JP2008175579A - Torque sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トーションバーの捻れ角を検出することによりトルクを計測するトルクセンサに関するものである。 The present invention relates to a torque sensor that measures torque by detecting a twist angle of a torsion bar.
トーションバーの捻れ角を検出することによりトルクを計測するトルクセンサとしては、トーションバーの入力軸に、軸方向に延びる磁性体の溝を設けると共に、入力軸を覆うようにトーションバーの出力軸に固定した非磁性体の円筒を設けたトルクセンサが知られている（たとえば、特許文献１）。このトルクセンサでは、トーションバーの出力軸に固定した円筒に、トーションバーの捻れに応じて、前記入力軸に設けた溝との重なり具合が変化する窓を設け、当該窓を包囲するように固定的に配置したコイルに生じる自己誘導起電力を検出する。
前記特許文献１記載のトルクセンサによれば、トーションバーの捻れ量に対する、窓と溝との重なり具合の変化量を変化させるためには前記溝や円筒の径を大きくする必要があるために、装置を大型化することなく、トーションバーの捻れ量に対する感度を向上することができない。 According to the torque sensor described in Patent Document 1, in order to change the amount of change in the degree of overlap between the window and the groove with respect to the torsion amount of the torsion bar, it is necessary to increase the diameter of the groove or cylinder. The sensitivity to the twist amount of the torsion bar cannot be improved without increasing the size of the apparatus.
そして、このために、前記特許文献１記載のトルクセンサによれば、装置を大型化することなく、測定値に表れる、トーションバーの捻れによる成分の、トーションバーの偏芯や振れ回りによる誤差の成分に対する比率、すなわち、ＳＮ比を大きくして精度よくトルクを検出することが比較的困難であった。 For this reason, according to the torque sensor described in Patent Document 1, the component due to torsion of the torsion bar and the error due to the eccentricity and run-out of the torsion bar appearing in the measurement value without increasing the size of the apparatus. It has been relatively difficult to accurately detect torque by increasing the ratio to the component, that is, the SN ratio.
そこで、本発明は、大型化することなく、より精度良くトルクを検出することのできるトルクセンサを提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the torque sensor which can detect a torque more accurately, without enlarging.
前記課題達成のために、本発明は、トーションバーと、前記トーションバーの一端に固定された、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性体で形成した第１円筒と、前記トーションバーの他端に固定された、前記第１円筒に挿入された形態で、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性体で形成した第２円筒と、測定部とを備えたトルクセンサを提供する。ただし、前記第１円筒の前記第２円筒の側壁との対面する側壁には各々スリットが設けられており、前記第１円筒の側壁に設けられたスリットと、前記第２円筒の側壁に設けられたスリットとは、前記トーションバーの径方向から見て相互に交差するように軸方向に対する傾きが異ならせてありものである。また、前記測定部は、トーションバーの回転軸と同軸状に巻き回した第１検出コイルと、前記第１検出コイルと前記トーションバーの回転軸方向の位置を異ならせて配置した、前記トーションバーの回転軸と同軸状に巻き回した第２検出コイルと、前記第１円筒の側壁に設けられたスリットと、前記第２円筒の側壁に設けられたスリットとの交差によって形成される窓を通る磁束を形成する磁束形成手段と、前記第１検出コイルに前記窓を通過した磁束によって誘起された誘起電圧と、前記第２検出コイルに前記窓を通過した磁束によって誘起された誘起電圧とより前記トーションバーの捻れ量を計測する計測回路とを備えて構成されるものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a torsion bar, a first cylinder made of a non-magnetic material, arranged coaxially with the torsion bar, fixed to one end of the torsion bar, and the torsion bar. A torque sensor including a second cylinder formed of a non-magnetic material and arranged coaxially with the torsion bar in a form fixed to the other end of the first cylinder and inserted in the first cylinder. provide. However, a slit is provided in each side wall of the first cylinder facing the side wall of the second cylinder, and a slit provided in the side wall of the first cylinder and a side wall of the second cylinder. The slits have different inclinations with respect to the axial direction so as to intersect each other when viewed from the radial direction of the torsion bar. In addition, the measurement unit includes a first detection coil that is wound coaxially with a rotation axis of the torsion bar, and the torsion bar that is disposed with different positions in the rotation axis direction of the first detection coil and the torsion bar. Passing through a window formed by the intersection of a second detection coil wound coaxially with the rotation axis of the first coil, a slit provided in the side wall of the first cylinder, and a slit provided in the side wall of the second cylinder. The magnetic flux forming means for forming a magnetic flux, the induced voltage induced by the magnetic flux that has passed through the window in the first detection coil, and the induced voltage induced by the magnetic flux that has passed through the window in the second detection coil And a measuring circuit for measuring the torsion amount of the torsion bar.
このようなトルクセンサによれば、トーションバーの捻れに応じて前記窓は軸方向に移動し、前記窓を通る磁束量の軸方向の分布も変化するので、この変化を第１検出コイルと第２検出コイルとを用いて計測することにより、トーションバーの捻れ量を算定することができる。ここで、トーションバーの捻れ量に対する窓の変位量は、前記第１円筒に設けられたスリットと前記第２円筒に設けられたスリットとの交差角に応じた値となる。したがって、この交差角を適当に設定することにより、トーションバーの捻れに対する窓の変位量を大きくし、トーションバーの捻れ量に対する感度を向上することができる。よって、トルクセンサを大型化することなく、より精度良くトルクを検出することができるようになる。また、第１検出コイルと第２検出コイルによって、トーションバーの全周に渡って計測を行うので、トーションバーの偏芯や振れ回りの影響を相殺した良好なトルクの測定が可能となる。 According to such a torque sensor, the window moves in the axial direction according to the twist of the torsion bar, and the axial distribution of the amount of magnetic flux passing through the window also changes. By measuring using two detection coils, the torsion bar twist amount can be calculated. Here, the amount of displacement of the window with respect to the amount of twist of the torsion bar is a value corresponding to the intersection angle between the slit provided in the first cylinder and the slit provided in the second cylinder. Therefore, by appropriately setting this intersection angle, the amount of displacement of the window with respect to the torsion bar twist can be increased, and the sensitivity to the torsion bar twist amount can be improved. Therefore, the torque can be detected with higher accuracy without increasing the size of the torque sensor. In addition, since the measurement is performed over the entire circumference of the torsion bar by the first detection coil and the second detection coil, it is possible to perform a good torque measurement that offsets the effects of eccentricity and swinging of the torsion bar.
ここで、このようなトルクセンサは、より具体的には、前記第１検出コイルと第２検出コイルとを、前記第１円筒の外側に当該第１円筒が中央孔に挿入された形態で配置するように構成してもよい。また、この場合には、前記磁束形成手段を、前記第２円筒と前記トーションバーの間に配置された、前記トーションバーの回転軸と同軸状に巻き回した駆動用コイルと、前記駆動用コイルを交流駆動する駆動回路とより構成するようにしてもよい。 Here, more specifically, in such a torque sensor, the first detection coil and the second detection coil are arranged in a form in which the first cylinder is inserted into a central hole outside the first cylinder. You may comprise. Also, in this case, the magnetic flux forming means is disposed between the second cylinder and the torsion bar, the driving coil wound coaxially with the rotation shaft of the torsion bar, and the driving coil. May be constituted by a drive circuit for AC driving.
また、前記課題達成のために、本発明は、前記トーションバーの一端に固定された、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性体で形成した第１回転盤と、前記トーションバーの他端に固定された、前記第１回転盤と対面する形態で、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性体で形成した第２回転盤と、測定部とを備えたトルクセンサを提供する。ただし、前記第１回転盤と第２回転盤には各々スリットが設けられており、前記第１回転盤に設けられたスリットと、前記第２回転盤に設けられたスリットとは、前記トーションバーの軸方向から見て相互に交差するように径方向に対する傾きが異ならせてあるものである。また、前記測定部は、トーションバーの回転軸と同軸状に巻き回した第１検出コイルと、前記第１検出コイルと前記トーションバーの径方向の位置を異ならせて配置した、前記トーションバーの回転軸と同軸状に巻き回した第２検出コイルと、前記第１回転盤に設けられたスリットと、前記第２回転盤に設けられたスリットとの交差によって形成される窓を通る磁束を形成する磁束形成手段と、前記第１検出コイルに前記窓を通過した磁束によって誘起された誘起電圧と、前記第２検出コイルに前記窓を通過した磁束によって誘起された誘起電圧とより前記トーションバーの捻れ量を計測する計測回路とを備えたものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a first rotating disk made of a non-magnetic material, arranged coaxially with the torsion bar, fixed to one end of the torsion bar, A torque sensor comprising a second rotating disk formed of a non-magnetic material, arranged in a coaxial manner with the torsion bar in a form facing the first rotating disk, fixed to the other end, and a measuring unit. provide. However, the first turntable and the second turntable are each provided with a slit, and the slit provided in the first turntable and the slit provided in the second turntable are the torsion bar. The inclination with respect to the radial direction is varied so as to intersect with each other when viewed from the axial direction. In addition, the measurement unit includes a first detection coil wound coaxially with a rotation axis of the torsion bar, and the radial positions of the first detection coil and the torsion bar are different from each other. Forms a magnetic flux passing through a window formed by the intersection of a second detection coil wound coaxially with the rotating shaft, a slit provided in the first rotary plate, and a slit provided in the second rotary plate Magnetic flux forming means, an induced voltage induced by the magnetic flux that has passed through the window in the first detection coil, and an induced voltage induced by the magnetic flux that has passed through the window in the second detection coil. And a measuring circuit for measuring the amount of twist.
このようなトルクセンサによれば、トーションバーの捻れに応じて前記窓は径方向に移動し、前記窓を通る磁束量の径方向の分布も変化するので、この変化を第１検出コイルと第２検出コイルとを用いて計測することにより、トーションバーの捻れ量を算定することができる。ここで、トーションバーの捻れ量に対する窓の変位量は、前記第１回転盤に設けられたスリットと前記第２回転盤に設けられたスリットとの交差角に応じた値となる。したがって、この交差角を適当に設定することにより、トーションバーの捻れに対する窓の変位量を大きくし、トーションバーの捻れ量に対する感度を向上することができる。よって、トルクセンサを大型化することなく、より精度良くトルクを検出することができるようになる。また、第１検出コイルと第２検出コイルによって、トーションバーの全周に渡って計測を行うので、トーションバーの偏芯や振れ回りの影響を相殺した良好なトルクの測定が可能となる。 According to such a torque sensor, the window moves in the radial direction according to the twist of the torsion bar, and the radial distribution of the amount of magnetic flux passing through the window also changes. By measuring using two detection coils, the torsion bar twist amount can be calculated. Here, the amount of displacement of the window with respect to the amount of twist of the torsion bar is a value corresponding to the crossing angle between the slit provided in the first rotary plate and the slit provided in the second rotary plate. Therefore, by appropriately setting this intersection angle, the amount of displacement of the window with respect to the torsion bar twist can be increased, and the sensitivity to the torsion bar twist amount can be improved. Therefore, the torque can be detected with higher accuracy without increasing the size of the torque sensor. In addition, since the measurement is performed over the entire circumference of the torsion bar by the first detection coil and the second detection coil, it is possible to perform a good torque measurement that offsets the effects of eccentricity and swinging of the torsion bar.
ここで、このようなトルクセンサは、より具体的には、前記第１検出コイルと第２検出コイルとを、前記第１回転盤の前記一端側に配置するようにしてもよい。また、この場合には、前記磁束形成手段を、前記第２回転盤の前記他端側に配置された、前記トーションバーの回転軸と同軸状に巻き回した駆動用コイルと、前記駆動用コイルを交流駆動する駆動回路とより構成するようにしてもよい。 Here, more specifically, in such a torque sensor, the first detection coil and the second detection coil may be arranged on the one end side of the first rotating disk. In this case, the magnetic flux forming means is disposed on the other end side of the second rotating disk and is wound around the rotation axis of the torsion bar, and the driving coil. May be constituted by a drive circuit for AC driving.
以上のように、本発明によれば、大型化することなく、より精度良くトルクを検出することのできるトルクセンサを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a torque sensor that can detect torque more accurately without increasing the size.
以下、本発明の実施形態について説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係るトルクセンサの構成を示す。
ここで、図１ａはトルクセンサの正面を、図１ｂはトルクセンサの左側面を、図１ｃはトルクセンサの右側面を、図１ｄはトルクセンサの断面を、それぞれ模式的に表している。
図示するように、本トルクセンサは、測定対象のトルクが入力側（図における右方）端と出力側端（図における左方）との間の捻れ方向の力として加えられるトーションバー１０と、トーションバー１０に当該トーションバー１０の入力側で固定された入力側筒２１と、トーションバー１０に当該トーションバー１０の出力側で固定された出力側筒２２と、駆動コイル３１と、第１検出コイル４１と、第２検出コイル４２と、測定回路５０とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1 shows a configuration of a torque sensor according to the present embodiment.
Here, FIG. 1a schematically shows a front surface of the torque sensor, FIG. 1b schematically shows a left side surface of the torque sensor, FIG. 1c schematically shows a right side surface of the torque sensor, and FIG. 1d schematically shows a cross section of the torque sensor.
As shown in the figure, the torque sensor includes a torsion bar 10 to which a torque to be measured is applied as a force in a twisting direction between an input side (right side in the figure) and an output side end (left side in the figure); An input side cylinder 21 fixed to the torsion bar 10 on the input side of the torsion bar 10, an output side cylinder 22 fixed to the torsion bar 10 on the output side of the torsion bar 10, a drive coil 31, and a first detection A coil 41, a second detection coil 42, and a measurement circuit 50 are included.
ここで、出力側筒２２は、導電性を有する非磁性体を用いて形成されており、トーションバー１０の入力側の底面が開放された円筒形状を有する。そして、トーションバー１０の出力側の底面の中心部分で、トーションバー１０の出力側に固定されている。
また、入力側筒２１は、導電性を有する非磁性体を用いて形成されており、同軸入れ子状に間隔をあけて配置された二つの両底面の無い中空の円筒形状部である内筒部と外筒部をトーションバー１０の出力側端で連結した形状を有する。そして、内筒部が外筒部の内側の円筒形状部であるものとして、内筒部がトーションバー１０の入力側に固定されている。また、入力側筒２１は、出力側筒２２の内側に、出力側筒２２と同軸入れ子状に配置されるように設けられている。
Here, the output side cylinder 22 is formed using a nonmagnetic material having conductivity, and has a cylindrical shape in which the bottom surface on the input side of the torsion bar 10 is opened. And it is being fixed to the output side of the torsion bar 10 in the center part of the bottom face of the output side of the torsion bar 10.
Moreover, the input side cylinder 21 is formed using a nonmagnetic material having conductivity, and is an inner cylinder part that is a hollow cylindrical part without two bottom surfaces that are arranged coaxially and spaced apart from each other. And the outer cylinder part are connected at the output side end of the torsion bar 10. And the inner cylinder part is being fixed to the input side of the torsion bar 10 as what is a cylindrical shape part inside an outer cylinder part. Further, the input side tube 21 is provided inside the output side tube 22 so as to be arranged coaxially with the output side tube 22.
そして、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２は、出力側筒２２が中央孔に挿入された配置となるように、トーションバー１０の回転軸と同軸状に巻き回した形態で軸方向に並べて設けられている。
また、駆動コイル３１は、入力側筒２１の内筒部と外筒部の間に、トーションバー１０の回転軸と同軸状に巻き回した形態で、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２とに、入力側筒２１の外筒部と出力側筒２２の側壁を介して対面するように配置されている。
なお、駆動コイル３１は、トルクセンサの全体すなわち静止系に対して固定的に設けてもよいし、入力側筒２１と共に回転するように入力側筒２１に対して固定して設けるようにもよい。また、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２も、静止系に対して固定的に設けてもよいし、出力側筒２２と共に回転するように出力側筒２２に対して固定して設けるようにもよい。なお、駆動コイル３１と、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２とのセットとの配置は、これを交換してもよい。
And the 1st detection coil 41 and the 2nd detection coil 42 are axially arranged in the form wound around the axis of rotation of the torsion bar 10 so that the output side tube 22 may be inserted into the central hole. It is provided side by side.
Further, the drive coil 31 is wound between the inner tube portion and the outer tube portion of the input side tube 21 so as to be coaxial with the rotation shaft of the torsion bar 10, and the first detection coil 41 and the second detection coil 42. In addition, the outer cylinder portion of the input side cylinder 21 and the side wall of the output side cylinder 22 are arranged to face each other.
The drive coil 31 may be provided fixed to the entire torque sensor, that is, the stationary system, or may be provided fixed to the input side tube 21 so as to rotate together with the input side tube 21. . The first detection coil 41 and the second detection coil 42 may also be provided fixedly with respect to the stationary system, or may be provided fixedly with respect to the output side tube 22 so as to rotate together with the output side tube 22. Also good. The arrangement of the drive coil 31 and the set of the first detection coil 41 and the second detection coil 42 may be exchanged.
さて、出力側筒２２の側壁と入力側筒２１の外筒部との、駆動コイル３１が、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２と対面する箇所には、各々複数のスリットが設けられている。
すなわち、図２ａに示すように、出力側筒２２の側壁には、軸方向に対して所定角度傾けた複数の周方向に並んだスリットである検出側スリット６１が設けられており、図２ｂに示すように入力側筒２１の外筒部には、軸方向に対して前記出力側筒２２のスリットと逆方向に前記所定角度傾けた複数の周方向に並んだスリットである入力側スリット６２が設けられている。
Now, a plurality of slits are provided at locations where the drive coil 31 faces the first detection coil 41 and the second detection coil 42 between the side wall of the output side tube 22 and the outer tube portion of the input side tube 21. ing.
That is, as shown in FIG. 2a, detection side slits 61, which are slits arranged in a plurality of circumferential directions inclined at a predetermined angle with respect to the axial direction, are provided on the side wall of the output side tube 22, and FIG. As shown, an input side slit 62 which is a plurality of circumferentially arranged slits inclined at the predetermined angle in the opposite direction to the slit of the output side cylinder 22 with respect to the axial direction is provided on the outer cylinder portion of the input side cylinder 21. Is provided.
そして、図１ａ、ｄ、図２ｃに示すように、トルクセンサにおいて、検出側スリット６１と入力側スリット６２は軸と垂直な方向から見て一部重なり合って窓６３を形成するように構成されており、トーションバー１０に捻れが生じていない状態において、この窓６３の軸方向の位置は、ちょうど、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２との中央の位置となるように設定されている。 As shown in FIGS. 1a, d, and 2c, in the torque sensor, the detection-side slit 61 and the input-side slit 62 are configured to partially overlap each other when viewed from the direction perpendicular to the axis to form the window 63. In the state where the torsion bar 10 is not twisted, the axial position of the window 63 is set to be exactly the center position between the first detection coil 41 and the second detection coil 42. .
また、この窓６３は、トーションバー１０の捻れが発生すると、当該捻れに伴い発生する入力側筒２１の回転角度と出力側筒２２の回転角度の偏差に応じて軸方向について捻れ量に応じた距離移動する。すなわち、たとえば、トーションバー１０に、図２ｃに矢印で示すような捻れが生じると窓６３の位置は、図２ｄに示す軸方向について中央の位置から、図２ｅに示すように第２検出コイル４２側に移動する。 Further, when the torsion bar 10 is twisted, the window 63 corresponds to the twist amount in the axial direction in accordance with the deviation between the rotation angle of the input side tube 21 and the rotation angle of the output side tube 22 that occurs with the twist. Move away. That is, for example, when the torsion bar 10 is twisted as indicated by an arrow in FIG. 2c, the position of the window 63 is changed from the center position in the axial direction shown in FIG. 2d to the second detection coil 42 as shown in FIG. Move to the side.
さて、ここで、この窓６３は、駆動コイル３１と第１検出コイル４１、駆動コイル３１と第２検出コイル４２の間の磁束の通路となっている。したがって、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２の中央の位置から窓６３が第１検出コイル４１側に移動すると、駆動コイル３１と第１検出コイル４１との間の磁気抵抗は減少し、駆動コイル３１と第２検出コイル４２との間の磁気抵抗は増加する。また、逆に、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２の中央の位置から窓６３が第２検出コイル４２側に移動すると、駆動コイル３１と第１検出コイル４１との間の磁気抵抗は増加し、駆動コイル３１と第２検出コイル４２との間の磁気抵抗は減少する。 The window 63 serves as a magnetic flux path between the drive coil 31 and the first detection coil 41 and between the drive coil 31 and the second detection coil 42. Therefore, when the window 63 moves from the center position of the first detection coil 41 and the second detection coil 42 to the first detection coil 41 side, the magnetic resistance between the drive coil 31 and the first detection coil 41 decreases, The magnetic resistance between the drive coil 31 and the second detection coil 42 increases. Conversely, when the window 63 moves from the center position of the first detection coil 41 and the second detection coil 42 to the second detection coil 42 side, the magnetic resistance between the drive coil 31 and the first detection coil 41 is The magnetic resistance between the drive coil 31 and the second detection coil 42 increases and decreases.
したがって、トーションバー１０に捻れが発生し、窓６３が軸方向に移動すると、駆動コイル３１と第１検出コイル４１との間の磁気抵抗と、駆動コイル３１と第２検出コイル４２との間の磁気抵抗は、移動距離に応じた量、したがって、トーションバー１０の捻れ量に応じた量、逆方向に変化する。 Therefore, when the torsion bar 10 is twisted and the window 63 moves in the axial direction, the magnetic resistance between the drive coil 31 and the first detection coil 41 and the gap between the drive coil 31 and the second detection coil 42 are increased. The magnetic resistance changes in the opposite direction by an amount corresponding to the moving distance, and hence an amount corresponding to the twist amount of the torsion bar 10.
したがって、駆動コイル３１と第１検出コイル４１との間の磁気抵抗と、駆動コイル３１と第２検出コイル４２との間の磁気抵抗との間の磁気抵抗との差を測定すれば、トーションバー１０の捻れ量を測定することができ、この捻れ量より、トーションバー１０に加えられたトルクを算定することができる。 Therefore, if the difference between the magnetoresistance between the drive coil 31 and the first detection coil 41 and the magnetoresistance between the drive coil 31 and the second detection coil 42 is measured, the torsion bar The twist amount of 10 can be measured, and the torque applied to the torsion bar 10 can be calculated from the twist amount.
ここで、このような測定を行うのが、駆動コイル３１と第１検出コイル４１と第２検出コイル４２とより構成される差動トランスと、測定回路５０である。
すなわち、図３に示すように、測定回路５０は、発振回路５１と、検波回路５２とを有している。そして、発振回路５１は、駆動コイル３１を交流で励磁して磁束を発生し、第１検出コイル４１は、窓６３を通った交流磁束による誘起電圧Ｅ１を生成し、第２検出コイル４２は、窓６３を通った磁束による誘起電圧Ｅ２を生成する。検波回路５２は、第１検出コイル４１の誘起電圧Ｅ１と第２検出コイル４２の誘起電圧Ｅ２の差Ｅ１-Ｅ２の大きさを検波し出力する。ここで、第１検出コイル４１の誘起電圧Ｅ１は駆動コイル３１と第２検出コイル４２と間の磁気抵抗に反比例し、第２検出コイル４２の誘起電圧Ｅ２は駆動コイル３１と第２検出コイル４２と間の磁気抵抗に反比例する。よって、検波回路５２で検波されるＥ１-Ｅ２の大きさによって、トーションバー１０の捻れ量すなわちトーションバー１０に加えられたトルクが表されることになる。
Here, such a measurement is performed by the differential transformer including the drive coil 31, the first detection coil 41, and the second detection coil 42, and the measurement circuit 50.
That is, as shown in FIG. 3, the measurement circuit 50 includes an oscillation circuit 51 and a detection circuit 52. The oscillation circuit 51 excites the drive coil 31 with an alternating current to generate a magnetic flux, the first detection coil 41 generates an induced voltage E1 due to the alternating magnetic flux passing through the window 63, and the second detection coil 42 An induced voltage E2 due to the magnetic flux passing through the window 63 is generated. The detection circuit 52 detects and outputs the magnitude of the difference E1-E2 between the induced voltage E1 of the first detection coil 41 and the induced voltage E2 of the second detection coil 42. Here, the induced voltage E1 of the first detection coil 41 is inversely proportional to the magnetic resistance between the drive coil 31 and the second detection coil 42, and the induced voltage E2 of the second detection coil 42 is the drive coil 31 and the second detection coil 42. Is inversely proportional to the magnetic resistance between Therefore, the torsion amount of the torsion bar 10, that is, the torque applied to the torsion bar 10 is represented by the magnitude of E1-E2 detected by the detection circuit 52.
さて、ここで、トーションバー１０の捻れ量θに対する出力側筒２２上での窓６３の移動量ｘは、出力側筒２２の半径をr、Φを図２ｄに示すように入力側スリット６２と検出側スリット６１との軸方向に対する傾きの絶対値として、ｘ=（rθ/２）/ｔａｎΦとなる。したがって、rを大きくせずとも、Φを適当に設定することにより良好な感度を実現することができる。 Now, here, the movement amount x of the window 63 on the output side tube 22 with respect to the twist amount θ of the torsion bar 10 is such that the radius of the output side tube 22 is r and Φ is the input side slit 62 as shown in FIG. The absolute value of the inclination of the detection side slit 61 with respect to the axial direction is x = (rθ / 2) / tanΦ. Therefore, good sensitivity can be realized by setting Φ appropriately without increasing r.
また、トーションバー１０の偏芯や振れ回りの影響は、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２によって全周について磁気抵抗を検出することにより相殺されるので、この点からも良好なトルクの測定が可能となる。
以上、本発明の第１の実施形態について説明した。
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４に、本実施形態に係るトルクセンサの構成を示す。
ここで、図４ａはトルクセンサの正面を、図４ｂはトルクセンサの左側面を、図４ｃはトルクセンサの右側面を、図４ｄはトルクセンサの断面を、それぞれ模式的に表している。
図示するように、本トルクセンサは、測定対象のトルクが入力側（図における右方）端と出力側端（図における左方）との間の捻れ方向の力として加えられるトーションバー１０と、トーションバー１０に当該トーションバー１０の入力側で固定された入力側円盤７１と、トーションバー１０に当該トーションバー１０の出力側で固定された出力側円盤７２と、駆動コイル８１と、第１検出コイル９１と、第２検出コイル９２と、測定回路５０とを有している。
Further, since the influence of eccentricity or swinging of the torsion bar 10 is offset by detecting the magnetic resistance for the entire circumference by the first detection coil 41 and the second detection coil 42, a good torque can be obtained from this point. Measurement is possible.
The first embodiment of the present invention has been described above.
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 shows a configuration of the torque sensor according to the present embodiment.
Here, FIG. 4a schematically shows a front surface of the torque sensor, FIG. 4b schematically shows a left side surface of the torque sensor, FIG. 4c schematically shows a right side surface of the torque sensor, and FIG. 4d schematically shows a cross section of the torque sensor.
As shown in the figure, the torque sensor includes a torsion bar 10 to which a torque to be measured is applied as a force in a twisting direction between an input side (right side in the figure) and an output side end (left side in the figure); An input side disk 71 fixed to the torsion bar 10 on the input side of the torsion bar 10, an output side disk 72 fixed to the torsion bar 10 on the output side of the torsion bar 10, a drive coil 81, and a first detection A coil 91, a second detection coil 92, and a measurement circuit 50 are included.
ここで、入力側円盤７１は導電性を有する非磁性体を用いて形成されており、円環状の円盤の内周端部分を入力側に延長してトーションバー１０の入力側に連結固定した形態を有している。また、出力側円盤７２は導電性を有する非磁性体を用いて形成されており、円環状の円盤の内周端部分を出力側に延長してトーションバー１０の出力側に連結固定した形態を有している。そして、入力側円盤７１と出力側円盤７２はトーションバー１０の回転軸と同軸状に、軸方向に近接して相対するように配置されている。 Here, the input side disk 71 is formed using a nonmagnetic material having conductivity, and the inner peripheral end portion of the annular disk is extended to the input side and connected and fixed to the input side of the torsion bar 10. have. Further, the output side disk 72 is formed using a non-magnetic material having conductivity, and has a configuration in which the inner peripheral end portion of the annular disk is extended to the output side and connected and fixed to the output side of the torsion bar 10. Have. The input side disk 71 and the output side disk 72 are arranged coaxially with the rotation axis of the torsion bar 10 so as to be close to each other in the axial direction.
次に、第１検出コイル９１と第２検出コイル９２は、出力側円盤７２の出力側に、トーションバー１０の回転軸と同軸状に巻き回した形態で、径方向に並べて設けられている。また、駆動コイル８１は、入力側円盤７１の入力側に、第１検出コイル９１と第２検出コイル９２と、出力側円盤７２と入力側円盤７１とを介して相対するように、トーションバー１０の回転軸と同軸状に巻き回した形態で配置されている。 Next, the first detection coil 91 and the second detection coil 92 are provided on the output side of the output-side disk 72 and arranged side by side in the radial direction so as to be wound coaxially with the rotation shaft of the torsion bar 10. Further, the drive coil 81 is opposed to the input side of the input side disk 71 via the first detection coil 91, the second detection coil 92, the output side disk 72, and the input side disk 71. It is arrange | positioned with the form wound around coaxially with the rotating shaft.
なお、駆動コイル８１は、トルクセンサの全体すなわち静止系に対して固定的に設けてもよいし、入力側円盤７１と共に回転するように入力側円盤７１に対して固定して設けるようにもよい。また、第１検出コイル９１と第２検出コイル９２も、トルクセンサの全体すなわち静止系に対して固定的に設けてもよいし、出力側円盤７２と共に回転するように出力側円盤７２に対して固定して設けるようにもよい。また、駆動コイル８１と、第１検出コイル９１と第２検出コイル９２とセットとの配置は、これを交換してもよい。 The drive coil 81 may be fixedly provided with respect to the entire torque sensor, that is, the stationary system, or may be fixedly provided with respect to the input side disk 71 so as to rotate together with the input side disk 71. . The first detection coil 91 and the second detection coil 92 may also be fixedly provided with respect to the entire torque sensor, that is, the stationary system, or with respect to the output side disk 72 so as to rotate with the output side disk 72. It may be fixed and provided. The arrangement of the drive coil 81, the first detection coil 91, and the second detection coil 92 and the set may be exchanged.
さて、次に、入力側円盤７１と出力側円盤７２の、駆動コイル８１が、第１検出コイル９１と第２検出コイル９２と対面する箇所には、各々複数のスリットが設けられている。
すなわち、図５ａに示すように、出力側円盤７２には、径方向に対して所定角度傾けた複数の、周方向に並んだスリットである検出側スリット７２１が設けられており、図５ｂに示すように入力側円盤７１には、径方向に対して前記検出側スリット７２１と逆方向に前記所定角度傾けた複数の周方向に並んだスリットである入力側スリット７１１が設けられている。
Next, a plurality of slits are respectively provided at locations where the drive coil 81 of the input side disk 71 and the output side disk 72 faces the first detection coil 91 and the second detection coil 92.
That is, as shown in FIG. 5a, the output-side disc 72 is provided with a plurality of detection-side slits 721 that are inclined at a predetermined angle with respect to the radial direction and are arranged in the circumferential direction, as shown in FIG. 5b. In this way, the input side disk 71 is provided with input side slits 711 which are a plurality of circumferentially arranged slits inclined at the predetermined angle in the opposite direction to the detection side slit 721 with respect to the radial direction.
そして、このような入力側円盤７１と出力側円盤７２が図５ｃに示すようにトルクセンサに組み込まれた状態において、軸方向に見た入力側スリット７１１と検出側スリット７２１の配置関係を図５ｄ示すように、入力側スリット７１１と検出側スリット７２１は軸方向から見て一部重なり合って窓１００を形成する。また、トーションバー１０に捻れが生じていない状態において、この窓１００の径方向の位置は、ちょうど、第１検出コイル９１と第２検出コイル９２との中央の位置となるように設定されている。 Then, in the state in which the input side disk 71 and the output side disk 72 are incorporated in the torque sensor as shown in FIG. 5c, the arrangement relationship between the input side slit 711 and the detection side slit 721 in the axial direction is shown in FIG. As shown, the input side slit 711 and the detection side slit 721 partially overlap each other when viewed in the axial direction to form the window 100. Further, in a state where the torsion bar 10 is not twisted, the radial position of the window 100 is set to be exactly the center position between the first detection coil 91 and the second detection coil 92. .
また、この窓１００は、トーションバー１０の捻れが発生すると、当該捻れに伴い発生する入力側円盤７１の回転角度と出力側円盤７２の回転角度の偏差に応じて径方向について捻れ量に応じた距離移動する。すなわち、たとえば、トーションバー１０に、図５ｃに矢印で示すような捻れが生じると窓１００の位置は、図５ｄに示す径方向について中央の位置から、図５ｅに示すように第１検出コイル９１側に移動する。 In addition, when the torsion bar 10 is twisted, the window 100 corresponds to the twist amount in the radial direction according to the deviation between the rotation angle of the input side disk 71 and the rotation angle of the output side disk 72 that occurs with the twist. Move away. That is, for example, when the torsion bar 10 is twisted as shown by an arrow in FIG. 5c, the position of the window 100 is changed from the center position in the radial direction shown in FIG. 5d to the first detection coil 91 as shown in FIG. Move to the side.
さて、ここで、この窓１００は、駆動コイル８１と第１検出コイル９１、駆動コイル８１と第２検出コイル９２の間の磁束の通路となっている。したがって、第１検出コイル９１と第２検出コイル９２の中央の位置から窓６３が第１検出コイル９１側に移動すると、駆動コイル８１と第１検出コイル９１との間の磁気抵抗は減少し、駆動コイル８１と第２検出コイル９２との間の磁気抵抗は増加する。また、逆に、第１検出コイル９１と第２検出コイル９２の中央の位置から窓６３が第２検出コイル９２側に移動すると、駆動コイル８１と第１検出コイル９１との間の磁気抵抗は増加し、駆動コイル８１と第２検出コイル９２との間の磁気抵抗は減少する。 Here, the window 100 serves as a magnetic flux path between the drive coil 81 and the first detection coil 91 and between the drive coil 81 and the second detection coil 92. Therefore, when the window 63 moves from the center position of the first detection coil 91 and the second detection coil 92 to the first detection coil 91 side, the magnetic resistance between the drive coil 81 and the first detection coil 91 decreases, The magnetic resistance between the drive coil 81 and the second detection coil 92 increases. Conversely, when the window 63 moves from the center position of the first detection coil 91 and the second detection coil 92 to the second detection coil 92 side, the magnetic resistance between the drive coil 81 and the first detection coil 91 is The magnetic resistance between the drive coil 81 and the second detection coil 92 increases and decreases.
したがって、トーションバー１０に捻れが発生し、窓１００が径方向に移動すると、駆動コイル８１と第１検出コイル９１との間の磁気抵抗と、駆動コイル８１と第２検出コイル９２との間の磁気抵抗とは、移動距離に応じた量、したがって、トーションバー１０の捻れ量に応じた量、逆方向に変化する。 Therefore, when the torsion bar 10 is twisted and the window 100 moves in the radial direction, the magnetic resistance between the drive coil 81 and the first detection coil 91 and the gap between the drive coil 81 and the second detection coil 92 are increased. The magnetic resistance changes in the opposite direction by an amount corresponding to the moving distance, and hence an amount corresponding to the twist amount of the torsion bar 10.
そこで、駆動コイルコイルと第１検出コイル９１との間の磁気抵抗と、駆動コイル３１と第２検出コイル９２との間の磁気抵抗との間の磁気抵抗との差を、前記第１実施形態で示した測定回路５０で測定すれば、トーションバー１０の捻れ量を測定することができ、この捻れ量より、トーションバー１０に加えられたトルクを算定することができる。 Therefore, the difference between the magnetic resistance between the drive coil coil and the first detection coil 91 and the magnetic resistance between the drive coil 31 and the second detection coil 92 is determined as the first embodiment. Can be measured, and the torque applied to the torsion bar 10 can be calculated from the torsion amount.
以上、本発明の第２の実施形態について説明した。
さて、ここで、トーションバー１０の捻れ量に対する窓１００の移動量は、各スリットの径方向位置と、各スリットの径方向に対する傾きによって定まる。したがって、円盤の径を大きくせずとも、各スリットの径方向に対する傾きを適当に設定することによりトーションバー１０の捻れ量に対する良好な感度を実現することができる。
The second embodiment of the present invention has been described above.
Here, the amount of movement of the window 100 relative to the amount of twist of the torsion bar 10 is determined by the radial position of each slit and the inclination of each slit in the radial direction. Therefore, it is possible to realize a good sensitivity to the torsion amount of the torsion bar 10 by appropriately setting the inclination of each slit with respect to the radial direction without increasing the diameter of the disk.
また、トーションバー１０の偏芯や振れ回りの影響は、第１検出コイル９１と第２検出コイル９２によって全周について磁気抵抗を検出することにより相殺されるので、この点からも良好なトルクの測定が可能となる。
ところで、以上の第１、第２実施形態における駆動コイル３１と駆動コイル８１は、これを磁性体に置き換えるようにしてもよい。そして、この場合には、第１実施形態においては、測定回路５０を、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２とを交流駆動すると共に、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２によって誘起され前記窓６３-磁性体-窓６３の順に通過した磁束によって、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２とに誘起される自己誘起起電力の差を検出する回路として構成するようにする。また、同様に、第２実施形態においては、測定回路５０を、第１検出コイル９１と第２検出コイル９２とを交流駆動すると共に、第１検出コイル９１と第２検出コイル４２によって誘起され前記窓１００-磁性体-窓１００の順に通過した磁束によって、第１検出コイル９１と第２検出コイル９２とに誘起される自己誘起起電力の差を検出する回路として構成するようにする。
Further, since the influence of eccentricity or swinging of the torsion bar 10 is offset by detecting the magnetic resistance with respect to the entire circumference by the first detection coil 91 and the second detection coil 92, a good torque can be obtained from this point. Measurement is possible.
By the way, you may make it replace the drive coil 31 and the drive coil 81 in the above 1st, 2nd embodiment with a magnetic body. In this case, in the first embodiment, the measurement circuit 50 is AC driven by the first detection coil 41 and the second detection coil 42 and induced by the first detection coil 41 and the second detection coil 42. The circuit is configured to detect a difference in self-induced electromotive force induced in the first detection coil 41 and the second detection coil 42 by the magnetic flux that has passed through the window 63, the magnetic body, and the window 63 in this order. Similarly, in the second embodiment, the measurement circuit 50 is AC driven by the first detection coil 91 and the second detection coil 92, and is induced by the first detection coil 91 and the second detection coil 42. The circuit is configured to detect a difference in self-induced electromotive force induced in the first detection coil 91 and the second detection coil 92 by the magnetic flux that has passed through the window 100, the magnetic body, and the window 100 in this order.
１０…トーションバー、２１…入力側筒、２２…出力側筒、３１…駆動コイル、４１…第１検出コイル、４２…第２検出コイル、５０…測定回路、５１…発振回路、５２…検波回路、６１…検出側スリット、６２…入力側スリット、６３…窓、７１…入力側円盤、７２…出力側円盤、８１…駆動コイル、９１…第１検出コイル、９２…第２検出コイル、１００…窓、７１１…入力側スリット、７２１…検出側スリット。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Torsion bar, 21 ... Input side cylinder, 22 ... Output side cylinder, 31 ... Drive coil, 41 ... 1st detection coil, 42 ... 2nd detection coil, 50 ... Measurement circuit, 51 ... Oscillation circuit, 52 ... Detection circuit , 61 ... detection side slit, 62 ... input side slit, 63 ... window, 71 ... input side disk, 72 ... output side disk, 81 ... drive coil, 91 ... first detection coil, 92 ... second detection coil, 100 ... Window, 711 ... input side slit, 721 ... detection side slit.
Claims (4)
前記トーションバーの一端に固定された、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性体で形成した第１円筒と、
前記トーションバーの他端に固定された、前記第１円筒に挿入された形態で、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性体で形成した第２円筒と、
測定部とを有し、
前記第１円筒の前記第２円筒の側壁との対面する側壁には各々スリットが設けられており、
前記第１円筒の側壁に設けられたスリットと、前記第２円筒の側壁に設けられたスリットとは、前記トーションバーの径方向から見て相互に交差するように軸方向に対する傾きが異ならせてあり、
前記測定部は、
トーションバーの回転軸と同軸状に巻き回した第１検出コイルと、
前記第１検出コイルと前記トーションバーの回転軸方向の位置を異ならせて配置した、前記トーションバーの回転軸と同軸状に巻き回した第２検出コイルと、
前記第１円筒の側壁に設けられたスリットと、前記第２円筒の側壁に設けられたスリットとの交差によって形成される窓を通る磁束を形成する磁束形成手段と、
前記第１検出コイルに前記窓を通過した磁束によって誘起された誘起電圧と、前記第２検出コイルに前記窓を通過した磁束によって誘起された誘起電圧とより前記トーションバーの捻れ量を計測する計測回路とを有することを特徴とするトルクセンサ。
A torsion bar,
A first cylinder made of a non-magnetic material, which is fixed to one end of the torsion bar and is arranged coaxially with the torsion bar;
A second cylinder formed of a non-magnetic material, which is fixed to the other end of the torsion bar, and is inserted into the first cylinder and arranged coaxially with the torsion bar;
Having a measurement unit,
Each side wall of the first cylinder facing the side wall of the second cylinder is provided with a slit,
The slit provided on the side wall of the first cylinder and the slit provided on the side wall of the second cylinder have different inclinations with respect to the axial direction so as to intersect each other when viewed from the radial direction of the torsion bar. Yes,
The measuring unit is
A first detection coil wound coaxially with the rotation axis of the torsion bar;
A second detection coil wound coaxially with the rotation axis of the torsion bar, wherein the first detection coil and the torsion bar are arranged at different positions in the rotation axis direction;
Magnetic flux forming means for forming a magnetic flux passing through a window formed by the intersection of the slit provided in the side wall of the first cylinder and the slit provided in the side wall of the second cylinder;
Measurement for measuring the amount of twist of the torsion bar based on the induced voltage induced by the magnetic flux passing through the window in the first detection coil and the induced voltage induced by the magnetic flux passing through the window in the second detection coil. And a torque sensor.
前記第１検出コイルと第２検出コイルとは、前記第１円筒の外側に当該第１円筒が中央孔に挿入された形態で配置されており、
前記磁束形成手段は、
前記第２円筒と前記トーションバーの間に配置された、前記トーションバーの回転軸と同軸状に巻き回した駆動用コイルと、
前記駆動用コイルを交流駆動する駆動回路とを有することを特徴とするトルクセンサ。
The torque sensor according to claim 1,
The first detection coil and the second detection coil are arranged outside the first cylinder in a form in which the first cylinder is inserted into a central hole.
The magnetic flux forming means is
A drive coil disposed between the second cylinder and the torsion bar and wound around the rotation axis of the torsion bar; and
A torque sensor comprising: a drive circuit that AC drives the drive coil.
前記トーションバーの一端に固定された、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性体で形成した第１回転盤と、
前記トーションバーの他端に固定された、前記第１回転盤と対面する形態で、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性体で形成した第２回転盤と、
測定部とを有し、
前記第１回転盤と第２回転盤には各々スリットが設けられており、
前記第１回転盤に設けられたスリットと、前記第２回転盤に設けられたスリットとは、前記トーションバーの軸方向から見て相互に交差するように径方向に対する傾きが異ならせてあり、
前記測定部は、
トーションバーの回転軸と同軸状に巻き回した第１検出コイルと、
前記第１検出コイルと前記トーションバーの径方向の位置を異ならせて配置した、前記トーションバーの回転軸と同軸状に巻き回した第２検出コイルと、
前記第１回転盤に設けられたスリットと、前記第２回転盤に設けられたスリットとの交差によって形成される窓を通る磁束を形成する磁束形成手段と、
前記第１検出コイルに前記窓を通過した磁束によって誘起された誘起電圧と、前記第２検出コイルに前記窓を通過した磁束によって誘起された誘起電圧とより前記トーションバーの捻れ量を計測する計測回路とを有することを特徴とするトルクセンサ。
A torsion bar,
A first rotating disk formed of a non-magnetic material, which is fixed to one end of the torsion bar and is arranged coaxially with the torsion bar;
A second rotating disk formed of a non-magnetic material, which is fixed to the other end of the torsion bar, facing the first rotating disk and arranged coaxially with the torsion bar;
Having a measurement unit,
Each of the first turntable and the second turntable is provided with a slit,
The slits provided in the first turntable and the slits provided in the second turntable have different inclinations relative to the radial direction so as to intersect each other when viewed from the axial direction of the torsion bar,
The measuring unit is
A first detection coil wound coaxially with the rotation axis of the torsion bar;
A second detection coil wound coaxially with a rotation axis of the torsion bar, wherein the first detection coil and the torsion bar are arranged at different radial positions;
Magnetic flux forming means for forming a magnetic flux passing through a window formed by the intersection of the slit provided in the first rotary plate and the slit provided in the second rotary plate;
Measurement for measuring the amount of twist of the torsion bar based on the induced voltage induced by the magnetic flux passing through the window in the first detection coil and the induced voltage induced by the magnetic flux passing through the window in the second detection coil. And a torque sensor.
前記第１検出コイルと第２検出コイルとは、前記第１回転盤の前記一端側に配置されており、
前記磁束形成手段は、
前記第２回転盤の前記他端側に配置された、前記トーションバーの回転軸と同軸状に巻き回した駆動用コイルと、
前記駆動用コイルを交流駆動する駆動回路とを有することを特徴とするトルクセンサ。 The torque sensor according to claim 3,
The first detection coil and the second detection coil are disposed on the one end side of the first turntable,
The magnetic flux forming means is
A driving coil disposed on the other end side of the second turntable and wound coaxially with the rotation axis of the torsion bar;
A torque sensor comprising: a drive circuit that AC drives the drive coil.
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