JPH028251B2

JPH028251B2 -

Info

Publication number: JPH028251B2
Application number: JP1223983A
Authority: JP
Inventors: Tadahiko Goto; Kyoshi Oniki; Satoshi Murakami
Original assignee: Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1983-01-28
Filing date: 1983-01-28
Publication date: 1990-02-23
Also published as: JPS59137832A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、弾性体たとえばトーシヨンバーまた
はコイルバネの捩れ角からトルクを検出する装置
に関する。

従来のトルク計で、トーシヨンバーなど弾性体
の捩れ角を、その両端に付設した交流発電機その
他の信号発生器の信号の時間差、から検出するも
のは、通常温度補正を施していない。

しかし特に温度補正手段として温度センサを付
加した従来のトルク計の温度補償回路のブロツク
図を第１図に示す。

１はトルクが検出されるトーシヨンバー、２
ａ，２ｂはトーシヨンバー１の両側に固着された
回転歯車、３ａ，３ｂは回転歯車２ａ，２ｂの回
転による磁束変化を電圧の変化としてとり出すピ
ツクアツプ、４は軸受、５はハウジング、６は温
度センサ、７は位相検出回路、８は温度検出回
路、９は除算器、１０は温度による補正をしてい
ないトルク信号、１１は温度信号、１２は温度補
正されたトルク信号である。

トーシヨンバー１に負荷されたトルクがピツク
アツプ３ａ，３ｂに生起する電圧の位相差として
位相検出回路７により検出され、温度未補正トル
ク信号１０を得る。また、トーシヨンバー１の近
傍に配設した温度センサ６からの温度を温度検出
回路８で検出し、温度信号１１がつくられる。そ
こで、温度未補正トルク信号１０を温度信号１１
に対応した補正定数で除算することにより、補正
されたトルク信号１２がトルク計出力として出力
する。

この方式で、温度センサ６をトーシヨンバー１
（弾性体）に直接はりつけてスリツプリングまた
は回転トランス（図示していない）を用いて温度
信号１１を得る方法もある（たとえば、特開昭56
−108930）。

これらの方策の欠点としては、 ○ア温度センサが必要である。

○イ温度センサの信号伝送線を配設しなければな
らない。

したがつて、装置としての設備価格が上昇し、
かつ温度センサおよびケーブル等の信号伝送線に
よる信頼性低下の問題がある。

ここにおいて本発明は、従来装置の難点を克服
し、従来手段のように温度センサやケーブルを追
加配設することなく、温度を検出しトルク計の感
度補正を行なうトルク検出装置を提供すること
を、その目的とする。

第２図は本発明の一実施例の構成を示すブロツ
ク図、第３図はその磁電変換器（所謂、ピツクア
ツプ）の構造説明図、第４図はバリウムフエライ
トマグネツトの温度特性（温度別の磁界に対応す
る磁束密度）図である。

２０は温度補正回路で、２２の整流器、２３の
単安定器、２４の除算器、２５の補助信号（定
数・バイアス）入力端、２６の加算器から構成さ
れる。２１は位相検出器、２７はスピード出力
端、２８は乗算回路（ゲインコントロール）、２
９はトルク出力端である。

なお、ピツクアツプ３ａ，３ｂは棒状のフエラ
イトマグネツト３１の両端にヨーク３２を配設し
て馬蹄形状に形成し、ヨーク３２にコイル３３が
巻装される。

トルク計の回転歯車２ａ，２ｂが回転すると、
ピツクアツプ３ａ，３ｂのヨーク３２に流れる磁
束が変化し、コイル３３にパルスまたは交流の電
圧が誘起される。

弾性体１にトルクτが働いたとき、捩り変位
Δθが生じる。捩り変位Δθによる２つのピツクア
ツプ３ａ，３ｂの誘起電圧の時間差または位相差
からトルクτの検出を行なう Δθ＝K₁・τ …(1) ここに、K₁は弾性体の弾性率、剛性率と形状
で決まる捩りやわらかさである。

弾性体１が棒状とき K₁＝32L／πD⁴G…(2) ただし、Ｄは弾性体１の直径、Ｌは長さ、Ｇは
剛性率である。

また、弾性体１がコイルバネのとき K₁＝64Dn／d⁴E …(3) ただし、Ｄはコイルの直径、ｎは巻線、ｄはコ
イルの素線径、Ｅはヤング率である。

いずれの場合も、剛性率、ヤング率などの弾性
係数の温度変化に逆比例して、捩りやわらかさ
K₁が変化し、単位トルクに対する捩り角すなわ
ち感度が変化する。

なお、すでに更正されたトルク計を別に用意し
てそれと直結して、供試トルク計を更正するが、
トルク計を更正する標準温度のとき、所定のトル
クτに対するねじれ角をΔθ₀、標準温度との温度
差Ｔのときのねじれ角をΔθと表わす。

弾性体１の温度係数をαとすると、Ｇ＝G₀（１＋αT） …(4) Ｅ＝E₀（１＋αT） …(5) とあらわされる。

ただし、G₀は標準温度での剛性率、E₀は標準
温度でのヤング率である。

(2)、(4)式から G₀（１＋αT）＝32L／πD⁴・１／K₁ なので K₁＝32L／πD⁴G₀１／１＋αT＝K₁₀／１＋αT …(6) ここに、K₁₀は標準温度での捩りやわらかさで
ある。

また、トルクτがかかつたときのトルク信号を
V〓、標準温度でトルクτがかかつたときのトル
ク信号をV〓₀とすると、 V〓＝CΔθ＝CK₁τ …(7) V〓₀＝CΔθJ＝CK₁₀τ …(8) ただし、Ｃは位相検出器２１で決まる定数であ
る。

したがつて、(7)、(8)式から V〓／V〓₀＝K₁／K₁₀＝１／１＋αT …(9) ゆえに次式がえられる。

V〓＝１／１＋αTV〓₀ …(10) 温度変化の補正に先立ち、第３図のピツクアツ
プ２ａ，２ｂ周辺の磁気回路を説明する。

ヨーク３２、回転歯車２ａの磁性体での磁気抵
抗は無視できるので、ピツクアツプまわりの磁気
回路は第５図のようになる。

３４は回転歯車２ａ内に形成される磁路、V_n
は起磁力、 V_n＝B_rL_n／μ_n L_nはフエライトマグネツト３１の長さ、 B_rは残留磁束密度、 μ_nはフエライトマグネツト３１の可逆透磁率、 R_nはフエライトマグネツト３１の磁気抵抗、 R_Lはもれ磁束の磁気抵抗、 R_Gはギヤツプでの磁気抵抗、とすると、コイル３３を通過する磁束φ_Gは φ_G＝V_n／R_n＋（１＋Ｒ／Ｒ）R_G …(11) 各磁路の断面積をマグネツト３１の断面積A_n
に等しいと仮定したとき、もれ磁束の磁路および
ギヤツプの磁路の磁気抵抗値に相当する有効磁路
長をL_LおよびL_Gとすれば、 V_n＝L_n／μ_nBr R_n＝L_n／μ_nA_n R_G＝L_G／μ₀A_n R_L＝L_L／μ₀A_n フエライトマグネツト３１の可逆透磁率μ_nは
真空の透磁率μ₀とほぼ等しいので、(11)式は φ_G＝A_nB_r／１＋（１／L_n＋１／L_L）L_G …(12) と表わされる。

回転歯車２ａ，２ｂが回ると周期的にギヤツプ
の磁路長L_Gが変わり、コイル３３を通過する磁
束φ_Gが変わる。

このときコイル３３に誘起される電圧V_Gは V_G＝Ｎdφ_G／dt ＝NA_nB_rｄ／dt｛１／１＋（１／L_n＋１／L_L）L_G｝
…（13）ただし、Ｎはコイル３３の全巻数である。

（13）式の内、残留磁束密度B_rが温度によつ
て変化し、１／１＋（１／L_n＋１／L_L）L_G は磁気回路の形状を表わすもので回転歯車２ａ，
２ｂの回転により変化する。その時間変化の大き
さは回転速度N_rに比例する。

したがつて、その直流にした大きさ_Gは _G＝A₁B_rN_r とあらわされる。ただし、A₁は定数である。

しかして第４図のように、残留磁束密度B_rの
温度変化はほぼ一定で、次のように示される。

B_r＝B_rp（１＋βT）ただし、B_rpは標準温度のときの残留磁束密度、
βは残留磁束密度の温度係数（第６図）である。

したがつて、標準温度のときのコイル３３に誘
起される電圧をV_Gpとすると、 V_G＝V_G0（１＋βT） …（14）が得られる。

この原理を適用して、第２図のトルクを検出す
る回路ブロツク図に示す一実施例が構成される。

初めに、２つのピツクアツプ３ａ，３ｂ出力を
位相検出器２１を通して、捩れ角に比例した出力
Vτを得る。

ピツクアツプの一方たとえば３ａの出力V_Gを
整流器２２を通して直流信号_Gが求められる。

また、単安定器２３でＦ／Ｖ（周波数→電圧）
変換して、温度の影響をうけない直流信号_G0を
得られる。

電圧_Gを電圧_G0で除算器２４において除算
して（１＋βT）を算出する。

この（１＋βT）と補正電圧V_R（＝β／α−１）とを加算器２６において加算してβ／α（１＋αT）となり、加算のゲインをα／βとすると（１＋αT）が得られる。

｛（１＋βT）＋（β／α−１）｝α／β＝１＋αT この（１＋αT）と位相検出器２１の出力V〓
（＝１／１＋αTV〓₀）とを乗算回路２８で乗算して、温度誤差ないトルク信号V〓₀を導出する。

なお、たとえばこの実施例では弾性体１の弾性
の温度定数α−0.035％／℃であり、フエライ
トマグネツト３１の残留磁束密度B_rの温度定数
β−0.2％／℃である。

また、感温磁性体（フエライト）は弾性体１に
直接はりつけられたりしていないが、弾性体１の
回転による空気の撹拌作用で弾性体近傍に設置す
るだけで、弾性体１の温度を十分表わすことがで
きる。

第７図は、本発明の他の実施例におけるピツク
アツプの構造説明図である。

回転歯車に代えてフエライトマグネツト３１を
回転デイスク７１の円周上等間隔にうめ込んでお
り、ピツクアツプ３a′はヨーク３２とコイル３３
で形成される。信号の処理回路は第２図に同じで
ある。

第８図は、本発明の別の実施例の温度補正回路
の構成を示すブロツク図である。

起電力の温度変化すなわちその原因となるフエ
ライトマグネツト３１の磁気特性変化〔（13）式
では残留磁束密度B_r〕を演算して求めて温度検
出する別の方式である。

第２図の２つの速度検出の回路（整流器２２と
単安定器２３）の代りに積分２０１を用いる。

コイル３３に誘起されるV_Gは（13）式に導出
されているが、これを積分して ∫V_Gdt＝NA_nB_r１／１＋（１／L_n＋１／L_L）L_G …（15）が得られる。

これを、整流器またはピーク値フオロアー２０
２で整流またはピーク値フオローすると、速度に
関係しない残留磁束密度B_rに比例した信号Vφが
得られる。

Vφ＝K₂B_r〔＝K₂B_r0（１＋βT）〕 …（16）これを加算器２６で補正信号V_Rと加算し増幅
調整して、乗算回路（ゲインコントロール）２８
の一方の信号とし、他方の未補正のトルク信号
V〓に乗算され、温度補正されたトルク出力信号
V〓₀が導出される。

ところで、（１＋αT）を乗算する乗算器２８は
温度変化を100℃幅（±50℃）としても、乗算す
る数は、１＋αT＝0.98〜1.02 であるので、演算増幅器の増幅度を変える簡単な
回路ですませることができる。

かくして本発明によれば、トルク検出器に新た
な温度センサや配線などを付加することなく、ト
ルク検出のための信号（V_G）から温度情報を演
算して導出し、温度補正した正しいトルク信号を
得ることができる。つまり、本発明はトルクやス
ピードを検出する回路に一部温度補正回路を追加
するだけでよく、コストアツプとか信頼性の低下
を来すことなく、高精度化されたトルク検出装置
が実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置のブロツク図、第２図は本発
明の一実施例の構成を示すブロツク図、第３図は
そのピツクアツプの構造説明図、第４図はそのバ
リウムフエライトマグネツトの温度特性（磁界−
磁束密度）図、第５図はそのピツクアツプまわり
の磁気回路図、第６図はバリウムフエライトマグ
ネツトの温度係数特性図、第７図は本発明の他の
実施例におけるピツクアツプの構造説明図、第８
図は本発明の別の実施例における温度補正回路の
構成を表わすブロツク図である。１……弾性体（トーシヨンバー）、２ａ，２ｂ
……回転歯車、３ａ，３ｂ，３a′……磁電変換器
（ピツクアツプ）、４……軸受、５……ハウジン
グ、６……温度センサ、７……位相検出回路、８
……温度検出回路、９……除算器、１０……温度
補正しないトルク信号、１１……温度信号、１２
……温度補正されたトルク信号、２０，２００…
…温度補正回路、２１……位相検出器、２２……
整流器、２３……単安定器、２４……除算器、２
５……補正信号入力端、２６……加算器、２７…
…スピード出力端、２８……乗算回路、２９……
トルク出力端、３１……バリウムフエライトマグ
ネツト、３２……ヨーク、３３……コイル、３４
……磁路、７１……回転デイスク、２０１……積
分器、２０２……整流器またはピーク値フオロア
ー。

Claims

【特許請求の範囲】１トルクを伝達する弾性体と、この弾性体に近
接して前記弾性体の回転軸方向に互いに離隔して
設けられ、感温磁性体を含むとともに前記弾性体
の回転にしたがつて磁気抵抗が変化する磁気回路
をそれぞれ形成し、前記磁気抵抗変化に応じた電
気信号を送出する２つの磁電変換器と、前記２つの磁電変換器の出力位相差を検出する
位相検出器と、前記磁電変換器の出力から前記弾性体の温度に
関する温度補正信号を演算導出する温度補正回路
と、前記位相検出器の出力信号と前記温度補正信号
を乗算する乗算回路とを備え、前記乗算回路出力によつて前記トルクを検出す
ることを特徴とするトルク検出装置。