JPH0257931A

JPH0257931A - トルク検出装置

Info

Publication number: JPH0257931A
Application number: JP20742488A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Domon; 土門　知一; Tadahiko Kobayashi; 忠彦小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-08-23
Filing date: 1988-08-23
Publication date: 1990-02-27

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は回転軸等に印加されたトルクを非接触で検出す
るトルク検出装置に関する。

（従来の技術）トルクは、例えば回転駆動系の制御を行なう際に検出す
べき基本量の１つである。従来、トルクを検出する装置
としては、コイルばねや板ばねを用いた機械式のものが
知られているが、回転制御系のようにトルクを精密に検
出しなければならない用途には、非接触式のトルク検出
装置が要求される。

そこで、近年、このような要求を満たすトルク検出装置
としてアモルファス磁性合金の薄帯に生ずる磁気歪み効
果を利用したものが提案されている（電気学会マグネテ
ィクス研究会資料ＭＡＧ−８１−７２）　。

このトルク検出装置の原理を第７図を参照して説明する
。第５図において、トルクを検出すべき回転軸、すなわ
ちトルク伝達軸１にはアモルファス磁性合金薄帯からな
る環状磁心２が巻回されて固定されている。この環状磁
心２には、予めその周方向に対して角度θの方向を磁化
容易軸とする誘導磁気異方性Ｍ。が付与されている。ま
た、この環状磁心２に近接して図示しない検出コイルが
配置され、この検出コイルは図示しない検出回路に接続
されている。

このような構成のトルク検出装置を用い、以下のように
してトルクを検出することができる。ここで、説明を簡
単にするためにθ〉４５°、飽和磁歪定数λ３〉０とす
る。いま、トルク伝達軸１に破線矢印で示すトルクＴが
加わると、トルク伝達軸１に発生した歪み応力σが環状
磁心２に伝達され、環状磁心２には＋４５″の方向に張
力σが、４５°の方向に圧縮応力−σがそれぞれ発生す
る。

これに伴って環状磁心２には磁気歪み効果によって＋４
５°の方向に誘導磁気異方性町（＝３λ５σ）が誘導さ
れる。この結果、札と河、とが合成されて環状磁心２の
誘導磁気異方性はＭ２に変化する。この場合、環状磁心
２の内部を通過する磁束の向きが一定であれば、誘導磁
気異方性の方向が変化することにより環状磁心２におけ
る磁束貫通方向の透磁率が変化する。したがって、この
透磁率変化を例えば検出コイル及びこれに接続された検
出回路により電圧の変化として測定することができ、そ
の値からトルク伝達軸１に加えられたトルクＴを求める
ことができる。

なお、上記トルク検出装置の説明では、環状磁心２を構
成する磁性体としてアモルファス磁性合金を用いた場合
について述べたが、これに限らず軟質磁性を示すもので
あれば、例えばパーマロイ（Ｆｅ　−Ｎｉ合金）、セン
ダスト（Ｆｅ　−ＡＱ　−Ｓｉ合金）、Ｆｅ　−Ｓｉ合
金など他の磁性体を用いることができる。

以上のように磁性金属薄帯からなる環状磁心の周囲に近
接して検出コイルや検出ヘッドを設置すれば、トルクの
検出を行なうことができる。しかしながら、本発明者等
の実験によるとトルクの検出信号は、第６図に示すよう
に原点を境にして検出感度が異なったり、第７図に示す
ようにトルクの印加方向に対して検出感度に差を生じる
ことが確認された。

これは、検出ヘッドのトルク伝達軸１の周方向に対して
の角度の精度、磁性合金と検出ヘッドとのギャップの差
等の機械的な精度の違い、あるいは仮に、上記の機械的
な精度を高精度に管理しても、このトルクセンサに特有
のトルク伝達軸１に固定する環状磁心２、すなわちアモ
ルファス磁性合金などの軟磁性体の誘導磁気異方性の不
均一性等に起因しているものと考えられる。

（発明が解決しようとする課題）このように従来のトルク検出装置においては、検出感度
が種々の原因により変化して精度の良いトルク検出が行
なえなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは検出感度の差をなくし、高精度のトルク検
出が可能なトルク検出装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明においては、磁歪を有する磁性金属薄帯をトルク
伝達軸に取付け、このトルク伝達軸に加えられた回転ト
ルクに応じた磁性金属薄帯の磁気特性の変化をトルク検
出信号として検出ヘッドで非接触検出するトルク検出装
置において、トルク検出信号の変化率を所定の変化率と
するために信号感度補正を行なう感度補正手段を設けた
ことを特徴としている。

また、トルク検出信号の変化率を一定の変化率となるよ
うにしている。

（作　用）このように構成されたものにあっては、このトルク検出
装置に用いる磁性金属薄帯の誘導磁気異方性の不均一等
、克服困難な理由に基づく検出感度の不均一も補正を行
なうことによって常に均一とすることができる。したが
って高精度なトルク検出が行なえる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るトルク検出装置の機軸
的な構成図である。第１図において、図示しないモータ
等の駆動源によって回転する強磁性体からなるトルク伝
達軸１１の外周の一部には、１対の磁性金属薄帯１２．
、１２．が固定されているにれら磁性金属薄帯１２□、
１２．はアモルファス磁性合金からなり、それぞれ周方
向に対して角度θ及び角度−〇の方向に予め誘導磁気異
方性が付与されている。

トルク伝達軸１１外周には磁性金属薄帯１２□、１２□
に対し所定のギャップを隔てて近接するように、１対の
検出ヘッドが配置されている。これら検出ヘッドは、磁
性金属薄帯１２．．１２□を周方向に励磁するように配
置された、例えば酸化物磁性体からなるＵ字状に検出磁
心１３□、１３□に、それぞれ励磁巻線１４．、１４２
及び検出巻線１５１．１５□を施して構成されている。

第２図は、本発明のトルク検出装置の第１の実施例に係
る電気的構成を示す回路図である。検出磁心１３１．１
３２に施された励磁巻線１４．．１４□に駆動回路２１
が接続され定電流が印加されている。相互誘導によりト
ルク変化に応じた検出巻線１５□、１５□のインピーダ
ンス変化による電圧変化分がトルク検出信号として増幅
器２２へ入力される。

駆動回路２１には位相器２５が接続され位相検波器２３
の参照信号として用いられている。増幅器２２からのト
ルク検出信号と位相器２５からの参照信号とが位相検波
器２３へ入力され、位相検波後に積分器２４を通して直
流化されている。この積分器２４の出力には、抵抗２７
．２８．２９、ダイオード３０．３１と演算増幅器３２
による増幅器２６が接続されている。

次にこのように構成された第１の実施例に係るトルク検
出装置の動作について説明する。

検出磁心１３□、１３□に施した励磁巻線１４１．１４
２は和動結合、また検出巻線間Ｌ５．，１５□は差動結
合とし、駆動回路２１より得られる交流定電流を励磁巻
線１４１．１４．に加え、環状磁心１２□、１２□をト
ルク伝達軸１１の周方向に励磁すると、相互誘導により
検出巻、１１１５１．１５□に電圧が発生する。この電
圧は。

各巻線が巻装された検出磁心１３１．１３２、これらと
対向する磁性金属薄帯１２１．１２□および両者の間の
空隙で構成される磁気回路の磁気特性によって一義的に
決定される。いま、トルク伝達軸１１に全くトルクが加
わっていない状態において、トルク検出信号がゼロとな
る如く調整されているものとする。この状態で、上記ト
ルク伝達軸１１に例えば図中点線矢印に示すような向き
にトルクＴが加わると、磁性金属薄帯１２□、１２□に
は周方向に対して＋４５°方向に張力σが、また同一４
５°の方向に圧縮応力−σが発生する。この結果、磁性
金属薄帯１２１の誘導磁気異方性が強められ一方、磁性
金属薄帯Ｉ２□の誘導磁気異方性は弱められる。　この
ように磁性金属薄帯１２１．１２□の磁気特性が変化す
ると検出巻線１５□の両端電圧と検出巻線１５□の両端
電圧との差の電圧が生ずる。また、トルク伝達軸１１の
逆向きのトルクを印加した場合には、これらの動作は前
述と逆向きとなる。このようなトルク伝達＃１１１に加
わるトルクＴの大きさと検出巻線１５□。

１５□からの信号を位相検波し、積分器２４で直流化し
た電圧Ｖとの間の関係は従来技術で述べたように第６図
あるいは第７図に示すようなものとなる。

第６図のものにおいては、トルク印加の向きと電圧との
関係が原点を境にして非線形に変化している。

そこで、積分器２４で直流化した後に増幅器２６を用い
ることによって、第４図に示すようにトルクＴと電圧ｖ
Ｑとの間の関係を線形化することができる。増幅器２６
は抵抗２７．２８．２９とダイオード３０゜３１演算増
幅器３２から構成され、入力電圧Ｖが■〉Ｏの時の増幅
器２６の出力Ｖ。は、抵抗２７．２８．２９をＲ，、Ｒ
２，Ｒ，とした時ｖｏ＝　−（Ｒ，／Ｒ，）　ｘ　ｖ　　　　　　　−（
１）となる。又、ｖく０の時の増幅器２６の出力Ｖ。は
Ｖ、　＝　−（Ｒ，／Ｒ，）　　Ｘ　Ｖ　　　　　　　
−■となり、トルクＴの向きに対して出力電圧が原点を
境にして非線形に変化している場合には、（１）弐〇式
より抵抗２８．２９すなわちＲ，、Ｒ，を可変抵抗にし
てゲインを調整することにより第　図に示すように線形
にすることができる。

このように第１の実施例によれば、トルク印加の向きと
電圧との関係が原点を境にして非線形、すなわち、トル
クの印加方向に対して検出感度が違う時には、感度補正
を行う回路を入れることによってトルク信号を得るよう
にしているので、得られた信号にリニアリティを持たせ
ることができる。

次に本発明の第２の実施例について第３図に示す回路図
を用いて説明する。先の実施例においては可変抵抗によ
りゲインを調整しているため、第７図に示すような特性
の感度補正を行なうことは困難である。そこで、第３図
においては第１の実施例における増幅器２６の動作をマ
イコン等を含む演算処理回路３３でソフト的に補正を行
ないトルクの印加方向と電圧との関係を線形にするもの
である。第７図の特性のごとく再現性のあるものにあっ
ては、あらかじめ、トルクと電圧との関係の対応を線形
な特性となるようにメモリ等に記憶しておくことにより
どのような特性においても感度補正をすることができる
。また第６図のように原点に対して非線形な特性に対し
ては、あらかじめ感度補正のゲインを求めて記憶してお
くことにより補正できる。

このように本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施することができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明のトルク検出装置によれば、
検出ヘッドからのトルク検出信号の検出感度を補正する
ことによってトルク印加の方向と電圧との間の関係を線
形にでき精度の高い安定したトルク検出を提供するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるトルク検出装置の概略
構成図、第２図と第３図は同トルク検出装置の第１の実
施例及び第２の実施例に係る回路図、第４図は同装置の
出力電圧とトルクとの関係を示す図、第５図は従来のト
ルク検出装置の概略構成図、第６図と第７図は従来装置
の出力電圧とトルクとの関係を示す図である。１．１１・・・トルク伝達軸２　、１２．、１２．・・・磁性金属薄帯１３１．１３
□・・・検出磁心　　１４．．１４□・・・励磁巻線１
５１、１５□・・・検出巻線　　２１・・・駆動回路２
２、２６・・・増幅器　　　　２３・・・位相検波器２
４・・・積分器　　　　　　２５・・・位相器２７．２
８，２９・・・抵抗　　　　３０．３１・・・ダイオー
ド３２・・・演算増幅器２Ｓ第図第図第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】磁歪を有する磁性金属薄帯をトルク伝達軸に取付け、こ
のトルク伝達軸に加えられた回転トルクに応じた前記磁
性金属薄帯の磁気特性の変化をトルク検出信号として検
出ヘッドで非接触検出するトルク検出装置において、前記トルク検出信号の変化率を所定の変化率とするため
に信号感度補正を行なう感度補正手段を設けたことを特
徴とするトルク検出装置。