トルクセンサ
【課題】外乱による影響を抑制し測定精度を向上する。
【解決手段】入力側筒２１に、トーションバー１０の捻れに応じて、出力側筒２２の基準スリット６１との重なり量が相互に逆方向に増減する二つのスリット６２、６３とを設け、入力側筒２１の内側から第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２で磁束を印加する。そして、出力側筒２２外側において、直列接続した第１検出コイル４１と第１補償コイル４１０との両端に誘起された信号の位相と、直列接続した第２検出コイル４２と第２補償コイル４２０との両端に誘起された信号の位相との位相差を測定回路５０で算出する。第１検出コイル４１と第１補償コイル４１０との巻き線の巻き方向と、第２検出コイル４２と第２補償コイル４２０との巻き線の巻き方向とは逆巻き方向とする。
【解決手段】入力側筒２１に、トーションバー１０の捻れに応じて、出力側筒２２の基準スリット６１との重なり量が相互に逆方向に増減する二つのスリット６２、６３とを設け、入力側筒２１の内側から第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２で磁束を印加する。そして、出力側筒２２外側において、直列接続した第１検出コイル４１と第１補償コイル４１０との両端に誘起された信号の位相と、直列接続した第２検出コイル４２と第２補償コイル４２０との両端に誘起された信号の位相との位相差を測定回路５０で算出する。第１検出コイル４１と第１補償コイル４１０との巻き線の巻き方向と、第２検出コイル４２と第２補償コイル４２０との巻き線の巻き方向とは逆巻き方向とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トーションバーの捻れ角を検出することによりトルクを計測するトルクセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トーションバーの捻れ角を検出することによりトルクを計測するトルクセンサとしては、トーションバーの捻れ量に応じて開口面積が変化する窓を通過させた磁束の位相変化より、トーションバーに加わるトルクを検出するトルクセンサが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８-２６８０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したトーションバーの捻れ量に応じて開口面積が変化する窓を通過させた磁束の位相変化よりトルクを検出するトルクセンサにおいては、ノイズ等の外乱による影響によって測定精度が劣化することがある。
そこで、本発明は、トーションバーの捻れ量に応じて開口面積が変化する窓を通過させた磁束の位相変化よりトルクを検出するトルクセンサにおいて、その測定精度を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題達成のために、本発明は、トーションバーと、前記トーションバーの一端に固定された、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性導電体で形成した第１円筒と、前記トーションバーの他端に固定された、前記第１円筒に挿入された形態で、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性導電体で形成した第２円筒と、測定部とを有し、前記第１円筒と前記第２円筒とのうちの一方には基準スリットが設けられており、前記第１円筒と前記第２円筒とのうちの前記基準スリットが設けられていない方には、軸方向の位置を異ならせて配置した第１検出用スリットと第２検出用スリットとが設けられたトルクセンサを提供する。ここで、前記測定部は、前記第２円筒の内周側と前記第１円筒の外周側とのうちの一方側に、前記トーションバーの回転軸と同軸状に、軸方向の位置を異ならせて配置した第１駆動コイルと第２駆動コイルと、前記第２円筒の内周側と前記第１円筒の外周側とのうちの前記駆動コイルが配置されていない方側に、前記トーションバーの回転軸と同軸状に、軸方向の位置を異ならせて配置した第１検出コイルと第２検出コイルと第１補償コイルと第２補償コイルと、前記駆動コイルを交流駆動する駆動回路と、計測回路とを備えたものである。また、前記第１検出用スリットと前記第２検出用スリットとは、前記トーションバーの捩れに応じた量、前記基準スリットとの前記トーションバーの径方向に見た重なりの量が変化すると共に、前記トーションバーの捩れに応じた前記基準スリットとの前記重なりの量の変化量が、前記第１検出用スリットと前記第２検出用スリットとで相互に異なる量となるように配置されており、前記第１検出コイルと第１補償コイルとは直列接続されており、前記第２検出コイルと第２補償コイルとは直列接続されており、前記第１検出コイルと第１補償コイルとの巻き線の巻き方向は逆方向であり、前記第２検出コイルと前記第２補償コイルとの巻き線の巻き方向は逆方向であり、前記第１駆動コイルと前記第１検出コイルとは軸方向位置が前記第１検出用スリットと少なくとも一部重なるように配置され、前記第２駆動コイルと前記第２検出コイルとは軸方向位置が前記第２検出用スリットと少なくとも一部重なるように配置され、前記第１補償コイルと前記第２補償コイルとは、軸方向位置が、前記第１検出用スリット及び前記第２検出用スリットと重ならないように配置されており、前記計測回路は、前記直列接続された第１検出コイルと第１補償コイルの両端に誘起された電圧信号と、前記直列接続された第２検出コイルと第２補償コイルの両端に誘起された電圧信号の位相差を検出するものである。
【０００６】
このようなトルクセンサによれば、ノイズ等の外乱によって前記第１検出コイルに誘起する信号成分は、当該外乱によって前記第１補償コイルに誘起する信号によって打ち消され、ノイズ等の外乱によって前記第２検出コイルに誘起する信号成分は、当該外乱によって前記第２補償コイルに誘起する信号によって打ち消される。よって、外乱による影響を抑制し測定精度を向上することができるようになる。
【０００７】
ここで、このようなトルクセンサは、前記第１検出コイルと前記第２検出コイルとは、軸方向に見て、隣接して配置されており、前記第１補償コイルは、軸方向に見て、当該第１補償コイルと前記第１検出コイルとの間に前記第２検出コイルが位置するように配置され、前記第２補償コイルは、軸方向に見て、当該第２補償コイルと前記第２検出コイルとの間に前記第１検出コイルが位置するように配置されているように構成することが好ましい。
【０００８】
このようにすることにより、前記第１駆動コイルから前記第２検出コイルに到達する磁束成分によって、前記第２検出コイルに誘起される信号成分である混信成分も、前記第１駆動コイルから前記第２補償コイルに到達する磁束成分によって前記第２補償コイルに誘起される信号成分によって、ほぼ相殺することができる。また、同様に、前記第２駆動コイルから前記第１検出コイルに到達する磁束成分によって、前記第１検出コイルに誘起される信号成分である混信成分も、前記第２駆動コイルから前記第１補償コイルに到達する磁束成分によって前記第１補償コイルに誘起される信号成分によって、ほぼ相殺することができる。よって、磁束成分の混信によって測定精度が劣化することを抑制し、その測定精度を向上することができる。
【０００９】
なお、以上のトルクセンサにおいて、前記基準スリットは、軸方向位置を異ならせて配置した、前記第１検出用スリットと軸方向位置が少なくとも一部重なる第１基準スリットと、前記第２検出用スリットと軸方向位置が少なくとも一部重なる第２基準スリットとより構成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、トーションバーの捻れ量に応じて開口面積が変化する窓を通過させた磁束の位相変化よりトルクを検出するトルクセンサにおいて、その測定精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るトルクセンサの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るトルクセンサの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るスリットの重なり幅と位相変化の関係の例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るトルクセンサの測定回路の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係るトルクセンサの比較実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係るトルクセンサの構成を示す。
ここで、図１ａはトルクセンサの正面を、図１ｂはトルクセンサの左側面を、図１ｃはトルクセンサの右側面を、図１ｄはトルクセンサの断面を、それぞれ模式的に表している。
図示するように、本トルクセンサは、測定対象のトルクが入力側（図１ａ、ｄにおける右方）端と出力側（図１ａ、ｄにおける左方）端との間の捻れ方向の力として加えられるトーションバー１０と、トーションバー１０に当該トーションバー１０の入力側で固定された入力側筒２１と、トーションバー１０に当該トーションバー１０の出力側で固定された出力側筒２２と、第１駆動コイル３１と、第２駆動コイル３２と、第１検出コイル４１と、第２検出コイル４２と、測定回路５０と、第１補償コイル４１０と、第２補償コイル４２０を有している。
【００１３】
ここで、第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２とは直列に接続され、第１検出コイル４１と第１補償コイル４１０とは直列に接続され、第２検出コイル４２と第２補償コイル４２０とは直列に接続されている。
そして、図１ｄに示すように、第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２とは、巻き方向（したがって発生磁束の方向）が、相互に逆向きとなっている。また、第１検出コイル４１と第１補償コイル４１０とは、巻き方向が相互に逆向きとなっており、第２検出コイル４２と第２補償コイル４２０とは、巻き方向が相互に逆向きとなっている。
【００１４】
ここで、出力側筒２２は、非磁性導電体を用いて形成されており、トーションバー１０の入力側の底面が開放された円筒形状を有する。そして、トーションバー１０の出力側の底面の中心部分で、トーションバー１０の出力側に固定されている。
次に、入力側筒２１は、非磁性導電体を用いて形成されており、同軸入れ子状に間隔をあけて配置された二つの両底面の無い中空の円筒形状部である内筒部と外筒部をトーションバー１０の出力側端で連結した形状を有する。そして、入力側筒２１の内側の円筒形状部である内筒部がトーションバー１０の入力側に固定されている。また、入力側筒２１は、出力側筒２２の内側に、出力側筒２２と同軸入れ子状に配置されるように設けられている。
【００１５】
そして、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２と第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０は、出力側筒２２の周りに、トーションバー１０の回転軸と同軸状に巻き回した形態で、軸方向に、第２補償コイル４２０、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２、第１補償コイル４１０の順序で並べて設けられている。
【００１６】
また、第１駆動コイル３１は、入力側筒２１の内筒部と外筒部の間に、トーションバー１０の回転軸と同軸状に巻き回した形態で、第１検出コイル４１に、入力側筒２１の外筒部と出力側筒２２の側壁を介して対面するように配置され、第２駆動コイル３２は、入力側筒２１の内筒部と外筒部の間に、トーションバー１０の回転軸と同軸状に巻き回した形態で、第２検出コイル４２に、入力側筒２１の外筒部と出力側筒２２の側壁を介して対面するように配置されている。
【００１７】
なお、第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２は、トルクセンサの全体すなわち静止系に対して固定的に設けてもよいし、入力側筒２１と共に回転するように入力側筒２１に対して固定して設けるようにしてもよい。また、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２と第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０も、静止系に対して固定的に設けてもよいし、出力側筒２２と共に回転するように出力側筒２２に対して固定して設けるようにしてもよい。
【００１８】
さて、出力側筒２２の側壁と入力側筒２１の外筒部との、第１駆動コイル３１が、第１検出コイル４１と対面する箇所と、第２駆動コイル３２が、第２検出コイル４２と対面する箇所とには、各々複数のスリットが設けられている。
すなわち、図２ａに示すように、出力側筒２２の側壁には、複数の周方向に並んだスリットである基準スリット６１が設けられている。
また、図２ｂに示すように入力側筒２１の外筒部の、第１駆動コイル３１が第１検出コイル４１と対面する部分には周方向に並んだスリットである第１検出用スリット６２が、第２駆動コイル３２が第２検出コイル４２と対面する部分には周方向に並んだスリットである第２検出用スリット６３が設けられている。
【００１９】
そして、図２ｃに示すように、トルクセンサにおいて、基準スリット６１と第１検出用スリット６２、基準スリット６１と第２検出用スリット６３は軸方向位置が少なくとも一部重なり合うように配置されている。また、入力側から出力側を見て時計廻りに進む方向を前方向とし、反時計廻りに進む方向を後方向として、トーションバー１０に捻れが生じていない状態では、図２ｄ１に示すように、径方向に見て基準スリット６１の後側半分が第１検出用スリット６２の前側半分と重なり、基準スリット６１の前側半分が第２検出用スリット６３の後側半分と重なるように、基準スリット６１と第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３の配置の位相は各々設定されている。
【００２０】
ここで、図２ｄ２は、トーションバー１０に捻れが生じていない状態において、第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２側から、第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３を介して出力側筒２２方向を見たようすを表しており、図示するように、この状態において、基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量（面積）と、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量は等しい。
【００２１】
一方、トーションバー１０の捻れが発生すると、基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量と、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量は、大小方向について逆方向に変化する。すなわち、たとえば、トーションバー１０に、図２ｃに矢印で示すような捻れが生じると、図２ｅ１に示すように基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量は増加し、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量は減少し、この状態において駆動コイル３１側から、第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３を介して出力側筒２２方向を見たようすは図２ｅ２のようになる。
【００２２】
そして、このような、基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量と、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量との、相互に逆方向の変化に伴って、直列接続した第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２とを交流信号で駆動したときに、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相には、異なる変化が表れる。結果、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相には、トーションバー１０の捻れ量に応じて異なる変化が表れることになる。
【００２３】
ここで、基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量との、相互に逆方向の変化に伴って、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相に異なる変化が表れるのは、次の原理によるものと推定される。
【００２４】
すなわち、直列接続した第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２とを交流信号で駆動したときに、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に信号を誘起する信号磁束の成分のうち、出力側２２筒の基準スリット６１と、入力側筒２１の第１検出用スリット６２または第２検出用スリット６３の双方を通過し出力側筒２２と入力側筒２１の双方を透過しなかった磁束成分を第１磁束成分、出力側筒２２のみを透過した磁束成分を第２磁束成分、入力側筒２１のみを透過した磁束成分を第３磁束成分、入力側筒２１と出力側筒２２の双方を透過した磁束成分を第４磁束成分とする。ここで、以上の第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に到達する第２磁束成分は出力側筒２２の透過による位相変化を受けた磁束成分となり、第３磁束成分は入力側筒２１の透過による位相変化を受けた磁束成分となり、第４磁束成分は入力側筒２１の透過と出力側筒２２の透過による位相変化を受けた磁束成分となる。
【００２５】
そして、図２ｅ１に示すように基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量が増加すると、第１検出コイル４１に到達する第１磁束成分の強度は増加し、第２磁束成分と第３磁束成分の強度は減少し、第４磁束成分の強度は増加する。一方、図２ｅ１に示すように、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量が減少すると、第２検出コイル４２に到達する第１磁束成分の強度は減少し、第２磁束成分と第３磁束成分の強度は増加し、第４磁束成分の強度は減少する。すなわち、トーションバー１０の捻れ量に応じて、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に到達する各磁束成分の強度は逆方向に変化する。
【００２６】
一方、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号は、各磁束成分の合成ベクトルを表すものとなり、この合成ベクトルの位相は、各位相の磁束成分の強度比によって変化する。よって、第１検出コイル４１に誘起される信号の位相には基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量の変化に応じた変化が、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相には基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量の変化に応じた変化が表れ、結果、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相には、トーションバー１０の捻れ量に応じて異なる変化が表れることになる。ここで、図３は、1.8mm幅のスリットを設けた2mm厚のアルミニウム板を２枚重ね、スリットの重なり量を変化させながら、10kHzの駆動信号で２枚重ねたアルミニウム板の一方側に設けた駆動コイルを駆動して磁束を印加したときに、２枚重ねたアルミニウム板の他方側に設けた検出コイルに誘起された信号の駆動信号に対する位相を測定した結果３０１を表したものである。図より、スリットの重なり量の変化に応じた位相変化が検出信号に表れることが分かる。なお、図中３０２は、以上の原理に基づいた計算値を表している。
【００２７】
さて、このように、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相には、トーションバー１０の捻れ量に応じて異なる変化が表れるので、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相差を測定すれば、トーションバー１０の捻れ量を測定することができ、この捻れ量より、トーションバー１０に加えられたトルクを算定することができる。
【００２８】
ここで、このような直列接続した第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２の駆動と、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相差の測定を行うのが測定回路５０である。
すなわち、図４ａに示すように、測定回路５０は、発振回路５１と、第１差動増幅器５２と、第２差動増幅器５３と、位相差検出回路５４とを有している。そして、発振回路５１は、交流の駆動信号を生成して、直列に接続された第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２に印加して一次磁束を発生し、第１差動増幅器５２は、直列接続された第１検出コイル４１と第１補償コイル４１０の両端に誘起起電力によって生じる検出信号を増幅し、第２差動増幅器５３は、直列接続された第２検出コイル４２と第２補償コイル４２０の両端に誘起起電力によって生じる検出信号を増幅する。
【００２９】
そして、位相差検出回路５４は、第１差動増幅器５２が増幅した検出信号と、第２差動増幅器５３が増幅した検出信号との位相差を検出する。そして、この位相差検出回路５４が検出した位相差の大きさによって、トーションバー１０の捻れ量すなわちトーションバー１０に加えられたトルクが表されることになる。
【００３０】
ここで、前述したように、直列接続された第１検出コイル４１と第１補償コイル４１０の、巻き方向は相互に逆向きとなっており、直列接続された第２検出コイル４２と第２補償コイル４２０とは、巻き方向が相互に逆向きとなっている。したがって、ノイズ等の外乱によって第１検出コイル４１に誘起する信号成分は、当該外乱によって第１補償コイル４１０に誘起する信号によって打ち消され、ノイズ等の外乱によって第２検出コイル４２に誘起する信号成分は、当該外乱によって第２補償コイル４２０に誘起する信号によって打ち消される。
【００３１】
また、上述の通り、図５ａに示すように、第２補償コイル４２０、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２、第１補償コイル４１０の順序で、以上の各コイルは配置されており、第１駆動コイル３１は第１検出コイルに対面するように配置され、第２駆動コイル３２は第２検出コイル４２に対面するように配置されている。
【００３２】
したがって、第１駆動コイル３１から第２検出コイル４２に到達する磁束成分５１１によって、第２検出コイル４２に誘起される信号成分である混信成分も、第１駆動コイル３１から第２補償コイル４２０に到達する磁束成分５１２によって第２補償コイル４２０に誘起される信号成分によって、ほぼ相殺することができる。また、同様に、第２駆動コイル３２から第１検出コイル４１に到達する磁束成分５２１によって、第１検出コイル４１に誘起される信号成分である混信成分も、第２駆動コイル３２から第１補償コイル４１０に到達する磁束成分５２２によって第１補償コイル４１０に誘起される信号成分によって、ほぼ相殺することができる。
【００３３】
なお、上述のように、第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２との発生磁束の方向を相互に逆方向としているのは、トーションバー１０の回転に依存した誤差を抑制するためである。
ここで、以上のように第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を設けた効果を示す。
無負荷でトーションバー１０を回転させたときに、図４ａに示す第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を設けた構成によって測定回路５０で計測された位相差を図５ｂ１に、図４ｂに示すように第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を設けずに第１検出コイル４１の両端を第１差動増幅器５２に、第２検出コイル４２の両端を第２差動増幅器５３に接続した構成によって測定回路５０で計測された位相差を図５ｂ２に示す。
【００３４】
ここでは、無負荷でトーションバー１０を回転させているので、検出されるべき位相差は０である。そして、図５ｂ２に示すように、第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を設けなかった場合には、ノイズ等の外乱によって計測される位相差が大きく変動しているのに対して、図５ｂ１に示すように、第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を設けた場合にはノイズ等の外乱による計測される位相差の変動は小さく、その変動の大きさは、第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を設けなかった場合のおよそ１/３以下となる。
【００３５】
よって、これより第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を設けることにより、ノイズ等の外乱による影響や、磁束信号の混信による測定精度の劣化を抑制できることが分かる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、以上で説明してきた実施形態では、第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２を出力側筒２２の外周側に設け、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２と第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を入力側筒２１の内筒部と外筒部の間に配置するようにしてもよい。また、基準スリット６１を入力側筒２１に、第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３を出力側筒２２に設けるように構成してもよい。また、入力側筒２１をトーションバーの出力側に、出力側筒２２をトーションバーの入力側に固定するようにしてもよい。
【００３６】
また、以上の実施形態においては、基準スリット６を、図２ｆ１に示すように、第１検出用スリット６２と軸方向位置が少なくとも一部重なる部分と、第２検出用スリット６３と軸方向位置が少なくとも一部重なる部分とを分割して、二列に径方向に並んだ形態で設けるようにしてもよい。また、この場合には、基準スリット６の第１検出用スリット６２と軸方向位置が少なくとも一部重なる部分と、第２検出用スリット６３と軸方向位置が少なくとも一部重なる部分とは、図２ｆ２に示すように径方向にずらして配置するようにしてもよい。
【００３７】
また、以上の実施形態においては、トーションバー１０に捻れが生じていない状態のみにおいて、または、トーションバー１０の捻れが生じた状態のみにおいて、または、トーションバー１０に捻れの如何に関わらずに、第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３が、径方向に見て基準スリット６１と重ならないように構成するようにしてもよい。但し、第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３の、基準スリット６１に対する周方向の配置は異ならせるようにする。
【００３８】
図２ｇ１は、トーションバー１０の捻れの如何によらず、第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３が、径方向に見て基準スリット６１と重ならないように構成した場合を示しており、この場合には、トーションバー１０に捻れに応じて、図２ｇ２に示すように、第１検出用スリット６２の基準スリット６１に対する周方向の距離と、第２検出用スリット６３基準スリット６１に対する周方向の距離とに異なった変化が現れる。
【００３９】
したがって、このようにした場合でも、第１検出コイル４１で検出される前述した第１磁束成分の強度と第２磁束成分の強度と第３磁束成分の強度との組み合わせと、第２検出コイル４２で検出される第１磁束成分の強度と第２磁束成分の強度と第３磁束成分の強度との組み合わせは、トーションバー１０に捻れ量に応じて異なったものとなるので、このようにしても測定回路５０において、トーションバー１０に捻れ量を検出できることになる。
【符号の説明】
【００４０】
１０…トーションバー、２１…入力側筒、２２…出力側筒、３１…第１駆動コイル、３２…第２駆動コイル、４１…第１検出コイル、４２…第２検出コイル、５０…測定回路、５１…発振回路、５２…第１差動増幅器、５３…第２差動増幅器、５４…位相差検出回路、６１…基準スリット、６２…第１検出用スリット、６３…第２検出用スリット、４１０…第１補償コイル、４２０…第２補償コイル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トーションバーの捻れ角を検出することによりトルクを計測するトルクセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トーションバーの捻れ角を検出することによりトルクを計測するトルクセンサとしては、トーションバーの捻れ量に応じて開口面積が変化する窓を通過させた磁束の位相変化より、トーションバーに加わるトルクを検出するトルクセンサが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８-２６８０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したトーションバーの捻れ量に応じて開口面積が変化する窓を通過させた磁束の位相変化よりトルクを検出するトルクセンサにおいては、ノイズ等の外乱による影響によって測定精度が劣化することがある。
そこで、本発明は、トーションバーの捻れ量に応じて開口面積が変化する窓を通過させた磁束の位相変化よりトルクを検出するトルクセンサにおいて、その測定精度を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題達成のために、本発明は、トーションバーと、前記トーションバーの一端に固定された、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性導電体で形成した第１円筒と、前記トーションバーの他端に固定された、前記第１円筒に挿入された形態で、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性導電体で形成した第２円筒と、測定部とを有し、前記第１円筒と前記第２円筒とのうちの一方には基準スリットが設けられており、前記第１円筒と前記第２円筒とのうちの前記基準スリットが設けられていない方には、軸方向の位置を異ならせて配置した第１検出用スリットと第２検出用スリットとが設けられたトルクセンサを提供する。ここで、前記測定部は、前記第２円筒の内周側と前記第１円筒の外周側とのうちの一方側に、前記トーションバーの回転軸と同軸状に、軸方向の位置を異ならせて配置した第１駆動コイルと第２駆動コイルと、前記第２円筒の内周側と前記第１円筒の外周側とのうちの前記駆動コイルが配置されていない方側に、前記トーションバーの回転軸と同軸状に、軸方向の位置を異ならせて配置した第１検出コイルと第２検出コイルと第１補償コイルと第２補償コイルと、前記駆動コイルを交流駆動する駆動回路と、計測回路とを備えたものである。また、前記第１検出用スリットと前記第２検出用スリットとは、前記トーションバーの捩れに応じた量、前記基準スリットとの前記トーションバーの径方向に見た重なりの量が変化すると共に、前記トーションバーの捩れに応じた前記基準スリットとの前記重なりの量の変化量が、前記第１検出用スリットと前記第２検出用スリットとで相互に異なる量となるように配置されており、前記第１検出コイルと第１補償コイルとは直列接続されており、前記第２検出コイルと第２補償コイルとは直列接続されており、前記第１検出コイルと第１補償コイルとの巻き線の巻き方向は逆方向であり、前記第２検出コイルと前記第２補償コイルとの巻き線の巻き方向は逆方向であり、前記第１駆動コイルと前記第１検出コイルとは軸方向位置が前記第１検出用スリットと少なくとも一部重なるように配置され、前記第２駆動コイルと前記第２検出コイルとは軸方向位置が前記第２検出用スリットと少なくとも一部重なるように配置され、前記第１補償コイルと前記第２補償コイルとは、軸方向位置が、前記第１検出用スリット及び前記第２検出用スリットと重ならないように配置されており、前記計測回路は、前記直列接続された第１検出コイルと第１補償コイルの両端に誘起された電圧信号と、前記直列接続された第２検出コイルと第２補償コイルの両端に誘起された電圧信号の位相差を検出するものである。
【０００６】
このようなトルクセンサによれば、ノイズ等の外乱によって前記第１検出コイルに誘起する信号成分は、当該外乱によって前記第１補償コイルに誘起する信号によって打ち消され、ノイズ等の外乱によって前記第２検出コイルに誘起する信号成分は、当該外乱によって前記第２補償コイルに誘起する信号によって打ち消される。よって、外乱による影響を抑制し測定精度を向上することができるようになる。
【０００７】
ここで、このようなトルクセンサは、前記第１検出コイルと前記第２検出コイルとは、軸方向に見て、隣接して配置されており、前記第１補償コイルは、軸方向に見て、当該第１補償コイルと前記第１検出コイルとの間に前記第２検出コイルが位置するように配置され、前記第２補償コイルは、軸方向に見て、当該第２補償コイルと前記第２検出コイルとの間に前記第１検出コイルが位置するように配置されているように構成することが好ましい。
【０００８】
このようにすることにより、前記第１駆動コイルから前記第２検出コイルに到達する磁束成分によって、前記第２検出コイルに誘起される信号成分である混信成分も、前記第１駆動コイルから前記第２補償コイルに到達する磁束成分によって前記第２補償コイルに誘起される信号成分によって、ほぼ相殺することができる。また、同様に、前記第２駆動コイルから前記第１検出コイルに到達する磁束成分によって、前記第１検出コイルに誘起される信号成分である混信成分も、前記第２駆動コイルから前記第１補償コイルに到達する磁束成分によって前記第１補償コイルに誘起される信号成分によって、ほぼ相殺することができる。よって、磁束成分の混信によって測定精度が劣化することを抑制し、その測定精度を向上することができる。
【０００９】
なお、以上のトルクセンサにおいて、前記基準スリットは、軸方向位置を異ならせて配置した、前記第１検出用スリットと軸方向位置が少なくとも一部重なる第１基準スリットと、前記第２検出用スリットと軸方向位置が少なくとも一部重なる第２基準スリットとより構成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、トーションバーの捻れ量に応じて開口面積が変化する窓を通過させた磁束の位相変化よりトルクを検出するトルクセンサにおいて、その測定精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るトルクセンサの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るトルクセンサの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るスリットの重なり幅と位相変化の関係の例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るトルクセンサの測定回路の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係るトルクセンサの比較実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係るトルクセンサの構成を示す。
ここで、図１ａはトルクセンサの正面を、図１ｂはトルクセンサの左側面を、図１ｃはトルクセンサの右側面を、図１ｄはトルクセンサの断面を、それぞれ模式的に表している。
図示するように、本トルクセンサは、測定対象のトルクが入力側（図１ａ、ｄにおける右方）端と出力側（図１ａ、ｄにおける左方）端との間の捻れ方向の力として加えられるトーションバー１０と、トーションバー１０に当該トーションバー１０の入力側で固定された入力側筒２１と、トーションバー１０に当該トーションバー１０の出力側で固定された出力側筒２２と、第１駆動コイル３１と、第２駆動コイル３２と、第１検出コイル４１と、第２検出コイル４２と、測定回路５０と、第１補償コイル４１０と、第２補償コイル４２０を有している。
【００１３】
ここで、第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２とは直列に接続され、第１検出コイル４１と第１補償コイル４１０とは直列に接続され、第２検出コイル４２と第２補償コイル４２０とは直列に接続されている。
そして、図１ｄに示すように、第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２とは、巻き方向（したがって発生磁束の方向）が、相互に逆向きとなっている。また、第１検出コイル４１と第１補償コイル４１０とは、巻き方向が相互に逆向きとなっており、第２検出コイル４２と第２補償コイル４２０とは、巻き方向が相互に逆向きとなっている。
【００１４】
ここで、出力側筒２２は、非磁性導電体を用いて形成されており、トーションバー１０の入力側の底面が開放された円筒形状を有する。そして、トーションバー１０の出力側の底面の中心部分で、トーションバー１０の出力側に固定されている。
次に、入力側筒２１は、非磁性導電体を用いて形成されており、同軸入れ子状に間隔をあけて配置された二つの両底面の無い中空の円筒形状部である内筒部と外筒部をトーションバー１０の出力側端で連結した形状を有する。そして、入力側筒２１の内側の円筒形状部である内筒部がトーションバー１０の入力側に固定されている。また、入力側筒２１は、出力側筒２２の内側に、出力側筒２２と同軸入れ子状に配置されるように設けられている。
【００１５】
そして、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２と第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０は、出力側筒２２の周りに、トーションバー１０の回転軸と同軸状に巻き回した形態で、軸方向に、第２補償コイル４２０、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２、第１補償コイル４１０の順序で並べて設けられている。
【００１６】
また、第１駆動コイル３１は、入力側筒２１の内筒部と外筒部の間に、トーションバー１０の回転軸と同軸状に巻き回した形態で、第１検出コイル４１に、入力側筒２１の外筒部と出力側筒２２の側壁を介して対面するように配置され、第２駆動コイル３２は、入力側筒２１の内筒部と外筒部の間に、トーションバー１０の回転軸と同軸状に巻き回した形態で、第２検出コイル４２に、入力側筒２１の外筒部と出力側筒２２の側壁を介して対面するように配置されている。
【００１７】
なお、第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２は、トルクセンサの全体すなわち静止系に対して固定的に設けてもよいし、入力側筒２１と共に回転するように入力側筒２１に対して固定して設けるようにしてもよい。また、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２と第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０も、静止系に対して固定的に設けてもよいし、出力側筒２２と共に回転するように出力側筒２２に対して固定して設けるようにしてもよい。
【００１８】
さて、出力側筒２２の側壁と入力側筒２１の外筒部との、第１駆動コイル３１が、第１検出コイル４１と対面する箇所と、第２駆動コイル３２が、第２検出コイル４２と対面する箇所とには、各々複数のスリットが設けられている。
すなわち、図２ａに示すように、出力側筒２２の側壁には、複数の周方向に並んだスリットである基準スリット６１が設けられている。
また、図２ｂに示すように入力側筒２１の外筒部の、第１駆動コイル３１が第１検出コイル４１と対面する部分には周方向に並んだスリットである第１検出用スリット６２が、第２駆動コイル３２が第２検出コイル４２と対面する部分には周方向に並んだスリットである第２検出用スリット６３が設けられている。
【００１９】
そして、図２ｃに示すように、トルクセンサにおいて、基準スリット６１と第１検出用スリット６２、基準スリット６１と第２検出用スリット６３は軸方向位置が少なくとも一部重なり合うように配置されている。また、入力側から出力側を見て時計廻りに進む方向を前方向とし、反時計廻りに進む方向を後方向として、トーションバー１０に捻れが生じていない状態では、図２ｄ１に示すように、径方向に見て基準スリット６１の後側半分が第１検出用スリット６２の前側半分と重なり、基準スリット６１の前側半分が第２検出用スリット６３の後側半分と重なるように、基準スリット６１と第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３の配置の位相は各々設定されている。
【００２０】
ここで、図２ｄ２は、トーションバー１０に捻れが生じていない状態において、第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２側から、第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３を介して出力側筒２２方向を見たようすを表しており、図示するように、この状態において、基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量（面積）と、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量は等しい。
【００２１】
一方、トーションバー１０の捻れが発生すると、基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量と、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量は、大小方向について逆方向に変化する。すなわち、たとえば、トーションバー１０に、図２ｃに矢印で示すような捻れが生じると、図２ｅ１に示すように基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量は増加し、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量は減少し、この状態において駆動コイル３１側から、第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３を介して出力側筒２２方向を見たようすは図２ｅ２のようになる。
【００２２】
そして、このような、基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量と、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量との、相互に逆方向の変化に伴って、直列接続した第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２とを交流信号で駆動したときに、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相には、異なる変化が表れる。結果、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相には、トーションバー１０の捻れ量に応じて異なる変化が表れることになる。
【００２３】
ここで、基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量との、相互に逆方向の変化に伴って、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相に異なる変化が表れるのは、次の原理によるものと推定される。
【００２４】
すなわち、直列接続した第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２とを交流信号で駆動したときに、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に信号を誘起する信号磁束の成分のうち、出力側２２筒の基準スリット６１と、入力側筒２１の第１検出用スリット６２または第２検出用スリット６３の双方を通過し出力側筒２２と入力側筒２１の双方を透過しなかった磁束成分を第１磁束成分、出力側筒２２のみを透過した磁束成分を第２磁束成分、入力側筒２１のみを透過した磁束成分を第３磁束成分、入力側筒２１と出力側筒２２の双方を透過した磁束成分を第４磁束成分とする。ここで、以上の第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に到達する第２磁束成分は出力側筒２２の透過による位相変化を受けた磁束成分となり、第３磁束成分は入力側筒２１の透過による位相変化を受けた磁束成分となり、第４磁束成分は入力側筒２１の透過と出力側筒２２の透過による位相変化を受けた磁束成分となる。
【００２５】
そして、図２ｅ１に示すように基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量が増加すると、第１検出コイル４１に到達する第１磁束成分の強度は増加し、第２磁束成分と第３磁束成分の強度は減少し、第４磁束成分の強度は増加する。一方、図２ｅ１に示すように、基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量が減少すると、第２検出コイル４２に到達する第１磁束成分の強度は減少し、第２磁束成分と第３磁束成分の強度は増加し、第４磁束成分の強度は減少する。すなわち、トーションバー１０の捻れ量に応じて、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に到達する各磁束成分の強度は逆方向に変化する。
【００２６】
一方、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号は、各磁束成分の合成ベクトルを表すものとなり、この合成ベクトルの位相は、各位相の磁束成分の強度比によって変化する。よって、第１検出コイル４１に誘起される信号の位相には基準スリット６１と第１検出用スリット６２との重なりの量の変化に応じた変化が、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相には基準スリット６１と第２検出用スリット６３との重なりの量の変化に応じた変化が表れ、結果、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相には、トーションバー１０の捻れ量に応じて異なる変化が表れることになる。ここで、図３は、1.8mm幅のスリットを設けた2mm厚のアルミニウム板を２枚重ね、スリットの重なり量を変化させながら、10kHzの駆動信号で２枚重ねたアルミニウム板の一方側に設けた駆動コイルを駆動して磁束を印加したときに、２枚重ねたアルミニウム板の他方側に設けた検出コイルに誘起された信号の駆動信号に対する位相を測定した結果３０１を表したものである。図より、スリットの重なり量の変化に応じた位相変化が検出信号に表れることが分かる。なお、図中３０２は、以上の原理に基づいた計算値を表している。
【００２７】
さて、このように、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相には、トーションバー１０の捻れ量に応じて異なる変化が表れるので、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相差を測定すれば、トーションバー１０の捻れ量を測定することができ、この捻れ量より、トーションバー１０に加えられたトルクを算定することができる。
【００２８】
ここで、このような直列接続した第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２の駆動と、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２に誘起される信号の位相差の測定を行うのが測定回路５０である。
すなわち、図４ａに示すように、測定回路５０は、発振回路５１と、第１差動増幅器５２と、第２差動増幅器５３と、位相差検出回路５４とを有している。そして、発振回路５１は、交流の駆動信号を生成して、直列に接続された第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２に印加して一次磁束を発生し、第１差動増幅器５２は、直列接続された第１検出コイル４１と第１補償コイル４１０の両端に誘起起電力によって生じる検出信号を増幅し、第２差動増幅器５３は、直列接続された第２検出コイル４２と第２補償コイル４２０の両端に誘起起電力によって生じる検出信号を増幅する。
【００２９】
そして、位相差検出回路５４は、第１差動増幅器５２が増幅した検出信号と、第２差動増幅器５３が増幅した検出信号との位相差を検出する。そして、この位相差検出回路５４が検出した位相差の大きさによって、トーションバー１０の捻れ量すなわちトーションバー１０に加えられたトルクが表されることになる。
【００３０】
ここで、前述したように、直列接続された第１検出コイル４１と第１補償コイル４１０の、巻き方向は相互に逆向きとなっており、直列接続された第２検出コイル４２と第２補償コイル４２０とは、巻き方向が相互に逆向きとなっている。したがって、ノイズ等の外乱によって第１検出コイル４１に誘起する信号成分は、当該外乱によって第１補償コイル４１０に誘起する信号によって打ち消され、ノイズ等の外乱によって第２検出コイル４２に誘起する信号成分は、当該外乱によって第２補償コイル４２０に誘起する信号によって打ち消される。
【００３１】
また、上述の通り、図５ａに示すように、第２補償コイル４２０、第１検出コイル４１、第２検出コイル４２、第１補償コイル４１０の順序で、以上の各コイルは配置されており、第１駆動コイル３１は第１検出コイルに対面するように配置され、第２駆動コイル３２は第２検出コイル４２に対面するように配置されている。
【００３２】
したがって、第１駆動コイル３１から第２検出コイル４２に到達する磁束成分５１１によって、第２検出コイル４２に誘起される信号成分である混信成分も、第１駆動コイル３１から第２補償コイル４２０に到達する磁束成分５１２によって第２補償コイル４２０に誘起される信号成分によって、ほぼ相殺することができる。また、同様に、第２駆動コイル３２から第１検出コイル４１に到達する磁束成分５２１によって、第１検出コイル４１に誘起される信号成分である混信成分も、第２駆動コイル３２から第１補償コイル４１０に到達する磁束成分５２２によって第１補償コイル４１０に誘起される信号成分によって、ほぼ相殺することができる。
【００３３】
なお、上述のように、第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２との発生磁束の方向を相互に逆方向としているのは、トーションバー１０の回転に依存した誤差を抑制するためである。
ここで、以上のように第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を設けた効果を示す。
無負荷でトーションバー１０を回転させたときに、図４ａに示す第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を設けた構成によって測定回路５０で計測された位相差を図５ｂ１に、図４ｂに示すように第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を設けずに第１検出コイル４１の両端を第１差動増幅器５２に、第２検出コイル４２の両端を第２差動増幅器５３に接続した構成によって測定回路５０で計測された位相差を図５ｂ２に示す。
【００３４】
ここでは、無負荷でトーションバー１０を回転させているので、検出されるべき位相差は０である。そして、図５ｂ２に示すように、第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を設けなかった場合には、ノイズ等の外乱によって計測される位相差が大きく変動しているのに対して、図５ｂ１に示すように、第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を設けた場合にはノイズ等の外乱による計測される位相差の変動は小さく、その変動の大きさは、第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を設けなかった場合のおよそ１/３以下となる。
【００３５】
よって、これより第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を設けることにより、ノイズ等の外乱による影響や、磁束信号の混信による測定精度の劣化を抑制できることが分かる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、以上で説明してきた実施形態では、第１駆動コイル３１と第２駆動コイル３２を出力側筒２２の外周側に設け、第１検出コイル４１と第２検出コイル４２と第１補償コイル４１０と第２補償コイル４２０を入力側筒２１の内筒部と外筒部の間に配置するようにしてもよい。また、基準スリット６１を入力側筒２１に、第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３を出力側筒２２に設けるように構成してもよい。また、入力側筒２１をトーションバーの出力側に、出力側筒２２をトーションバーの入力側に固定するようにしてもよい。
【００３６】
また、以上の実施形態においては、基準スリット６を、図２ｆ１に示すように、第１検出用スリット６２と軸方向位置が少なくとも一部重なる部分と、第２検出用スリット６３と軸方向位置が少なくとも一部重なる部分とを分割して、二列に径方向に並んだ形態で設けるようにしてもよい。また、この場合には、基準スリット６の第１検出用スリット６２と軸方向位置が少なくとも一部重なる部分と、第２検出用スリット６３と軸方向位置が少なくとも一部重なる部分とは、図２ｆ２に示すように径方向にずらして配置するようにしてもよい。
【００３７】
また、以上の実施形態においては、トーションバー１０に捻れが生じていない状態のみにおいて、または、トーションバー１０の捻れが生じた状態のみにおいて、または、トーションバー１０に捻れの如何に関わらずに、第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３が、径方向に見て基準スリット６１と重ならないように構成するようにしてもよい。但し、第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３の、基準スリット６１に対する周方向の配置は異ならせるようにする。
【００３８】
図２ｇ１は、トーションバー１０の捻れの如何によらず、第１検出用スリット６２と第２検出用スリット６３が、径方向に見て基準スリット６１と重ならないように構成した場合を示しており、この場合には、トーションバー１０に捻れに応じて、図２ｇ２に示すように、第１検出用スリット６２の基準スリット６１に対する周方向の距離と、第２検出用スリット６３基準スリット６１に対する周方向の距離とに異なった変化が現れる。
【００３９】
したがって、このようにした場合でも、第１検出コイル４１で検出される前述した第１磁束成分の強度と第２磁束成分の強度と第３磁束成分の強度との組み合わせと、第２検出コイル４２で検出される第１磁束成分の強度と第２磁束成分の強度と第３磁束成分の強度との組み合わせは、トーションバー１０に捻れ量に応じて異なったものとなるので、このようにしても測定回路５０において、トーションバー１０に捻れ量を検出できることになる。
【符号の説明】
【００４０】
１０…トーションバー、２１…入力側筒、２２…出力側筒、３１…第１駆動コイル、３２…第２駆動コイル、４１…第１検出コイル、４２…第２検出コイル、５０…測定回路、５１…発振回路、５２…第１差動増幅器、５３…第２差動増幅器、５４…位相差検出回路、６１…基準スリット、６２…第１検出用スリット、６３…第２検出用スリット、４１０…第１補償コイル、４２０…第２補償コイル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーと、
前記トーションバーの一端に固定された、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性導電体で形成した第１円筒と、
前記トーションバーの他端に固定された、前記第１円筒に挿入された形態で、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性導電体で形成した第２円筒と、
測定部とを有し、
前記第１円筒と前記第２円筒とのうちの一方には基準スリットが設けられており、
前記第１円筒と前記第２円筒とのうちの前記基準スリットが設けられていない方には、軸方向の位置を異ならせて配置した第１検出用スリットと第２検出用スリットとが設けられており、
前記測定部は、
前記第２円筒の内周側と前記第１円筒の外周側とのうちの一方側に、前記トーションバーの回転軸と同軸状に、軸方向の位置を異ならせて配置した第１駆動コイルと第２駆動コイルと、
前記第２円筒の内周側と前記第１円筒の外周側とのうちの前記駆動コイルが配置されていない方側に、前記トーションバーの回転軸と同軸状に、軸方向の位置を異ならせて配置した第１検出コイルと第２検出コイルと第１補償コイルと第２補償コイルと、
前記駆動コイルを交流駆動する駆動回路と、
計測回路とを有し、
前記第１検出用スリットと前記第２検出用スリットとは、前記トーションバーの捩れに応じた量、前記基準スリットとの前記トーションバーの径方向に見た重なりの量が変化すると共に、前記トーションバーの捩れに応じた前記基準スリットとの前記重なりの量の変化量が、前記第１検出用スリットと前記第２検出用スリットとで相互に異なる量となるように配置されており、
前記第１検出コイルと前記第１補償コイルとは直列接続されており、前記第２検出コイルと前記第２補償コイルとは直列接続されており、前記第１検出コイルと前記第１補償コイルとの巻き線の巻き方向は逆方向であり、前記第２検出コイルと前記第２補償コイルとの巻き線の巻き方向は逆方向であり、
前記第１駆動コイルと前記第１検出コイルとは軸方向位置が前記第１検出用スリットと少なくとも一部重なるように配置され、前記第２駆動コイルと前記第２検出コイルとは軸方向位置が前記第２検出用スリットと少なくとも一部重なるように配置され、前記第１補償コイルと前記第２補償コイルとは、軸方向位置が、前記第１検出用スリット及び前記第２検出用スリットと重ならないように配置されており、
前記計測回路は、前記直列接続された第１検出コイルと第１補償コイルの両端に誘起された電圧信号と、前記直列接続された第２検出コイルと第２補償コイルの両端に誘起された電圧信号の位相差を検出することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
請求項１または２記載のトルクセンサであって、
前記第１検出コイルと前記第２検出コイルとは、軸方向に見て、隣接して配置されており、前記第１補償コイルは、軸方向に見て、当該第１補償コイルと前記第１検出コイルとの間に前記第２検出コイルが位置するように配置され、前記第２補償コイルは、軸方向に見て、当該第２補償コイルと前記第２検出コイルとの間に前記第１検出コイルが位置するように配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３】
請求項１または２記載のトルクセンサであって、
前記基準スリットは、軸方向位置を異ならせて配置した、前記第１検出用スリットと軸方向位置が少なくとも一部重なる第１基準スリットと、前記第２検出用スリットと軸方向位置が少なくとも一部重なる第２基準スリットとより構成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１】
トーションバーと、
前記トーションバーの一端に固定された、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性導電体で形成した第１円筒と、
前記トーションバーの他端に固定された、前記第１円筒に挿入された形態で、前記トーションバーと同軸状に配置された、非磁性導電体で形成した第２円筒と、
測定部とを有し、
前記第１円筒と前記第２円筒とのうちの一方には基準スリットが設けられており、
前記第１円筒と前記第２円筒とのうちの前記基準スリットが設けられていない方には、軸方向の位置を異ならせて配置した第１検出用スリットと第２検出用スリットとが設けられており、
前記測定部は、
前記第２円筒の内周側と前記第１円筒の外周側とのうちの一方側に、前記トーションバーの回転軸と同軸状に、軸方向の位置を異ならせて配置した第１駆動コイルと第２駆動コイルと、
前記第２円筒の内周側と前記第１円筒の外周側とのうちの前記駆動コイルが配置されていない方側に、前記トーションバーの回転軸と同軸状に、軸方向の位置を異ならせて配置した第１検出コイルと第２検出コイルと第１補償コイルと第２補償コイルと、
前記駆動コイルを交流駆動する駆動回路と、
計測回路とを有し、
前記第１検出用スリットと前記第２検出用スリットとは、前記トーションバーの捩れに応じた量、前記基準スリットとの前記トーションバーの径方向に見た重なりの量が変化すると共に、前記トーションバーの捩れに応じた前記基準スリットとの前記重なりの量の変化量が、前記第１検出用スリットと前記第２検出用スリットとで相互に異なる量となるように配置されており、
前記第１検出コイルと前記第１補償コイルとは直列接続されており、前記第２検出コイルと前記第２補償コイルとは直列接続されており、前記第１検出コイルと前記第１補償コイルとの巻き線の巻き方向は逆方向であり、前記第２検出コイルと前記第２補償コイルとの巻き線の巻き方向は逆方向であり、
前記第１駆動コイルと前記第１検出コイルとは軸方向位置が前記第１検出用スリットと少なくとも一部重なるように配置され、前記第２駆動コイルと前記第２検出コイルとは軸方向位置が前記第２検出用スリットと少なくとも一部重なるように配置され、前記第１補償コイルと前記第２補償コイルとは、軸方向位置が、前記第１検出用スリット及び前記第２検出用スリットと重ならないように配置されており、
前記計測回路は、前記直列接続された第１検出コイルと第１補償コイルの両端に誘起された電圧信号と、前記直列接続された第２検出コイルと第２補償コイルの両端に誘起された電圧信号の位相差を検出することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
請求項１または２記載のトルクセンサであって、
前記第１検出コイルと前記第２検出コイルとは、軸方向に見て、隣接して配置されており、前記第１補償コイルは、軸方向に見て、当該第１補償コイルと前記第１検出コイルとの間に前記第２検出コイルが位置するように配置され、前記第２補償コイルは、軸方向に見て、当該第２補償コイルと前記第２検出コイルとの間に前記第１検出コイルが位置するように配置されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３】
請求項１または２記載のトルクセンサであって、
前記基準スリットは、軸方向位置を異ならせて配置した、前記第１検出用スリットと軸方向位置が少なくとも一部重なる第１基準スリットと、前記第２検出用スリットと軸方向位置が少なくとも一部重なる第２基準スリットとより構成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１７５７８（Ｐ２０１１−１７５７８Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６１５２０（Ｐ２００９−１６１５２０）
【出願日】平成２１年７月８日（２００９．７．８）
【出願人】（０００１４５８０６）株式会社小野測器 (230)
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月８日（２００９．７．８）
【出願人】（０００１４５８０６）株式会社小野測器 (230)
[ Back to top ]