JPH0534218A

JPH0534218A - トルク測定装置の温度補償装置

Info

Publication number: JPH0534218A
Application number: JP18796091A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Hanazawa; 明由花澤
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1991-07-29
Filing date: 1991-07-29
Publication date: 1993-02-09

Abstract

(57)【要約】【目的】磁歪式のトルク測定装置において、簡単な構
成で高精度に温度補償を行う。【構成】検出コイル４、５を励磁するための電源部７
に、高周波信号発振器８と低周波信号発振器９とを設け
る。両発振器８、９からの信号を高速加算器10で加算し
て、励磁電流とする。検出コイル４、５からの出力の高
周波成分をハイパスフィルタ14、15に通して、トルク検
出信号Vsとする。同出力の低周波成分をローパスフィル
タ22、23に通して温度を検出し、温度補償信号VTを得
る。温度補償信号VTにもとづき、トルク検出信号Vsを温
度補償する。

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周囲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 号公報や特願平２−242147号
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においては、その
温度が変化すると、零点出力やトルクの検出感度などの
性能が変化してしまうため、これを補償する必要があ
る。このため、上記特開昭64−29723 号公報において
は、機器の内部にサーミスタや感温抵抗などの温度検出
素子を設置してその温度を検出し、温度検出結果にもと
づいてトルク検出信号を温度補償している。また特願平
２−242147号においては、検出コイルを励磁するための
励磁コイルの交流励磁信号を検出することで機器の温度
を検出し、温度検出結果にもとづいてトルク検出信号を
温度補償している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭64−29
723 号公報のように温度検出素子を機器の内部に設置す
るものでは、その分だけ部品点数が増加し、素子のため
の信号電送用ケーブルが必要になり、トルク測定装置の
構造や組立てが複雑化し、また補償精度上も素子固有の
特性上のバラツキがあるなどの問題点がある。

【０００５】また特願平２−242147号のように交流励磁
電流を検出するものでは、軸、コイル、シールド、ケー
スなどのコイルインピーダンスを形成する各部品の、温
度による磁気的電気的特性変化の総和を、温度検出信号
として用いている。このため、部品自体や組立てのバラ
ツキなどによって検出精度が悪くなり、一対の検出コイ
ルを用いた一般的な差動検出方式のものであっても、軸
にトルクが加わったときの一対の磁気異方性部の透磁率
の増減分が全く同一にはならず、励磁電流がある程度変
動してしまうという問題点がある。しかも機器の構成部
品の透磁率μと抵抗率ρとの温度係数の比率などによ
り、温度変化にともなう励磁電流の変化割合が小さく、
このため温度検出回路に通常の回路素子を使用したので
は十分な温度補償精度が得られず、回路素子に高感度、
高精度のものが必要となり、高価なものとなってしまう
という問題点もある。

【０００６】そこで本発明はこのような問題点を解決
し、簡単な構成で高精度に温度補償を行うことが可能な
トルク測定装置の温度補償装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【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、検出コイルを励磁するための交流励磁電流
を、トルク検出信号用の高周波電流と機器の温度検出信
号用の低周波電流との２周波の電流を合成した電流で構
成し、前記検出コイルからの低周波の温度検出信号にも
とづき機器の温度を検出する手段を設け、この検出手段
からの検出信号にもとづいてトルク検出信号を温度補償
する手段を設けたものである。

【０００８】

【作用】このような構成において、低周波信号はトルク
伝達軸の中心部まで磁束が通るため、その外周面に形成
された磁気異方性部の影響を受けにくく、さらに公知の
差動検出方式などを採用すれば、トルクに反応すること
なく機器部の温度のみに反応することになる。したがっ
て、公知のフィルタ回路などによってこの低周波信号の
みを取り出すことで温度検出信号が得られ、これを用い
てトルク検出信号が温度補償される。このようにトルク
と温度との双方が検出され、しかもトルク検出信号と温
度検出信号とは互いに影響を与えず、また簡単に両者を
ほぼ完全に分離可能である。このため、簡単な構成によ
って高精度に温度補償が行われる。

【０００９】

【実施例】図１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、これら各磁気異方
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
特性となるように接続されている。

【００１０】７は励磁コイル６を励磁するための電源部
で、検出コイル４、５からトルク検出信号を出力させる
ために励磁コイル６に高周波の励磁電流を供給する高周
波信号発振器８と、検出コイル４、５から温度検出信号
を出力させるために励磁コイル６に低周波の励磁電流を
供給する低周波信号発振器９と、両発振器８、９からの
励磁電流を合成するための高速加算器10と、この加算器
10の出力を増幅して励磁コイル６に供給するパワーアン
プ11とを有している。Vex は励磁電圧を示す。

【００１１】各検出コイル４、５からの出力ライン12、
13は、ハイパスフィルタ14、15を介して整流回路16、17
に接続され、この整流回路16、17は、交流を全波整流し
て交流振幅の実効値(RMS) を出力する。これら整流回路
16、17の出力側は、減算のための演算器18の入力側に接
続されている。演算器18の出力側は、加算のための演算
器19およびオートゲインコントローラ20を介して、出力
端子21に導かれている。

【００１２】出力ライン12、13には、ハイパスフィルタ
14、15や整流回路16、17と並列に、ローパスフィルタ2
2、23が接続されている。これらローパスフィルタ22、2
3の出力側は、上述と同様の整流回路24、25を介して、
加算のための演算器26に接続されている。この演算器26
の出力側と、基準電圧発生器27の出力ラインとは、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19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20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20にも接続されている。

【００１３】このような構成において、励磁コイル６に
は、低周波信号発振器９からの図２（ａ）に示す低周波
励磁電流と、高周波信号発振器８からの図２（ｂ）に示
す高周波励磁電流とを合成した電流（図２（ｃ））が供
給される。図３は、高周波励磁電流の磁束分布の様子を
示す。図示のように、高周波励磁電流にもとづく磁束29
は、軸１の表面に形成された磁気異方性部２、３の部分
を通過する。30はコアであり、コイル４、５、６を磁気
シールドする。また図４は低周波励磁電流の磁束分布の
様子を示し、この低周波励磁電流にもとづく磁束31は、
軸１の表面から深い部分を通過する。

【００１４】軸１にトルクが印加されると、その表面に
形成された磁気異方性部２、３の透磁率が変化するた
め、この軸表面を通過する高周波励磁電流にもとづく磁
束が大きく影響を受ける。このため、図１の回路におけ
る励磁電流の周波数とトルク検出感度との関係を示す
と、図５のようになる。fcは高周波信号発振器８の発振
周波数、ftは低周波信号発振器９の発振周波数である。
図示のように、励磁電流の周波数が高くなるにつれて、
トルク検出感度も高くなる。

【００１５】一方、軸１に温度変化があると、これに対
応して、軸表面から深い部分を通過する低周波励磁電流
にもとづく磁束が大きく影響を受ける。このため、図１
の回路における励磁電流の周波数と温度検出感度との関
係を示すと、図６のようになる。図示のように、励磁電
流の周波数が低くなるにつれて、温度検出感度が高くな
る。これは、低周波領域では、機器の励磁磁束通路の磁
気抵抗Ｒに対する軸部分の体積抵抗率ρの割合が高く、
温度に対するこの磁気抵抗の変動率が高くなるためであ
る。

【００１６】上述のように軸１にトルクが印加される
と、それにもとづき、検出コイル４、５からの出力信号
V1、V2の主として高周波成分が変化を受ける。この高周
波成分は、ハイパスフィルタ14、15を通過することで図
７（ａ）に示される信号V1S 、V2S となり、さらに整流
回路16、17を通過することで図７（ｂ）に示される信号
V1s 、V2s となる。

【００１７】軸１にトルクが印加されると、整流回路1
6、17の出力側の信号V1s 、V2s の一方はその値が増大
し、反対に他方は減少する。このため、これら逆特性の
信号V1s 、V2s を演算器18に供給してその差をとると、
常温時には、図８に示すように、各信号V1s 、V2s の２
倍の感度で、トルク検出信号Vsが得られる。

【００１８】ところが、図１のトルク測定装置を、たと
えば産業機械や自動車などにおけるエンジンやモータな
どの高温の装置の出力軸に設置した場合には、装置に温
度変化が生じ、検出コイル４、５の出力電圧V1、V2がそ
の影響を受けて変動する。たとえば、この装置が高温に
なった場合には、図９に示すように、常温時に比べトル
ク測定値に零点変動と感度変動とが生じる。そこで、励
磁電流の低周波成分を用いてこれを補償する。

【００１９】すなわち、図１の装置における軸１やコイ
ル４、５、６に温度変化が生じると、検出コイル４、５
からの出力信号のV1、V2の主として低周波成分に変化が
生じる。この低周波成分は、ローパスフィルタ22、23を
通過することで図10（ａ）に示される信号V1T 、V2T と
なり、さらに整流回路24、25を通過することで図10
（ｂ）に示される信号V1t 、V2t となる。これらの信号
V1t 、V2t は演算器26で加算され、この演算器26から
は、温度検出信号Vtが出力される。装置の温度が変化し
たときの温度検出信号Vtの変化の様子を図11に示す。

【００２０】整流回路24、25を通過した後の信号V1t 、
V2t には、軸１に印加されるトルクの大小に応じた変動
成分が、わずかではあるが含まれている。しかし、この
変動成分は、差動方式の検出コイル４、５にもとづく両
信号V1t 、V2t が演算器26で加算されることにより、相
殺される。このため、この演算器26からの温度検出信号
Vtは、図12に示すように軸１に印加されるトルクの影響
を実質的には受けないものとなる。

【００２１】一方、前述の高周波側の回路においては、
整流回路16、17からの信号V1s 、V2s は演算器18で減算
されるため、これら信号V1s 、V2s にわずかに含まれる
温度成分が演算器18で相殺され、トルク検出信号Vsは実
質的に温度変化の影響を受けないものとなる。

【００２２】演算器26からの温度検出信号Vtは比較器28
に入力され、基準電圧発生器27からの基準電圧Vrefと比
較される。この基準電圧Vrefは常温における温度検出信
号Vtに一致させてあり、このため比較器28からは、常温
からの温度変化に応じた温度補償信号VTが出力される。

【００２３】この温度補償信号VTは、演算器18からのト
ルク検出信号Vsとともに演算器19に入力される。演算器
19は、温度補償信号VTにもとづき、図９に示す零点変動
にともなうトルク検出信号Vsの誤差を温度補償する。ま
た温度補償信号VTはオートゲインコントローラ20にも入
力される。このオートゲインコントローラ20では、温度
補償信号VTによってその増幅率が調整され、演算器19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。これによって、零点および検出
感度が温度補償された出力Voutが、出力端子21に現れ
る。

【００２４】図13はこの温度補償された出力Voutの例を
示し、常温時の特性と一致したものとなっている。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によると、励磁
電流に高周波成分と低周波成分とを含ませることで、軸
に印加されるトルクと装置の温度との両方を検出するこ
とができ、また両検出信号は相互に影響を与えず、簡単
な手段でほぼ完全に分離することができるため、簡単な
構成によって高精度にトルク測定データを温度補償する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一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における励磁回路の励磁電流の波形を示す
図である。

【図３】図１における励磁電流の高周波成分の磁束分布
を示す図である。

【図４】図１における励磁電流の低周波成分の磁束分布
を示す図である。

【図５】励磁周波数とトルク検出感度との関係を示す図
である。

【図６】励磁周波数と温度検出感度との関係を示す図で
ある。

【図７】検出コイルの出力信号における高周波側のトル
ク信号成分を示す図である。

【図８】常温時のトルク検出特性を示す図である。

【図９】高温時におけるトルク検出データの零点変動と
感度変動とを示す図である。

【図10】検出コイルの出力信号における低周波側の温度
信号成分を示す図である。

【図11】温度検出信号の温度特性を示す図である。

【図12】印加トルクと温度検出信号との関係を示す図で
ある。

【図13】温度補償後のトルク検出特性を示す図である。

【符号の説明】

１軸２磁気異方性部３磁気異方性部４検出コイル５検出コイル６励磁コイル８高周波信号発振器９低周波信号発振器 10 高速加算器 14 ハイパスフィルタ 15 ハイパスフィルタ 19 演算器 20 オートゲインコントローラ 22 ローパスフィルタ 23 ローパスフィルタ 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、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、前記検出コイルを励磁するための交流励磁電流を、トル
ク検出信号用の高周波電流と機器の温度検出信号用の低
周波電流との２周波の電流を合成した電流で構成し、前
記検出コイルからの低周波の温度検出信号にもとづき機
器の温度を検出する手段を設け、この検出手段からの検
出信号にもとづいてトルク検出信号を温度補償する手段
を設けたことを特徴とするトルク測定装置の温度補償装
置。