JPH0843216A - 多機能トルクセンサ装置 - Google Patents
多機能トルクセンサ装置Info
- Publication number
- JPH0843216A JPH0843216A JP20287894A JP20287894A JPH0843216A JP H0843216 A JPH0843216 A JP H0843216A JP 20287894 A JP20287894 A JP 20287894A JP 20287894 A JP20287894 A JP 20287894A JP H0843216 A JPH0843216 A JP H0843216A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- phase
- torque sensor
- circuit
- torque
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 トルクセンサのみで、トルクだけでなくモー
タの回転速度と回転数も同時に測定できるようにし、装
置の小型・軽量化、コスト低減を図る。 【構成】 モータのシャフト表面にＡ、Ｂ相の２つの磁
歪膜を取り付け、前記磁歪膜を取り付けた前記シャフト
と同芯上に励磁コイルと、Ａ相、Ｂ相の２つの検出コイ
ルを配置し、Ａ相の前記検出コイルとＢ相の前記検出コ
イルから出力される信号を各々全波整流する２つの全波
整流回路と、２つの前記全波整流回路から出力れる信号
を差動増幅する差動増幅回路からなるトルクセンサ装置
において、どちらか一方の前記全波整流回路からの出力
信号にハイパスフィルタ回路に入力し、前記ハイパスフ
ィルタ回路の出力信号から前記モータの回転速度信号又
は回転数信号を得るものである。
タの回転速度と回転数も同時に測定できるようにし、装
置の小型・軽量化、コスト低減を図る。 【構成】 モータのシャフト表面にＡ、Ｂ相の２つの磁
歪膜を取り付け、前記磁歪膜を取り付けた前記シャフト
と同芯上に励磁コイルと、Ａ相、Ｂ相の２つの検出コイ
ルを配置し、Ａ相の前記検出コイルとＢ相の前記検出コ
イルから出力される信号を各々全波整流する２つの全波
整流回路と、２つの前記全波整流回路から出力れる信号
を差動増幅する差動増幅回路からなるトルクセンサ装置
において、どちらか一方の前記全波整流回路からの出力
信号にハイパスフィルタ回路に入力し、前記ハイパスフ
ィルタ回路の出力信号から前記モータの回転速度信号又
は回転数信号を得るものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、モータのシャフトに加
わるトルク、モータ回転速度、回転数の測定を一つのセ
ンサで実現するトルクセンサの多機能化に関する。
わるトルク、モータ回転速度、回転数の測定を一つのセ
ンサで実現するトルクセンサの多機能化に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、モータのシャフトに加わるトル
ク、回転速度、回転数を同時に測定するためには、図４
に示されるようにトルクを検出するためのトルクセンサ
１０、回転速度を検出するためのタコジェネレータ、回
転数を検出するためのエンコーダ等の別々のセンサをモ
ータに取り付けていた。モータ制御装置４は、トルクセ
ンサ１０の信号を処理するトルク検出回路１０ａから出
力されるトルク信号と、回転速度信号と回転数信号を用
いて、モータを制御する。
ク、回転速度、回転数を同時に測定するためには、図４
に示されるようにトルクを検出するためのトルクセンサ
１０、回転速度を検出するためのタコジェネレータ、回
転数を検出するためのエンコーダ等の別々のセンサをモ
ータに取り付けていた。モータ制御装置４は、トルクセ
ンサ１０の信号を処理するトルク検出回路１０ａから出
力されるトルク信号と、回転速度信号と回転数信号を用
いて、モータを制御する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、測定対象に合わせてセンサを一つずつ取り付けるの
で、装置全体が大きくなり、またコストも増大するとい
う問題点があった。そこで、本発明は一つのトルクセン
サに、トルクだけでなく、モータの回転速度、回転数も
同時に測定できる機能をもたせることにより、装置の小
型・形量化、コスト低減を図ることを目的とする。
は、測定対象に合わせてセンサを一つずつ取り付けるの
で、装置全体が大きくなり、またコストも増大するとい
う問題点があった。そこで、本発明は一つのトルクセン
サに、トルクだけでなく、モータの回転速度、回転数も
同時に測定できる機能をもたせることにより、装置の小
型・形量化、コスト低減を図ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は、モータのシャフト表面にＡ相、Ｂ相の２
つの磁歪膜を取り付け、前記磁歪膜を取り付けた前記シ
ャフトと同芯上に励磁コイルと、Ａ相、Ｂ相の２つの検
出コイルを配置し、Ａ相の前記検出コイルとＢ相の前記
検出コイルから出力される信号を各々全波整流する２つ
の全波整流回路と、２つの前記全波整流回路から出力れ
る信号を差動増幅する差動増幅回路からなるトルクセン
サ装置において、どちらか一方の前記全波整流回路から
の出力信号をハイパスフィルタ回路へ入力し、前記ハイ
パスフィルタ回路の出力信号から前記モータの回転速度
信号又は回転数信号を得るものである。また、前記トル
クセンサ装置において、前記ハイパスフィルタ回路の出
力信号をＦ／Ｖ変換回路へ入力し、前記モータの前記回
転速度信号を得るものである。また、前記トルクセンサ
装置において、前記ハイパスフィルタ回路の出力信号を
計数手段へ入力し、前記モータの前記回転数信号を得る
ものである。
め、本発明は、モータのシャフト表面にＡ相、Ｂ相の２
つの磁歪膜を取り付け、前記磁歪膜を取り付けた前記シ
ャフトと同芯上に励磁コイルと、Ａ相、Ｂ相の２つの検
出コイルを配置し、Ａ相の前記検出コイルとＢ相の前記
検出コイルから出力される信号を各々全波整流する２つ
の全波整流回路と、２つの前記全波整流回路から出力れ
る信号を差動増幅する差動増幅回路からなるトルクセン
サ装置において、どちらか一方の前記全波整流回路から
の出力信号をハイパスフィルタ回路へ入力し、前記ハイ
パスフィルタ回路の出力信号から前記モータの回転速度
信号又は回転数信号を得るものである。また、前記トル
クセンサ装置において、前記ハイパスフィルタ回路の出
力信号をＦ／Ｖ変換回路へ入力し、前記モータの前記回
転速度信号を得るものである。また、前記トルクセンサ
装置において、前記ハイパスフィルタ回路の出力信号を
計数手段へ入力し、前記モータの前記回転数信号を得る
ものである。
【０００５】
【作用】上記手段により、モータシャフト１回転に対し
て、１周期の回転リップルを前記ハイパスフィルタでト
ルク信号から抽出できる。従って、前記ハイパスフィル
タから出力される信号からモータの回転速度と回転数が
得られる。
て、１周期の回転リップルを前記ハイパスフィルタでト
ルク信号から抽出できる。従って、前記ハイパスフィル
タから出力される信号からモータの回転速度と回転数が
得られる。
【０００６】
【実施例】以下本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明の多機能トルクセンサの実施例を示す
図である。本発明の構成は、モータ１のシャフト２とこ
のシャフト２上に取り付けた磁歪膜３１とこれを励磁す
る励磁コイル３２とトルク印加時の磁歪膜の透磁率変化
によるインダクタンス変化を検出する検出コイル３３と
この検出コイル３３から出力された信号からトルク信号
５４ａ、回転速度信号５７ａ、回転数信号５８ａを出力
するセンサ信号処理回路５で構成されている。前記セン
サ信号処理回路５において、従来の構成と異なるところ
は、ハイパスフィルタ回路５５、コンパレータ５６、Ｆ
／Ｖ変換回路５７、カウンタ回路５８を持つ点である。
さらに本発明を以下に詳しく説明する。モータ１のシャ
フト２の表面上にシャフトの中心軸に対して４５度の方
向に平行な縞状のＡ相磁歪膜（Ｎｉ−Ｆｅ等）３１ａ
を、前記Ａ相磁歪膜方向に対して９０度の方向に平行な
縞状のＢ相磁歪膜３１ｂを取り付ける。前記磁歪膜３１
を取り付けたシャフト２の円周方向に円筒形の励磁コイ
ル３２をＡ相、Ｂ相磁歪膜上に非接触で配置し、同様に
円筒形の検出コイル３３を励磁コイルの外周上に配置す
る。励磁コイル３２に、センサ信号処理回路５内の励磁
回路５１によって周波数数ｋＨｚのＡＣ電流を流し、励
磁を施す。このとき、シャフト２の回転方向にトルクが
加わった場合、Ａ相、Ｂ相磁歪膜３１の透磁率が変化
し、これにより励磁コイル３２と検出コイル３３との相
互インダクタンスが変化し、検出コイル３３のＡＣ電圧
の振幅が印加トルクの値に比例して変化する。このとき
磁歪膜３１が前述のように取り付けられているので、Ａ
相の検出コイル３３ａの電圧振幅値が大きくなるような
トルクが印加された場合、Ｂ相の検出コイル３３ｂの電
圧振幅はトルク印加前よりも小さくなる。この検出コイ
ルからのＡＣ電圧信号を全波整流回路５２ａ、５２ｂで
平滑し、フィルタ回路５３ａ、５３ｂでノイズを除去す
る。前記フィルタ回路を通過した信号は図３（ａ）に示
されるようなモータシャフト１回転に対して１周期の回
転リップルが発生する。この回転リップルは磁歪膜３１
の特性の不均一性と励磁コイルによる磁界の不均一性に
より発生するものである。この回転リップルはＡ相、Ｂ
相ともに発生し、この回転リップルを含むＡ相、Ｂ相の
トルク信号は差動増幅回路により回転リップルの影響を
除去したトルク信号５４ａが生成され、しかもトルクの
加わる方向によりＡ相、Ｂ相の信号変化が反転するの
で、トルク信号５４ａの符号によりトルク印加方向がわ
かるトルク信号５４ａが生成される。Ａ相、またはＢ相
の前記フィルタ回路出力信号をハイパスフィルタ回路５
５によりＡＣ信号分のみを取り出し（図３（ｂ））、こ
の信号を波形整形するためコンパレータ５６に通して図
３（ｃ）の信号が得られる。この図３（ｃ）の信号をＦ
／Ｖ変換器５７で信号の立ち上がり〜立ち上がりの周期
（周波数）の大きさに比例した電圧信号に変換すること
によって、回転速度信号５７ａが生成される。また、図
３（ｃ）の信号を計数手段、例えばカウンタ回路５８で
信号の立ち上がりをカウントし、このカウント数に比例
した電圧信号に変換することにより、回転数信号５８ａ
を生成する。計数手段としては、前記カウンタ回路の
他、ソフトウェアタイマでもよい。このように構成され
る多機能トルクセンサを図２に示すようにモータに取り
付け、トルク信号、回転速度信号、回転数信号を得るこ
とができる。
る。図１は本発明の多機能トルクセンサの実施例を示す
図である。本発明の構成は、モータ１のシャフト２とこ
のシャフト２上に取り付けた磁歪膜３１とこれを励磁す
る励磁コイル３２とトルク印加時の磁歪膜の透磁率変化
によるインダクタンス変化を検出する検出コイル３３と
この検出コイル３３から出力された信号からトルク信号
５４ａ、回転速度信号５７ａ、回転数信号５８ａを出力
するセンサ信号処理回路５で構成されている。前記セン
サ信号処理回路５において、従来の構成と異なるところ
は、ハイパスフィルタ回路５５、コンパレータ５６、Ｆ
／Ｖ変換回路５７、カウンタ回路５８を持つ点である。
さらに本発明を以下に詳しく説明する。モータ１のシャ
フト２の表面上にシャフトの中心軸に対して４５度の方
向に平行な縞状のＡ相磁歪膜（Ｎｉ−Ｆｅ等）３１ａ
を、前記Ａ相磁歪膜方向に対して９０度の方向に平行な
縞状のＢ相磁歪膜３１ｂを取り付ける。前記磁歪膜３１
を取り付けたシャフト２の円周方向に円筒形の励磁コイ
ル３２をＡ相、Ｂ相磁歪膜上に非接触で配置し、同様に
円筒形の検出コイル３３を励磁コイルの外周上に配置す
る。励磁コイル３２に、センサ信号処理回路５内の励磁
回路５１によって周波数数ｋＨｚのＡＣ電流を流し、励
磁を施す。このとき、シャフト２の回転方向にトルクが
加わった場合、Ａ相、Ｂ相磁歪膜３１の透磁率が変化
し、これにより励磁コイル３２と検出コイル３３との相
互インダクタンスが変化し、検出コイル３３のＡＣ電圧
の振幅が印加トルクの値に比例して変化する。このとき
磁歪膜３１が前述のように取り付けられているので、Ａ
相の検出コイル３３ａの電圧振幅値が大きくなるような
トルクが印加された場合、Ｂ相の検出コイル３３ｂの電
圧振幅はトルク印加前よりも小さくなる。この検出コイ
ルからのＡＣ電圧信号を全波整流回路５２ａ、５２ｂで
平滑し、フィルタ回路５３ａ、５３ｂでノイズを除去す
る。前記フィルタ回路を通過した信号は図３（ａ）に示
されるようなモータシャフト１回転に対して１周期の回
転リップルが発生する。この回転リップルは磁歪膜３１
の特性の不均一性と励磁コイルによる磁界の不均一性に
より発生するものである。この回転リップルはＡ相、Ｂ
相ともに発生し、この回転リップルを含むＡ相、Ｂ相の
トルク信号は差動増幅回路により回転リップルの影響を
除去したトルク信号５４ａが生成され、しかもトルクの
加わる方向によりＡ相、Ｂ相の信号変化が反転するの
で、トルク信号５４ａの符号によりトルク印加方向がわ
かるトルク信号５４ａが生成される。Ａ相、またはＢ相
の前記フィルタ回路出力信号をハイパスフィルタ回路５
５によりＡＣ信号分のみを取り出し（図３（ｂ））、こ
の信号を波形整形するためコンパレータ５６に通して図
３（ｃ）の信号が得られる。この図３（ｃ）の信号をＦ
／Ｖ変換器５７で信号の立ち上がり〜立ち上がりの周期
（周波数）の大きさに比例した電圧信号に変換すること
によって、回転速度信号５７ａが生成される。また、図
３（ｃ）の信号を計数手段、例えばカウンタ回路５８で
信号の立ち上がりをカウントし、このカウント数に比例
した電圧信号に変換することにより、回転数信号５８ａ
を生成する。計数手段としては、前記カウンタ回路の
他、ソフトウェアタイマでもよい。このように構成され
る多機能トルクセンサを図２に示すようにモータに取り
付け、トルク信号、回転速度信号、回転数信号を得るこ
とができる。
【０００７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ト
ルクセンサのみで、トルクだけでなく、モータの回転速
度と回転数も同時に測定できるので、モータと検出器を
含めた装置全体の小形・軽量化、コスト低減を実現でき
る。また検出器の数を１つに集約できるため、システム
全体の信頼性を向上できる。
ルクセンサのみで、トルクだけでなく、モータの回転速
度と回転数も同時に測定できるので、モータと検出器を
含めた装置全体の小形・軽量化、コスト低減を実現でき
る。また検出器の数を１つに集約できるため、システム
全体の信頼性を向上できる。
【図１】本発明の実施例を示すブロック図。
【図２】本発明の実施例を示すブロック図。
【図３】本実施例の信号波形を示す図。
【図４】従来例を示すブロック図。
１ モータ ２ モータのシャフト ３ 多機能トルクセンサ ３１ 磁歪膜、３１ａ Ａ相磁歪膜、３１ｂ Ｂ相磁歪
膜 ３２ 励磁コイル ３３ 検出コイル、３３ａ Ａ相検出コイル、３３ｂ
Ｂ相検出コイル ４ モータ制御装置 ５ センサ処理回路 ５１ 励磁回路 ５２ａ Ａ相全波整流回路、５２ｂ Ｂ相全波整流回路 ５３ａ Ａ相フィルタ回路、５３ｂ Ｂ相フィルタ回路 ５４ 差動増幅回路、５４ａ トルク信号 ５５ ハイパスフィルタ回路 ５６ コンパレータ ５７ Ｆ／Ｖ変換回路、５７ａ 回転速度信号 ５８ カウンタ回路、５８ａ 回転数信号 １０ トルクセンサ、１０ａ トルクセンサアンプ ２０ エンコーダ ３０ タコジェネレータ
膜 ３２ 励磁コイル ３３ 検出コイル、３３ａ Ａ相検出コイル、３３ｂ
Ｂ相検出コイル ４ モータ制御装置 ５ センサ処理回路 ５１ 励磁回路 ５２ａ Ａ相全波整流回路、５２ｂ Ｂ相全波整流回路 ５３ａ Ａ相フィルタ回路、５３ｂ Ｂ相フィルタ回路 ５４ 差動増幅回路、５４ａ トルク信号 ５５ ハイパスフィルタ回路 ５６ コンパレータ ５７ Ｆ／Ｖ変換回路、５７ａ 回転速度信号 ５８ カウンタ回路、５８ａ 回転数信号 １０ トルクセンサ、１０ａ トルクセンサアンプ ２０ エンコーダ ３０ タコジェネレータ
Claims (3)
- 【請求項１】 モータのシャフト表面にＡ相、Ｂ相の２
つの磁歪膜を取り付け、前記磁歪膜を取り付けた前記シ
ャフトと同芯上に励磁コイルと、Ａ相、Ｂ相の２つの検
出コイルを配置し、Ａ相の前記検出コイルとＢ相の前記
検出コイルから出力される信号を各々全波整流する２つ
の全波整流回路と、２つの前記全波整流回路から出力れ
る信号を差動増幅する差動増幅回路からなるトルクセン
サ装置において、 どちらか一方の前記全波整流回路からの出力信号をハイ
パスフィルタ回路へ入力し、前記ハイパスフィルタ回路
の出力信号から前記モータの回転速度信号又は回転数信
号を得ることを特徴とする多機能トルクセンサ装置。 - 【請求項２】 前記トルクセンサ装置において、 前記ハイパスフィルタ回路の出力信号をＦ／Ｖ変換回路
へに入力し、前記モータの前記回転速度信号を得ること
を特徴とする請求項１記載の多機能トルクセンサ装置。 - 【請求項３】 前記トルクセンサ装置において、 前記ハイパスフィルタ回路の出力信号を計数手段へ入力
し、前記モータの前記回転数信号を得ることを特徴とす
る請求項１記載の多機能トルクセンサ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20287894A JPH0843216A (ja) | 1994-08-03 | 1994-08-03 | 多機能トルクセンサ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20287894A JPH0843216A (ja) | 1994-08-03 | 1994-08-03 | 多機能トルクセンサ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0843216A true JPH0843216A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=16464702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20287894A Pending JPH0843216A (ja) | 1994-08-03 | 1994-08-03 | 多機能トルクセンサ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0843216A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001065537A (ja) * | 1999-08-27 | 2001-03-16 | Ntn Corp | ドライブシャフト |
| US10983019B2 (en) | 2019-01-10 | 2021-04-20 | Ka Group Ag | Magnetoelastic type torque sensor with temperature dependent error compensation |
| US11486776B2 (en) | 2016-12-12 | 2022-11-01 | Kongsberg Inc. | Dual-band magnetoelastic torque sensor |
| US11821763B2 (en) | 2016-05-17 | 2023-11-21 | Kongsberg Inc. | System, method and object for high accuracy magnetic position sensing |
-
1994
- 1994-08-03 JP JP20287894A patent/JPH0843216A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001065537A (ja) * | 1999-08-27 | 2001-03-16 | Ntn Corp | ドライブシャフト |
| US11821763B2 (en) | 2016-05-17 | 2023-11-21 | Kongsberg Inc. | System, method and object for high accuracy magnetic position sensing |
| US11486776B2 (en) | 2016-12-12 | 2022-11-01 | Kongsberg Inc. | Dual-band magnetoelastic torque sensor |
| US10983019B2 (en) | 2019-01-10 | 2021-04-20 | Ka Group Ag | Magnetoelastic type torque sensor with temperature dependent error compensation |
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