JP2783118B2 - トルク検出装置 - Google Patents
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- G01D—MEASURING 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
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Steering Mechanism (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、回転軸などの受動軸
に外力が印加された際のトルクを非接触で検出するため
のトルク検出装置に関するものである。
に外力が印加された際のトルクを非接触で検出するため
のトルク検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車のパワーステアリング機構やアン
チスキッドブレーキ機構、自動変速制御の分野などでは
受動軸であるハンドル軸などに加わるトルクを検出する
必要があることが多い。このような用途に使用されるト
ルク検出装置としては例えば特開平1−94230号公
報にて開示された磁歪式トルク検出装置がある。この装
置の構造を図10について説明する。図において、1は
回転軸である受動軸、7a、7bは受動軸1を回転自在
に支持する軸受、3は軸受によって支持されたボビンで
ある。受動軸1の外周面上には軸方向に間隔を空けて、
磁歪材の層からなる第1及び第2の磁性材2a、2bが
固着される。第1の磁性材2aは中心軸に対する角度θ
=45゜方向に、第2の磁性材2bはθ=−45゜方向
にそれぞれ細長く短冊状に複数状形成されている。ま
た、ボビン3には、それぞれの磁性材2a、2bに対応
して第1、第2のコイル5a、5b、及び第1、第2の
ヨーク4a、4bが配設されている。この第1、第2の
ヨーク4a、4bは磁束が外部へ拡がらないようにする
ための部材である。100は第1、第2のコイル5a、
5bに接続された応力検出回路である。
チスキッドブレーキ機構、自動変速制御の分野などでは
受動軸であるハンドル軸などに加わるトルクを検出する
必要があることが多い。このような用途に使用されるト
ルク検出装置としては例えば特開平1−94230号公
報にて開示された磁歪式トルク検出装置がある。この装
置の構造を図10について説明する。図において、1は
回転軸である受動軸、7a、7bは受動軸1を回転自在
に支持する軸受、3は軸受によって支持されたボビンで
ある。受動軸1の外周面上には軸方向に間隔を空けて、
磁歪材の層からなる第1及び第2の磁性材2a、2bが
固着される。第1の磁性材2aは中心軸に対する角度θ
=45゜方向に、第2の磁性材2bはθ=−45゜方向
にそれぞれ細長く短冊状に複数状形成されている。ま
た、ボビン3には、それぞれの磁性材2a、2bに対応
して第1、第2のコイル5a、5b、及び第1、第2の
ヨーク4a、4bが配設されている。この第1、第2の
ヨーク4a、4bは磁束が外部へ拡がらないようにする
ための部材である。100は第1、第2のコイル5a、
5bに接続された応力検出回路である。
【0003】次に、動作について説明する。受動軸1に
外部からのトルクが印加されると、受動軸表面上の、θ
=±45゜方向に主応力が発生し、各磁性材2a、2b
の一方に引張応力が、他方に圧縮応力が生じる。この応
力が生じると磁性材2a、2bの透磁率が変化し、引張
応力による場合と圧縮応力による場合では透磁率が逆方
向に変化する。応力検出回路100はこれら磁性材の透
磁率変化に応じたコイル5a、5bのインダクタンスを
検出して受動軸1に印加されたトルクを算出し、トルク
に応じた電圧を出力するようになっている。
外部からのトルクが印加されると、受動軸表面上の、θ
=±45゜方向に主応力が発生し、各磁性材2a、2b
の一方に引張応力が、他方に圧縮応力が生じる。この応
力が生じると磁性材2a、2bの透磁率が変化し、引張
応力による場合と圧縮応力による場合では透磁率が逆方
向に変化する。応力検出回路100はこれら磁性材の透
磁率変化に応じたコイル5a、5bのインダクタンスを
検出して受動軸1に印加されたトルクを算出し、トルク
に応じた電圧を出力するようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の磁歪式トルク検
出装置は、以上のように構成されているので、次に述べ
る課題があった。すなわち、受動軸1に短冊状の磁性材
2a、2bが設けられていたので、磁性材を短冊状に配
設するという工程が煩雑である上、短冊状の磁性材は剥
がれやすく、さらに軸1と磁性材2a、2bとの境界部
分では腐食することもあった。
出装置は、以上のように構成されているので、次に述べ
る課題があった。すなわち、受動軸1に短冊状の磁性材
2a、2bが設けられていたので、磁性材を短冊状に配
設するという工程が煩雑である上、短冊状の磁性材は剥
がれやすく、さらに軸1と磁性材2a、2bとの境界部
分では腐食することもあった。
【0005】さらに、上記従来の磁歪式トルク検出装置
では+45゜方向の磁性材2aと−45゜方向の磁性材
2bにおける互いに逆方向の透磁率変化をそれぞれ別の
コイル5a、5bを介して検出していることにより磁性
材の温度特性や外部磁界、残留磁束に対する補償は行な
っているが、軸方向の温度勾配や、アンバランスな外部
磁界、残留磁束等の外乱に対しては十分な補償ができな
い(例えば、磁性材2a、2bは軸方向に隔たっている
ため、受動軸1に軸方向の温度勾配がある場合、磁性材
2a、2bで温度が異なることがあり、これによってイ
ンダクタンス検出結果に誤差が生じる)といった課題が
あった。この発明は、上記の課題を解消するためになさ
れたもので、簡単な構造で軸方向の温度勾配、アンバラ
ンスな外部磁界、残留磁束などの外乱の影響を受けにく
いトルク検出装置を得ることを目的とする。
では+45゜方向の磁性材2aと−45゜方向の磁性材
2bにおける互いに逆方向の透磁率変化をそれぞれ別の
コイル5a、5bを介して検出していることにより磁性
材の温度特性や外部磁界、残留磁束に対する補償は行な
っているが、軸方向の温度勾配や、アンバランスな外部
磁界、残留磁束等の外乱に対しては十分な補償ができな
い(例えば、磁性材2a、2bは軸方向に隔たっている
ため、受動軸1に軸方向の温度勾配がある場合、磁性材
2a、2bで温度が異なることがあり、これによってイ
ンダクタンス検出結果に誤差が生じる)といった課題が
あった。この発明は、上記の課題を解消するためになさ
れたもので、簡単な構造で軸方向の温度勾配、アンバラ
ンスな外部磁界、残留磁束などの外乱の影響を受けにく
いトルク検出装置を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明では、磁歪性が
付与された受動軸と、この受動軸の磁歪性が付与された
部分の表面から所定ギャップを隔てた円筒面上に設けら
れ、受動軸に対して約45°方向に形成された第1電流
路とこの第1電流路と平行に形成されかつ逆方向の電流
が流れる第2電流路と第1電流路及び第2電流路を接続
する第1の接続用電流路とから構成される第1の要素イ
ンダクタと、複数の第1の要素インダクタから構成され
逆方向の電流路が隣接するよう円筒面の全周に並設され
てなる第1のインダクタと、受動軸の磁歪性が付与され
た部分の表面から所定ギャップを隔てた円筒面上に設け
られ、受動軸に対して約−45°方向に形成された第3
電流路とこの第3電流路と平行に形成されかつ逆方向の
電流が流れる第4電流路と第3電流路及び第4電流路を
接続する第2の接続用電流路とから構成される第2の要
素インダクタと、複数の第2の要素インダクタから構成
され逆方向の電流路が隣接するよう円筒面の全周に並設
されてなるとともに第1のインダクタの軸方向位置とほ
ぼ同じ位置に配設された第2のインダクタと、第1のイ
ンダクタ及び第2のインダクタのインダクタンスを検出
するインダクタンス検出回路とを備えたものである。 あ
るいは磁歪性が付与された受動軸とこの受動軸の表面か
ら所定のギャップを隔てた円筒面上に設けられ、受動軸
が受けるトルクによる、受動軸表面の透磁率の変化に応
じてインダクタンスが変化する方向に向いた電流路で構
成されたインダクタと、このインダクタにバイアス電流
を与える手段と、受動軸を周回するように巻回された駆
動コイルと、この駆動コイルへの通電によってインダク
タに誘起される電流または電圧を検出する検出回路とを
有するものである。
付与された受動軸と、この受動軸の磁歪性が付与された
部分の表面から所定ギャップを隔てた円筒面上に設けら
れ、受動軸に対して約45°方向に形成された第1電流
路とこの第1電流路と平行に形成されかつ逆方向の電流
が流れる第2電流路と第1電流路及び第2電流路を接続
する第1の接続用電流路とから構成される第1の要素イ
ンダクタと、複数の第1の要素インダクタから構成され
逆方向の電流路が隣接するよう円筒面の全周に並設され
てなる第1のインダクタと、受動軸の磁歪性が付与され
た部分の表面から所定ギャップを隔てた円筒面上に設け
られ、受動軸に対して約−45°方向に形成された第3
電流路とこの第3電流路と平行に形成されかつ逆方向の
電流が流れる第4電流路と第3電流路及び第4電流路を
接続する第2の接続用電流路とから構成される第2の要
素インダクタと、複数の第2の要素インダクタから構成
され逆方向の電流路が隣接するよう円筒面の全周に並設
されてなるとともに第1のインダクタの軸方向位置とほ
ぼ同じ位置に配設された第2のインダクタと、第1のイ
ンダクタ及び第2のインダクタのインダクタンスを検出
するインダクタンス検出回路とを備えたものである。 あ
るいは磁歪性が付与された受動軸とこの受動軸の表面か
ら所定のギャップを隔てた円筒面上に設けられ、受動軸
が受けるトルクによる、受動軸表面の透磁率の変化に応
じてインダクタンスが変化する方向に向いた電流路で構
成されたインダクタと、このインダクタにバイアス電流
を与える手段と、受動軸を周回するように巻回された駆
動コイルと、この駆動コイルへの通電によってインダク
タに誘起される電流または電圧を検出する検出回路とを
有するものである。
【0007】また、全ての要素インダクタにおいて第1
の接続用電流路と第2の接続用電流路とが重合されると
共に該重合部分では第1の要素インダクタ及び第2の要
素インダクタには逆方向の電流が流れているものであ
る。 また、第1のインダクタ及び第2のインダクタはフ
レキシブル基板の表裏の面上に形成されたものである。
の接続用電流路と第2の接続用電流路とが重合されると
共に該重合部分では第1の要素インダクタ及び第2の要
素インダクタには逆方向の電流が流れているものであ
る。 また、第1のインダクタ及び第2のインダクタはフ
レキシブル基板の表裏の面上に形成されたものである。
【0008】
【作用】請求項1に記載の発明におけるトルク検出装置
では、受動軸に外部からのトルクが印加されると、受動
軸表面上の、θ=±45゜方向に主応力が発生し、θ=
+45゜方向とθ=−45゜方向の一方に引張応力が、
他方に圧縮応力が生じる。この応力が生じると磁歪性を
有する部分での透磁率が変化する。受動軸の周囲にはこ
の受動軸と所定ギャップを隔ててインダクタが配置さ
れ、このインダクタを構成する電流路は前記透磁率の変
化に応じてインダクタンスが変化する方向に設けられて
いるので、インダクタの電流路に電流(交流)を流した
ときに電流路の周りに右ネジの法則によって発生する磁
束は、受動軸の磁歪性を有する部分での主応力方向(前
記したθ=±45゜方向に生じる応力)の透磁率の変化
による影響を受ける。透磁率は受動軸に印加されたトル
クの関数であり、インダクタのインダクタンスは、単位
電流あたりの磁束発生量に比例するので、インダクタン
ス検出回路でインダクタのインダクタンスを検出するこ
とにより、受動軸に印加されたトルクを求めることがで
きる。
では、受動軸に外部からのトルクが印加されると、受動
軸表面上の、θ=±45゜方向に主応力が発生し、θ=
+45゜方向とθ=−45゜方向の一方に引張応力が、
他方に圧縮応力が生じる。この応力が生じると磁歪性を
有する部分での透磁率が変化する。受動軸の周囲にはこ
の受動軸と所定ギャップを隔ててインダクタが配置さ
れ、このインダクタを構成する電流路は前記透磁率の変
化に応じてインダクタンスが変化する方向に設けられて
いるので、インダクタの電流路に電流(交流)を流した
ときに電流路の周りに右ネジの法則によって発生する磁
束は、受動軸の磁歪性を有する部分での主応力方向(前
記したθ=±45゜方向に生じる応力)の透磁率の変化
による影響を受ける。透磁率は受動軸に印加されたトル
クの関数であり、インダクタのインダクタンスは、単位
電流あたりの磁束発生量に比例するので、インダクタン
ス検出回路でインダクタのインダクタンスを検出するこ
とにより、受動軸に印加されたトルクを求めることがで
きる。
【0009】請求項2に記載の発明におけるトルク検出
装置では、全ての要素インダクタにおいて第1の接続用
電流路と第2の接続用電流路とが重合されると共に該重
合部分では第1の要素インダクタ及び第2の要素インダ
クタには逆方向の電流が流れているので、第1の接続用
電流路及び第2の接続用電流路における磁界の発生が相
殺され、不要なインダクタンスの発生が抑えられるので
誤差が低減される。 また請求項3に記載の発明における
トルク検出装置では、第1のインダクタ及び第2のイン
ダクタはフレキシブル基板の表裏の面上に形成されてお
り、インダクタの構成が簡単になりコストを抑えること
ができる。
装置では、全ての要素インダクタにおいて第1の接続用
電流路と第2の接続用電流路とが重合されると共に該重
合部分では第1の要素インダクタ及び第2の要素インダ
クタには逆方向の電流が流れているので、第1の接続用
電流路及び第2の接続用電流路における磁界の発生が相
殺され、不要なインダクタンスの発生が抑えられるので
誤差が低減される。 また請求項3に記載の発明における
トルク検出装置では、第1のインダクタ及び第2のイン
ダクタはフレキシブル基板の表裏の面上に形成されてお
り、インダクタの構成が簡単になりコストを抑えること
ができる。
【0010】請求項4に記載の発明におけるトルク検出
装置では、受動軸の表面から所定のギャップを隔てた円
筒面上に、透磁率変化に応じてインダクタンスが変化す
る方向に向いた電流路で構成されたインダクタが設けら
れ、この電流路にはバイアス電流(直流)が与えられる
ので、インダクタを構成する電流路の周りには、受動軸
表面の主応力線方向の透磁率とバイアス電流とに応じた
磁束が発生している。この状態で駆動コイルに十分大き
な電流を流すと、受動軸の軸方向に大きな磁束が発生
し、この磁束によって受動軸表面に透磁率変化等によっ
て発生していた磁束が飽和してしまい、受動軸表面の実
効透磁率が下がる。するとインダクタのインダクタンス
が下がり、インダクタを通る磁束が小さくなるため、こ
のインダクタンス低下に相当する起電力によってインダ
クタに電圧が誘起される。このとき誘起される電圧は、
駆動コイルに流す前の受動軸表面の主応力線方向の透磁
率、即ち応力に応じたものであり、この電圧を測定する
ことによって受動軸に印加されたトルクの大きさを知る
ことができる。
装置では、受動軸の表面から所定のギャップを隔てた円
筒面上に、透磁率変化に応じてインダクタンスが変化す
る方向に向いた電流路で構成されたインダクタが設けら
れ、この電流路にはバイアス電流(直流)が与えられる
ので、インダクタを構成する電流路の周りには、受動軸
表面の主応力線方向の透磁率とバイアス電流とに応じた
磁束が発生している。この状態で駆動コイルに十分大き
な電流を流すと、受動軸の軸方向に大きな磁束が発生
し、この磁束によって受動軸表面に透磁率変化等によっ
て発生していた磁束が飽和してしまい、受動軸表面の実
効透磁率が下がる。するとインダクタのインダクタンス
が下がり、インダクタを通る磁束が小さくなるため、こ
のインダクタンス低下に相当する起電力によってインダ
クタに電圧が誘起される。このとき誘起される電圧は、
駆動コイルに流す前の受動軸表面の主応力線方向の透磁
率、即ち応力に応じたものであり、この電圧を測定する
ことによって受動軸に印加されたトルクの大きさを知る
ことができる。
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【実施例】以下、この発明の一実施例によるトルク検出
装置を図について説明する。 実施例1 図1において、1は回転軸である受動軸、2は受動軸1
の外周面上に円筒状に固着された磁歪性を持った材質の
層からなる磁性材、3は受動軸に対して回転自在に設置
され、軸受(図示せず)によって支持されたボビン、5
はボビン3上に設けられ、受動軸に対する角度θ=45
゜の方向の電流路を持ち、磁性材2の表面からギャップ
をあけて配されたインダクタ、100はインダクタに接
続され、このインダクタ5に交流電流を流すと共にイン
ダクタ5のインダクタンスを検出するインダクタンス検
出回路、101はインダクタンス検出回路100に接続
されたトルク演算回路である。尚、インダクタとしては
導電性の高い銅線等が用いられる。
装置を図について説明する。 実施例1 図1において、1は回転軸である受動軸、2は受動軸1
の外周面上に円筒状に固着された磁歪性を持った材質の
層からなる磁性材、3は受動軸に対して回転自在に設置
され、軸受(図示せず)によって支持されたボビン、5
はボビン3上に設けられ、受動軸に対する角度θ=45
゜の方向の電流路を持ち、磁性材2の表面からギャップ
をあけて配されたインダクタ、100はインダクタに接
続され、このインダクタ5に交流電流を流すと共にイン
ダクタ5のインダクタンスを検出するインダクタンス検
出回路、101はインダクタンス検出回路100に接続
されたトルク演算回路である。尚、インダクタとしては
導電性の高い銅線等が用いられる。
【0015】次に、動作について説明する。受動軸1に
外部からのトルクが印加されると、磁性材2の中心軸か
らθ=±45゜傾いた主応力線方向に応力が発生し、磁
性材2の磁気特性に異方性が生じ、磁性材2のθ=+4
5゜方向の透磁率と、θ=−45゜方向の透磁率が逆方
向に変化する。このときインダクタ5の電流路に電流を
流すと、インダクタ5は受動軸1の中心軸に対して45
゜方向に沿って配されているので、電流路の回りに、右
ネジの法則によって発生するθ=−45゜の磁界Hは前
記−45゜方向の主応力と平行な方向となる。この磁界
Hによって発生する磁束φは、磁性材2のθ=−45゜
の方向の透磁率の関数である(すなわち、B=μH、但
し、Bは磁束φの磁束密度、μは透磁率)。インダクタ
のインダクタンスは、単位電流I当りの磁束φの発生量
に比例する(すなわち、L=φ/I、但し、Lはインダ
クタンス)ので、インダクタンス検出回路100でイン
ダクタのインダクタンスを検出し、トルク演算回路10
1で補正演算をしてトルクに応じた電圧Vを出力するこ
とにより、受動軸1に印加されたトルクを求めることが
できる。ここで、受動軸1に外部からのトルクが印加さ
れると、磁性材2の、中心軸からθ=±45゜傾いた主
応力線方向に応力が発生し、磁性材2の磁気特性に異方
性が生じるため、磁性材2のθ=+45゜方向の透磁率
と、θ=−45゜方向の透磁率が逆方向に変化するた
め、インダクタ5は受動軸1が受けるトルクによる、受
動軸1の表面の透磁率の変化に応じてインダクタンスが
変化する方向に向いた電流路で構成されていると言え
る。
外部からのトルクが印加されると、磁性材2の中心軸か
らθ=±45゜傾いた主応力線方向に応力が発生し、磁
性材2の磁気特性に異方性が生じ、磁性材2のθ=+4
5゜方向の透磁率と、θ=−45゜方向の透磁率が逆方
向に変化する。このときインダクタ5の電流路に電流を
流すと、インダクタ5は受動軸1の中心軸に対して45
゜方向に沿って配されているので、電流路の回りに、右
ネジの法則によって発生するθ=−45゜の磁界Hは前
記−45゜方向の主応力と平行な方向となる。この磁界
Hによって発生する磁束φは、磁性材2のθ=−45゜
の方向の透磁率の関数である(すなわち、B=μH、但
し、Bは磁束φの磁束密度、μは透磁率)。インダクタ
のインダクタンスは、単位電流I当りの磁束φの発生量
に比例する(すなわち、L=φ/I、但し、Lはインダ
クタンス)ので、インダクタンス検出回路100でイン
ダクタのインダクタンスを検出し、トルク演算回路10
1で補正演算をしてトルクに応じた電圧Vを出力するこ
とにより、受動軸1に印加されたトルクを求めることが
できる。ここで、受動軸1に外部からのトルクが印加さ
れると、磁性材2の、中心軸からθ=±45゜傾いた主
応力線方向に応力が発生し、磁性材2の磁気特性に異方
性が生じるため、磁性材2のθ=+45゜方向の透磁率
と、θ=−45゜方向の透磁率が逆方向に変化するた
め、インダクタ5は受動軸1が受けるトルクによる、受
動軸1の表面の透磁率の変化に応じてインダクタンスが
変化する方向に向いた電流路で構成されていると言え
る。
【0016】以上述べたようにこの実施例ではインダク
タ5は受動軸が受けるトルクによる磁性材2の透磁率変
化に応じて、そのインダクタンスが変化する方向、とり
わけ中心軸から−45゜傾いた方向に加わる応力による
この方向での透磁率変化に応じて最もインダクタンスが
変化する、中心軸から45゜方向にインダクタ5の電流
路を配したので、インダクタンス変化に基づくトルク検
出を有効に行なえる。そして、この実施例では、インダ
クタ5に方向性を持たせることにより磁性材2を短冊状
に配置することなく、受動軸1周囲に円筒状に固着でき
るので、製造工程が簡略化でき、短冊状磁性材による剥
がれ易さ、腐食という不具合も解消でき、さらに磁性材
2とインダクタ5とのギャップをより小さくできる。
タ5は受動軸が受けるトルクによる磁性材2の透磁率変
化に応じて、そのインダクタンスが変化する方向、とり
わけ中心軸から−45゜傾いた方向に加わる応力による
この方向での透磁率変化に応じて最もインダクタンスが
変化する、中心軸から45゜方向にインダクタ5の電流
路を配したので、インダクタンス変化に基づくトルク検
出を有効に行なえる。そして、この実施例では、インダ
クタ5に方向性を持たせることにより磁性材2を短冊状
に配置することなく、受動軸1周囲に円筒状に固着でき
るので、製造工程が簡略化でき、短冊状磁性材による剥
がれ易さ、腐食という不具合も解消でき、さらに磁性材
2とインダクタ5とのギャップをより小さくできる。
【0017】実施例2 上記実施例1では本発明の構成をやや概念的に示すため
に、インダクタ5を受動軸1に対して45゜の方向の電
流路1本のみで構成したが、電流路1本のみではインダ
クタ5のインダクタンスが非常に小さくなり、インダク
タンスの検出が困難なので、実用的には、1方向の主応
力を検出するためには、その主応力の影響を受けやすい
方向の電流路を多数本用いる必要がある。その具体例を
実施例2として図2に示す。この実施例ではポリイミド
樹脂等からなるフレキシブル基板6上に、θ=−45゜
方向の応力を検出するための、45゜方向の第1電流路
7およびこれと反対方向である225゜方向の第2電流
路8と、それらの電流路7、8をある距離を置いて接続
するためのθ=90゜とθ=270゜方向の接続用電流
路11とを組み合せることにより平行四辺形状の要素イ
ンダクタ18aを構成し、それを等間隔に複数個配設
し、直列に接続することによって第1のインダクタ5a
を構成する。同様にθ=45゜方向の応力を検出するた
めの、−45゜方向の第3電流路9と、−225゜方向
の第4電流路10と、それらの電流路をある距離を置い
て接続するためのθ=−90゜方向とθ=−270゜方
向の接続用電流路12とを組み合せて要素インダクタ1
8bを構成し、それを等間隔に複数個配設し、直列に接
続することによって第2のインダクタ5bを構成したも
のである。これによってトルク検出要素を構成してい
る。4はフレキシブル基板6周囲に設けられたヨークで
あり、磁束が外部へ漏洩するのを防ぐ。
に、インダクタ5を受動軸1に対して45゜の方向の電
流路1本のみで構成したが、電流路1本のみではインダ
クタ5のインダクタンスが非常に小さくなり、インダク
タンスの検出が困難なので、実用的には、1方向の主応
力を検出するためには、その主応力の影響を受けやすい
方向の電流路を多数本用いる必要がある。その具体例を
実施例2として図2に示す。この実施例ではポリイミド
樹脂等からなるフレキシブル基板6上に、θ=−45゜
方向の応力を検出するための、45゜方向の第1電流路
7およびこれと反対方向である225゜方向の第2電流
路8と、それらの電流路7、8をある距離を置いて接続
するためのθ=90゜とθ=270゜方向の接続用電流
路11とを組み合せることにより平行四辺形状の要素イ
ンダクタ18aを構成し、それを等間隔に複数個配設
し、直列に接続することによって第1のインダクタ5a
を構成する。同様にθ=45゜方向の応力を検出するた
めの、−45゜方向の第3電流路9と、−225゜方向
の第4電流路10と、それらの電流路をある距離を置い
て接続するためのθ=−90゜方向とθ=−270゜方
向の接続用電流路12とを組み合せて要素インダクタ1
8bを構成し、それを等間隔に複数個配設し、直列に接
続することによって第2のインダクタ5bを構成したも
のである。これによってトルク検出要素を構成してい
る。4はフレキシブル基板6周囲に設けられたヨークで
あり、磁束が外部へ漏洩するのを防ぐ。
【0018】前記第1、第2のインダクタ5a、5bは
軸方向にはほぼ同じ位置に重合配置されており、接続用
電流路11と12は、第1ないし第4電流路7〜10の
両端でそれぞれおよそ重なるように配置されている。こ
の実施例におけるトルク検出装置の動作を説明すれば、
受動軸1に外部からのトルクが印加されると、磁性材2
の磁気特性に異方性が生じるため、第1のインダクタ5
aと第2のインダクタ5bのインダクタンスが逆方向に
変化する。すなわち、第1のインダクタ5aには磁性材
2の−45゜方向の透磁率変化に応じた磁束が発生し、
第2のインダクタ5bには磁性材2の45゜方向の透磁
率変化に応じた磁束が発生する。インダクタンス検出回
路100はこれらインダクタ5a、5bの磁束に対応す
るインダクタンスを検出する。これらインダクタ5a、
5bからの出力の差動を取った値をもとにトルク演算回
路101は受動軸1に印加されたトルクを算出し、外乱
の影響を相殺した状態でトルクに応じた電圧Vを出力す
るようになっている。
軸方向にはほぼ同じ位置に重合配置されており、接続用
電流路11と12は、第1ないし第4電流路7〜10の
両端でそれぞれおよそ重なるように配置されている。こ
の実施例におけるトルク検出装置の動作を説明すれば、
受動軸1に外部からのトルクが印加されると、磁性材2
の磁気特性に異方性が生じるため、第1のインダクタ5
aと第2のインダクタ5bのインダクタンスが逆方向に
変化する。すなわち、第1のインダクタ5aには磁性材
2の−45゜方向の透磁率変化に応じた磁束が発生し、
第2のインダクタ5bには磁性材2の45゜方向の透磁
率変化に応じた磁束が発生する。インダクタンス検出回
路100はこれらインダクタ5a、5bの磁束に対応す
るインダクタンスを検出する。これらインダクタ5a、
5bからの出力の差動を取った値をもとにトルク演算回
路101は受動軸1に印加されたトルクを算出し、外乱
の影響を相殺した状態でトルクに応じた電圧Vを出力す
るようになっている。
【0019】この実施例2では、インダクタ5a、5b
をフレキシブル基板6上に設けたことから、簡単な構成
で、第1のインダクタ5aと第2のインダクタ5bを軸
方向に同じ場所に配設でき、これによって同じ位置で磁
性材2の透磁率の変化を2つのインダクタで検出できる
ので、軸方向の温度勾配、アンバランスな外部磁界、残
留磁束などの外乱の影響を受けにくいトルク検出が行な
える。また、複数の要素インダクタ18a、18bを受
動軸の表面から所定のギャップを隔てた円筒面上に等間
隔に配設したので、受動軸が偏心している場合でも、そ
の影響による誤差が少ない。
をフレキシブル基板6上に設けたことから、簡単な構成
で、第1のインダクタ5aと第2のインダクタ5bを軸
方向に同じ場所に配設でき、これによって同じ位置で磁
性材2の透磁率の変化を2つのインダクタで検出できる
ので、軸方向の温度勾配、アンバランスな外部磁界、残
留磁束などの外乱の影響を受けにくいトルク検出が行な
える。また、複数の要素インダクタ18a、18bを受
動軸の表面から所定のギャップを隔てた円筒面上に等間
隔に配設したので、受動軸が偏心している場合でも、そ
の影響による誤差が少ない。
【0020】また、第1、第2の電流路7、8および第
3、第4の電流路9、10を接続するための接続用電流
路11、12が、検出精度に悪影響を及ぼすことが考え
られるが、この発明ではこれら接続用電流路11、12
がおよそ重なり合うように配置され、この部分では互い
に反対方向の電流が流れることとされているので、その
部分では全体としての電流が相殺され、磁界がほとんど
発生しないので、不要なインダクタンスの発生が抑えら
れ、従って検出誤差の原因となりにくい。また、ヨーク
4によって磁束の漏れを防いでいるので、インダクタを
構成する電流路を短いパターンとしてもトルク検出に必
要な大きさのインダクタンスを稼ぐことができる。
3、第4の電流路9、10を接続するための接続用電流
路11、12が、検出精度に悪影響を及ぼすことが考え
られるが、この発明ではこれら接続用電流路11、12
がおよそ重なり合うように配置され、この部分では互い
に反対方向の電流が流れることとされているので、その
部分では全体としての電流が相殺され、磁界がほとんど
発生しないので、不要なインダクタンスの発生が抑えら
れ、従って検出誤差の原因となりにくい。また、ヨーク
4によって磁束の漏れを防いでいるので、インダクタを
構成する電流路を短いパターンとしてもトルク検出に必
要な大きさのインダクタンスを稼ぐことができる。
【0021】実施例3 上記実施例2では第1のインダクタ5aの接続用電流路
をθ=90゜とθ=270゜の方向の電流路11で、ま
た第2のインダクタ5bの接続用電流路12をθ=−9
0゜とθ=−270゜の方向の電流路で構成したが、図
3に示すように、第1のインダクタ5aの接続用電流路
11をθ=180゜とθ=0゜の方向の電流路で、また
第2のインダクタ5bの接続用電流路12をθ=0゜と
θ=180゜方向の電流路で構成してもよく、実施例2
と同様の作用が得られる。
をθ=90゜とθ=270゜の方向の電流路11で、ま
た第2のインダクタ5bの接続用電流路12をθ=−9
0゜とθ=−270゜の方向の電流路で構成したが、図
3に示すように、第1のインダクタ5aの接続用電流路
11をθ=180゜とθ=0゜の方向の電流路で、また
第2のインダクタ5bの接続用電流路12をθ=0゜と
θ=180゜方向の電流路で構成してもよく、実施例2
と同様の作用が得られる。
【0022】実施例4 図2、図3では電流路の接続を見やすくするために第
1、第2のインダクタ5a、5bを構成する一つの平行
四辺形状の平面コイル要素の巻数を1.5回としたが、
実用上は、インダクタンスを大きくし、測定精度を上げ
るために、巻数を多くしたほうがよい。その具体例を図
4、図5に示す。図4には2層のフレキシブル基板より
なる基板6が示されその裏面に設けられた第1のインダ
クタ5a、および表面に設けられた第2のインダクタ5
bが、それぞれのインダクタ5a、5bを構成する4個
の要素インダクタ18a、18bとしてその輪郭が示さ
れたトルク検出要素が示されている(本例の場合、基板
6は透明なので、裏面のインダクタ5aが透けて見えて
いる)。
1、第2のインダクタ5a、5bを構成する一つの平行
四辺形状の平面コイル要素の巻数を1.5回としたが、
実用上は、インダクタンスを大きくし、測定精度を上げ
るために、巻数を多くしたほうがよい。その具体例を図
4、図5に示す。図4には2層のフレキシブル基板より
なる基板6が示されその裏面に設けられた第1のインダ
クタ5a、および表面に設けられた第2のインダクタ5
bが、それぞれのインダクタ5a、5bを構成する4個
の要素インダクタ18a、18bとしてその輪郭が示さ
れたトルク検出要素が示されている(本例の場合、基板
6は透明なので、裏面のインダクタ5aが透けて見えて
いる)。
【0023】各要素インダクタ18a、18bは図5の
部分拡大図に示すように、銅線14が1つの要素インダ
クタにつき14回巻とされており、これによってトルク
検出可能な大きさのインダクタンスを得ることができ
る。第1のインダクタ5aは前述のように、図示範囲A
の内側に配設された、第1、第2電流路7、8と、図示
範囲Aの外側に配設され(この図には現れていない)、
これらを接続する接続用電流路11とからなり、第1の
インダクタ5aの各要素インダクタ同士は接続部13で
接続されている。接続用電流路11は、θ=90゜とθ
=270゜方向の電流路の他に、第2のインダクタ5b
の接続用電流路12との重合部分を多くするために、θ
=135゜とθ=315゜方向の電流路を加えている。
第2のインダクタ5bも同様の構成とされている。
部分拡大図に示すように、銅線14が1つの要素インダ
クタにつき14回巻とされており、これによってトルク
検出可能な大きさのインダクタンスを得ることができ
る。第1のインダクタ5aは前述のように、図示範囲A
の内側に配設された、第1、第2電流路7、8と、図示
範囲Aの外側に配設され(この図には現れていない)、
これらを接続する接続用電流路11とからなり、第1の
インダクタ5aの各要素インダクタ同士は接続部13で
接続されている。接続用電流路11は、θ=90゜とθ
=270゜方向の電流路の他に、第2のインダクタ5b
の接続用電流路12との重合部分を多くするために、θ
=135゜とθ=315゜方向の電流路を加えている。
第2のインダクタ5bも同様の構成とされている。
【0024】このようにインダクタが配された基板6か
らなるトルク検出要素はボビン3の外周面か、ヨーク4
の内周面に沿って巻き付けられる。図6に基板6の組み
付け状態が示される。この図6の例ではボビン3が設け
られておらず、ヨーク4の内周面に基板6が巻き付け固
定されている。受動軸1は、軸受によってインダクタの
内側に固定されるが、この状態ではまだ組み込まれてい
ない。図4における16a〜16dは基板6をヨーク4
へ固定するための孔であり、基板6の巻き付けの際に
は、16aと16b、及び16cと16dがそれぞれ重
なるようにする。すると、基板6に配された、平面状態
では重合されていない前記接続用電流路11、12が、
円筒面上でほぼ重なり、各要素インダクタ18a、18
bが円筒面上で等間隔に並ぶようになる。基板6の端部
には端子部15が形成され、ここに4つの端子15a〜
15dが設けられ、これら端子のうち2つが第1のイン
ダクタ5aと接続され、残りの2つが第2のインダクタ
5bに接続されている。この端子部15は図6のように
ヨーク4の切り欠き部から外部へ突出される。この構造
によれば十分な精度でトルク検出できる。
らなるトルク検出要素はボビン3の外周面か、ヨーク4
の内周面に沿って巻き付けられる。図6に基板6の組み
付け状態が示される。この図6の例ではボビン3が設け
られておらず、ヨーク4の内周面に基板6が巻き付け固
定されている。受動軸1は、軸受によってインダクタの
内側に固定されるが、この状態ではまだ組み込まれてい
ない。図4における16a〜16dは基板6をヨーク4
へ固定するための孔であり、基板6の巻き付けの際に
は、16aと16b、及び16cと16dがそれぞれ重
なるようにする。すると、基板6に配された、平面状態
では重合されていない前記接続用電流路11、12が、
円筒面上でほぼ重なり、各要素インダクタ18a、18
bが円筒面上で等間隔に並ぶようになる。基板6の端部
には端子部15が形成され、ここに4つの端子15a〜
15dが設けられ、これら端子のうち2つが第1のイン
ダクタ5aと接続され、残りの2つが第2のインダクタ
5bに接続されている。この端子部15は図6のように
ヨーク4の切り欠き部から外部へ突出される。この構造
によれば十分な精度でトルク検出できる。
【0025】実施例5 以上述べた各実施例ではインダクタ5に交流電流を流
し、このインダクタ5のインダクタンスが受動軸1に印
加されるトルクに応じた磁性材2の透磁率変化によって
変化する際の該インダクタンスをインダクタンス検出回
路100で検出することによってトルク検出をするもの
であり、インダクタと検出回路を備えるだけでトルク検
出できるものであることから簡易な構造でトルク検出で
きるが、完全ではない点もあった。すなわち、インダク
タを構成する電流路は固有の抵抗値を有しており、この
インダクタに前記交流電流を流した場合、電流路の抵抗
値に応じた値がインダクタンス検出の際にインダクタン
ス検出回路に取り込まれる電圧中に直流成分として含ま
れてしまい、この交流中の直流成分を独立して差し引く
ことは困難であったので、インダクタンス検出結果にこ
の電流路自体の抵抗値分の誤差が含まれていた。特に電
流路として細い線を使用する場合にはこの誤差がより多
く現れていた。
し、このインダクタ5のインダクタンスが受動軸1に印
加されるトルクに応じた磁性材2の透磁率変化によって
変化する際の該インダクタンスをインダクタンス検出回
路100で検出することによってトルク検出をするもの
であり、インダクタと検出回路を備えるだけでトルク検
出できるものであることから簡易な構造でトルク検出で
きるが、完全ではない点もあった。すなわち、インダク
タを構成する電流路は固有の抵抗値を有しており、この
インダクタに前記交流電流を流した場合、電流路の抵抗
値に応じた値がインダクタンス検出の際にインダクタン
ス検出回路に取り込まれる電圧中に直流成分として含ま
れてしまい、この交流中の直流成分を独立して差し引く
ことは困難であったので、インダクタンス検出結果にこ
の電流路自体の抵抗値分の誤差が含まれていた。特に電
流路として細い線を使用する場合にはこの誤差がより多
く現れていた。
【0026】そこで、実施例5として図7に示すよう
に、ボビン3上に受動軸1を周回するように巻回された
駆動コイル17と、この駆動コイル17に電流を流すた
めの駆動回路102を設けると共に前記各実施例のイン
ダクタンス検出回路100、トルク検出回路101に代
えて応力検出回路103を配設した。応力検出回路10
3には直流のバイアス電流をインダクタへ流す手段と、
インダクタで発生する電圧を検出する手段と、この電圧
からトルクを算出する手段とが具備されている。これら
の以外の構成については前記実施例1と同様なのでその
説明を省略する。
に、ボビン3上に受動軸1を周回するように巻回された
駆動コイル17と、この駆動コイル17に電流を流すた
めの駆動回路102を設けると共に前記各実施例のイン
ダクタンス検出回路100、トルク検出回路101に代
えて応力検出回路103を配設した。応力検出回路10
3には直流のバイアス電流をインダクタへ流す手段と、
インダクタで発生する電圧を検出する手段と、この電圧
からトルクを算出する手段とが具備されている。これら
の以外の構成については前記実施例1と同様なのでその
説明を省略する。
【0027】この実施例5における動作を説明する。
応力検出回路103からインダクタ5の電流路に一定の
バイアス電流I(直流)が流される。このバイアス電流
Iによって、前記電流路の回りには右ネジの法則によっ
て−45゜方向に磁界Hを生じる。この磁界Hによって
生じる磁束φは前記実施例1と同様、磁性材2のθ=−
45゜方向の透磁率の関数であり、インダクタ5を構成
する電流路のインダクタンスLは電流Iによって発生す
る磁束φの関数である。そして受動軸1に外部からのト
ルクが印加されると、引張応力と圧縮応力によって磁性
材2の、中心軸から±45゜傾いた方向に応力が発生
し、磁性材2の磁気特性に異方性が生じるため、磁性材
2のθ=45゜方向の透磁率と−45゜方向の透磁率が
逆方向に変化し、この変化に応じて磁束φ、インダクタ
ンスLが変化する。しかしながら、前記バイアス電流I
は直流であるから、インダクタ5の周囲の磁束φが前記
透磁率変化に応じて変化しても、この変化は応力検出回
路103に検出される電圧としては出現しない。
応力検出回路103からインダクタ5の電流路に一定の
バイアス電流I(直流)が流される。このバイアス電流
Iによって、前記電流路の回りには右ネジの法則によっ
て−45゜方向に磁界Hを生じる。この磁界Hによって
生じる磁束φは前記実施例1と同様、磁性材2のθ=−
45゜方向の透磁率の関数であり、インダクタ5を構成
する電流路のインダクタンスLは電流Iによって発生す
る磁束φの関数である。そして受動軸1に外部からのト
ルクが印加されると、引張応力と圧縮応力によって磁性
材2の、中心軸から±45゜傾いた方向に応力が発生
し、磁性材2の磁気特性に異方性が生じるため、磁性材
2のθ=45゜方向の透磁率と−45゜方向の透磁率が
逆方向に変化し、この変化に応じて磁束φ、インダクタ
ンスLが変化する。しかしながら、前記バイアス電流I
は直流であるから、インダクタ5の周囲の磁束φが前記
透磁率変化に応じて変化しても、この変化は応力検出回
路103に検出される電圧としては出現しない。
【0028】そこでインダクタ5が磁束φを発生させて
いる状態で駆動回路102によって駆動コイル17に十
分大きな電流を流し、駆動コイル17によって受動軸1
の軸方向に大きな磁束αを発生させて磁性材2の磁束を
飽和させる。磁束が飽和すると磁性材2の実効透磁率が
下がる。するとインダクタ5のインダクタンスが下が
り、インダクタ5を通る磁束φが小さくなるため、イン
ダクタ5に対して起電力が与えられて電圧が誘起され
る。このとき誘起される電圧は、駆動コイル17に電流
を流す前の磁性材2の主応力線方向の透磁率、すなわち
応力に応じたものであるため、応力検出回路103でこ
の電圧を計測することによって受動軸1に印加されたト
ルクの大きさを知ることができる。尚、この例では駆動
コイル17に交流電流を流し続けることによって、駆動
コイル17に流れる電流値を零から最大値まで周期的に
変化させ、これによって前記磁束αを零にしたり十分大
きな磁束にしたりすることが周期的に行なわれ、トルク
検出が周期的になされているが、別段直流電流を駆動コ
イル17に流して通電、非通電を繰り返すようにしても
よい。
いる状態で駆動回路102によって駆動コイル17に十
分大きな電流を流し、駆動コイル17によって受動軸1
の軸方向に大きな磁束αを発生させて磁性材2の磁束を
飽和させる。磁束が飽和すると磁性材2の実効透磁率が
下がる。するとインダクタ5のインダクタンスが下が
り、インダクタ5を通る磁束φが小さくなるため、イン
ダクタ5に対して起電力が与えられて電圧が誘起され
る。このとき誘起される電圧は、駆動コイル17に電流
を流す前の磁性材2の主応力線方向の透磁率、すなわち
応力に応じたものであるため、応力検出回路103でこ
の電圧を計測することによって受動軸1に印加されたト
ルクの大きさを知ることができる。尚、この例では駆動
コイル17に交流電流を流し続けることによって、駆動
コイル17に流れる電流値を零から最大値まで周期的に
変化させ、これによって前記磁束αを零にしたり十分大
きな磁束にしたりすることが周期的に行なわれ、トルク
検出が周期的になされているが、別段直流電流を駆動コ
イル17に流して通電、非通電を繰り返すようにしても
よい。
【0029】この実施例でも前記実施例1と同様、イン
ダクタに方向性を持たせたので、従来のように磁性材2
を短冊状に配置することなく、磁性材2を受動軸1の外
周面に円筒面上に固着できるので、製造工程が簡略化で
き、短冊状磁性材による剥がれ易さや腐食という不具合
も解消できる。また、インダクタに直流のバイアス電流
を与える一方、駆動コイル17への通電による磁束飽和
によるインダクタンス低下によって前記インダクタに発
生した電圧を検出することとされているので、この電圧
は直流であることから、インダクタを構成する電流路自
体の抵抗値分を容易に除去でき、従って正確なトルク検
出ができる。
ダクタに方向性を持たせたので、従来のように磁性材2
を短冊状に配置することなく、磁性材2を受動軸1の外
周面に円筒面上に固着できるので、製造工程が簡略化で
き、短冊状磁性材による剥がれ易さや腐食という不具合
も解消できる。また、インダクタに直流のバイアス電流
を与える一方、駆動コイル17への通電による磁束飽和
によるインダクタンス低下によって前記インダクタに発
生した電圧を検出することとされているので、この電圧
は直流であることから、インダクタを構成する電流路自
体の抵抗値分を容易に除去でき、従って正確なトルク検
出ができる。
【0030】実施例6 次に前記実施例5をより実用的な構造とした実施例6を
図8に示す。この実施例6は駆動コイル17、駆動回路
102、応力検出回路103以外の構成については既述
の前記実施例2と同様であり、重複部分の説明を省略す
る。またこの例のトルク検出動作は基本的には実施例5
と同様である。そして、この例では、前記実施例2と同
様、インダクタを2方向のインダクタ5a、5bとし、
これを複数の要素インダクタ18a、18bとしてフレ
キシブル基板6上に複数個設け、各インダクタ5a、5
bを軸方向にほぼ重合するように配置したので、簡単な
構造でトルク検出に際して十分な大きさの電圧をインダ
クタに誘起できると共に、軸方向の温度勾配等の外乱の
影響を相殺したトルク検出が行なえる。また、複数の要
素インダクタ18a、18bを受動軸表面から所定ギャ
ップを隔てた円筒面上に配設したので、受動軸の偏心の
影響による誤差が少なく、また接続用電流路11、12
をおよそ重なるように配置したので、この接続用電流路
11、12によるトルク検出結果の悪影響が防がれる。
図8に示す。この実施例6は駆動コイル17、駆動回路
102、応力検出回路103以外の構成については既述
の前記実施例2と同様であり、重複部分の説明を省略す
る。またこの例のトルク検出動作は基本的には実施例5
と同様である。そして、この例では、前記実施例2と同
様、インダクタを2方向のインダクタ5a、5bとし、
これを複数の要素インダクタ18a、18bとしてフレ
キシブル基板6上に複数個設け、各インダクタ5a、5
bを軸方向にほぼ重合するように配置したので、簡単な
構造でトルク検出に際して十分な大きさの電圧をインダ
クタに誘起できると共に、軸方向の温度勾配等の外乱の
影響を相殺したトルク検出が行なえる。また、複数の要
素インダクタ18a、18bを受動軸表面から所定ギャ
ップを隔てた円筒面上に配設したので、受動軸の偏心の
影響による誤差が少なく、また接続用電流路11、12
をおよそ重なるように配置したので、この接続用電流路
11、12によるトルク検出結果の悪影響が防がれる。
【0031】実施例7 図9に実施例7を示す。この実施例における構成も駆動
コイル17、駆動回路102、応力検出回路103以外
の構成については既述の実施例3と同様であり、またそ
の動作および利点は前記実施例6と同様であるので、そ
の説明を省略する。
コイル17、駆動回路102、応力検出回路103以外
の構成については既述の実施例3と同様であり、またそ
の動作および利点は前記実施例6と同様であるので、そ
の説明を省略する。
【0032】実施例8 前記実施例5以下における場合にもインダクタとして、
前記実施例4で説明した図4乃至図6におけるインダク
タを使用することができる。この場合のインダクタの構
成は実施例4の場合と概ね同じであるが、この実施例8
ではインダクタの周囲に駆動コイル17が設けられるの
で、図6において、インダクタが配置された基板6を組
み付ける際に、基板6をヨーク4の内周面よりやや小さ
い円筒面状に巻き、その外側に駆動コイル17を巻回し
たものをヨーク4の内周面に挿入し、固定することとな
る。
前記実施例4で説明した図4乃至図6におけるインダク
タを使用することができる。この場合のインダクタの構
成は実施例4の場合と概ね同じであるが、この実施例8
ではインダクタの周囲に駆動コイル17が設けられるの
で、図6において、インダクタが配置された基板6を組
み付ける際に、基板6をヨーク4の内周面よりやや小さ
い円筒面状に巻き、その外側に駆動コイル17を巻回し
たものをヨーク4の内周面に挿入し、固定することとな
る。
【0033】上記実施例5乃至8において、駆動コイル
に与える電流波形については、駆動コイル17の発生す
る磁束により、磁性材2のB−H特性を線形性(B(磁
束密度)の変化にしたがってH(磁界)が所定の変化の
仕方する特性)を保った領域から非線形性(前記所定の
B−H特性以外の特性)となる領域へと変化させるもの
であればよく、非線形となる領域において実質的に受動
軸1周囲の磁束を飽和させることと同等の状態を現出さ
せ得る。このような作用をなす波形として、例えば連続
したパルス波、正弦波、三角波などが挙げられる。ま
た、上記実施例5乃至8において、インダクタにバイア
ス電流を流すこととしているが、このバイアス電流は一
定電圧によって流してもよく、駆動コイル17に与える
電流と同期して変化する電流を与えてもよい。さらにイ
ンダクタの電流路に誘起される電圧を検出しているのに
代えて、誘起される電流を検出することとしてもよい。
なお、実施例4および実施例8で説明したトルク検出装
置は、実際に試作し、正常な動作を確認した。
に与える電流波形については、駆動コイル17の発生す
る磁束により、磁性材2のB−H特性を線形性(B(磁
束密度)の変化にしたがってH(磁界)が所定の変化の
仕方する特性)を保った領域から非線形性(前記所定の
B−H特性以外の特性)となる領域へと変化させるもの
であればよく、非線形となる領域において実質的に受動
軸1周囲の磁束を飽和させることと同等の状態を現出さ
せ得る。このような作用をなす波形として、例えば連続
したパルス波、正弦波、三角波などが挙げられる。ま
た、上記実施例5乃至8において、インダクタにバイア
ス電流を流すこととしているが、このバイアス電流は一
定電圧によって流してもよく、駆動コイル17に与える
電流と同期して変化する電流を与えてもよい。さらにイ
ンダクタの電流路に誘起される電圧を検出しているのに
代えて、誘起される電流を検出することとしてもよい。
なお、実施例4および実施例8で説明したトルク検出装
置は、実際に試作し、正常な動作を確認した。
【0034】以上述べた各実施例において、インダクタ
5の電流路の受動軸1に対する角度θにこだわるとイン
ダクタ5若しくは基板6の寸法の縦横比が制限されて設
計の自由度が小さくなるため、電流路の方向は、主応力
(磁性材の透磁率が変化する方向)と直角な方向から±
45゜未満の範囲で偏差を持たせてもよい。また、受動
軸1に磁性材2を固着した例を示したが、受動軸1自体
が磁歪性を有する材料からなるものとしてもよい。
5の電流路の受動軸1に対する角度θにこだわるとイン
ダクタ5若しくは基板6の寸法の縦横比が制限されて設
計の自由度が小さくなるため、電流路の方向は、主応力
(磁性材の透磁率が変化する方向)と直角な方向から±
45゜未満の範囲で偏差を持たせてもよい。また、受動
軸1に磁性材2を固着した例を示したが、受動軸1自体
が磁歪性を有する材料からなるものとしてもよい。
【0035】以上のように、請求項1の発明では、第1
の要素インダクタを逆方向の電流路が隣接するよう円筒
面の全周に並設した、あるいは第2の要素インダクタを
逆方向の電流路が隣接するよう円筒面の全周に並設した
ので、隣接した逆方向の電流路によって該電流路近傍の
磁束が強められ検出感度を向上させることができる。ま
た、第1の要素インダクタ及び第2の要素インダクタを
各々円筒面の全周に並設したので検出感度を更に向上さ
せることができると共に、第1のインダクタと第2のイ
ンダクタの軸方向の位置をほぼ同じ位置にしたので軸方
向の温度勾配、アンバランスな外部磁界、残留磁束など
の外乱の影響を受けにくくすることができる。 また、請
求項2の発明によれば、全ての要素インダクタにおいて
第1の接続用電流路と第2の接続用電流路とが重合され
ると共に該重合部分では第1の要素インダクタ及び第2
の要素インダクタには逆方向の電流が流れているので、
接続用電流路における不要なインダクタンスの発生が抑
えられ検出誤差を抑えることができる。 また、請求項3
の発明によれば、第1のインダクタ及び第2のインダク
タはフレキシブル基板の表裏の面上に形成されているの
でインダクタの構成が簡単になりコストを抑えることが
できる。
の要素インダクタを逆方向の電流路が隣接するよう円筒
面の全周に並設した、あるいは第2の要素インダクタを
逆方向の電流路が隣接するよう円筒面の全周に並設した
ので、隣接した逆方向の電流路によって該電流路近傍の
磁束が強められ検出感度を向上させることができる。ま
た、第1の要素インダクタ及び第2の要素インダクタを
各々円筒面の全周に並設したので検出感度を更に向上さ
せることができると共に、第1のインダクタと第2のイ
ンダクタの軸方向の位置をほぼ同じ位置にしたので軸方
向の温度勾配、アンバランスな外部磁界、残留磁束など
の外乱の影響を受けにくくすることができる。 また、請
求項2の発明によれば、全ての要素インダクタにおいて
第1の接続用電流路と第2の接続用電流路とが重合され
ると共に該重合部分では第1の要素インダクタ及び第2
の要素インダクタには逆方向の電流が流れているので、
接続用電流路における不要なインダクタンスの発生が抑
えられ検出誤差を抑えることができる。 また、請求項3
の発明によれば、第1のインダクタ及び第2のインダク
タはフレキシブル基板の表裏の面上に形成されているの
でインダクタの構成が簡単になりコストを抑えることが
できる。
【0036】また、請求項4の発明では、インダクタ
と、このインダクタにバイアス電流を与える手段と、受
動軸を周回するように巻回された駆動コイルと、この駆
動コイルへの通電によって前記インダクタに誘起される
電流または電圧を検出する検出回路とを有しているの
で、電流路自体の抵抗値分の誤差を無くすることができ
る。
と、このインダクタにバイアス電流を与える手段と、受
動軸を周回するように巻回された駆動コイルと、この駆
動コイルへの通電によって前記インダクタに誘起される
電流または電圧を検出する検出回路とを有しているの
で、電流路自体の抵抗値分の誤差を無くすることができ
る。
【0037】
【図1】この発明の実施例1によるトルク検出装置を示
す部分斜視図である。
す部分斜視図である。
【図2】この発明の実施例2によるトルク検出装置を示
す部分斜視図である。
す部分斜視図である。
【図3】この発明の実施例3によるトルク検出装置を示
す部分斜視図である。
す部分斜視図である。
【図4】この発明の実施例4によるトルク検出装置のイ
ンダクタがフレキシブル基板上に設けられたトルク検出
要素を示す正面図である。
ンダクタがフレキシブル基板上に設けられたトルク検出
要素を示す正面図である。
【図5】図4におけるトルク検出要素の部分拡大図であ
る。
る。
【図6】この発明の実施例4によるトルク検出装置のイ
ンダクタがヨークの内側に組み付けられてなるトルク検
出要素を示す斜視図である。
ンダクタがヨークの内側に組み付けられてなるトルク検
出要素を示す斜視図である。
【図7】この発明の実施例5によるトルク検出装置を示
す部分斜視図である。
す部分斜視図である。
【図8】この発明の実施例6によるトルク検出装置を示
す部分斜視図である。
す部分斜視図である。
【図9】この発明の実施例7によるトルク検出装置を示
す部分斜視図である。
す部分斜視図である。
【図10】従来のトルク検出装置を示す一部断面側面図
である。
である。
1 受動軸 2 磁性材 4 ヨーク 5 インダクタ 5a 第1のインダクタ 5b 第2のインダクタ 6 フレキシブル基板 7 第1電流路 8 第2電流路 9 第3電流路 10 第4電流路 11 接続用電流路 12 接続用電流路 17 駆動コイル 18a 要素インダクタ 18b 要素インダクタ 100 インダクタンス検出回路 101 トルク検出回路 103 応力検出回路
Claims (4)
- 【請求項1】 磁歪性が付与された受動軸と、 この受動軸の磁歪性が付与された部分の表面から所定ギ
ャップを隔てた円筒面上に設けられ、前記受動軸に対し
て約45°方向に形成された第1電流路とこの第1電流
路と平行に形成されかつ逆方向の電流が流れる第2電流
路と前記第1電流路及び前記第2電流路を接続する第1
の接続用電流路とから構成される第1の要素インダクタ
と、 複数の前記第1の要素インダクタから構成され逆方向の
電流路が隣接するよう前記円筒面の全周に並設されてな
る第1のインダクタと、 前記受動軸の磁歪性が付与された部分の表面から所定ギ
ャップを隔てた円筒面上に設けられ、前記受動軸に対し
て約−45°方向に形成された第3電流路とこの第3電
流路と平行に形成されかつ逆方向の電流が流れる第4電
流路と前記第3電流路及び前記第4電流路を接続する第
2の接続用電流路とから構成される第2の要素インダク
タと、 複数の前記第2の要素インダクタから構成され逆方向の
電流路が隣接するよう前記円筒面の全周に並設されてな
るとともに前記第1のインダクタの軸方向位置とほぼ同
じ位置に配設された第2のインダクタと、 前記第1のインダクタ及び前記第2のインダクタのイン
ダクタンスを検出するインダクタンス検出回路とを 備え
たことを特徴とするトルク検出装置。 - 【請求項2】 全ての要素インダクタにおいて第1の接
続用電流路と第2の接続用電流路とが重合されると共に
該重合部分では第1の要素インダクタ及び第2の要素イ
ンダクタには逆方向の電流が流れていることを特徴とす
る請求項1記載のトルク検出装置。 - 【請求項3】 第1のインダクタ及び第2のインダクタ
はフレキシブル基板の表裏の面上に形成されたことを特
徴とする請求項1記載のトルク検出装置。 - 【請求項4】 磁歪性が付与された受動軸と、 この受動軸の表面から所定のギャップを隔てた円筒面上
に設けられ、前記受動軸が受けるトルクによる、受動軸
表面の透磁率の変化に応じてインダクタンスが変化する
方向に向いた電流路で構成されたインダクタと、 このインダクタにバイアス電流を与える手段と、 受動軸を周回するように巻回された駆動コイルと、 この駆動コイルへの通電によって前記インダクタに誘起
される電流または電圧を検出する検出回路とを有するこ
とを特徴とするトルク検出装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5071712A JP2783118B2 (ja) | 1992-11-06 | 1993-03-30 | トルク検出装置 |
DE4337852A DE4337852C2 (de) | 1992-11-06 | 1993-11-05 | Drehmomentdetektor und Drehmomentdetektorelement |
US08/147,546 US5431063A (en) | 1992-11-06 | 1993-11-05 | Torque detector and torque detecting element |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29681992 | 1992-11-06 | ||
JP4-296819 | 1992-11-06 | ||
JP5071712A JP2783118B2 (ja) | 1992-11-06 | 1993-03-30 | トルク検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06194239A JPH06194239A (ja) | 1994-07-15 |
JP2783118B2 true JP2783118B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=26412823
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5071712A Expired - Fee Related JP2783118B2 (ja) | 1992-11-06 | 1993-03-30 | トルク検出装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5431063A (ja) |
JP (1) | JP2783118B2 (ja) |
DE (1) | DE4337852C2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
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-
1993
- 1993-03-30 JP JP5071712A patent/JP2783118B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1993-11-05 US US08/147,546 patent/US5431063A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-11-05 DE DE4337852A patent/DE4337852C2/de not_active Expired - Fee Related
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