JPS63317732A - トルク検出装置 - Google Patents

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〕 本発明は１例えば回転軸などの受動軸の軸トルクを非接
触で測定する。出力精度に優れた。磁歪式トルク検出装
置に関する。

〔従来技術〕

従来、受動軸の軸トルクを測定する手段としては１回転
軸にストレンゲージを貼り付けて、その抵抗値変化によ
りトルクを検出する方法、駆動側と負荷側との間に既知
のヤング率を有する中間軸を配設して、その中間軸のね
じれを位相差として検出する方法等がある。しかし、ス
トレンゲージ法は、ゲージの貼り付けの良否如何が精度
を左右するし、テレメータ等を必要として装置が大きく
なる。また、中間軸のねじれによる位相差を検出する方
法は、特定の中間軸を必要とするため測定装置が複雑と
なり、また電気回路も？！雑であり。

高価である。

一方、受動軸の外周に複数条の細長い磁性層を固着して
、その周囲に受動軸から離れて検出コイルを配置した発
振回路を用いたものが提案されている（特開昭６Ｏ−１
９５４３０）。

このものは、第６図に示すごとく、受動軸１の外周に軸
方向に４５度の角度をもって複数条の細長い磁性層９０
を固着し、この磁性層９０を包囲するように上記軸ｌと
所定のギャップＸを隔てて検出コイル９１．９２を巻回
したものである。そして、この検出コイル９１．９２を
用いて、上記磁性層９０が固着された受動軸１を磁心と
する自励式発振回路（第７図）を構成し、トルク印加時
の上記磁性層９０の透磁率変化によって生ずる上記発振
回路の発振周波数の変化を検出することにより、印加さ
れたトルクの大きさと方向を無接触で検出しようとする
ものである。

しかして、印加トルクを電気信号に変換するための電気
回路は、第７図に示すごとく、磁性層９０が固着された
受動軸１を磁心として、検出コイル９１．９２と共に構
成された。自動式発振回路９である。同図に示されるも
のは、抵抗コンデンサ型インバータである。また１周波
数変化の検出は１周知の周波数−電圧変換器などにより
行う。

なお、同図においてｖＣＣは駆動１ｉｔ１５．　　ＶＯ
は出力電圧である。

この従来方法は、磁性層と検出コイルとの発振回路によ
って上記のごとくトルクの大きさと方向とを測定でき、
また装置も簡単である点で優れている。

しかしながら、このトルク検出装置における発振回路９
は、受動軸ｌに固着した前記磁性層９０と、これを包囲
するように配置した検出コイル９１．９２との間にギャ
ップＸを有している。このギャップＸは、空気層である
と共に受動軸が回転する際その若干の偏心、振動等によ
りその間隔が変化することがある。そのため、磁性層に
おける透磁率変化を検出コイルによって検出し、出力す
る発振回路の発振周波数に、上記ギャップＸの存在が影
響し、その出力ｖＯの精度、感度が低下する。

〔解決すべき問題点〕

本発明は、上記従来装置における透磁率変化の検出が２
回転側（回転軸）と固定側（検出コイル）の両者におい
て行われ９両者間にギャップがあるため、検出精度、感
度が低いことを解明し。

かかる問題を解決しようとするものである。

即ち１本発明は１発振回路を特定の構成とすることによ
り、検出精度、感度に優れた磁歪式のトルク検出装置を
提供しようとするものである。

〔問題点の解決手段〕

本発明は、トルクを受ける受動軸の外周に周回させて固
着した磁歪膜と、該磁歪膜の上に周回したソレノイドコ
イルと、該ソレノイドコイルと直列に接続したコンデン
サとにより共振回路を構成し、該共振回路を前記受動軸
に固着すると共に。

磁心とこれに巻回したコイルとからなる人力コイル及び
出力コイルを１組とする検出部を設け、該検出部の入力
コイルと出力コイルとは前記受動軸の両側に前記ソレノ
イドコイルに対向して空隙をもってそれぞれ配置し、上
記共振回路と検出部とにより上記共振回路の共振周波数
により発振する発振回路を構成し、トルクによる磁歪膜
の透磁率変化を発振周波数の変化として検出することを
特徴とするトルク検出装置にある。

本発明において、上記磁歪膜は前記従来装置における磁
性層に対応するものである。しかして。

本発明において最も重要なことは、磁歪膜の上にソレノ
イドコイルを周回し、該ソレノイドコイルとコンデンサ
とを直列に接続して磁歪膜と共に共振回路を構成し、該
共振回路を受動軸に固定したことである。特に、前記従
来装置の発振回路に相当する回路は、磁歪膜とソレノイ
ドコイル及びコンデンサによる共振回路として構成し、
この磁歪膜とソレノイドコイルとの間には、ギャップを
設けず共振回路を受動軸上に固着したことにある。

そして、この共振回路における共振周波数を受動軸外の
検出部によって検出するのである。

本発明において、受動軸に固着した磁歪膜の磁気異方性
の方向は、透磁率の変化量及び方向に影響を与える。上
記磁気異方性の方向を受動軸の軸方向と４５度の角度に
した場合には、トルクの印加方向が逆転すると透磁率の
変化方向（増或いは減）に逆転し、その変化量もトルク
印加方向に対して対称となり好ましい。また、磁歪膜の
固着は。

受動軸においてトルク測定を行おうとする位置の全周に
行う。

また、磁歪膜は、第２実施例に示すごと（、受動軸の外
周の一部分にのみ固着し、他の部分にはパーマロイ膜等
の高透磁率膜を配設することもできる。

磁歪膜としては、ニッケル箔、パーマロイ箔。

非晶質の磁性合金箔などを用いる。

ソレノイドコイルは、上記磁歪膜の上に導線を巻回する
ことにより構成し、該導線はコンデンサと直列に接続す
る。これにより閉じた共振回路を構成する。

また、共振回路における磁歪膜、ソレノイドコイル及び
コンデンサは軸上に固着等により配設する。

また９本発明のトルク検出装置は、車両駆動系。

ステアリング系、その他の回転系のトルクを非接触で測
定する場合、更にはこれら回転系に実装してトルクを検
出し１回転系の制御を行わせる場合に特に優れた効果を
発揮する。

［作　用］ 本発明においては、受動軸にトルクが加わると磁歪膜に
応力が加わり、その透磁率が変化する。

その結果、ソレノイドコイルのインダクタンスが変化す
る。そのため、受動軸上に構成した共振回路の共振周波
数が変化し、受動軸外に設けた検出部における発振周波
数が変化する。透磁率の変化量は、トル多量に対応する
ため１発振周波数の変化量から印加トルクが検出できる
。

〔効　果〕

本発明によれば、共振回路を受動軸上に配設したので、
磁歪膜の透磁率変化はソレノイドコイルによって直接キ
ャッチされて共振周波数に変化を与える。それ故、磁歪
膜と検出コイルとの間にギャップを有する前記従来技術
に比して、その検出精度及び感度は極めて優れている。

また、前記従来技術は、磁性層（Ｍ１歪膜）にギャップ
を介して検出コイルを対向させているため。

回転方向に沿って磁歪膜の不均一性、固着の不均一性が
ある場合、軸の回転角度に対して出力変動が生ずる。し
かし本発明では、このような不均一性があっても全体の
透磁率変化で発振周波数が決定されるため１回転に対し
て出力の変動を生じない。

また、受動軸外に設けた検出部への信号伝達は。

磁歪膜とは別に設けたソレノイドコイルによって。

周波数として伝送するので、Ｓ／Ｎ比が高く、検出部の
励磁コイルのパワーが少なくて良い。例えば、５ボルト
程度のオペアンプで直接駆動が可能である。

〔実施例〕

第１実施例 本例にかかるトルク検出装置を第１ないし第３図を用い
て説明する。

第１図は９本例トルク検出装置の共振回路と検出部とを
示す概念図、第２は受動軸に直角方向の断面を示す図、
第３図は共振回路に、検出部り及び波形整形回路Ｎから
なる発振回路図である。

本例における検出回路は、第１図に示すごとく。

受動軸ｌに固着した共振回路にと、受動軸１の外に設け
た検出部りとを１組とするもので、これによりトルクを
検出しようとするものである。

即ち、共振回路には、受動軸１の全周に接着剤により固
着した磁歪膜２と、その周囲に巻回したソレノイドコイ
ル３及び該ソレノイドコイル３と直列に接続したコンデ
ンサ４とによって構成し。

これらは受動軸ｌ上に固定する。また、上記共振回路Ｋ
から出力される共振周波数を検出する検出部りは、駆動
電源■に接続した入力コイル５と検出した信号を発信す
る出力コイル６とからなる。

入力コイル５は磁心５１とこれに巻回したコイル５２と
からなり、出力コイル６は磁心６１とこれに巻回したコ
イル６２とからなる。

前記、磁歪膜２の接着は、受動軸１の軸方向に対して角
度４５度の磁気異方性を持つよう配置しである。上記入
力コイル５及び出力コイル６は。

第２図に見られるごとく、上記ソレノイドコイル３に対
向してそれぞれ配置し１両コイルとソレノイドコイル４
との間には空隙Ｍを有する。第１図に見られるごとく、
上記入力、出力コイルの磁心５１．６１の両端は、ソレ
ノイドコイル３の両側にはみ出した磁歪膜２の部分に対
面している。

次に、第３図は上記共振回路にと検出部りとを波形整形
回路Ｎに接続し、出力ｒｏを発信する発振回路を示すも
のである。なお、同図において。

８１は電流制限抵抗、８２は発振励起コンデンサ。

８３はコンパレータ、■は駆動電源である。

しかして、第１ないし第３図より知られるごとく、受動
軸１にトルクが加わると透磁率が変化する応力が磁歪膜
に加わることになり１例えば磁歪膜２に引張応力が加わ
ると、その透磁率が増加する。そのため、該磁歪膜２に
巻回したソレノイドコイル３におけるインダクタンスが
増加する。そして、この共振回路における共振周波数が
低下する。また、上記とは逆に、磁歪膜２に圧縮応力が
働く方向にトルクが加わった場合には、上記とは逆に共
振周波数が高くなる。しかして、この共振成分は、検出
部に発信される。

検出部りにおいては、入力コイル５と出力コイル６とに
よって、上記ソレノイドコイル３からの出力信号をキャ
ッチし、前記のごとく波形整形回路Ｎへ出力する。

波形整形回路からの出力ｆｏは、前記従来技術でも説明
したごとく１周波数−電圧変換器等の周知の手段により
電圧信号として出力する。

以上のごとく１本例によれば、共振回路を受動軸上に配
設したので、磁歪膜２の透磁率変化は。

これに直接巻回したソレノイドコイル３によってインダ
クタンスの変化としてキャッチすることができ、磁歪膜
と検出コイルとの間にギャップを有する前記従来技術に
比して、その検出精度及び感度は極めて優れている。

また、本例によれば、前記のごとく　受動軸の回転方向
に沿って磁歪膜の不均一性、固着の不均一性がある場合
においても、全体の透磁率変化で発振周波数が決定され
るので１回転に対して出力の変動を生じない、また、検
出部への信号伝達は周波数として伝達するので、Ｓ／Ｎ
比が高い。

第２実施例 本例は、第４及び第５図に示すごと＜９Ｍ１歪膜２０と
高透磁率膜７とをそれぞれ１／４周づつ交互に、受動軸
１上に周回し、固着したものである。

その他は、第１実施例と同様である。

上記、ｉｕ歪腹膜２０しては、非晶質磁性合金箔を、ま
た高透磁率膜としてはパーマロイ膜を用いた。

本例においても１Ｍ１歪膜の透磁率変化に基づくトルク
量の検出方法は第１実施例と同様である。

本例によれば、磁歪膜２０を分割して配設すると共にそ
の間に高透磁率膜７を配設したので、ソレノイドコイル
３のインダクタンスを増加させることができる。それ故
、ソレノイドコイル３０巻数を減らすことができる。ま
た、磁歪膜２０を分割して固着できるので受動軸ｌへの
固着が容易である。また、前記従来装置では、Ｆ１１歪
膜から直接に受動軸外の検出コイルへその透磁率変化を
伝送していたため、磁歪膜を受動軸上に分割して配設し
た場合にはその位置によって出力が変わり、固定側（受
動軸外）での検出演算処理が複雑であった。これに対し
て９本発明では磁歪膜の透磁率変化をこれと接続してい
るソレノイドコイルのインダクタンス変化としてキャッ
チしているので、磁歪膜を分割配設しても全体として発
振周波数が決定されるため、演算処理は複雑とならない
。

【図面の簡単な説明】

第１ないし第３図は第１実施例を示し、第１図は受動軸
と共振回路、及び検出部の位置関係を示す概念図、第２
図は第１図の受動軸直径方向断面図、第３図は発振回路
図、第４及び第５図は第２実施例を示し、第４図は第１
図と同様の概念図。 第５図は第４図の受動軸直接方向断面図、第６及び第７
図は従来装置を示し、第６図は発振回路の配置を示す図
、第７図はその電気回路である。 １００．受動軸、　　　　２，２０．、、磁歪膜。 ３８１．ソレノイドコイル。 ４０１．コンデンサ、５．、、入力コイル。 ６００．出力コイル。 ７１０．高透磁率膜。 Ｋ６６．共振回路、　　　　　Ｌ、　、　、検出部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）トルクを受ける受動軸の外周に周回させて固着し
   た磁歪膜と、該磁歪膜の上に周回したソレノイドコイル
   と、該ソレノイドコイルと直列に接続したコンデンサと
   により共振回路を構成し、該共振回路を前記受動軸に固
   着すると共に、 磁心とこれに巻回したコイルとからなる入力コイル及び
   出力コイルを１組とする検出部を設け、該検出部の入力
   コイルと出力コイルとは前記受動軸の両側に前記ソレノ
   イドコイルに対向して空隙をもってそれぞれ配置し、上
   記共振回路と検出部とにより上記共振回路の共振周波数
   により発振する発振回路を構成し、 トルクによる磁歪膜の透磁率変化を発振周波数の変化と
   して検出することを特徴とするトルク検出装置。
2. （２）磁歪膜は、受動軸の外周の一部分に固着し、他の
   部分にはパーマロイ膜等の高透磁率膜を配設し、磁歪膜
   及び高透磁率膜の上にはソレノイドコイルを周回してな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のトル
   ク検出装置。