JPH0558130B2 - - Google Patents

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JPH0558130B2
JPH0558130B2 JP59100660A JP10066084A JPH0558130B2 JP H0558130 B2 JPH0558130 B2 JP H0558130B2 JP 59100660 A JP59100660 A JP 59100660A JP 10066084 A JP10066084 A JP 10066084A JP H0558130 B2 JPH0558130 B2 JP H0558130B2
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JP
Japan
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shaft
detection
recess
torque
magnetic
Prior art date
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JP59100660A
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English (en)
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JPS60244811A (ja
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Tooru Kita
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0558130B2 publication Critical patent/JPH0558130B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
    • G01D5/2046Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 技術分野 本発明は、シヤフトに加わるトルクおよび回転
数を検出できるようにした磁歪式検出装置に関す
る。
(ロ) 従来技術 従来、自動車のステアリングシヤフトやトラン
スミツシヨンのシヤフトに加わるトルクを検出
し、パワーステアリング機構の油圧ポンプを作動
させるようにしたり、クラツチをなめらかにつな
いで自動車の走行の安定を保つようにすることが
知られている。シヤフトに加わるトルクを検出す
る方法の1つにシヤフトで生じる逆磁歪効果を利
用したものがあり、特開昭51−60580号公報にこ
の種の磁歪式トルク検出装置が提案されている。
この検出装置においては、被測定物となるシヤフ
トの一部を磁気回路の一部とし、シヤフトにトル
クが加わつたときに生じるシヤフト上の磁気異方
性に基づく透磁率や磁化率の変化を電磁的検出手
段により検出することを基本原理としている。こ
の種の検出方法では、シヤフト表面の磁気特性が
付均一であるとシヤフトの回転に同期した変動が
出力に表われるため別の電気回路で平滑などの調
整が必要となるので、シヤフトの加工時にその表
面に熱処理を施したり、磁性材のメツキなどによ
る加工処理を施したりすることによつて磁気的不
均一を予じめ除去するようにしている。
しかしながら、自動車における制御には上述し
たステアリング制御のほかにエンジンやトランス
ミツシヨンの制御もあり、これらの制御を行なう
ためにはトルクのほかにシヤフトの回転数やトル
クと回転数との積により求められる馬力などの情
報が必要であり、そのために別の回転検出器を設
けてシヤフトの回転数を検出する必要があつた。
(ハ) 発明の目的および構成 本発明は上記の点にかんがみてなされたもの
で、単一の検出器によりシヤフトに加わるトルク
およびシヤフトの回転数を検出できるようにした
磁歪式検出装置を提供するとを目的とし、そのた
めに、表面の一部に凹部を有するシヤフトと、前
記凹部の通過位置に該シヤフトに対峙して配置さ
れ、且つ互いに直交するU字型の2つの磁芯と、
この磁芯の一方に取り付けられ、且つ交流電流が
流れる励磁用コイルと、前記磁芯の他方に取り付
けられる検出用コイルと、前記検出用コイルに誘
起された出力電圧信号を、前記シヤフトに加わる
トルクの方向に応じて予め決められた信号と位相
を一致させる同期検波手段と、前記出力電圧信号
のうち、前記凹部によつて生じる変動を検出し、
この変動に基づいて前記シヤフトの回転数を検出
する回転数検出手段と、前記出力電圧信号のう
ち、前記凹部によつて生じる変動を除去し、シヤ
フトに加わるトルクを検出するトルク検出手段
と、前記回転数検出手段によつて検出されたシヤ
フトの回転数と、前記トルク検出手段によつて検
出されたシヤフトに加わるトルクとを積算するこ
とによつて、シヤフトに加わる馬力を検出する馬
力検出手段と、を有することを特徴として磁歪式
検出装置を構成した。
(ニ) 実施例 以下図面に基づいて本発明を説明する。
第1図は本発明による検出部を被測定物となる
シヤフトに取り付けた状態で示した斜視図であ
る。図において、1は一対の脚部1a,1bを有
するU字型の励磁用磁芯、2は一対の脚部2a,
2bを有し励磁用磁芯1と直交するように形成さ
れたU磁型の検出用磁芯、3,4は脚部1a,1
bにそれぞれ配置された励磁用コイル、5,6は
脚部2a,2bにそれぞれ配置された検出用コイ
ルである。これらの磁芯1,2と励磁コイル3,
4と検出用コイル5,6とで電磁的不平衡検出部
を構成している。7は磁性材料から成るシヤフト
で、磁芯1および2のシヤフト7側端面はシヤフ
ト7の表面の形状に応じた研削加工が施されてい
る。また磁芯1,2の各シヤフト側端面はシヤフ
ト7に対して非接触となるように配置されてい
る。8はシヤフト7の表面に磁気的不均一を生ぜ
しめるために形成した凹部で、この凹部8は検出
装置の性能を低下させない程度に微小なものであ
る。なお、励磁用コイル3,4には交流電流Iを
流しておく。
次に、上記トルク検出装置の動作について第2
図および第3図を参照して説明する。
まず、第2図を参照して上記検出装置の磁芯の
脚部と磁束の流れとの関係について考えてみる。
いま、シヤフト7にトルクが加わつていないと
きは第2図ロに示すように磁束Hが生じ、この場
合には脚部2a,2bの各磁気的ポテンシヤルが
等しく磁芯2には磁束Hが生じないため、検出用
コイル5,6に誘導起電力は生じない。これに対
して、シヤフト7にトルクを加えると同図イに示
すように、シヤフト7の表面に実線矢印方向の引
張応力Aと破線矢印方向の圧縮応力Bとが作用す
るので、引張応力Aが作用する方向の透磁率が増
加し、圧縮応力Bが作用する方向の透磁率が減少
することになる。その結果、検出用磁芯2の脚部
2a,2bの磁気的ポテンシヤルに差が生じるの
で、検出用磁芯2に磁束が生じ、検出用コイル
5,6に誘導起電力VOUTが生じる。一方、シヤ
フト7に第2図イの場合とは逆向きのトルクを加
えると、同図ハに示すような向きの引張応力Aと
圧縮応力Bとがシヤフト7の表面に作用するの
で、やはり検出用磁芯2の脚部2a,2bの磁気
的ポテンシヤルに差が生じるため、検出用コイル
5,6に逆位相の誘導起電力VOUTが出力される。
このように、シヤフトにトルクを加えると検出
用コイルに交流出力電圧が誘起されるので、検出
用コイルに後述する周期検波回路を接続すればト
ルクの大きさに対応したアナログ電圧を得ること
ができる。
次に、第3図を参照してシヤフト7が第2図イ
と同一方向に回転して、凹部8が検出装置の磁芯
部分を通過していく場合の凹部8の磁気的影響に
ついて説明する。
いま、凹部8が第3図イに示す位置にあるとき
は検出用磁芯2の脚部2a,2bを通る磁束は凹
部8による影響を何ら受けない。ところが、シヤ
フト7が矢印C方向に回転して凹部8が同図ロに
示すように励磁用磁芯1の脚部1aと検出用磁芯
2の脚部2aとの間に入ると、脚部1a,2a間
の磁気抵抗が非磁性の凹部8のために著しく増加
するので、脚部1a,2a間の磁束が減少し、磁
束の流れが第2図ハに示した状態と同じとなるた
め、見かけ上逆向きのトルクが作用するのと同時
となり、この場合には出力VOUTが低減する。シ
ヤフト7がさらに回転して凹部8が第3図ハに示
す位置に移ると、同図イの場合と同様に脚部2
a,2bを通る磁束は凹部8による影響は受けな
い。さらに、シヤフトの回転により凹部8が同図
ニに示すように脚部1aと脚部2bとの間に入る
と、脚部1a,2a間の磁気抵抗が非磁性の凹部
8のために著しく増加するので、脚部1a,2a
間の磁束が増加し、見かけ上同一方向のトルクが
増加するのと同様になり、この場合には出力
VOUTが増加する。さらに、凹部8が同図ホに示
す位置に移ると同図イおよびハの場合と同様に脚
部2a,2bを通る磁束は凹部8による影響は受
けない。
このように、シヤフトが回転して凹部8が検出
装置の磁芯部分を通過すると、まず出力が減少し
次いで増加するので、この出力変動の周期に基づ
いて後述する検出回路によりシヤフトの回転数を
知ることができる。
第4図は本発明による磁歪式検出装置の検出回
路の一実施例である。
10は第1図に示したコイル3,4に相当する
励磁用コイルであり、このコイル10には正弦波
発振器11の出力を電集増幅器12により増幅し
て得られた交流電流を印加しておく。13は第1
図に示したコイル5,6に相当する検出用コイ
ル、14は電流増幅器12の出力を基準信号とし
て検出用コイル13に誘起された交流出力信号を
予じめシヤフトに加わるトルクの方向に応じて決
められた信号と位相を一致させた後、第5図に示
すようなアナログ電圧を出力する同期検波回路で
ある。第5図からわかるように、同期検波回路1
4の出力はトルクに対応した電圧のトルク信号
に、凹部の通過に同期して変動分Pが重畳された
形となるので、同期検波回路14の出力をハイパ
スフイルタ15に入力することにより変動分Pを
取り出し、その変動分Pがシヤフトに設けた凹部
の磁気的影響によるものかどうかをコンパレータ
16により判別してシヤフトの回転に同期した1
パルス/1回転のパルス信号として取り出す。従
つて、この回転同期パルス信号をF/Vコンバー
タ17に入力し、アナログ電圧信号に変換するこ
とによりシヤフトの回転数信号として検出するこ
とができる。ハイパスフイルタ15とコンパレー
タ16とF/Vコンバータ17とで回転数検出手
段を構成している。一方、同期検波回路14の出
力をトルク検出用のローパスフイルタ18に入力
して平均化すると、変動分Pが除去され、トルク
の大きさに対応したアナログ電圧信号のみが得ら
れる。従つて、変動分Pが除去されたトルク信号
によりシヤフトに加わつたトルクの大きさがわか
る。F/Vコンバータ17からの回転数信号とロ
ーパスフイルタ18からの変動分が除去されたト
ルク信号とを掛け算器17により積算することに
よつて馬力に対応した出力を得ることができる。
このように、上記磁歪式検出装置においては、
シヤフトの一部に凹部を設けることにより磁気的
不均一を生ぜしめておき、シヤフトの回転に伴な
つて生じる出力の変動を検出することによつて回
転数や馬力を検出することができる。
上記検出回路において、ローパスフイルタの時
定数を可変にしておけば、フイルタの時定数に検
出装置の応答性が左右されることなく各回転にお
いて最適な出力を得ることができる。
(ニ) 発明の効果 以上説明したように、本発明は、互いに直交す
るように配置されたU字型の2つの磁芯のうち一
方の磁芯に励磁用コイルを、他方の磁芯に検出用
コイルをそれぞれ配置して成る電磁的不平衡検出
部を表面の一部に凹部を有する被測定物に対接し
て配置し、被測定物の回転により前記検出部から
出力される出力信号のレベルに基づいて被測定物
に加わるトルクを検出するとともに、凹部によつ
て生ずる上記出力信号の変動に基づいて被測定物
の回転数を検出するようにしたので、回転検出器
を別途設けなくても回転数を検出でき馬力も検出
できる。このように、1つの検出装置でトルクの
ほかに回転数や馬力も検出できるのでコストの面
でも有利である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による検出部を被測定シヤフト
に取り付けた状態で示した斜視図、第2図イない
しハは第1図に示した検出部の磁芯の脚部と磁束
の流れとの関係を示した図、第3図イないしホは
被測定シヤフトに設けた凹部の影響により磁束が
変化する様子を示した図、第4図は本発明による
磁歪式検出装置の検出回路の一実施例、第5図は
第4図に示した検出回路の同期検波回路の出力特
性図である。 1,2……磁芯、3,4,10……励磁用コイ
ル、5,6,13……検出用コイル、7……シヤ
フト、8……凹部、14……同期検波回路、15
……ハイバスフイルタ、16……コンパレータ、
17……F/Vコンバータ、18……ローパスフ
イルタ、19……掛け算器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 表面の一部に凹部を有するシヤフトと、 前記凹部の通過位置に該シヤフトに対峙して配
    置され、且つ互いに直交するU字型の2つの磁芯
    と、 この磁芯の一方に取り付けられ、且つ交流電流
    が流れる励磁用コイルと、 前記磁芯の他方に取り付けられる検出用コイル
    と、 前記検出用コイルに誘起された出力電圧信号
    を、前記シヤフトに加わるトルクの方向に応じて
    予め決められた信号と位相を一致させる同期検波
    手段と、 前記出力電圧信号のうち、前記凹部によつて生
    じる変動を検出し、この変動に基づいて前記シヤ
    フトの回転数を検出する回転数検出手段と、 前記出力電圧信号のうち、前記凹部によつて生
    じる変動を除去し、シヤフトに加わりトルクを検
    出するトルク検出手段と、 前記回転数検出手段によつて検出されたシヤフ
    トの回転数と、前記トルク検出手段によつて検出
    されたシヤフトに加わるトルクとを積算すること
    によつて、シヤフトに加わる馬力を検出する馬力
    検出手段と、 を有することを特徴とする磁歪式検出装置。
JP10066084A 1984-05-21 1984-05-21 磁歪式検出装置 Granted JPS60244811A (ja)

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JPS60244811A JPS60244811A (ja) 1985-12-04
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Families Citing this family (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62179627A (ja) * 1986-02-04 1987-08-06 Nissan Motor Co Ltd トルク検出装置
DE60329773D1 (de) 2002-05-17 2009-12-03 Jtekt Corp Walzelementlagereinheit mit sensor und nabeneinheit mit sensor

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JPS5932835A (ja) * 1982-08-17 1984-02-22 Komatsu Ltd トルクセンサ

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JPS5932835A (ja) * 1982-08-17 1984-02-22 Komatsu Ltd トルクセンサ

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