JPH04296627A

JPH04296627A - トルク測定装置の温度補償装置

Info

Publication number: JPH04296627A
Application number: JP6223491A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Hanazawa; 花澤　明由
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1991-03-27
Filing date: 1991-03-27
Publication date: 1992-10-21
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: JP2566687B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トルク測定装置の温度
補償装置に関する。

【０００２】

【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
ルクが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が、
たとえば特開昭６４−２９７２３　号公報や特開昭６３
−３３６３４　号公報などにおいて提案されている。

【０００３】この種のトルク測定装置では、磁気異方性
部が形成された軸部分や検出コイルや励磁コイルなどに
よってセンサ部が構成されるが、このセンサ部に温度変
化が生じると、その磁気特性や電気特性が変化する。こ
の結果、センサのトルク検出特性が大きく変化して、そ
の検出精度に変動が生じる。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になる
装置のトルクを測定する際に問題となる。

【０００４】そこで、これら特開昭６４−２９７２３　
号公報や特開昭６３−３３６３４　号公報では、センサ
部にサーミスタや感温抵抗などの温度検出素子を内蔵し
たり、あるいは励磁コイルの交流励磁電流を検出したり
して、センサ部の温度を検知し、その温度検知信号にも
とづいてトルク検出信号を温度補償している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、温度検出素子
をセンサ部に内蔵したのでは、部品点数が増大し、素子
からの温度検知信号を伝達するためのケーブルが必要に
なり、センサ部の構造や組立が複雑なものとなり、素子
固有の特性上のバラツキにより精度が劣るなどの問題点
があった。

【０００６】一方、交流励磁電流を検出するものは、軸
、コイル、シールド、ケースなどコイルインピーダンス
を形成する各部品の磁気的電気的特性の温度による変化
の総和を、温度検出信号として用いている。このため、
各部品自体やその組立時のバラツキなどが原因して温度
検出精度が悪くなる。また軸にトルクが加わると、たと
え差動検出方式であっても、センサ部の構造、材質が、
磁気的、電気的に左右両側で完全に対称とはなり得ない
ので、励磁電流がある程度変動してしまう欠点がある。しかも、センサ構成部品の透磁率μは高温になると低く
なり、反対にその抵抗率ρは高温になると高くなるとい
う特性があるが、励磁コイルのインピーダンスは、透磁
率μが低い程低く、また抵抗率ρが高い程高くなるため
、この励磁コイルのインピーダンスの温度による変化は
、結果的に透磁率μと抵抗率ρとの各々の温度変化が相
互に打ち消し合って小さくなる。このため、温度の変化
にもとづく励磁電流の変化自体も小さくなるので、励磁
電流の検出部の回路に高感度、高精度のものが必要にな
り、補償精度が十分に確保できず、また高価になってし
まうという問題点があった。

【０００７】そこで本発明はこのような問題点を解決し
、簡単かつ安価な構成で精度良くセンサ部の温度を検出
できるようにして、確実な温度補償を行えるようにする
ことを目的とする。

【０００８】

【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、トルク伝達軸の外周面に形成された磁気異方
性部と、この磁気異方性部に対応して設けられた検出コ
イルとを備えて、前記トルク伝達軸に印加されるトルク
の大小に応じた交流信号を前記検出コイルから出力して
前記トルクの大きさを測定するようにした磁歪式のトル
ク測定装置において、前記検出コイルの直流抵抗を検出
してその温度を検出する手段と、この検出手段からの検
出信号にもとづいて前記トルク測定装置の検出特性を温
度補償する手段とを設けたものである。

【０００９】

【作用】検出コイルが設置された部分の温度が高温ある
いは低温になれば、それに応じて検出コイルの直流抵抗
が増減する。コイル銅線の体積抵抗率ρの　０−１００
℃の平均温度係数α０，１００　は、 α０，１００　＝（ρ１００　−ρ０　）／（１００　
・ρ０　）で表される。具体的には　　α０，１００　
＝４．３　×１０−３　　として確認されており、この
バラツキはきわめて少ない〔ただし、ρ２０＝１．７２
×１０−８（Ω・ｍ）〕。したがって、この直流抵抗を
検出すれば、それに対応して検出コイルの温度すなわち
センサ温度が検出できることになる。

【００１０】このとき、トルク検出信号は交流であるた
め、周知のコンデンサなどで直流成分をカットしてやれ
ば、問題なくトルクを検知できる。すなわち、検出コイ
ルからの信号の交流成分でトルクを検知し、かつ直流成
分でセンサ温度を検知するのである。さらに、直流電流
による磁界は十分に小さいため、トルク検出精度にはな
んら影響を及ぼさない。さらに、検出コイルを一対設け
て、これらを逆特性に配置すれば、直流磁界は相互にキ
ャンセルされる。

【００１１】検出コイルに代えて、この検出コイルを励
磁するための励磁コイルの直流抵抗を検出しても、同様
の作用が得られる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の第１実施例を示す。ここで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１の外周には、この軸１
の軸心の方向と±約４５度の角度をなして互いに反対方
向に傾斜する一対の磁気異方性部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に対応した一対の検出コイ
ル４、５と、これら検出コイル４、５を励磁するための
単一の励磁コイル６とが設けられている。検出コイル４
、５は、互いに逆特性となるように配置されている。励
磁コイル６は交流の定電圧源７に接続されている。Ｖｅ
ｘ　は励磁電圧、Ｉｅｘ　は励磁電流を示す。

【００１３】各検出コイル４、５からの出力ライン８、
９は、直流成分除去用のコンデンサ１０、１１を介して
、整流フィルタ１２、１３の入力側にそれぞれ接続され
ている。整流フィルタ１２、１３は、交流を全波整流したのち、
その実効値（ＲＭＳ）　を出力する。１４、１５はセン
サ出力バランス用の入力抵抗である。整流フィルタ１２
、１３の出力側は、減算のための演算器１６の入力側に
接続されている。演算器１６の出力側は、加算のための
演算器１７およびオートゲインコントローラ１８を介し
て、出力端子１９に導かれている。

【００１４】２０は直流の定電圧発生器で、その第１の
出力ライン２１が、分圧抵抗２２、２３を介して、コン
デンサ１０、１１の手前側における検出コイル４、５の
出力端にそれぞれ接続されている。そして、これら検出
コイル４、５の出力端は、整流フィルタ２４、２５を介
して、ともに加算のための演算器２６の入力側に接続さ
れている。整流フィルタ２４、２５は、その入力信号か
ら交流信号成分を除去して直流バイアス成分のみを出力
する。この演算器２６の出力側と、定電圧発生器２０の
第２の出力ライン２７とは、比較器２８の入力側にそれ
ぞれ接続されている。比較器２８の出力側は、演算器１
７の入力側に接続されるとともに、オートゲインコント
ローラ１８の増幅率を調節するためにこのオートゲイン
コントローラ１８にも接続されている。

【００１５】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
化が検出コイル４、５にて検出され、これら検出コイル
４、５には、それに応じた交流出力Ｖ１、Ｖ２が現れる
。図６は、出力Ｖ１、Ｖ２の一例を示す。この交流出力
Ｖ１、Ｖ２の交流振幅は、軸１に印加されるトルクの大
きさにしたがって変化する。一方、検出コイル４、５に
は、定電圧発生器２０により直流電流が供給されており
、出力Ｖ１、Ｖ２にはこの直流バイアス成分が含まれて
いる。

【００１６】コンデンサ１０、１１により、定電圧発生
器２０からの直流バイアス電流の影響を除去した交流成
分のみからなる検出信号Ｖ１ＡＣ、Ｖ２ＡＣのみを通過
させ、これらを整流フィルタ１２、１３に通すことで、
トルクの大きさに応じた交流出力Ｖ１、Ｖ２の交流振幅
の実効値である直流出力Ｖ１ＤＣ１　、Ｖ２ＤＣ１　が
得られる。これら検出信号Ｖ１ＡＣ、Ｖ２ＡＣと直流出
力Ｖ１ＤＣ１　、Ｖ２ＤＣ１　との例を図７および図８
に示す。

【００１７】ところで、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て
一方の磁気異方性部に引張力が働くと、他方には圧縮力
が働く。このため、たとえば一方の検出コイル４の直流
出力Ｖ１ＤＣ１　がトルクの増加にしたがって増加する
と、他方の検出コイル５の直流出力Ｖ２ＤＣ１　はそれ
にともなって減少する。そこで、演算器１６により両直
流出力Ｖ１ＤＣ１　、Ｖ２ＤＣ１　の差Ｖｓ（＝Ｖ１Ｄ
Ｃ１−Ｖ２ＤＣ１）を求めると、このＶｓは、図２に示
すようにトルクの変化に対応する信号となる。

【００１８】定電圧発生器２０から第１の出力ライン２
１を経て供給された直流の基準電圧は、検出コイル４、
５の直流抵抗と抵抗２２、２３とによって分圧される。そこで、整流フィルタ２４、２５により、検出コイル４
、５の端子に発生する出力Ｖ１、Ｖ２から交流信号成分
を除去してその直流バイアス電圧成分のみを通過させ、
直流信号Ｖ１ＤＣ２　、Ｖ２ＤＣ２　を得る。図９は、
この直流信号Ｖ１ＤＣ２　、Ｖ２ＤＣ２　の一例を示す
。

【００１９】検出コイル４、５の直流抵抗は、軸１に印
加されるトルクには反応しないものの、その温度すなわ
ちセンサ部の温度にしたがって変化し、たとえば高温に
なれば抵抗値が増大する。このため、検出コイル４、５
に発生する直流バイアス電圧すなわち整流フィルタ２４
、２５により得られる直流信号Ｖ１ＤＣ２　、Ｖ２ＤＣ
２　は、印加トルクには関係なく、温度のみに比例して
変動する。したがって、これら直流信号Ｖ１ＤＣ２　、
　　Ｖ２ＤＣ２　を演算器２６に入力することで、この
演算器２６からは、コイル温度検出信号Ｖｔ１　が出力
される。図３は、温度変化にともなう検出信号Ｖｔ１　
の変化の様子を示す。

【００２０】この検出信号Ｖｔ１　は、比較器２８にお
いて、定電圧発生器２０から第２の出力ライン２７を経
て供給される他の基準電圧と比較される。そして、比較
器２８から温度補償用信号Ｖｔ２　が出力され、この温
度補償用信号Ｖｔ２　は、演算器１６からの信号Ｖｓと
ともに演算器１７に入力される。演算器１７は、温度補
償用信号Ｖｔ２　にもとづき、零点出力の変動にもとづ
く信号Ｖｓの誤差を温度補償する。温度補償用信号Ｖｔ
２　は、オートゲインコントローラ１８にも入力される
。オートゲインコントローラ１８では、この温度補償用
信号Ｖｔ２　によってその増幅率が調整され、演算器１
７からの信号に対し、トルク検出感度の変動にもとづく
誤差の温度補償がなされる。

【００２１】図４は、高温時において零点の変動と感度
の変動により信号Ｖｓに含まれる誤差を、常温時の出力
特性との比較によって説明したものである。このように
温度変化にもとづく誤差を含む信号Ｖｓに対し、上述の
ような零点および感度の温度補償がなされ、その結果、
図５に示すように常温時と差のない検出信号Ｖｏｕｔが
出力端子１９に現れることになる。

【００２２】図１０は本発明の第２実施例を示す。ここ
では図１に示された励磁コイル６は使用せず、検出コイ
ル４、５に直接励磁電流を流している。すなわち、両コ
ンデンサ１０、１１の出力側どうしの間には一対の抵抗
３１、３２が直列に接続され、両検出コイル４、５とこ
れら抵抗３１、３２とでブリッジ回路を構成している。そして、検出コイル４、５どうしの接続点と抵抗３１、
３２どうしの接続点との間には、交流の定電圧源３３が
設けられている。その他の構成は、図１に示したものと
同様である。

【００２３】このような構成によれば、定電圧源３３か
らの電流によって検出コイル４、５が励磁されるため、
励磁コイルを有しない簡単な回路構成によって、軸１に
加えられるトルクが測定可能である。その他の温度補償
のための動作は、図１に示したものと同様である。

【００２４】図１１は本発明の第３実施例を示す。ここ
では、整流フィルタ２４、２５からの出力信号Ｖ１ＤＣ
２　、Ｖ２ＤＣ２　の差をとる演算器３４が付加されて
いる。トルク伝達軸１の両端の温度に差があるなどによ
りセンサ部に温度勾配が存在する場合には、両検出コイ
ル４、５の温度が相違することになり、誤差の原因とな
る。そこで、この温度勾配が存在して両検出コイル４、
５の温度が相違する場合には、これら両検出コイル４、
５の直流抵抗のバランスがくずれることを利用し、この
バランスのくずれを演算器３４で検出する。

【００２５】バランスのくずれがあると、演算器３４か
ら温度勾配補償用信号Ｖｔ３　が出力され、この信号Ｖ
ｔ３　は演算器１７とオートゲインコントローラ１８と
に入力される。そして、これら演算器１７およびオートゲインコントロ
ーラ１８では、上述の零点および感度に関する温度補償
のみならず、温度勾配についての補償もなされる。

【００２６】図１２は本発明の第４実施例を示す。ここ
では、トルク伝達軸１の外周面には単一の磁気異方性部
２しか形成されておらず、これに対応した検出コイル４
も一つだけしか設けられていない。なぜなら、先に説明
した公知の温度検出手段のように、回路内に設けられた
感温抵抗や交流励磁抵抗などを検出するものでは、互い
に逆方向に傾斜する一対の磁気異方性部およびそれに対
応した一対の検出コイルなどを用いて、不要な信号成分
を打ち消すようにしないと、正確に温度を検出すること
ができない。しかし、本発明のように検出コイルの直流
抵抗を検知して温度を検出するものでは、このような信
号成分の打ち消しを行わなくても、正確な温度検出が可
能だからである。検出された温度にもとづいて零点およ
び感度を温度補償するための動作は、先の各実施例の場
合と同様である。

【００２７】図１３は本発明の第５実施例を示す。先の
各実施例では検出コイルの直流抵抗からセンサ部の温度
を検出しているが、ここでは、励磁コイル６の直流抵抗
からセンサ部の温度を検出している。このため、直流の
定電圧発生器２０からの第１の出力ライン２１は、分圧
抵抗３５を介して励磁コイル６に接続されている。３６
は整流フィルタである。また、この接続点と交流の定電
圧源７との間には、直流成分除去用のコンデンサ３７が
設けられている。このようなものであると、検出コイル
の直流抵抗を検出する場合と同様にセンサ部の温度を検
出することができる。

【００２８】なお、上記本発明の第２〜第５実施例とし
て示した図１０〜図１３においても、図１の場合と同様
に、整流フィルタ１２、１３は入力される信号の実効値
（ＲＭＳ）　を得るように機能し、また整流フィルタ２
４、２５は入力される信号から直流成分のみを取り出す
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）　として機能する。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によると、トル
ク測定用のコイルの直流抵抗からセンサ部の温度を検出
するようにしたため、一つのコイルで軸に印加されるト
ルクのみならず温度をも検出することができる。また、
両検出信号は交流と直流とで構成されているため、相互
に影響を与えず、しかも簡単な手法でほぼ完全に分離で
きる利点がある。

【００３０】また、コイルの直流抵抗のみを温度検出に
用いているため、次の効果が得られる。（１）　　磁気回路を構成している軸、シールド、ケー
スなどの他の部品の磁気特性、寸法精度、組立精度に温
度検出精度が影響を受けないので、高安定度かつ高精度
のものとすることができる。

【００３１】（２）　　コイルの温度抵抗係数（直流抵
抗）は、他の部品を含めたコイルインピーダンスの温度
係数よりも大きく、安定しており、たとえば前述のよう
にα０，１００　＝４．３　×１０−３　　という値を
とるため、温度検出精度の高い回路を安価な素子で構成
することができる。

【００３２】（３）　　軸にトルクが印加されても、温
度検出信号は変化しない。（４）　　電圧、電流、周波数などのセンサ励磁条件と
独立して温度を検出できるので、製造時の調整が簡単で
、調整の工数を簡略化でき、製造コストが安い。また、
もちろんセンサ部には追加の部品は不要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にもとづくトルク測定装置
の回路図である。

【図２】図１の回路におけるトルク検出信号の一例を示
す図である。

【図３】図１の回路におけるコイルの温度とその直流抵
抗の検出信号との関係を示す図である。

【図４】図１の回路における常温時のトルク検出特性と
高温時の補償前のトルク検出特性とを比較して示す図で
ある。

【図５】図１の回路における高温時の補償後のトルク検
出特性を示す図である。

【図６】図１の回路における出力Ｖ１、Ｖ２の例を示す
図である。

【図７】図１の回路における検出信号Ｖ１ＡＣ、Ｖ２Ａ
Ｃの例を示す図である。

【図８】図１の回路における直流出力Ｖ１ＤＣ１　、Ｖ
２ＤＣ１　の例を示す図である。

【図９】図１の回路における直流信号Ｖ１ＤＣ２　、Ｖ
２ＤＣ２　の例を示す図である。

【図１０】本発明の第２実施例にもとづくトルク測定装
置の回路図である。

【図１１】本発明の第３実施例にもとづくトルク測定装
置の回路図である。

【図１２】本発明の第４実施例にもとづくトルク測定装
置の回路図である。

【図１３】本発明の第５実施例にもとづくトルク測定装
置の回路図である。

【符号の説明】

１　　　　軸４　　　　検出コイル５　　　　検出コイル２０　　　　定電圧発生器２２　　　　分圧抵抗２３　　　　分圧抵抗２８　　　　比較器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　トルク伝達軸の外周面に形成された磁
気異方性部と、この磁気異方性部に対応して設けられた
検出コイルとを備えて、前記トルク伝達軸に印加される
トルクの大小に応じた交流信号を前記検出コイルから出
力して前記トルクの大きさを測定するようにした磁歪式
のトルク測定装置のための温度補償装置であって、前記
検出コイルの直流抵抗を検出してその温度を検出する手
段と、この検出手段からの検出信号にもとづいて前記ト
ルク測定装置の検出特性を温度補償する手段と、を有す
ることを特徴とするトルク測定装置の温度補償装置。
【請求項２】　　検出コイルに分圧抵抗を介して直流電
圧を印加する手段と、検出コイルの端子電圧の直流成分
のみを検出してこの検出コイルの直流抵抗を求める手段
と、検出コイルからの出力信号より交流成分のみを取り
出してトルク検出信号を得る手段とを有することを特徴
とする請求項１記載のトルク測定装置の温度補償装置。
【請求項３】　　トルク伝達軸の外周面に一対の磁気異
方性部が形成され、これら磁気異方性部に対応して一対
の検出コイルが配置され、かつ両検出コイルが逆極性に
配置されていることを特徴とする請求項１または２記載
のトルク測定装置の温度補償装置。
【請求項４】　　検出コイルを励磁するための励磁コイ
ルと、この励磁コイルに交流電圧を供給する手段とを有
することを特徴とする請求項３記載のトルク測定装置の
温度補償装置。
【請求項５】　　一対の検出コイルとこれら検出コイル
に接続される一対の抵抗とによってブリッジ回路が構成
され、かつ、このブリッジ回路に交流電圧を供給する手
段と、このブリッジ回路から交流信号のみを取り出す手
段とを有することを特徴とする請求項３記載のトルク測
定装置の温度補償装置。
【請求項６】　　一方の検出コイルの直流抵抗と他方の
検出コイルの直流抵抗との差から、これら検出コイルの
配置部の温度勾配を検出する手段と、この温度勾配の検
出信号にもとづいて前記トルク測定装置の検出特性を温
度補償する手段とを有することを特徴とする請求項３か
ら５までのいずれか１項記載のトルク測定装置の温度補
償装置。
【請求項７】　　トルク伝達軸の外周面に単一の磁気異
方性部が形成され、この磁気異方性部に対応して単一の
検出コイルが配置されていることを特徴とする請求項１
または２記載のトルク測定装置の温度補償装置。
【請求項８】　　トルク伝達軸の外周面に形成された磁
気異方性部と、この磁気異方性部に対応して設けられた
検出コイルと、この検出コイルを励磁するための励磁コ
イルとを備えて、前記トルク伝達軸に印加されるトルク
の大小に応じた交流信号を前記検出コイルから出力して
前記トルクの大きさを測定するようにした磁歪式のトル
ク測定装置のための温度補償装置であって、前記励磁コ
イルの直流抵抗を検出してその温度を検出する手段と、
この検出手段からの検出信号にもとづいて前記トルク測
定装置の検出特性を温度補償する手段と、を有すること
を特徴とするトルク測定装置の温度補償装置。
【請求項９】　　励磁コイルに交流電圧を供給する手段
と、励磁コイルに分圧抵抗を介して直流電圧を印加する
手段と、励磁コイルの端子電圧の直流成分のみを検出し
てこの励磁コイルの直流抵抗を求める手段とを有するこ
とを特徴とする請求項１記載のトルク測定装置の温度補
償装置。