によう差動増幅器１６のゲインを調整すること
で感度特性の補正を行っている。これに対し第５図の実
施例では、差動増幅器１６の入力側に指示計のスパン調
整用の可変抵抗５１および固定抵抗５２を設けたのと等
価な回路を構成している。そして、これら可変抵抗５１
カよび固定抵抗５２に相当する抵抗５３．５４の抵抗比
率の形で、センサユニット３１の内部に、このセンサユ
ニット３１に固有の感度情報を保有している。両抵抗５
３．５４は端子Ｓ〜Ｕに接続され、またこれら端子Ｓ−
ｕは、図示を省略したリード線によって差動増幅器１６
の入力側の端子ｖ　’−ｘにそれぞれ接続されている。

この場合も、第３図の場合と同様に、差動増幅器１６の
ゲイン調整用の抵抗１７．１８には固定抵抗が用いられ
る。なお、前述の場合と同様に、センサユニット３１に
かいて所定の抵抗比率を形成するための抵抗は、可変抵
抗、トリミング可能な印刷抵抗など、適宜のものを利用
できる。ここでは、感度情報を保有するための抵抗５３
．５４のみならず、零点情報を保有するための抵抗Ｒ，
、Ｒ２をも印刷抵抗で構成したものを例示している。

第６図は、本発明にもとづくトルクセンサのいま一つの
他の実施例の構成を示す。ここでは、第５図に示した回
路構成に加えて、第３図の場合と同様のフィードバック
回路４２を設け、自動感度補償を行うようにしている。

ただしセンサユニット３１に固有の感度情報は第５図の
場合と同様の抵抗５３．５４によって保有されているた
め、フィードバック回路４２は自動感度補償の機能のみ
を有する。

このため、基準電圧発生装置４６は、固定抵抗５５と定
電圧ダイオード５６とを有して、基準電圧を発生するよ
うに構成されている。

発明の効果 以上述べたように本発明によると、センサユニットにこ
のセンサユニット個有の零点情報と感度情報とをそれぞ
れ一対の抵抗の抵抗比率の形で保有させたため、多数の
センサユニットにつき零点特性と感度特性とを揃えるこ
とができ、センサユニットに互換性を持たせることが可
能になる。特に、温度変化が生じても抵抗比率は一般に
変化しないことから、零点情報、感度情報も変化せず、
好都合である。

抵抗比率を調節可能な一対の電気抵抗にて構成された自
動感度補償回路をセンサユニットに設けたことにより、
センサごニットの感度特性、に経年変化などが生じても
、これを自動的に補償することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のトルクセンサの回路構成を
示す図、第２図（ａｌ（ｂｌは第１図におけるセンサユ
ニットの構造を示す断面図、第３図は本発明の他の実施
例のトルクセンサの回路構成を示す図、第４図は第３図
におけるオートゲインコントローラのゲイン特性を示す
図、第５図は本発明のさらに他の実施例のトルクセンサ
の回路構成を示す図、第６図は本発明のい！一つの他の
実施例のトルクセンサの回路構成を示す図、第７図は従
来のトルクセンサの回路構成を示す図である。 １・・・軸、２，３・・・磁気異方性部、４，５・・・
検出コイμ、３１・・・センサユニット、３２・・・可
変抵抗、Ｒ，、Ｒ２・・・抵抗、３３　、３４・・・抵
抗、４１・・・オートゲインコントローラ。

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
   、この軸にトルクが負荷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
   たトルクセンサであって、 前記磁気異方性部が形成されたトルク伝達軸と前記検出
   コイルとを、それ以外の電気回路から独立した一つのセ
   ンサユニットとして構成し、 このセンサユニットに、このセンサユニットに個有の零
   点情報と感度情報とを、一対の電気抵抗の抵抗比率の形
   で保有させたことを特徴とするトルクセンサ。 ２、センサユニットに自動感度補償回路を設け、この自
   動感度補償回路を、抵抗比率を調節可能な一対の電気抵
   抗にて構成したことを特徴とする請求項１記載のトルク
   センサ。 ３、一対の電気抵抗を、トリミング可能な印刷抵抗にて
   構成したことを特徴とする請求項１または２記載のトル
   クセンサ。 ４、印刷抵抗は、アルミナセラミック又はガラスエポキ
   シ等の基板上に形成されて、レーザトリミングまたはア
   プレーシブトリミングによりトリミング可能とされてい
   ることを特徴とする請求項３記載のトルクセンサ。 ５、一対の電気抵抗を可変抵抗で構成したことを特徴と
   する請求項１または２記載のトルクセンサ。