JPH0462442A - Torque measuring instrument - Google Patents

Torque measuring instrument

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JPH0462442A
JPH0462442A JP17215990A JP17215990A JPH0462442A JP H0462442 A JPH0462442 A JP H0462442A JP 17215990 A JP17215990 A JP 17215990A JP 17215990 A JP17215990 A JP 17215990A JP H0462442 A JPH0462442 A JP H0462442A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
torque
shaft
inductance
change
magnetic
Prior art date
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Pending
Application number
JP17215990A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akiyoshi Hanazawa
花澤 明由
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0462442A publication Critical patent/JPH0462442A/en
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  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent the output characteristic from being distorted even in a high torque range by controlling the amplification factor of a torque detection signal according to variation in the inductance of a search coil due to variation in the magnetic permeability of the whole shaft based upon variation in torque. CONSTITUTION:An AGC 11 is controlled according to the variation in the inductance corresponding to the applied torque of a shaft 1 of a search coil 15, provided nearby a shaft 1 corresponding to both magnetic anisotropic parts 1 and 3, corresponding to the applied torque of the shaft 1 and the amplification factor of a torque detection signal is controlled. Consequently, the torque measuring instrument which has nonlinearity corrected and no distortion of the output characteristic even in the high torque range is obtained.

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に関する。[Detailed description of the invention] Industrial applications The present invention relates to a torque measuring device.

従来の技術 従来、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、前記磁気異
方性部の近傍に配置されるとともに励磁コイルによって
励磁される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が、たとえば特願昭62−
334862号によって知られている。
Conventional technology Conventionally, as a torque measuring device, a pair of magnetic anisotropic parts are formed on the outer periphery of a torque transmission shaft, and the change in magnetic permeability of each magnetic anisotropic part when torque is applied to this shaft is measured. Detection is performed by a pair of detection coils arranged near the magnetic anisotropic portion and excited by an excitation coil, and the magnitude of the torque acting on the shaft is converted into an electrical signal from the difference between both detection signals. For example, a torque measuring device based on the
No. 334862.

この従来のトルク測定装置においては、両検出信号の和
が一定になるように励磁電流を制御することで、両検出
信号の感度補正を行っている。なお、両検出信号の差に
もとづくトルク検出信号の増幅率は一定に設定されてい
る。
In this conventional torque measuring device, the sensitivity of both detection signals is corrected by controlling the excitation current so that the sum of both detection signals becomes constant. Note that the amplification factor of the torque detection signal based on the difference between both detection signals is set to be constant.

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測定装置においては、
非直線性の大きな材料でトルク伝達軸を構成すると、高
トルクを印加したときに第5図に示すようにトルク−出
力電圧の特性が歪むという問題点がある。このため、特
に同一の軸材料で軸径を大きくできないときには、トル
ク測定範囲が比較的狭いトルクセンサしか実現できなく
なる。
Problems to be Solved by the Invention However, in such conventional torque measuring devices,
If the torque transmission shaft is made of a highly nonlinear material, there is a problem in that the torque-output voltage characteristic is distorted as shown in FIG. 5 when high torque is applied. For this reason, especially when the shaft diameter cannot be increased using the same shaft material, only a torque sensor with a relatively narrow torque measurement range can be realized.

そこで本発明はこのような問題点を解決し、高トルク域
においても出力特性に歪の生じないトルク測定装置を提
供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve these problems and provide a torque measuring device that does not cause distortion in output characteristics even in a high torque range.

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、 両磁気異方性部に対応した軸の近傍に設けられて、この
軸に印加されるトルクの変化にもとづくこの軸全体の透
磁率の変化によりインダクタンスが変化するサーチコイ
ルと、 このサーチコイルのインダクタンスの変化にもとづいて
トルク検出信号の増幅率を制御する手段と、 を有する構成としたものである。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above objects, the present invention provides a system that is provided near a shaft corresponding to both magnetically anisotropic portions, and that transmits light across the entire shaft based on changes in the torque applied to the shaft. The present invention includes a search coil whose inductance changes according to a change in magnetic property, and means for controlling an amplification factor of a torque detection signal based on the change in inductance of the search coil.

作W 軸にトルクが加わると、両磁気異方性部において、引張
力による透磁率の増加分と、圧縮力による透磁率の減少
分とに差が生じ、軸全体の透磁率が変化する。そのため
、この透磁率の変化に応じてサーチコイルのインダクタ
ンスが変化する。そこで、このインダクタンスの変化を
検知し、検知結果にもとづいてトルク検出信号の増幅率
に補正をかけることで、非直線性が改善されることにな
る。
When torque is applied to the W shaft, a difference occurs between the increase in magnetic permeability due to the tensile force and the decrease in magnetic permeability due to the compressive force in both magnetic anisotropic parts, and the magnetic permeability of the entire shaft changes. Therefore, the inductance of the search coil changes in accordance with this change in magnetic permeability. Therefore, by detecting this change in inductance and correcting the amplification factor of the torque detection signal based on the detection result, nonlinearity can be improved.

実施例 第1図において、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
なして互いに逆方向に炉側する磁気異方性部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45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に接続されている。
Embodiment In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a shaft for transmitting torque, which is made of a material having soft magnetism and magnetostriction. On the outer periphery of the shaft 1, there is a magnetic anisotropic portion 2.3 which forms an angle of about ±45 degrees with the direction of the axis of the shaft 1 and faces the furnace in opposite directions.
It is formed by many grooves. Magnetic anisotropy part 2
, 3 are provided with detection coils 45 corresponding to each magnetic anisotropic portion 2.3 and an excitation coil 6 for exciting these detection coils 4.5. The excitation coil 6 is
It is connected to an AC power source 7.

検出コイル4,5からの出力ラインは11流用ローパス
フィルタ8,9の入力端へそれぞれ接続され、またこれ
らローパスフィルタ8,9の出力側は差動増幅器10の
入力端に接続されている。差動増幅器10は、雨検出コ
イル4,5の検出信号の差をとることによって、軸1に
作用するトルクに対応した電圧の信号を出力する。
The output lines from the detection coils 4 and 5 are connected to the input terminals of low-pass filters 8 and 9, respectively, and the output sides of these low-pass filters 8 and 9 are connected to the input terminal of a differential amplifier 10. The differential amplifier 10 outputs a voltage signal corresponding to the torque acting on the shaft 1 by taking the difference between the detection signals of the rain detection coils 4 and 5.

差動増幅器10の出力側には、オートゲインコントロー
ラ11と電圧/電流変換器12とがこの順序で接続され
、電圧/を流変換器12の出力端子13に出力信号が現
われるように構成されている。14は負荷抵抗である。
An auto gain controller 11 and a voltage/current converter 12 are connected in this order to the output side of the differential amplifier 10, and the configuration is such that an output signal appears at an output terminal 13 of the voltage/current converter 12. There is. 14 is a load resistance.

両磁気異方性部2.3に対応した軸1の近傍にはサーチ
コイル15が設けられ、このサーチコイル15は、発振
器16の時定数回路の一部を構成している0発振器16
の出力側は、周波数/@圧変換器17を介して、差動増
幅器18の一方の入力端子に接続されている。差動増幅
器18の他方の入力端子には、ツェナーダイオードを備
えた基準電圧発生部19が接続されている。差動増幅器
18からの出力ライン20はオートゲインコントローラ
11へ接続され、このオートゲインコントローラ11ヘ
ゲインコントロール用信号を供給可能である。
A search coil 15 is provided near the axis 1 corresponding to both magnetic anisotropy portions 2.3, and this search coil 15 is connected to a zero oscillator 16 that constitutes a part of the time constant circuit of the oscillator 16.
The output side of is connected to one input terminal of a differential amplifier 18 via a frequency/@pressure converter 17. A reference voltage generator 19 including a Zener diode is connected to the other input terminal of the differential amplifier 18 . An output line 20 from the differential amplifier 18 is connected to the auto-gain controller 11 and can supply a gain control signal to the auto-gain controller 11.

このような構成において、励磁コイル6は、交流電源7
によって定を流制御や定電圧制御などを受ける。
In such a configuration, the excitation coil 6 is connected to the AC power source 7
It receives constant current control, constant voltage control, etc.

いま、軸1にトルクTが加わると、両磁気異方性部2,
3において、引張力による透磁率の増加分と圧縮力によ
る透磁率の減少分とに差が生じ、軸1の全体の透磁率が
変化する。そのため、たとえば励磁コイル6の励磁電流
1exを一定とする制御下ではサーチコイル15のイン
ダクタンスが変化し、発振器16の発振周波数が変化す
る。第2図は、軸1に加わるトルクTとサーチコイル1
5のインダクタンスしどの関係を示す。
Now, when torque T is applied to shaft 1, both magnetic anisotropic parts 2,
3, a difference occurs between the increase in magnetic permeability due to the tensile force and the decrease in magnetic permeability due to the compressive force, and the overall magnetic permeability of the shaft 1 changes. Therefore, for example, under control in which the excitation current 1ex of the excitation coil 6 is kept constant, the inductance of the search coil 15 changes, and the oscillation frequency of the oscillator 16 changes. Figure 2 shows the torque T applied to shaft 1 and search coil 1.
5 shows the relationship between the inductance and the inductance.

所定トルク1士t(kgf−m)におけるサーチコイル
15のインダクタンスL1に対応して発振器16の発振
周波数が変化すると、これが周波数/を圧変換器17に
より電圧に変化されて差動増幅器18に入力される。差
動増幅器18は、そのときのインダクタンスL1に対応
するゲインコントロール信号をオートゲインコントロー
ラ11へ送り、その増幅率を第3図に示すように補正す
る。
When the oscillation frequency of the oscillator 16 changes in response to the inductance L1 of the search coil 15 at a predetermined torque t (kgf-m), this frequency is changed to a voltage by the pressure converter 17 and input to the differential amplifier 18. be done. The differential amplifier 18 sends a gain control signal corresponding to the inductance L1 at that time to the auto gain controller 11, and corrects the amplification factor as shown in FIG.

この結果、第4図に示すように、特に高トルク域におけ
る特性の歪が修正され、出力特性の非直線性が改善され
ることになる。したがって、軸lに非直線性の大きな材
料を使用してもトルクセンサを構成することができる。
As a result, as shown in FIG. 4, the distortion of the characteristics, especially in the high torque range, is corrected, and the non-linearity of the output characteristics is improved. Therefore, the torque sensor can be constructed even if a material with large non-linearity is used for the axis l.

tた反対に従来と同じ材料で軸1を構成した場合には、
第4図に示すように5よりトルク測定範囲の広いトルク
センサを構成することができる。さらに、オートゲイン
コントローラ11におけるゲインコントロール信号の信
号電圧と増幅率との相関関係を各トルクセンサごとに個
別に決定すれば、非常に良好な直線性を持ったトルクセ
ンサを構成することができる。
On the other hand, if shaft 1 is made of the same material as before,
As shown in FIG. 4, a torque sensor having a wider torque measurement range than 5 can be constructed. Furthermore, if the correlation between the signal voltage of the gain control signal and the amplification factor in the auto gain controller 11 is individually determined for each torque sensor, a torque sensor with very good linearity can be constructed.

発明の効果 以上述べたように本発明によると、軸に印加されるトル
クの変化に対応したサーチコイルのインダクタンスの変
化を検知して、検知結果にもとづきトルク検出信号の増
幅率を制御するようにしなため、高トルク域においても
出力特性に歪の生じないトルク測定装置を得ることがで
きる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, changes in the inductance of the search coil corresponding to changes in the torque applied to the shaft are detected, and the amplification factor of the torque detection signal is controlled based on the detection result. Therefore, it is possible to obtain a torque measuring device in which distortion does not occur in the output characteristics even in a high torque range.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例のトルク測定装置の回路構成
を示す図、第2図〜第4図は第1図の回路の特性を示す
図、第5図は従来のトルク測定装置の出力特性を示す図
である。 1・・・軸、2.3・・・磁気異方性部、4,5・・・
検出コイル、6・・・励磁コイル、7・・・交流電源、
11・・・オートゲインコントローラ、15・・・サー
チコイル、16・・・発振器。 代理人   森  本  義  弘 第1図 第2図 第3図 6′4カ坂1コイル 7−f り1 電λラーー if  オ〜トケlンコ〉)C1−ラ 15  シ鼾−ナコ4ツム 16   痢【4逓k 1≦1 第4図
FIG. 1 is a diagram showing the circuit configuration of a torque measuring device according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 4 are diagrams showing the characteristics of the circuit in FIG. 1, and FIG. 5 is a diagram showing a conventional torque measuring device. FIG. 3 is a diagram showing output characteristics. 1... Axis, 2.3... Magnetic anisotropy part, 4, 5...
Detection coil, 6... Excitation coil, 7... AC power supply,
11... Auto gain controller, 15... Search coil, 16... Oscillator. Agent Yoshihiro MorimotoFig. [4k 1≦1 Fig. 4

Claims (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る
とともに励磁コイルによって励磁される一対の検出コイ
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
置であって、 前記両磁気異方性部に対応した軸の近傍に設けられて、
この軸に印加されるトルクの変化にもとづくこの軸全体
の透磁率の変化によりインダクタンスが変化するサーチ
コイルと、 このサーチコイルのインダクタンスの変化にもとづいて
トルク検出信号の増幅率を制御する手段と、 を有することを特徴とするトルク測定装置。
[Claims] 1. A pair of magnetically anisotropic parts are formed on the outer periphery of a torque transmission shaft, and the change in magnetic permeability of each magnetically anisotropic part when torque is applied to this shaft is calculated based on the magnetic Torque is detected by a pair of detection coils placed near the anisotropic part and excited by an excitation coil, and the magnitude of the torque acting on the shaft is converted into an electrical signal based on the difference between both detection signals. A measuring device, provided near an axis corresponding to both the magnetic anisotropy portions,
a search coil whose inductance changes due to a change in the magnetic permeability of the entire shaft based on a change in the torque applied to the shaft; and means for controlling the amplification factor of the torque detection signal based on the change in the inductance of the search coil; A torque measuring device characterized by having:
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