JPS62239031A - Torque detecting device - Google Patents

Torque detecting device

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JPS62239031A
JPS62239031A JP61082100A JP8210086A JPS62239031A JP S62239031 A JPS62239031 A JP S62239031A JP 61082100 A JP61082100 A JP 61082100A JP 8210086 A JP8210086 A JP 8210086A JP S62239031 A JPS62239031 A JP S62239031A
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torque
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昭一 川又
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正 高橋
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Abstract

PURPOSE:To improve reliability by providing rotary drums having magnetic bodies where magnetic signals are recorded and a magnetoresistance effect element. CONSTITUTION:The rotary drums 2 and 2' having the magnetic bodies 3 and 3' where magnetic signals are recorded are fixed on a shaft 1 at an interval L and the magnetoresistance effect element R is arranged opposite the drums 2 and 2' at small intervals. For example, a motor is fitted on, for example, the driving side of the shaft 1 and a load is fitted on the load side, so that the shaft 1 is twisted by an angle theta=32/piGXL/D<4>XT in proportion to load torque. Here, theta is the angle of the twisting, G is the shearing coefficient (kg/cm<2>), L is the distance (cm) between the drums 2 and 2', and D is the diameter (cm) of the shaft 1. Further, the coefficient G is determined by the material of the shaft 1 and when the distance L and shaft diameter D are determined, the torque T to the angle theta of the twisting is found. This angle theta is obtained by measuring the zero-cross phase difference theta2-theta1 between outputs EA1 and EA2 obtained by the drum 2 and sensor 4, and drum 2' and sensor 4'. Thus, the torque is detected with high reliability.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、トルク検出装置に係り、特に軸のねじれによ
って生ずる位置の相対ずれを検出するものに好適なトル
ク検出装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a torque detection device, and particularly to a torque detection device suitable for detecting relative positional displacement caused by twisting of a shaft.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の装置は、例えば王菱電機技報Vo1.58゜Nα
7 1984の図1に記載のように、軸のねじれを軸に
取り付けた歯車A、Bの位相差として、電磁ピックアッ
プで検出する構成となっていた。しかし、電磁ピックア
ップの出力信号の大きさは、歯車の回転数に依存し、低
速になると出力信号は小さくなってしまうので高速回転
中でのトルク検出にのみ使用され、超低速あるいは停止
時におけるトルク検出については配慮されていなかった
The conventional device is, for example, Wangling Electric Technical Report Vol. 1.58°Nα.
7 in 1984, the torsion of the shaft was detected by an electromagnetic pickup as a phase difference between gears A and B attached to the shaft. However, the magnitude of the output signal of an electromagnetic pickup depends on the rotation speed of the gear, and the output signal becomes smaller at low speeds, so it is only used to detect torque during high-speed rotation, and it is used only for detecting torque at very low speeds or when stopped. No consideration was given to detection.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記、従来の技術は、超低速あるいは停止時におけるト
ルク検出については配慮されておらず、モータ等の停止
時におけるトルクの測定ができない問題があった。
The above-mentioned conventional technology does not take into consideration torque detection at very low speeds or when the motor is stopped, and there is a problem in that it is not possible to measure torque when the motor or the like is stopped.

本発明の目的は、磁気抵抗効果素子を用いて磁気式ロー
タリイエンコーダの技術を利用し、停止時から高速域ま
で使用できるトルク検出装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a torque detection device that utilizes magnetic rotary encoder technology using a magnetoresistive element and can be used from a stop to a high speed range.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、軸のねじれ検出を、表面に磁気信号を記録
した信号トラックを有する磁気ドラムとこれに対向配置
させた磁気抵抗効果素子から成る磁気センサで構成する
ことにより、達成される。
The above object is achieved by detecting the torsion of the shaft by using a magnetic sensor consisting of a magnetic drum having a signal track on the surface of which a magnetic signal is recorded, and a magnetoresistive element placed opposite the magnetic drum.

〔作用〕[Effect]

磁気抵抗効果素子はパーマロイ等をガラス基板上に蒸着
して作られ、極性に無関係に磁界の強さによって抵抗値
が変化する。従って、全周にN。
A magnetoresistive element is made by depositing permalloy or the like on a glass substrate, and its resistance value changes depending on the strength of the magnetic field, regardless of polarity. Therefore, N all around.

Sの磁気信号が記録された、磁気ドラムに、前記、磁気
抵抗効果素子を対向させると、磁気ドラムのN、S信号
に応じた磁界が磁気抵抗効果素子に加えて、速度に無関
係に磁気ドラムの相対位置を磁気抵抗素子の抵抗変化と
して取り出すことができる。それによって、停止時のト
ルクでも、各々の抵抗変化の大きさを測定することによ
り検出できる。
When the magnetoresistive element is placed opposite the magnetic drum on which the S magnetic signal is recorded, a magnetic field corresponding to the N and S signals of the magnetic drum is applied to the magnetoresistive element, and the magnetic drum is moved regardless of the speed. The relative position of can be extracted as a resistance change of the magnetoresistive element. Thereby, even torque at a stop can be detected by measuring the magnitude of each resistance change.

〔実施例〕〔Example〕

本発明に係るトルク検出装置の実施例を説明する。 An embodiment of the torque detection device according to the present invention will be described.

第1図は本発明の一実施例であるトルク検出装置の略示
構成図である。第2図は第1図において一方の磁気ドラ
ムと磁気センサの関係を示した略示構成図である。第3
図は(A)、(R)、第2図の一部展開図であり、第4
図、第5図はその動作波形説明図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a torque detection device that is an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the relationship between one of the magnetic drums and the magnetic sensor in FIG. 1. Third
The figures are partially expanded views of (A), (R), and Figure 2, and Figure 4.
FIG. 5 is an explanatory diagram of its operating waveforms.

第1図において、1は回転する軸であり、2゜2′は回
転ドラムである。磁気信号を記録した磁性体3,3′を
有する回転ドラム2,2′は軸1に間隔りだけ隔てて固
着されている。4は磁気抵抗効果素子(以下MR素子と
称す)Rで構成される磁気センサであり、各々回転ドラ
ム2,2′に対向し、小さな間隙を介して配置される。
In FIG. 1, 1 is a rotating shaft, and 2°2' is a rotating drum. Rotary drums 2, 2' having magnetic bodies 3, 3' on which magnetic signals are recorded are fixed to the shaft 1 at a distance. Reference numeral 4 denotes a magnetic sensor composed of magnetoresistive elements (hereinafter referred to as MR elements) R, which are arranged opposite to the rotating drums 2 and 2' with a small gap therebetween.

ここで、回転ドラム2,2′と磁気センサ4,4′の動
作について第2図を用いて説明する。
Here, the operation of the rotating drums 2, 2' and the magnetic sensors 4, 4' will be explained using FIG. 2.

第2図では、動作説明−L回転ドラム2と磁気センサ4
を取り出したものである。前述したように、回転ドラム
2の磁性体3にはN、Sの磁気信号が全周にわたって記
録されており、間隙Qを介してMR素子Rz 、Rxで
構成された磁気センサ4が対向配置されている。
In FIG. 2, operation explanation - L rotating drum 2 and magnetic sensor 4
This is what was extracted. As mentioned above, N and S magnetic signals are recorded on the magnetic body 3 of the rotating drum 2 over the entire circumference, and a magnetic sensor 4 composed of MR elements Rz and Rx is arranged facing each other with a gap Q interposed therebetween. ing.

第3図(A)および第3図(B)は、第2図に示した回
転ドラム2における磁性体3と磁気センサ4の配置関係
を示す拡大展開図である。第3図において、MR素子’
Rs 、Rxは、記録波長(N極とS極の間隔)λに対
してλ/2ずっ離して配置している。第4図にこの動作
波形を示した。
3(A) and 3(B) are enlarged development views showing the arrangement relationship between the magnetic body 3 and the magnetic sensor 4 in the rotating drum 2 shown in FIG. 2. FIG. In Figure 3, the MR element'
Rs and Rx are spaced apart from each other by λ/2 with respect to the recording wavelength (the distance between the north pole and the south pole) λ. Figure 4 shows this operating waveform.

第4図において、前記回転ドラム2の磁性体3は、回転
ドラム2の回転によって図示矢印のように移動するもの
である。一方1周知のようにMR素子R,、R2は、磁
気信号のN極、S極の磁束変化のいずれかの信号が加わ
ると抵抗値が低下する特性を有しているので、磁性体3
が矢印のごとく移動すると、MR素子R,、R,の抵抗
変化は、記録波長λに応じた抵抗変化が得られ各々(R
1゜R2)はλ/2位相のずれた波形となる。ここで、
前記MR素子RL 、Rzを第5図(イ)のように3端
子に接続し、両端に電圧Vを加えると出力端子E^1か
ら得られる電圧は、第6図(A)に示すような波形とな
り、磁性体3に記録した磁気信号に対応した出力E^1
が得られるものである。一方、同様に第1図で示した回
転ドラム2′と磁気センサ4′からも同様の作用で第6
図(B)に示した波形EAtが得られる。
In FIG. 4, the magnetic body 3 of the rotary drum 2 moves as indicated by the arrows as the rotary drum 2 rotates. On the other hand, as is well known, the MR elements R, R2 have a characteristic that the resistance value decreases when a magnetic flux change signal of either the N pole or the S pole of the magnetic signal is applied.
moves in the direction of the arrow, the resistance changes of the MR elements R, , R, correspond to the recording wavelength λ, and each (R
1°R2) results in a waveform with a phase shift of λ/2. here,
When the MR elements RL and Rz are connected to three terminals as shown in Figure 5 (A) and a voltage V is applied to both ends, the voltage obtained from the output terminal E^1 is as shown in Figure 6 (A). Output E^1 corresponding to the waveform and magnetic signal recorded on the magnetic material 3
is obtained. On the other hand, similarly, the rotating drum 2' and magnetic sensor 4' shown in FIG.
A waveform EAt shown in Figure (B) is obtained.

ここで、第1図のトルク検出装置において、例えば軸1
の駆動側にモータを取り付け、負荷側に負荷を取り付け
ると軸1は、その負荷トルクに比例して角度Oだけねじ
れる。これを式であられすと次のようになる。
Here, in the torque detection device shown in FIG. 1, for example, the shaft 1
When a motor is attached to the drive side and a load is attached to the load side, the shaft 1 twists by an angle O in proportion to the load torque. Expressing this as a formula, it becomes as follows.

πXG  D’ ここで、θ;ねじれ角(rad ) + G ”軸のせ
ん新係数(kg/am”) 、 L ニドラム間の距離
(cm) 、 D:軸径(cm)である。せん新係数G
は軸の材質で決まるもので、ドラム間の距離■、と軸径
りが決まればねじれ角Oに対するトルクTがわかる。従
って、軸1のねじれ角Oを検出することにより、トルク
測定が可能となる。軸1のねじれ角θの測定方法の一例
を第7図(A)および第7図(B)に示す。第7図(A
、)において、軸1のねじれθは、回転ドラム2と磁気
センサ4で得られる出力FAIと回転ドラム2′と磁気
センサ4′で得られる出力E^2の零クロスにおける位
相差0x−Oxを測定して行う。すなわち、第7図(A
)に示すように負荷トルクが小さい場合は、軸1のねじ
れ量も小さいので出力E^工とEARの零クロスにおけ
る位相差0工は小さくなる。逆に、第7図(B)のよう
に負荷トルクが大きい場合は軸1のねじれ量も増加する
ので、零クロスにおける位相差θ2は大きくなる。従っ
て、この位相差01あるいはθ2を測定すればトルクの
大きさを検出できる。第8図は、本発明によるトルク検
出装置の一特性を示したもので、トルクTに対する位相
角Oの関係を実測したものである。
πXG D' where θ: torsion angle (rad) + G: shearing coefficient of the "shaft (kg/am"), L: distance between two drums (cm), D: shaft diameter (cm). new coefficient G
is determined by the material of the shaft, and if the distance between the drums (■) and the shaft diameter are determined, the torque T for the torsion angle O can be determined. Therefore, by detecting the torsion angle O of the shaft 1, torque measurement becomes possible. An example of a method for measuring the torsion angle θ of the shaft 1 is shown in FIGS. 7(A) and 7(B). Figure 7 (A
, ), the torsion θ of the shaft 1 is the phase difference 0x-Ox at the zero cross between the output FAI obtained from the rotating drum 2 and the magnetic sensor 4 and the output E^2 obtained from the rotating drum 2' and the magnetic sensor 4'. Measure and do it. In other words, Fig. 7 (A
), when the load torque is small, the amount of twist of the shaft 1 is also small, so the phase difference 0 at the zero cross of the output E^ and EAR becomes small. Conversely, when the load torque is large as shown in FIG. 7(B), the amount of twist of the shaft 1 also increases, so the phase difference θ2 at the zero cross becomes large. Therefore, by measuring this phase difference 01 or θ2, the magnitude of the torque can be detected. FIG. 8 shows one characteristic of the torque detection device according to the present invention, in which the relationship between the torque T and the phase angle O was actually measured.

一方、MR素子Rは、前述したように磁界の大きさに対
応して抵抗値が変化するため、軸1が停止していても、
MS素子には回転ドラム2.2’ 。
On the other hand, as mentioned above, the resistance value of the MR element R changes depending on the magnitude of the magnetic field, so even if the axis 1 is stopped,
The MS element has a rotating drum 2.2'.

の磁性体3.3′からのN極、S極による所定強度の磁
界が常に加わっているため軸1の停止時のトルクを検出
することができる。第9図及び第10図に停止時におけ
るトルク検出の一例を示す。
Since a magnetic field of a predetermined strength due to the north and south poles from the magnetic body 3.3' is always applied, the torque when the shaft 1 is stopped can be detected. FIGS. 9 and 10 show an example of torque detection when the vehicle is stopped.

第9図においては、本発明のトルク検出装置をモータ6
に組込んだ例を示したものである。回転ドラム2.2′
はモータ6のシャフト1に任意の間隔をおいて固着され
ている。磁気センサ4゜4′は各々、回転ドラム2,2
′に小さな間隙をおいて対向して配置されている。又、
回転ドラム2.2′側のシャフト1端には、例えば工作
機などの負荷が接続される。一般に、工作機等を駆動す
る電動機は、インバータ等の発展に併ない直流電動機か
ら交流電動機化が急速に進んでいる。一方、工作機等を
駆動する電動機の軸トルクの検出は、加工物の加工精度
、加工速度等の制御のフィードバックに欠くことができ
ない。電動機の軸トルクは、直流電動機の場合には、電
流とトルクが比例することから、電流を検出することに
より容易にトルクを検出できるが、交流電動機では、電
流トルクが比例しないため、電流でのトルク検出゛は、
困難である。そこで、本発明のようなトルク検出装置が
必要となる。
In FIG. 9, the torque detection device of the present invention is
This is an example of how it is incorporated into. Rotating drum 2.2'
are fixed to the shaft 1 of the motor 6 at arbitrary intervals. The magnetic sensors 4゜4' are connected to the rotating drums 2, 2, respectively.
' are placed opposite each other with a small gap between them. or,
A load such as a machine tool is connected to one end of the shaft on the rotating drum 2.2' side. In general, electric motors for driving machine tools and the like are rapidly changing from DC motors to AC motors due to the development of inverters and the like. On the other hand, detection of shaft torque of an electric motor that drives a machine tool or the like is indispensable for feedback control of processing accuracy, processing speed, etc. of a workpiece. In the case of a DC motor, the shaft torque of an electric motor can be easily detected by detecting the current because the current and torque are proportional, but in the case of an AC motor, the torque is not proportional to the current, so the torque can be easily detected by the current. Torque detection is
Have difficulty. Therefore, a torque detection device such as the present invention is required.

第9図のトルク検出装置で第1図と異なっている点は、
磁気センサの出力をトルク検出の他に位置検出及び速度
検出用として用するため、磁気センサ4,4′の出力を
各々2相出力としている点である。ここで、磁気センサ
の出力を2相出力にすることはMS素子の場合、前述し
たように、パーマロイ等をガラス基板上に蒸着して作る
ため、MR素子パターンの簡単な仕様変更によりガラス
基板上に一体化して製作できるため、磁気センサ4.4
′の数も増えず、センサ自体の大きさもほとんど変らな
いのでシステム全体の構造も簡単になる。
The difference between the torque detection device in Fig. 9 and that in Fig. 1 is as follows.
Since the output of the magnetic sensor is used for position detection and speed detection in addition to torque detection, the outputs of the magnetic sensors 4 and 4' are each made into two-phase outputs. Here, in the case of an MS element, the output of the magnetic sensor can be made into a two-phase output by simply changing the specifications of the MR element pattern, since as mentioned above, permalloy or the like is vapor-deposited on the glass substrate. Magnetic sensor 4.4
′ does not increase, and the size of the sensor itself remains almost the same, so the structure of the entire system becomes simpler.

さて、第9図において、磁気センサ2及び2′からほぼ
90度位相のずれた2相出力E^工とEBt及びEAx
とEBtを取り出し、各出力は、比較器51.52,5
3.51’ 、52’及び53′により方形波A1 、
Bz 、Ax及びBzを得る。この2相の方形波Ax、
B工は、第10図(B)に示すように磁気センサ4の出
力E^1を4つのモードに分けるために使用される。例
えば、出力E^1のO″〜90″の範囲では、AI 、
B1の関係はHi 、Loとなり、90″〜180mの
範囲ではHi 、Hs となる。同様に180’〜27
0″ではL(1* Hs * 270°〜360@の範
囲ではI(+ 、 Hl となる。さらに方形波Ag、
Blは、磁気センサ4′の出力E^2を4つのモードに
分けるために使用される。また、磁気センサ4,4′の
出力FAI、E^2は前記の方に、第10図(A)の(
ロ)のように各々、三角波の搬送波PMと比較し、出力
AM1及びAllを得る。例えば、磁気センサ4,4′
の出力E^s、 E^2を第10図(A)の(イ)のよ
うに正弦波と仮定すれば、出力FAI。
Now, in Fig. 9, the two-phase outputs E^, EBt and EAx, which are approximately 90 degrees out of phase from the magnetic sensors 2 and 2',
and EBt, and each output is sent to comparators 51, 52, 5
3. Square wave A1 by 51', 52' and 53',
Obtain Bz, Ax and Bz. This two-phase square wave Ax,
B-type is used to divide the output E^1 of the magnetic sensor 4 into four modes as shown in FIG. 10(B). For example, in the range of O'' to 90'' of output E^1, AI,
The relationship of B1 is Hi and Lo, and in the range of 90'' to 180m, it is Hi and Hs.Similarly, in the range of 180' to 27
0″, L(1*Hs* In the range of 270° to 360@, I(+, Hl. Furthermore, square wave Ag,
Bl is used to divide the output E^2 of the magnetic sensor 4' into four modes. In addition, the outputs FAI and E^2 of the magnetic sensors 4 and 4' are directed to the above-mentioned direction (in FIG. 10(A)).
As shown in (b), each is compared with the triangular carrier wave PM to obtain outputs AM1 and All. For example, magnetic sensors 4, 4'
Assuming that the outputs E^s and E^2 are sine waves as shown in (a) of Fig. 10(A), the output FAI.

Ehxのアナログ量で角度θを求めることができる。The angle θ can be determined using the analog value of Ehx.

さらに、出力E^1. E^2のアナログ量は各々1周
期間で同一電圧になる点が存在するが、モード判別部8
あるいは8′により0〜90度、90〜180度、18
0〜270度及び270〜360度の判定ができる。さ
らに位置検出部9及び9′により、トルク検出14の他
に位置検出12゜12′及び速度検出13.13’ の
情報を得ることができる。なお、位置および速度検出に
ついては負荷7の位置及び速度検出を精度良く行う時に
は負荷側の回転ドラム2′と磁気センサ4′の情報で行
うと検出精度の向上が図れる。あるいは、モータ制御ス
ムーズに行なうたい時はモータ側(駆動側)の回転ドラ
ム2と磁気センサ4の位置及び速度情報を使用する方が
良い。更に、負荷の運転状態により負荷側と駆動側をス
イッチ10及び10’ により切り換える場合もある。
Furthermore, the output E^1. There is a point in each analog quantity of E^2 where the voltage becomes the same in one cycle, but the mode discriminator 8
Or 0 to 90 degrees, 90 to 180 degrees, 18 by 8'
It is possible to judge from 0 to 270 degrees and from 270 to 360 degrees. Furthermore, in addition to the torque detection 14, information on position detection 12.12' and speed detection 13.13' can be obtained from the position detection units 9 and 9'. Regarding the position and speed detection, when detecting the position and speed of the load 7 with high accuracy, the detection accuracy can be improved by using information from the rotary drum 2' and the magnetic sensor 4' on the load side. Alternatively, if smooth motor control is desired, it is better to use the position and speed information of the rotating drum 2 and magnetic sensor 4 on the motor side (drive side). Further, depending on the operating state of the load, the load side and the drive side may be switched by switches 10 and 10'.

ここで1回転ドラム2,2′が第10図(イ)の(、)
点で停止している場合を考えると、搬送波PMが磁気セ
ンサ4の出力E^工の(a)点に達するまで時間tmz
の幅のパルスA H1が得られる。
Here, the one-rotation drums 2, 2' are (,) in Fig. 10 (A).
Considering the case where the carrier wave PM stops at a point, it takes time tmz for the carrier wave PM to reach the point (a) of the output E^ of the magnetic sensor 4.
A pulse A H1 having a width of is obtained.

この時、第9図のモータ6のシャフト1にトルクTが加
わっていれば、回転ドラム2′と磁気センサ4′から得
られる出力EAaは、第10図(A)の(イ)の破線で
示すような波形となり、時間t1の間の幅のパルスAs
sが得られる。このパルスAM1とAszは、センサ出
力E^1とEA4のアナログ量に比例するので、時間t
axとt、2.の値をトルク測定部1に入力しドラム2
,2′間の角度差として求められ、トルク検出が可能と
なる。
At this time, if torque T is applied to the shaft 1 of the motor 6 in Fig. 9, the output EAa obtained from the rotating drum 2' and the magnetic sensor 4' will be indicated by the broken line (A) in Fig. 10 (A). The waveform becomes as shown, and the pulse As with a width of time t1
s is obtained. These pulses AM1 and Asz are proportional to the analog amounts of sensor outputs E^1 and EA4, so the time t
ax and t, 2. Input the value into the torque measuring section 1 and
, 2', which enables torque detection.

本実施例では、回転ドラム2,2′と磁気センサ4,4
′をモータ6のシャフト1に外付けした構造で説明した
が、回転ドラム2.2′と磁気センサ4,4′をモータ
6の中に内蔵しても良い。
In this embodiment, rotating drums 2, 2' and magnetic sensors 4, 4 are used.
Although the structure has been described in which the rotary drum 2, 2' and the magnetic sensors 4, 4' are externally attached to the shaft 1 of the motor 6, the rotating drum 2, 2' and the magnetic sensors 4, 4' may be built inside the motor 6.

さらに、回転ドラム2,2′の形状をドラムタイプとし
たが、第11図の様に円板の平面(片面又は両面)に磁
性体3,3′を装着して検出する構造としてもよい。磁
性体3,3′を円板の両面に装着した場合は磁気センサ
の数も必要個数配置させる必要がある。
Furthermore, although the rotary drums 2, 2' are of drum type, they may have a structure in which magnetic bodies 3, 3' are attached to the flat surface (one or both sides) of a disc as shown in FIG. 11 for detection. When the magnetic bodies 3, 3' are mounted on both sides of the disc, it is necessary to arrange the required number of magnetic sensors.

又、本実施例ではトルク検出の他に位置検出及び速度検
出の情報を同一のセンサがら得られるので、モータ制御
等の高信頼、高精度化が図れる。
Furthermore, in this embodiment, in addition to torque detection, position detection and speed detection information can be obtained from the same sensor, so that highly reliable and accurate motor control etc. can be achieved.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、トルク検出装置を、磁気信号を記録し
た磁性体を有する回転ドラムとMR素子を配置した磁気
センサとにより構成することで。
According to the present invention, the torque detection device is constituted by a rotating drum having a magnetic material on which magnetic signals are recorded and a magnetic sensor having an MR element.

停止時においでもトルク検出ができる。さらに磁気セン
サの出力の大きさは回転数に依存せず一定であり処理回
路の構成も簡単にできる。また、磁気を利用しているた
め塵埃、結露等の耐環境性に優れているので信頼性の高
いトルク検出装置を提供できる。
Torque can be detected even when stopped. Furthermore, the magnitude of the output of the magnetic sensor is constant regardless of the rotation speed, and the processing circuit can be configured easily. Further, since it utilizes magnetism, it has excellent resistance to environments such as dust and dew condensation, so a highly reliable torque detection device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例のトルク検出装置の略示構成
図、第2図はトルク検出装置を構成する回転ドラムと磁
気センサの詳細図、第3図(A)は磁性体の展開図、第
3図(B)はこの磁性体に対する磁気センサの平面図、
第4図は磁性体に記録された磁極とセンサの出力を示す
図、第5図はMR素子の三端子接続図、第6図(A)お
よび第6図(B)は三端子の中点から得られる出力波形
図、第7図(A)および第7図(B)も同じく磁気セン
サから得られる出力波形に基づいて負荷トルク検出する
手法説明図、第8図は本発明によるトルク検出装置の特
性図、第9図は停止時におけるトルク検出の一実施例を
示すトルク検出装置の構成図、第10図(A)はセンサ
出力波形と搬送波との関係を示す図、第10図(B)は
二つの磁気センサ出力信号からのモードの生別説明図、
第11図は他の実施例の略示構成図である。 1・・・軸、2,2′・・・回転ドラム、3,3′・・
・磁性体、4.4′・・・磁気センサ、51,52,5
3゜51’ 、52’ 、53’・・・比較器、6・・
・モータ、7・・・負荷、8,8′・・・モード判別部
、9,9′・・・位置検出部、10.10’・・・切り
換スイッチ、11・・・トルク測定部、12.12’・
・・位置出力部、13.13’・・・速度出力部、14
・・・トルク出力部、R・・・MS素子、E^1. E
^2・・・磁気センサ出力、At、Bt−モード判別用
2相出力、AMI、 AHz・=停止時のパルス出力。
Fig. 1 is a schematic configuration diagram of a torque detection device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a detailed view of the rotating drum and magnetic sensor that constitute the torque detection device, and Fig. 3 (A) is an expanded view of the magnetic material. Figure 3 (B) is a plan view of a magnetic sensor for this magnetic material,
Figure 4 is a diagram showing the magnetic poles recorded on the magnetic material and the output of the sensor, Figure 5 is a three-terminal connection diagram of the MR element, and Figures 6 (A) and 6 (B) are the midpoints of the three terminals. 7(A) and 7(B) are also explanatory diagrams of the method of detecting load torque based on the output waveform obtained from the magnetic sensor, and FIG. 8 is a torque detection device according to the present invention. 9 is a configuration diagram of a torque detection device showing an example of torque detection at a stop, FIG. 10 (A) is a diagram showing the relationship between the sensor output waveform and carrier wave, and FIG. 10 (B ) is an explanatory diagram of the modes from the two magnetic sensor output signals,
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of another embodiment. 1...Axis, 2,2'...Rotating drum, 3,3'...
・Magnetic material, 4.4'...Magnetic sensor, 51, 52, 5
3゜51', 52', 53'... Comparator, 6...
- Motor, 7... Load, 8, 8'... Mode discrimination section, 9, 9'... Position detection section, 10.10'... Changeover switch, 11... Torque measurement section, 12.12'・
...Position output section, 13.13'...Speed output section, 14
...Torque output section, R...MS element, E^1. E
^2...Magnetic sensor output, At, Bt-2 phase output for mode discrimination, AMI, AHz = pulse output when stopped.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、所定の間隔で駆動源により回転される軸上に取付け
られた角度検出器と、この角度検出器によつて検出され
た角度の相対的な角度差により負荷トルクを検出する装
置において、 前記軸の駆動側と負荷側に所定の間隔をもつて取付けら
れ、表面に磁気信号を生成する複数の磁極を有する二個
の回転ドラムあるいは回転ディスクと、これらそれぞれ
の回転ドラムあるいは回転ディスクの前記表面に対向し
て配置され、かつ前記磁極の磁気に感応して内部抵抗が
変化する磁気抵抗効果素子を具備する磁気センサを備え
、前記それぞれの回転ドラムあるいは回転ディスクの相
対的角度位置の差を磁気抵抗効果素子の抵抗変化として
取り出すことを特徴とするトルク検出装置。 2、前記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、回
転軸負荷側の負荷によつて生じた回転軸のねじれ量を、
前記磁気センサの出力の位相差として測定し、両方の磁
気ドラム又は磁気ディスク間の角度差に換算して、これ
を基にトルクを検出することを特徴とするトルク検出装
置。 3、前記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、少
なくとも1つの磁気ドラム又は磁気ディスクで得られる
磁気センサの出力を多相出力とし、その出力を複数モー
ドに分割し、磁気センサの出力の位相差の測定方法を、
前記各モードにより切り換えることを特徴とするトルク
検出装置。 4、前記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、磁
気センサの出力の位相差を特間間隔として取り出すこと
を特徴とするトルク検出装置。 5、前記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、負
荷側の磁気センサの出力信号をトルク検出の他に、位置
検出として用いることを特徴とするトルク検出装置。 6、前記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、駆
動側の磁気センサの出力信号をトルク検出の外に、位置
検出として用いることを特徴とするトルク検出装置。 7、前記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、運
転状態により、磁気センサの出力信号の位置検出を負荷
側と駆動側を切り換えるようにしたことを特徴とするト
ルク検出装置。 8、前記特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、負
荷側および駆動側の磁気センサの出力信号の和又は差を
とつて位置検出信号とすることを特徴とするトルク検出
装置。
[Claims] 1. An angle detector mounted on a shaft rotated by a drive source at predetermined intervals and a relative angular difference between the angles detected by the angle detector to determine the load torque. The detection device includes two rotating drums or rotating disks that are mounted at a predetermined distance on the drive side and load side of the shaft and have a plurality of magnetic poles on their surfaces that generate magnetic signals, and each of these rotating drums. Alternatively, a magnetic sensor provided with a magnetoresistive effect element disposed opposite to the surface of the rotating disk and whose internal resistance changes in response to the magnetism of the magnetic pole, A torque detection device characterized in that a difference in angular position is extracted as a resistance change of a magnetoresistive element. 2. In the device described in claim 1, the amount of twist of the rotating shaft caused by the load on the rotating shaft load side is
A torque detection device characterized in that the torque is detected by measuring the phase difference between the outputs of the magnetic sensor, converting it into an angular difference between both magnetic drums or magnetic disks, and detecting the torque based on this. 3. In the device described in claim 1, the output of the magnetic sensor obtained from at least one magnetic drum or magnetic disk is a multiphase output, and the output is divided into multiple modes, and the output of the magnetic sensor is divided into multiple modes. How to measure phase difference,
A torque detection device characterized by switching according to each of the modes. 4. The torque detection device according to claim 1, characterized in that the phase difference between the outputs of the magnetic sensor is extracted as a special interval. 5. The torque detection device according to claim 1, wherein the output signal of the magnetic sensor on the load side is used not only for torque detection but also for position detection. 6. The torque detection device according to claim 1, wherein the output signal of the drive-side magnetic sensor is used not only for torque detection but also for position detection. 7. The torque detection device according to claim 1, characterized in that position detection of the output signal of the magnetic sensor is switched between the load side and the drive side depending on the operating state. 8. The torque detection device according to claim 1, wherein the sum or difference of the output signals of the magnetic sensors on the load side and the drive side is used as a position detection signal.
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