JPH0626950A - Temperature compensating device for torque measuring device - Google Patents
Temperature compensating device for torque measuring deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、トルク測定装置の温度
補償装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature compensating device for a torque measuring device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】公知のトルク測定装置として、トルク伝
達軸の外周に一対の磁気異方性部を形成し、この軸にト
ルクが印加されたときの各磁気異方性部の透磁率の変化
を、これら磁気異方性部の近傍に配置された一対の検出
コイルで検出し、両検出信号の差から、軸に作用するト
ルクの大きさを電気信号に変換するようにしたものが、
たとえば特開昭64−29723 号公報や特開昭63−33634 号
公報などにおいて提案されている。2. Description of the Related Art As a known torque measuring device, a pair of magnetic anisotropy portions are formed on the outer circumference of a torque transmission shaft, and the magnetic permeability of each magnetic anisotropy portion changes when torque is applied to the shaft. Is detected by a pair of detection coils arranged in the vicinity of these magnetic anisotropy portions, and the difference in the two detection signals is used to convert the magnitude of the torque acting on the shaft into an electric signal.
For example, it is proposed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 64-29723 and 63-33634.
【０００３】この種のトルク測定装置では、磁気異方性
部が形成された軸部分や検出コイルや励磁コイルなどに
よってセンサ部が構成されるが、このセンサ部に温度変
化が生じると、その磁気特性や電気特性が変化する。こ
の結果、センサのトルク検出特性が大きく変化して、そ
の検出精度に変動が生じる。このため、産業機械、モー
タ、エンジン、自動車など、運転時に比較的高温になる
装置のトルクを測定する際に問題となる。In this type of torque measuring device, a sensor portion is composed of a shaft portion having a magnetic anisotropy portion, a detection coil, an exciting coil, etc. The characteristics and electrical characteristics change. As a result, the torque detection characteristics of the sensor change significantly, and the detection accuracy changes. For this reason, there is a problem in measuring the torque of a device such as an industrial machine, a motor, an engine, an automobile, etc. that becomes relatively hot during operation.
【０００４】そこで、これら特開昭64−29723 号公報や
特開昭63−33634 号公報では、センサ部にサーミスタや
感温抵抗などの温度検出素子を内蔵したり、あるいは励
磁コイルの交流励磁電流を検出したりして、センサ部の
温度を検知し、その温度検知信号にもとづいてトルク検
出信号を温度補償している。Therefore, in these Japanese Patent Laid-Open Nos. 64-29723 and 63-33634, a temperature detecting element such as a thermistor or a temperature-sensitive resistor is built in the sensor unit, or an alternating exciting current of an exciting coil is used. Is detected to detect the temperature of the sensor unit, and the torque detection signal is temperature-compensated based on the temperature detection signal.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、温度検出素子
をセンサ部に内蔵したのでは、部品点数が増大し、素子
からの温度検知信号を伝達するためのケーブルが必要に
なり、センサ部の構造や組立が複雑なものとなり、素子
固有の特性上のバラツキにより精度が劣るなどの問題点
があった。However, if the temperature detecting element is incorporated in the sensor section, the number of parts increases, and a cable for transmitting a temperature detection signal from the element is required, and the structure of the sensor section is increased. In addition, the assembly becomes complicated, and the accuracy is deteriorated due to variations in characteristics peculiar to the device.
【０００６】一方、交流励磁電流を検出するものは、
軸、コイル、シールド、ケースなどコイルインピーダン
スを形成する各部品の磁気的電気的特性の温度による変
化の総和を、温度検出信号として用いている。このた
め、各部品自体やその組立時のバラツキなどが原因して
温度検出精度が悪くなる。また軸にトルクが加わると、
たとえ差動検出方式であっても、センサ部の構造、材質
が、磁気的、電気的に左右両側で完全に対称とはなり得
ないので、励磁電流がある程度変動してしまう欠点があ
る。しかも、センサ構成部品の透磁率μは高温になると
低くなり、反対にその抵抗率ρは高温になると高くなる
という特性があるが、励磁コイルのインピーダンスは、
透磁率μが低い程低く、また抵抗率ρが高い程高くなる
ため、この励磁コイルのインピーダンスの温度による変
化は、結果的に透磁率μと抵抗率ρとの各々の温度変化
が相互に打ち消し合って小さくなる。このため、温度の
変化にもとづく励磁電流の変化自体も小さくなるので、
励磁電流の検出部の回路に高感度、高精度のものが必要
になり、補償精度が十分に確保できず、また高価になっ
てしまうという問題点があった。On the other hand, the one that detects the alternating excitation current is
The sum of the changes due to temperature in the magnetic and electrical characteristics of each component forming the coil impedance, such as the shaft, coil, shield, and case, is used as the temperature detection signal. For this reason, the temperature detection accuracy deteriorates due to variations in the components themselves and their assembly. When torque is applied to the shaft,
Even in the differential detection method, the structure and material of the sensor unit cannot be magnetically and electrically completely symmetrical on the left and right sides, so that there is a drawback that the exciting current fluctuates to some extent. Moreover, there is a characteristic that the magnetic permeability μ of the sensor component becomes low at high temperature, and conversely its resistivity ρ becomes high at high temperature, but the impedance of the exciting coil is
The lower the magnetic permeability μ, the lower the resistivity ρ, and the higher the resistivity ρ, the higher the magnetic permeability.Therefore, the change in the impedance of the exciting coil with temperature results in the changes in the magnetic permeability μ and the resistivity ρ canceling each other. It becomes smaller in size. Therefore, the change itself of the exciting current due to the change of temperature is also small,
There is a problem in that the circuit of the exciting current detecting section needs to have high sensitivity and high accuracy, so that the compensation accuracy cannot be sufficiently secured and the cost becomes high.
【０００７】そこで本発明はこのような問題点を解決
し、簡単かつ安価な構成で精度良くセンサ部の温度を検
出できるようにして、確実な温度補償を行えるようにす
ることを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to solve such a problem and to make it possible to accurately detect the temperature of the sensor portion with a simple and inexpensive structure and to perform reliable temperature compensation.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、トルク伝達軸の外周面に形成された磁気異方
性部と、この磁気異方性部に対応して設けられた検出コ
イルとを備えて、前記トルク伝達軸に印加されるトルク
の大小に応じた交流信号を前記検出コイルから出力して
前記トルクの大きさを測定するようにした磁歪式のトル
ク測定装置において、前記検出コイルの直流抵抗を検出
してその温度を検出する手段と、この検出手段からの検
出信号にもとづいて前記トルク測定装置の検出特性を温
度補償する手段とを設けたものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a magnetic anisotropic portion formed on the outer peripheral surface of a torque transmission shaft, and a detection provided corresponding to the magnetic anisotropic portion. A magnetostrictive torque measuring device having a coil and measuring the magnitude of the torque by outputting an AC signal corresponding to the magnitude of the torque applied to the torque transmission shaft from the detection coil. Means for detecting the DC resistance of the detection coil to detect its temperature, and means for temperature compensating the detection characteristic of the torque measuring device based on the detection signal from this detection means are provided.
【０００９】[0009]
【作用】検出コイルが設置された部分の温度が高温ある
いは低温になれば、それに応じて検出コイルの直流抵抗
が増減する。コイル銅線の体積抵抗率ρの 0-100℃の平
均温度係数α0,100 は、 α0,100 ＝（ρ100 −ρ0 ）／（100 ・ρ0 ） で表される。具体的には α0,100 ＝4.3 ×10-3 とし
て確認されており、このバラツキはきわめて少ない〔た
だし、ρ20＝1.72×10-8（Ω・ｍ）〕。したがって、こ
の直流抵抗を検出すれば、それに対応して検出コイルの
温度すなわちセンサ温度が検出できることになる。When the temperature of the portion where the detection coil is installed becomes high or low, the DC resistance of the detection coil increases or decreases accordingly. The average temperature coefficient α 0,100 of 0 to 100 ° C. of the volume resistivity ρ of the coil copper wire is represented by α 0,100 = (ρ 100 −ρ 0 ) / (100 · ρ 0 ). Specifically, it was confirmed that α 0,100 = 4.3 × 10 -3 , and this variation is extremely small (however, ρ 20 = 1.72 × 10 -8 (Ω · m)). Therefore, if this DC resistance is detected, the temperature of the detection coil, that is, the sensor temperature can be detected correspondingly.
【００１０】このとき、トルク検出信号は交流であるた
め、周知のコンデンサなどで直流成分をカットしてやれ
ば、問題なくトルクを検知できる。すなわち、検出コイ
ルからの信号の交流成分でトルクを検知し、かつ直流成
分でセンサ温度を検知するのである。さらに、直流電流
による磁界は十分に小さいため、トルク検出精度にはな
んら影響を及ぼさない。さらに、検出コイルを一対設け
て、これらを逆特性に配置すれば、直流磁界は相互にキ
ャンセルされて、より高精度のトルク検出が可能とな
る。At this time, since the torque detection signal is an alternating current, the torque can be detected without any problem by cutting off the direct current component with a known capacitor or the like. That is, the torque is detected by the AC component of the signal from the detection coil, and the sensor temperature is detected by the DC component. Further, since the magnetic field due to the direct current is sufficiently small, it does not affect the torque detection accuracy. Further, by providing a pair of detection coils and arranging them in reverse characteristics, the DC magnetic fields are mutually canceled, and more accurate torque detection becomes possible.
【００１１】検出コイルに代えて、この検出コイルを励
磁するための励磁コイルの直流抵抗を検出しても、同様
の作用が得られる。The same effect can be obtained by detecting the DC resistance of the exciting coil for exciting the detecting coil instead of the detecting coil.
【００１２】[0012]
【実施例】図１は本発明の第１実施例を示す。ここで１
はトルク伝達用の軸であり、軟磁性および磁歪性を有す
る材料にて形成されている。軸１の外周には、この軸１
の軸心の方向と±約45度の角度をなして互いに反対方向
に傾斜する一対の磁気異方性部２、３が、多数の溝など
によって形成されている。磁気異方性部２、３の周囲に
は、各磁気異方性部２、３に対応した一対の検出コイル
４、５と、これら検出コイル４、５を励磁するための単
一の励磁コイル６とが設けられている。検出コイル４、
５は、互いに逆特性となるように配置されている。励磁
コイル６は交流の定電圧源７に接続されている。Vex は
励磁電圧、Iex は励磁電流を示す。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. Where 1
Is a shaft for transmitting torque, and is made of a material having soft magnetism and magnetostriction. On the outer periphery of the shaft 1, this shaft 1
A plurality of grooves or the like form a pair of magnetic anisotropic portions 2 and 3 which are inclined in directions opposite to each other at an angle of ± 45 degrees with respect to the direction of the axis. Around the magnetic anisotropic portions 2 and 3, a pair of detection coils 4 and 5 corresponding to the magnetic anisotropic portions 2 and 3 and a single excitation coil for exciting the detection coils 4 and 5 are provided. And 6 are provided. Detection coil 4,
Nos. 5 and 5 are arranged so as to have mutually opposite characteristics. The exciting coil 6 is connected to an AC constant voltage source 7. Vex is the excitation voltage and Iex is the excitation current.
【００１３】各検出コイル４、５からの出力ライン８、
９は、直流成分除去用のコンデンサ10、11を介して、整
流フィルタ12、13の入力側にそれぞれ接続されている。
整流フィルタ12、13は、交流を全波整流したのち、その
実効値(RMS) を出力する。14、15はセンサ出力バランス
用の入力抵抗である。整流フィルタ12、13の出力側は、
減算のための演算器16の入力側に接続されている。演算
器16の出力側は、加算のための演算器17およびオートゲ
インコントローラ18を介して、出力端子19に導かれてい
る。Output lines 8 from the respective detection coils 4 and 5,
Reference numeral 9 is connected to the input sides of rectifying filters 12 and 13 via capacitors 10 and 11 for removing DC components, respectively.
The rectification filters 12 and 13 output the effective value (RMS) after full-wave rectifying the alternating current. 14 and 15 are input resistors for balancing the sensor output. The output side of the rectification filters 12 and 13 are
It is connected to the input side of the arithmetic unit 16 for subtraction. The output side of the calculator 16 is led to an output terminal 19 via a calculator 17 for addition and an auto gain controller 18.
【００１４】20は直流の定電圧発生器で、その第１の出
力ライン21が、分圧抵抗22、23を介して、コンデンサ1
0、11の手前側における検出コイル４、５の出力端にそ
れぞれ接続されている。そして、これら検出コイル４、
５の出力端は、整流フィルタ24、25を介して、ともに加
算のための演算器26の入力側に接続されている。整流フ
ィルタ24、25は、その入力信号から交流信号成分を除去
して直流バイアス成分のみを出力する。この演算器26の
出力側と、定電圧発生器20の第２の出力ライン27とは、
比較器28の入力側にそれぞれ接続されている。比較器28
の出力側は、演算器17の入力側に接続されるとともに、
オートゲインコントローラ18の増幅率を調節するために
このオートゲインコントローラ18にも接続されている。Reference numeral 20 is a direct current constant voltage generator, the first output line 21 of which is connected to the capacitor 1 via voltage dividing resistors 22 and 23.
They are connected to the output ends of the detection coils 4 and 5 on the front side of 0 and 11, respectively. And these detection coils 4,
The output terminal of 5 is connected to the input side of a computing unit 26 for addition through rectifying filters 24 and 25. The rectification filters 24 and 25 remove the AC signal component from the input signal and output only the DC bias component. The output side of the calculator 26 and the second output line 27 of the constant voltage generator 20 are
Each is connected to the input side of the comparator 28. Comparator 28
The output side of is connected to the input side of the computing unit 17,
The auto gain controller 18 is also connected to adjust the amplification factor of the auto gain controller 18.
【００１５】このような構成によれば、軸１に作用する
トルクにもとづく各磁気異方性部２、３での透磁率の変
化が検出コイル４、５にて検出され、これら検出コイル
４、５には、それに応じた交流出力V1、V2が現れる。図
６は、出力V1、V2の一例を示す。この交流出力V1、V2の
交流振幅は、軸１に印加されるトルクの大きさにしたが
って変化する。一方、検出コイル４、５には、定電圧発
生器20により直流電流が供給されており、出力V1、V2に
はこの直流バイアス成分が含まれている。According to this structure, the change in the magnetic permeability in each of the magnetic anisotropy portions 2 and 3 based on the torque acting on the shaft 1 is detected by the detecting coils 4 and 5, and the detecting coils 4 and 5 are detected. AC outputs V1 and V2 corresponding to them appear at 5. FIG. 6 shows an example of the outputs V1 and V2. The AC amplitude of the AC outputs V1 and V2 changes according to the magnitude of the torque applied to the shaft 1. On the other hand, the detection coils 4 and 5 are supplied with a direct current from the constant voltage generator 20, and the outputs V1 and V2 contain this direct current bias component.
【００１６】コンデンサ10、11により、定電圧発生器20
からの直流バイアス電流の影響を除去した交流成分のみ
からなる検出信号V1AC、V2ACのみを通過させ、これらを
整流フィルタ12、13に通すことで、トルクの大きさに応
じた交流出力V1、V2の交流振幅の実効値である直流出力
V1DC1 、V2DC1 が得られる。これら検出信号V1AC、V2AC
と直流出力V1DC1 、V2DC1 との例を図７および図８に示
す。A constant voltage generator 20 is provided by the capacitors 10 and 11.
The detection signals V1 AC and V2 AC consisting only of the AC component from which the influence of the DC bias current from is removed and passed through the rectification filters 12 and 13 to obtain the AC output V1 according to the magnitude of the torque. DC output, which is the effective value of the AC amplitude of V2
V1 DC1 and V2 DC1 are obtained. These detection signals V1 AC , V2 AC
7 and 8 show examples of DC output V1 DC1 and V2 DC1 .
【００１７】ところで、磁気異方性部２、３は互いに反
対方向に傾斜しているため、軸１にトルクが印加されて
一方の磁気異方性部に引張力が働くと、他方には圧縮力
が働く。このため、たとえば一方の検出コイル４の直流
出力V1DC1 がトルクの増加にしたがって増加すると、他
方の検出コイル５の直流出力V2DC1 はそれにともなって
減少する。そこで、演算器16により両直流出力V1DC1 、
V2DC1 の差Vs(=V1DC1-V2DC1)を求めると、このVsは、図
２に示すようにトルクの変化に対応する信号となる。By the way, since the magnetic anisotropic portions 2 and 3 are inclined in opposite directions, when a torque is applied to the shaft 1 and a tensile force acts on one magnetic anisotropic portion, the other is compressed. Power works. Therefore, for example, when the DC output V1 DC1 of the one detection coil 4 increases as the torque increases, the DC output V2 DC1 of the other detection coil 5 decreases accordingly. Therefore, by the calculator 16, both DC outputs V1 DC1 ,
When the difference Vs of V2 DC1 (= V1 DC1 -V2 DC1 ) is obtained, this Vs becomes a signal corresponding to the change in torque as shown in FIG.
【００１８】定電圧発生器20から第１の出力ライン21を
経て供給された直流の基準電圧は、検出コイル４、５の
直流抵抗と抵抗22、23とによって分圧される。そこで、
整流フィルタ24、25により、検出コイル４、５の端子に
発生する出力V1、V2から交流信号成分を除去してその直
流バイアス電圧成分のみを通過させ、直流信号V1DC2、V
2DC2 を得る。図９は、この直流信号V1DC2 、V2DC2 の
一例を示す。The DC reference voltage supplied from the constant voltage generator 20 via the first output line 21 is divided by the DC resistances of the detection coils 4 and 5 and the resistors 22 and 23. Therefore,
The rectification filters 24 and 25 remove the AC signal components from the outputs V1 and V2 generated at the terminals of the detection coils 4 and 5, and pass only the DC bias voltage components, and the DC signals V1 DC2 and V2.
2 Get DC2 . FIG. 9 shows an example of the DC signals V1 DC2 and V2 DC2 .
【００１９】検出コイル４、５の直流抵抗は、軸１に印
加されるトルクには反応しないものの、その温度すなわ
ちセンサ部の温度にしたがって変化し、たとえば高温に
なれば抵抗値が増大する。このため、検出コイル４、５
に発生する直流バイアス電圧すなわち整流フィルタ24、
25により得られる直流信号V1DC2 、V2DC2 は、印加トル
クには関係なく、温度のみに比例して変動する。したが
って、これら直流信号V1DC2 、 V2DC2 を演算器26に入
力することで、この演算器26からは、コイル温度検出信
号Vt1 が出力される。図３は、温度変化にともなう検出
信号Vt1 の変化の様子を示す。Although the direct current resistance of the detection coils 4 and 5 does not react to the torque applied to the shaft 1, it changes according to the temperature thereof, that is, the temperature of the sensor portion, and the resistance value increases at a high temperature, for example. Therefore, the detection coils 4, 5
DC bias voltage generated in the rectifier filter 24,
The DC signals V1 DC2 and V2 DC2 obtained by 25 fluctuate in proportion only to the temperature regardless of the applied torque. Therefore, by inputting these DC signals V1 DC2 and V2 DC2 into the calculator 26, the coil temperature detection signal Vt 1 is output from the calculator 26. FIG. 3 shows how the detection signal Vt 1 changes as the temperature changes.
【００２０】この検出信号Vt1 は、比較器28において、
定電圧発生器20から第２の出力ライン27を経て供給され
る他の基準電圧と比較される。そして、比較器28から温
度補償用信号Vt2 が出力され、この温度補償用信号Vt2
は、演算器16からの信号Vsとともに演算器17に入力され
る。演算器17は、温度補償用信号Vt2 にもとづき、零点
出力の変動にもとづく信号Vsの誤差を温度補償する。温
度補償用信号Vt2 は、オートゲインコントローラ18にも
入力される。オートゲインコントローラ18では、この温
度補償用信号Vt2 によってその増幅率が調整され、演算
器17からの信号に対し、トルク検出感度の変動にもとづ
く誤差の温度補償がなされる。This detection signal Vt 1 is supplied to the comparator 28.
It is compared with another reference voltage supplied from the constant voltage generator 20 via the second output line 27. Then, comparator 28 temperature compensation signal Vt 2 is outputted from the temperature compensation signal Vt 2
Is input to the calculator 17 together with the signal Vs from the calculator 16. The calculator 17 temperature-compensates the error of the signal Vs based on the fluctuation of the zero-point output based on the temperature compensation signal Vt 2 . The temperature compensation signal Vt 2 is also input to the auto gain controller 18. In the auto gain controller 18, the amplification factor is adjusted by the temperature compensating signal Vt 2 , and the signal from the calculator 17 is temperature compensated for the error based on the fluctuation of the torque detection sensitivity.
【００２１】図４は、高温時において零点の変動と感度
の変動により信号Vsに含まれる誤差を、常温時の出力特
性との比較によって説明したものである。このように温
度変化にもとづく誤差を含む信号Vsに対し、上述のよう
な零点および感度の温度補償がなされ、その結果、図５
に示すように常温時と差のない検出信号Voutが出力端子
19に現れることになる。FIG. 4 illustrates the error contained in the signal Vs due to the fluctuation of the zero point and the fluctuation of the sensitivity at a high temperature by comparing it with the output characteristic at the normal temperature. As described above, the signal Vs including the error due to the temperature change is temperature-compensated for the zero point and the sensitivity as described above, and as a result, as shown in FIG.
As shown in, the detection signal Vout that is not different from that at room temperature is output
Will appear at 19.
【００２２】図10は本発明の第２実施例を示す。ここで
は図１に示された励磁コイル６は使用せず、検出コイル
４、５に直接励磁電流を流している。すなわち、両コン
デンサ10、11の出力側どうしの間には一対の抵抗31、32
が直列に接続され、両検出コイル４、５とこれら抵抗3
1、32とでブリッジ回路を構成している。そして、検出
コイル４、５どうしの接続点と抵抗31、32どうしの接続
点との間には、交流の定電圧源33が設けられている。そ
の他の構成は、図１に示したものと同様である。FIG. 10 shows a second embodiment of the present invention. Here, the exciting coil 6 shown in FIG. 1 is not used, and the exciting current is directly applied to the detection coils 4 and 5. That is, a pair of resistors 31, 32 is provided between the output sides of both capacitors 10, 11.
Are connected in series, and both detection coils 4 and 5 and these resistors 3
A bridge circuit is composed of 1 and 32. An AC constant voltage source 33 is provided between the connection point between the detection coils 4 and 5 and the connection point between the resistors 31 and 32. Other configurations are similar to those shown in FIG.
【００２３】このような構成によれば、定電圧源33から
の電流によって検出コイル４、５が励磁されるため、励
磁コイルを有しない簡単な回路構成によって、軸１に加
えられるトルクが測定可能である。その他の温度補償の
ための動作は、図１に示したものと同様である。According to this structure, since the detection coils 4 and 5 are excited by the current from the constant voltage source 33, the torque applied to the shaft 1 can be measured with a simple circuit structure having no exciting coil. Is. Other operations for temperature compensation are the same as those shown in FIG.
【００２４】図11は本発明の第３実施例を示す。ここで
は、整流フィルタ24、25からの出力信号V1DC2 、V2DC2
の差をとる演算器34が付加されている。トルク伝達軸１
の両端の温度に差があるなどによりセンサ部に温度勾配
が存在する場合には、両検出コイル４、５の温度が相違
することになり、誤差の原因となる。そこで、この温度
勾配が存在して両検出コイル４、５の温度が相違する場
合には、これら両検出コイル４、５の直流抵抗のバラン
スがくずれることを利用し、このバランスのくずれを演
算器34で検出する。FIG. 11 shows a third embodiment of the present invention. Here, the output signals from the rectifying filters 24 and 25 are V1 DC2 and V2 DC2.
An arithmetic unit 34 for calculating the difference of is added. Torque transmission shaft 1
When there is a temperature gradient in the sensor portion due to a difference in temperature between both ends of the sensor, the temperatures of the detection coils 4 and 5 are different, which causes an error. Therefore, when this temperature gradient exists and the temperatures of both detection coils 4 and 5 are different, the fact that the balance of the DC resistances of both detection coils 4 and 5 is disrupted is used, and this disruption of the balance is calculated by a calculator. Detect at 34.
【００２５】バランスのくずれがあると、演算器34から
温度勾配補償用信号Vt3 が出力され、この信号Vt3 は演
算器17とオートゲインコントローラ18とに入力される。
そして、これら演算器17およびオートゲインコントロー
ラ18では、上述の零点および感度に関する温度補償のみ
ならず、温度勾配についての補償もなされる。When the balance is lost, the temperature gradient compensation signal Vt 3 is output from the calculator 34, and this signal Vt 3 is input to the calculator 17 and the automatic gain controller 18.
Then, in the computing unit 17 and the auto gain controller 18, not only the temperature compensation regarding the zero point and the sensitivity described above but also the compensation regarding the temperature gradient is performed.
【００２６】図12は本発明の第４実施例を示す。ここで
は、トルク伝達軸１の外周面には単一の磁気異方性部２
しか形成されておらず、これに対応した検出コイル４も
一つだけしか設けられていない。なぜなら、先に説明し
た公知の温度検出手段のように、回路内に設けられた感
温抵抗や交流励磁抵抗などを検出するものでは、互いに
逆方向に傾斜する一対の磁気異方性部およびそれに対応
した一対の検出コイルなどを用いて、不要な信号成分を
打ち消すようにしないと、正確に温度を検出することが
できない。しかし、本発明のように検出コイルの直流抵
抗を検知して温度を検出するものでは、このような信号
成分の打ち消しを行わなくても、正確な温度検出が可能
だからである。検出された温度にもとづいて零点および
感度を温度補償するための動作は、先の各実施例の場合
と同様である。FIG. 12 shows a fourth embodiment of the present invention. Here, a single magnetic anisotropic portion 2 is formed on the outer peripheral surface of the torque transmission shaft 1.
However, only one detection coil 4 corresponding thereto is provided. This is because, in the case of detecting a temperature-sensitive resistance or an alternating-current excitation resistance provided in a circuit like the known temperature detecting means described above, a pair of magnetic anisotropy portions inclined in opposite directions and The temperature cannot be accurately detected unless the unnecessary signal components are canceled by using a pair of corresponding detection coils. However, in the case of detecting the temperature by detecting the DC resistance of the detection coil as in the present invention, accurate temperature detection can be performed without canceling such signal components. The operation for temperature-compensating the zero point and the sensitivity on the basis of the detected temperature is the same as that in each of the previous embodiments.
【００２７】図13は本発明の第５実施例を示す。先の各
実施例では検出コイルの直流抵抗からセンサ部の温度を
検出しているが、ここでは、励磁コイル６の直流抵抗か
らセンサ部の温度を検出している。このため、直流の定
電圧発生器20からの第１の出力ライン21は、分圧抵抗35
を介して励磁コイル６に接続されている。36は整流フィ
ルタである。また、この接続点と交流の定電圧源７との
間には、直流成分除去用のコンデンサ37が設けられてい
る。このようなものであると、検出コイルの直流抵抗を
検出する場合と同様にセンサ部の温度を検出することが
できる。FIG. 13 shows a fifth embodiment of the present invention. Although the temperature of the sensor unit is detected from the DC resistance of the detection coil in each of the previous embodiments, the temperature of the sensor unit is detected from the DC resistance of the exciting coil 6 here. Therefore, the first output line 21 from the DC constant voltage generator 20 is connected to the voltage dividing resistor 35.
Is connected to the exciting coil 6 via. 36 is a rectifying filter. Further, a capacitor 37 for removing a DC component is provided between this connection point and the AC constant voltage source 7. With such a configuration, the temperature of the sensor unit can be detected as in the case of detecting the DC resistance of the detection coil.
【００２８】図14は本発明の第６実施例を示す。図13の
実施例では両磁気異方性部２、３にわたる長さの励磁コ
イル６が図示されているが、この実施例では、両検出コ
イル４、５と同様に、励磁コイル41、42も各磁気異方性
部に対応して一対が設けられている。43、44は直流成分
除去用のコンデンサである。このように励磁コイル41、
42を一対配置したことで、これに対応して、分圧抵抗4
5、46および整流フィルタ47、48もそれぞれ一対設けら
れている。両整流フィルタ47、48の出力側は加算のため
の演算器49の入力側に接続され、これら整流フィルタ4
7、48の出力V1exDC、V2exDCが演算器49で加算された結
果がコイル温度検出信号Vt1 となる。FIG. 14 shows a sixth embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 13, the exciting coil 6 having a length extending over both the magnetic anisotropic portions 2 and 3 is shown, but in this embodiment, like the detecting coils 4 and 5, the exciting coils 41 and 42 are also A pair is provided corresponding to each magnetic anisotropic portion. 43 and 44 are capacitors for removing DC components. Excitation coil 41,
By arranging a pair of 42, the voltage dividing resistor 4
5, 46 and rectifying filters 47, 48 are also provided in pairs. The output sides of both rectification filters 47 and 48 are connected to the input side of a computing unit 49 for addition, and these rectification filters 4 and
The outputs V1ex DC and V2ex DC of 7, 48 are added by the calculator 49, and the result is the coil temperature detection signal Vt 1 .
【００２９】さらに、このような構成によれば、図11の
実施例と同様に構成することによって、トルク伝達軸１
の両端に温度差があるなどによりセンサ部に温度勾配が
存在する場合にも、適用することが可能である。Further, according to such a constitution, the torque transmitting shaft 1 is constituted by the same constitution as that of the embodiment of FIG.
It is possible to apply even when there is a temperature gradient in the sensor part due to a temperature difference between both ends of the.
【００３０】図15は本発明の第７実施例を示す。この実
施例では、図14の実施例に比べ一対の励磁コイル41、42
が互いに逆極性に配置されている。しかも、各励磁コイ
ル41、42にそれぞれ個別の交流励磁電源50、51が接続さ
れ、これら交流励磁電源50、51は互いに位相が１８０度
ずれるように構成されている。FIG. 15 shows a seventh embodiment of the present invention. In this embodiment, compared to the embodiment of FIG. 14, the pair of exciting coils 41, 42
Are arranged in opposite polarities. Moreover, individual alternating-current excitation power sources 50 and 51 are connected to the respective excitation coils 41 and 42, and the alternating-current excitation power sources 50 and 51 are configured to be 180 degrees out of phase with each other.
【００３１】このような構成によると、励磁コイル41、
42が互いに逆極性に配置されていることから、定電圧発
生器20から供給される直流電流にもとづく磁界52、53は
互いに逆方向となって打ち消し合い、励磁電流における
直流成分の存在にもとづく測定精度の低下を防止するこ
とができる。一方、励磁コイル41、42が互いに逆極性に
配置されているにもかかわらず、両励磁電源50、51の位
相が互いに１８０度ずれていることから、結局、交流励
磁電流にもとづく磁界は両励磁コイル41、42において同
方向となるため、これらが打ち消し合うことはない。According to this structure, the exciting coil 41,
Since 42 are arranged in opposite polarities, the magnetic fields 52 and 53 based on the direct current supplied from the constant voltage generator 20 cancel each other out in opposite directions, and measurement is performed based on the presence of a direct current component in the exciting current. It is possible to prevent a decrease in accuracy. On the other hand, although the exciting coils 41 and 42 are arranged in opposite polarities, the phases of the two exciting power sources 50 and 51 are 180 degrees out of phase with each other. Since the coils 41 and 42 have the same direction, they do not cancel each other.
【００３２】このような直流成分にもとづく磁界52、53
は、両コイル41、42どうしの接近端部間で特に効果的に
打ち消されるため、これらコイル41、42どうしの間隔や
両磁気異方性部２、３どうしの間隔が狭い場合に効果的
である。またトルク伝達軸１の構成材料などの関係で磁
気異方性部のトルク検出感度が高く、直流磁界の影響が
無視できないトルク測定装置の場合には、特に効果的で
ある。Magnetic fields 52, 53 based on such DC components
Is effectively canceled between the approaching ends of the coils 41 and 42, and is effective when the distance between the coils 41 and 42 and the distance between the magnetic anisotropic portions 2 and 3 are small. is there. Further, it is particularly effective in the case of a torque measuring device in which the torque detection sensitivity of the magnetic anisotropy portion is high due to the constituent material of the torque transmission shaft 1 and the influence of the DC magnetic field cannot be ignored.
【００３３】この実施例の場合は、図示のように検出コ
イル４、５を同極性とすることで、交流出力V1、V2とし
ての誘起電圧が効率良く発生する。なお、上記本発明の
第２〜第７実施例として示した図10〜図15においても、
図１の場合と同様に、整流フィルタ12、13は入力される
信号の実効値(RMS) を得るように機能し、また整流フィ
ルタ24、25、36、47、48は入力される信号から直流成分
のみを取り出すローパスフィルタ(LPF) として機能す
る。In the case of this embodiment, the induced voltages as the AC outputs V1 and V2 are efficiently generated by setting the detection coils 4 and 5 to have the same polarity as shown in the figure. 10 to 15 shown as the second to seventh embodiments of the present invention,
As in the case of FIG. 1, the rectifying filters 12 and 13 function to obtain the effective value (RMS) of the input signal, and the rectifying filters 24, 25, 36, 47 and 48 are DC from the input signal. It functions as a low-pass filter (LPF) that extracts only the components.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上述べたように本発明によると、トル
ク測定用のコイルの直流抵抗からセンサ部の温度を検出
するようにしたため、一つのコイルで軸に印加されるト
ルクのみならず温度をも検出することができる。また、
両検出信号は交流と直流とで構成されているため、相互
に影響を与えず、しかも簡単な手法でほぼ完全に分離で
きる利点がある。As described above, according to the present invention, since the temperature of the sensor portion is detected from the DC resistance of the torque measuring coil, not only the torque applied to the shaft but also the temperature can be detected by one coil. Can also be detected. Also,
Since both detection signals are composed of alternating current and direct current, they have the advantage that they do not affect each other and can be separated almost completely by a simple method.
【００３５】また、コイルの直流抵抗のみを温度検出に
用いているため、次の効果が得られる。 (1) 磁気回路を構成している軸、シールド、ケースな
どの他の部品の磁気特性、寸法精度、組立精度に温度検
出精度が影響を受けないので、高安定度かつ高精度のも
のとすることができる。Since only the DC resistance of the coil is used for temperature detection, the following effects can be obtained. (1) Since the temperature detection accuracy is not affected by the magnetic characteristics, dimensional accuracy, and assembly accuracy of other parts such as the shaft, shield, and case that make up the magnetic circuit, it should be highly stable and accurate. be able to.
【００３６】(2) コイルの温度抵抗係数（直流抵抗）
は、他の部品を含めたコイルインピーダンスの温度係数
よりも大きく、安定しており、たとえば前述のようにα
0,100 ＝4.3 ×10-3 という値をとるため、温度検出精
度の高い回路を安価な素子で構成することができる。(2) Temperature coefficient of coil (DC resistance)
Is stable because it is larger than the temperature coefficient of the coil impedance including the other components.
Since a value of 0,100 = 4.3 × 10 -3 is taken, a circuit with high temperature detection accuracy can be constructed with inexpensive elements.
【００３７】(3) 軸にトルクが印加されても、温度検
出信号は変化しない。 (4) 電圧、電流、周波数などのセンサ励磁条件と独立
して温度を検出できるので、製造時の調整が簡単で、調
整の工数を簡略化でき、製造コストが安い。また、もち
ろんセンサ部には追加の部品は不要である。(3) Even if torque is applied to the shaft, the temperature detection signal does not change. (4) Since temperature can be detected independently of sensor excitation conditions such as voltage, current, frequency, etc., adjustment at the time of manufacture is easy, the number of adjustment steps can be simplified, and the manufacturing cost is low. Also, of course, no additional parts are required in the sensor section.
【００３８】特に、一対の励磁コイルで直流抵抗が測定
され、これら励磁コイルが互いに逆極性に配置され、各
励磁コイルにそれぞれ個別の交流励磁電源が接続され、
これら交流励磁電源は互いに位相が１８０度ずれている
ように構成することで、温度検出用の直流成分が検出結
果に及ぼす影響を効果的に排除することができる。In particular, the direct current resistance is measured with a pair of exciting coils, these exciting coils are arranged in opposite polarities, and an individual alternating current exciting power source is connected to each exciting coil.
By configuring these AC excitation power sources so that their phases are 180 degrees out of phase with each other, it is possible to effectively eliminate the influence of the temperature detection DC component on the detection result.
【図１】本発明の第１実施例にもとづくトルク測定装置
の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a torque measuring device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１の回路におけるトルク検出信号の一例を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a torque detection signal in the circuit of FIG.
【図３】図１の回路におけるコイルの温度とその直流抵
抗の検出信号との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a temperature of a coil and a detection signal of its DC resistance in the circuit of FIG.
【図４】図１の回路における常温時のトルク検出特性と
高温時の補償前のトルク検出特性とを比較して示す図て
ある。FIG. 4 is a diagram showing a comparison between a torque detection characteristic at room temperature and a torque detection characteristic before compensation at high temperature in the circuit of FIG.
【図５】図１の回路における高温時の補償後のトルク検
出特性を示す図である。5 is a diagram showing torque detection characteristics after compensation at high temperature in the circuit of FIG.
【図６】図１の回路における出力V1、V2の例を示す図で
ある。6 is a diagram showing an example of outputs V1 and V2 in the circuit of FIG.
【図７】図１の回路における検出信号V1AC、V2ACの例を
示す図である。7 is a diagram showing an example of detection signals V1 AC and V2 AC in the circuit of FIG.
【図８】図１の回路における直流出力V1DC1 、V2DC1 の
例を示す図である。8 is a diagram showing an example of DC outputs V1 DC1 and V2 DC1 in the circuit of FIG.
【図９】図１の回路における直流信号V1DC2 、V2DC2 の
例を示す図である。9 is a diagram showing an example of DC signals V1 DC2 and V2 DC2 in the circuit of FIG.
【図10】本発明の第２実施例にもとづくトルク測定装置
の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a torque measuring device based on a second embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第３実施例にもとづくトルク測定装置
の回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of a torque measuring device based on a third embodiment of the present invention.
【図12】本発明の第４実施例にもとづくトルク測定装置
の回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram of a torque measuring device based on a fourth embodiment of the present invention.
【図13】本発明の第５実施例にもとづくトルク測定装置
の回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram of a torque measuring device based on a fifth embodiment of the present invention.
【図14】本発明の第６実施例にもとづくトルク測定装置
の回路図である。FIG. 14 is a circuit diagram of a torque measuring device based on a sixth embodiment of the present invention.
【図15】本発明の第７実施例にもとづくトルク測定装置
の回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram of a torque measuring device based on a seventh embodiment of the present invention.
１ 軸 ４ 検出コイル ５ 検出コイル 20 定電圧発生器 22 分圧抵抗 23 分圧抵抗 28 比較器 1 axis 4 Detection coil 5 Detection coil 20 Constant voltage generator 22 Voltage dividing resistor 23 Voltage dividing resistor 28 Comparator
Claims (11)
異方性部と、この磁気異方性部に対応して設けられた検
出コイルとを備えて、前記トルク伝達軸に印加されるト
ルクの大小に応じた交流信号を前記検出コイルから出力
して前記トルクの大きさを測定するようにした磁歪式の
トルク測定装置のための温度補償装置であって、 前記検出コイルの直流抵抗を検出してその温度を検出す
る手段と、 この検出手段からの検出信号にもとづいて前記トルク測
定装置の検出特性を温度補償する手段と、 を有することを特徴とするトルク測定装置の温度補償装
置。1. A torque transmitting shaft, comprising: a magnetic anisotropic portion formed on an outer peripheral surface of the torque transmitting shaft; and a detection coil provided corresponding to the magnetic anisotropic portion, which is applied to the torque transmitting shaft. A temperature compensating device for a magnetostrictive torque measuring device that outputs an AC signal according to the magnitude of torque from the detection coil to measure the magnitude of the torque, and a DC resistance of the detection coil A temperature compensating device for a torque measuring device, comprising: a means for detecting the temperature and a means for temperature compensating the detection characteristic of the torque measuring device based on a detection signal from the detecting means.
を印加する手段と、検出コイルの端子電圧の直流成分の
みを検出してこの検出コイルの直流抵抗を求める手段
と、検出コイルからの出力信号より交流成分のみを取り
出してトルク検出信号を得る手段とを有することを特徴
とする請求項１記載のトルク測定装置の温度補償装置。2. A means for applying a DC voltage to the detection coil through a voltage dividing resistor, a means for detecting only the DC component of the terminal voltage of the detection coil to obtain the DC resistance of the detection coil, and a means for detecting the DC resistance of the detection coil. 2. A temperature compensating device for a torque measuring device according to claim 1, further comprising means for obtaining only the AC component from the output signal to obtain a torque detection signal.
性部が形成され、これら磁気異方性部に対応して一対の
検出コイルが配置され、かつ両検出コイルが逆極性に配
置されていることを特徴とする請求項１または２記載の
トルク測定装置の温度補償装置。3. A pair of magnetic anisotropic portions are formed on the outer peripheral surface of the torque transmission shaft, a pair of detection coils are arranged corresponding to these magnetic anisotropic portions, and both detection coils are arranged in opposite polarities. The temperature compensating device for a torque measuring device according to claim 1, wherein the temperature compensating device is provided.
と、この励磁コイルに交流電圧を供給する手段とを有す
ることを特徴とする請求項３記載のトルク測定装置の温
度補償装置。4. A temperature compensating device for a torque measuring device according to claim 3, further comprising an exciting coil for exciting the detecting coil and a means for supplying an alternating voltage to the exciting coil.
接続される一対の抵抗とによってブリッジ回路が構成さ
れ、かつ、このブリッジ回路に交流電圧を供給する手段
と、このブリッジ回路から交流信号のみを取り出す手段
とを有することを特徴とする請求項３記載のトルク測定
装置の温度補償装置。5. A bridge circuit is constituted by a pair of detection coils and a pair of resistors connected to these detection coils, and means for supplying an AC voltage to the bridge circuit and only an AC signal from the bridge circuit. 4. The temperature compensating device for a torque measuring device according to claim 3, further comprising: a means for taking out.
出コイルの直流抵抗との差から、これら検出コイルの配
置部の温度勾配を検出する手段と、この温度勾配の検出
信号にもとづいて前記トルク測定装置の検出特性を温度
補償する手段とを有することを特徴とする請求項３から
５までのいずれか１項記載のトルク測定装置の温度補償
装置。6. A means for detecting a temperature gradient in the arrangement portion of the detection coils from the difference between the DC resistance of one of the detection coils and the DC resistance of the other detection coil, and the above-mentioned means based on the detection signal of the temperature gradient. 6. The temperature compensating device for a torque measuring device according to claim 3, further comprising means for temperature compensating the detection characteristic of the torque measuring device.
性部が形成され、この磁気異方性部に対応して単一の検
出コイルが配置されていることを特徴とする請求項１ま
たは２記載のトルク測定装置の温度補償装置。7. A single magnetic anisotropic portion is formed on the outer peripheral surface of the torque transmission shaft, and a single detection coil is arranged corresponding to the magnetic anisotropic portion. Item 3. A temperature compensating device for a torque measuring device according to item 1 or 2.
異方性部と、この磁気異方性部に対応して設けられた検
出コイルと、この検出コイルを励磁するための励磁コイ
ルとを備えて、前記トルク伝達軸に印加されるトルクの
大小に応じた交流信号を前記検出コイルから出力して前
記トルクの大きさを測定するようにした磁歪式のトルク
測定装置のための温度補償装置であって、 前記励磁コイルの直流抵抗を検出してその温度を検出す
る手段と、 この検出手段からの検出信号にもとづいて前記トルク測
定装置の検出特性を温度補償する手段と、 を有することを特徴とするトルク測定装置の温度補償装
置。8. A magnetic anisotropy portion formed on the outer peripheral surface of the torque transmission shaft, a detection coil provided corresponding to the magnetic anisotropy portion, and an excitation coil for exciting the detection coil. And a temperature compensation for a magnetostrictive torque measuring device that outputs an AC signal according to the magnitude of the torque applied to the torque transmission shaft from the detection coil to measure the magnitude of the torque. A device for detecting the temperature of the exciting coil by detecting the direct current resistance of the exciting coil; and a device for compensating the detection characteristic of the torque measuring device on the basis of the detection signal from the detecting device. A temperature compensating device for a torque measuring device.
と、励磁コイルに分圧抵抗を介して直流電圧を印加する
手段と、励磁コイルの端子電圧の直流成分のみを検出し
てこの励磁コイルの直流抵抗を求める手段とを有するこ
とを特徴とする請求項８記載のトルク測定装置の温度補
償装置。9. A means for supplying an alternating voltage to the exciting coil, a means for applying a direct current voltage to the exciting coil via a voltage dividing resistor, and a means for detecting only the direct current component of the terminal voltage of the exciting coil to detect the exciting coil. 9. The temperature compensating device for a torque measuring device according to claim 8, further comprising means for determining a DC resistance.
性部が形成され、これら磁気異方性部に対応して一対の
励磁コイルが配置されていることを特徴とする請求項８
または９記載のトルク測定装置の温度補償装置。10. The pair of magnetic anisotropic portions are formed on the outer peripheral surface of the torque transmission shaft, and the pair of exciting coils are arranged corresponding to the magnetic anisotropic portions.
Or a temperature compensating device of the torque measuring device according to 9.
され、各励磁コイルにそれぞれ個別の交流励磁電源が接
続され、これら交流励磁電源は互いに位相が１８０度ず
れていることを特徴とする請求項10記載のトルク測定装
置の温度補償装置。11. The pair of exciting coils are arranged with opposite polarities to each other, and each exciting coil is connected to an individual AC exciting power source, and the AC exciting power sources are out of phase with each other by 180 degrees. Item 11. A temperature compensating device for a torque measuring device according to Item 10.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP18015892A JP2776693B2 (en) | 1992-07-08 | 1992-07-08 | Temperature compensation device for torque measuring device |
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