JPS60244811A - 磁歪式検出装置 - Google Patents

磁歪式検出装置

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JPS60244811A
JPS60244811A JP10066084A JP10066084A JPS60244811A JP S60244811 A JPS60244811 A JP S60244811A JP 10066084 A JP10066084 A JP 10066084A JP 10066084 A JP10066084 A JP 10066084A JP S60244811 A JPS60244811 A JP S60244811A
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喜多 徹
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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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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)技術分野 本発明は、シャ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ャフトやトランスミッシ
ョンのシャ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
ラッ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。シャフトに加わるトル
クを検出する方法の1つにシャ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、被測定物となるシャフトの一部
を磁気回路の一部とし、シャフトにトルクが加わったと
きに生じるシャ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、シャフト表面
の磁気特性が不均一であるとシャ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、シャフトの加工時にその表面に
熱処理を施したり、磁性材のメッキなどによる加工処理
を施したりすることによって磁気的不均一性を予じめ除
来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ッションの制
御もあり、これらの制御を行なうためにはトルクのほか
にシャフトの回転数やトルクと回転数との積によりめら
れる馬力などの情報が必要であり、そのために別の回転
検出器を設けてシャフトの回転数を検出する必要があっ
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
検出器によりシャフトに加わるトルクおよびシャフトの
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
ることを目的とし、そのために、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磁気的に不
均一な部位を有する被測定物に対接して配置し、前記被
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、非硲性部位によって生ずる上記トルク信号の
変動に基づいて被測定物の回転数を検IBするように構
成したものである。
に)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ャフト
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1allbを有するU字型の励磁用磁芯
、2r/i一対の脚部2 a * 2 bを有し励磁用
磁芯1と直交するように形成されたU字型の検出用磁芯
、3.4は脚部1a、1bにそれぞれ配置された励磁用
コイル、5.6は脚部2 a + 2 b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。7Fi磁性材料から成るシャフ
トで、磁芯1および2のシャフト側端面はシャフト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の各シャフト側端面はシャフト7に対して非接触
となるように配置されている。8けシャフト70表面に
磁気的不均一を生せ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、励磁用フィル3.4には交流化施工を
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?参照して説明する。
壕ず、第2図′f: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1、シャフト7にトルクが加わっていないときは第2
図(ロ)に示すような磁束Hが生じ、この場合には脚部
2 a * 2 bの各磁気的ポテンシャルが等しく磁
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、シャフト7にトルク?加えると同図(イ
)に示すように、シャフト70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硼率が増加し、圧縮応
力Bが作用する方向の透礎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
ンシャ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、シャフト7に第2図(イ)の場合とに逆向きのト
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とがシャフト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
ンシャルに差が生じるため、検出用フィル5.6に逆位
相の誘導起電力VO,,Tが出ブJされる。
このように、シャフトにトルクを加えると検出用フィル
に交流出力電圧が誘起されるので、検出用コイルに後述
する同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図を参照してシャフト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。
い捷、四部8が第3図(イ)に示す位置にあると@は検
出用磁芯2の脚部2a 、2bを通る磁束は四部8によ
る影響を何ら受けない。ところが、シャフト7が矢印C
方向に回転して四部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
様となり、この場合には出力VOUTが低減する。シャ
フト7がさらに回転して四部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2a*2b
を通る磁束は凹部8による影4#は受けない。さらに、
シャフトの回転により凹部8が同図に)に示すように脚
部1aと脚5S2bとの間に入ると、脚部1a+2b間
の磁気抵抗が非磁性の四部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、見かけ上聞一方
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vou7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、シャ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、まず出方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
によりシャ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
力を電流増幅器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、14ij電流増幅器12の出ブJ
を基準信号として検出用コイル13に誘起された交流出
力信号を予しめシャ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
図かられかるように、同期検波回路14の出力はトルク
に対応しfc電圧のトルク信号に、四部の通過に同期し
て変動分Pが重畳された形となるので、同期検波回路1
4の出力をハイ、<スフィルタ15に人力することによ
り変動分Pを取り出し、その変動分Pがシャフトに設け
た四部の磁気的影響によるものかどうかをコンパレータ
16により判別してシャフトの回転に同期した1ペルス
/1回転のパルス信号として取り出す。従って、この回
転同期/ぐルス信号を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リシャフトの回転
数信号として検出することがでキル。バイパスフィルタ
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ィルタ18に人力し
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。従って、
変動分Pが除去されたトルク信号によりシャフトに加わ
ったトルクの大きさがわかる。F/Vコンバータ17が
ら(1)回転数信号とローlぐスフィルタ18かラノ変
動分が除去されたトルク信号とを掛は算器19により積
算することによっ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、シャフト
の一部に四部を設けることにより磁気的不均一を生ぜし
めておき、シャフトの回転ニ伴なって生じる出力の変動
を検出することによっ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、ローノぐスフィルタノ時定数を
可変にしておけば、フィ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。また、被測定物となるシャフトに非磁
性部位を設けてないシャフトを用いた場合には、トルク
だけが検出できるのはもちろんである。
なお、本実施例では、シャフトの一部に磁気的不均一部
位である四部を設けるようにしたが\本発明はこれに限
らずシャフトに透磁率の異なる部材あるいは非磁性材を
局冷≦的に埋め込んでもよいし、また導電体(たとえば
銅、アルミニウム)をメッキしシート状にしてシャフト
に貼り付けるようにしてもよい。
に)発明の詳細 な説明したように、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非磁性部位を
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、非磁性
部位によっ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
用い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ャフトに取り付
けた状態で示した斜視図、第2図(イ)ないしくハ)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)ないしくホ)は被測定シャ
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
路の一実施列、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・・・シャフト、
8・・・凹部、14・・・同期検波回路、15・・・バ
イパスフィルタ、16・・・コンパレータ%17・・・
FAコンバータ、18・・・ローパスフィルタ、19・
・・掛は算器 特許出願人 日産自動軍株式会社 代理人弁理土鈴木弘男 第 1 図 第2図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 互いに直交するように配置されfcU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
    と、該検出部を表面の一部に勝気的に不均一な部位を有
    する被測定物に対接して配置し、前記被測定物が回転し
    たときに前記検出部から出力される出力信号のレベルに
    基づいて前記被測定物に加わるトルクを検出するトルク
    検出手段と、前記磁気的に不均一な部位によって生ずる
    前記出力信号の変動を検出し、該変動に基づいて前記被
    測定物の回転数を検出する回転数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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JP10066084A JPS60244811A (ja) 1984-05-21 1984-05-21 磁歪式検出装置

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JPS60244811A true JPS60244811A (ja) 1985-12-04
JPH0558130B2 JPH0558130B2 (ja) 1993-08-25

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JPH0558130B2 (ja) 1993-08-25

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