JPH1194659A - 磁気差動型トルクセンサ - Google Patents
磁気差動型トルクセンサInfo
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- JPH1194659A JPH1194659A JP25540197A JP25540197A JPH1194659A JP H1194659 A JPH1194659 A JP H1194659A JP 25540197 A JP25540197 A JP 25540197A JP 25540197 A JP25540197 A JP 25540197A JP H1194659 A JPH1194659 A JP H1194659A
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- coil
- torque
- excitation
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 センサ零点安定性、生産性、トルク感度がよ
い磁気差動型トルクセンサを提供する。 【解決手段】 トルク伝達軸の外周面に形成した一対の
磁気異方性部の一方の外周側に励磁コイル５を、またそ
の他方の外周側に励磁コイル７を夫々配設する。励磁コ
イル５、７を外側から覆う磁性材製のヨーク８には、励
磁コイル５の励磁により発生する磁束Ａと励磁コイル７
の励磁により発生しかつ磁束Ａとは反対方向の磁束Ｂと
を通す柱部８ａを設け、この柱部８ａの外周に検出コイ
ル１０ａを配設する。
い磁気差動型トルクセンサを提供する。 【解決手段】 トルク伝達軸の外周面に形成した一対の
磁気異方性部の一方の外周側に励磁コイル５を、またそ
の他方の外周側に励磁コイル７を夫々配設する。励磁コ
イル５、７を外側から覆う磁性材製のヨーク８には、励
磁コイル５の励磁により発生する磁束Ａと励磁コイル７
の励磁により発生しかつ磁束Ａとは反対方向の磁束Ｂと
を通す柱部８ａを設け、この柱部８ａの外周に検出コイ
ル１０ａを配設する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この出願の発明は、トルクセン
サ、特に磁気差動型トルクセンサに関するものである。
サ、特に磁気差動型トルクセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】公知のトルクセンサとして、トルク伝達
軸の外周面に、このトルク伝達軸にトルクが負荷された
ときに一方に圧縮され且つ他方が引張り第１および第２
の磁気異方性部を、同トルク伝達軸にトルクが負荷され
たときにその一方が圧縮されるとともにその他方が引張
られるように形成し、これら第１および第２の磁気異方
性部の外周側に第１および第２の検出コイルと正弦波交
流電圧が印加されて検出コイルを励磁する第１および第
２の励磁コイルを夫々、前記磁気異方性部の透磁率の変
化を検出コイルの一端の電圧の変化に変換するように配
設し、両検出コイルの一端の電圧とを差動回路に入力す
ることによりトルクの方向と大きさを表す信号電圧を生
成するようにしたものがあり、例えば米国特許３０１１
３４０号に記載されている。
軸の外周面に、このトルク伝達軸にトルクが負荷された
ときに一方に圧縮され且つ他方が引張り第１および第２
の磁気異方性部を、同トルク伝達軸にトルクが負荷され
たときにその一方が圧縮されるとともにその他方が引張
られるように形成し、これら第１および第２の磁気異方
性部の外周側に第１および第２の検出コイルと正弦波交
流電圧が印加されて検出コイルを励磁する第１および第
２の励磁コイルを夫々、前記磁気異方性部の透磁率の変
化を検出コイルの一端の電圧の変化に変換するように配
設し、両検出コイルの一端の電圧とを差動回路に入力す
ることによりトルクの方向と大きさを表す信号電圧を生
成するようにしたものがあり、例えば米国特許３０１１
３４０号に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来のトルクセンサでは、回路上で差動をとる構成
のため、２つの検出コイルの特性の差とその変動、およ
び差動をとる前の回路誤差によって生じる検出信号の位
相・振幅誤差が増幅される。特に、位相誤差は、一旦電
気信号に変換してしまうと浮遊容量などによって、コイ
ル部、オペアンプ部などで容易に発生してしまい、補正
は困難である。また、位相誤差に影響されないように２
つの検出信号を夫々整流し直流電圧に変換した後に差動
をとる方法もあるが、この方法は回路規模が大きくなる
ため、回路誤差が大きくなり、かつコストアップする。
このような理由から２つの検出コイルの特性および回路
誤差をセンサの使用条件下で精度よく一致させなければ
ならず、生産性が悪い。また、励磁コイルと検出コイル
の巻き数比に比例した感度が得られるが、１つの検出コ
イルに発生する電圧は励磁コイルと検出コイル間のトラ
ンス結合によって昇圧されるため、巻き数比を大きくと
ると検出回路のオペアンプの入力範囲を超えてしまい、
巻き数比による信号成分の増幅や励磁電圧の絶対値を大
きくとることによる信号成分の増幅に制限がある、など
の問題があった。
如き従来のトルクセンサでは、回路上で差動をとる構成
のため、２つの検出コイルの特性の差とその変動、およ
び差動をとる前の回路誤差によって生じる検出信号の位
相・振幅誤差が増幅される。特に、位相誤差は、一旦電
気信号に変換してしまうと浮遊容量などによって、コイ
ル部、オペアンプ部などで容易に発生してしまい、補正
は困難である。また、位相誤差に影響されないように２
つの検出信号を夫々整流し直流電圧に変換した後に差動
をとる方法もあるが、この方法は回路規模が大きくなる
ため、回路誤差が大きくなり、かつコストアップする。
このような理由から２つの検出コイルの特性および回路
誤差をセンサの使用条件下で精度よく一致させなければ
ならず、生産性が悪い。また、励磁コイルと検出コイル
の巻き数比に比例した感度が得られるが、１つの検出コ
イルに発生する電圧は励磁コイルと検出コイル間のトラ
ンス結合によって昇圧されるため、巻き数比を大きくと
ると検出回路のオペアンプの入力範囲を超えてしまい、
巻き数比による信号成分の増幅や励磁電圧の絶対値を大
きくとることによる信号成分の増幅に制限がある、など
の問題があった。
【０００４】そこで、この出願の発明は、上記の問題を
解消した磁歪式のトルクセンサを提供することを課題と
する。
解消した磁歪式のトルクセンサを提供することを課題と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この出願の請求項１の発
明は、トルク伝達軸の外周面に第１磁気異方性部および
第２磁気異方性部を、同トルク伝達軸にトルクが負荷さ
れたときにその一方に圧縮歪みが発生するとともにその
他方に引張り歪みが発生するように形成し、前記第１磁
気異方性部および第２磁気異方性部の外周側に第１励磁
コイルおよび第２励磁コイルを夫々配設し、１個以上の
検出コイルを配設し、前記第１励磁コイルの励磁により
発生する磁束と前記第２励磁コイルの励磁により発生す
る磁束を前記検出コイルの内側に通すヨークを配設し、
前記第１励磁コイルにより発生する磁束の方向と前記第
２励磁コイルにより発生する磁束の方向とが互いに反対
方向となるように第１励磁コイルおよび第２励磁コイル
に給電することにより前記検出コイルの一端に発生する
電圧から前記トルクの方向と大きさを表す信号電圧を生
成するようにしたことを特徴とする磁気差動型トルクセ
ンサである。
明は、トルク伝達軸の外周面に第１磁気異方性部および
第２磁気異方性部を、同トルク伝達軸にトルクが負荷さ
れたときにその一方に圧縮歪みが発生するとともにその
他方に引張り歪みが発生するように形成し、前記第１磁
気異方性部および第２磁気異方性部の外周側に第１励磁
コイルおよび第２励磁コイルを夫々配設し、１個以上の
検出コイルを配設し、前記第１励磁コイルの励磁により
発生する磁束と前記第２励磁コイルの励磁により発生す
る磁束を前記検出コイルの内側に通すヨークを配設し、
前記第１励磁コイルにより発生する磁束の方向と前記第
２励磁コイルにより発生する磁束の方向とが互いに反対
方向となるように第１励磁コイルおよび第２励磁コイル
に給電することにより前記検出コイルの一端に発生する
電圧から前記トルクの方向と大きさを表す信号電圧を生
成するようにしたことを特徴とする磁気差動型トルクセ
ンサである。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１および図２はこの出願の請求
項１の発明に係る磁気差動型トルクセンサの第１実施形
態の検出部を示し、図３はその検出回路を示す。
項１の発明に係る磁気差動型トルクセンサの第１実施形
態の検出部を示し、図３はその検出回路を示す。
【０００７】図１および図２において、トルク伝達軸１
の外周面には、軸線の方向と所定の角度（例えば４５
°）をなして互いに反対方向に傾斜する多数の短い磁性
材製の帯からなる第１磁気異方性部２および第２磁気異
方性部３が形成されている。磁気異方性部２の帯と磁気
異方性部３の帯とが互いに反対に傾斜されていることに
より、トルク伝達軸１のトルクが負荷されたときには磁
気異方性部２、３の一方磁気異方性部の帯に圧縮歪みが
発生するとともに他方磁気異方性部に引張り歪みが発生
する。
の外周面には、軸線の方向と所定の角度（例えば４５
°）をなして互いに反対方向に傾斜する多数の短い磁性
材製の帯からなる第１磁気異方性部２および第２磁気異
方性部３が形成されている。磁気異方性部２の帯と磁気
異方性部３の帯とが互いに反対に傾斜されていることに
より、トルク伝達軸１のトルクが負荷されたときには磁
気異方性部２、３の一方磁気異方性部の帯に圧縮歪みが
発生するとともに他方磁気異方性部に引張り歪みが発生
する。
【０００８】磁気異方性部２の外周側にはボビン４に巻
付けられた第１励磁コイル５が配設され、磁気異方性部
３の外周側にはボビン６に巻付けられた第２励磁コイル
７が配設されている。第１励磁コイル５および第２励磁
コイル７を外周側から覆うように配設された磁性材製の
ヨーク８は、軸方向中央部の内側に半径方向内方に延在
する４本の柱部８ａ〜８ｄを軸対称に有している。これ
ら柱部柱部８ａ〜８ｄの外周にはボビン９ａ〜９ｄに巻
付けられた検出コイル１０ａ〜１０ｄが配設されてい
る。
付けられた第１励磁コイル５が配設され、磁気異方性部
３の外周側にはボビン６に巻付けられた第２励磁コイル
７が配設されている。第１励磁コイル５および第２励磁
コイル７を外周側から覆うように配設された磁性材製の
ヨーク８は、軸方向中央部の内側に半径方向内方に延在
する４本の柱部８ａ〜８ｄを軸対称に有している。これ
ら柱部柱部８ａ〜８ｄの外周にはボビン９ａ〜９ｄに巻
付けられた検出コイル１０ａ〜１０ｄが配設されてい
る。
【０００９】第１励磁コイル５の巻線方向と第２励磁コ
イル７の巻線方向とは同じ方向とされ、また検出コイル
１０ａ〜１０ｄは同じ方向に巻線されている 図３に示
すように、第１励磁コイル５の一端と第２励磁コイル７
の一端が接続され、第１励磁コイル５の他端と第２励磁
コイル７の他端に正弦波交流電源１１から正弦波交流電
圧が印加され励磁される。図２に示すように、第１励磁
コイル５の励磁により発生する磁束Ａと第２励磁コイル
７の励磁により発生する磁束Ｂはヨーク８の柱部８ａ〜
８ｄを逆方向に通り、柱部８ａ〜８ｄの各々における磁
束Ａの磁束量と磁束Ｂの磁束量との差の応じた電圧が検
出コイル検出コイル１０ａ〜１０ｄの各々に発生する。
イル７の巻線方向とは同じ方向とされ、また検出コイル
１０ａ〜１０ｄは同じ方向に巻線されている 図３に示
すように、第１励磁コイル５の一端と第２励磁コイル７
の一端が接続され、第１励磁コイル５の他端と第２励磁
コイル７の他端に正弦波交流電源１１から正弦波交流電
圧が印加され励磁される。図２に示すように、第１励磁
コイル５の励磁により発生する磁束Ａと第２励磁コイル
７の励磁により発生する磁束Ｂはヨーク８の柱部８ａ〜
８ｄを逆方向に通り、柱部８ａ〜８ｄの各々における磁
束Ａの磁束量と磁束Ｂの磁束量との差の応じた電圧が検
出コイル検出コイル１０ａ〜１０ｄの各々に発生する。
【００１０】図３に示すように、検出コイル１０ａ〜１
０ｄは互いに直列に接続されており、検出コイル１０ａ
〜１０ｄに発生した電圧は同期検波器１２（整流器でも
よい）とフイルタ１３、ゲイン・オフセット調整器１４
を介して出力される。ゲイン・オフセット調整器１４に
は温度補償回路１５が接続されている。
０ｄは互いに直列に接続されており、検出コイル１０ａ
〜１０ｄに発生した電圧は同期検波器１２（整流器でも
よい）とフイルタ１３、ゲイン・オフセット調整器１４
を介して出力される。ゲイン・オフセット調整器１４に
は温度補償回路１５が接続されている。
【００１１】トルク伝達軸１にトルクが負荷されると、
トルクの方向と大きさに応じた量だけ、磁気異方性部２
の透磁率と磁気異方性部３の透磁率が互いに反対方向へ
変化し、磁束Ａの磁束量と磁束Ｂの磁束量が互いに逆方
向に変化し、磁束Ａの磁束量と磁束Ｂの磁束量との差に
応じた電圧が検出コイル１０ａ〜１０ｄに発生し、ゲイ
ン・オフセット調整器１４からトルクの方向と大きさを
表す信号電圧が出力される。
トルクの方向と大きさに応じた量だけ、磁気異方性部２
の透磁率と磁気異方性部３の透磁率が互いに反対方向へ
変化し、磁束Ａの磁束量と磁束Ｂの磁束量が互いに逆方
向に変化し、磁束Ａの磁束量と磁束Ｂの磁束量との差に
応じた電圧が検出コイル１０ａ〜１０ｄに発生し、ゲイ
ン・オフセット調整器１４からトルクの方向と大きさを
表す信号電圧が出力される。
【００１２】このように、磁気回路と磁気検出手段にお
いて差動をとり検出する構成であるため、２つの検出コ
イルで磁気抵抗の変化を夫々検出し、回路上で差動をと
る従来の構成に比べ、検出コイル特性やその変動および
差動前の回路誤差に起因する検出信号の位相・振幅誤差
を排除できるのでセンサ零点安定性を向上できる。とく
に、位相誤差については、一旦電気信号に変換してしま
うと浮遊容量などによって、コイル部、オペアンプ部な
どで容易に発生してしまい、補正は困難であるためトル
ク検出部にできるだけ近いところで差動をとり、位相誤
差を最小限に抑えることが重要となる。また、磁気的に
差動をとれば、コイルの特性を合わせ込む必要もないの
で、生産性が向上する。更に、磁気回路上で差動をとる
ため検出回路を簡略化でき製造コストを抑えることがで
きる。また、電気信号に変換されるのは信号成分のみで
あるため、検出回路の入力電圧範囲を殆ど考慮せずに励
磁・検出コイルの巻き数比を大きくでき、かつ励磁電圧
の絶対値も大きくできるため、電気信号としてのトルク
感度を向上でき結果として検出回路の増幅率を低く抑え
ることができるのいで回路が安定化し外乱に対し強くす
ることができる。
いて差動をとり検出する構成であるため、２つの検出コ
イルで磁気抵抗の変化を夫々検出し、回路上で差動をと
る従来の構成に比べ、検出コイル特性やその変動および
差動前の回路誤差に起因する検出信号の位相・振幅誤差
を排除できるのでセンサ零点安定性を向上できる。とく
に、位相誤差については、一旦電気信号に変換してしま
うと浮遊容量などによって、コイル部、オペアンプ部な
どで容易に発生してしまい、補正は困難であるためトル
ク検出部にできるだけ近いところで差動をとり、位相誤
差を最小限に抑えることが重要となる。また、磁気的に
差動をとれば、コイルの特性を合わせ込む必要もないの
で、生産性が向上する。更に、磁気回路上で差動をとる
ため検出回路を簡略化でき製造コストを抑えることがで
きる。また、電気信号に変換されるのは信号成分のみで
あるため、検出回路の入力電圧範囲を殆ど考慮せずに励
磁・検出コイルの巻き数比を大きくでき、かつ励磁電圧
の絶対値も大きくできるため、電気信号としてのトルク
感度を向上でき結果として検出回路の増幅率を低く抑え
ることができるのいで回路が安定化し外乱に対し強くす
ることができる。
【００１３】尚、ヨーク８の柱部８ａ〜８ｄと検出コイ
ル１０ａ〜１０ｄは複数にする必要はなく、１つでもよ
い。ヨークの柱部と検出コイルを複数にし軸対称に配置
すると、トルク伝達軸とヨークとの心ずれに対し安定化
する。
ル１０ａ〜１０ｄは複数にする必要はなく、１つでもよ
い。ヨークの柱部と検出コイルを複数にし軸対称に配置
すると、トルク伝達軸とヨークとの心ずれに対し安定化
する。
【００１４】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、この出願
の発明によれば、センサ零点安定性、生産性、トルク感
度がよい磁気差動型トルクセンサを提供することができ
る。
の発明によれば、センサ零点安定性、生産性、トルク感
度がよい磁気差動型トルクセンサを提供することができ
る。
【図１】この出願の発明に係る磁気差動型トルクセンサ
の第１実施形態の検出部を示す図。
の第１実施形態の検出部を示す図。
【図２】図１中のア−ア線に沿う断面図。
【図３】この出願の発明に係る磁気差動型トルクセンサ
の第１実施形態の検出回路部を示す図。
の第１実施形態の検出回路部を示す図。
１・・・トルク伝達軸 ２・・・第１磁気異方性部 ３・・・第２磁気異方性部 ４・・・ボビン ５・・・第１励磁コイル ６・・・ボビン ７・・・第１励磁コイル ８・・・ヨーク ９ａ〜９ｄ・・・ボビン検波器 １０ａ〜１０ｄ・・・検出コイル １１・・・正弦波交流電源
Claims (1)
- 【請求項１】 トルク伝達軸の外周面に第１磁気異方性
部および第２磁気異方性部を、同トルク伝達軸にトルク
が負荷されたときにその一方に圧縮歪みが発生するとと
もにその他方に引張り歪みが発生するように形成し、前
記第１磁気異方性部および第２磁気異方性部の外周側に
第１励磁コイルおよび第２励磁コイルを夫々配設し、１
個以上の検出コイルを配設し、前記第１励磁コイルの励
磁により発生する磁束と前記第２励磁コイルの励磁によ
り発生する磁束を前記検出コイルの内側に通すヨークを
配設し、前記第１励磁コイルにより発生する磁束の方向
と前記第２励磁コイルにより発生する磁束の方向とが互
いに反対方向となるように第１励磁コイルおよび第２励
磁コイルに給電することにより前記検出コイルの一端に
発生する電圧から前記トルクの方向と大きさを表す信号
電圧を生成するようにしたことを特徴とする磁気差動型
トルクセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25540197A JPH1194659A (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | 磁気差動型トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25540197A JPH1194659A (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | 磁気差動型トルクセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1194659A true JPH1194659A (ja) | 1999-04-09 |
Family
ID=17278260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25540197A Pending JPH1194659A (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | 磁気差動型トルクセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1194659A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001289719A (ja) * | 2000-04-05 | 2001-10-19 | Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd | リング型磁歪式トルクセンサ |
| JP2015040777A (ja) * | 2013-08-22 | 2015-03-02 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 磁歪式トルクセンサ |
| CN104483052A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-04-01 | 南京华敏电子有限公司 | 一种磁敏式扭矩传感器的磁路结构 |
| DE102022205844A1 (de) | 2022-06-08 | 2023-12-14 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Rotor-Stator-Einheit zur Bestimmung eines Drehmoments einer elektrischen Maschine sowie elektrische Maschine mit solch einer Rotor-Stator-Einheit |
-
1997
- 1997-09-19 JP JP25540197A patent/JPH1194659A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001289719A (ja) * | 2000-04-05 | 2001-10-19 | Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd | リング型磁歪式トルクセンサ |
| JP2015040777A (ja) * | 2013-08-22 | 2015-03-02 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 磁歪式トルクセンサ |
| CN104483052A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-04-01 | 南京华敏电子有限公司 | 一种磁敏式扭矩传感器的磁路结构 |
| DE102022205844A1 (de) | 2022-06-08 | 2023-12-14 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Rotor-Stator-Einheit zur Bestimmung eines Drehmoments einer elektrischen Maschine sowie elektrische Maschine mit solch einer Rotor-Stator-Einheit |
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