JPS59105532A - トルク検出装置 - 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】 この発明は磁歪式トルク検出装置に係わり、特に１個の
検出コイルによってトルク印加方向を判別する機能を備
えたトルク検出装置に関する。

従来からトルク検出装置としては種々の構成が知られて
いるが、いずれのものにおいてもトルク印加方向を判別
するためには、亙いに検出方向の異なる２個の検出コイ
ルを必要とし、これらコイルが巻回されるコアの形状が
複翰化１ノで製作加工が難しくロス１−アップに繋がる
ほか、４１ｆｆ全体が大型化して狭小なスペースへの取
伺けが姉しい等の問題がある。

これを更に詳しく説明すると、第１図の従来例は、互い
に直交配置されたコの字形コアのその交差中心部より更
に脚部を１本突設した如き５脚型のコアを設け、これら
のコアの中心脚部１ａに励磁コイル２を巻回するととも
に、他の４本の脚部１ｂ、１ｃ、Ｉｄ、　１ｅには互い
に対角線上にある２脚を一対として検出コイル３ａ、３
ｂおよび３ｃ　、３ｄを巻回したもので、このコア１を
被測定軸４に対向紀行して、励磁コイル１ａに例えば正
弦波状の交流電圧を印加し、これより発する交番磁束が
他の４脚部１ｂ〜１ｅを経由して磁気回路を構成するよ
うにしたものである。

このものにあっては、被検出軸４にトルクが加えられて
いない状態では、中央脚部１ａより発する磁束は他の４
脚部１ｂ〜１ｅに均等に分流し帰還するのに対し、いず
れかの方向にトルクが印加されると各対となる脚部１ｂ
、ＩＣまたは１ｄ。

１ｅのいずれかに磁束の偏りが見られ、これを利用して
第２図の検出回路を介してトルクの方向および大きさを
判別するＪ：うにしたものである。

すなわち、第２図の回路において励磁コイル２は交流電
源５に接続され、他方６対となる検出コイル３ａ　、３
ｂおよび３Ｇ、３ｄはそれぞれ直列接続されて誘起電圧
を加算して出力する。

次いで、これら各方向の誘起電圧はそれぞれ別系統の交
流増幅器６，８．全波整流器７，９を介して増幅整流さ
れた後、これら出力Δ、Ｂの偏差が作動増幅器１０を介
して取り出され、この取り出された出力Ｃに基づいてト
ルクの方向および大きさが判別される。

すなわち、いずれの方向へも１−ルクが印加されていな
い状態では、第３図のグラフに示す如く、双方の全波整
流器７．９の出力Ａ、１３は同一であって、これらの偏
差である作動増幅器１０の出力Ｃは第４図に示す如く所
定の基準レベルとなるのに対し、被測定軸に一定の方向
へとトルクが印加されると、２つの全波整流器７．９の
出力の一方はトルクの大ぎさに応じ−で増加し、他力は
減少し、これらの差を作動増幅器１０で検出することに
よって、第４図に示す如くトルクの大きさおよび方向を
含む信号を得ることができるのである。

しかしながら、このような従来のトルク検出装置にあっ
ては、トルク印加方向判別を行なう上で２対の検出コイ
ル３ａ、３ｂまたは３ｃ、３ｄが必要であり、またコア
の形状として励磁コイルが巻回される中央脚部を中心と
した５本足構造となって形状が大型化するため実装上の
制約が大きいこと、コアの製造においても電気鋼板の積
層板等を用いた場合、中央に励磁用の脚部１ａがあるた
め本体を数ブロックに分けて製造し組立てねばならず、
各脚部相互間の位首精疫を出すことが困難であること、
更に検出回路側から見ても２対の検出コイルのそれぞれ
に対応して増幅器６．８や全−波整流回路７，９を付帯
するため回路がその分割高となる等の問題点があった。

使方、他の構造の磁；ｉニーを右する従来のトルク検出
装置トＬ／　Ｔ　ハ、例えば特発１１１１３５−１２４
／１７号公報に示されるものがある。このものは、被測
定軸を取巻くリング状コアを軸方向へと３個設け、中央
部のコアに巻回された励磁コイルが発する磁束を、その
両側の方向判別用コアに巻回された検出コイルで別々に
取出寸ようにしたもので、このものにあってもやはり方
向判別のためにはどうしても２つの検出用コアが必要で
、このためコストアップに繋がるほか、前述の例と同様
に実装上の制約が大きい等の問題がある。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、その目的とするところはこの種のトルク検出
装冒において、１個の検出コイルからの出力でトルクの
印加方向を判別するように５− し、これにより装貿小型化を達成して実装を容易とする
とともに、製作組立を容易としてコストダウンを可能に
することにある。

この発明は上記の目的を達成するために、正弦波または
三角波等の対称交流波形電圧を発生する交流電源を設け
るとともに、この交流電源で駆動され、かつ被測定軸を
一定の方向へ交流磁化するための励磁コイルと、前記磁
化方向ど直交で−る方向の磁束成分を検出するための検
出コイルとを設け、前記検出コイルに誘起される電圧信
号の中で、前記交流電源に対して一定角度位相をずらせ
た時点にお番プる電圧レベルを検出し、この検出レベル
の所定基準値に対する極Ｈに基づいて、トルクの方向を
判別し得るように構成したことを特徴とするものである
。

以下に、この発明の好適な一実施例を添付図面に従って
詳細に説明づる。

第５図はこの発明に係わるトルク検出装置に使用される
コアの構造の一例を示す図、第６図は第５図における■
−■線断面図である。

６− 同図において、４は被測定軸であって、例えば車両のク
ランクシャフト、ステアリングシャフト等に相当４るも
のである。

１１は被測定軸と平行に配置されたコの字形コアからな
る励磁コアであって、この励磁コア１１の各両端脚部１
１ａ、１１ｂには励磁コイル１２ａ、１２ｂが巻回され
ている。

１３は前記励磁コアと直交して設けられたコの字状コア
からなる検出コアであって、この検出コア１３の両端脚
部１３ａ、１３ｂには、第６図に示す如く検出コイル１
／Ｉａ、１／Ｉｂが巻回されている。一般に、このにう
む構造のコアは十字交差型コアとして知られている。

次に、第７図は検出回路の構成を示すブロック図であっ
て、１５は正弦波あるいは三角波等の対称交流波形電圧
を発生する交流電源であって、この電源１５の出力は前
記励磁コイル１２ａ、１２ｂを直列接続してなる励磁コ
イル１６に印加されている。

１７は前記検出コイル１／Ｉａ、１４ｂを直列接続して
なる検出コイルであって、この検出］イル１７には被測
定軸４に与えられたトルクの大きさに応じ、かつ前記電
源１５と同一周波数の交流電圧が誘起される。この検出
コイル１７の出力Ａは交流増幅回路１８を介して増幅さ
れた後、アナログスイッチ１９へと供給される。

一方、前記電源１５の出力Ｂは位相回路２０を介して適
宜角度θだけ移相された後、その出力８′はげロクロス
フンパレータ７を介して電源１５の波形と角度θだけ位
相のずれたデユーディ５０％の方形波に変換される。

そして、この方形波のｒｒ−ち−１−がりに応答して単
安定マルチバイブレータ２２が駆動され、単安定マルチ
バイブレータ２２からは微少幅パルスＤが出力され、こ
のパルスＤがアナログスイッチ１９のゲートへと供給さ
れる。

つまり、交流増幅回路１８およびアナログスイッチ１９
を経由することによって、前記検出コイルに誘起される
電圧信号の中で、前記交流電源に対して一定角麿位相を
ずらせた時点における電圧レベルが検出される訳である
。

次いで、アナログスイッチ１０の出力Ｅは積分回路ある
いはピークホールド回路等の直流変換回路２３を介して
直流変換された後、検出信号Ｆとして出力される。

次に、以上の構成よりなる検出回路の動作を脱化 明すると、舛流電源１５からは第８図（Ａ）に示η如く
周波数一定でかつ振幅一定の正弦波交流電圧が出力され
、検出コイル１７には第８図（Ｂ）に示す如く、電源と
同一周波数でかつトルクの大きさおよび方向に応じてレ
ベルの異なる交流電圧が誘起される。

すなわち、被測定軸に対するトルクがＯの場合には、第
８図（Ｂ）において曲線Ａｏで示す如く、誘起電圧は略
零となるのに対し、なんらかのトルクが加えられると、
そのトルクの方向が左方向でかつ小さい場合には第８図
（Ｂ）において曲線Ａマに示す電源と同相の波形が得ら
れ、またそのトルクが大きい場合には曲線Δ２に示す如
く大きな振幅の同相電圧が誘起される。

９− これに対して、１ヘルクの方向が右方向である場合でか
つそれが小さい場合には、曲線Ａ！ｌに示す如（小振幅
でかつ前記電源とは逆相の交流電圧が誘起され、更にト
ルクの大きさが大きい場合には逆相で曲線Ａ４に示す如
（大きな振幅の誘起電圧すなわち逆相電圧が発生ずる。

一方、位相回路２０の出力Ｂ′は第９図（Ｂ）に示す如
く、電源よりも角度θだけ移相された正弦波電圧が出力
され、これをゼロクロスコンパレータ２１に通すと、そ
の出力Ｃは第９図（Ｃ）に示す如く、電源より角度θだ
け位相のずれたデコーティ５０％の方形波となる。

次いで、単安定マルチバイブレータ２２の出力りはこの
方形波の立ち土がりに応答して微少幅パルスとなり、こ
のパルスがアナログスイッチ１９へと供給される。

すると、前述した如く検出コイル１７の出力波形はトル
クの回転方向に応じて位相が正相と逆相に異なり、かつ
トルクの大きさに応じて振幅の異なるものであるから、
前記単安定マルチパイブレ１０− −夕２２の出力パルスによってこれを同期検波すると、
第９図（Ｅ）に示す如く、その出力側にはトルクの方向
が左方向である場合には負極性のパルスが得られるのに
対し、右方向である場合には正極性のパルスが得られる
。

次いで、このアナログスイッチ１９の出力は直流変換回
路を介して第９図（［）に示す如く直流変換された摂検
出信号として出力される。すなわら、この検出信号はト
ルクの回転方向に応じて極性が異なり、かつそのレベル
はトルクの大きさに比例することになるため、これに基
づいてトルクの方向と大きさとを同時に判定することが
可能となるのである。

第１０図は直流変換回路の出力とトルクの方向および大
きさとの関係を示１グラフであり、同グラフから明らか
なように、この実施例装冒によればトルクの方向および
大きさに応じてリニアに変化する。

なお、検出コイルからの出力信号の最大振幅位置におけ
る信号を切り出づための一定幅パルス信号りの作成にお
いて、本例ではアナログ式の位相回路により励磁コイル
入力信号Ｂの位相を調整することで達成したが、他に位
相調整をデジタル式に行なうことも可能であることは勿
論である。

かくしてこの実施例によれば、一つの励磁コイルに対し
て一つの検出コイルを設けるだけでトルクの方向を判別
でき、これにより励磁コイルおよび検出コイルを含めた
コア全体の構造簡７１化および小形化を達成することが
できるという発明本来の効果に加え、同期検波方式を採
用しているため検出コイル等に誘導される外乱ノイズ等
の影響を受は難いという効果を有する。

なお、前記実施例においては励磁コアおよび検出コアの
ｌａ造として十字交差型コアを採用したが、本発明には
他の構造のコアを適用することもでき、例えば特公昭３
５−１２４／１７号公報に示されるような被測定軸を取
り巻くリング状コアでも良く、この場合にもリング状コ
アは励磁用と検出用の２つで済み構造が簡単で小形化で
きることは言うまでもない。

また、前記実施例においてはアナログスイッチ１０を介
して出力される検出パルスを更に積分回路あるいはピー
クホールド回路等の直流変換回路２３を介して直流値に
変換した侵出力するようにしたが、勿論アナログスイッ
チ１９の出力を単に正、負および零の３１ｉｒｉ弁別を
行イＴい、その弁別出力によってトルクの印加方向を判
定し、トルクの大きさについては直接に交流増幅回路１
８の出力から判定し得るようにしても良いことは勿論で
ある。

以上の実施例の説明でも明らかなように、この発明に係
わるトルク検出装置は正弦波または三角波等の対称交流
波形電圧を発生ずる波または三角波等の対称交流波形電
圧を発生する交流電源を設けるとともに、この交流電源
で駆動され、かつ被測定軸を一定の方向へ交流磁化する
ための励磁コイルと、前記磁化方向と直交Ｊ゛る方向の
磁束成分を検出するための検出コイルとを設け、前記検
出コイルに誘起される電圧信号の中で、前記交流電源に
対して一定角度位相をずらせた時点における１３− 電圧レベルを検出し、この検出レベルの所定基準値に対
する極性に基づいて、トルクの方向を判別し得るように
構成したものであるから、この種方向検出機能付きのト
ルク検出装置におけるコア部の構成を小形化し、これに
より狭小なスペースへの実装を可能とするとともにコス
トダウンにも資するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置におけるコアの構造の一例を示す図、
第２図は同装置における検出回路の構成を示すブロック
図、第３図は同装置における整流波形を示すグラフ、第
４図は同装置における最終出力の状態を示すグラフ、第
５図は本発明に係わるトルク検出装置の受信部の構成を
示す図、第６図は第５図にお参プるＷ−Ｖｌ線断面図、
第７図は同装置における検出回路の構成を示寸ブロック
図、第８図は第７図における回路において、トルクの方
向および大きさに対応する誘起電圧波形の関係を示すグ
ラフ、第９図は第７図の各部の信号状態を示す波形図、
第１０図は第７図の回路における１４− 出力とトルクの方向おＪ：び大きさとの関係を示すグラ
フである。 １５・・・交流電源 １６・・・励磁コイル １７・・・検出コイル １８・・・交流増幅回路 １９・・・アナログスイッヂ ２０・・・位相回路 ２１・・・ゼロクロスコンパレータ ２２・・・甲安定マルチバイブレータ ２３・・・直流変換回路 特許出願人 日産自動車株式会社 １５− Ｕ】 １７１−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）正弦波または三角波等の対称交流波形電圧を発生
   する交流電源と； 前記交流電源で駆動され、かつ被測定軸を一定の方向へ
   交番磁化するための励磁コイルと：前記磁化方向と直交
   する方向の磁束成分を検出するための検出コイルと； 前記検出コイルに誘起される電圧信号の中で、前記交流
   電源に対して一定角度位相をずらせた時点における電圧
   レベルを検出する同期検波回路とを備え； 前記同期検波回路の出力電圧レベルの所定基準値に対す
   る極性に基づいて、トルクの方向を判別し得るように構
   成したことを特徴とでるトルク検出装置。