JPS61245033A - トルク検出装置 - Google Patents

トルク検出装置

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JPS61245033A
JPS61245033A JP60086759A JP8675985A JPS61245033A JP S61245033 A JPS61245033 A JP S61245033A JP 60086759 A JP60086759 A JP 60086759A JP 8675985 A JP8675985 A JP 8675985A JP S61245033 A JPS61245033 A JP S61245033A
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torque
magnetic layer
temperature
signal
passive shaft
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関根 義夫
Yasuyuki Makikawa
牧川 安之
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Mitsubishi Electric Corp
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
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    • G01L3/102Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
    • GPHYSICS
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    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は磁歪式トルク検出装置に係わす、特に温度変
化の激しい環境下でも高精度のトルク検出を行3Lq得
るようにしたトルク検出装置に関するものである。
〔従来の技術〕
トルクは回転駆動系の制御を行なう場合の基本量であり
1回転駆動系ではその検出は非接触であることが望まし
い。最近、アモルファス金属の磁気ひずみ特性を利用し
、直接非接触でトルクを検出するトルク検出装置が提案
されている。この従来のトルク検出装置を第3図、第4
図、第51gK従って説明する。一般に磁性材に応力を
厘えるとその磁気特性が変化することは知られてお先例
えば、アモルファス金属では引張応力によって透磁率は
増加し、圧縮応力によって透磁率は減少する。ところで
第3図に示すように受動軸(!)にトルクTを印刀Uす
ると、中心軸(2)に対し±45°方向に応力±σが生
じる。つまシ中心軸(2)K対し+45゜の角度をもつ
線上に引張応力σが発生し、 −45’の角度をもつ線
上に圧縮応力−σが生じる。従って受動軸(りの外周に
高磁歪材からなる磁性層を固着し、トルクが加わったと
きの磁気ひずみ効果を利用すればトルクの検出が可能と
なる。第4図はこの原理を利用した従来のトルク検出装
置の構造図である。(3a) 、 (3b)は細長い形
状の磁性材(例えばアモルファス金属)からなる磁性層
であり。
互込に中心軸(2)に対して対称の角度をなすよう受動
軸(1)の表面に固着されている。図では応力感度が最
も太きA±45°方向の場合を示している。(4)はこ
の磁性層(3a) 、 (3b)に対向する位置に、か
つ受動軸(1)と所定のギャップを隔てて設けられたコ
イルボビン、(5)、(6)はこのコイルボビンに巻回
された検出コイルであシ、トルク印加時に生じる上記磁
性層(3a) 、 (5b)の透磁率変化をインダクタ
ンス変化として電気信号に変換する。第5図は従来のト
ルク検出装置の電気回路図の一例である。
(7a)は上記磁性層(3a)、 (3b)をそれぞれ
磁心としスタ(71a) + (72a) 、抵抗(7
3a)、 (74a)、  コンデンサ(75a)、 
(76a)により構成されている。ここでトランジスタ
(71a)、 (72a)の導通時間は、磁心の透磁率
が変化すると、コレクタ巻線のインダクタンスが変化す
るために、その透磁率の変化に厄じて変化する。従って
そのデユーティ比は、検出コイルf51. (s+の磁
心となる各磁性層(Th)、 (31))の透磁率の相
対的な変化によって変わる。
(8a)は上記発振回路(7a)の各コレクタ信号を矩
形波に整形する波形整形回路であ勺、抵抗(81a) 
(82a)、 (85a)、 (84a)、オペアンプ
(85a) 、 (86a) Kより構成される。(9
a)は波形整形された各矩形波信号をデユーティ比に対
応した直流レベルにする積分回路であシ、抵抗(91a
)、 (92a)、コンデンサ(93a)。
(94a)により構成される。(1諷)は差動増幅回路
であり、抵抗(101a)、 (102a)、 (10
!A)、 (104a)、オペアンプ(105a)によ
り構成される。なお第5図中のVQOは回路駆動用の駆
動電源である。さて、 第5図にお−てトルクが印加さ
れていない時には。
上記2つの磁性層(3a)、 (3b)の透磁率は等し
いので1発振回路(7a)の各コレクタ信号はデユーテ
ィ比50チの信号となり、差動増幅回路(104L)に
入力される2つの上記積分された直流レベルは等L〈、
従って出力は零となる。トルクが印加されると、上記の
ようにトルク量に比例して一方の磁性層の透磁率が大き
く、他方が小さくなるので、上記発振回路(7a)のコ
レクタ信号のデユーティ比が変化しく一方のコレクタ信
号のデユーティ比は50チよシ大、他方は50%よシ小
となる)、差動増幅器(10a)の出力には、トルク量
に比例したレベルの信号があられれる。ま几トルクの印
加方向が変われば、上記磁性層(5a)、 (3b)の
透磁率が前とは逆に変化するので、差動増幅器(10a
)の出力には符号が反対の出力信号が得られ、トルク印
加方向も判別することができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし上記従来装置では9周囲温度が変化した場合には
、受動軸(1)と磁性層(3a)、 (31:+)の熱
膨張係数が等しい理想的な場合を除すては、トルクによ
る応力以外に受動軸と磁性層の熱膨張係数の差によって
バイアス的な引張シ、又は圧縮応力が加わることにな)
、これが温度によって変化する。
トルク出力は上記したように、2つの磁性層部の透磁率
変化を差動で検出しているので、熱膨張係数の差による
バイアス応力の変化は2つの磁性層部で同様に加わるの
で零点の変動はひきおこさないが、バイアス応力量の変
動となシ、応カー透磁率変化感度が変わり、トルク出力
感度が変化するという問題点があった。これを補正する
手段としては、トルク検出装置の近傍にサーミスタなど
の温度センナを配設して周囲温度を検出し、それによっ
てトルク出力を補正する方法が考えられる。
しかしこの方法では1周囲温度変化と磁性層の固着され
た受動軸の温度変化との間に時間遅れ等が生じたりして
、かならずしも一致せず、適正な補正ができないという
問題がある。
この発明は上記のような問題を解決するために々された
ものであシ11周囲温が変化した場合にも正確なトルク
出力が得られるトルク検出装置を得ることを目的として
いる。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係るトルク検出装置は、受動軸に軸の温度検
出片の磁性層を固着して、非接触で軸の温度を検出する
とともに、上記検出された温度信号によって、温度に応
じてトルク信号を補正するようにしたものである。
〔作用〕
この発明における受動軸の温度検出部は、はぼトルク検
出部と同様の構成をとるが、軸に固着する温度検出用の
磁性層は、トルクに対しては感応しないように十分細長
い形状にして軸長手方向忙平行に固着し、この温度検出
部の信号によって温度補正信号を導出し、トルク出力感
度のゲインを温度に応じて調整する。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図はこの発明の一実施例を示す構造図。
第2図はその電気回路図であシ、上記憶3図、第4図、
第5図と同一または相当部分には同一符号を付している
。第1図において、α9は受動軸(11の温度検出用の
磁性層であり、細長す形状をしており、軸(11の中心
軸(2)の方向に平行に固着されてbる。材質としては
、トルク検出部に使用した磁性材と同様のものが望まし
bが、特にそれに限定されるものではない。a3I/i
この磁性層α9に対向する位置のコイルボビンα3に巻
回された温度検出用のコイルであり、α4は上記磁性層
αυをはずれ比位置のコイルボビンαJに巻回され友温
度検出用のコイルである。
第2図において、  (71))は温度検出用の磁性層
aDを磁心とした検出コイルaのと磁性層(II)をは
ずして配設された検出コイルa4をコレクタ巻線として
構成したプッシュプル型自励発振回路であシ、上記トル
ク検出部の発振回路と同様トランジスタ(71b) 。
(721))、抵抗(73b)、 (74b)、コンデ
ンサ(75b)、 (7命)によシ構成されている。(
8b)、 (91))、 (10b)は上記トルク検出
部と同様のそれぞれ波形整形回路、積分回路、差動増幅
回路であシ、これらによシ、軸(1)の温度検出部が構
成される。aeFi加算回路、aeは除算回路であシ、
ゲインコントロールを行なう。
さて周囲温度が変化すると、それに応じて受動軸(1)
の温度も変化し、受動軸(11に固着された磁性層αυ
は、軸材との熱膨張係数の連層によって温度変化に比例
した応力を受けてその透磁率が変化する。この磁性層a
nに近接して検出コイルαのが巻回されてbるので、こ
の検出コイルα2は温度変化に対応してそのインダクタ
ンスが変化する。一方。
検出コイルα4は磁性層aυをはずして巻回されてbる
ので、温度が変化してもそのインダクタンスは変らなり
0従って、温度が変化した場合には一方の検出コイルの
インダクタンスのみ変化することになるので、上記プッ
シュプル発振回路(7b)の発振信号のデユーティ比が
変化し、軸(1)の温度に対応し比出力信号Vb=kX
ΔTが得られる(比だし。
k:材料2回路などによる定数、ΔT二基準温度からの
温度変化t)。この温度信号vbは加算回路σりによっ
て温度補正信号vd = (1+ΔT)kに変換され、
除算回路αeからなるゲインコントロール回路に入力さ
れる。一方、温度補正されないトルク信号■aは、基準
温度からの温度変化量をΔT。
基準温度時のトルク信号をVTとするとVa = ’(
1+ΔT)VTとあられされ、 これが除算回路顧のも
う一つの入力となる。従って、除算回路αeの出力ない
出力信号が得られる。いうまでもなく温度検出部の磁性
層aIlは、十分細長い形状で軸長手方向に平行に固着
されるので、トルクによる±45°方向の応力に対して
はほとんど感応せず、温度変化によって生ずる軸長手方
向の応力による信号のみが得られるものである。
なお、上記実施例では検出コイルα萎は磁性層な9部を
はずした軸外周に巻回したが、温度に感応しない磁心を
用−ていればどこに配設してもよく。
例えば受動軸(1)上でなく9回路基板上に設けてもよ
い。また、上記実施例ではトルク検出部、温度検出部と
も、トルク検出、温度検出はプッシュプル発振回路を用
い几デユーティ比変化を検出する方法をとっているが、
励磁コイル、検出コイルを用いて透磁率変化を検出する
方式とすることもできる。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、受動軸上に固着した磁
性材によって軸温度が非接触で検出でき。
この信号によって温度補正をするので1周囲温度変化に
かかわらず正確なトルク信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例によるトルク検出装置を示
す構造図であり、第2囚はその電気回路図、第3図はト
ルク検出の原理を説明するための図、第4図は従来のト
ルク検出装置を示す構造図であシ、第5図はその電気回
路図である。 図において、(1)は受動軸、  (3a) 、 (3
1))はトルク検出用の磁性層、 (51,(61はト
ルク検出用コイル。 (7a)はトルク検出用のプッシュプル発振回路、 (
7b)は軸温度検出用のプッシュプル発振回路、  (
8a)。 (8b)は波形整形回路、(ハ)、 (9’b)は積分
回路、(1眞)。 (101))は差動増幅回路、riυは軸温度検出用の
磁性層、a2,0着は軸温度検出用コイル、aりは加算
回路。 顧は除算回路である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. トルクを受ける受動軸の外周に磁性層を固着し、該受動
    軸へのトルク印加時に生じる上記磁性層の透磁率変化を
    この磁性層の外周に巻回した検出コイルによって検出し
    てトルク信号を検出するトルク検出装置において、上記
    受動軸上に、かつ受動軸の中心軸に平行に固着された細
    長い磁性層と、この磁性層の外周に巻回された検出コイ
    ルとにより構成された、上記受動軸の温度に応じた信号
    を出力する受動軸温度検出回路を備え、この検出回路の
    出力信号により上記トルク信号を補正することを特徴と
    するトルク検出装置。
JP60086759A 1985-04-23 1985-04-23 トルク検出装置 Expired - Lifetime JPH0641889B2 (ja)

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