JP6675570B2

JP6675570B2 - Magnetostrictive torque sensor

Info

Publication number: JP6675570B2
Application number: JP2016205191A
Authority: JP
Inventors: 雅宏酒井; 弘櫛原; 和之石橋
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2020-04-01
Anticipated expiration: 2036-10-19
Also published as: JP2018066647A

Description

この発明は磁歪式トルクセンサに関し、特に、コイルのインピーダンスの変化から、回転軸の歪みを検出する磁歪式トルクセンサに関する。 The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor, and more particularly, to a magnetostrictive torque sensor that detects a rotational axis distortion from a change in coil impedance.

例えば車両の操舵装置等の機器に搭載される従来の磁歪式トルクセンサの構造としては、例えば以下の特許文献１に記載された内容を図５として挙げることができる。すなわち、従来の磁歪式トルクセンサ１では、回転軸２の外周面に環状に異方性付与部材である第１合金膜３１及び第２合金膜３２が設けられ、前記第１合金膜３１に対向するように第１輪状検出コイル４１及び第２輪状検出コイル４２が前記回転軸２の軸方向に互いにずらされた状態で設けられており、前記第２合金膜３２に対向するように第３輪状検出コイル４３及び第４輪状検出コイル４４が前記回転軸２の軸方向に互いにずらされた状態で設けられている。前記第２合金膜３２は、前記第１合金膜３１の磁気異方性に対して９０度位相が異なるように設けられている。 For example, as a structure of a conventional magnetostrictive torque sensor mounted on a device such as a steering device of a vehicle, for example, FIG. That is, in the conventional magnetostrictive torque sensor 1, the first alloy film 31 and the second alloy film 32, which are anisotropy imparting members, are provided annularly on the outer peripheral surface of the rotating shaft 2, and are opposed to the first alloy film 31. The first annular detection coil 41 and the second annular detection coil 42 are provided so as to be shifted from each other in the axial direction of the rotary shaft 2 so that the third annular detection coil 41 and the second annular detection coil 42 are opposed to the second alloy film 32. The detection coil 43 and the fourth annular detection coil 44 are provided so as to be shifted from each other in the axial direction of the rotating shaft 2. The second alloy film 32 is provided so as to have a phase difference of 90 degrees with respect to the magnetic anisotropy of the first alloy film 31.

前記回転軸２にトルクが作用した状態では、前記回転軸２に歪みが生じることで前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２に歪みが生じて、ビラリ効果により前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２の透磁率が変化する。それにより、前記第１輪状検出コイル４１及び前記第２輪状検出コイル４２と、前記第３輪状検出コイル４３及び前記第４輪状検出コイル４４とのインピーダンスが変化し、インピーダンスの変化に対応して前記第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４の検出電圧が変化する。したがって、第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４の検出電圧を測定することで、前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２の透磁率の変化を算出して、前記回転軸２の歪みを検出することができる。そして、前記回転軸２の歪みから、前記回転軸２にかかるトルクを算出することができる。 In a state where a torque is applied to the rotating shaft 2, the first alloy film 31 and the second alloy film 32 are distorted by the distortion of the rotating shaft 2, and the first alloy film 31 is caused by the Villari effect. In addition, the magnetic permeability of the second alloy film 32 changes. Accordingly, the impedance of the first and second annular detection coils 41 and 42 and the impedance of the third and fourth annular detection coils 43 and 44 change, and the impedance changes in accordance with the impedance change. The detection voltage of the first, second, third, and fourth annular detection coils 41, 42, 43, and 44 changes. Therefore, by measuring the detection voltage of the first, second, third, and fourth annular detection coils 41, 42, 43, and 44, the change in the magnetic permeability of the first alloy film 31 and the second alloy film 32 is measured. , The distortion of the rotating shaft 2 can be detected. Then, the torque applied to the rotating shaft 2 can be calculated from the distortion of the rotating shaft 2.

特開２００６−６４４４５号公報JP 2006-64445 A

上記のような従来の前記磁歪式トルクセンサ１では、検出精度や感度の向上及び故障検知のために、前記第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４の４つの検出コイルが設けられている。そして、前記磁歪式トルクセンサ１にさらに二重冗長性を持たせたい場合には、さらに４つの検出コイルを追加して合計８つの検出コイルを前記回転軸２に設ける必要がある。 In the conventional magnetostrictive torque sensor 1 as described above, the first, second, third, and fourth annular detection coils 41, 42, 43, and 44 are used to improve detection accuracy and sensitivity and to detect a failure. Four detection coils are provided. If it is desired to provide the magnetostrictive torque sensor 1 with further double redundancy, it is necessary to add four more detection coils and provide a total of eight detection coils on the rotating shaft 2.

しかし、８つの検出コイルを前記回転軸２に設けると、前記磁歪式トルクセンサ１の軸方向の長さが長大になるので、前記磁歪式トルクセンサ１の機器への搭載が難しくなり、また、周囲の温度変化により前記磁歪式トルクセンサ１の両端に温度差が生じて温度勾配が発生した場合には、検出コイルの配置位置により各検出コイルのインピーダンス特性が変化し、前記磁歪式トルクセンサ１の歪み検出精度に悪影響を及ぼすという問題点があった。また、前記第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４の発生させる磁束と、前記回転軸２が同方向になるので、前記回転軸２の磁化等で前記回転軸２を貫通する方向に生じた磁気ノイズが前記第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４の中心を貫いてインダクタンスが大きく変化し、歪み検出精度が悪化するという問題点があった。 However, when the eight detection coils are provided on the rotating shaft 2, the axial length of the magnetostrictive torque sensor 1 increases, so that it is difficult to mount the magnetostrictive torque sensor 1 on a device. When a temperature difference occurs at both ends of the magnetostrictive torque sensor 1 due to a change in ambient temperature and a temperature gradient occurs, the impedance characteristic of each detection coil changes depending on the arrangement position of the detection coil. However, there is a problem that the distortion detection accuracy is adversely affected. Also, since the rotating shaft 2 is in the same direction as the magnetic flux generated by the first, second, third, and fourth annular detecting coils 41, 42, 43, 44, the magnetization of the rotating shaft 2, etc. The magnetic noise generated in the direction penetrating the rotating shaft 2 passes through the centers of the first, second, third, and fourth annular detection coils 41, 42, 43, and 44, and the inductance greatly changes. There was a problem of worsening.

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、特に、軸方向の長さを短くし、温度変化、回転軸の磁化及び磁気ノイズに強い磁歪式トルクセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and in particular, to provide a magnetostrictive torque sensor that has a reduced axial length and is resistant to temperature change, rotation axis magnetization, and magnetic noise. With the goal.

この発明に係る磁歪式トルクセンサは、回転方向が反転することで磁歪特性が反転する異方性付与部材が表面に設けられた回転軸と、前記回転軸と同軸に設けられた第１ステータコア及び第２ステータコアを有する輪状ステータと、前記第１ステータコアに設けられ、前記回転軸に向かって突出された複数の第１ティースと、前記第２ステータコアに設けられ、前記回転軸に向かって突出された複数の第２ティースとを備え、前記各第１ティースのうち奇数個目には第１検出コイルが巻回され、前記各第１ティースのうち偶数個目には第２検出コイルが巻回され、前記各第２ティースのうち奇数個目には前記第１検出コイルと同じ巻回方向に第３検出コイルが巻回され、前記各第２ティースのうち偶数個目には前記第２検出コイルと同じ巻回方向に第４検出コイルが巻回され、前記第１検出コイルの出力と、前記第２検出コイルの出力と、前記第３検出コイルの出力と、前記第４検出コイルの出力とに基づいて、前記回転軸に発生するトルク及び前記各検出コイルの故障を検出する。 A magnetostrictive torque sensor according to the present invention includes: a rotation shaft having a surface provided with an anisotropy imparting member whose magnetostriction characteristics are reversed by reversing a rotation direction; a first stator core provided coaxially with the rotation shaft; A ring-shaped stator having a second stator core, a plurality of first teeth provided on the first stator core and projecting toward the rotation axis, and a plurality of first teeth provided on the second stator core and projecting toward the rotation axis A plurality of second teeth, a first detection coil is wound around an odd number of the first teeth, and a second detection coil is wound around an even number of the first teeth. An odd number of the second teeth is wound with a third detection coil in the same winding direction as the first detection coil, and an even number of the second teeth is wound with the second detection coil. Same winding A fourth detection coil is wound in the direction, and based on an output of the first detection coil, an output of the second detection coil, an output of the third detection coil, and an output of the fourth detection coil, A torque generated on the rotating shaft and a failure of each of the detection coils are detected.

この発明の磁歪式トルクセンサによれば、第１ステータコアに第１検出コイル及び第２検出コイルが巻回され、第２ステータコアに第３検出コイル及び第４検出コイルが巻回され、第１検出コイルの出力と、第２検出コイルの出力と、第３検出コイルの出力と、第４検出コイルの出力とに基づいて、回転軸に発生するトルク及び各検出コイルの故障を検出するので、軸方向の長さを短くし、温度変化、回転軸の磁化及び磁気ノイズに強くすることができる。 According to the magnetostrictive torque sensor of the present invention, the first detection coil and the second detection coil are wound around the first stator core, and the third detection coil and the fourth detection coil are wound around the second stator core. Based on the output of the coil, the output of the second detection coil, the output of the third detection coil, and the output of the fourth detection coil, the torque generated on the rotating shaft and the failure of each detection coil are detected. The length of the direction can be shortened, and it can be made strong against temperature change, magnetization of the rotation axis and magnetic noise.

この発明の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサの断面概略図である。1 is a schematic sectional view of a magnetostrictive torque sensor according to an embodiment of the present invention. 図１に示す磁歪式トルクセンサのＡ−Ａ線における断面概略図である。FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line AA of the magnetostrictive torque sensor shown in FIG. 1. 図１に示す磁歪式トルクセンサのＢ−Ｂ線における断面概略図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of the magnetostrictive torque sensor shown in FIG. 1 taken along line BB. 図１に示す磁歪式トルクセンサの回転軸への入力トルクと検出コイルの出力信号電圧との関係を示す概略のグラフである。2 is a schematic graph showing a relationship between an input torque to a rotating shaft of the magnetostrictive torque sensor shown in FIG. 1 and an output signal voltage of a detection coil. 従来の磁歪式トルクセンサの概略図である。It is the schematic of the conventional magnetostrictive torque sensor.

以下、この発明の実施の形態を添付図面の図１〜図４に基づいて説明する。なお、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１は、この発明の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサ１０の断面概略図である。前記磁歪式トルクセンサ１０には、回転軸２が設けられている。前記回転軸２には、径方向の外周面にめっき処理による第１合金膜３１と第２合金膜３２とが前記回転軸２の長手方向に直列状に設けられている。前記第１合金膜３１は、前記回転軸２に右回りのトルクがかかった場合と、左回りのトルクがかかった場合とで、磁歪特性が反転するようにめっき処理がなされて形成されている。前記第２合金膜３２も、前記回転軸２に右回りのトルクがかかった場合と、左回りのトルクがかかった場合とで、磁歪特性が反転するようにめっき処理がなされて形成されている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same or equivalent parts as those in the conventional example will be described with the same reference numerals.
FIG. 1 is a schematic sectional view of a magnetostrictive torque sensor 10 according to an embodiment of the present invention. The rotating shaft 2 is provided in the magnetostrictive torque sensor 10. On the rotating shaft 2, a first alloy film 31 and a second alloy film 32 formed by plating on the radially outer peripheral surface are provided in series in the longitudinal direction of the rotating shaft 2. The first alloy film 31 is formed by plating so that the magnetostriction characteristics are reversed when the clockwise torque is applied to the rotating shaft 2 and when the counterclockwise torque is applied to the rotating shaft 2. . The second alloy film 32 is also formed by plating so that the magnetostriction characteristics are reversed when the clockwise torque is applied to the rotating shaft 2 and when the clockwise torque is applied to the rotating shaft 2. .

前記第２合金膜３２の磁歪特性は、前記第１合金膜３１の磁歪特性に対して逆向きになるように形成されている。すなわち、前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２にはめっき処理によって磁気異方性が付与されており、前記第２合金膜３２には前記第１合金膜３１に対して９０度異なる位相の磁気異方性が付与されている。また、前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２は、異方性付与部材を構成している。 The magnetostriction of the second alloy film 32 is opposite to the magnetostriction of the first alloy film 31. That is, the first alloy film 31 and the second alloy film 32 are provided with magnetic anisotropy by plating, and the second alloy film 32 differs from the first alloy film 31 by 90 degrees. The phase has magnetic anisotropy. Further, the first alloy film 31 and the second alloy film 32 constitute an anisotropy imparting member.

前記回転軸２の外側には、これと同軸状に輪状ステータ４が設けられている。前記輪状ステータ４は、前記第１合金膜３１に対向している第１ステータコア４５と、前記第２合金膜３２に対向している第２ステータコア４６とから構成されている。前記第１ステータコア４５と、前記第２ステータコア４６とは、前記回転軸２の長手方向に沿って互いに離間して設けられている。前記輪状ステータ４及び前記回転軸２は、ハウジング５に収容されている。 An annular stator 4 is provided outside the rotary shaft 2 coaxially with the rotary shaft 2. The annular stator 4 includes a first stator core 45 facing the first alloy film 31 and a second stator core 46 facing the second alloy film 32. The first stator core 45 and the second stator core 46 are provided apart from each other along the longitudinal direction of the rotating shaft 2. The annular stator 4 and the rotating shaft 2 are accommodated in a housing 5.

図２は、図１のＡ−Ａ線において切断して前記磁歪式トルクセンサ１０を見た時の平面断面概略図である。前記第１ステータコア４５には、前記回転軸２に向かって突出された複数の第１ティース４５０が設けられている。 FIG. 2 is a schematic plan sectional view of the magnetostrictive torque sensor 10 taken along the line AA in FIG. The first stator core 45 is provided with a plurality of first teeth 450 protruding toward the rotation shaft 2.

前記各第１ティース４５０のうち奇数個目の前記各第１ティース４５０に、第１検出コイル４５１が巻回されている。また、前記各第１ティース４５０のうち偶数個目の前記各第１ティース４５０に、第２検出コイル４５２が、前記第１検出コイル４５１とは逆の巻回方向に巻回されている。すなわち、前記第１ステータコア４５には、前記第１検出コイル４５１及び前記第２検出コイル４５２の２つの系統分のコイルが設けられている。前記第１検出コイル４５１と、前記第２検出コイル４５２とは、図示しない信号検出部に接続されている。 A first detection coil 451 is wound around an odd number of the first teeth 450 among the first teeth 450. Further, a second detection coil 452 is wound around the even number of the first teeth 450 in the first teeth 450 in a direction opposite to that of the first detection coil 451. That is, the first stator core 45 is provided with two systems of coils, the first detection coil 451 and the second detection coil 452. The first detection coil 451 and the second detection coil 452 are connected to a signal detection unit (not shown).

図３は、図１のＢ−Ｂ線において切断して前記磁歪式トルクセンサ１０を見た時の平面断面概略図である。前記第２ステータコア４６には、前記回転軸２に向かって突出された複数の第２ティース４６０が設けられている。 FIG. 3 is a schematic plan sectional view when the magnetostrictive torque sensor 10 is viewed by cutting along the line BB in FIG. The second stator core 46 is provided with a plurality of second teeth 460 protruding toward the rotation shaft 2.

前記各第２ティース４６０のうち奇数個目の前記各第２ティース４６０に、第３検出コイル４６１が前記第１検出コイル４５１（図２参照）と同じ巻回方向に巻回されている。また、前記各第２ティース４６０のうち偶数個目の前記各第２ティース４６０に、第４検出コイル４６２が、前記第２検出コイル４５２と同じ巻回方向（前記第３検出コイル４６１とは逆の巻回方向）に巻回されている。すなわち、前記第２ステータコア４６には、前記第３検出コイル４６１及び前記第４検出コイル４６２の２つの系統分のコイルが設けられている。前記第３検出コイル４６１と、前記第４検出コイル４６２とは、前記図示しない信号検出部に接続されている。前記図示しない信号検出部には、図示しない増幅回路及び図示しない差動回路等が設けられている。 The third detection coil 461 is wound in the same winding direction as the first detection coil 451 (see FIG. 2) around the odd-numbered second teeth 460 among the second teeth 460. In addition, the fourth detection coil 462 is wound in the same winding direction as the second detection coil 452 (in the opposite direction to the third detection coil 461) on the even-numbered second teeth 460 among the second teeth 460. Winding direction). That is, the second stator core 46 is provided with coils for the two systems of the third detection coil 461 and the fourth detection coil 462. The third detection coil 461 and the fourth detection coil 462 are connected to the signal detection unit (not shown). The signal detection unit (not shown) includes an amplification circuit (not shown) and a differential circuit (not shown).

次に、実施の形態に係る前記磁歪式トルクセンサ１０の動作を説明する。
図１に示すように、前記回転軸２にトルクが入力された状態では、前記回転軸２に歪みが発生することにより、前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２に歪みが発生して透磁率が変化する。すると、前記回転軸２に入力されたトルクに応じて、図２，図３に示す、前記第１，第２，第３，第４検出コイル４５１，４５２，４６１，４６２のインピーダンスが変化する。 Next, the operation of the magnetostrictive torque sensor 10 according to the embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, when torque is input to the rotating shaft 2, distortion occurs in the rotating shaft 2, causing distortion in the first alloy film 31 and the second alloy film 32. Magnetic permeability changes. Then, the impedance of the first, second, third, and fourth detection coils 451, 452, 461, and 462 shown in FIGS. 2 and 3 changes according to the torque input to the rotating shaft 2.

次に、前記第１，第２，第３，第４検出コイル４５１，４５２，４６１，４６２のインピーダンス変化に応じて、各検出コイルの出力信号電圧の変化が信号検出部に入力される。 Next, according to the impedance change of the first, second, third, and fourth detection coils 451, 452, 461, and 462, a change in the output signal voltage of each detection coil is input to the signal detection unit.

信号検出部では、増幅回路により各検出コイルの信号電圧が増幅され、続いて、差動回路により、前記第１検出コイル４５１と、前記第３検出コイル４６１との作動電圧ＶＴ１と、前記第２検出コイル４５２と前記第４検出コイル４６２との作動電圧ＶＴ２とが算出される。 In the signal detection unit, the signal voltage of each detection coil is amplified by an amplification circuit, and subsequently, the differential circuit is used to operate the first detection coil 451, the operating voltage VT1 between the third detection coil 461, and the second detection coil. An operating voltage VT2 between the detection coil 452 and the fourth detection coil 462 is calculated.

ここで、前記第１検出コイル４５１及び前記第２検出コイル４５２と、前記第３検出コイル４６１及び前記第４検出コイル４６２とでは、互いに巻回方向が反対となっているので、図４に示す通り、前記回転軸２（図１参照）へ入力された入力トルクの大きさに対して発生する信号電圧の関係をグラフに示すと、前記第１検出コイル４５１及び前記第３検出コイル４６１は、前記第２検出コイル４５２及び前記第４検出コイル４６２に対して、グラフの傾きが逆になるような関係になっている。すなわち、前記回転軸２にＣＷ方向のトルクが入力された時には前記第２検出コイル４５２及び前記第４検出コイル４６２の出力電圧が高くなるとともに前記第１検出コイル４５１及び前記第３検出コイル４６１の出力電圧が低くなる。また、前記回転軸２にＣＣＷ方向のトルクが入力された時には前記第２検出コイル４５２及び前記第４検出コイル４６２の出力電圧が低くなるとともに前記第１検出コイル４５１及び前記第３検出コイル４６１の出力電圧が高くなる。 Here, the winding directions of the first detection coil 451 and the second detection coil 452 and the third detection coil 461 and the fourth detection coil 462 are opposite to each other. As shown in the graph, the relationship between the magnitude of the input torque input to the rotating shaft 2 (see FIG. 1) and the generated signal voltage is shown in a graph. The first detection coil 451 and the third detection coil 461 are: The relationship between the second detection coil 452 and the fourth detection coil 462 is such that the inclination of the graph is reversed. That is, when a torque in the CW direction is input to the rotating shaft 2, the output voltages of the second detection coil 452 and the fourth detection coil 462 increase, and the output voltages of the first detection coil 451 and the third detection coil 461 increase. Output voltage decreases. When a torque in the CCW direction is input to the rotating shaft 2, the output voltages of the second detection coil 452 and the fourth detection coil 462 decrease, and the output voltages of the first detection coil 451 and the third detection coil 461 become lower. Output voltage increases.

したがって、作動電圧ＶＴ１又は作動電圧ＶＴ２のいずれか一方の値より、前記第１検出コイル４５１と、前記第３検出コイル４６１とのインピーダンスの変化、又は前記第２検出コイル４５２と、前記第４検出コイル４６２とのインピーダンスの変化が分かり、第１，第２，第３，第４検出コイルの４５１，４５２，４６１，４６２のインピーダンスの変化により、前記回転軸２に入力されたトルクを算出することができる。 Therefore, the impedance change between the first detection coil 451 and the third detection coil 461 or the change in the impedance between the first detection coil 451 and the third detection coil 461 or the second detection coil 452 and the fourth detection The change in the impedance with the coil 462 is known, and the torque input to the rotary shaft 2 is calculated based on the change in the impedance of the first, second, third, and fourth detection coils 451, 452, 461, and 462. Can be.

次に、前記磁歪式トルクセンサ１０の故障を検出する場合について説明する。
前記磁歪式トルクセンサ１０の動作中には、前記信号検出部により、前記第１検出コイル４５１と、前記第２検出コイル４５２との作動電圧ＶＴＦ１と、前記第３検出コイル４６１と、前記第４検出コイル４６２との作動電圧ＶＴＦ２とが算出されている。そして、ＶＴＦ１又はＶＴＦ２との少なくともいずれか一方が、所定の閾値の範囲外になったときに、前記磁歪式トルクセンサ１０が故障したものと判断される。これにより、作動電圧ＶＴＦ１又はＶＴＦ２から、前記磁歪式トルクセンサ１０の故障を検出することができる。 Next, a case where a failure of the magnetostrictive torque sensor 10 is detected will be described.
During the operation of the magnetostrictive torque sensor 10, the signal detecting unit detects the operating voltage VTF1 between the first detection coil 451 and the second detection coil 452, the third detection coil 461, and the fourth detection coil 451. The operation voltage VTF2 with the detection coil 462 is calculated. When at least one of VTF1 and VTF2 falls outside the range of the predetermined threshold value, it is determined that the magnetostrictive torque sensor 10 has failed. Thus, the failure of the magnetostrictive torque sensor 10 can be detected from the operating voltage VTF1 or VTF2.

このように、回転方向が反転することで磁歪特性が反転する前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２が表面に設けられた前記回転軸２と、前記回転軸２と同軸に設けられた前記第１ステータコア４５及び前記第２ステータコア４６を有する前記輪状ステータ４と、前記第１ステータコア４５に設けられ、前記回転軸２に向かって突出された複数の前記第１ティース４５０と、前記第２ステータコア４６に設けられ、前記回転軸２に向かって突出された複数の前記第２ティース４６０とを備え、前記各第１ティース４５０のうち奇数個目には前記第１検出コイル４５１が巻回され、前記各第１ティース４５０のうち偶数個目には前記第２検出コイル４５２が巻回され、前記各第２ティース４６０のうち奇数個目には前記第１検出コイル４５１と同じ巻回方向に前記第３検出コイル４６１が巻回され、前記各第２ティース４６０のうち偶数個目には前記第２検出コイル４５２と同じ巻回方向に前記第４検出コイル４６２が巻回され、前記第１検出コイル４５１の出力と、前記第２検出コイル４５２の出力と、前記第３検出コイル４６１の出力と、前記第４検出コイル４６２の出力とに基づいて、前記回転軸２に発生するトルク及び前記各検出コイル４５１，４５２，４６１，４６２の故障を検出するので、前記第１ステータコア４５及び前記第２ステータコア４６にそれぞれ２つの系統分の検出コイルが設けられているために、前記磁歪式トルクセンサ１０の軸方向の長さを短くすることができ、温度変化に強くすることができる。 In this manner, the first alloy film 31 and the second alloy film 32, whose magnetostriction characteristics are reversed by reversing the rotation direction, are provided on the surface of the rotation shaft 2 and provided coaxially with the rotation shaft 2. The annular stator 4 having the first stator core 45 and the second stator core 46, a plurality of first teeth 450 provided on the first stator core 45 and protruding toward the rotating shaft 2, A plurality of second teeth 460 provided on the two stator cores 46 and protruding toward the rotating shaft 2. The first detection coil 451 is wound around an odd number of the first teeth 450. The second detection coil 452 is wound around an even number of the first teeth 450, and the first detection coil 45 is wound at an odd number of the second teeth 460. The third detection coil 461 is wound in the same winding direction as the above, and the fourth detection coil 462 is wound in the same winding direction as the second detection coil 452 on an even number of the second teeth 460. The rotation shaft 2 is rotated based on the output of the first detection coil 451, the output of the second detection coil 452, the output of the third detection coil 461, and the output of the fourth detection coil 462. And the detection coils 451, 452, 461, and 462 are detected, so that the first stator core 45 and the second stator core 46 are provided with detection coils for two systems, respectively. The length of the magnetostrictive torque sensor 10 in the axial direction can be shortened, and the sensor can be resistant to temperature changes.

また、前記第１，第２，第３，第４検出コイル４５１，４５２，４６１，４６２の発生させる磁束が前記回転軸２と直角方向となるために、前記回転軸２の磁化により前記回転軸２を貫通する方向に生じた磁気ノイズの影響を受けにくくなり、さらに、前記第１ステータコア４５及び前記第２ステータコア４６のバックヨークが前記回転軸２に対して直交する方向からの磁気ノイズに対してシールドの役目を果たすので、前記磁歪式トルクセンサ１０を前記回転軸２の磁化及び磁気ノイズに強くすることができる。 In addition, since the magnetic flux generated by the first, second, third, and fourth detection coils 451, 452, 461, and 462 is in a direction perpendicular to the rotating shaft 2, the rotating shaft 2 is magnetized by the rotating shaft 2. 2 is less susceptible to magnetic noise generated in a direction penetrating the rotation shaft 2, and the back yoke of the first stator core 45 and the second stator core 46 is less susceptible to magnetic noise from a direction orthogonal to the rotating shaft 2. Thus, the magnetostrictive torque sensor 10 can be made strong against the magnetization of the rotating shaft 2 and magnetic noise.

なお、この実施の形態では、図１に示す前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２はめっき処理により、前記回転軸２に右回りのトルクがかかった場合と、左回りのトルクがかかった場合とで、磁歪特性が反転するように形成されて磁気異方性が付与されていたが、他の方法により磁気異方性が付与されていてもよい。例えば、前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２の表面に溝加工を施すことや、前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２の表面に溶射による加工を施すことで前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２に磁気異方性が付与されていてもよい。 Note that, in this embodiment, the first alloy film 31 and the second alloy film 32 shown in FIG. Although the magnetic anisotropy is formed and the magnetic anisotropy is imparted by inverting the magnetostriction characteristics in the above case, the magnetic anisotropy may be imparted by another method. For example, the grooves may be formed on the surfaces of the first alloy film 31 and the second alloy film 32, or the surfaces of the first alloy film 31 and the second alloy film 32 may be formed by thermal spraying. The first alloy film 31 and the second alloy film 32 may have magnetic anisotropy.

また、この実施の形態では、前記輪状ステータ４は前記第１ステータコア４５及び前記第２ステータコア４６との２つを１組として構成されてたが、これ以外の数の輪状ステータから構成されていてもよい。例えば、前記第１ステータコア及び前記第２ステータコアに加えて、第３ステータコア及び第４ステータコアを１組として設けてもよい。これにより、ステータコアが２組となり検出コイルの数が合計８つになるので、前記磁歪式トルクセンサ１０に二重冗長性を持たせることができる。 Further, in this embodiment, the annular stator 4 is configured as a pair of the first stator core 45 and the second stator core 46. However, the annular stator 4 is configured by other numbers of annular stators. Is also good. For example, a third stator core and a fourth stator core may be provided as one set in addition to the first stator core and the second stator core. As a result, the number of stator cores becomes two and the number of detection coils becomes eight in total, so that the magnetostrictive torque sensor 10 can have double redundancy.

また、この実施の形態では、前記第２検出コイル４５２は前記第１検出コイル４５１と逆の巻回方向に巻回され、前記第４検出コイル４６２は前記第３検出コイル４６１と逆の巻回方向に巻回されていたが、前記第１検出コイル４５１と前記第２検出コイル４５２とが同じ方向に巻回され、前記第３検出コイル４６１と前記第４検出コイル４６２とが同じ方向に巻回されていてもよい。 In this embodiment, the second detection coil 452 is wound in a direction opposite to that of the first detection coil 451, and the fourth detection coil 462 is wound in a direction opposite to the third detection coil 461. However, the first detection coil 451 and the second detection coil 452 are wound in the same direction, and the third detection coil 461 and the fourth detection coil 462 are wound in the same direction. It may be turned.

なお、本発明による磁歪式トルクセンサの要旨としては、以下の通りである。すなわち、回転方向が反転することで磁歪特性が反転する前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２が表面に設けられた前記回転軸２と、前記回転軸２と同軸に設けられた前記第１ステータコア４５及び前記第２ステータコア４６を有する前記輪状ステータ４と、前記第１ステータコア４５に設けられ、前記回転軸２に向かって突出された複数の前記第１ティース４５０と、前記第２ステータコア４６に設けられ、前記回転軸２に向かって突出された複数の前記第２ティース４６０とを備え、前記各第１ティース４５０のうち奇数個目には前記第１検出コイル４５１が巻回され、前記各第１ティース４５０のうち偶数個目には前記第２検出コイル４５２が巻回され、前記各第２ティース４６０のうち奇数個目には前記第１検出コイル４５１と同じ巻回方向に前記第３検出コイル４６１が巻回され、前記各第２ティース４６０のうち偶数個目には前記第２検出コイル４５２と同じ巻回方向に前記第４検出コイル４６２が巻回され、前記第１検出コイル４５１の出力と、前記第２検出コイル４５２の出力と、前記第３検出コイル４６１の出力と、前記第４検出コイル４６２の出力とに基づいて、前記回転軸２に発生するトルク及び各検出コイル４５１，４５２，４６１，４６２の故障を検出するように構成されている。 The gist of the magnetostrictive torque sensor according to the present invention is as follows. That is, the rotation axis 2 provided on the surface of the first alloy film 31 and the second alloy film 32 whose magnetostriction characteristics are inverted by reversing the rotation direction, and the rotation axis 2 provided coaxially with the rotation axis 2. A ring-shaped stator 4 having a first stator core 45 and a second stator core 46; a plurality of first teeth 450 provided on the first stator core 45 and protruding toward the rotating shaft 2; 46, a plurality of the second teeth 460 protruding toward the rotating shaft 2, and the first detection coil 451 is wound around an odd number of the first teeth 450, The second detection coil 452 is wound around an even number of the first teeth 450, and the first detection coil 451 is wound at an odd number of the second teeth 460. The third detection coil 461 is wound in the same winding direction, and the fourth detection coil 462 is wound in the same winding direction as the second detection coil 452 for an even number of the second teeth 460. Then, based on the output of the first detection coil 451, the output of the second detection coil 452, the output of the third detection coil 461, and the output of the fourth detection coil 462, It is configured to detect the generated torque and the failure of each detection coil 451, 452, 461, 462.

本発明による磁歪式トルクセンサは、回転方向が反転することで磁歪特性が反転する異方性付与部材が表面に設けられた回転軸と、回転軸と同軸に設けられた第１ステータコア及び第２ステータコアを有する輪状ステータとを用い、回転軸に発生するトルク及び各検出コイルの故障を検出するので、軸方向の長さを短くし、温度変化、回転軸の磁化及び磁気ノイズに強くすることができる。 A magnetostrictive torque sensor according to the present invention includes a rotating shaft having a surface provided with an anisotropy imparting member whose magnetostriction characteristics are reversed by reversing a rotating direction, a first stator core and a second stator coaxially provided with the rotating shaft. By using a ring-shaped stator with a stator core and detecting the torque generated on the rotating shaft and the failure of each detection coil, it is possible to shorten the axial length and to make it strong against temperature changes, magnetization of the rotating shaft and magnetic noise. it can.

２回転軸
４輪状ステータ
１０磁歪式トルクセンサ
３１第１合金膜（異方性付与部材）
３２第２合金膜（異方性付与部材）
４５第１ステータコア
４６第２ステータコア
４５０第１ティース
４５１第１検出コイル
４５２第２検出コイル
４６０第２ティース
４６１第３検出コイル
４６２第４検出コイル 2 rotating shaft 4 annular stator 10 magnetostrictive torque sensor 31 first alloy film (anisotropic member)
32 Second alloy film (anisotropic member)
45 First stator core 46 Second stator core 450 First tooth 451 First detection coil 452 Second detection coil 460 Second tooth 461 Third detection coil 462 Fourth detection coil

Claims

回転方向が反転することで磁歪特性が反転する異方性付与部材（３１，３２）が表面に設けられた回転軸（２）と、
前記回転軸（２）と同軸に設けられた第１ステータコア（４５）及び第２ステータコア（４６）を有する輪状ステータ（４）と、
前記第１ステータコア（４５）に設けられ、前記回転軸（２）に向かって突出された複数の第１ティース（４５０）と、
前記第２ステータコア（４６）に設けられ、前記回転軸（２）に向かって突出された複数の第２ティース（４６０）と、
を備え、
前記各第１ティース（４５０）のうち奇数個目には第１検出コイル（４５１）が巻回され、前記各第１ティース（４５０）のうち偶数個目には第２検出コイル（４５２）が巻回され、前記各第２ティース（４６０）のうち奇数個目には前記第１検出コイル（４５１）と同じ巻回方向に第３検出コイル（４６１）が巻回され、前記各第２ティース（４６０）のうち偶数個目には前記第２検出コイル（４５２）と同じ巻回方向に第４検出コイル（４６２）が巻回され、
前記第１検出コイル（４５１）の出力と、前記第２検出コイル（４５２）の出力と、前記第３検出コイル（４６１）の出力と、前記第４検出コイル（４６２）の出力とに基づいて、前記回転軸（２）に発生するトルク及び前記各検出コイル（４５１，４５２，４６１，４６２）の故障を検出する
ことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 A rotation axis (2) provided on the surface with an anisotropy imparting member (31, 32) whose magnetostriction characteristics are inverted by reversing the rotation direction;
An annular stator (4) having a first stator core (45) and a second stator core (46) provided coaxially with the rotating shaft (2);
A plurality of first teeth (450) provided on the first stator core (45) and protruding toward the rotation axis (2);
A plurality of second teeth (460) provided on the second stator core (46) and protruding toward the rotation axis (2);
With
An odd number of the first teeth (450) is wound with a first detection coil (451), and an even number of the first teeth (450) is wound with a second detection coil (452). The third detection coil (461) is wound in the same winding direction as the first detection coil (451) in the odd number of the second teeth (460). The fourth detection coil (462) is wound in the same winding direction as the second detection coil (452) in the even number of (460),
Based on the output of the first detection coil (451), the output of the second detection coil (452), the output of the third detection coil (461), and the output of the fourth detection coil (462). A magnetostrictive torque sensor for detecting a torque generated on the rotating shaft (2) and a failure of each of the detection coils (451, 452, 461, 462).