JPH0197826A - Detecting device of torque - Google Patents
Detecting device of torqueInfo
- Publication number
- JPH0197826A JPH0197826A JP25369487A JP25369487A JPH0197826A JP H0197826 A JPH0197826 A JP H0197826A JP 25369487 A JP25369487 A JP 25369487A JP 25369487 A JP25369487 A JP 25369487A JP H0197826 A JPH0197826 A JP H0197826A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- torque
- magnetic
- output
- detection device
- outputs
- 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.)
- Granted
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、トルク検出装置に係り、特に軸のねじれによ
って生ずる位置の相対ずれを検出するものに好適なトル
ク検出装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a torque detection device, and particularly to a torque detection device suitable for detecting relative positional displacement caused by twisting of a shaft.
従来の装置は、例えば三菱電機技報Vofl、58゜N
α7 1984の図1に記載のように、軸のねじれを軸
に取り付けた歯車A、Bの位相差として、電磁ピックア
ップで検出する構成となっていた。しかし、電磁ピック
アップの出力信号の大きさは、歯車の回転数に依存し、
低速になると出力信号は小さくなってしまうので高速回
転中でのトルク検出にのみ使用され、超低速あるいは停
止時におけるトルク検出については配慮されていなかっ
た。Conventional devices include, for example, Mitsubishi Electric Technical Report Vofl, 58°N
As shown in Figure 1 of α7 1984, the torsion of the shaft was detected as a phase difference between gears A and B attached to the shaft using an electromagnetic pickup. However, the magnitude of the output signal of an electromagnetic pickup depends on the rotation speed of the gear,
Since the output signal becomes smaller at low speeds, it is used only for torque detection during high-speed rotation, and no consideration has been given to torque detection at very low speeds or when stopped.
上記、従来の技術は、超低速あるいは停止時におけるト
ルク検出については配慮されておらず。The above-mentioned conventional technology does not take into consideration torque detection at very low speeds or when the vehicle is stopped.
モータ等の停止時におけるトルクの測定ができない問題
があった。There was a problem in that it was not possible to measure the torque when the motor etc. was stopped.
本発明の目的は、磁気抵抗効果素子を用いて磁気式ロー
タリイエンコーダの技術を利用し、停止時から高速域ま
で使用できる高精度で分解能の高いトルク検出装置を提
供することにある。An object of the present invention is to provide a high-precision, high-resolution torque detection device that utilizes magnetic rotary encoder technology using a magnetoresistive element and can be used from a standstill to a high speed range.
上記目的は、軸のねじれ検出を、表面に磁気信号を記録
した信号トラックを有する磁気ドラムとこれに対向配置
させた磁気抵抗効果素子から成る磁気センサで構成する
ことにより、達成される。The above object is achieved by detecting the torsion of the shaft by using a magnetic sensor consisting of a magnetic drum having a signal track on the surface of which a magnetic signal is recorded, and a magnetoresistive element placed opposite the magnetic drum.
磁気抵抗効果素子はパーマロイ等をガラス基板上に蒸着
して作られ、極性に無関係に磁界の強さによって抵抗値
が変化する。従って、全周にN。A magnetoresistive element is made by depositing permalloy or the like on a glass substrate, and its resistance value changes depending on the strength of the magnetic field, regardless of polarity. Therefore, N all around.
Sの磁気信号が記録された、磁気ドラムに、前記、磁気
抵抗効果素子を対向させると、磁気ドラムのN、S信号
に応じた磁界が磁気抵抗効果素子に加えて、速度に無関
係に磁気ドラムの相対位置を磁気抵抗素子の抵抗変化と
して取り出すことができる。それにより、出力波形を正
弦波とすることで停止時のトルクでも、各々の正弦波の
大きさより角度を測定することにより検出できる。When the magnetoresistive element is placed opposite the magnetic drum on which the S magnetic signal is recorded, a magnetic field corresponding to the N and S signals of the magnetic drum is applied to the magnetoresistive element, and the magnetic drum is moved regardless of the speed. The relative position of can be extracted as a resistance change of the magnetoresistive element. Thereby, by making the output waveform a sine wave, even torque at a stop can be detected by measuring the angle from the magnitude of each sine wave.
本発明に係るトルク検出装置の実施例を説明する。 An embodiment of the torque detection device according to the present invention will be described.
第1図は本発明の一実施例であるトルク検出装置の軸承
構成図である。第2図は第1′図において一方の磁気ド
ラムと磁気センサの関係を示した軸承構成図である。第
3図は(A)、(B) 、第2図の一部展開図であり、
第4図、第5図はその動作波形説明図である。FIG. 1 is a diagram showing a shaft bearing configuration of a torque detection device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the structure of a bearing showing the relationship between one of the magnetic drums and the magnetic sensor in FIG. 1'. Figure 3 is a partially expanded view of (A), (B), and Figure 2.
FIGS. 4 and 5 are explanatory diagrams of the operating waveforms.
第1図において、1は回転する軸であり、2゜2′は回
転ドラムである。磁気信号を記録した磁性体3,3′を
有する回転ドラム2,2′は軸1に間隔りだけで隔てて
固着されている。4は磁気抵抗効果素子(以下MR素子
と称す)Rで構成される磁気センサであり、各々回転ド
ラム2,2′に対向し、小さな間隙を介して配置される
。ここで、回転ドラム2,2′と磁気センサ4,4′の
動作について第2図を用いて説明する。In FIG. 1, 1 is a rotating shaft, and 2°2' is a rotating drum. Rotary drums 2, 2' having magnetic bodies 3, 3' on which magnetic signals have been recorded are fixedly attached to the shaft 1 with only a spacing between them. Reference numeral 4 denotes a magnetic sensor composed of magnetoresistive elements (hereinafter referred to as MR elements) R, which are arranged opposite to the rotating drums 2 and 2' with a small gap therebetween. Here, the operation of the rotating drums 2, 2' and the magnetic sensors 4, 4' will be explained using FIG. 2.
第2図では、動作説明上回転ドラム2と磁気センサ4を
取り出したものである。前述したように、回転ドラム2
の磁性体3にはN、Sの磁気信号が全周にわたって記録
されており、間隙aを介してMR素子R1,R2で構成
された磁気センサ4が対向配置されている。In FIG. 2, the rotating drum 2 and the magnetic sensor 4 are taken out to explain the operation. As mentioned above, the rotating drum 2
N and S magnetic signals are recorded over the entire circumference of the magnetic body 3, and a magnetic sensor 4 composed of MR elements R1 and R2 is placed facing each other with a gap a interposed therebetween.
第3図(A)および第3図(B)は、第2図に示した回
転ドラム2における磁性体3と磁気センサ4の配置関係
を示す拡大展開図である。第3図において、MR素子R
t* Rzは、記録波長(N極とS極の間隔)λに対し
てλ/2ずつ離して配置している。第4図にこの動作波
形を示した。第4図において、前記回転ドラム2の磁性
体3は、回転ドラム2の回転によって図示矢印のように
移動するものである。一方、周知のようにMR素子R1
,Rzは、磁気信号のN極、S極の磁束変化のいずれか
の信号が加わると抵抗値が低下する特性を有しているの
で、磁性体3が矢印のごとく移動すると、MR素子R1
,Rxの抵抗変化は、記録波長λに応じた抵抗変化が得
られ各々(R1,R2)はλ/2位相のずれた波形とな
る。ここで、前記MR素子RL、RZを第5図(イ)の
ように3端子に接続し、両端に電圧Vを加えると出力端
子FAIから得られる電圧は、第6図(A)に示すよう
な波形となり、磁性体3に記録した磁気信号に対応した
出力E^1が得られるものである。一方、同様゛に第1
図で示した回転ドラム2′と磁気センサ4′からも同様
の作用で第6図(B)に示した波形E^2が得られる。3(A) and 3(B) are enlarged development views showing the arrangement relationship between the magnetic body 3 and the magnetic sensor 4 in the rotating drum 2 shown in FIG. 2. FIG. In FIG. 3, MR element R
t*Rz is arranged at a distance of λ/2 from the recording wavelength (interval between the north pole and the south pole) λ. Figure 4 shows this operating waveform. In FIG. 4, the magnetic body 3 of the rotary drum 2 moves as indicated by the arrows as the rotary drum 2 rotates. On the other hand, as is well known, the MR element R1
, Rz have a characteristic that the resistance value decreases when either the N pole or S pole magnetic flux change signal of the magnetic signal is applied, so when the magnetic body 3 moves as shown by the arrow, the MR element R1
, Rx corresponds to the recording wavelength λ, and each (R1, R2) has a waveform with a phase shift of λ/2. Here, when the MR elements RL and RZ are connected to three terminals as shown in FIG. 5(A) and a voltage V is applied to both ends, the voltage obtained from the output terminal FAI is as shown in FIG. 6(A). The output E^1 corresponding to the magnetic signal recorded on the magnetic material 3 is obtained. On the other hand, similarly, the first
A waveform E^2 shown in FIG. 6(B) is obtained from the rotating drum 2' and the magnetic sensor 4' shown in the figure by a similar effect.
ここで、第1図のトルク検出装置において、例えば軸1
の駆動側にモータを取り付け、負荷側に負荷を取り付け
ると軸1は、その負荷トルクに比例して角度θだけねじ
れる。これを式であられすと次のようになる。Here, in the torque detection device shown in FIG. 1, for example, the shaft 1
When a motor is attached to the drive side of the shaft 1 and a load is attached to the load side of the shaft 1, the shaft 1 is twisted by an angle θ in proportion to the load torque. Expressing this as a formula, it becomes as follows.
ここで、θ:ねじれ角(rad ) 、 G :軸のせ
ん新係数(kg/cd) 、 L ニドラム間の距i!
!1(CIll)、D:軸径(1)である。せん新係数
Gは軸の材質で決まるもので、ドラム間の距離りと軸径
りが決まればねじれ角θに対するトルクTがわかる。従
つて、軸1のねじれ角θを検出することにより、トルク
測定が可能となる。軸1のねじれ角θの測定方法の一例
を第7図(A)および第7図(B)に示す。第7図(A
)において、軸1のねじれ0は、回転ドラム2と磁気セ
ンサ4で得られる出力FAIと回転ドラム2′と磁気セ
ンサ4′で得られる出力E^2の零クロスにおける位相
差θ2−θlを測定して行う、すなわち、第7図(A)
に示すように負荷トルクが小さい場合は、軸1のねじれ
量も小さいので出力E^1とEAIIの零クロスにおけ
る位相差O1は小さくなる。逆に、第7図(B)のよう
に負荷トルクが大きい場合は軸1のねじれ量も増加する
ので、零クロスにおける位相差θ2は大きくなる。従っ
て、この位相差θ1あるいはθ2を測定すればトルクの
大きさを検出できる。第8図は、本発明によるトルク検
出装置の一特性を示したもので、トルクTに対する位相
角θの関係を実測したものである。Here, θ: Torsion angle (rad), G: Shaft shear coefficient (kg/cd), L distance between Ni drums i!
! 1 (CIll), D: shaft diameter (1). The shear coefficient G is determined by the material of the shaft, and once the distance between the drums and the shaft diameter are determined, the torque T relative to the torsion angle θ can be determined. Therefore, by detecting the torsion angle θ of the shaft 1, torque can be measured. An example of a method for measuring the torsion angle θ of the shaft 1 is shown in FIGS. 7(A) and 7(B). Figure 7 (A
), the torsion of the shaft 1 is 0 by measuring the phase difference θ2-θl at the zero cross between the output FAI obtained from the rotating drum 2 and the magnetic sensor 4 and the output E^2 obtained from the rotating drum 2' and the magnetic sensor 4'. Figure 7 (A)
As shown in , when the load torque is small, the amount of twist of the shaft 1 is also small, so the phase difference O1 at the zero cross between the output E^1 and EAII becomes small. Conversely, when the load torque is large as shown in FIG. 7(B), the amount of twist of the shaft 1 also increases, so the phase difference θ2 at the zero cross becomes large. Therefore, by measuring this phase difference θ1 or θ2, the magnitude of the torque can be detected. FIG. 8 shows one characteristic of the torque detection device according to the present invention, in which the relationship between the torque T and the phase angle θ was actually measured.
一方、MR素素子線、前述したように磁界の大きさに対
応して抵抗値が変化するため、軸1が停止していても、
MS素子には回転ドラム2,2′の磁性体3,3′から
のN極、S極による所定強度の磁界が常に加わっている
ため軸1の停止時のトルクを検出することができる。第
9図及び第10図に停止時におけるトルク検出の一例を
示す。On the other hand, as mentioned above, the resistance value of the MR element wire changes depending on the magnitude of the magnetic field, so even if axis 1 is stopped,
Since the MS element is always applied with a magnetic field of a predetermined strength due to the north and south poles from the magnetic bodies 3, 3' of the rotating drums 2, 2', it is possible to detect the torque when the shaft 1 is stopped. FIGS. 9 and 10 show an example of torque detection when the vehicle is stopped.
第9図においては、本発明のトルク検出装置をモータ6
に組込んだ例を示したものである。回転ドラム2,2′
はモータ6のシャフト1に任意の間隔をおいて固着され
ている。磁気センサ4,4′は各々、回転ドラム2,2
′に小さな間隙をおいて対向して配置されている。又、
回転ドラム2゜2′側のシャフト1端には、例えば工作
機などの負荷が接続される。一般に、工作機等を駆動す
る電動機は、インバータ等の発展に伴い直流電動機から
交流電動機化が急速に進んでいる。一方、工作機等を駆
動する電動機の軸トルクの検出は、加工物の加工精度、
加工速度等の制御のフィードバックに欠くことができな
い。電動機の軸トルクは、直流電動機の場合には、電流
とトルクが比例することから、電流を検出することによ
り容易にトルクを検出できるが、交流電動機では、電流
トルクが比例しないため、電流でのトルク検出は、困難
である。そこで1本発明のようなトルク検出装置が必要
となる。In FIG. 9, the torque detection device of the present invention is
This is an example of how it is incorporated into. Rotating drum 2, 2'
are fixed to the shaft 1 of the motor 6 at arbitrary intervals. The magnetic sensors 4, 4' are connected to the rotating drums 2, 2, respectively.
' are placed opposite each other with a small gap between them. or,
A load such as a machine tool is connected to one end of the shaft on the rotating drum 2°2' side. In general, electric motors that drive machine tools and the like are rapidly changing from DC motors to AC motors with the development of inverters and the like. On the other hand, detection of the shaft torque of the electric motor that drives machine tools, etc. is important for determining the processing accuracy of the workpiece.
It is indispensable for feedback for control of machining speed, etc. In the case of a DC motor, the shaft torque of an electric motor can be easily detected by detecting the current because the current and torque are proportional, but in the case of an AC motor, the torque is not proportional to the current, so the torque can be easily detected by the current. Torque detection is difficult. Therefore, a torque detection device such as the one according to the present invention is required.
第9図のトルク検出装置で第1図と異なっている点は、
磁気センサの出力をトルク検出の他に位置検出及び速度
検出用として用するため、磁気センサ4,4′の出力を
各々2相出力としている点である。ここで、磁気センサ
の出力を2相出力にすることはMR素子の場合、前述し
たように、パーマロイ等をガラス基板上に蒸着して作る
ため、MRR子パターンの簡単な仕様変更によりガラス
基板上に一体化して製作できるため、磁気センサ4.4
′の数も増えず、センサ自体の大きさもほとんど変らな
いのでシステム全体の構造も簡単になる。The difference between the torque detection device in Fig. 9 and that in Fig. 1 is as follows.
Since the output of the magnetic sensor is used for position detection and speed detection in addition to torque detection, the outputs of the magnetic sensors 4 and 4' are each made into two-phase outputs. Here, in the case of an MR element, the output of the magnetic sensor can be made into a two-phase output by simply changing the specifications of the MRR element pattern, since it is made by vapor-depositing permalloy or the like on a glass substrate, as mentioned above. Magnetic sensor 4.4
′ does not increase, and the size of the sensor itself remains almost the same, so the structure of the entire system becomes simpler.
さて、第9図において、磁気センサ2及び2′からほぼ
90度位相のずれた2相出力EALとEBI及びEAz
とEatを取り出し、各出力は、比較器51.52.5
2’及び53′により方形波At。Now, in FIG. 9, two-phase outputs EAL, EBI, and EAz that are approximately 90 degrees out of phase from the magnetic sensors 2 and 2'
and Eat, and each output is a comparator 51.52.5
2' and 53' provide a square wave At.
Bt、Az及びB2を得る。この2相の方形波A h
。Bt, Az and B2 are obtained. This two-phase square wave A h
.
B1は、第10図(B)に示すように磁気センサ4の出
力E^1を4つのモードに分けるために使用される6例
えば、出力E^1の0″〜90″の範囲では、Al、B
tの関係はHA、LOとなり、90゜〜180°の範囲
ではHl、Hlとなる。′同様に180′〜270@で
はLQ、 Hz、 270’ 〜360@の範囲ではL
o、Loとなる。さらに方形波Az+ 13zは、磁気
センサ4′の出力E^2を4つのモードに分けるために
使用される。また、磁気センサ4,4′の出力FAI、
E^2は前記の方に。B1 is used to divide the output E^1 of the magnetic sensor 4 into four modes as shown in FIG. , B
The relationship between t is HA and LO, and in the range of 90° to 180°, Hl and Hl. 'Similarly, in the range of 180' to 270@, LQ and Hz, and in the range of 270' to 360@, L
o, Lo. Furthermore, the square wave Az+ 13z is used to divide the output E^2 of the magnetic sensor 4' into four modes. In addition, the output FAI of the magnetic sensors 4, 4',
E^2 is for the above person.
第10図(A)の(ロ)のように各々、三角波の搬送波
PMと比較し、正弦波出力A H1及びAM2を得る0
例えば、磁気センサ4,4′の出力AAI。As shown in (B) of FIG. 10(A), each is compared with the carrier wave PM of the triangular wave to obtain the sine wave outputs A H1 and AM2.
For example, the output AAI of the magnetic sensors 4, 4'.
AAzは第10図(A)の(イ)のように正弦波なので
、出力E^1. EAtのアナログ量で角度θを求める
ことができる。さらに、出力E^1.EAzのアナログ
量は各々1周期間で同一電圧になる点が存在するが、モ
ード判別部8あるいは8′により0〜90度、90〜1
80度、180〜270度及び270〜360度の判定
ができる。さらに位置検出部9及び9′により、トルク
検出14の他に位置検出12.12’及び速度検出13
.13’の情報を得ることができる。なお、位置および
速度検出については負荷7の位置及び速度検出を精度良
く行う時には負荷側の回転ドラム2′と磁気センサ4′
の情報で行うと検出精度の向上が図れる。あるいは、モ
ータ制御をスムーズに行ないたい時はモータ側(駆動側
)の回転ドラム2と磁気センサ4の位置及び速度情報を
使用する方が良い。Since AAz is a sine wave as shown in (a) of Fig. 10(A), the output is E^1. The angle θ can be determined using an analog value of EAt. Furthermore, the output E^1. There are points where the analog value of EAz becomes the same voltage in one cycle, but the mode discriminator 8 or 8' determines whether it is 0 to 90 degrees or 90 to 1 degree.
It is possible to judge 80 degrees, 180 to 270 degrees, and 270 to 360 degrees. Furthermore, position detection units 9 and 9' provide position detection 12, 12' and speed detection 13 in addition to torque detection 14.
.. 13' information can be obtained. Regarding the position and speed detection, in order to accurately detect the position and speed of the load 7, the rotary drum 2' and the magnetic sensor 4' on the load side are used.
By using this information, detection accuracy can be improved. Alternatively, if smooth motor control is desired, it is better to use the position and speed information of the rotating drum 2 and magnetic sensor 4 on the motor side (drive side).
更に、負荷の運転状態により負荷側と駆動側をスイッチ
10及び10’ により切り換える場合もある。Further, depending on the operating state of the load, the load side and the drive side may be switched by switches 10 and 10'.
ここで、回転ドラム2,2′が第10図(イ)の(a)
点で停止している場合を考えると、搬送波PMが磁気セ
ンサ4の出力E^1の(a)点に達するまで時間tax
の幅のパルスAMlが得られる。Here, the rotating drums 2, 2' are shown in (a) of Fig. 10 (a).
Considering the case where the carrier wave PM stops at a point, the time tax until the carrier wave PM reaches the point (a) of the output E^1 of the magnetic sensor 4 is
A pulse AMl having a width of is obtained.
この時、第9図のモータ6のシャフト1にトルクTが加
わっていれば1回転ドラム2′と磁気センサ4′から得
られる出力EA2.は、第10図(A)の(イ)の破線
で示すような波形となり、時間tlIzの間の幅のパル
スAxzが得られる。このパルスAMIとAM2は、セ
ンサ出力E^1とEAtのアナログ量に比例するので、
時間imlとtlI2の値をトルク測定部1に入力しド
ラム2,2′間の角度差として求められ、トルク検出が
可能となるゝ。At this time, if torque T is applied to the shaft 1 of the motor 6 in FIG. 9, the output EA2. has a waveform as shown by the broken line in (a) of FIG. 10(A), and a pulse Axz having a width of time tlIz is obtained. These pulses AMI and AM2 are proportional to the analog amounts of sensor output E^1 and EAt, so
The values of time iml and tlI2 are input to the torque measuring section 1 and are determined as the angular difference between the drums 2 and 2', making it possible to detect the torque.
次に正弦波出力より各々の回転ドラムの角度を求め、そ
の角度差でトルクを演算するのにマイクロコンピュータ
を使用した例について第11図。Next, FIG. 11 shows an example in which a microcomputer is used to obtain the angle of each rotating drum from the sine wave output and calculate the torque based on the angle difference.
第12図により説明する。第9図で示した磁気センサ4
から2相出力E al、 E Al及び磁気センサ4′
からEAt、 EBBの2相出力が第11図に各々入力
される。この出力はアンプA M i〜A M 4によ
り増幅して、Azsinθ1t Btcosθ* Az
sinθ。This will be explained with reference to FIG. Magnetic sensor 4 shown in Figure 9
2-phase output E al, E Al and magnetic sensor 4'
The two-phase outputs of EAt and EBB are input into FIG. 11, respectively. This output is amplified by amplifiers A M i to A M 4 to form Azsinθ1t Btcosθ*Az
sin θ.
g zcosθとなる。これを各々アナログ−デジタル
(A/D)変換器A D 1〜AD4を通して、マイク
ロコンピュータMCに入力する。マイクロコンピュータ
MCでは第12図に示すフローチャートに従って演算処
理を行って、端子14にトルクに比例した出力を出す。g z cos θ. These are input to the microcomputer MC through analog-to-digital (A/D) converters AD1 to AD4, respectively. The microcomputer MC performs arithmetic processing according to the flowchart shown in FIG. 12, and outputs an output proportional to the torque to the terminal 14.
第12図のフローチャートは始めに磁気センサ4.4′
の出力をアンプしてA/D変換した後のディジタル値A
t、Bt、Aay Hzを読み込む、次にA1と81よ
り次式のような演算を行って回転ドラム2の角度θlを
出す。The flowchart in Figure 12 begins with the magnetic sensor 4.4'
Digital value A after amplifying and A/D converting the output of
t, Bt, and Aay Hz are read, and then the angle θl of the rotating drum 2 is obtained by calculating the following equation from A1 and 81.
ここでA1とB1の正負を判別してモードを判定してB
1の値を決める。Here, the mode is determined by determining the sign of A1 and B1, and B
Determine the value of 1.
同様にして、入力Ax、Bzにより回転ドラム2′の角
度θ2を次式で演算する。Similarly, the angle θ2 of the rotating drum 2' is calculated using the following equation based on the inputs Ax and Bz.
次に角度θ1と02の差より回転ドラム2と2′の角度
差すなわちねじれ角θ0を演算して、(1)式より変形
した次式によりトルクTを演算する。Next, the angular difference between the rotating drums 2 and 2', that is, the torsion angle θ0, is calculated from the difference between the angles θ1 and 02, and the torque T is calculated using the following equation modified from the equation (1).
次にトルクTを出力して始めの状態に戻る。ここで(2
)式の01の演算は(5)式のようにA1又は0 x=
sin−”Ax=cos−IB t
−(5)B1だけを使用しても演算できる。しかし回
転ドラム2又は2′と磁気センサ4又は4′との小さな
間隙(スペーシング)の変化等により、磁気センサ4,
4′の出力が変化した場合は出力A 1 。Next, torque T is output and the state returns to the beginning. Here (2
) The operation of 01 in equation (5) is A1 or 0 x=
sin-”Ax=cos-IB t
-(5) Calculations can be made using only B1. However, due to changes in the small gap (spacing) between the rotating drum 2 or 2' and the magnetic sensor 4 or 4', the magnetic sensor 4,
If the output of 4' changes, the output is A 1 .
B2が同時に変化するので(2)式のよろにA1とBi
を割算したほうが精度を高くできる。Since B2 changes at the same time, A1 and Bi
The accuracy can be increased by dividing.
第13図は回転位置及び回転速度のフローチャートを示
す、まず、正弦波のディジタル入力A 1 。FIG. 13 shows a flowchart of rotational position and rotational speed. First, the digital input A 1 of a sine wave.
B1を取込み、速度測定用のタイマーの時間tを読込ん
で1時保管した後タイマーを両スタートさせる6次にト
ルク検出を行ったと同様に(2)式による演算により1
サイクル内の微角度θlを得る。Take in B1, read the time t of the timer for speed measurement, store it for 1 o'clock, then start the timer both times.
Obtain the fine angle θl within the cycle.
次に、前回の微角度on−1をメモリから読出し、今回
の角度θ1との差を演算して角度の変化分(θ。−1−
θl)を求め、これを先に1時保管した前回と今回の時
間差tで割って速度Vを演算して。Next, read the previous fine angle on-1 from the memory, calculate the difference from the current angle θ1, and calculate the angle change (θ.-1-
Calculate the speed V by calculating θl) and dividing this by the time difference t between the previous time and this time when the vehicle was stored for 1 hour.
出力端子13に出力する。また、位置の演算は今回の微
角度θlと前回の微角度θ1−1の差に前回までの角度
累積θΣ−1を加えて現在角度θΣを演算して、出力端
子12に出力する。次に今回の微位置θ1をθ□−1の
メモリに入れ、現在角度θΣを前回の度度θΣ−lメモ
リに入れて元に戻る。以上は微角度θ1と前回の微角度
0n−1が1サイクル以内の例であるが1サイクル以上
変化する場合は角度累積を用いて演算する。Output to output terminal 13. Further, the position is calculated by adding the accumulated angle θΣ-1 up to the previous time to the difference between the current minute angle θ1 and the previous minute angle θ1-1 to calculate the current angle θΣ, and outputs the result to the output terminal 12. Next, the current fine position θ1 is stored in the memory θ□−1, the current angle θΣ is stored in the previous degree θΣ−1 memory, and the process returns to the original state. The above is an example in which the minute angle θ1 and the previous minute angle 0n-1 are within one cycle, but when they change for more than one cycle, calculation is performed using angle accumulation.
以上は磁気センサ4,4′から正弦波状を出力を得られ
た場合について述べたが実際に正弦波出力を得る法を第
14図で説明する。磁気センサ4の磁気抵抗効果素子(
MR素子)RanとRaw及びRbiとRbzは記録波
λに対してλ/2離して配置し、R&1とRb 1およ
びRatとRbzはそれぞれλ/6XIIL、て配置し
ている。このような配置で各MR素子を図示のように接
続するので回転ドラム2が回転すると各MR素子Rat
とRaZによる出力eaは図示の実線eaのようになる
。この波形歪はMR素子が磁界に対して抵抗変化が飽和
するために生ずる。このためこの歪波の主成分は第3次
調波であり、図示破線のように基本波eatと第3次調
波eJ18に分けることができる。またMR素子Rbx
とRbxによる出力8にも同様に基本波8blと第3次
調波eb8のようになる。接続図に示すブリッジ出力(
tm+e−)すなわちE^1を考えると第3次調波ea
aとebsは逆位相で打波され基本波のみが得られる。The above has described the case where a sinusoidal output can be obtained from the magnetic sensors 4, 4', but a method for actually obtaining a sinusoidal output will be explained with reference to FIG. The magnetoresistive element of the magnetic sensor 4 (
MR element) Ran and Raw and Rbi and Rbz are arranged at a distance of λ/2 from the recording wave λ, and R&1 and Rb 1 and Rat and Rbz are arranged at a distance of λ/6XIIL, respectively. With this arrangement, each MR element is connected as shown in the figure, so when the rotating drum 2 rotates, each MR element Rat
The output ea from RaZ and RaZ is as shown by the solid line ea shown in the figure. This waveform distortion occurs because the resistance change of the MR element is saturated with respect to the magnetic field. Therefore, the main component of this distorted wave is the third harmonic, and it can be divided into the fundamental wave eat and the third harmonic eJ18 as shown by the broken line in the figure. Also, MR element Rbx
Similarly, the output 8 from Rbx and Rbx has a fundamental wave 8bl and a third harmonic eb8. The bridge output shown in the connection diagram (
tm+e-), that is, considering E^1, the third harmonic ea
A and ebs are struck in opposite phases and only the fundamental wave is obtained.
本実施例では、回転ドラム2,2′お磁気センサ4,4
′をモータ6のシャフト1に外付けした構造で説明した
が、回転ドラム2,2′と磁気センサ4,4′をモータ
6の中に内蔵しても良い。In this embodiment, the rotating drums 2, 2' and the magnetic sensors 4, 4
Although the structure has been described in which the rotary drums 2, 2' and the magnetic sensors 4, 4' are externally attached to the shaft 1 of the motor 6, the rotating drums 2, 2' and the magnetic sensors 4, 4' may be built inside the motor 6.
さらに、回転ドラム2,2′の形状をドラムタイプとし
たが、第15図の様に円板の平面(片面又は両面)に磁
性体3,3′を装着して検出する構造としてもよい。磁
性体3,3′を円板の両面に装着した場合は磁気センサ
の数も必要個数配置させる必要がある。Furthermore, although the rotary drums 2, 2' are of drum type, they may also have a structure in which magnetic bodies 3, 3' are attached to the flat surface (one or both sides) of a disk for detection, as shown in FIG. When the magnetic bodies 3, 3' are mounted on both sides of the disc, it is necessary to arrange the required number of magnetic sensors.
又、本実施例ではトルク検出の他に位置検出及び速度検
出の情報を同一のセンサから得られるので、モータ制御
等の高信頼、高精度化が図れる。Furthermore, in this embodiment, in addition to torque detection, position detection and speed detection information can be obtained from the same sensor, so that highly reliable and accurate motor control etc. can be achieved.
本発明によれば、トルク検出装置を、磁気信号を記録し
た磁性体を有する回転ドラムとMR素子を配置した磁気
センサとにより構成することにより正弦波出力を得るこ
とができるので停止時においても高精度でトルク検出が
できる。さらに磁気センサの出力の大きさは回転数に依
存せず一定であり処理回路の構成も簡単にできる。また
、磁気を利用しているため塵埃、結露等の耐環境性に優
れているので信頼性の高いトルク検出装置を提供できる
。According to the present invention, a sine wave output can be obtained by configuring the torque detection device with a rotating drum having a magnetic material on which magnetic signals are recorded and a magnetic sensor having an MR element. Torque can be detected with precision. Furthermore, the magnitude of the output of the magnetic sensor is constant regardless of the rotation speed, and the processing circuit can be configured easily. Further, since it utilizes magnetism, it has excellent resistance to environments such as dust and dew condensation, so a highly reliable torque detection device can be provided.
第1図は本発明の一実施例のトルク検出装置の軸承構成
図、第2図はトルク検出装置を構成する回転ドラムと磁
気センサの詳細図、第3図(A)は磁性体の展開図、第
3図(B)はこの磁性体に対する磁気センサの平面図、
第4図は磁性体に記録された磁極とセンサの出力を示す
図、第5図はMR素子の三端子接続図、第6図(A)お
よび第6図(B)は三端子の中点から得られる出力波形
図、第7図(A)および第7図(B)も同じく磁気セン
サから得られる出力波形に基づいて負荷トルク検出する
手法説明図、第8図は本発明によるトルク検出装置の特
性図、第9図は停止時におけるトルク検出の一実施例を
示すトルク検出装置の構成図、第10図(A)はセンサ
出力波形と搬送波との関係を示す図、第10図(B)は
二つの磁気センサ出力信号からのモードの生別説明図、
第11図は法の実施例の構成図である。第12図は他の
実施例のトルク演算のフローチャートである。
第13図は他の実施例の速度検出及び位置検出のフロー
チャートである。第14図は本発明の正弦波出力を得る
手段の1実施例である。第15図は他の実施例の軸承構
成図である。
l・・・軸、2,2′・・・回転ドラム、3,3′・・
・磁性体、4,4′・・・磁気センサ、6・・・モータ
、7・・・負荷、8,8′・・・モード判別部、9,9
′・・・位置検出部、10.10’・・・切り換スイッ
チ、11・・・トルク測定部、12.12’・・・位置
出力部、13゜13′・・・速度出力部、14・・・ト
ルク出力部、51゜52.53,51’ 、52’ 、
53’・・・比較器。
R・・・MS素子、EAR,EAt・・・磁気センサ出
力、A1.Bl・・・モード判別用2相出力、AMII
AM2・・・停止時のパルス出力。
\Qノ
第 1 阻
第1の
$40
Z
I
AZ
事’7I2Il
(A’)
第11図
第170
第13固
$140Fig. 1 is a diagram of the shaft bearing configuration of a torque detection device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a detailed view of the rotating drum and magnetic sensor that constitute the torque detection device, and Fig. 3 (A) is an exploded view of the magnetic body. , FIG. 3(B) is a plan view of a magnetic sensor for this magnetic material,
Figure 4 is a diagram showing the magnetic poles recorded on the magnetic material and the output of the sensor, Figure 5 is a three-terminal connection diagram of the MR element, and Figures 6 (A) and 6 (B) are the midpoints of the three terminals. 7(A) and 7(B) are also explanatory diagrams of the method of detecting load torque based on the output waveform obtained from the magnetic sensor, and FIG. 8 is a torque detection device according to the present invention. 9 is a configuration diagram of a torque detection device showing an example of torque detection at a stop, FIG. 10 (A) is a diagram showing the relationship between the sensor output waveform and carrier wave, and FIG. 10 (B ) is an explanatory diagram of the modes from the two magnetic sensor output signals,
FIG. 11 is a block diagram of an embodiment of the method. FIG. 12 is a flowchart of torque calculation in another embodiment. FIG. 13 is a flowchart of speed detection and position detection in another embodiment. FIG. 14 shows an embodiment of the means for obtaining a sine wave output according to the present invention. FIG. 15 is a diagram of the shaft bearing configuration of another embodiment. l...shaft, 2,2'...rotating drum, 3,3'...
・Magnetic material, 4, 4'... Magnetic sensor, 6... Motor, 7... Load, 8, 8'... Mode discriminator, 9, 9
'...Position detection section, 10.10'...Selector switch, 11...Torque measurement section, 12.12'...Position output section, 13゜13'...Speed output section, 14 ...Torque output section, 51°52.53, 51', 52',
53'... Comparator. R...MS element, EAR, EAt...magnetic sensor output, A1. Bl...2-phase output for mode discrimination, AMII
AM2...Pulse output when stopped. \QNo.1 1st $40 Z I AZ thing'7I2Il (A') Figure 11 Figure 170 13th Fixed $140
Claims (1)
られた複数の角度検出器と、この複数の角度検出器によ
つて検出された角度の相対的な角度差により負荷トルク
を検出する装置に於いて前記回転軸の駆動側と負荷側に
所定の間隔をもつて取付けられ、表面に磁気信号を生成
する複数の磁極を有する複数の回転ドラムあるいは回転
ディスクと、これらそれぞれの回転ドラムあるいは回転
ディスクの前記表面に対向して配置され、かつ前記磁極
の磁界に感応して内部抵抗が変化する磁気抵抗効果素子
を具備する磁気センサを備え、前記それぞれの回転ドラ
ムあるいは回転ディスクの角度に対応した2組のほぼ正
弦波状出力磁気センサより得てこれら2組の正弦波出力
の角度差を演算して負荷トルクを検出することを特徴と
するトルク検出装置。 出することを特徴とするトルク装置。 2、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、前記各
組の正弦波出力は、各々位相の異なる多相出力としたこ
とを特徴とするトルク検出装置。 3、特許請求の範囲第2項記載のものにおいて、前記多
相出力を使用して角度を演算することを特徴とするトル
ク検出装置。 4、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、最大ト
ルク印加時の複数の回転ドラムあるいは回転ディスク間
の角度差は正弦波出力の1サイクル以内としたことを特
徴とするトルク検出装置。 5、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、正弦波
出力の1サイクル間を複数モードに分けて、角度演算を
行うことを特徴とするトルク検出装置。 6、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、磁気セ
ンサの出力信号をトルク検出の他に回転軸の位置又は速
度を演算して出力するようにしたことを特徴とするトル
ク検出装置。[Claims] 1. A plurality of angle detectors installed at predetermined intervals on a rotating shaft connecting a drive source and a load, and the relative angles of the angles detected by the plurality of angle detectors. A device for detecting load torque based on a difference includes a plurality of rotating drums or rotating disks that are attached at a predetermined distance to the drive side and load side of the rotating shaft and have a plurality of magnetic poles on their surfaces that generate magnetic signals. , a magnetic sensor provided with a magnetoresistive element disposed opposite to the surface of each of these rotating drums or rotating disks, and whose internal resistance changes in response to the magnetic field of the magnetic pole; Alternatively, a torque detection device is characterized in that the load torque is detected by calculating the angular difference between the two sets of sinusoidal outputs obtained from two sets of substantially sinusoidal output magnetic sensors corresponding to the angle of the rotating disk. A torque device that is characterized by 2. The torque detection device according to claim 1, wherein each set of sine wave outputs is a multiphase output having a different phase. 3. The torque detection device according to claim 2, characterized in that the angle is calculated using the multiphase output. 4. The torque detection device according to claim 1, wherein the angular difference between the plurality of rotating drums or rotating disks when maximum torque is applied is within one cycle of the sine wave output. 5. The torque detection device according to claim 1, characterized in that angle calculation is performed by dividing one cycle of the sine wave output into a plurality of modes. 6. A torque detection device according to claim 1, characterized in that the output signal of the magnetic sensor is not only used to detect torque, but also calculates and outputs the position or speed of a rotating shaft.
Priority Applications (10)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62253694A JPH0758231B2 (en) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | Torque detector |
KR1019880007458A KR890000890A (en) | 1987-06-22 | 1988-06-21 | Torque Detection Device |
DE3821083A DE3821083A1 (en) | 1987-06-22 | 1988-06-22 | TORQUE DETECTING DEVICE |
GB8814893A GB2207763B (en) | 1987-06-22 | 1988-06-22 | Torque detecting apparatus |
US07/209,998 US4874053A (en) | 1987-06-22 | 1988-06-22 | Torque detecting apparatus |
DE3844580A DE3844580C2 (en) | 1987-06-22 | 1988-06-22 | |
DE3844579A DE3844579C2 (en) | 1987-06-22 | 1988-06-22 | |
DE3844577A DE3844577C2 (en) | 1987-06-22 | 1988-06-22 | |
DE3844578A DE3844578C2 (en) | 1987-06-22 | 1988-06-22 | |
GB9113393A GB2245712B (en) | 1987-06-22 | 1991-06-19 | Torque detecting apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62253694A JPH0758231B2 (en) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | Torque detector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0197826A true JPH0197826A (en) | 1989-04-17 |
JPH0758231B2 JPH0758231B2 (en) | 1995-06-21 |
Family
ID=17254850
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62253694A Expired - Lifetime JPH0758231B2 (en) | 1987-06-22 | 1987-10-09 | Torque detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0758231B2 (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0346530A (en) * | 1989-07-14 | 1991-02-27 | Hitachi Ltd | Controller using torque detecting device |
DE4029828A1 (en) * | 1989-09-20 | 1991-04-25 | Hitachi Ltd | DEVICE FOR DETECTING THE ROTATIONAL ANGLE OF A ROTATING SHAFT AND ROTATION CONTROL DEVICE USING THIS DEVICE |
FR2661246A1 (en) * | 1990-04-20 | 1991-10-25 | Roulements Soc Nouvelle | DEVICE FOR MEASURING A TORQUE ON A TREE. |
JP2007093407A (en) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Ntn Corp | Method and instrument for measuring shaft torque of drive shaft |
JP2007093406A (en) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Ntn Corp | Method and instrument for measuring shaft torque of drive shaft |
JP2016095209A (en) * | 2014-11-13 | 2016-05-26 | 日本精工株式会社 | Rotating device |
JP2016095208A (en) * | 2014-11-13 | 2016-05-26 | 日本精工株式会社 | Magnetic detection device |
JPWO2020184115A1 (en) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | ||
WO2021051177A1 (en) * | 2019-09-19 | 2021-03-25 | Augusto Do Carmo Daniel | Apparatus for measuring instantaneous angular velocity |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS504784U (en) * | 1973-05-09 | 1975-01-18 | ||
JPS56107140A (en) * | 1980-01-30 | 1981-08-25 | Yaskawa Electric Mfg Co Ltd | Torque detection device |
JPS5927230A (en) * | 1982-08-07 | 1984-02-13 | Aisin Seiki Co Ltd | Torque sensor |
-
1987
- 1987-10-09 JP JP62253694A patent/JPH0758231B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS504784U (en) * | 1973-05-09 | 1975-01-18 | ||
JPS56107140A (en) * | 1980-01-30 | 1981-08-25 | Yaskawa Electric Mfg Co Ltd | Torque detection device |
JPS5927230A (en) * | 1982-08-07 | 1984-02-13 | Aisin Seiki Co Ltd | Torque sensor |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0346530A (en) * | 1989-07-14 | 1991-02-27 | Hitachi Ltd | Controller using torque detecting device |
DE4029828A1 (en) * | 1989-09-20 | 1991-04-25 | Hitachi Ltd | DEVICE FOR DETECTING THE ROTATIONAL ANGLE OF A ROTATING SHAFT AND ROTATION CONTROL DEVICE USING THIS DEVICE |
JPH03105225A (en) * | 1989-09-20 | 1991-05-02 | Hitachi Ltd | Angle sensor and torque sensor, and electric power steering apparatus controlled according to output of sensors |
US5239490A (en) * | 1989-09-20 | 1993-08-24 | Hitachi, Ltd. | Device for detecting rotation of rotary shaft and rotation controlling apparatus using the same |
DE4029828C2 (en) * | 1989-09-20 | 1994-04-07 | Hitachi Ltd | Device for detecting the angle of rotation of a rotating shaft and torque detection device and power steering device equipped therewith |
FR2661246A1 (en) * | 1990-04-20 | 1991-10-25 | Roulements Soc Nouvelle | DEVICE FOR MEASURING A TORQUE ON A TREE. |
JP2007093407A (en) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Ntn Corp | Method and instrument for measuring shaft torque of drive shaft |
JP2007093406A (en) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Ntn Corp | Method and instrument for measuring shaft torque of drive shaft |
JP2016095209A (en) * | 2014-11-13 | 2016-05-26 | 日本精工株式会社 | Rotating device |
JP2016095208A (en) * | 2014-11-13 | 2016-05-26 | 日本精工株式会社 | Magnetic detection device |
JPWO2020184115A1 (en) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | ||
WO2020184115A1 (en) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Magnetic sensor and sensor system |
US12044529B2 (en) | 2019-03-14 | 2024-07-23 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Magnetic sensor including a magnetoresistance element and sensor system |
WO2021051177A1 (en) * | 2019-09-19 | 2021-03-25 | Augusto Do Carmo Daniel | Apparatus for measuring instantaneous angular velocity |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0758231B2 (en) | 1995-06-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101721087B1 (en) | Multi-periodic absolute position sensor | |
US10495485B2 (en) | Magnetic field sensors and output signal formats for a magnetic field sensor | |
JP2002544509A (en) | Position encoders using fluxgate sensors | |
JPH0197826A (en) | Detecting device of torque | |
Miyashita et al. | Noncontact magnetic torque sensor | |
JP2016186475A (en) | Position prediction device and position detection device | |
JPH1019602A (en) | Magnetic encoder | |
JPH0197824A (en) | Detecting device of torque | |
JPS59147213A (en) | Magnetic rotary sensor | |
JP4224154B2 (en) | Self-calibration type angle detection device and detection accuracy calibration method | |
JPS62239031A (en) | Torque detecting device | |
KR20140016737A (en) | Angle sensor and rotation angle detecting system using electromagnetic induction | |
JPH0197825A (en) | Detecting device of torque | |
JP3058406B2 (en) | Rotation amount measuring device | |
JPH10311742A (en) | Position detection sensor | |
JPH0719897A (en) | Magnetic encoder | |
JPS6390733A (en) | Torque detector | |
JPH052925B2 (en) | ||
JPH0469348B2 (en) | ||
JPH07104180B2 (en) | Magnetic rotary encoder system | |
JPH0352565B2 (en) | ||
JPS63305211A (en) | Magnetic encoder for clearing absolute position | |
JPS63205516A (en) | Proximity sensor | |
JPH0430756B2 (en) | ||
JPH01272912A (en) | Magnetic encoder |