JP6620645B2 - トルクセンサ - Google Patents

トルクセンサ Download PDF

Info

Publication number
JP6620645B2
JP6620645B2 JP2016074090A JP2016074090A JP6620645B2 JP 6620645 B2 JP6620645 B2 JP 6620645B2 JP 2016074090 A JP2016074090 A JP 2016074090A JP 2016074090 A JP2016074090 A JP 2016074090A JP 6620645 B2 JP6620645 B2 JP 6620645B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
detection coil
layers
bobbin
detection
torque sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016074090A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017187299A (ja
Inventor
晃之 中村
晃之 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Metals Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP2016074090A priority Critical patent/JP6620645B2/ja
Priority to US15/471,057 priority patent/US9983075B2/en
Priority to DE102017106842.2A priority patent/DE102017106842A1/de
Publication of JP2017187299A publication Critical patent/JP2017187299A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6620645B2 publication Critical patent/JP6620645B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/102Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

本発明は、磁歪式のトルクセンサに関する。
従来、磁歪式のトルクセンサが知られている。磁歪式のトルクセンサは、応力が付与された際に透磁率が変化する磁歪特性を有する回転軸を用い、トルクが付与されて回転軸が捩じれた際の回転軸の透磁率の変化を検出コイルのインダクタンスの変化として検出することにより、回転軸に付与されたトルクを検出する。
回転軸にトルクが付与されると、軸方向に対して所定角度(例えば+45度)傾斜した方向に圧縮(又は引張)の応力が作用し、軸方向に対して反対方向に所定角度(例えば−45度)傾斜した方向に引張(又は圧縮)の応力が作用する。よって、軸方向に対して例えば+45度及び−45度傾斜した方向の透磁率の変化を2つの検出コイルでそれぞれ検出するように構成し、かつ、ブリッジ回路等を用いて両検出コイルの両端電圧の差分を測定するように構成することで、回転軸に付与されたトルクを感度よく検出することが可能になる。
また、従来の磁歪式のトルクセンサとして、回転軸側から外側に向かって、回転軸に対して+45度傾斜した+45度検出コイルを第1層に設け、回転軸に対して−45度傾斜した−45度検出コイルを第2層に設け、回転軸に対して+45度傾斜した+45度検出コイルを第3層に設け、回転軸に対して−45度傾斜した−45度検出コイルを第4層に設けたトルクセンサが提案されている(特許文献1参照。)。
このトルクセンサは、一方の対向辺に一対の+45度傾斜した検出コイルを配置し、他方の対向辺に一対の−45度傾斜した検出コイルを配置したブリッジ回路を用いて回転軸に与えられるトルクを測定する。
特許第4888015号公報
従来のトルクセンサは、内側の層から外側の層に向かうに従い直径が大きくなり、この径差によって外側の層ほどインダクタンスや抵抗(直流抵抗)が大きくなる傾向にあるため、トルクが付与されていないときでもブリッジ回路から電圧(オフセット電圧)が出力される。このオフセット電圧は、コイルの抵抗成分が温度依存性を有することから、温度によっても変動する。このオフセット電圧は、トルク測定値の誤差の要因となる。
そこで、本発明は、オフセット電圧によるトルク測定値の誤差の発生を抑制することができるトルクセンサを提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決することを目的として、磁歪特性を有する回転軸の周囲に取り付けられ、前記回転軸に付与されたトルクを測定するトルクセンサであって、前記回転軸と離間して同軸に設けられ、中空円筒状に形成されるとともに、その外周面に軸方向に対して所定角度傾斜した複数の第1傾斜案内路と、軸方向に対して前記第1傾斜案内路と反対方向に前記所定角度傾斜した複数の第2傾斜案内路とが形成された非磁性体からなるボビンと、前記第1傾斜案内路に沿って絶縁電線を前記ボビンに巻き付けて形成される第1検出コイル及び第4検出コイルと、前記第2傾斜案内路に沿って絶縁電線を前記ボビンに巻き付けて形成される第2検出コイル及び第3検出コイルとを備え、前記第1乃至第4検出コイルは、それぞれが前記ボビンの外周に積層された複数の層にわたって形成されており、前記第1検出コイル、前記第2検出コイル、前記第4検出コイル、及び前記第3検出コイルが、この順序で環状に接続されてブリッジ回路を構成し、前記複数の層にわたって形成された前記第1検出コイルの層間に前記第2検出コイル及び前記第3検出コイルの層が介在し、前記複数の層にわたって形成された前記第2検出コイルの層間に前記第1検出コイル及び前記第4検出コイルの層が介在し、前記複数の層にわたって形成された前記第3検出コイルの層間に前記第1検出コイル及び前記第4検出コイルの層が介在し、前記複数の層にわたって形成された前記第4検出コイルの層間に前記第2検出コイル及び前記第3検出コイルの層が介在している、トルクセンサを提供する。
本発明によれば、オフセット電圧によるトルク測定値の誤差の発生を抑制することができる。
本発明の第1の実施の形態に係るトルクセンサを示す図であり、(a)は分解斜視図、(b)は回転軸に取り付けた際の断面図である。 ボビンの斜視図である。 ボビンを展開した状態を模式的に示す平面図であって、(a)は第1検出コイル及び第4検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図、(b)は第2検出コイル及び第3検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図である。 測定部の概略構成図である。 本発明の第2の実施の形態に係るボビンを展開した状態を模式的に示す平面図であって、(a)は第1検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図、(b)は第2検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図、(c)は第3検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図、(d)は第4検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図である。 本発明の第3の実施の形態に係るボビンを展開した状態を模式的に示す平面図であって、(a)は第1検出コイル及び第4検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図、(b)は第2検出コイル及び第3検出コイルにおける絶縁電線の巻き方を説明するための図である。
[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態について、図1乃至図4を参照して説明する。
(トルクセンサの全体構成)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るトルクセンサを示す図であり、(a)は分解斜視図、(b)は回転軸に取り付けた際の断面図である。
図1(a),(b)に示すように、トルクセンサ1は、磁歪特性を有する回転軸2の周囲に取り付けられ、回転軸2に付与されたトルク(回転トルク)を測定するものである。
トルクセンサ1は、非磁性体である樹脂からなるボビン3と、ボビン3の外周に絶縁電線8を巻き付けて構成される第1検出コイル4、第2検出コイル5、第3検出コイル6、及び第4検出コイル7と、磁性体リング9と、固定リング10と、を備えている。
回転軸2は、磁歪特性を有する材料から構成され、円柱状(棒状)に形成されている。磁歪特性を有する材料としては、例えば、ニッケル、鉄−アルミニウム合金、鉄−コバルト合金等が挙げられる。なお、回転軸2に用いる材料としては、圧縮時に透磁率が低下し引張時に透磁率が増加する正磁歪材料、圧縮時に透磁率が増加し引張時に透磁率が低下する負磁歪材料のどちらを用いても構わない。回転軸2は、例えば、車両のパワートレイン系のトルク伝達に用いられるシャフト、あるいは車両のエンジンのトルク伝達に用いられるシャフトである。
磁性体リング9は、磁性体(強磁性体)からなり、中空円筒状に形成されている。磁性体リング9の中空部には第1乃至第4検出コイル4〜7が巻き回されたボビン3が挿入される。磁性体リング9の内径は、ボビン3の外径と略同じに(ボビン3の外径よりも若干大きく)形成されている。磁性体リング9は、第1乃至第4検出コイル4〜7で生じた磁束が外部に漏れて感度が低下することを抑制する役割を果たす。
固定リング10は、ボビン3を磁性体リング9に固定するためのものであり、ボビン3の中空部に挿入される中空円筒状の円筒部10aと、円筒部10aの一端部に一体に設けられた円環状の第1フランジ部10bと、円筒部10aの他端部が挿入され嵌合される挿入穴10dを有する円環状の第2フランジ部10cと、を備えている。
そして、磁性体リング9の中空部にボビン3を挿入した後、ボビン3の中空部に固定リング10の円筒部10aを通し、円筒部10aの先端部(他端部)を挿入穴10dに挿し込んで第2フランジ部10cに嵌合することで、両フランジ部10b,10cにより磁性体リング9とボビン3とが挟み込まれると共に、円筒部10aの外周面と磁性体リング9の内周面との間にボビン3が挟み込まれ、ボビン3が磁性体リング9に固定される。
円筒部10aの外径は、ボビン3の内径と略同じに(ボビン3の内径よりも若干小さく)形成される。また、フランジ部10b,10cの外径は、磁性体リング9の外径と略同じに形成される。
回転軸2は、固定リング10の円筒部10aの中空部に挿通される。円筒部10aの内径は、回転軸2の外径よりも若干大きく形成されている。円筒部10aの内壁と回転軸2との間には隙間gが形成され、トルクセンサ1が回転軸2に接触しないように構成されている。トルクセンサ1は、ハウジング等の固定部材に固定され、回転軸2の回転に伴って回転しないように配置される。
本実施の形態では、第1乃至第4検出コイル4〜7が巻き回されたボビン3と回転軸2との間に固定リング10が設けられることになるので、固定リング10は、第1乃至第4検出コイル4〜7で生じた磁束に影響を与えない非磁性体からなるものを用いる必要がある。固定リング10は、使用環境に応じて耐油性及び耐熱性を有する材料からなるものを用いることが望ましい。
なお、ここでは固定リング10を用いてボビン3を磁性体リング9に固定する場合を説明したが、ボビン3と磁性体リング9とを固定する構造はこれに限定されず、例えばボビン3と磁性体リング9をモールド樹脂で覆うことで両者を固定しても構わない。
(ボビン3と第1乃至第4検出コイル4〜7の構成)
図2は、ボビン3の斜視図である。図1及び図2に示すように、ボビン3は、全体として中空円筒状に形成されている。また、ボビン3は、樹脂からなり、回転軸2に対して離間して設けられ、かつ回転軸2と同軸に設けられる。
ボビン3の外周面には、回転軸2の軸方向に対して所定の角度傾斜した複数の第1傾斜案内路30と、軸方向に対して第1傾斜案内路30と反対方向に所定の角度(第1傾斜案内路30と同じ角度)傾斜した複数の第2傾斜案内路31と、複数の第1傾斜案内路30と複数の第2傾斜案内路31の両端を連結する互いに平行な一対の周方向案内路32,33とが形成されている。
第1傾斜案内路30及び第2傾斜案内路31は、ボビン3の径方向に窪んだ溝によって形成されている。一対の周方向案内路32,33は、ボビン3の軸方向端部に全周に渡って設けられた段差部によって形成されている。なお、周方向案内路32,33は、溝によって形成されてもよい。第1傾斜案内路30、第2傾斜案内路31、及び周方向案内路32によって囲まれた部分が三角形状の凸部34となり、第1傾斜案内路30、第2傾斜案内路31及び周方向案内路33によって囲まれた部分が逆三角形状の凸部35となる。
ボビン3には、軸方向に対して+45度傾斜するように第1傾斜案内路30が形成され、軸方向に対して−45度傾斜するように第2傾斜案内路31が形成されている。トルクセンサ1では、第1及び第2傾斜案内路30,31に沿って絶縁電線8を巻き付けて第1乃至第4検出コイル4〜7を形成するが、回転軸2にトルクが付与された際の透磁率の変化は軸方向に対して±45度の方向で最も大きくなるので、第1及び第2傾斜案内路30,31を軸方向に対して±45度傾斜するように傾斜することで、検出感度を向上させている。
なお、第1及び第2傾斜案内路30,31の傾斜角度は±45度に限定されない。ただし、第1及び第2傾斜案内路30,31の傾斜角度が小さすぎたり大きすぎたりすると感度が低下するため、第1及び第2傾斜案内路30,31の軸方向に対する傾斜角度は、±30〜60度の範囲とすることが望ましい。
本実施の形態では、6つの第1傾斜案内路30を周方向に等間隔に形成すると共に、6つの第2傾斜案内路31を周方向に等間隔に形成しており、全体としてジグザグ状の溝をボビン3の外周面に形成している。なお、第1及び第2傾斜案内路30,31の数はこれに限定されず、ボビン3の外径や回転軸2の外径等に応じて適宜変更可能である。
本実施の形態では、第1乃至第4検出コイル4〜7をボビン3の外周面に形成しているため、ボビン3は、第1乃至第4検出コイル4〜7で生じた磁束に影響を与えない非磁性体からなるものを用いる必要がある。また、トルクセンサ1を潤滑油等の油が接触する環境で使用する場合には、ボビン3として、耐油性を有する材料からなるものを用いる必要がある。またさらに、トルクセンサ1を高温環境で使用する場合には、ボビン3として、耐熱性を有する材料からなるものを用いることが望ましい。本実施の形態では、ボビン3及び固定リング10の材料として、樹脂を用いる。
また、ボビン3の熱による膨張により、銅を主成分とする絶縁電線8が断線しないように、ボビン3として、銅(絶縁電線8)と同等の線膨張係数を有するものを用いることが望ましい。より具体的には、ボビン3に用いる樹脂としては、線膨張係数が銅の線膨張係数の±25%以内のものを用いることが望ましい。なお、銅の線膨張係数は1.66×10−5〜1.68×10−5/℃であるから、ボビン3に用いる樹脂としては、線膨張係数が1.25×10−5/℃以上2.1×10−5/℃以下のものを用いることが望ましい。
このような条件を満たす樹脂としては、例えば、ポリフタルアミド樹脂(PPA)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)等が挙げられる。このうちPPA及びPPSの線膨張係数は1.3×10−5〜1.5×10−5/℃である。また、ボビン3を構成する樹脂にガラス繊維を混入することで、線膨張係数を調整することも可能である。このような樹脂からなるボビン3を用いることで、耐油性及び耐熱性に優れ、信頼性の高いトルクセンサ1を実現できる。
第1検出コイル4及び第4検出コイル7は、第1傾斜案内路30及び周方向案内路32,33に沿って絶縁電線8をボビン3に巻き付けて形成される。第2検出コイル5及び第3検出コイル6は、第2傾斜案内路31及び周方向案内路32,33に沿って絶縁電線8をボビン3に巻き付けて形成される。また、第1検出コイル4、第2検出コイル5、第3検出コイル6、及び第4検出コイル7は、それぞれが連続しない複数の層にわたって形成される。これにより、第1検出コイル4、第2検出コイル5、第3検出コイル6、及び第4検出コイル7をそれぞれ単一の層に形成した場合と比べて第1乃至第4検出コイル4〜7のインダクタンス及び抵抗の差が小さくなり、オフセット電圧の発生を抑制することができる。
絶縁電線8をボビン3に巻き付ける際には、ボビン3を治具に固定して作業を行う。絶縁電線8としては、例えば銅又は銅にニッケル等のめっきを施した導体の外周に、耐油性及び耐熱性に優れた絶縁層を形成したものを好適に用いることができる。絶縁電線8の絶縁層としては、例えば、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミドからなるものを用いることができる。絶縁電線8の外径は、例えば0.12mmであるが、絶縁電線8の外径は適宜変更可能である。
(第1乃至第4検出コイルの積層構造)
本発明は、第1乃至第4検出コイルを、それぞれがボビン3の外周に積層された複数の層にわたって形成し、かつ複数の層にわたって形成された第1検出コイル4の層間に第2検出コイル5及び第3検出コイル6の層が介在し、複数の層にわたって形成された第2検出コイル5の層間に第1検出コイル4及び第4検出コイル7の層が介在し、複数の層にわたって形成された第3検出コイル6の層間に第1検出コイル4及び第4検出コイル7の層が介在し、複数の層にわたって形成された第4検出コイル7の層間に第2検出コイル5及び第3検出コイル6の層が介在した積層構造を特徴としている。次に、この積層構造を具現化するための第1乃至第4検出コイル4〜7の巻き付け方法について、具体例に基づいて説明する。
図3は、ボビン3を展開した状態を模式的に示す平面図である。図示右側の端部と図示左側の端部は実際は連結されている。図3(a)では、第1検出コイル4と第4検出コイル7を1本の線で図示している。図3(b)では、第2検出コイル5と第3検出コイル6を1本の線で図示している。
図3(a)及び(b)中、符号B〜B12は、ボビン3の周方向に並ぶ12個の凸部34,35を示す。図3(a)中、符号4a,4bは、それぞれ第1検出コイル4の1層分の入力端と出力端を示し、符号7a,7bは、それぞれ第4検出コイル7の1層分の入力端と出力端を示す。図3(b)中、符号5a,5bは、それぞれ第2検出コイル5の1層分の入力端と出力端を示し、符号6a,6bは、それぞれ第3検出コイル6の1層分の入力端と出力端を示す。また、図3(a)及び(b)中の矢印は、絶縁電線8の巻き付け方向を示す。
(1)第1検出コイル4及び第4検出コイル7の巻き付け
第1検出コイル4及び第4検出コイル7を構成する2本の絶縁電線8は、第1傾斜案内路30と周方向案内路32,33に沿って巻き付けられる。具体的には、まず図3(a)に示すように、第1検出コイル4及び第4検出コイル7を構成する2本の絶縁電線8を束ねた状態で、一つ一つ閉じた平行四辺形を形成するように、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,B10で示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B11,B12で示す凸部34,35に1回巻き付ける。以上で第1検出コイル4及び第4検出コイル7を構成する2本の絶縁電線8の1周分(1ターン)の巻き付けが終わる。
(2)第2検出コイル5及び第3検出コイル6の巻き付け
第2検出コイル5及び第3検出コイル6を構成する2本の絶縁電線8は、第2傾斜案内路31と周方向案内路32,33に沿って巻き付けられる。具体的には、図3(b)に示すように、第2検出コイル5及び第3検出コイル6を構成する2本の絶縁電線8を束ねた状態で、一つ一つ閉じた平行四辺形を形成するように、符号B,B12で示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B11,B10で示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付ける。以上で第2検出コイル5及び第3検出コイル6を構成する2本の絶縁電線8の1周分(1ターン)の巻き付けが終わる。
その後、第1検出コイル4及び第4検出コイル7を構成する2本の絶縁電線8を上記と同様にボビン3の符号B〜B12で示す凸部34,35に巻き付けた後、第2検出コイル5及び第3検出コイル6を構成する2本の絶縁電線8を巻き付ける作業を目的のターン数(2×nターン)まで繰り返す。ここで、nは自然数であり、例えば10〜20である。この繰り返しの際、第1検出コイル4の各ターンの出力端4bは、次のターンの入力端4aとなる。第2乃至第4検出コイル5〜7についても同様である。
なお、第2検出コイル5及び第3検出コイル6を構成する2本の絶縁電線8は、上記とは逆の側の符号B,Bで示す凸部34,35から巻き始めて符号B12,Bで示す凸部34,35まで巻き付けてもよい。ただし、入力端5a,6aと出力端5b,6bの位置は変わらない。
なお、絶縁電線8の巻き付け方は図示の方法に限らない。他の巻き付け方については第2及び第3の実施の形態として後述する。絶縁電線8の巻き付けは、専用の巻き付け装置によりなされるのが通常であるが、この際の絶縁電線8の巻き付け易さを考慮すると、図3(a),(b)で説明した方法を用いることがより望ましいといえる。すなわち、図3(a),(b)で説明した方法で絶縁電線8を巻き付けることで、生産性を向上することが可能になる。
(測定部の構成)
図4は、トルクセンサ1の検出信号により回転軸2に付与されたトルクを測定する測定部41の構成例を示す回路図である。測定部41は、第1乃至第4検出コイル4〜7のインダクタンスの変化を検出することにより、回転軸2に付与されたトルクを測定する。
以下、第1検出コイル4のインダクタンスをL1とし、第2検出コイル5のインダクタンスをL2とし、第3検出コイル6のインダクタンスをL3とし、第4検出コイル7のインダクタンスをL4とする。
測定部41は、第1検出コイル4、第2検出コイル5、第4検出コイル7、第3検出コイル6をこの順序で環状に接続して構成されたブリッジ回路42と、第1検出コイル4と第2検出コイル5との間の接点aと第3検出コイル6と第4検出コイル7との間の接点bとの間に交流電圧を印加する発信器43と、第1検出コイル4と第3検出コイル6との間の接点cと第2検出コイル5と第4検出コイル7との間の接点d間の電圧を検出する電圧測定回路44と、電圧測定回路44で測定した電圧を基に回転軸2に付与されたトルクを演算するトルク演算部45とを備えている。ブリッジ回路42は、第1検出コイル4及び第4検出コイル7を対向する一方の辺に配置し、第2検出コイル5及び第3検出コイル6を対向する他方の辺に配置して構成される。
測定部41では、回転軸2にトルクが付与されない状態では、第1乃至第4検出コイル4〜7のインダクタンスL1〜L4は等しくなり、電圧測定回路44で検出される電圧は略0となる。
ここで、回転軸2にトルクが付与されると、軸方向に対して+45度の方向の透磁率が減少(又は増加)し、軸方向に対して−45度方向の透磁率が増加(又は減少)する。よって、発信器43から交流電圧を印加した状態で回転軸2にトルクが付与されると、第1検出コイル4及び第4検出コイル7ではインダクタンスが減少(又は増加)し、第2検出コイル5及び第4検出コイル6ではインダクタンスが増加(又は減少)する。その結果、電圧測定回路44で検出される電圧が変化するので、この電圧の変化を基に、トルク演算部45が回転軸2に付与されたトルクを演算する。
第1検出コイル4及び第4検出コイル7と、第2検出コイル5及び第3検出コイル6とは、巻き付け方向が異なる以外は全く同じ構成であるから、図4のようなブリッジ回路42を用いることで、第1乃至第4検出コイル4〜7のインダクタンスへの影響をキャンセルすることが可能であり、回転軸2に付与されたトルクを精度よく検出することができる。また、トルクセンサ1では、第1検出コイル4及び第4検出コイル7でインダクタンスが増加(又は低下)すれば、第2検出コイル5及び第3検出コイル6ではインダクタンスが低下(又は増加)するため、図4のようなブリッジ回路42を用いることで、検出感度をより向上することができる。
(第1の実施の形態の作用及び効果)
以上説明したように、第1の実施の形態に係るトルクセンサ1では、第1検出コイル4及び第4検出コイル7を第1層、第2検出コイル5及び第3検出コイル6を第2層とし、これら第1層及び第2層を交互にボビン3の外周に積層して、第1乃至第4検出コイル4〜7をそれぞれが連続しない複数の層に形成している。この結果、第1乃至第4検出コイル4〜7をそれぞれ単一の層に形成した場合と比べて第1乃至第4検出コイル4〜7のインダクタンス及び抵抗の差が小さくなる。このため、温度変化によるオフセット電圧の変動が小さくなり、温度特性を向上させることができる。
[第2の実施の形態]
図5は、本発明の第2の実施の形態に係るボビン3を展開した状態を模式的に示す平面図である。本実施の形態は、第1の実施の形態とは第1乃至第4検出コイル4〜7の巻き付け方法が異なる。以下、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
(1)第1検出コイル4の巻き付け
まず、図5(a)に示すように、第1検出コイル4を、絶縁電線8を一つ一つ閉じた平行四辺形を形成するように、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,B10で示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B11,B12で示す凸部34,35に1回巻き付ける。以上で第1検出コイル4の1周分(1ターン)の巻き付けが終わる。第1検出コイル4の絶縁電線8は、第1傾斜案内路30と周方向案内路32,33に沿って巻き付けられる。
(2)第2検出コイル5の巻き付け
次に、図5(b)に示すように、第2検出コイル5を、絶縁電線8を一つ一つ閉じた平行四辺形を形成するように、符号B,B12で示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B11,B10で示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付ける。以上で第2検出コイル5の1周分(1ターン)の巻き付けが終わる。第2検出コイル5の絶縁電線8は、第2傾斜案内路31と周方向案内路32,33に沿って巻き付けられる。
(3)第3検出コイル6の巻き付け
次に、図5(c)に示すように、第3検出コイル6を、第2検出コイル5と同様に、符号B,B12で示す凸部34,35から巻き始めて、符号B,Bで示す凸部34,35まで巻き付ける。以上で第3検出コイル6の1周分(1ターン)の巻き付けが終わる。第3検出コイル6の絶縁電線8は、第2傾斜案内路31と周方向案内路32,33に沿って巻き付けられる。
(4)第4検出コイル7の巻き付け
次に、図5(d)に示すように、第4検出コイル7を、第1検出コイル4と同様に、符号B,Bで示す凸部34,35から巻き始めて符号B11,B12で示す凸部34,35まで巻き付ける。以上で第4検出コイル7の1周分(1ターン)の巻き付けが終わる。第4検出コイル7の絶縁電線8は、第1傾斜案内路30と周方向案内路32,33に沿って巻き付けられる。
その後、上記と同様に、第1乃至第4検出コイル4〜7の絶縁電線8を、ボビン3の符号B〜B12で示す凸部34,35に巻き付ける作業を目的のターン数(4×nターン)まで繰り返す。
(第2の実施の形態の作用及び効果)
以上説明したように、第2の実施の形態に係るトルクセンサ1では、第1検出コイル4を第1層、第2検出コイル5を第2層、第3検出コイル6を第3層、第4検出コイル7を第4層とし、これら第1〜第4層をこの順序でボビン3の外周に順次積層して、第1乃至第4検出コイル4〜7をそれぞれが連続しない複数の層に形成している。この結果、第1乃至第4検出コイル4〜7をそれぞれ単一の層に形成した場合と比べて第1乃至第4検出コイル4〜7のインダクタンス及び抵抗の差が小さくなる。このため、温度変化によるオフセット電圧の変動が小さくなり、温度特性を向上させることができる。
[第3の実施の形態]
図6は、本発明の第3の実施の形態に係るボビン3を展開した状態を模式的に示す平面図である。本実施の形態は、第1の実施の形態とはボビン3及び第1乃至第4検出コイル4〜7の巻き付け方法が異なる。以下、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
本実施の形態のボビン3は、複数の凸部34,35の間に、それぞれ四角形状の凸部36を配置したものである。
(1)第1検出コイル4及び第4検出コイル7の巻き付け
まず、図6(a)に示すように、第1検出コイル4及び第4検出コイル7を構成する2本の絶縁電線8を束ねた状態で、一つ一つ閉じた平行四辺形を形成するように、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,B10で示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B11,B12で示す凸部34,35に1回巻き付ける。また、前述のように、凸部34,35の間には四角形状の凸部36が配置されているので、凸部36は、それぞれの凸部34,35に巻き付けられた絶縁電線8に、凸部34,35と共に囲まれる。
以上で第1検出コイル4及び第4検出コイル7を構成する2本の絶縁電線8の1周分(1ターン)の巻き付けが終わる。第1検出コイル4及び第4検出コイル7を構成する2本の絶縁電線8は、第1傾斜案内路30と周方向案内路32,33に沿って巻き付けられる。
(2)第2検出コイル5及び第3検出コイル6の巻き付け
次に、図6(b)に示すように、第2検出コイル5及び第3検出コイル6を構成する2本の絶縁電線8を束ねた状態で、一つ一つ閉じた平行四辺形を形成するように、符号B12,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,Bで示す凸部34,35に1回巻き付け、次に、符号B,B11で示す凸部34〜36に1回巻き付け、次に、符号B10,Bで示す凸部34,35に1回巻き付ける。以上で第2検出コイル5及び第3検出コイル6を構成する2本の絶縁電線8の1周分(1ターン)の巻き付けが終わる。第2検出コイル5及び第3検出コイル6を構成する2本の絶縁電線8は、第2傾斜案内路31と周方向案内路32,33に沿って巻き付けられる。
その後、上記と同様に、第1検出コイル4及び第4検出コイル7を構成する2本の絶縁電線8を同様にボビン3のB〜B10で示す凸部34,35に巻き付けた後、第2検出コイル5及び第3検出コイル6を構成する2本の絶縁電線8を巻き付ける作業を目的のターン数(2×nターン)まで繰り返す。
(第3の実施の形態の作用及び効果)
以上説明したように、第3の実施の形態に係るトルクセンサ1では、第1の実施の形態と同様に、第1検出コイル4及び第4検出コイル7を第1層、第2検出コイル5及び第3検出コイル6を第2層とし、これら第1層及び第2層を交互にボビン3の外周に積層して、第1乃至第4検出コイル4〜7をそれぞれが連続しない複数の層に形成した。このため、第1の実施の形態と同様に、第1乃至第4検出コイル4〜7のインダクタンス及び抵抗の差が小さくなり、温度変化によるオフセット電圧の変動が小さくなることにより、温度特性を向上させることができる。
なお、第3の実施の形態に係る四角形状の凸部36を有するボビン3を用いて、例えば第2の実施の形態のように、第1検出コイル4の層、第2の検出コイル5の層、第3検出コイル6の層、及び第4の検出コイル7の層を順次積層してもよい。この場合でも、同様の作用及び効果が得られる。
(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
[1]磁歪特性を有する回転軸(2)の周囲に取り付けられ、前記回転軸(2)に付与されたトルクを測定するトルクセンサ(1)であって、前記回転軸(2)と離間して同軸に設けられ、中空円筒状に形成されるとともに、その外周面に軸方向に対して所定角度傾斜した複数の第1傾斜案内路(30)と、軸方向に対して前記第1傾斜案内路(30)と反対方向に前記所定角度傾斜した複数の第2傾斜案内路(31)とが形成された非磁性体からなるボビン(3)と、前記第1傾斜案内路(30)に沿って絶縁電線(8)を前記ボビン(3)に巻き付けて形成される第1検出コイル(4)及び第4検出コイル(7)と、前記第2傾斜案内路(31)に沿って絶縁電線(8)を前記ボビン(3)に巻き付けて形成される第2検出コイル(5)及び第3検出コイル(6)とを備え、前記第1乃至第4検出コイル(4〜7)は、それぞれが前記ボビン(3)の外周に積層された複数の層にわたって形成されており、前記第1検出コイル(4)、前記第2検出コイル(5)、前記第4検出コイル(7)、及び前記第3検出コイル(6)が、この順序で環状に接続されてブリッジ回路(42)を構成し、前記複数の層にわたって形成された前記第1検出コイル(4)の層間に前記第2検出コイル(5)及び前記第3検出コイル(6)の層が介在し、前記複数の層にわたって形成された前記第2検出コイル(5)の層間に前記第1検出コイル(4)及び前記第4検出コイル(7)の層が介在し、前記複数の層にわたって形成された前記第3検出コイル(6)の層間に前記第1検出コイル(4)及び前記第4検出コイル(7)の層が介在し、前記複数の層にわたって形成された前記第4検出コイル(7)の層間に前記第2検出コイル(5)及び前記第3検出コイル(6)の層が介在している、トルクセンサ(1)。
[2]前記第1検出コイル(4)及び前記第4検出コイル(7)が同じ層に形成され、前記第2検出コイル(5)及び前記第3検出コイル(6)が同じ層に形成された、前記[1]に記載のトルクセンサ(1)。
[3]前記第1検出コイル(4)の層、前記第2の検出コイル(5)の層、前記第3検出コイル(6)の層、及び前記第4の検出コイル(7)の層が順次積層された、前記[1]に記載のトルクセンサ(1)。
[4]前記ボビン(3)の周囲に設けられた中空円筒状の磁性体からなる磁性体リング(9)をさらに備えた、前記[1]乃至[3]の何れか1つに記載のトルクセンサ(1)。
[5]前記ボビン(3)は、ポリフタルアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、又はポリフェニレンサルファイド樹脂からなる、前記[1]乃至[4]の何れか1つに記載のトルクセンサ(1)。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記第1乃至第3の実施の形態では、絶縁電線8の1周分(1ターン)を1つの層としてボビン3の外周に積層する場合について説明したが、これに限らず、複数周分(複数ターン)を1つの層として、第1乃至第4の検出コイル4〜7のそれぞれを積層して形成してもよい。
1…トルクセンサ
2…回転軸
3…ボビン
4…第1検出コイル
5…第2検出コイル
6…第3検出コイル
7…第4検出コイル
8…絶縁電線
9…磁性体リング
10…固定リング、
30…第1傾斜案内路
31…第2傾斜案内路
32,33…周方向案内路
42…ブリッジ回路

Claims (5)

  1. 磁歪特性を有する回転軸の周囲に取り付けられ、前記回転軸に付与されたトルクを測定するトルクセンサであって、
    前記回転軸と離間して同軸に設けられ、中空円筒状に形成されるとともに、その外周面に軸方向に対して所定角度傾斜した複数の第1傾斜案内路と、軸方向に対して前記第1傾斜案内路と反対方向に前記所定角度傾斜した複数の第2傾斜案内路とが形成された非磁性体からなるボビンと、
    前記第1傾斜案内路に沿って絶縁電線を前記ボビンに巻き付けて形成される第1検出コイル及び第4検出コイルと、
    前記第2傾斜案内路に沿って絶縁電線を前記ボビンに巻き付けて形成される第2検出コイル及び第3検出コイルとを備え、
    前記第1乃至第4検出コイルは、それぞれが前記ボビンの外周に積層された複数の層にわたって形成されており、
    前記第1検出コイル、前記第2検出コイル、前記第4検出コイル、及び前記第3検出コイルが、この順序で環状に接続されてブリッジ回路を構成し、
    前記複数の層にわたって形成された前記第1検出コイルの層間に前記第2検出コイル及び前記第3検出コイルの層が介在し、
    前記複数の層にわたって形成された前記第2検出コイルの層間に前記第1検出コイル及び前記第4検出コイルの層が介在し、
    前記複数の層にわたって形成された前記第3検出コイルの層間に前記第1検出コイル及び前記第4検出コイルの層が介在し、
    前記複数の層にわたって形成された前記第4検出コイルの層間に前記第2検出コイル及び前記第3検出コイルの層が介在している、
    トルクセンサ。
  2. 前記第1検出コイル及び前記第4検出コイルが同じ層に形成され、前記第2検出コイル及び前記第3検出コイルが同じ層に形成された、
    請求項1に記載のトルクセンサ。
  3. 前記第1検出コイルの層、前記第2の検出コイルの層、前記第3検出コイルの層、及び前記第4の検出コイルの層が順次積層された、
    請求項1に記載のトルクセンサ。
  4. 前記ボビンの周囲に設けられた中空円筒状の磁性体からなる磁性体リングをさらに備えた、
    請求項1乃至3の何れか1項に記載のトルクセンサ。
  5. 前記ボビンは、ポリフタルアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、又はポリフェニレンサルファイド樹脂からなる、
    請求項1乃至4の何れか1項に記載のトルクセンサ。
JP2016074090A 2016-04-01 2016-04-01 トルクセンサ Active JP6620645B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016074090A JP6620645B2 (ja) 2016-04-01 2016-04-01 トルクセンサ
US15/471,057 US9983075B2 (en) 2016-04-01 2017-03-28 Magnetostrictive torque sensor that prevents torque measurement error due to offset voltage
DE102017106842.2A DE102017106842A1 (de) 2016-04-01 2017-03-30 Drehmomentsensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016074090A JP6620645B2 (ja) 2016-04-01 2016-04-01 トルクセンサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017187299A JP2017187299A (ja) 2017-10-12
JP6620645B2 true JP6620645B2 (ja) 2019-12-18

Family

ID=59885408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016074090A Active JP6620645B2 (ja) 2016-04-01 2016-04-01 トルクセンサ

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9983075B2 (ja)
JP (1) JP6620645B2 (ja)
DE (1) DE102017106842A1 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102655462B1 (ko) * 2015-11-03 2024-04-05 바스프 에스이 접촉 없이 토크, 비틀림 고유 진동수, 및/또는 비틀림 진동을 감지하기 위한 디바이스 및 방법
JP6693352B2 (ja) * 2016-09-07 2020-05-13 日立金属株式会社 トルクセンサ用コイル及びトルクセンサ
JP6483778B1 (ja) * 2017-10-11 2019-03-13 シナノケンシ株式会社 磁歪式トルク検出センサ
JP7357570B2 (ja) 2020-03-03 2023-10-06 株式会社プロテリアル 磁歪式トルクセンサの検出回路及び検出方法
CN111693192A (zh) * 2020-07-17 2020-09-22 珠海市钧兴机电有限公司 一种磁通式扭力传感器

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2553833A (en) * 1947-07-11 1951-05-22 Morgan Rifenbergh C Stress measuring apparatus
GB2126797B (en) * 1982-07-07 1986-10-15 Entac Co Ltd Rotor/stator winding and method and apparatus for producing same
JPS5937866A (ja) * 1982-08-26 1984-03-01 Entatsuku Kk 円筒状巻線体
JP2811980B2 (ja) * 1991-03-04 1998-10-15 松下電器産業株式会社 トルクセンサ
JPH0525971U (ja) * 1991-09-13 1993-04-02 神鋼電機株式会社 無鉄心電機子
US6823746B2 (en) * 2002-07-11 2004-11-30 Visteon Global Technologies, Inc. Magnetoelastic torque sensor for mitigating non-axisymmetric inhomogeneities in emanating fields
JP2005208008A (ja) * 2004-01-26 2005-08-04 Hitachi Ltd トルクセンサ
JP2007086018A (ja) * 2005-09-26 2007-04-05 Hitachi Cable Ltd 磁歪式トルクセンサ
JP4335227B2 (ja) * 2006-05-12 2009-09-30 本田技研工業株式会社 磁歪式トルクセンサと電動パワーステアリング装置
JP4888015B2 (ja) 2006-09-29 2012-02-29 日立電線株式会社 基板コイル型磁歪トルクセンサ
JP6384862B2 (ja) 2014-10-02 2018-09-05 三菱重工機械システム株式会社 ブロー成形金型

Also Published As

Publication number Publication date
US20170284877A1 (en) 2017-10-05
DE102017106842A1 (de) 2017-10-05
JP2017187299A (ja) 2017-10-12
US9983075B2 (en) 2018-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6376028B2 (ja) トルクセンサ
JP6620645B2 (ja) トルクセンサ
US10228298B2 (en) Torque sensor coil and torque sensor
CN107910171B (zh) 线性可变差动变压器
WO2015124975A1 (ja) 電流測定用コイル
JP2020101502A (ja) 車両用トルクセンサ
CN103575802A (zh) 宽频带涡流探头
JP6555023B2 (ja) トルクセンサ
WO2015068192A1 (ja) ロゴスキーコイル及びその製作方法
JP2018105678A (ja) 電流センサおよび電流検出装置
JP2016017767A (ja) ロゴスキーコイルおよび電流測定器
JP5497232B2 (ja) 電流センサおよび電流センサの製造方法
JP2019012028A (ja) 電流検出装置および測定装置
JP2017026373A (ja) トルクセンサ
JP2020067434A (ja) コイル線材、電流センサ部材及び電流センサ
JP2012198053A (ja) 磁気センサおよびそれを用いた電流センサ
JP5290899B2 (ja) 電流センサおよび電流センサの製造方法
JP2020085814A (ja) 磁歪式トルクセンサの製造方法、及び磁歪式トルクセンサ
US20210118600A1 (en) Linear variable differential transducer
JP7180433B2 (ja) トルクセンサ用コイルの製造方法
JP6253339B2 (ja) 電流センサおよび電流センサの製造方法
WO2022186082A1 (ja) 電流センサ及び電流センサの製造方法
JP2004219294A (ja) 電流センサとその製作方法
JP2018054490A (ja) 電流センサおよび電流検出装置
CN112762810A (zh) 一种圆筒形直线位移传感器

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20180327

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190118

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191016

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191023

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191105

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6620645

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350