JPH01305332A - 軸の回転数の検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は軸の回転数の検出装置に関し、特にこの軸のト
ルクセンサーと一体化され定回転数検出装置に関する。

従来の技術 エンジン、モータ、産業機械駆動用の軸などのトμりを
非接触で測定可能な′トルクセンサーとして、たとえば
特許第１６９３２６号明細書に開示されるものがある。

これは、強磁性ならびに磁歪性を有する回転軸の外周に
、この回転軸の軸心方向と４５度の角度をなして互いに
反対方向に傾斜するナーリング部を形成し、各ナーリン
グ部の外周に、励磁コイｐと、互いに差動接続される検
出コイルとをそれぞれ配置したものである。

このような構成によれば、両ナーリング部により磁気異
方性が与えられ、伝達トルクにもとづくナーリング部で
の透磁率の変化が検出コイルにて検出され、この検出結
果から回転軸に作用するトルクが求められる。

発明が解決しようとする課題 しかし、このような従来のトルクセンサーは、トルクの
検出のみを目的として構成されており。

軸の回転数を検出しようとする′場合には、別途回転数
センサー金設置しなければならない。し九がって、スペ
ースを大きく必要とするうえに、コストアップにもなる
という問題点がある。

そこで本発明はこのような問題点を解決し、トルクセン
サーと回転数センサーとを一体化できるようにすること
を目的とする。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため本発明は、回転軸の軸心の方向
に対し角度をなすように、この回転軸の外周面に形成さ
れ九一対の磁気異方性部と、各磁気異方性部における透
磁率の変化を検出可能な一対のトルク検出コイルと、こ
れらトルク検出コイ／Ｉ／を収容するとともに、１１紀
磁気異方性部の外周１ｉ−覆って配置され九磁気シール
ド部と、この磁気シールド部の内部に収容され、かつそ
の端部が前記磁気異方性部に向かい合うように配置され
た回転数検出用ヨークと、この回転数検出用ヨークに巻
付けられた回転数検出コイルとを有する構成としｔもの
である。

また本発明によれば、磁気シールド部の内部に、回転数
検出用ヨークによる磁気バランスの乱れを補正するｔめ
の磁気バランス用ヨークを設けることができる。

さらに本発明によれば、磁気シールド部の内部に、トル
ク検出用コイ／Ｉ／を励磁する九めの励磁コイルを設け
、この励磁コイルによって回転数検出コイルをも動磁可
能とすることもできる。

さらに本発明によれば、トρり検出コイルの出力と回転
数検出コイルの出力とから軸動力を演算する手段全有し
ｔ構成とすることができる。

作用 このような構成によれば、トルク検出コイルにより回転
軸に作用するトルりが検出され、かつこれと同時に、回
転数検出用ヨークの端部の近傍を単位時間当りに磁気異
方性部が通過する回数を回転数検出コイルにて検出する
ことにより、回転軸の回転数が検出される。これにより
トルクセンサーと回転数センサーとが一体化され、トル
クセンサーの基本構成に大きな変更を加えることなしに
、トルクと回転数とを同時に検出可能となる。

磁気バランス用ヨークを設けることにより、センサー全
体を確実に磁気バランスさせることが可能となり、この
結果静止トルク出力値の回転角度変動や温度によるトル
クセンサーの零点変動が最少になる。

実施例 第１図〜第、５図において、１はトルク伝達用の回転軸
であり、たとえばエンジンの出力を作業装置に伝達する
几めに用いられる。回転軸１の外周面には、この回転軸
１の軸心の方向と２０〜６０度、好ましくは４５度の角
度をなして、互いに反対方向に傾斜するように形成され
た一対の磁気異方性部２．３が、所定距離をおいて設け
られている。

この磁気異方性部２．３は、たとえば第４図および第５
図に示すように回転軸１の外周面をナーリング加工する
ことによっても形成できるし、またシェブロン状アモル
ファス薄帯を回転軸１の外面に装着するなどによっても
形成できる。

両磁気異方性部２．３は筒状の磁気シールド部４で覆わ
れており、この磁気シールド部４の内部に収容されたボ
ビン５には、各磁気異方性部２゜３の周囲に配置される
一対の励磁コイル６．７と、各励磁コイル６．７の外周
に配置される一対のトｙり検出コイ／Ｌ’８．９とが巻
付けられている。励磁コイル６．７は、これら励磁コイ
ｉ’　６　＊　７に交流電圧を供給可能な励磁回路１０
に接続されている。

トルり検出コイル８．９は、これらトμり検出コイル８
，９からの検出交流電圧を直流亘圧に変換するｔめの整
流回路１１．１２に、それぞれ接続されている。両整流
回路１１．１２は減算回路１３に接続され、この減算回
路１３はトルク演算回路１４に接続されている。１５は
トルり値の出力端子である。

第２図および第５図に示すように、磁気シールド部４は
周方向ふたつ割りの構成とされている。

１６．１７はその分割部であり、この分割部１６．１７
には、第３図に示すような回転数検出用ヨーク１８と磁
気バランス用ヨーク１９とが配置されている。これらヨ
ーク１８．１９は強磁性体にて形成され、その一端が一
方の磁気異方性部２に向かい合うとともに、その他端が
他方の磁気異方性部３に向かい合うように１２！置され
る。第４図に示すように、たとえば磁気異方性部２．３
がナーりング部にて形成されている場合には、一方のヨ
ーク１８がナーリングの山部２０に向かい合うときに他
方のヨーク１９がその谷部２１に向かい合うようにして
、確実に磁気バランスがとれるようにされている。

回転数検出用゛ヨーク１８には、回転数検出コイル２２
が巻付けられている。この回転数検出コイ／Ｉ／２２は
、トルク検出コイ／ｌ／８　、　ｇとともに励磁コイル
６．７にて励磁されるようになっており、＠１図に示す
ように波形整形回路２３に接続されて、その出力波形が
矩形波に変換されるようになっている。

波形整形回ｉ！３２３は１／Ｎ割算器にて構成された回
転数演算回路２４に接続されている。２５は回転数信号
の出力端子である。

トルク演算回路１４の出力側と、回転数演算回路２４の
出力側とは、掛算回路にて構成された軸動力演算回路２
６に接続されている。２７は軸動力の出力端子である。

このような構成において、回転軸１によりトルクが伝達
される場合には、この伝達トルクにもとづき磁気異方性
部２．３の透磁率が変化する。このとき、励磁コイｉｖ
６　、７が励磁回路１０により活性化されていることか
ら、前記透磁率の変化にもとづき、トμり検出コイ／’
　８　ｅ　９の検出電圧が変化する。ここで、磁気異方
性部２．３は互いに反対方向に煩斜しているため、これ
ら磁気異方性部２．３の一方に圧縮応力が作用すると、
他方には引張応力が選択的に作用する。このため、トｐ
り検出コイ／Ｉ／８　ｓ　９のうち一方のコイルの検出
電圧はトルクの増加にしたがって増加し、反対に他方の
コイルの検出電圧は減少する。これら検出電圧の増減は
、両整流回路１１．１２の出力側において、第６図に示
すような直流出力２８．２９となって現われる。

ここで、両トルク検出コイル８．９などが磁気的にバラ
ンスされている場合には、両直流出力２８゜２９の傾斜
角度は互いに等しくなる。したがって、減算回路１３に
よりこれら直流出力２８．２９の差をとって合成すると
、第７図に示すように、トμりの変化のみを表わすトル
ク検出電圧３０が得られる。

このトルク検出電圧３０にもとづき、トμり演算回路１
４の内部で対応するトρり値が演算され、演算結果が出
力端子１５に現われる。

回転数検出コイ／ｖ２２は、トｐり検出コイ／Ｌ／３゜
９と同様に、励磁コイル６．７によって励磁されてｂる
。第８［Ｂ（ａ）は回転数検出コイ／ｖ２２の出力波形
を示し、ｔ＝ｏ以前の時刻では回転軸１は停止しており
、ｔ：＝ｏで回転を開始している。第８図（ａｌの場合
は１回転軸１が停止していたときには、回転検出用ヨー
ク１８の先端は磁気異方性部２１．３の山部２０と向か
い合っていたものである。回転軸１が回転を始めて磁気
異方性部２，３の谷部２１がヨニク１８の先端に向かい
合ったときには、このヨーク１８の先端から磁気異方性
部２．３の表面までの距離が大きくなって磁界強度が弱
くなるため、回転数検出コイル２２の出力が低下する。

回転軸１の回転により山部２０と谷部２１とが次Ａとヨ
ーク］８の位置を通過するので、第８図（ａｌ示すよう
に時間とともに繰り返し変化する波形が得られる。ここ
で３１はキャリアの波形を示し、このキャリア３１は、
励磁回路１０により励磁コイ／Ｌ／６．７に供給される
電流の周波数と等しい周波数になる。

このような回転数検出コイｙ２２の出力波形は、波形整
形回路２３により第８図（ｂ）に示すような矩形波３２
に変換される。この矩形波３２は、回転軸１の１周当り
の谷部２１の数をＮとし几１／Ｎ割算器で構成された回
転数演算回路スでカウントされ、そのときの回転軸】の
回転数が出力端子２５に出力される。たとえば、回転軸
１が５００Ｏｒｐｍで回転しており、回転軸１の外周の
３０箇所に谷部２１が形成されているとすると、１秒間
に谷部２１の２５００個分に対応する矩形波３２が回転
数演算回路２４に入力される。

第８図ｆａｌは、キャリア３１の周波数を１０，０ＯＯ
Ｈ２とした場合の、このときのトルク検出電圧を示す。

なお、各磁気異方性部２．３の山部２０と谷部２１とは
、ともに同位相で回転検出用ヨーク１８の両端にそれぞ
れ向かい合うものとする。

磁気シールド部４の内部には、回転検出用ヨーク１８の
ほかに磁気バフンス用ヨーク１９が設けられているｔめ
、強磁性体にて形成された回転検出用ヨーク１８がトル
クセンサーの磁気パヲンスを乱さないように、このセン
サー全体全磁気的にパフンスさせることができる。なお
１回転検出用ヨーク１８が実用性を害する程度に磁気バ
ランスを乱すものではない場合は、第９図に示すように
磁気パヲンス用ヨーク１９を設けなくてもよい。

第１図に示すように、トμり演算回路１４の出力と回転
数演算回路２４の出力とは、軸動力演算回路２６に入力
される。この軸動力演算回路あけ、前述のように掛算回
路にて構成されており、トルク値と回転数値とを掛は合
わせることによシ出力端子２７に軸動力全出力させる。

発明の効果 以上述べたように本発明によると、トルクセンサーと回
転数センサーとが一体化され、トルクセンサーの基本構
成に大きな変更を加えることなしに、回転軸のトルクと
回転数とを、小スペースで、安価に検出できる。

磁気バランス用ヨークを設けることにより、センサー全
体を確実に磁気バランスさせることが可能となり、静止
トμり出力値の回転角度変動や温化変化によるトルクセ
ンサーの零点変動を最少にすることができる。

トルク検出用コイルを励磁する友めの励磁コイルにて回
転数検出コイルをも励磁することにより、センサー全体
が小形になる。

軸動力を演算する手段を設けることにより、一つのセン
サーの構成でトルク、回転数および軸動力の王者をとも
に検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にもとづく軸の回転数の検出装置の概略
構成を示す図、第２図は第１図における磁気シールド部
の斜視図、第３図は第２図における回転検出用ヨークと
磁気バランス用ヨークとの斜視図、第４図は回転検出用
ヨークと磁気バランス用ヨークとの位置関係金示す因、
第５図は第２図に示した磁気シールド部を一部切欠いて
示す図。 第６図は第１図における整流回路の出力を示す図、第７
図は第１図における減・算回路の出力を示す図、第８図
は第１図における回転検出コイルおよび波形整形回路の
出力波形を示す図、第９図は磁気シールド部の他の例の
斜視図である。 １・・・回転軸、２，３・・・磁気異方性部、４・・・
磁気シールド部、６．７・・・励磁コイ／Ｉ／、８．９
・・・トルク検出コイル、１４・・・トμり演算回路、
１８・・・回転数検出用ヨーク、１９・・・磁気バラン
ス用ヨーク、２２・・・回転数検出コイル、２４・・・
回転数演算回路、２６・・・軸動力演算回路。 代理人　　　森　　木　　義　　弘 第５図 第９図 第６　図 ボー ｊｌ−ｌムク 第７図 と己

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転軸の軸心の方向に対し角度をなすように、この
   回転軸の外周面に形成された一対の磁気異方性部と、 各磁気異方性部における透磁率の変化を検出可能な一対
   のトルク検出コイルと、 これらトルク検出コイルを収容するとともに、前記磁気
   異方性部の外周を覆つて配置された磁気シールド部と、 この磁気シールド部の内部に収容され、かつその端部が
   前記磁気異方性部に向かい合うように配置された回転数
   検出用ヨークと、 この回転数検出用ヨークに巻付けられた回転数検出コイ
   ルと、 を有することを特徴とする軸の回転数の検出装置。 ２、磁気シールド部の内部に、回転数検出用ヨークによ
   る磁気バランスの乱れを補正するための磁気バランス用
   ヨークを設けたことを特徴とする請求項１記載の軸の回
   転数の検出装置。 ３、磁気シールド部の内部には、トルク検出用コイルを
   励磁するための励磁コイルが設けられ、この励磁コイル
   によつて回転数検出コイルをも励磁するように構成され
   ていることを特徴とする請求項１または２に記載の軸の
   回転数の検出装置。 ４、トルク検出コイルの出力と回転数検出コイルの出力
   とから軸動力を演算する手段を有することを特徴とする
   請求項１から３までのいずれかに記載の軸の回転数の検
   出装置。