JPH10206251A - Torque detector - Google Patents
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- JPH10206251A JPH10206251A JP1993997A JP1993997A JPH10206251A JP H10206251 A JPH10206251 A JP H10206251A JP 1993997 A JP1993997 A JP 1993997A JP 1993997 A JP1993997 A JP 1993997A JP H10206251 A JPH10206251 A JP H10206251A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁歪材を実質的にその全周に亘りトルク検出
に有効に利用することにより、トルクの検出精度を更に
一層向上させる。
【解決手段】 軸線Gに沿って延在し少なくとも外周部
が磁歪材14にて形成された軸部材12と、磁歪材表面
の一対の対向部A及びBであって軸線に沿って互いに隔
置され且つ軸線の周りに180°互いに隔置された一対
の対向部に一端にて近接して配置されたコア18A及び
18Bを有する一対の励磁コイル20A及び20Bと、
磁歪材の両側にて一対のコアの他端C及びDの間に配置
された一対の検出コイルと24A及び24Bを有する。
軸にトルクが作用すると磁歪材に軸線に対し±45°方
向に発生する引張り応力及び圧縮応力により二つの磁束
通路26A及び26Bの磁束が変化され、これが検出コ
イル24A及び24Bにより検出される。
(57) [Problem] To effectively improve the torque detection accuracy by effectively using a magnetostrictive material for torque detection over substantially the entire circumference thereof. A shaft member (12) extending along an axis (G) and having at least an outer peripheral portion formed of a magnetostrictive material (14), and a pair of opposing portions (A) and (B) on the surface of the magnetostrictive material, separated from each other along the axis. A pair of exciting coils 20A and 20B having cores 18A and 18B disposed at one end close to a pair of opposing portions that are separated from each other by 180 ° about the axis;
It has a pair of detection coils and 24A and 24B arranged between the other ends C and D of the pair of cores on both sides of the magnetostrictive material.
When a torque acts on the shaft, the magnetic flux in the two magnetic flux paths 26A and 26B is changed by the tensile stress and the compressive stress generated in the ± 45 ° direction with respect to the axis on the magnetostrictive material, and this is detected by the detection coils 24A and 24B.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、トルク検出装置に
係り、更に詳細にはトルク−磁気変換を利用したトルク
検出装置に係る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torque detecting device, and more particularly, to a torque detecting device utilizing torque-magnetic conversion.
【0002】[0002]
【従来の技術】トルク−磁気変換を利用したトルク検出
装置の一つとして、例えば特開昭62−203030号
公報に記載されている如く、円筒状のトルク伝達体の外
周面に固定された円筒状の磁歪管と、軸線方向に互いに
隔置された一対の検出コイル極と該一対の検出コイル極
を結ぶ線分を底辺とする直角二等辺三角形の頂点に対応
する位置に配置された励磁コイル極と、一対の検出コイ
ル極及び励磁コイル極を接続し支持する磁性体よりなる
筐体とを有するトルク検出装置が従来より知られてい
る。2. Description of the Related Art As one of torque detecting devices utilizing torque-magnetic conversion, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-203030, for example, a cylinder fixed to the outer peripheral surface of a cylindrical torque transmitting body. -Shaped magnetostrictive tube, and a pair of detection coil poles spaced apart from each other in the axial direction, and an excitation coil arranged at a position corresponding to a vertex of a right-angled isosceles triangle having a base connected to a line connecting the pair of detection coil poles 2. Description of the Related Art A torque detection device including a pole and a housing made of a magnetic material that connects and supports a pair of a detection coil pole and an excitation coil pole is conventionally known.
【0003】一般に軸に軸線周りのトルクが作用する
と、磁歪管には軸線に対し±45°傾斜した方向に圧縮
応力及び引張り応力が発生し、これらの応力により磁歪
効果が発生され、これにより磁歪定数が正の場合には引
張り応力の方向の透磁率が増大すると共に圧縮応力の方
向の透磁率が減少する。また透磁率の増減はトルクの方
向により定まり、透磁率の増減量はトルクの大きさによ
り定まる。Generally, when a torque around the axis acts on the shaft, a compressive stress and a tensile stress are generated in the magnetostrictive tube in a direction inclined by ± 45 ° with respect to the axis, and the magnetostrictive effect is generated by these stresses. When the constant is positive, the magnetic permeability in the direction of tensile stress increases and the magnetic permeability in the direction of compressive stress decreases. The increase or decrease of the magnetic permeability is determined by the direction of the torque, and the increase or decrease of the magnetic permeability is determined by the magnitude of the torque.
【0004】従って上記トルク検出装置によれば、励磁
コイル極によって磁歪管が交番励磁されることにより発
生される誘導磁界であって、軸に作用するトルクによる
透磁率変化が最も大きい方向、即ち軸線に対し±45°
傾斜した方向の誘導磁界の磁束の変化が検出されるの
で、例えば軸線方向の磁束の変化が検出される場合に比
して精度よく軸に作用するトルクの大きさ及び方向を検
出することができる。Therefore, according to the torque detecting device, the induced magnetic field is generated when the magnetostrictive tube is alternately excited by the exciting coil pole, and the direction in which the permeability change due to the torque acting on the shaft is largest, that is, the axis line. ± 45 ° to
Since the change in the magnetic flux of the induction magnetic field in the inclined direction is detected, the magnitude and direction of the torque acting on the shaft can be detected more accurately than when, for example, the change in the magnetic flux in the axial direction is detected. .
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の如き従
来のトルク検出装置に於いては、周方向について見て磁
歪材の一部についてしかトルクによる透磁率変化が利用
されないので、磁歪材のに於けるトルクによる透磁率変
化が有効に利用されず、そのためトルクの大きさ及び方
向の検出精度を更に向上させるためには改良の余地があ
る。However, in the conventional torque detecting device as described above, the magnetic permeability change due to the torque is used only for a part of the magnetostrictive material when viewed in the circumferential direction. The change in the magnetic permeability due to the torque at the time is not effectively used, and therefore, there is room for improvement in order to further improve the accuracy of detecting the magnitude and direction of the torque.
【0006】本発明は、周方向について見て磁歪材の一
部のみしか利用されていない従来のトルク検出装置に於
ける上述の如き問題に鑑みてなされたものであり、本発
明の主要な課題は、磁歪材を実質的にその全周に亘りト
ルク検出に有効に利用することにより、トルクの検出精
度を更に一層向上させることである。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the conventional torque detecting device in which only a part of the magnetostrictive material is used in the circumferential direction, and a main object of the present invention. Is to further improve the torque detection accuracy by effectively utilizing the magnetostrictive material for the torque detection over substantially the entire circumference.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上述の如き主要な課題
は、本発明によれば、軸線に沿って延在し少なくとも外
周部が磁歪材にて形成された軸部材と、前記磁歪材表面
の一対の対向部であって前記軸線に沿って互いに隔置さ
れ且つ前記軸線の周りに180°互いに隔置された一対
の対向部に一端にて近接して配置されたコアを有する一
対の励磁コイルと、前記磁歪材の両側にて前記一対のコ
アの他端の間に配置された一対の検出コイルとを有する
トルク検出装置(請求項1の構成)、又は軸線に沿って
延在し少なくとも外周部が磁歪材にて形成された軸部材
と、前記磁歪材表面の一対の対向部であって前記軸線に
沿って互いに隔置され且つ前記軸線の周りに180°互
いに隔置された一対の対向部に一端にて近接して配置さ
れた一対のコアと、少なくとも前記磁歪材の両側に延在
し前記一対のコアの他端を接続する接続部材と、前記一
対のコアの少なくとも一方に配置された励磁コイルと、
前記一対のコアの前記他端の間にて前記接続部材に配置
された一対の検出コイルとを有するトルク検出装置(請
求項2の構成)によって達成される。According to the present invention, a main object as described above is to provide a shaft member extending along an axis and having at least an outer peripheral portion formed of a magnetostrictive material; A pair of exciting coils each having a core disposed at one end close to a pair of opposing portions that are spaced apart from each other along the axis and 180 ° apart from each other around the axis; And a pair of detection coils disposed between the other ends of the pair of cores on both sides of the magnetostrictive material (the configuration of claim 1), or at least the outer periphery extending along the axis A shaft member formed of a magnetostrictive material, and a pair of opposing portions on the surface of the magnetostrictive material, the pair of opposing portions being spaced apart from each other along the axis and 180 ° around the axis. A pair of cores located at one end close to the A connecting member extending at least on both sides of the magnetostrictive material and connecting the other ends of the pair of cores, and an exciting coil disposed on at least one of the pair of cores;
This is achieved by a torque detection device (a configuration according to claim 2) including a pair of detection coils disposed on the connection member between the other ends of the pair of cores.
【0008】軸線の両側にて磁歪材の周りには、上記請
求項1の構成に於いては、一対のコア、磁歪材、大気、
検出コイルを通る第一及び第二の磁束通路が郭定され、
上記請求項2の構成に於いては、一対のコア、磁歪材、
大気、接続部、検出コイルを通る第一及び第二の磁束通
路が郭定されている。第一及び第二の磁束通路が励磁コ
イルにより励磁されると、一対の検出コイルには誘導起
電力が発生する。これらの構成に於いて、軸に軸線周り
のトルクが作用することにより前述の如く磁歪材に軸線
に対し±45°傾斜した方向に圧縮応力及び引張り応力
が発生されると、引張り応力の方向の透磁率が増大する
と共に圧縮応力の方向の透磁率が減少し、これにより一
方の検出コイルの誘導起電力は増大し他方の検出コイル
の誘導起電力は減少し、誘導起電力の増減及び増減量は
それぞれトルクの方向及び大きさに対応している。In the configuration according to the first aspect, the pair of cores, the magnetostrictive material, the atmosphere,
First and second magnetic flux paths through the detection coil are defined;
In the configuration of the second aspect, a pair of cores, a magnetostrictive material,
First and second magnetic flux paths through the atmosphere, connections, and sensing coils are defined. When the first and second magnetic flux paths are excited by the excitation coil, an induced electromotive force is generated in the pair of detection coils. In these configurations, when a torque around the axis acts on the shaft to generate a compressive stress and a tensile stress in the direction inclined ± 45 ° with respect to the axis as described above, the direction of the tensile stress is reduced. As the magnetic permeability increases, the magnetic permeability in the direction of the compressive stress decreases, whereby the induced electromotive force of one detection coil increases and the induced electromotive force of the other detection coil decreases. Respectively correspond to the direction and magnitude of the torque.
【0009】また第一及び第二の磁束通路は磁歪材に於
いて軸線の周りに実質的に180°の範囲に亘り延在し
ているので、磁歪材に於ける磁束通路の延在範囲が比較
的小さい従来のトルク検出装置の場合に比して、軸にト
ルクが作用することによる磁歪材の透磁率の変化が有効
に利用される。従って請求項1及び2の構成によれば、
軸に作用するトルクの大きさ及び方向が更に一層高精度
に検出される。Also, since the first and second magnetic flux paths extend substantially 180 ° around the axis in the magnetostrictive material, the extending range of the magnetic flux path in the magnetostrictive material is limited. The change in the magnetic permeability of the magnetostrictive material due to the action of the torque on the shaft is more effectively used than in the case of a comparatively small conventional torque detecting device. Therefore, according to the first and second aspects,
The magnitude and direction of the torque acting on the shaft is detected with even higher accuracy.
【0010】また本発明によれば、上述の主要な課題を
効果的に達成すべく、請求項1又は2の構成に於て、前
記一対の検出コイルは前記磁歪材の両側にて前記一対の
コアの他端を結ぶ線に沿って延在するよう構成される
(請求項3の構成)。According to the present invention, in order to effectively achieve the above-mentioned main object, in the structure of claim 1 or 2, the pair of detection coils are provided on both sides of the magnetostrictive material. It is configured to extend along a line connecting the other ends of the cores (the configuration of claim 3).
【0011】上記請求項1又は2の構成に於て、第一及
び第二の磁束通路の磁歪材の周りの部分に於いて軸にト
ルクが作用することによる磁束の変化が最も顕著に現れ
るのは一対のコアの他端を結ぶ線に沿う方向である。請
求項3の構成によれば、一対の検出コイルは磁歪材の両
側にて一対のコアの他端を結ぶ線に沿って延在している
ので、軸にトルクが作用することによる第一及び第二の
磁束通路の磁束の変化が最も効率的に検出される。According to the first or second aspect of the present invention, the change in magnetic flux due to the torque acting on the shaft in the portion of the first and second magnetic flux passages around the magnetostrictive material is most remarkable. Is a direction along a line connecting the other ends of the pair of cores. According to the configuration of the third aspect, the pair of detection coils extend along the line connecting the other ends of the pair of cores on both sides of the magnetostrictive material. A change in the magnetic flux in the second magnetic flux path is most efficiently detected.
【0012】また本発明によれば、上述の主要な課題を
効果的に達成すべく、請求項1又は2の構成に於て、前
記一対の検出コイルは前記磁歪材の両側にて前記一対の
コアの他端を結ぶ線に垂直な方向以外の方向であって前
記軸線に平行な仮想平面に沿う方向に延在するよう構成
される(請求項4の構成)。Further, according to the present invention, in order to effectively achieve the above-mentioned main object, in the structure of claim 1 or 2, the pair of detection coils are provided on both sides of the magnetostrictive material. It is configured to extend in a direction other than a direction perpendicular to a line connecting the other ends of the cores and along a virtual plane parallel to the axis (the configuration of claim 4).
【0013】上記請求項1又は2の構成に於て、磁歪材
の両側にて一対のコアの他端を結ぶ線に垂直な方向であ
って軸線に平行な仮想平面に沿う方向は等磁位面の方向
であり、一対の検出コイルが一対のコアの他端を結ぶ線
に垂直な方向以外の方向であって前記仮想平面に沿う方
向に延在していれば、一対の検出コイルにはそれらの両
端の等磁位面からの磁位差に起因する誘導起電力が発生
する。[0013] In the structure of claim 1 or 2, the direction perpendicular to a line connecting the other ends of the pair of cores on both sides of the magnetostrictive material and along a virtual plane parallel to the axis is equal magnetic potential. If the pair of detection coils extend in a direction other than the direction perpendicular to the line connecting the other ends of the pair of cores and in the direction along the virtual plane, An induced electromotive force is generated due to a magnetic potential difference from the equipotential surfaces at both ends.
【0014】またこれらの誘導起電力は軸にトルクが作
用していない場合には互いに同一であるが、軸にトルク
が作用すると一方の検出コイルの誘導起電力は増大し他
方の検出コイルの誘導起電力は減少し、誘導起電力の増
減及び増減量はそれぞれトルクの方向及び大きさに対応
している。従って請求項4の構成によれば、上記誘導起
電力の増減及び増減量により軸に作用するトルクの大き
さ及び方向が検出される。These induced electromotive forces are the same when no torque acts on the shaft. However, when torque acts on the shaft, the induced electromotive force of one detection coil increases and the induction electromotive force of the other detection coil increases. The electromotive force decreases, and the increase and decrease of the induced electromotive force correspond to the direction and magnitude of the torque, respectively. Therefore, according to the configuration of claim 4, the magnitude and direction of the torque acting on the shaft are detected based on the increase and decrease and the increase and decrease of the induced electromotive force.
【0015】また本発明によれば、上述の主要な課題を
効果的に達成すべく、上記請求項1又は2の構成に於
て、前記一対の検出コイルの出力の和に基づき前記励磁
コイルの出力若しくは前記一対の検出コイルの出力が補
正されるよう構成される(請求項5の構成)。According to the present invention, in order to effectively achieve the above-mentioned main object, in the above-mentioned structure of the first or second aspect, the excitation coil is controlled based on the sum of outputs of the pair of detection coils. The output or the output of the pair of detection coils is configured to be corrected (the configuration of claim 5).
【0016】トルクの大小及び方向に拘らず軸にトルク
が作用することによる第一及び第二の磁束通路に於ける
磁歪材の透磁率の増大量及び減少量は実質的に互いに同
一であり、従って二つの磁束通路の磁束の増大量及び磁
束の減少量は実質的に互いに同一であるので、トルク検
出装置に外乱が作用していなければ、第一及び第二の磁
束通路が励磁コイルによって励磁されることにより発生
される磁束の総和の実効値は実質的に一定であり、従っ
て一対の検出コイルの出力の和の実効値も実質的に一定
である。換言すれば、一対の検出コイルの出力の和の実
効値の変動は温度変化の如き外乱を意味する。The amount of increase and decrease of the permeability of the magnetostrictive material in the first and second magnetic flux paths due to the torque acting on the shaft regardless of the magnitude and direction of the torque is substantially the same as each other; Therefore, since the amount of increase and decrease of the magnetic flux in the two magnetic flux paths are substantially the same, the first and second magnetic flux paths are excited by the exciting coil unless a disturbance acts on the torque detecting device. The effective value of the sum of the magnetic fluxes generated by this operation is substantially constant, and therefore, the effective value of the sum of the outputs of the pair of detection coils is also substantially constant. In other words, a change in the effective value of the sum of the outputs of the pair of detection coils means a disturbance such as a temperature change.
【0017】請求項5の構成によれば、一対の検出コイ
ルの出力の和に基づいて励磁コイルの出力若しくは一対
の検出コイルの出力が補正されるので、温度変化の如き
外乱の影響を排除することが可能であり、従って上記請
求項1の構成の場合に比して更に一層トルクの検出精度
が向上する。According to the fifth aspect, the output of the exciting coil or the output of the pair of detection coils is corrected based on the sum of the outputs of the pair of detection coils, so that the influence of disturbance such as a temperature change is eliminated. Therefore, the accuracy of torque detection is further improved as compared with the configuration of the first aspect.
【0018】また本発明によれば、上述の主要な課題を
効果的に達成すべく、上記請求項1の構成に於て、前記
一対の励磁コイルの間にて前記磁歪材の周りにはフィー
ドバックコイルが配置され、前記フィードバックコイル
の出力に基づき前記励磁コイルの出力若しくは前記一対
の検出コイルの出力が補正されるよう構成され(請求項
6の構成)、また上記請求項2の構成に於て、前記励磁
コイルは前記一対のコアの一方に配置され、前記一対の
コアの他方にはフィードバックコイルが配置され、前記
フィードバックコイルの出力に基づき前記励磁コイルの
出力若しくは前記一対の検出コイルの出力が補正される
よう構成される(請求項7の構成)。According to the present invention, in order to effectively achieve the above-described main object, in the above-mentioned structure of the first aspect, a feedback is provided around the magnetostrictive material between the pair of exciting coils. A coil is arranged, and the output of the exciting coil or the output of the pair of detection coils is configured to be corrected based on the output of the feedback coil (the configuration of claim 6). The excitation coil is disposed on one of the pair of cores, and a feedback coil is disposed on the other of the pair of cores. Based on an output of the feedback coil, an output of the excitation coil or an output of the pair of detection coils is output. It is configured to be corrected (the configuration of claim 7).
【0019】請求項6及び7の構成のフィードバックコ
イルは第一及び第二の磁束通路の両方に流れる磁束によ
る誘導起電力を検出するので、これらのフィードバック
コイルの出力は請求項5の構成に於ける一対の検出コイ
ルの出力の和と同様に機能する。従って請求項6及び7
の構成によれば、請求項5の構成の場合と同様、上記請
求項1の構成の場合に比して更に一層トルクの検出精度
が向上する。Since the feedback coils of the sixth and seventh aspects detect the induced electromotive force due to the magnetic flux flowing through both the first and second magnetic flux paths, the output of these feedback coils is the same as that of the fifth aspect. It functions similarly to the sum of the outputs of a pair of detection coils. Accordingly, claims 6 and 7
According to the configuration, the torque detection accuracy is further improved as in the case of the fifth aspect, as compared with the case of the first aspect.
【0020】[0020]
【課題解決手段の好ましい態様】本発明の一つの好まし
い態様によれば、上記請求項1乃至7の何れかの構成に
於いて、一対のコアの径方向の間隔及び軸線方向の間隔
は実質的に同一であるよう構成される。According to a preferred aspect of the present invention, in the configuration according to any one of claims 1 to 7, the radial interval and the axial interval of the pair of cores are substantially equal. Are configured to be identical to
【0021】本発明の他の一つの好ましい態様によれ
ば、上記請求項1乃至7の何れかの構成に於いて、一対
の検出コイルは一対のコアの他端より等距離の位置に配
置される。According to another preferred embodiment of the present invention, in any one of the above-mentioned constitutions, the pair of detection coils are arranged at a position equidistant from the other end of the pair of cores. You.
【0022】本発明の他の一つの好ましい態様によれ
ば、上記請求項1の構成に於いて、一対の励磁コイル及
び一対の検出コイルは軸部材の軸線に沿って延在するよ
う配置される。According to another preferred aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the pair of exciting coils and the pair of detecting coils are arranged to extend along the axis of the shaft member. .
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照しつつ、本
発明によるトルク検出装置の幾つかの実施形態について
詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Some embodiments of a torque detecting device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【0024】第一の実施形態 図1は本発明によるトルク検出装置の第一の実施形態を
示す正面図(A)及び側面図(B)、図2は第一の実施
形態の磁歪管を示す斜視図(A)及び展開図(B)であ
る。 First Embodiment FIG. 1 is a front view (A) and a side view (B) showing a first embodiment of a torque detecting device according to the present invention, and FIG. 2 shows a magnetostrictive tube of the first embodiment. It is a perspective view (A) and a development view (B).
【0025】図1に於いて、トルク検出装置10は軸線
Gに沿って互いに密に嵌合する実質的に円柱状の軸12
及び実質的に円筒状の磁歪管14と、磁歪管14の周り
にてこれに近接して配置された磁気検出器16とを含ん
でいる。軸12は低透磁率の非磁性体にて形成され、磁
歪管14は磁歪定数が正の磁歪材にて形成され、これら
は互いに焼嵌めにより一体的に嵌合されている。Referring to FIG. 1, a torque detector 10 includes a substantially cylindrical shaft 12 which fits closely along an axis G.
And includes a substantially cylindrical magnetostrictive tube 14 and a magnetic detector 16 disposed around and in close proximity to the magnetostrictive tube 14. The shaft 12 is formed of a non-magnetic material having a low magnetic permeability, and the magnetostrictive tube 14 is formed of a magnetostrictive material having a positive magnetostriction constant, and these are integrally fitted to each other by shrink fitting.
【0026】磁気検出器16は軟磁性材にて形成された
一対のコア(脚部)18A及び18Bを含んでいる。コ
ア18A及び18Bは磁歪管14の表面の一対の対向部
A及びBに近接して配置され、磁歪管14に対し径方向
に延在している。対向部A及びBは軸線Gに沿って互い
に隔置され且つ軸線の周りに180°互いに隔置されて
いる。対向部A及びBの径方向の間隔及び軸線方向の間
隔は実質的に同一であり、従って磁歪管14の表面に沿
って対向部A及びBを螺旋状に結ぶ線分La 及びLb は
図2(B)の展開図で見て軸線Gに対し実質的に45°
の角度をなしている。尚以上の構成は特に言及がない限
り後述の他の実施形態についても同様である。The magnetic detector 16 includes a pair of cores (legs) 18A and 18B formed of a soft magnetic material. The cores 18A and 18B are arranged close to a pair of opposing portions A and B on the surface of the magnetostrictive tube 14 and extend in the radial direction with respect to the magnetostrictive tube 14. The opposing portions A and B are spaced apart from each other along an axis G and are 180 ° apart from each other about the axis. The radial spacing and the axial spacing of the opposing portions A and B are substantially the same, so that the line segments La and Lb spirally connecting the opposing portions A and B along the surface of the magnetostrictive tube 14 are shown in FIG. As seen in the developed view of FIG.
At an angle. The above configuration is the same for other embodiments described later unless otherwise specified.
【0027】この実施形態に於いては、コア18A及び
18Bにはそれぞれ対応するコアを同一方向に(磁歪管
14に対し逆方向に)励磁する励磁コイル20A及び2
0Bが同一の巻き数にて巻回されており、これらのコイ
ルは互いに直列に接続されている。また磁気検出器16
は軟磁性材にて形成された一対のコア22A及び22B
を含んでいる。コア22A及び22Bはコア18A及び
18Bの磁歪管14とは反対の側の端部を実質的に磁歪
管の表面に平行に螺旋状に結ぶ線分Lc 及びLd の中点
に位置し、線分Lc 及びLd に沿って延在している。コ
ア22A及び22Bにはそれぞれ検出コイル24A及び
24Bが同一の巻き数にて巻回されている。尚図には示
されていないが、コア18A、18B及びコア22A、
22Bは非磁性材にて形成されたハウジングにより支持
されている。In this embodiment, the excitation coils 20A and 20A for exciting the corresponding cores in the same direction (in the opposite direction with respect to the magnetostrictive tube 14) are respectively connected to the cores 18A and 18B.
OB is wound with the same number of turns, and these coils are connected in series with each other. In addition, the magnetic detector 16
Are a pair of cores 22A and 22B formed of a soft magnetic material.
Contains. The cores 22A and 22B are located at the midpoints of the line segments Lc and Ld which spirally connect the ends of the cores 18A and 18B on the side opposite to the magnetostrictive tube 14 substantially in parallel to the surface of the magnetostrictive tube. It extends along Lc and Ld. The detection coils 24A and 24B are wound around the cores 22A and 22B with the same number of turns, respectively. Although not shown in the figure, the cores 18A and 18B and the core 22A,
22B is supported by a housing formed of a non-magnetic material.
【0028】従って図1(B)に示されている如く、コ
ア18A、磁歪管14の線分La に沿う部分、コア18
B、大気及びコア22Aを通る第一の磁束通路26A
と、コア18A、磁歪管14の線分Lb に沿う部分、コ
ア18B、大気及びコア22Bを通る第二の磁束通路2
6Bとが形成されており、検出コイル24A及び24B
はそれぞれ第一の磁束通路26A及び第二の磁束通路2
6Bの磁気変化を検出する。励磁コイル20A、20B
及び検出コイル24A、24Bは制御装置28に接続さ
れている。Therefore, as shown in FIG. 1B, the core 18A, the portion of the magnetostrictive tube 14 along the line segment La, and the core 18A
B, first magnetic flux path 26A through atmosphere and core 22A
And the second magnetic flux passage 2 passing through the core 18A, the portion along the line segment Lb of the magnetostrictive tube 14, the core 18B, the atmosphere, and the core 22B.
6B, and the detection coils 24A and 24B
Are the first magnetic flux path 26A and the second magnetic flux path 2 respectively.
6B is detected. Excitation coils 20A, 20B
The detection coils 24A and 24B are connected to a control device 28.
【0029】図3に示されている如く、制御装置28は
それぞれ検出コイル24A及び24Bに接続された増幅
器30A及び30Bを有し、これらの増幅器の出力は加
算増幅器32及び差動増幅器34へ入力される。また制
御装置28は励磁コイル20A及び20Bに接続された
発振回路36を有し、発振回路36は数K〜100KH
z 程度の正弦波状又はパルス状の高周波電圧を励磁コイ
ル20A及び20Bに印加する。As shown in FIG. 3, controller 28 has amplifiers 30A and 30B connected to sense coils 24A and 24B, respectively, the outputs of which are input to summing amplifier 32 and differential amplifier 34. Is done. Further, the control device 28 has an oscillation circuit 36 connected to the exciting coils 20A and 20B, and the oscillation circuit 36 has several K to 100 KH.
A sine wave or pulse high frequency voltage of about z is applied to the excitation coils 20A and 20B.
【0030】励磁コイル20A及び20Bが発振回路3
6により駆動され、第一の磁束通路26A及び第二の磁
束通路26Bに交播磁束が与えられると、検出コイル2
4A及び24Bには磁束の変化に対応する誘導起電力が
発生するので、これらの誘導起電力の電圧がそれぞれ増
幅器30A及び30Bにより増幅される。加算増幅器3
2は増幅器30A及び30Bの出力を加算増幅しその出
力はAGC(オートゲインコントロール)38へ入力さ
れる。また差動増幅器34は増幅器30A及び30Bの
出力を差動増幅して実効値化回路39へ出力する。実効
値化回路39により実効値化された電圧はその大きさ及
び符号によりそれぞれトルクの大きさ及び方向を示し、
該電圧信号を受ける表示装置40はトルクの大きさ及び
方向を表示する。When the exciting coils 20A and 20B are
6, when the intersecting magnetic flux is given to the first magnetic flux path 26A and the second magnetic flux path 26B, the detection coil 2
Since induced electromotive force corresponding to the change of magnetic flux is generated in 4A and 24B, the voltage of these induced electromotive force is amplified by amplifiers 30A and 30B, respectively. Summing amplifier 3
2 adds and amplifies the outputs of the amplifiers 30A and 30B, and the output is input to an AGC (auto gain control) 38. The differential amplifier 34 differentially amplifies the outputs of the amplifiers 30A and 30B and outputs the result to the effective value conversion circuit 39. The voltage rmsized by the rms circuit 39 indicates the magnitude and direction of the torque by its magnitude and sign, respectively.
The display device 40 receiving the voltage signal displays the magnitude and direction of the torque.
【0031】特に増幅器30A及び30Bのゲインは調
節可能であり、これらのゲインは軸12にトルクが作用
していない状況に於ける差動増幅器32の出力が0にな
るよう調節され、これによりコア22A及び22Bと磁
歪管14の外周円筒面との間のクリアランスの相違等に
起因する二つの磁束通路26A及び26Bの磁気抵抗の
相違が補正される。またAGC38は加算増幅器32よ
りの出力に基づき増幅器30A及び30Bの出力の実効
値の和が実質的に一定になるよう、換言すれば二つの磁
束通路26A及び26Bに流れる磁束による起電力の合
計のエネルギが発振回路36により励磁コイル20A及
び20Bに与えられる励振エネルギと常に実質的に一定
の関係をなすよう、発振回路36のゲインを制御する。In particular, the gains of the amplifiers 30A and 30B are adjustable, and these gains are adjusted so that the output of the differential amplifier 32 is zero in situations where no torque is acting on the shaft 12, thereby increasing the core. The difference in magnetic resistance between the two magnetic flux paths 26A and 26B due to the difference in clearance between the outer peripheral cylindrical surface of the magnetostrictive tube 14 and the outer circumferential surface of the magnetostrictive tube 14 is corrected. The AGC 38 also controls the sum of the effective values of the outputs of the amplifiers 30A and 30B based on the output from the summing amplifier 32, in other words, the sum of the electromotive forces generated by the magnetic fluxes flowing through the two magnetic flux paths 26A and 26B. The gain of the oscillation circuit 36 is controlled so that the energy always has a substantially constant relationship with the excitation energy applied to the excitation coils 20A and 20B by the oscillation circuit 36.
【0032】この実施形態に於いて、二つの磁束通路2
6A及び26Bの磁気抵抗が同一であり、また漏れ磁束
を無視できるとすれば、軸12にトルクが作用していな
い状況にて励磁コイル20A及び20Bが駆動されコア
18A及び18Bが励磁されると、これらのコアに流れ
る磁束は二つの磁束通路26A及び26Bに等しく分割
される。従って検出コイル24A及び24Bに発生する
誘導起電力は同一であり、差動増幅器32の出力は0に
なり、軸12にはトルクが作用していないことが判る。In this embodiment, two magnetic flux paths 2
Assuming that the magnetic resistances of 6A and 26B are the same and that the leakage flux can be neglected, if the exciting coils 20A and 20B are driven and the cores 18A and 18B are excited in a state where no torque acts on the shaft 12, The magnetic flux flowing through these cores is equally divided into two magnetic flux paths 26A and 26B. Therefore, the induced electromotive force generated in the detection coils 24A and 24B is the same, the output of the differential amplifier 32 becomes 0, and it can be seen that no torque acts on the shaft 12.
【0033】これに対し図4(A)に示されている如
く、軸12にトルクTd が作用することにより、軸線G
に対し45°傾斜した方向の引張り応力Fdt及び圧縮応
力Fdcが磁歪管14に作用すると、引張り応力Fdtの方
向(第一の磁束通路26Aに平行な方向)の透磁率が増
大すると共に圧縮応力Fdcの方向(第二の磁束通路26
Bに平行な方向)の透磁率が減少し、その増減量はトル
クTd の大きさに実質的に比例する。また図4(B)に
示されている如く、図4(A)の場合とは逆方向にトル
クTd が作用することにより、軸線Gに対し45°傾斜
した方向の引張り応力Fdt及び圧縮応力Fdcが図4
(A)の場合とは逆の方向に作用すると、図4(A)の
場合とは逆の態様にて透磁率が増減し、この場合にも透
磁率の増減量はトルクTd の大きさに実質的に比例す
る。On the other hand, as shown in FIG. 4A, when the torque Td acts on the shaft 12, the axis G
When a tensile stress Fdt and a compressive stress Fdc acting in a direction inclined by 45 ° with respect to the magnetostrictive tube 14 act on the magnetostrictive tube 14, the permeability in the direction of the tensile stress Fdt (the direction parallel to the first magnetic flux passage 26A) increases and the compressive stress Fdc increases. Direction (second magnetic flux path 26
(The direction parallel to B) decreases, and the amount of increase or decrease is substantially proportional to the magnitude of the torque Td. As shown in FIG. 4 (B), when the torque Td acts in the opposite direction to the case of FIG. 4 (A), the tensile stress Fdt and the compressive stress Fdc in the direction inclined by 45 ° with respect to the axis G. Figure 4
When acting in the direction opposite to the case of FIG. 4A, the magnetic permeability increases and decreases in a manner opposite to the case of FIG. 4A, and in this case also, the amount of increase or decrease of the magnetic permeability depends on the magnitude of the torque Td. Substantially proportional.
【0034】従って第一の実施形態によれば、トルクT
d の方向に応じて第一の磁束通路26A及び第二の磁束
通路26Bの一方の透磁率が増大すると共に他方の透磁
率が減少し、その透磁率の増減に応じて差動増幅器34
の出力電圧が正又は負になり、またトルクTd の大きさ
に応じて差動増幅器34の出力電圧が増減するので、実
効値化回路39の出力電圧の符号及び大きさにより軸1
2に作用するトルクTd の方向及び大きさを検出するこ
とができる。Therefore, according to the first embodiment, the torque T
According to the direction of d, the magnetic permeability of one of the first magnetic flux passage 26A and the second magnetic flux passage 26B increases and the magnetic permeability of the other decreases, and the differential amplifier 34 increases or decreases according to the increase or decrease of the magnetic permeability.
Becomes positive or negative, and the output voltage of the differential amplifier 34 increases or decreases according to the magnitude of the torque Td.
2 can be detected in the direction and the magnitude of the torque Td acting on the second.
【0035】また第一の実施形態によれば、磁歪管14
に於ける第一の磁束通路26A及び第二の磁束通路26
Bは軸線Gに対し±45°傾斜してそれぞれ軸線Gの周
りに180°の範囲に亘り延在しているので、二つの磁
束通路の傾斜方向が軸線に対し±45°以外の方向であ
る場合や、磁束通路の延在範囲が軸線Gの周りのごく一
部である従来の構造に比して、磁歪材14に於ける磁歪
効果を有効に利用することができ、これによりトルクT
d の方向及び大きさを正確に検出することができる。According to the first embodiment, the magnetostrictive tube 14
Magnetic flux passage 26A and second magnetic flux passage 26
Since B is inclined at ± 45 ° with respect to the axis G and extends over a range of 180 ° around the axis G, the inclination directions of the two magnetic flux paths are directions other than ± 45 ° with respect to the axis. In this case, the magnetostrictive effect of the magnetostrictive material 14 can be more effectively used than in the conventional structure in which the extension range of the magnetic flux passage is only a part around the axis G, and the torque T
The direction and magnitude of d can be accurately detected.
【0036】また図4(A)及び図4(B)の何れの場
合にも、軸12にトルクが作用することによる第一の磁
束通路26A及び第二の磁束通路26Bの一方の透磁率
の増大量及び他方の透磁率の減少量は実質的に同一であ
るので、二つの磁束通路26A及び26Bに流れる磁束
による起電力の合計のエネルギと発振回路36により励
磁コイル20A及び20Bに与えられる励振エネルギと
の間の偏差の変化又ははこれらのエネルギの間の比の変
化は、例えば温度変化による透磁率の変化などの外乱に
よるものである。4A and 4B, the torque is applied to the shaft 12 so that the magnetic permeability of one of the first magnetic flux passage 26A and the second magnetic flux passage 26B is reduced. Since the amount of increase and the amount of decrease in the other magnetic permeability are substantially the same, the total energy of the electromotive force generated by the magnetic flux flowing through the two magnetic flux paths 26A and 26B and the excitation applied to the exciting coils 20A and 20B by the oscillation circuit 36 The change in the deviation from the energy or the change in the ratio between these energies is due to disturbances, such as a change in the magnetic permeability due to a change in temperature.
【0037】図示の第一の実施形態によれば、二つの磁
束通路26A及び26Bに流れる磁束による起電力の合
計のエネルギが発振回路36により励磁コイル20A及
び20Bに与えられる励振エネルギと常に実質的に一定
の関係をなすよう、AGC38により発振回路36のゲ
インが制御されるので、温度変化による透磁率の変化な
どの外乱成分を除去することができ、このことによって
もトルクTd の方向及び大きさを正確に検出することが
できる。According to the first embodiment shown, the total energy of the electromotive force generated by the magnetic flux flowing through the two magnetic flux paths 26A and 26B is always substantially equal to the excitation energy applied to the excitation coils 20A and 20B by the oscillation circuit 36. Since the gain of the oscillation circuit 36 is controlled by the AGC 38 so that a constant relationship is established between the torque Td and the direction and magnitude of the torque Td, disturbance components such as a change in magnetic permeability due to a temperature change can be removed. Can be accurately detected.
【0038】第二の実施形態 図5は本発明によるトルク検出装置の第二の実施形態を
示す正面図(A)及び側面図(B)、図6は第二の実施
形態の電気回路を示すブロック線図である。尚図5及び
図6に於いて、それぞれ図1及び図3に示された部分に
対応する部分には図1及び図3に於いて付された符号と
同一の符号が付されている(このことは後述の他の実施
形態についても同様である)。 Second Embodiment FIG. 5 is a front view (A) and a side view (B) showing a torque detection device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows an electric circuit of the second embodiment. It is a block diagram. In FIGS. 5 and 6, parts corresponding to the parts shown in FIGS. 1 and 3, respectively, are given the same reference numerals as those given in FIGS. 1 and 3. The same applies to other embodiments described later.)
【0039】この実施形態に於いては、磁気検出器16
は一対の対向部A及びBに近接して配置され径方向に延
在する一対の脚部18A及び18Bと、磁歪管14の周
りにて軸線Gと同心に延在する実質的に円筒状をなし脚
部18A及び18Bを一体的に接続する接続部材18C
とを含んでいる。接続部材18Cも軟磁性材にて形成さ
れ、磁歪管14の両側にて接続部材18Cには二組の一
対の溝40が設けられている。検出コイル24A及び2
4Bはこれらの溝40の間の部分に巻回され、それぞれ
線分Lc 及びLd に沿って延在している。脚部18Aに
は励磁コイル20が巻回されているが、脚部18Bには
励磁コイルは巻回されていない。In this embodiment, the magnetic detector 16
Is a pair of legs 18A and 18B which are arranged close to the pair of opposing portions A and B and extend in the radial direction, and a substantially cylindrical shape which extends around the magnetostrictive tube 14 concentrically with the axis G. Connection member 18C for integrally connecting legs 18A and 18B
And The connecting member 18C is also formed of a soft magnetic material, and the connecting member 18C is provided with two pairs of grooves 40 on both sides of the magnetostrictive tube 14. Detection coils 24A and 2
4B is wound around the portion between these grooves 40 and extends along the line segments Lc and Ld, respectively. The exciting coil 20 is wound around the leg 18A, but the exciting coil is not wound around the leg 18B.
【0040】この実施形態は、他の点については第一の
実施形態と同様に形成されており、脚部18Aのみが励
磁コイル20により励磁され、第一の磁束通路26A及
び第二の磁束通路26Bの脚部18A及び18Bの外端
の間の部分が接続部材18Cにより郭定される点を除き
第一の実施形態と同様に作動するので、この実施形態の
場合にも温度変化による透磁率の変化などの外乱成分を
除去して軸12に作用するトルクTd の方向及び大きさ
を正確に検出することができる。This embodiment is otherwise the same as the first embodiment. Only the leg 18A is excited by the exciting coil 20, and the first magnetic flux passage 26A and the second magnetic flux passage 26A are formed. 26B operates in the same manner as the first embodiment except that the portion between the outer ends of the legs 18A and 18B is defined by the connecting member 18C. The direction and magnitude of the torque Td acting on the shaft 12 can be accurately detected by removing disturbance components such as changes in the torque.
【0041】またこの実施形態によれば、接続部材18
Cが実質的に円筒状のハウジングとしての機能をも果た
し、脚部18A及び18Bが接続部材18Cの内面に例
えばねじ止めにより固定されればよいので、第一の実施
形態の場合に比して部品点数及びコストを低減すること
ができる。According to this embodiment, the connection member 18
C may also function as a substantially cylindrical housing, and the legs 18A and 18B may be fixed to the inner surface of the connecting member 18C by, for example, screws, so that the case of the first embodiment is compared. The number of parts and cost can be reduced.
【0042】第三及び第四の実施形態 図7は本発明によるトルク検出装置の第三の実施形態を
示す正面図(A)及び側面図(B)、図8は第三の実施
形態の電気回路を示すブロック線図、図9は本発明によ
るトルク検出装置の第四の実施形態を示す正面図(A)
及び側面図(B)、図10は第四の実施形態の電気回路
を示すブロック線図である。 Third and Fourth Embodiment FIG. 7 is a front view (A) and a side view (B) showing a third embodiment of a torque detecting device according to the present invention, and FIG. 8 is an electric diagram of a third embodiment. FIG. 9 is a block diagram showing a circuit, and FIG. 9 is a front view (A) showing a fourth embodiment of the torque detector according to the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing an electric circuit according to the fourth embodiment.
【0043】図7及び図8に示された第三の実施形態は
第一の実施形態に対応しており、この実施形態に於いて
は、励磁コイル20A、20B及び検出コイル24A、
24Bに加えてフィードバックコイル42が設けられて
おり、フィードバックコイル42は脚部18Aと18B
との間にて磁歪管14の周りに巻回されている。一方図
9及び図10に示された第四の実施形態は第二の実施形
態に対応しており、この実施形態に於いては、脚部18
Aには励磁コイル20が巻回されており、脚部18Bに
はフィードバックコイル42が巻回されている。The third embodiment shown in FIGS. 7 and 8 corresponds to the first embodiment. In this embodiment, the excitation coils 20A, 20B and the detection coils 24A,
A feedback coil 42 is provided in addition to the legs 18A and 18B.
Is wound around the magnetostrictive tube 14. On the other hand, the fourth embodiment shown in FIGS. 9 and 10 corresponds to the second embodiment, and in this embodiment,
An excitation coil 20 is wound around A, and a feedback coil 42 is wound around the leg 18B.
【0044】また図8及び図10に示されている如く、
これらの実施形態の制御装置28には、第一及び第二の
実施形態に於ける加算増幅器32は設けられておらず、
フィードバックコイル42に発生する誘導起電力の電圧
は増幅器44により増幅され、増幅器44の出力はAG
C38へ入力される。フィードバックコイル42には第
一の磁束通路26Aに流れる磁束による起電力と第二の
磁束通路26Bに流れる磁束による起電力との和に等し
い起電力が発生するので、これらの実施形態に於けるA
GC38も二つの磁束通路26A及び26Bに流れる磁
束による起電力の合計のエネルギが発振回路36により
励磁コイル20に与えられる励振エネルギと実質的に一
致するよう、発振回路36のゲインを制御する。As shown in FIGS. 8 and 10,
The control device 28 of these embodiments is not provided with the summing amplifier 32 of the first and second embodiments,
The voltage of the induced electromotive force generated in the feedback coil 42 is amplified by the amplifier 44, and the output of the amplifier 44 is
Input to C38. In the feedback coil 42, an electromotive force equal to the sum of the electromotive force generated by the magnetic flux flowing through the first magnetic flux path 26A and the electromotive force generated by the magnetic flux flowing through the second magnetic flux path 26B is generated.
The GC 38 also controls the gain of the oscillation circuit 36 so that the total energy of the electromotive force generated by the magnetic flux flowing through the two magnetic flux paths 26A and 26B substantially matches the excitation energy given to the excitation coil 20 by the oscillation circuit 36.
【0045】これら第三及び第四の実施形態は、他の点
についてはそれぞれ第一及び第二の実施形態と同様に形
成されており、従って第一及び第二の実施形態と同様に
作動するので、これらの実施形態の場合にも温度変化に
よる透磁率の変化などの外乱成分を除去して軸12に作
用するトルクTd の方向及び大きさを正確に検出するこ
とができる。The third and fourth embodiments are otherwise formed similarly to the first and second embodiments, respectively, and thus operate similarly to the first and second embodiments. Therefore, in these embodiments as well, it is possible to accurately detect the direction and magnitude of the torque Td acting on the shaft 12 by removing disturbance components such as a change in magnetic permeability due to a temperature change.
【0046】第五の実施形態 図11は本発明によるトルク検出装置の第五の実施形態
を示す正面図(A)及び側面図(B)、図12は本発明
によるトルク検出装置の第六の実施形態を示す正面図
(A)及び側面図(B)、図13は軸にトルクが作用し
ていない場合(A)及び軸にトルクが作用している場合
(B)について第五及び第六の実施形態の磁歪管を示す
展開図である。 Fifth Embodiment FIG. 11 is a front view (A) and a side view (B) showing a fifth embodiment of the torque detector according to the present invention, and FIG. 12 is a sixth embodiment of the torque detector according to the present invention. FIGS. 13A and 13B are a front view (A) and a side view (B) showing the embodiment. FIGS. It is a development view showing the magnetostrictive tube of an embodiment.
【0047】図11に示された第五の実施形態に於いて
は、一対のコア22A及び22Bは軸線Gに平行に延在
し、これにより検出コイル24A及び24Bも軸線Gに
平行に延在している。一方図12に示された第六の実施
形態に於いては、一対のコア22A及び22Bは軸線G
及び一対の対向部A、Bを通る仮想平面(図示せず)に
平行であってそれぞれ線分La 及びLb に垂直な方向に
延在し、これにより検出コイル24A及び24Bもそれ
ぞれ線分La 及びLb に垂直な方向に延在している。ま
た何れの実施形態も他の点については第一の実施形態と
同様に形成されている。In the fifth embodiment shown in FIG. 11, the pair of cores 22A and 22B extend parallel to the axis G, so that the detection coils 24A and 24B also extend parallel to the axis G. doing. On the other hand, in the sixth embodiment shown in FIG. 12, the pair of cores 22A and 22B
And extends in a direction parallel to an imaginary plane (not shown) passing through the pair of opposed portions A and B and perpendicular to the line segments La and Lb, respectively, whereby the detection coils 24A and 24B also become the line segments La and Lb, respectively. It extends in a direction perpendicular to Lb. The other embodiments are formed similarly to the first embodiment in other respects.
【0048】磁歪管14の焼嵌めによる周方向及び軸線
方向の引っ張り残留応力が小さく、軸12にトルクが作
用していない場合には、図13(A)に示されている如
く、磁歪管14の周りに於ける第一の磁束通路26A及
び第二の磁束通路26Bの等磁位面Pc 及びPd は線分
Lc 及びLc に垂直であるので、励磁コイル20A及び
20Bが駆動されると、コア22A及び22Bの両端の
等磁位面Pc 及びPdからの励位差により、検出コイル
24A及び24Bには起電力が発生し、それらの起電力
は実質的に互いに等しい。When the residual tensile stress in the circumferential and axial directions due to shrink fitting of the magnetostrictive tube 14 is small and no torque acts on the shaft 12, as shown in FIG. When the exciting coils 20A and 20B are driven, the cores become equal because the equi-potential surfaces Pc and Pd of the first magnetic flux path 26A and the second magnetic flux path 26B around the axis are perpendicular to the line segments Lc and Lc. An electromotive force is generated in the detection coils 24A and 24B by the excitation difference from the equi-magnetic planes Pc and Pd at both ends of 22A and 22B, and the electromotive forces are substantially equal to each other.
【0049】これに対し軸12に例えば図4(B)に示
されている如くトルクTd が作用すると、磁歪管14の
透磁率がトルクTd による引張り応力Fdtの方向につい
ては増大し、圧縮応力Fdcの方向については減少するの
で、図13(B)に示されている如く、第一の磁束通路
26Aの磁束は増大するが、第二の磁束通路26Bの磁
束は減少する。従って検出コイル24Aに発生する起電
力は増大するが、検出コイル24Bに発生する起電力は
減少し、その差は軸12に作用するトルクTdの大きさ
に比例し、差の符号は軸12に作用するトルクTd の方
向に対応している。On the other hand, when the torque Td acts on the shaft 12 as shown in FIG. 4B, for example, the magnetic permeability of the magnetostrictive tube 14 increases in the direction of the tensile stress Fdt due to the torque Td, and the compressive stress Fdc 13B, the magnetic flux in the first magnetic flux passage 26A increases, but the magnetic flux in the second magnetic flux passage 26B decreases, as shown in FIG. 13B. Therefore, the electromotive force generated in the detection coil 24A increases, but the electromotive force generated in the detection coil 24B decreases. The difference is proportional to the magnitude of the torque Td acting on the shaft 12, and the sign of the difference is It corresponds to the direction of the acting torque Td.
【0050】従ってこれらの実施形態の場合にも、上述
の他の実施形態の場合と同様温度変化による透磁率の変
化などの外乱成分を除去して軸12に作用するトルクT
d の方向及び大きさを正確に検出することができる。ま
た第一、第五、第六の実施形態より、二つの検出コイル
24A及び24Bはそれぞれ線分Lc 及びLd に垂直な
方向以外の方向に延在していればよいことが解る。Therefore, in these embodiments, as in the other embodiments described above, the torque T acting on the shaft 12 by removing disturbance components such as a change in magnetic permeability due to a temperature change is removed.
The direction and magnitude of d can be accurately detected. From the first, fifth, and sixth embodiments, it is understood that the two detection coils 24A and 24B only need to extend in directions other than the direction perpendicular to the line segments Lc and Ld, respectively.
【0051】以上に於ては本発明を特定の実施形態につ
いて詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定
されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実
施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろ
う。Although the present invention has been described in detail with reference to specific embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other embodiments may be included within the scope of the present invention. It will be clear to those skilled in the art that is possible.
【0052】例えば上述の各実施形態に於いては、一対
の脚部18A及び18Bは磁歪管14の軸線Gに垂直に
延在しているが、これらの脚部は磁歪管14の軸線方向
に延在していてもよく、更には対向部AとBとを直線的
に結ぶ直線に沿って延在していてもよい。For example, in each of the above embodiments, the pair of legs 18A and 18B extend perpendicular to the axis G of the magnetostrictive tube 14, but these legs extend in the axial direction of the magnetostrictive tube 14. It may extend, or may extend along a straight line connecting the opposing portions A and B linearly.
【0053】また上述の各実施形態に於いては、軸12
は非磁性材にて形成されているが、磁歪管14に於ける
磁歪効果の逆現象と同一の逆現象が軸に於いても発生す
るよう、軸は負の磁歪定数を有する磁歪材にて形成され
てもよく、その場合には図示の各実施形態の場合よりも
トルクの検出感度及び検出精度を更に一層向上させるこ
とができる。In each of the above embodiments, the shaft 12
Is formed of a non-magnetic material, but the shaft is made of a magnetostrictive material having a negative magnetostriction constant so that the same reverse phenomenon as that of the magnetostrictive effect in the magnetostrictive tube 14 also occurs in the shaft. It may be formed, and in that case, the torque detection sensitivity and the detection accuracy can be further improved as compared with the case of each of the illustrated embodiments.
【0054】また上述の第二及び第四の実施形態に於い
て、脚部18Bにも励磁コイルが巻回されてもよく、第
三及び第四の実施形態に於いて、検出コイル24A及び
24Bはそれぞれ線分Lc 及びLd に垂直な方向以外の
任意の方向に設定されてもよく、また第四の実施形態に
於いてフィードバックコイル42は脚部18Bに巻回さ
れてもよい。In the second and fourth embodiments described above, an exciting coil may be wound around the leg 18B. In the third and fourth embodiments, the detection coils 24A and 24B May be set in any direction other than the direction perpendicular to the line segments Lc and Ld, respectively, and the feedback coil 42 may be wound around the leg 18B in the fourth embodiment.
【0055】また上述の各実施形態に於いて、検出コイ
ル24A及び24Bはそれぞれ線分Lc 及びLd の中点
に設けられているが、これらの検出コイルは脚部18A
又は18Bの他端より実質的に等距離の位置である限
り、図示の位置よりも脚部18Aの他端又は18Bの他
端側に位置していてもよく、また図示の位置よりも軸線
Gに近い位置又は遠い位置に位置していてもよい。In each of the above-described embodiments, the detection coils 24A and 24B are provided at the midpoints of the line segments Lc and Ld, respectively.
Alternatively, as long as the position is substantially equidistant from the other end of 18B, it may be located at the other end of the leg 18A or the other end of the 18B from the illustrated position, or the axis G may be located more than the illustrated position. May be located at a position closer to or farther from.
【0056】更に上述の各実施形態に於いては、二つの
磁束通路26A及び26Bに流れる磁束による起電力の
合計のエネルギが発振回路36により励磁コイル20A
及び20B又は20に与えられる励振エネルギと常に実
質的に一定の関係をなすよう、発振回路36のゲインが
AGC38によって制御されるようになっているが、加
算増幅器32の出力又は増幅器44の出力に基づき差動
増幅器34のゲインが制御されることにより、二つの磁
束通路26A及び26Bに流れる磁束による起電力の合
計のエネルギが発振回路36により励磁コイル20A及
び20B又は20に与えられる励振エネルギと常に実質
的に一定の関係をなすよう制御されてもよい。Further, in each of the above-described embodiments, the total energy of the electromotive force generated by the magnetic flux flowing through the two magnetic flux paths 26A and 26B is supplied to the exciting coil 20A by the oscillation circuit 36.
The gain of the oscillating circuit 36 is controlled by the AGC 38 so as to always have a substantially constant relationship with the excitation energy given to the 20B or 20B. By controlling the gain of the differential amplifier 34 based on the above, the total energy of the electromotive force generated by the magnetic flux flowing through the two magnetic flux paths 26A and 26B is always equal to the excitation energy given to the excitation coils 20A and 20B or 20 by the oscillation circuit 36. It may be controlled to make a substantially constant relationship.
【0057】[0057]
【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、上記
請求項1の構成に於いては、一対のコア、磁歪材、大
気、検出コイルを通る第一及び第二の磁束通路が郭定さ
れ、上記請求項2の構成に於いては、一対のコア、磁歪
材、大気、接続部、検出コイルを通る第一及び第二の磁
束通路が郭定され、第一及び第二の磁束通路は磁歪材に
於いて軸線の周りに実質的に180°の範囲に亘り延在
しているので、磁歪材に於ける磁束通路の延在範囲が比
較的小さい従来のトルク検出装置の場合に比して、軸に
トルクが作用することによる磁歪材の透磁率の変化を有
効に利用することができ、従って請求項1及び2の構成
によれば、軸に作用するトルクの大きさ及び方向を更に
一層高精度に検出することができる。As is apparent from the above description, in the configuration of the first aspect, the first and second magnetic flux paths passing through the pair of cores, the magnetostrictive material, the atmosphere, and the detection coil are defined. According to the configuration of the second aspect, the first and second magnetic flux paths passing through the pair of cores, the magnetostrictive material, the atmosphere, the connection portion, and the detection coil are defined, and the first and second magnetic flux paths are Since the magnetostrictive material extends substantially 180 degrees around the axis, the magnetic flux passage in the magnetostrictive material has a relatively small extension range as compared with the conventional torque detecting device. Therefore, the change in the magnetic permeability of the magnetostrictive material due to the torque acting on the shaft can be effectively used. Therefore, according to the first and second aspects, the magnitude and direction of the torque acting on the shaft can be further reduced. Detection can be performed with higher accuracy.
【0058】また請求項3の構成によれば、一対の検出
コイルは磁歪材の両側にて一対のコアの他端を結ぶ線に
沿って延在しているので、軸にトルクが作用することに
よる第一及び第二の磁束通路の磁束の変化を最も効率的
に検出することができる。According to the third aspect of the present invention, since the pair of detection coils extend along the line connecting the other ends of the pair of cores on both sides of the magnetostrictive material, torque acts on the shaft. , The change in the magnetic flux in the first and second magnetic flux paths can be detected most efficiently.
【0059】また請求項4の構成によれば、一対の検出
コイルにそれらの両端の等磁位面からの磁位差に起因し
て発生する誘導起電力の増減及び増減量として軸に作用
するトルクの大きさ及び方向が検出することができる。According to the fourth aspect of the present invention, the pair of detection coils act on the shaft as the increase and decrease of the induced electromotive force generated due to the difference in magnetic potential from the equipotential surfaces at both ends thereof. The magnitude and direction of the torque can be detected.
【0060】また請求項5の構成によれば、一対の検出
コイルの出力の和に基づいて励磁コイルの出力若しくは
一対の検出コイルの出力が補正され、請求項6の構成に
よれば、一対の励磁コイルの間にて磁歪材の周りに配置
されたフィードバックコイルの出力に基づき励磁コイル
の出力若しくは一対の検出コイルの出力が補正され、請
求項7の構成によれば、一対のコアの一方に励磁コイル
が配置され、一対のコアの他方に配置されたフィードバ
ックコイルの出力に基づき励磁コイルの出力若しくは一
対の検出コイルの出力が補正されるので、温度変化の如
き外乱の影響を排除することができ、従ってこれらの構
成によれば、請求項1又は2の構成の場合に比して更に
一層トルクの検出精度を向上させることができる。According to the configuration of claim 5, the output of the excitation coil or the output of the pair of detection coils is corrected based on the sum of the outputs of the pair of detection coils. According to the configuration of claim 7, the output of the excitation coil or the output of the pair of detection coils is corrected based on the output of the feedback coil disposed around the magnetostrictive material between the excitation coils. Since the excitation coil is arranged and the output of the excitation coil or the output of the pair of detection coils is corrected based on the output of the feedback coil arranged on the other of the pair of cores, it is possible to eliminate the influence of disturbance such as temperature change. Therefore, according to these configurations, the torque detection accuracy can be further improved as compared with the configuration of the first or second aspect.
【図1】本発明によるトルク検出装置の第一の実施形態
を示す正面図(A)及び側面図(B)である。FIG. 1 is a front view (A) and a side view (B) showing a first embodiment of a torque detection device according to the present invention.
【図2】第一の実施形態の磁歪管を示す斜視図(A)及
び展開図(B)である。FIG. 2 is a perspective view (A) and a developed view (B) showing the magnetostrictive tube of the first embodiment.
【図3】第一の実施形態の電気回路を示すブロック線図
である。FIG. 3 is a block diagram illustrating an electric circuit according to the first embodiment.
【図4】軸にトルクが作用した場合に磁歪管に生じる応
力を示すベクトル図である。FIG. 4 is a vector diagram showing stress generated in a magnetostrictive tube when a torque acts on a shaft.
【図5】本発明によるトルク検出装置の第二の実施形態
を示す正面図(A)及び側面図(B)である。FIG. 5 is a front view (A) and a side view (B) showing a second embodiment of the torque detecting device according to the present invention.
【図6】第二の実施形態の電気回路を示すブロック線図
である。FIG. 6 is a block diagram illustrating an electric circuit according to a second embodiment.
【図7】本発明によるトルク検出装置の第三の実施形態
を示す正面図(A)及び側面図(B)である。FIG. 7 is a front view (A) and a side view (B) showing a third embodiment of the torque detecting device according to the present invention.
【図8】第三の実施形態の電気回路を示すブロック線図
である。FIG. 8 is a block diagram illustrating an electric circuit according to a third embodiment.
【図9】本発明によるトルク検出装置の第四の実施形態
を示す正面図(A)及び側面図(B)である。FIG. 9 is a front view (A) and a side view (B) showing a fourth embodiment of the torque detection device according to the present invention.
【図10】第四の実施形態の電気回路を示すブロック線
図である。FIG. 10 is a block diagram illustrating an electric circuit according to a fourth embodiment.
【図11】本発明によるトルク検出装置の第五の実施形
態を示す正面図(A)及び側面図(B)である。FIG. 11 is a front view (A) and a side view (B) showing a fifth embodiment of the torque detection device according to the present invention.
【図12】本発明によるトルク検出装置の第六の実施形
態を示す正面図(A)及び側面図(B)である。FIG. 12 is a front view (A) and a side view (B) showing a sixth embodiment of the torque detection device according to the present invention.
【図13】軸にトルクが作用していない場合(A)及び
軸にトルクが作用している場合(B)について第五及び
第六の実施形態の磁歪管を示す展開図である。FIG. 13 is a development view showing the magnetostrictive tubes according to the fifth and sixth embodiments for a case where torque is not acting on the shaft (A) and a case where torque is acting on the shaft (B).
10…トルク検出装置 12…軸 14…磁歪管 16…磁気検出器 18A、18B…脚部(コア) 20、20A、20B…検出コイル 24A、24B…検出コイル 26A4、26B…磁束通路 28…制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Torque detection device 12 ... Shaft 14 ... Magnetostrictive tube 16 ... Magnetic detector 18A, 18B ... Leg (core) 20, 20A, 20B ... Detection coil 24A, 24B ... Detection coil 26A4, 26B ... Magnetic flux path 28 ... Control device
Claims (7)
歪材にて形成された軸部材と、前記磁歪材表面の一対の
対向部であって前記軸線に沿って互いに隔置され且つ前
記軸線の周りに180°互いに隔置された一対の対向部
に一端にて近接して配置されたコアを有する一対の励磁
コイルと、前記磁歪材の両側にて前記一対のコアの他端
の間に配置された一対の検出コイルとを有するトルク検
出装置。A shaft member extending along an axis and having at least an outer peripheral portion formed of a magnetostrictive material; and a pair of opposing portions on the surface of the magnetostrictive material, the shaft member being spaced apart from each other along the axis, and Between a pair of exciting coils having a core disposed at one end close to a pair of opposing portions separated from each other by 180 ° around an axis, and between the other ends of the pair of cores on both sides of the magnetostrictive material And a pair of detection coils disposed in the torque detection device.
歪材にて形成された軸部材と、前記磁歪材表面の一対の
対向部であって前記軸線に沿って互いに隔置され且つ前
記軸線の周りに180°互いに隔置された一対の対向部
に一端にて近接して配置された一対のコアと、少なくと
も前記磁歪材の両側に延在し前記一対のコアの他端を接
続する接続部材と、前記一対のコアの少なくとも一方に
配置された励磁コイルと、前記一対のコアの前記他端の
間にて前記接続部材に配置された一対の検出コイルとを
有するトルク検出装置。2. A shaft member extending along an axis and having at least an outer peripheral portion formed of a magnetostrictive material, and a pair of opposing portions on the surface of the magnetostrictive material, the shaft member being spaced apart from each other along the axis, and A pair of cores arranged at one end close to a pair of opposing portions 180 ° apart from each other around an axis, and extend at least on both sides of the magnetostrictive material and connect the other ends of the pair of cores. A torque detecting device comprising: a connecting member; an exciting coil disposed on at least one of the pair of cores; and a pair of detecting coils disposed on the connecting member between the other ends of the pair of cores.
て、前記一対の検出コイルは前記磁歪材の両側にて前記
一対のコアの他端を結ぶ線に沿って延在していることを
特徴とするトルク検出装置。3. The torque detection device according to claim 1, wherein the pair of detection coils extend along a line connecting the other ends of the pair of cores on both sides of the magnetostrictive material. A torque detecting device characterized by the above-mentioned.
て、前記一対の検出コイルは前記磁歪材の両側にて前記
一対のコアの他端を結ぶ線に垂直な方向以外の方向であ
って前記軸線に平行な仮想平面に沿う方向に延在してい
ることを特徴とするトルク検出装置。4. The torque detecting device according to claim 1, wherein the pair of detecting coils are in directions other than a direction perpendicular to a line connecting the other ends of the pair of cores on both sides of the magnetostrictive material. And extending in a direction along a virtual plane parallel to the axis.
て、前記一対の検出コイルの出力の和に基づき前記励磁
コイルの出力若しくは前記一対の検出コイルの出力が補
正されることを特徴とするトルク検出装置。5. The torque detecting device according to claim 1, wherein an output of said exciting coil or an output of said pair of detecting coils is corrected based on a sum of outputs of said pair of detecting coils. Torque detector.
一対の励磁コイルの間にて前記磁歪材の周りにはフィー
ドバックコイルが配置され、前記フィードバックコイル
の出力に基づき前記励磁コイルの出力若しくは前記一対
の検出コイルの出力が補正されることを特徴とするトル
ク検出装置。6. A torque detecting device according to claim 1, wherein a feedback coil is arranged around said magnetostrictive material between said pair of exciting coils, and an output of said exciting coil is based on an output of said feedback coil. Alternatively, the output of the pair of detection coils is corrected.
励磁コイルは前記一対のコアの一方に配置され、前記一
対のコアの他方にはフィードバックコイルが配置され、
前記フィードバックコイルの出力に基づき前記励磁コイ
ルの出力若しくは前記一対の検出コイルの出力が補正さ
れることを特徴とするトルク検出装置。7. The torque detecting device according to claim 2, wherein the exciting coil is arranged on one of the pair of cores, and a feedback coil is arranged on the other of the pair of cores.
An output of the excitation coil or an output of the pair of detection coils is corrected based on an output of the feedback coil.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01993997A JP3607963B2 (en) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | Torque detection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01993997A JP3607963B2 (en) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | Torque detection device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10206251A true JPH10206251A (en) | 1998-08-07 |
| JP3607963B2 JP3607963B2 (en) | 2005-01-05 |
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ID=12013186
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|
| JP (1) | JP3607963B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10161803A1 (en) * | 2001-12-15 | 2003-07-10 | Hilti Ag | Electromagnetic torque sensor |
-
1997
- 1997-01-17 JP JP01993997A patent/JP3607963B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10161803A1 (en) * | 2001-12-15 | 2003-07-10 | Hilti Ag | Electromagnetic torque sensor |
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