JPS6382330A - Torque sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は、軸に発生するトルクを検出するトルクセンサ
に関し、特に軸のねじれ角を検出することでそのトルク
を検出する方式のトルクセンサに関する。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a torque sensor that detects torque generated in a shaft, and in particular, to a torque sensor that detects the torque by detecting the torsion angle of the shaft. The present invention relates to a torque sensor of this type.
（従来の技術）
軸のトルクを検出するトルクセンサとして、例えば、特
開昭５９−１６４９３１号に示される磁歪方式のトルク
センサがある。これは軸の表面に磁歪材を固着して磁歪
膜を形成し、軸のねじれにより磁歪膜に生ずる透磁率の
変化をコイルにより検出するものである。この例ではに
ねじれが発生すればトルクを検出できるため、軸が静止
している際のトルクを検出することができる。ところが
この方式のものは、温度変化の大きな場合は軸と磁歪膜
との熱膨張係数の差異により特性変化が生じ易い。この
ため経時的に正確な検出特性を確保するのが問題となっ
ている。そこで、例えば、特開昭６０−７９２４０号に
示されるように、補正回路を備えるものが提案されてい
る。(Prior Art) As a torque sensor for detecting shaft torque, there is a magnetostrictive torque sensor disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 164931/1983. This involves fixing a magnetostrictive material to the surface of a shaft to form a magnetostrictive film, and using a coil to detect changes in magnetic permeability that occur in the magnetostrictive film due to twisting of the shaft. In this example, torque can be detected if twisting occurs in the shaft, so torque can be detected when the shaft is stationary. However, in the case of a large temperature change, characteristics of this method tend to change due to the difference in thermal expansion coefficient between the shaft and the magnetostrictive film. Therefore, it is a problem to ensure accurate detection characteristics over time. Therefore, a device equipped with a correction circuit has been proposed, as shown in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 60-79240.
これに対し、温度変化の影響の少ないトルクセンサとし
て、軸のねじれ角を検出する方式のものがある。その−
例として、特開昭５７−１６９６４１号に示されたもの
がある。これは軸上に所定の間隔をおいて磁石を配置し
、磁石による磁界の変化を磁性材に巻回したコイルに発
生するパルスとして検出する。そして両コイルに生じた
パルスの位相差を検出することにより軸のねじれを検出
する。この方式のものは温度変化に対し強い構成である
。ところが、この構成のものでは磁石が変位する事、即
ち軸が回転することが必要である。On the other hand, as a torque sensor that is less affected by temperature changes, there is a type that detects the torsion angle of the shaft. That-
An example is shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-169641. In this method, magnets are arranged at predetermined intervals on the axis, and changes in the magnetic field caused by the magnets are detected as pulses generated in a coil wound around a magnetic material. The twist of the shaft is detected by detecting the phase difference between the pulses generated in both coils. This system has a structure that is resistant to temperature changes. However, with this configuration, it is necessary for the magnet to be displaced, that is, for the shaft to rotate.
従って、軸が静止している際のトルクを検出することは
できない。Therefore, it is not possible to detect torque when the shaft is stationary.
そこで本発明は、ねじれ角を検出する方式のトルクセン
サにおいて、静止トルクの検出を可能とすることをその
目的とする。また、熱膨張等によるドリフトを極力小さ
くすることを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to enable the detection of static torque in a torque sensor that detects a torsion angle. Another purpose is to minimize drift due to thermal expansion and the like.
（問題点を解決するための手段） そこで本発明においては、以下の構成とする。 (Means for solving problems) Therefore, the present invention has the following configuration.
■ｎ極（ｎは２以上の偶数）に着磁されて、円周方向に
関して（３６０Ｘ ２／ｎ）度を１周期とする磁界の変
化を生ずるリング状磁石を２つ軸上に配する。(2) Two ring-shaped magnets that are magnetized with n-poles (n is an even number of 2 or more) and that produce a change in magnetic field with one period of (360×2/n) degrees in the circumferential direction are arranged on the axis.
■一方のリング状磁石の外周に沿って磁界検出素子を配
し、この磁界検出素子に対し１／４周期位相が異なる位
置に他の磁界検出素子を配した第１の磁界検出手段。(2) A first magnetic field detection means in which a magnetic field detection element is arranged along the outer periphery of one ring-shaped magnet, and another magnetic field detection element is arranged at a position having a 1/4 period phase difference from this magnetic field detection element.
■他方のリング状磁石の外周に沿って磁界検出素子を配
し、この磁界検出素子に対し１／４周期位相が異なる位
置に他の磁界検出素子を配した第２の磁界検出手段。(2) A second magnetic field detection means in which a magnetic field detection element is arranged along the outer periphery of the other ring-shaped magnet, and another magnetic field detection element is arranged at a position having a 1/4 cycle phase different from this magnetic field detection element.
■これら第１および第２の磁界検出手段より得られる出
力信号より、位相差を求める処理回路手段を備える。(2) A processing circuit means for calculating a phase difference from the output signals obtained from the first and second magnetic field detection means is provided.
（作用） 上記構成に基づき以下にその作用を説明する。(effect) The operation will be explained below based on the above configuration.
軸にトルクが作用した際に生ずるねじれと軸との関係は
次のようになる。即ち、第１図に示されるように、トル
ク二Ｔ、軸の長さ：Ｌ、軸の径：Ｄ、軸の剛性率：Ｇ、
ねじれ角：Δθとすると、２Ｌ
Δθ＝ −Ｔ ・・・ （１）πＧＤ″
となる。従って、このねじれ角Δθを検出することで、
軸のトルクを検出できる。The relationship between the shaft and the twist that occurs when torque is applied to the shaft is as follows. That is, as shown in Fig. 1, the torque is two T, the length of the shaft: L, the diameter of the shaft: D, the rigidity of the shaft: G,
If the torsion angle is Δθ, then 2L Δθ= −T ... (1) πGD''. Therefore, by detecting this torsion angle Δθ,
Can detect shaft torque.
次に、ｎ極に着磁されたリング状磁石２１を第２図に示
す。このリング状磁石２１の磁界は、円周方向に関して
正弦波状に変化している。そしてその周期は（３６０Ｘ
２／ｎ）度を１周期としている。この１周期に相当する
磁界の変化は第３図に示すようになる。また、この変化
はリング状磁石２１の外周に沿って磁界検出素子１を配
した際に、磁界検出素子１により検出される磁界の変化
である。Next, FIG. 2 shows a ring-shaped magnet 21 magnetized to an n-pole. The magnetic field of this ring-shaped magnet 21 changes sinusoidally in the circumferential direction. And the period is (360X
2/n) degree is one period. Changes in the magnetic field corresponding to this one cycle are shown in FIG. Further, this change is a change in the magnetic field detected by the magnetic field detecting element 1 when the magnetic field detecting element 1 is arranged along the outer periphery of the ring-shaped magnet 21.
この磁界検出素子１に対して、１／４周期位相の異なる
位置に他の磁界検出素子１′を配する。With respect to this magnetic field detecting element 1, another magnetic field detecting element 1' is arranged at a position with a 1/4 period phase different from the magnetic field detecting element 1.
第２図においては、（３６０／２ｎ）度離れた位置に配
しである。これは他の位置であっても、位相が１／４周
期に相当する位置であればよい。この磁界検出素子１゛
により検出される磁界の変化は、第３図より明らかなよ
うに余弦波状となる。In FIG. 2, they are arranged at positions (360/2n) degrees apart. This may be any other position as long as the phase corresponds to 1/4 period. As is clear from FIG. 3, the change in the magnetic field detected by the magnetic field detection element 1' has a cosine wave shape.
即ち、ＨｍＨｍ−ｃ ｏ ｓ （ｎθ／２）となる。That is, HmHm-c os (nθ/2).
但し、Ｈｍは磁石の磁界強度の最大値である。従って、
リング状磁石２１が回転すれば、２つの磁界検出素子１
および１°より正弦波状の出力信号および余弦波状の出
力信号が得られる。However, Hm is the maximum value of the magnetic field strength of the magnet. Therefore,
When the ring-shaped magnet 21 rotates, the two magnetic field detection elements 1
And from 1°, a sine wave-like output signal and a cosine wave-like output signal are obtained.
さて、リング状磁石２１即ち軸１０が角速度ωで回転す
ると、次の信号が得られる。但し、Ｅｍは後述する処理
回路手段の電源電圧Ｅおよび磁界強度Ｈｍで決まる値で
ある。Now, when the ring-shaped magnet 21, that is, the shaft 10, rotates at an angular velocity ω, the following signal is obtained. However, Em is a value determined by the power supply voltage E of the processing circuit means and the magnetic field strength Hm, which will be described later.
磁界検出素子１の出力；
ｅ １ ＝Ｅｍ−ｓｉｎ （ｎωｔ／２） −・・
（２）磁界検出素子１゛の出力；
ｅ １’ ＝Ｅｔ＊−ｃｏｓ （ｎωｔ／２） ・
−・（３）これらの信号が、第１の磁界検出手段の出力
信号として得られる。Output of magnetic field detection element 1; e 1 =Em-sin (nωt/2) -...
(2) Output of magnetic field detection element 1';e1' = Et*-cos (nωt/2) ・
-.(3) These signals are obtained as output signals of the first magnetic field detection means.
同様に第２の磁界検出手段の出力信号として次の信号が
得られる。ここで、第２の磁界検出手段が第１の磁界検
出手段に対して、Δθのねじれ角即ちΔθだけ位相がず
れたとする。Similarly, the following signal is obtained as the output signal of the second magnetic field detection means. Here, it is assumed that the second magnetic field detection means is out of phase with respect to the first magnetic field detection means by a torsion angle of Δθ, that is, by Δθ.
磁界検出素子２の出力；
ｅ ’ｌ ＝Ｅｍ ・ｓｉｎ （ｎωｔ／２−Δθ”）
・−（４）磁界検出素子２”の出゛力；
ｅ ’ｌ’ ＝Ｅｍ−ｃｏｓ （ｎωｔ／２−Δθ）
−−（５）以上の４つの信号が第１および第２の
磁界検出手段の出力信号である。これらの信号よりΔθ
の値を求めれば、上記（１）の関係より軸のトルクを検
出することができる。Output of magnetic field detection element 2; e'l = Em ・sin (nωt/2−Δθ”)
・-(4) Output power of magnetic field detection element 2''; e 'l' = Em-cos (nωt/2-Δθ)
--(5) The above four signals are the output signals of the first and second magnetic field detection means. From these signals Δθ
By finding the value of , the torque of the shaft can be detected from the relationship (1) above.
次に上記（２）〜（５）の信号よりΔθを求める一例を
示す。ここでは、ベクトル積を求める。Next, an example of determining Δθ from the signals (2) to (5) above will be shown. Here, we calculate the vector product.
ｅｌＸｅ２’
＝Ｅｍ ｓｉｎ ｎωｔ −ｃｏｓ （ｎωｔ−Δθ
）＝Ｅｍ ｓｉｎ ｎωｔ （ｃｏｓ ｎωｔ−ｃｏｓ
Δθ＋ ｓｔｎ ｎωｔ−５ｉｎΔθ）
＝Ｅｍ （ｓｉｎ ｎωｔｃｏｓｎωｔ＋Δθ０ｓｉｎ
ｎωｔ）但し、ｃｏｓ Δθ＝ｌ、ｓｉｎ Δθ＝
Δθｅ１” Ｘ１３２
＝Ｅｍ ｃｏｓ ｎωｔ −５ｉｎ （ｎωｔ−Δθ
）＝Ｆ、ｍ ｃｏｓ ｎωｔ （ｓｉｎ ｎωＬ−ｃｏ
ｓ Δθ＋ ｃｏｓ ｎωｔ−５ｉｎΔθ）
＃ｒｉｍ （ｓｉｎ ｎωｔｃｏｓｎωｔ＋Δθ’ｃｏ
ｓ ｎωｔ）但し％ ＣＯ５Δθ＝ｌ、ｓｉｎ Δθ
＝Δθ従って、
ｅｌｅ２’ −ｅｌｏ ｅ’ｌ＝Δθ・Ｅｍ （
６）これより、Δθを求めることができる。elXe2' = Em sin nωt - cos (nωt - Δθ
)=Em sin nωt (cos nωt−cos
Δθ+ stn nωt−5inΔθ) =Em (sin nωtcosnωt+Δθ0sin
nωt) However, cos Δθ=l, sin Δθ=
Δθe1” X132 = Em cos nωt −5in (nωt−Δθ
) = F, m cos nωt (sin nωL-co
s Δθ+ cos nωt−5inΔθ) #rim (sin nωtcosnωt+Δθ'co
s nωt) However, % CO5Δθ=l, sin Δθ
=Δθ Therefore, ele2' −elo e'l=Δθ・Em (
6) From this, Δθ can be found.
以上によれば、Δθが求められトルクが検出できる。ま
た、上記（６）式より明らかなように、磁石と磁界検出
素子の相対位置がどの関係にあっても成立するため、軸
が静止している際のトルクを検出することができる。According to the above, Δθ can be determined and torque can be detected. Further, as is clear from the above equation (6), since the equation holds regardless of the relationship between the relative positions of the magnet and the magnetic field detection element, it is possible to detect the torque when the shaft is stationary.
（実施例） 以下図面を参照して、本発明の１実施例を説明する。(Example) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第４図にリング状磁石２１の外周に磁界検出素子を配置
した状態を示す。リング状磁石２１はｎ極に着磁されて
いる。従って、磁界変化の１周期は（３６０Ｘ２／ｎ）
度である。第１の磁界検出素子群１１は、１／２周期に
相当するだけ離して配置された磁界検出素子１． ２．
３・・・２ｍから成る。ここで、ｍは１以上ｎ ／
２以下の整数である。FIG. 4 shows a state in which magnetic field detection elements are arranged around the outer periphery of the ring-shaped magnet 21. The ring-shaped magnet 21 is magnetized to have an n-pole. Therefore, one period of magnetic field change is (360X2/n)
degree. The first magnetic field detection element group 11 includes magnetic field detection elements 1. 2.
It consists of 3...2m. Here, m is 1 or more n/
It is an integer less than or equal to 2.
それぞれの磁界検出素子１〜２ｍは、磁性材にコイルを
巻回したピックアップを構成している。Each of the magnetic field detection elements 1 to 2m constitutes a pickup in which a coil is wound around a magnetic material.
これらのコイルは、１つおきに直列に接続されている。These coils are connected in series, every other coil.
即ち、第５図に示すようにリング状磁石２１の同じ磁極
に対向する磁界検出素子１，３．・・・２ｍ−１を直列
に接続して第１の組１１ａを構成し、他の極に対向する
磁界検出素子２，４゜・・・２ｍを直列に接続して第２
の組１１ｂを構成しである。従って、同じ組内の磁界検
出素子は互いに１周期位相が異なるように配されている
。That is, as shown in FIG. 5, magnetic field detection elements 1, 3, . ...2m-1 are connected in series to form a first set 11a, and magnetic field detection elements 2,4°...2m facing the other pole are connected in series to form a second set 11a.
This constitutes the set 11b. Therefore, the magnetic field detection elements in the same group are arranged so that their phases differ by one period from each other.
これらの第１の磁界検出素子群１１に対して、１／４周
期（３６０／２ ｎ）だけずれた位置に磁界検出素子１
′〜２ｍ”から成る第２の磁界検出素子群１１″が配さ
れている。第２の磁界検出素子群１１′ も同様に直列
に接続されて第１の組１１ａ’および第２の組１１ｂ°
を構成している。Magnetic field detection elements 1 are located at positions shifted by 1/4 period (360/2 n) with respect to these first magnetic field detection element groups 11.
A second magnetic field detection element group 11'' having a length of 2 m'' is arranged. The second magnetic field detection element group 11' is also connected in series to form a first group 11a' and a second group 11b°.
It consists of
次に第６図に処理回路手段である第１の信号処理回路６
０を示す。この例は磁気マルチバイブレーク回路６１．
６２を用いている。回路電源Ｅは第１の組１１ａと第２
の組１１ｂとの接続点より供給され、それぞれの組１１
ａ、ｌｌｂの他端が回路６１に接続されている。回路６
１は、回路発振用の抵抗Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣＩ、
Ｃ２、スイッチング用トランジスタＴｒｉ、Ｔｒ２およ
びバランス調整用の抵抗Ｒ３，Ｒ４および可変抵抗器Ｖ
Ｒとから構成されている。また、出力段にはローパスフ
ィルタＬＰＦが接続されている。Next, FIG. 6 shows a first signal processing circuit 6 which is a processing circuit means.
Indicates 0. This example is a magnetic multi-vibration circuit 61.
62 is used. The circuit power supply E is connected to the first set 11a and the second set 11a.
is supplied from the connection point with the set 11b, and each set 11
The other ends of a and llb are connected to the circuit 61. circuit 6
1 are resistors R1 and R2 for circuit oscillation, capacitor CI,
C2, switching transistors Tri, Tr2, balance adjustment resistors R3, R4, and variable resistor V
It is composed of R. Furthermore, a low pass filter LPF is connected to the output stage.
このように構成された回路において、リング状磁石２１
が第４図Ａ方向に回転すると、磁界の変化に応じて磁界
検出素子１〜２ｍのインダクタンスが変化する。この時
、第１組の磁界検出素子１〜２ｍ−１は磁石のＮ極から
Ｓ極に向かう変化であり、第２組の磁界検出素子２〜２
ｍはＳ極からＮ極に向かう変化である。従って、磁気マ
ルチバイブレーク回路６１としては、第１の組１１ａと
第２の組１１ｂの差動出力即ち、Ｎ極とＳ極の磁界の差
に応じた差動出力が得られる。このようにして得られた
差動信号をローパスフィルタＬＰＦにより交流成分を除
去して出力信号ｅ１を得る。In the circuit configured in this way, the ring-shaped magnet 21
When rotates in the direction A in FIG. 4, the inductance of the magnetic field detection elements 1 to 2m changes in accordance with the change in the magnetic field. At this time, the magnetic field detection elements 1 to 2m-1 of the first set are changing from the N pole to the S pole of the magnet, and the magnetic field detection elements 2 to 2 of the second set are
m is the change from the south pole to the north pole. Therefore, the magnetic multi-bi break circuit 61 can obtain a differential output between the first set 11a and the second set 11b, that is, a differential output corresponding to the difference between the magnetic fields of the north pole and the south pole. The AC component of the thus obtained differential signal is removed by a low pass filter LPF to obtain an output signal e1.
第２の磁界検出素子群１２に接続された磁気マルチバイ
ブレーク回路６２も同じ構成であり、同様にして出力信
号 １１が得られる。The magnetic multivib break circuit 62 connected to the second magnetic field detection element group 12 has the same configuration, and the output signal 11 is obtained in the same manner.
以上のように、本実施例では複数の磁界検出素子を直列
に接続して組を構成し、この組を１／２周期位相をずら
して２組配置することで、検出感度を向上することがで
きる。また、磁界検出素子自身の温度ドリフト等の経時
変化を打ち消すことができる。As described above, in this embodiment, detection sensitivity can be improved by connecting a plurality of magnetic field detection elements in series to form a set, and arranging two sets with a 1/2 period phase shift. can. Furthermore, changes over time such as temperature drift of the magnetic field detection element itself can be canceled out.
以上が１つの磁界検出手段の構成であり、これを軸上に
２つ配置することでトルクセンサを構成する。これを第
７図に示す。軸１０上にリング状磁石２１を配設し、磁
石２１の外周に第１の磁界検出手段３１を配設する。そ
して磁石２１より軸方向にＬだけ離してリング状磁石２
２を配設し、磁石２１の外周に第２の磁界検出手段３２
を配設する。第７図では省略したが、第１の磁界検出手
段３１には磁気マルチバイブレータ回路６１．６２が接
続されており、また第２の磁界検出手段３２にも磁気マ
ルチバイブレーク回路が同様に接続されている。The above is the configuration of one magnetic field detection means, and by arranging two of these on the axis, a torque sensor is configured. This is shown in FIG. A ring-shaped magnet 21 is arranged on the shaft 10, and a first magnetic field detection means 31 is arranged around the outer periphery of the magnet 21. Then, a ring-shaped magnet 2 is placed axially away from the magnet 21 by L.
2, and a second magnetic field detection means 32 is arranged on the outer periphery of the magnet 21.
to be placed. Although not shown in FIG. 7, magnetic multivibrator circuits 61 and 62 are connected to the first magnetic field detection means 31, and a magnetic multivibrator circuit is similarly connected to the second magnetic field detection means 32. There is.
第８図に処理回路手段である第２の信号処理回路８０を
示す。これは、前述した式（１）に基づいてΔθを計算
する回路である。それぞれの磁気マルチバイブレーク回
路より得られた出力信号ｅ１、ｅ２．ｅｌ’ 、ｅ２’
は、それぞれ乗算器８１．８２により乗算される。そ
の結果を減算器８３に入力する。減算器８３の増幅率を
１ ／ Ｅ ｍに設定しておけば、そのままΔθの値と
なる。FIG. 8 shows a second signal processing circuit 80 which is a processing circuit means. This is a circuit that calculates Δθ based on the above-mentioned equation (1). Output signals e1, e2 . obtained from the respective magnetic multi-by-break circuits. el', e2'
are multiplied by multipliers 81 and 82, respectively. The result is input to the subtracter 83. If the amplification factor of the subtractor 83 is set to 1/E m, the value becomes the value of Δθ.
次に上記実施例の検出特性を第９図および第１０図に示
す。この例では、リング状磁石として４０極に着磁した
マグネットリングを使用する。磁界検出素子はアモルフ
ァス磁心を使用する。これは４１１ｍ長の零磁歪アモル
ファス・ワイヤを３本束ね、これにＯ，１ｍ径の被覆銅
線を４０回巻回したものを使用している。軸ＩＯの径（
Ｄ）は３゜鶴で、磁界検出手段間距離（Ｌ）はｌ ８０
龍である。Next, the detection characteristics of the above embodiment are shown in FIGS. 9 and 10. In this example, a magnet ring magnetized to 40 poles is used as the ring-shaped magnet. The magnetic field detection element uses an amorphous magnetic core. This uses three 411 m long zero magnetostrictive amorphous wires bundled together and a coated copper wire of 0.1 m diameter wound 40 times around this bundle. Diameter of axis IO (
D) is 3°, and the distance between magnetic field detection means (L) is l 80
It's a dragon.
第９図に磁界検出素子の個数による検出特性の比較を示
す。この波形は磁界検出手段の磁気マルチバイブレーク
の出力波形を示している。第９図の（ａ）はそれぞれの
磁石に対し磁界検出素子を１対配したものの検出特性で
ある。このように磁石の着磁の際のバラツキが出力波形
のピーク僅の変動として現れている。これに対し、それ
ぞれの磁石に磁界検出素子を４０対はいしたものの検出
特性を第９図（ｂ）および（Ｃ）に示す。これにより磁
石着磁のバラツキが吸収されて、ピーク値の変動が殆ど
ないことが認められる。また、低回転時の出力波形の乱
れも殆どないことが認められる。FIG. 9 shows a comparison of detection characteristics depending on the number of magnetic field detection elements. This waveform shows the output waveform of the magnetic multi-by-break of the magnetic field detection means. FIG. 9(a) shows the detection characteristics of one pair of magnetic field detection elements arranged for each magnet. In this way, variations in the magnetization of the magnets appear as slight fluctuations in the peak of the output waveform. On the other hand, FIGS. 9(b) and 9(c) show the detection characteristics when 40 pairs of magnetic field detecting elements are installed in each magnet. As a result, variations in magnetization of the magnets are absorbed, and it is recognized that there is almost no variation in the peak value. It is also observed that there is almost no disturbance in the output waveform at low rotation speeds.
第１θ図に磁界検出素子を４０対配した場合の出力特性
を示す。これは、第８図の処理回路手段の出力として測
定されたものである。これによれば極めて直線性の良い
出力信号が得られているのが認められる。Figure 1θ shows the output characteristics when 40 pairs of magnetic field detection elements are arranged. This was measured as the output of the processing circuit means of FIG. According to this, it is recognized that an output signal with extremely good linearity is obtained.
上記実施例では、位相差Δθをベクトル積を計算して求
めているが、他の方法によっても位相差を計算すること
は可能である。以下にその一例を示す。前記（２）〜（
５）の信号より次の関係が得られる。In the above embodiment, the phase difference Δθ is obtained by calculating the vector product, but it is also possible to calculate the phase difference using other methods. An example is shown below. (2) to (
The following relationship can be obtained from the signal in 5).
Δｅ
＝ｅｌ−ｅ２
＝Ｅｍ （ｓｉｎ ｎωｔ／２−５ｉｎ （ｎωｔ／
２−Δθ）〕＝Ｅｍ （ｓｉｎ ｎωｔ／２−５ｉ
ｎ ｎωｔ／２ ・ＣＯ３Δθ＋ＣＯ３ｎωｔ ０
ｓｉｎ Δθ）ζΔθ −Ｅｍ ｃｏｓ ｎωｔ／
２Δ ｅ′
＝ｅｌ’ −ｅ’ｌ’
−Ｅｍ （ｃｏｓ ｎωｔ／２ −ｃｏｓ （ｎω
ｔ／２−Δθ）〕＝Ｅｉ （ｃｏｓ ｎωｔ／２−ｃ
ｏｓ ｎωｔ／２ °ｃｏｓ Δθ＋ｓｉｎ
ｎωｔ−５ｉｎ Δθ）叫−Δθ ・Ｅｍ ｓｉｎ
ｎωｔ／２従って、
（Δｅ）ゝ＋（Δｅ＋）ゝ＝Δθ九Ｅｍ”（Ａ ｅ）’
＋ （Ａ ｅ７＝Δθ・Ｅｍ （７）よって、上記
（７）式に従って計算を行うことでΔθを求めることが
できる。Δe = el-e2 = Em (sin nωt/2-5in (nωt/
2-Δθ)]=Em (sin nωt/2-5i
n nωt/2 ・CO3Δθ+CO3nωt 0
sin Δθ)ζΔθ −Em cos nωt/
2Δ e' = el' - e'l' - Em (cos nωt/2 - cos (nω
t/2-Δθ)]=Ei (cos nωt/2-c
os nωt/2 °cos Δθ+sin
nωt-5in Δθ) scream-Δθ ・Em sin
nωt/2 Therefore, (Δe)ゝ+(Δe+)ゝ=Δθ9Em"(A e)'
+ (A e7=Δθ·Em (7) Therefore, Δθ can be obtained by performing calculation according to the above equation (7).
以上のように本実施例によれば、磁界検出素子を磁石の
全周に配置することにより、磁石の着磁のバラツキある
いは軸の振れ等による影響を極めて小さくすることがで
きる。また磁界検出素子の出力を差動的に処理すること
で感度が向上し、さらには磁界検出素子自身のバラツキ
や経時変化を打ち消すことができる。As described above, according to this embodiment, by arranging the magnetic field detection elements around the entire circumference of the magnet, the influence of variations in magnetization of the magnet, vibration of the shaft, etc. can be extremely reduced. Further, by differentially processing the output of the magnetic field detection element, sensitivity is improved, and furthermore, variations in the magnetic field detection element itself and changes over time can be canceled out.
本発明によれば、軸が静止している際のトルクが検出で
きる。また、温度変化による検出特性の変化が極めて小
さい。According to the present invention, torque can be detected when the shaft is stationary. In addition, changes in detection characteristics due to temperature changes are extremely small.
第１図は軸のねじれ角とトルクの関係を説明する図、第
２図は本発明のリング状磁石を示す図、第３図はリング
状磁石の円周方向の磁界強度を示す図、第４図は本発明
のリング状磁石と磁界検出手段を示す構成図、第５図は
本発明のリング状磁石と磁界検出手段の配置関係を示す
図、第６図は本発明の信号処理回路を示す図、第７図は
本発明のトルクセンサを示す図、第８図は本発明の信号
処理回路を示す図、第９図および第１０図は本発明のト
ルクセンサの検出特性を示す図である。Fig. 1 is a diagram explaining the relationship between the torsion angle of the shaft and torque, Fig. 2 is a diagram showing the ring-shaped magnet of the present invention, Fig. 3 is a diagram showing the magnetic field strength in the circumferential direction of the ring-shaped magnet, FIG. 4 is a block diagram showing the ring-shaped magnet and magnetic field detection means of the present invention, FIG. 5 is a diagram showing the arrangement relationship between the ring-shaped magnet and magnetic field detection means of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing the signal processing circuit of the present invention. 7 is a diagram showing the torque sensor of the present invention, FIG. 8 is a diagram showing the signal processing circuit of the present invention, and FIGS. 9 and 10 are diagrams showing the detection characteristics of the torque sensor of the present invention. be.
Claims (9)
により円周方向に〔３６０×２／ｎ〕度を１周期として
変化する磁界を生ずる、前記軸上に配された２つのリン
グ状磁石と、一方のリング状磁石の外周に沿い磁界検出
素子を配し、該磁界検出素子に対し１／４周期位相の異
なる位置に他の磁界検出素子を配した第１の磁界検出手
段と、他方のリング状磁石の外周に沿い磁界検出素子を
配し、該磁界検出素子に対し１／４周期位相の異なる位
置に他の磁界検出素子を配した第２の磁界検出手段と、
前記第１および第２の磁界検出手段の出力信号の位相差
を求める処理回路手段とを備える、トルクセンサ。(1) By magnetizing the shaft and the n-pole (n is an even number of 2 or more), a magnetic field that changes in the circumferential direction with one period of [360 x 2/n] degrees is generated. A first magnet has two ring-shaped magnets, a magnetic field detection element is arranged along the outer periphery of one of the ring-shaped magnets, and another magnetic field detection element is arranged at a position with a 1/4 period phase difference with respect to the magnetic field detection element. a second magnetic field detecting means, which includes a magnetic field detecting means, and a magnetic field detecting element disposed along the outer periphery of the other ring-shaped magnet, and another magnetic field detecting element disposed at a position with a 1/4 period phase difference from the magnetic field detecting element. and,
and processing circuit means for determining the phase difference between the output signals of the first and second magnetic field detection means.
検出素子に対し１／２周期位相の異なる位置に配された
別の磁界検出素子を備え、該磁界検出素子との差動出力
をその出力とする、前記特許請求の範囲第１項記載のト
ルクセンサ。(2) The first and second magnetic field detection means each include another magnetic field detection element arranged at a position different from the magnetic field detection element in a 1/2 cycle phase, and have a differential output with the magnetic field detection element. The torque sensor according to claim 1, wherein the output thereof is .
検出素子に対し１周期位相の異なる位置に配された磁界
検出素子を備え、同じ位相となる磁界検出素子を互いに
直列に接続した、前記特許請求の範囲第２項記載のトル
クセンサ。(3) The first and second magnetic field detecting means include magnetic field detecting elements arranged at positions with one cycle phase different from the magnetic field detecting element, and the magnetic field detecting elements having the same phase are connected in series with each other. , the torque sensor according to claim 2.
ぞれの磁界検出素子をリング状磁石の全周に渡り配した
、前記特許請求の範囲第３項記載のトルクセンサ。(4) The torque sensor according to claim 3, wherein the first and second magnetic field detection means include the respective magnetic field detection elements arranged around the entire circumference of a ring-shaped magnet.
アに巻回したコイルを備えるピックアップである、前記
特許請求の範囲第１項記載のトルクセンサ。(5) The torque sensor according to claim 1, wherein the magnetic field detection element is a pickup including a core made of a magnetic material and a coil wound around the core.
素子による磁気マルチバイブレータ回路を備える、前記
特許請求の範囲第５項記載のトルクセンサ。(6) The torque sensor according to claim 5, wherein the first and second magnetic field detection means include a magnetic multivibrator circuit using a magnetic field detection element.
ブレータ回路に接続されたローパスフィルタ回路を備え
る、前記特許請求の範囲第６項記載のトルクセンサ。(7) The torque sensor according to claim 6, wherein the first and second magnetic field detection means include a low-pass filter circuit connected to a magnetic vibrator circuit.
検出手段のそれぞれの磁界検出素子の、一方の磁界検出
素子から得られる正弦波状信号と、他方の磁界検出素子
から得られる余弦波状信号により位相差を求める、前記
特許請求の範囲第１項記載のトルクセンサ。(8) The processing circuit means generates a sine wave signal obtained from one of the magnetic field detection elements of the first and second magnetic field detection means and a cosine wave signal obtained from the other magnetic field detection element. The torque sensor according to claim 1, wherein a phase difference is determined based on a signal.
状信号とのベクトル積を計算して位相差を求める、前記
特許請求の範囲第８項記載のトルクセンサ。(9) The torque sensor according to claim 8, wherein the processing circuit means calculates a vector product of the sine wave signal and the cosine wave signal to obtain a phase difference.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22856286A JPS6382330A (en) | 1986-09-26 | 1986-09-26 | Torque sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22856286A JPS6382330A (en) | 1986-09-26 | 1986-09-26 | Torque sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6382330A true JPS6382330A (en) | 1988-04-13 |
Family
ID=16878311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22856286A Pending JPS6382330A (en) | 1986-09-26 | 1986-09-26 | Torque sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6382330A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01270627A (en) * | 1988-04-22 | 1989-10-27 | Hitachi Ltd | Torque sensor protecting apparatus |
| JP2011080783A (en) * | 2009-10-05 | 2011-04-21 | Showa Corp | Relative angle detector, rotation angle detector, and power steering device |
-
1986
- 1986-09-26 JP JP22856286A patent/JPS6382330A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01270627A (en) * | 1988-04-22 | 1989-10-27 | Hitachi Ltd | Torque sensor protecting apparatus |
| JP2011080783A (en) * | 2009-10-05 | 2011-04-21 | Showa Corp | Relative angle detector, rotation angle detector, and power steering device |
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