JP7797992B2 - Magnetostrictive torque sensor - Google Patents
Magnetostrictive torque sensorInfo
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Description
本発明は、磁歪式トルクセンサに関する。 The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor.
従来、トルク(回転トルク)が付与された際に透磁率が変化する磁歪特性を有する磁歪材を用い、トルクが付与された際の磁歪材の透磁率の変化を検出コイルのインダクタンスの変化として検出することにより、磁歪材に付与されたトルクを検出する磁歪式トルクセンサが知られている。 Conventionally, magnetostrictive torque sensors have been known that use magnetostrictive materials with magnetostrictive properties, whereby the magnetic permeability changes when torque (rotational torque) is applied, and detect the change in the magnetic permeability of the magnetostrictive material when torque is applied by detecting the change in inductance of a detection coil.
従来の磁歪式トルクセンサでは、4つの検出コイルをブリッジ接続したセンサ部を有しており、トルクの付与による各検出コイルのインピーダンスの変化を基に、磁歪特性を有するシャフトに付与されたトルクを検出している(例えば、特許文献1参照)。 Conventional magnetostrictive torque sensors have a sensor section in which four detection coils are bridge-connected, and detect the torque applied to a shaft with magnetostrictive properties based on the change in impedance of each detection coil due to the application of torque (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、検出コイルには抵抗成分が含まれており、この抵抗成分にばらつきが存在している。特に、基板上に形成された配線パターンにより検出コイルを構成する場合には、配線パターンの厚さや幅にある程度の誤差が生じ、検出コイルに抵抗成分のばらつきが生じてしまうことは避けられない。検出コイルに抵抗成分のばらつきが生じると、トルクが付与されていない状態においても出力が生じてしまうオフセットと呼ばれる現象が生じてしまう。さらに、この抵抗成分のばらつきによるオフセットは、温度により大きく変化するため、検出精度が低下してしまうおそれがある。 However, detection coils contain resistance components, and there is variation in this resistance component. In particular, when detection coils are constructed using wiring patterns formed on a substrate, there is inevitably a certain degree of error in the thickness and width of the wiring pattern, resulting in variation in the resistance component of the detection coil. When variation in the resistance component of a detection coil occurs, a phenomenon known as offset occurs, in which output is generated even when no torque is being applied. Furthermore, because the offset caused by variation in this resistance component changes significantly with temperature, there is a risk of reduced detection accuracy.
そこで、本発明は、検出コイルの抵抗成分にバラつきがある場合であっても、検出精度を向上可能な磁歪式トルクセンサを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a magnetostrictive torque sensor that can improve detection accuracy even when there is variation in the resistance component of the detection coil.
本発明は、上記課題を解決することを目的として、磁歪特性を有する磁歪材によって伝達されるトルクを検出するトルクセンサであって、前記磁歪材の軸方向に対して所定角度傾斜した第1直線部を有する第1の検出コイルと、前記磁歪材の軸方向に対して前記第1直線部と反対方向に前記所定角度傾斜した第2直線部を有する第2の検出コイルとを含むブリッジ回路を有するセンサ部と、前記ブリッジ回路に対して、交流の駆動電圧を印加する駆動部と、前記ブリッジ回路から出力される電圧を測定する電圧測定部と、を備え、前記電圧測定部は、前記ブリッジ回路に流れる電流がゼロになるときの電圧を測定するように構成されている、磁歪式トルクセンサを提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a magnetostrictive torque sensor that detects torque transmitted by a magnetostrictive material having magnetostrictive properties. The sensor unit has a bridge circuit including a first detection coil having a first linear portion inclined at a predetermined angle relative to the axial direction of the magnetostrictive material, and a second detection coil having a second linear portion inclined at the predetermined angle in the opposite direction to the first linear portion relative to the axial direction of the magnetostrictive material; a drive unit that applies an AC drive voltage to the bridge circuit; and a voltage measurement unit that measures the voltage output from the bridge circuit, wherein the voltage measurement unit is configured to measure the voltage when the current flowing through the bridge circuit becomes zero.
本発明によれば、検出コイルの抵抗成分にバラつきがある場合であっても、検出精度を向上可能な磁歪式トルクセンサを提供できる。 This invention provides a magnetostrictive torque sensor that can improve detection accuracy even when there is variation in the resistance component of the detection coil.
[実施の形態]
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
[Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施の形態に係る磁歪式トルクセンサの外観を示す斜視図である。図2(a)は、図1において樹脂モールド部を省略した斜視図、図2(b)はフレキシブル基板及び磁性リングの積層構造を示す断面図である。図3は、フレキシブル基板の各配線層に形成される配線パターンの一例を示す図である。 Figure 1 is a perspective view showing the appearance of a magnetostrictive torque sensor according to this embodiment. Figure 2(a) is a perspective view of Figure 1 with the resin molded portion omitted, and Figure 2(b) is a cross-sectional view showing the layered structure of a flexible substrate and a magnetic ring. Figure 3 is a diagram showing an example of a wiring pattern formed on each wiring layer of the flexible substrate.
(磁歪材2)
図1~3に示すように、磁歪式トルクセンサ(以下、単にトルクセンサという)1は、磁歪材2に付与されるトルク(回転トルク)を検出するセンサであり、磁歪材2の周囲に取り付けられている。
(Magnetostrictive material 2)
As shown in FIGS. 1 to 3, a magnetostrictive torque sensor (hereinafter simply referred to as torque sensor) 1 is a sensor that detects torque (rotational torque) applied to a magnetostrictive material 2, and is attached to the periphery of the magnetostrictive material 2.
磁歪材2は、周方向にトルクが付与される円柱状の部材である。トルクセンサ1における磁歪材2は、例えば、車両のパワートレイン系のトルク伝達に用いられるシャフト、あるいは車両のエンジンのトルク伝達に用いられるシャフトである。磁歪材2としては、例えばクロム鋼、クロムモリブデン鋼、又はニッケルクロムモリブデン鋼等のクロムを含有するクロム鋼からなる基材に、浸炭焼入れ焼戻し処理を施した後に、ショットピーニングを施したものを用いることができる。 The magnetostrictive material 2 is a cylindrical member to which torque is applied in the circumferential direction. The magnetostrictive material 2 in the torque sensor 1 is, for example, a shaft used to transmit torque in a vehicle's powertrain system, or a shaft used to transmit torque in a vehicle's engine. The magnetostrictive material 2 can be, for example, a base material made of chromium steel containing chromium, such as chromium steel, chromium molybdenum steel, or nickel chromium molybdenum steel, which has been carburized, quenched, and tempered, and then shot peened.
(センサ部10)
トルクセンサ1は、磁歪材2の周囲を覆うように設けられたセンサ部10を備えている。センサ部10は、磁歪材2の周囲に設けられた検出コイル3と、検出コイル3の周囲を覆うように設けられた磁性リング(磁性体リング、バックヨーク)4と、を有している。本実施の形態では、第1乃至第4の4つの検出コイル31~34を有している。
(Sensor unit 10)
The torque sensor 1 includes a sensor section 10 provided to surround the magnetostrictive material 2. The sensor section 10 includes a detection coil 3 provided around the magnetostrictive material 2, and a magnetic ring (magnetic ring, back yoke) 4 provided to surround the detection coil 3. In this embodiment, the sensor section 10 includes first to fourth detection coils 31 to 34.
図1及び図2(a)に示すように、センサ部10は、磁歪材2と離間して同軸に配置された円筒状のボビン5と、ボビン5の外面に巻き付けられたフレキシブル基板6と、樹脂モールド部7と、を有している。本実施の形態では、検出コイル3は、フレキシブル基板6に形成された配線パターン(後述する配線層60)から構成されている。ボビン5は、樹脂等の非磁性体からなり、その軸方向の一端部に径方向外方に突出した鍔部51が一体に形成されている。磁性リング4は、フレキシブル基板6の周囲を覆うように設けられている。 As shown in Figures 1 and 2(a), the sensor unit 10 includes a cylindrical bobbin 5 arranged coaxially and spaced apart from the magnetostrictive material 2, a flexible substrate 6 wrapped around the outer surface of the bobbin 5, and a resin molded portion 7. In this embodiment, the detection coil 3 is composed of a wiring pattern (wiring layer 60, described below) formed on the flexible substrate 6. The bobbin 5 is made of a non-magnetic material such as resin, and has a flange 51 that protrudes radially outward and is integrally formed at one axial end thereof. The magnetic ring 4 is provided to cover the periphery of the flexible substrate 6.
(樹脂モールド部7)
図1に示されるように、樹脂モールド部7は、フレキシブル基板6や磁性リング4を保護するためのものであり、ボビン5及びフレキシブル基板6及び磁性リング4の周囲を覆うように樹脂をモールドして形成される。樹脂モールド部7は、ボビン5及びフレキシブル基板6及び磁性リング4の周囲を覆う本体部71と、本体部71から外方に突出するように形成されたフランジ部72と、を一体に有している。本体部71には、磁歪材2を通すための貫通孔71aが形成されている。フランジ部72には、フランジ部72を貫通し、金属からなる短円筒状のカラー73を保持する保持孔74が形成されている。フランジ部72は、ボルト等を用いて、周囲の部材(磁歪材2の回転に伴い回転しない部材)に固定される。
(Resin molded portion 7)
As shown in FIG. 1 , the resin molded portion 7 is intended to protect the flexible substrate 6 and the magnetic ring 4, and is formed by molding resin so as to cover the periphery of the bobbin 5, flexible substrate 6, and magnetic ring 4. The resin molded portion 7 integrally includes a main body portion 71 that covers the periphery of the bobbin 5, flexible substrate 6, and magnetic ring 4, and a flange portion 72 formed to protrude outward from the main body portion 71. A through-hole 71a is formed in the main body portion 71 for passing the magnetostrictive material 2 through. A retaining hole 74 is formed in the flange portion 72, penetrating the flange portion 72 and holding a short cylindrical collar 73 made of metal. The flange portion 72 is fixed to surrounding members (members that do not rotate with the rotation of the magnetostrictive material 2) using bolts or the like.
(フレキシブル基板6)
図2(b)に示されるように、フレキシブル基板6は、第1配線層61、第2配線層62、第3配線層63、第4配線層64の4層の配線層60を有している。ただし、配線層60の層数はこれに限定されず、2層以上であればよい。
(Flexible substrate 6)
2B, the flexible substrate 6 has four wiring layers 60: a first wiring layer 61, a second wiring layer 62, a third wiring layer 63, and a fourth wiring layer 64. However, the number of layers of the wiring layers 60 is not limited to this, and may be two or more.
第1配線層61は、ポリイミドからなる第1ベース樹脂層65aの表面に形成されており、第1ベース樹脂層65aの裏面は接着層66bを介して第2配線層62に接着固定されている。第1配線層61の表面には、接着層66aを介してポリイミドからなる第1カバーレイ層67aが設けられ、絶縁処理が施されている。第1カバーレイ層67aの表面には両面テープ68aが貼付され、この両面テープ68aを介して、フレキシブル基板6がボビン5に接着固定される。 The first wiring layer 61 is formed on the surface of a first base resin layer 65a made of polyimide, and the back surface of the first base resin layer 65a is adhesively fixed to the second wiring layer 62 via an adhesive layer 66b. A first coverlay layer 67a made of polyimide is provided on the surface of the first wiring layer 61 via an adhesive layer 66a and is insulating treated. Double-sided tape 68a is affixed to the surface of the first coverlay layer 67a, and the flexible substrate 6 is adhesively fixed to the bobbin 5 via this double-sided tape 68a.
第2配線層62は、ポリイミドからなる第2ベース樹脂層65bの表面に形成されており、第2ベース樹脂層65bの裏面には、第3配線層63が形成されている。 The second wiring layer 62 is formed on the surface of a second base resin layer 65b made of polyimide, and a third wiring layer 63 is formed on the back surface of the second base resin layer 65b.
第4配線層64は、ポリイミドからなる第3ベース樹脂層65cの裏面に形成されており、第3ベース樹脂層65cの表面は接着層66cを介して第3配線層63に接着固定されている。第4配線層64の表面には、接着層66dを介してポリイミドからなる第2カバーレイ層67bが設けられ、絶縁処理が施されている。第2カバーレイ層67bには、両面テープ68bが貼付され、この両面テープ68bを介して、フレキシブル基板6と磁性リング4とが接着固定されている。 The fourth wiring layer 64 is formed on the back surface of a third base resin layer 65c made of polyimide, and the surface of the third base resin layer 65c is adhesively fixed to the third wiring layer 63 via an adhesive layer 66c. A second coverlay layer 67b made of polyimide is provided on the surface of the fourth wiring layer 64 via an adhesive layer 66d, and is insulatingly treated. Double-sided tape 68b is affixed to the second coverlay layer 67b, and the flexible substrate 6 and magnetic ring 4 are adhesively fixed via this double-sided tape 68b.
フレキシブル基板6の内層となる第2配線層62と第3配線層63とは、圧延銅箔からなる。フレキシブル基板6の外層となる第1配線層61と第4配線層64とは、電解銅箔に銅めっきを施したものからなる。詳細は後述するが、トルクセンサ1では、フレキシブル基板6にビア(スルーホール)を形成する必要があるため、外層である第1,4配線層61,64では、めっきを施した構成となっている。 The second wiring layer 62 and third wiring layer 63, which form the inner layers of the flexible substrate 6, are made of rolled copper foil. The first wiring layer 61 and fourth wiring layer 64, which form the outer layers of the flexible substrate 6, are made of electrolytic copper foil that has been copper-plated. As will be described in more detail below, the torque sensor 1 requires the formation of vias (through holes) in the flexible substrate 6, so the outer layers, the first and fourth wiring layers 61 and 64, are plated.
図3は、フレキシブル基板6の各配線層60に形成される配線パターンの一例を示す図である。図3では、フレキシブル基板6を展開して平面とした際の各配線層60の配線パターンを模式的に示している。 Figure 3 is a diagram showing an example of the wiring pattern formed on each wiring layer 60 of the flexible substrate 6. Figure 3 schematically shows the wiring pattern of each wiring layer 60 when the flexible substrate 6 is unfolded into a flat surface.
図3に示すように、第1乃至第4の検出コイル31~34は、フレキシブル基板6の配線層60に形成されている。第1及び第3の検出コイル31,33は、磁歪材2の軸方向に対して所定角度傾斜した第1直線部31a,33aを有し、第2及び第4の検出コイル32,34は、磁歪材2の軸方向に対して第1直線部31a,33aと反対方向に所定角度傾斜した第2直線部32a,34aを有する。 As shown in FIG. 3, the first to fourth detector coils 31 to 34 are formed on the wiring layer 60 of the flexible substrate 6. The first and third detector coils 31, 33 have first linear portions 31a, 33a inclined at a predetermined angle relative to the axial direction of the magnetostrictive material 2, and the second and fourth detector coils 32, 34 have second linear portions 32a, 34a inclined at a predetermined angle in the opposite direction to the first linear portions 31a, 33a relative to the axial direction of the magnetostrictive material 2.
トルクセンサ1では、磁歪材2にトルクが付与された際の透磁率の変化は軸方向に対して±45度の方向で最も大きくなる。よって、第1直線部31a,33aを軸方向に対して+45度傾斜するように形成し、第2直線部32a,34aを軸方向に対して-45度傾斜するように形成することで、検出感度を向上できる。 In the torque sensor 1, the change in magnetic permeability when torque is applied to the magnetostrictive material 2 is greatest in the ±45 degree direction relative to the axial direction. Therefore, by forming the first linear portions 31a, 33a so that they are inclined at +45 degrees relative to the axial direction, and the second linear portions 32a, 34a so that they are inclined at -45 degrees relative to the axial direction, detection sensitivity can be improved.
このトルクセンサ1では、第1の検出コイル31を形成する配線層60と、第4の検出コイル34を形成する配線層60の配線パターンを一部入れ替え、2層の配線層60(第1及び第2配線層61,62)にわたって第1及び第4の検出コイル31,34が形成されるように構成している。同様に、第2の検出コイル32を形成する配線層60と、第3の検出コイル33を形成する配線層60の配線パターンを一部入れ替え、2層の配線層60(第3及び第4配線層63,64)にわたって第2及び第3の検出コイル32,33が形成されるように構成している。配線層60間はビアを介して電気的に接続される。 In this torque sensor 1, the wiring patterns of the wiring layer 60 forming the first detector coil 31 and the wiring layer 60 forming the fourth detector coil 34 are partially interchanged, so that the first and fourth detector coils 31, 34 are formed across two wiring layers 60 (first and second wiring layers 61, 62). Similarly, the wiring patterns of the wiring layer 60 forming the second detector coil 32 and the wiring layer 60 forming the third detector coil 33 are partially interchanged, so that the second and third detector coils 32, 33 are formed across two wiring layers 60 (third and fourth wiring layers 63, 64). The wiring layers 60 are electrically connected via vias.
各検出コイル3を2層の配線層60にわたって形成することで、2層の配線層60の特性差による影響を抑制することが可能になる。その結果、配線層60間の特性差に起因した測定誤差を抑制し、測定精度を向上させることが可能になる。 By forming each detection coil 3 across two wiring layers 60, it is possible to suppress the effects of differences in the characteristics of the two wiring layers 60. As a result, it is possible to suppress measurement errors caused by differences in the characteristics between the wiring layers 60 and improve measurement accuracy.
本実施の形態では、第1配線層61と第3配線層63、及び、第2配線層62と第4配線層64に形成される配線パターンは、略同じパターンとされる。また、第1配線層61と第3配線層63、及び、第2配線層62と第4配線層64に形成される配線パターンに流れる電流は、同じ向きとなるようにされる。図3では、白抜き矢印で電流の向きを示している。また、図3では、第1乃至第4の検出コイル31~34の入力側電極を符号31b,32b,33b,34b、出力側電極を符号31c,32c,33c,34cで示している。また、図3における符号a~y,A~Yは、ビアによる接続関係を便宜的に表すものであり、同じ符号同士がビアを介して電気的に接続されていることを表している。なお、図3に示す各配線層60の配線パターンはあくまで一例であり、配線パターンの具体的な構造はこれに限定されるものではない。 In this embodiment, the wiring patterns formed on the first wiring layer 61 and the third wiring layer 63, and the second wiring layer 62 and the fourth wiring layer 64 are substantially the same. Furthermore, the currents flowing in the wiring patterns formed on the first wiring layer 61 and the third wiring layer 63, and the second wiring layer 62 and the fourth wiring layer 64 are arranged to flow in the same direction. In FIG. 3, the current direction is indicated by outline arrows. Also, in FIG. 3, the input electrodes of the first through fourth detection coils 31-34 are indicated by reference numerals 31b, 32b, 33b, and 34b, and the output electrodes are indicated by reference numerals 31c, 32c, 33c, and 34c. Furthermore, the reference numerals a-y and A-Y in FIG. 3 conveniently indicate the connection relationship via vias, and the same reference numerals indicate that the same reference numerals are electrically connected via vias. The wiring patterns of each wiring layer 60 shown in FIG. 3 are merely examples, and the specific structure of the wiring patterns is not limited to these.
(センサ部10及び電圧測定部9の回路構成)
図4は、センサ部10及び電圧測定部9の回路構成を示す図である。図4に示すように、トルクセンサ1は、ブリッジ回路10aを有するセンサ部10と、ブリッジ回路10aに対して、交流の駆動電圧を印加する駆動部8と、ブリッジ回路10aから出力される電圧を測定する電圧測定部9と、を備えている。
(Circuit configuration of sensor unit 10 and voltage measurement unit 9)
Fig. 4 is a diagram showing the circuit configuration of the sensor unit 10 and the voltage measurement unit 9. As shown in Fig. 4, the torque sensor 1 includes the sensor unit 10 having a bridge circuit 10a, a drive unit 8 that applies an AC drive voltage to the bridge circuit 10a, and a voltage measurement unit 9 that measures the voltage output from the bridge circuit 10a.
センサ部10は、第1、第2、第3、及び第4の検出コイル31~34を順次環状に接続したブリッジ回路10aにより構成されている。駆動部8は、第1及び第4の検出コイル31,34の接続部aと、第2及び第3の検出コイル32,33の接続部bとの間に、駆動電圧を印加するように構成されている。 The sensor unit 10 is composed of a bridge circuit 10a in which the first, second, third, and fourth detection coils 31-34 are connected in a sequential circular pattern. The driver 8 is configured to apply a drive voltage between the connection point a of the first and fourth detection coils 31, 34 and the connection point b of the second and third detection coils 32, 33.
電圧測定部9は、第1及び第2の検出コイル31,32の接続部cと、第3及び第4の検出コイル33,34の接続部dとの間の電圧を測定するように構成されている。本実施の形態では、電圧測定部9は、ブリッジ回路10aに流れる電流Icoilがゼロになるときの電圧を測定するように構成されている。 The voltage measurement unit 9 is configured to measure the voltage between the connection c of the first and second detection coils 31, 32 and the connection d of the third and fourth detection coils 33, 34. In this embodiment, the voltage measurement unit 9 is configured to measure the voltage when the current I coil flowing through the bridge circuit 10 a becomes zero.
より具体的には、電圧測定部9は、ブリッジ回路10aに流れる電流Icoilがゼロとなるタイミングでパルスを出力するパルス発生回路93と、パルス発生回路93からのパルスが入力されたときのブリッジ回路10aの出力電圧を保持するサンプルアンドホールド回路96と、を有している。 More specifically, the voltage measurement unit 9 includes a pulse generation circuit 93 that outputs a pulse at the timing when the current I coil flowing through the bridge circuit 10 a becomes zero, and a sample-and-hold circuit 96 that holds the output voltage of the bridge circuit 10 a when the pulse is input from the pulse generation circuit 93.
本実施の形態では、電圧測定部9は、ブリッジ回路10aに直列に接続された電流検出用抵抗91aと、電流検出用抵抗91aの両端の電圧を比較するコンパレータ91bと、をさらに有している。コンパレータ91bの出力は、電流Icoilの向きに応じた出力(ハイ又はロー)となる。つまり、電流Icoilの向きが一の方向である場合には出力がハイとなり、他の方向である場合には出力がローとなる。 In this embodiment, the voltage measurement unit 9 further includes a current detection resistor 91a connected in series to the bridge circuit 10a, and a comparator 91b that compares the voltage across the current detection resistor 91a. The output of the comparator 91b is either high or low depending on the direction of the current I coil . That is, the output is high when the current I coil flows in one direction, and low when the current I coil flows in the other direction.
パルス発生回路93は、コンパレータ91bからの出力に応じてパルスを出力するように構成されている。本実施の形態では、第1パルス発生回路93aと第2パルス発生回路93bの2つのパルス発生回路93が備えられている。コンパレータ91bの出力は、第1パルス発生回路93bの入力に直接接続されている。また、コンパレータ91bの出力は、反転回路(NOT回路)94を介して第2パルス発生回路93bの入力に接続されている。両パルス発生回路93a,93bは、ハイ信号が入力されたとき(入力がローからハイになったとき)に、1つのパルスを出力する機能を有している。つまり、本実施の形態では、ブリッジ回路10aに流れる電流Icoilの向きが変わってコンパレータ91bの出力が変化したタイミング、すなわち、電流Icoilがゼロになったタイミングで、パルス発生回路93からパルスが出力されることになる。そして、電流Icoilがプラスからマイナスに変化した際には第1パルス発生回路93aからパルスが出力され、電流Icoilがマイナスからプラスに変化した際には第2パルス発生回路93bからパルスが出力される。第1パルス発生回路93aの出力は、第1サンプルアンドホールド回路96aのクロック入力に接続されている。また、第2パルス発生回路93bの出力は、第2サンプルアンドホールド回路96bのクロック入力に接続されている。 The pulse generating circuit 93 is configured to output a pulse in response to the output from the comparator 91b. In this embodiment, two pulse generating circuits 93 are provided: a first pulse generating circuit 93a and a second pulse generating circuit 93b. The output of the comparator 91b is directly connected to the input of the first pulse generating circuit 93b. The output of the comparator 91b is also connected to the input of the second pulse generating circuit 93b via an inverting circuit (NOT circuit) 94. Both pulse generating circuits 93a and 93b have the function of outputting a pulse when a high signal is input (when the input changes from low to high). In other words, in this embodiment, a pulse is output from the pulse generating circuit 93 when the direction of the current I coil flowing through the bridge circuit 10a changes and the output of the comparator 91b changes, i.e., when the current I coil becomes zero. When the current I coil changes from positive to negative, a pulse is output from the first pulse generating circuit 93a, and when the current I coil changes from negative to positive, a pulse is output from the second pulse generating circuit 93b. The output of the first pulse generating circuit 93a is connected to the clock input of a first sample and hold circuit 96a. The output of the second pulse generating circuit 93b is connected to the clock input of a second sample and hold circuit 96b.
他方、検出対象となる接続部c,d間の電圧は、第1差動増幅回路95で増幅されて、第1及び第2サンプルアンドホールド回路96a,96bの2つのサンプルアンドホールド回路96に入力される。サンプルアンドホールド回路96は、クロック入力にハイの信号が入力されているときにサンプリングスイッチがオンになり、入力された信号(増幅された接続部c,d間の電圧Vs)がそのまま出力される。そして、クロック入力がローになると、サンプリングスイッチがオフになり、サンプリングスイッチが切り替わる直前の状態を保持する。なお、パルス発生回路93が出力するパルスのパルス幅(電圧がハイとなる時間)が長いと、電流Icoilがゼロになったタイミングからずれてしまうので、パルス発生回路93が出力するパルスのパルス幅は十分に短いことが好ましい。 On the other hand, the voltage between the connection points c and d to be detected is amplified by a first differential amplifier circuit 95 and input to two sample and hold circuits 96, namely, first and second sample and hold circuits 96a and 96b. When a high signal is input to the clock input of the sample and hold circuit 96, the sampling switch turns on and the input signal (the amplified voltage Vs between the connection points c and d) is output as is. When the clock input goes low, the sampling switch turns off and the state immediately before the sampling switch was switched is maintained. Note that if the pulse width of the pulse output by the pulse generation circuit 93 (the time during which the voltage is high) is long, the timing at which the current I coil becomes zero will be off, so it is preferable that the pulse width of the pulse output by the pulse generation circuit 93 be sufficiently short.
第1サンプルアンドホールド回路96aのクロック入力には、第1パルス発生回路93aからのパルスが入力されるため、第1サンプルアンドホールド回路96aでは、電流Icoilがプラスからマイナスに変化する際において、電流Icoilがゼロとなるタイミングでの電圧Vsが保持される。そして、第2サンプルアンドホールド回路96bのクロック入力には、第2パルス発生回路93bからのパルスが入力されるため、第2サンプルアンドホールド回路96bでは、電流Icoilがマイナスからプラスに変化する際において、電流Icoilがゼロとなるタイミングでの電圧Vsが保持される。 Since the clock input of the first sample and hold circuit 96a receives a pulse from the first pulse generating circuit 93a, the first sample and hold circuit 96a holds the voltage Vs at the timing when the current I coil becomes zero as the current I coil changes from positive to negative. And since the clock input of the second sample and hold circuit 96b receives a pulse from the second pulse generating circuit 93b, the second sample and hold circuit 96b holds the voltage Vs at the timing when the current I coil becomes zero as the current I coil changes from negative to positive.
両サンプルアンドホールド回路96a,96bの出力は、第2差動増幅回路97に出力され、その差分が増幅された後、ローパスフィルタ98を通して高周波のノイズ成分がカットされ、その後電圧検出部99に入力され電圧値が検出される。つまり、電圧検出部99は、第1及び第2サンプルアンドホールド回路96a,96bの出力電圧の差分を増幅した電圧値を検出する。 The outputs of both sample and hold circuits 96a, 96b are output to a second differential amplifier circuit 97, where the difference is amplified, passed through a low-pass filter 98 to remove high-frequency noise components, and then input to a voltage detection unit 99, where the voltage value is detected. In other words, the voltage detection unit 99 detects the voltage value obtained by amplifying the difference between the output voltages of the first and second sample and hold circuits 96a, 96b.
図5は、図4における各部の電圧や電流の変化を示すタイムチャートである。図5では、接続部aでの電圧V0、ブリッジ回路10aを流れる電流Icoil、第1パルス発生回路93aの出力電圧Vtp、第2パルス発生回路93bの出力電圧Vtn、第1差動増幅回路95の出力電圧Vsのそれぞれのタイムチャートを示している。また、第1差動増幅回路95の出力電圧Vsのタイムチャートには、第1サンプルアンドホールド回路96aの出力電圧Vhp、及び第2サンプルアンドホールド回路96bの出力電圧Vhnも併せて示している。 Fig. 5 is a time chart showing changes in voltage and current at each point in Fig. 4. Fig. 5 shows time charts for the voltage V0 at the connection point a, the current Icoil flowing through the bridge circuit 10a, the output voltage Vtp of the first pulse generating circuit 93a, the output voltage Vtn of the second pulse generating circuit 93b, and the output voltage Vs of the first differential amplifier circuit 95. The time chart for the output voltage Vs of the first differential amplifier circuit 95 also shows the output voltage Vhp of the first sample and hold circuit 96a and the output voltage Vhn of the second sample and hold circuit 96b.
図5に示すように、そして、ブリッジ回路10aに印加される電圧V0の極性が反転すると、これに伴って、所定の時間td後に電流Icoilの極性が反転する。そして、電流Icoilの向きがプラスからマイナスに変化すると、第1パルス発生回路93aからパルスが出力され(出力電圧Vtpのタイムチャート参照)、その時点での第1差動増幅回路95の出力電圧Vsが、出力電圧Vhpとして第1サンプルアンドホールド回路96aに保持される。また、電流Icoilの向きがマイナスからプラスに変化すると、第2パルス発生回路93bからパルスが出力され(出力電圧Vtnのタイムチャート参照)、その時点での第1差動増幅回路95の出力電圧Vsが、出力電圧Vhnとして第2サンプルアンドホールド回路96bに保持される。第2差動増幅回路97でこれらの差分を抽出することで、出力電圧Vsの振幅を抽出することができる。なお、出力電圧Vsの振幅(変動幅)は、磁歪材2に付与されたトルクによって変化するため、出力電圧Vsの振幅(変動幅)の検出値に基づいて磁歪材2に付与されたトルクを求めることができる。 As shown in FIG. 5 , when the polarity of the voltage V0 applied to the bridge circuit 10a is reversed, the polarity of the current Icoil is also reversed after a predetermined time td. When the direction of the current Icoil changes from positive to negative, a pulse is output from the first pulse generating circuit 93a (see the time chart of the output voltage Vtp ), and the output voltage Vs of the first differential amplifier circuit 95 at that time is held in the first sample-and-hold circuit 96a as the output voltage Vhp . When the direction of the current Icoil changes from negative to positive, a pulse is output from the second pulse generating circuit 93b (see the time chart of the output voltage Vtn ), and the output voltage Vs of the first differential amplifier circuit 95 at that time is held in the second sample-and-hold circuit 96b as the output voltage Vhn . The amplitude of the output voltage Vs can be extracted by extracting the difference between these values using the second differential amplifier circuit 97. The amplitude (fluctuation range) of the output voltage Vs changes depending on the torque applied to the magnetostrictive material 2, so the torque applied to the magnetostrictive material 2 can be determined based on the detected value of the amplitude (fluctuation range) of the output voltage Vs.
このとき、両サンプルアンドホールド回路96a,96bの出力電圧Vhp,Vhnは、電流Icoilがゼロであるときの電圧値であるから、検出コイル31~34の抵抗成分の影響を受けない。よって、検出コイル31~34の抵抗成分のバラつきによる影響や、抵抗成分の温度変化による変動を無視することが可能になり、精度よく磁歪材2に付与されたトルクを検出することが可能になる。 At this time, the output voltages Vhp and Vhn of both sample and hold circuits 96a and 96b are voltage values when the current Icoil is zero, and are therefore not affected by the resistance components of the detection coils 31 to 34. This makes it possible to ignore the effects of variations in the resistance components of the detection coils 31 to 34 and fluctuations in the resistance components due to temperature changes, making it possible to accurately detect the torque applied to the magnetostrictive material 2.
(変形例)
本実施の形態では、パルス発生回路93及びサンプルアンドホールド回路96を2つずつ用いたが、これに限らず、パルス発生回路93及びサンプルアンドホールド回路96を1つずつ用いるようにしてもよい。つまり、第2パルス発生回路93b及び第2サンプルアンドホールド回路96bは省略可能である。この場合、第1サンプルアンドホールド回路96aの出力電圧Vhpの電圧値に基づいて、磁歪材2に付与されたトルクを求めるとよい。
(Modification)
In this embodiment, two pulse generating circuits 93 and two sample and hold circuits 96 are used, but this is not limiting, and one pulse generating circuit 93 and one sample and hold circuit 96 may be used. In other words, the second pulse generating circuit 93b and the second sample and hold circuit 96b can be omitted. In this case, the torque applied to the magnetostrictive material 2 can be found based on the voltage value of the output voltage Vhp of the first sample and hold circuit 96a.
また、本実施の形態では、4つの検出コイル31~34を用いたが、これに限らず、例えば、第3及び第4の検出コイル33,34を抵抗素子で代用することもできる。 Furthermore, in this embodiment, four detection coils 31 to 34 are used, but this is not limiting. For example, the third and fourth detection coils 33 and 34 can also be replaced with resistive elements.
(実施の形態の作用及び効果)
以上説明したように、本実施の形態に係るトルクセンサ1では、電圧測定部9が、ブリッジ回路10aに流れる電流がゼロになるときの電圧を測定するように構成されている。これにより、検出コイル31~34の抵抗成分の影響を抑制し、検出コイル31~34の抵抗成分のバラつきによる影響や、抵抗成分の温度変化による変動をほぼ無視することが可能になる。その結果、磁歪材2に付与されたトルクを精度よく検出することが可能になる。すなわち、本実施の形態によれば、検出コイル31~34の抵抗成分にバラつきがある場合であっても、温度変動を小さくし、検出精度を向上することが可能になる。本実施の形態は、幅や厚さが変動しやすい配線パターンにより検出コイル31~34を構成する場合に、特に有効である。
(Functions and Effects of the Embodiments)
As described above, in the torque sensor 1 according to this embodiment, the voltage measurement unit 9 is configured to measure the voltage when the current flowing through the bridge circuit 10a becomes zero. This suppresses the influence of the resistance components of the detection coils 31 to 34, making it possible to virtually ignore the influence of variations in the resistance components of the detection coils 31 to 34 and fluctuations in the resistance components due to temperature changes. As a result, it is possible to accurately detect the torque applied to the magnetostrictive material 2. In other words, according to this embodiment, even if there are variations in the resistance components of the detection coils 31 to 34, it is possible to reduce temperature fluctuations and improve detection accuracy. This embodiment is particularly effective when the detection coils 31 to 34 are configured using wiring patterns whose width and thickness are prone to change.
(他の実施の形態)
図6は、本発明の他の実施の形態に係るトルクセンサ1のセンサ部及び電圧測定部の回路構成を示す図である。図6に示す回路構成は、基本的に図4の回路構成と同じであり、電流Icoilがゼロとなるタイミングの抽出手法が異なっている。
(Other embodiments)
Fig. 6 is a diagram showing the circuit configuration of a sensor unit and a voltage measurement unit of a torque sensor 1 according to another embodiment of the present invention. The circuit configuration shown in Fig. 6 is basically the same as the circuit configuration in Fig. 4, except for the method of extracting the timing at which the current I coil becomes zero.
図6の例では、駆動部8は、所定周期のクロック信号を発生させるクロック発生回路81と、クロック発生回路81から出力されたクロック信号を増幅して駆動電圧として出力する増幅回路82と、を有している。そして、電圧測定部9は、クロック発生回路81からのクロック信号が入力され、入力されたクロック信号を遅延して出力する遅延回路92を有している。パルス発生回路93は、遅延回路92からの出力に応じてパルスを出力するように構成されている。 In the example of Figure 6, the drive unit 8 has a clock generation circuit 81 that generates a clock signal with a predetermined period, and an amplifier circuit 82 that amplifies the clock signal output from the clock generation circuit 81 and outputs it as a drive voltage. The voltage measurement unit 9 has a delay circuit 92 that receives the clock signal from the clock generation circuit 81 and delays and outputs the input clock signal. The pulse generation circuit 93 is configured to output a pulse in response to the output from the delay circuit 92.
図5に示したように、ブリッジ回路10aに印加される電圧V0の極性の変化に伴って電流Icoilの極性も変化するが、電流Icoilの極性の変化は、磁歪材2の材質や検出コイル31~34の構成等に応じて、電圧V0の極性の変化に対して遅延が生じる。よって、クロック発生回路81で発生させたクロック信号に対して、電流Icoilの極性の変化がどの程度遅延するか(図5の時間tdに相当する時間)を実験や演算等により求めておけば、得られた遅延時間分クロック信号を遅延させることで、電流Icoilがゼロとなるタイミングを抽出することができる。つまり、遅延回路92は、クロック発生回路81で発生させたクロック信号に対して、クロック信号のハイとローの切り替わりのタイミングが、電流Icoilの極性が変化するタイミングとなるように、クロック信号を遅延させる役割を果たす。遅延回路92にて遅延されたクロック信号は、図4のコンパレータ91bの出力と全く同じ波形となる。 As shown in FIG. 5 , the polarity of the current I coil changes with the change in polarity of the voltage V 0 applied to the bridge circuit 10a. However, the change in polarity of the current I coil is delayed relative to the change in polarity of the voltage V 0 depending on the material of the magnetostrictive material 2 and the configuration of the detection coils 31-34. Therefore, if the delay of the change in polarity of the current I coil relative to the clock signal generated by the clock generation circuit 81 (the time corresponding to time td in FIG. 5 ) can be determined by experiment, calculation, or the like, the timing at which the current I coil becomes zero can be extracted by delaying the clock signal by the obtained delay time. In other words, the delay circuit 92 delays the clock signal generated by the clock generation circuit 81 so that the timing of the clock signal's high-to-low transition coincides with the timing at which the polarity of the current I coil changes. The clock signal delayed by the delay circuit 92 has exactly the same waveform as the output of the comparator 91b in FIG. 4 .
図6の回路構成とすることで、電流検出用抵抗91aを省略することが可能になり、回路構成の簡略化と低コスト化が可能になる。しかし、図6の回路構成とする場合、上記の遅延時間が既知であることが前提となるため、遅延時間が未知である場合には、より汎用性の高い図4の回路構成とすることが好ましいといえる。 By using the circuit configuration shown in Figure 6, it is possible to omit the current detection resistor 91a, simplifying the circuit configuration and reducing costs. However, the circuit configuration shown in Figure 6 requires that the delay time be known. Therefore, if the delay time is unknown, it is preferable to use the more versatile circuit configuration shown in Figure 4.
なお、図6の例では遅延回路92を用いたが、これに限らず、遅延回路92の動作をソフトウェアで行うよう構成してもよい。例えば、電圧測定部9にマイコン等の制御部を備え、当該制御部において、遅延回路92と同様の動作、すなわちクロック信号を遅延させる動作を行わせてもよい。この場合、駆動部8のクロック発生回路81を、マイコン等の制御部に一括して搭載してもよい。 Note that while the example in Figure 6 uses a delay circuit 92, this is not limiting and the operation of the delay circuit 92 may be configured to be performed by software. For example, the voltage measurement unit 9 may be provided with a control unit such as a microcomputer, and this control unit may perform the same operation as the delay circuit 92, i.e., delaying the clock signal. In this case, the clock generation circuit 81 of the drive unit 8 may be integrated into the control unit such as a microcomputer.
(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
(Summary of the embodiment)
Next, the technical ideas grasped from the above-described embodiments will be described by using the reference numerals and the like in the embodiments. However, the reference numerals and the like in the following description do not limit the components in the claims to the members and the like specifically shown in the embodiments.
[1]磁歪特性を有する磁歪材(2)によって伝達されるトルクを検出するトルクセンサであって、前記磁歪材(2)の軸方向に対して所定角度傾斜した第1直線部(31a)を有する第1の検出コイル(31)と、前記磁歪材(2)の軸方向に対して前記第1直線部(31a)と反対方向に前記所定角度傾斜した第2直線部(32a)を有する第2の検出コイル(32)とを含むブリッジ回路(10a)を有するセンサ部(10)と、前記ブリッジ回路(10a)に対して、交流の駆動電圧を印加する駆動部(8)と、前記ブリッジ回路(10a)から出力される電圧を測定する電圧測定部(9)と、を備え、前記電圧測定部(9)は、前記ブリッジ回路(10a)に流れる電流がゼロになるときの電圧を測定するように構成されている、磁歪式トルクセンサ(1)。 [1] A torque sensor for detecting torque transmitted by a magnetostrictive material (2) having magnetostrictive properties, comprising: a sensor unit (10) having a bridge circuit (10a) including a first detection coil (31) having a first linear portion (31a) inclined at a predetermined angle relative to the axial direction of the magnetostrictive material (2); and a second detection coil (32) having a second linear portion (32a) inclined at the predetermined angle in the opposite direction to the first linear portion (31a) relative to the axial direction of the magnetostrictive material (2); a drive unit (8) that applies an AC drive voltage to the bridge circuit (10a); and a voltage measurement unit (9) that measures the voltage output from the bridge circuit (10a), wherein the voltage measurement unit (9) is configured to measure the voltage when the current flowing through the bridge circuit (10a) becomes zero.
[2]前記電圧測定部(9)は、前記ブリッジ回路(10a)に流れる電流がゼロとなるタイミングでパルスを出力するパルス発生回路(93)と、前記パルス発生回路(93)からのパルスが入力されたときの前記ブリッジ回路(10a)の出力電圧を保持するサンプルアンドホールド回路(96)と、を有する、[1]に記載の磁歪式トルクセンサ(1)。 [2] The voltage measurement unit (9) of the magnetostrictive torque sensor (1) described in [1] includes a pulse generation circuit (93) that outputs a pulse when the current flowing through the bridge circuit (10a) becomes zero, and a sample-and-hold circuit (96) that holds the output voltage of the bridge circuit (10a) when a pulse is input from the pulse generation circuit (93).
[3]前記電圧測定部(9)は、前記ブリッジ回路(10a)に直列に接続された電流検出用抵抗(91a)と、前記電流検出用抵抗(91a)の両端の電圧を比較するコンパレータ(91b)と、を有し、前記パルス発生回路(93)は、前記コンパレータ(91b)からの出力に応じてパルスを出力するように構成されている、[2]に記載の磁歪式トルクセンサ(1)。 [3] The voltage measurement unit (9) includes a current detection resistor (91a) connected in series with the bridge circuit (10a) and a comparator (91b) that compares the voltage across the current detection resistor (91a), and the pulse generation circuit (93) is configured to output a pulse in response to the output from the comparator (91b). [2] Magnetostrictive torque sensor (1).
[4]前記パルス発生回路(93)は、前記コンパレータ(91b)からの出力が直接入力される第1パルス発生回路(93a)と、前記コンパレータ(91b)からの出力が反転回路(94)を介して入力される第2パルス発生回路(93b)と、を有し、前記サンプルアンドホールド回路(96)は、前記ブリッジ回路(10a)の出力電圧が入力される第1及び第2サンプルアンドホールド回路(96a,96b)を有し、前記第1サンプルアンドホールド回路(96a)は、前記第1パルス発生回路(93a)からパルスが入力されたときの前記出力電圧を保持するように構成され、前記第2サンプルアンドホールド回路(96b)は、前記第2パルス発生回路(93b)からパルスが入力されたときの前記出力電圧を保持するように構成されており、前記電圧測定部(9)は、前記第1及び第2サンプルアンドホールド回路(96a,96b)の出力の差分を検出する電圧検出部(99)を有する、[3]に記載の磁歪式トルクセンサ(1)。 [4] The magnetostrictive torque sensor (1) described in [3], wherein the pulse generating circuit (93) includes a first pulse generating circuit (93a) to which the output from the comparator (91b) is directly input, and a second pulse generating circuit (93b) to which the output from the comparator (91b) is input via an inverting circuit (94); the sample and hold circuit (96) includes first and second sample and hold circuits (96a, 96b) to which the output voltage of the bridge circuit (10a) is input; the first sample and hold circuit (96a) is configured to hold the output voltage when a pulse is input from the first pulse generating circuit (93a); the second sample and hold circuit (96b) is configured to hold the output voltage when a pulse is input from the second pulse generating circuit (93b); and the voltage measuring unit (9) includes a voltage detecting unit (99) that detects the difference between the outputs of the first and second sample and hold circuits (96a, 96b).
[5]前記駆動部(8)は、クロック発生回路(81)と、前記クロック発生回路(81)から出力されたクロック信号を増幅して前記駆動電圧として出力する増幅回路(82)と、を有し、前記電圧測定部(9)は、前記クロック発生回路(81)からのクロック信号が入力され、入力されたクロック信号を遅延して出力する遅延回路(92)を有し、前記パルス発生回路(93)は、前記遅延回路(92)からの出力に応じてパルスを出力するように構成されている、[2]に記載の磁歪式トルクセンサ(1)。 [5] The magnetostrictive torque sensor (1) described in [2], wherein the drive unit (8) has a clock generation circuit (81) and an amplifier circuit (82) that amplifies the clock signal output from the clock generation circuit (81) and outputs it as the drive voltage, the voltage measurement unit (9) has a delay circuit (92) that receives the clock signal from the clock generation circuit (81) and delays and outputs the input clock signal, and the pulse generation circuit (93) is configured to output pulses in accordance with the output from the delay circuit (92).
[6]前記センサ部(10)は、前記第1直線部(33a)を有する第3の検出コイル(33)と、前記第2直線部(34a)を有する第4の検出コイル(34)とを有し、前記ブリッジ回路(10a)は、前記第1、第2、第3、及び第4の検出コイル(31~34)を順次環状に接続して構成され、前記駆動部(8)は、前記第1及び第4の検出コイル(31,34)の接続部(a)と、前記第2及び第3の検出コイル(32,33)の接続部(b)との間に、駆動電圧を印加するように構成され、前記電圧測定部(9)は、前記第1及び第2の検出コイル(31,32)の接続部(c)と、前記第3及び前記第4の検出コイル(33,34)の接続部(d)との間の電圧を測定するように構成されている、[1]に記載の磁歪式トルクセンサ(1)。 [6] The magnetostrictive torque sensor (1) described in [1], wherein the sensor unit (10) has a third detector coil (33) having the first linear portion (33a) and a fourth detector coil (34) having the second linear portion (34a), the bridge circuit (10a) is configured by sequentially connecting the first, second, third, and fourth detector coils (31-34) in a circular pattern, the driver (8) is configured to apply a drive voltage between the connection portion (a) of the first and fourth detector coils (31, 34) and the connection portion (b) of the second and third detector coils (32, 33), and the voltage measurement unit (9) is configured to measure the voltage between the connection portion (c) of the first and second detector coils (31, 32) and the connection portion (d) of the third and fourth detector coils (33, 34).
(付記)
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。
(Additional Note)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the invention according to the claims is not limited to the above-described embodiments. It should be noted that not all of the combinations of features described in the embodiments are necessarily essential to the means for solving the problems of the invention. Furthermore, the present invention can be appropriately modified and implemented within the scope of its spirit.
1…磁歪式トルクセンサ(トルクセンサ)
2…磁歪材
3…検出コイル
31…第1の検出コイル
32…第2の検出コイル
33…第3の検出コイル
34…第4の検出コイル
31a,33a…第1直線部
32a,34a…第2直線部
8…駆動部
81…クロック発生回路
82…増幅回路
9…電圧測定部
91a…電流検出用抵抗
91b…コンパレータ
92…遅延回路
93…パルス発生回路
93a…第1パルス発生回路
93b…第2パルス発生回路
95…第1差動増幅回路
96…サンプルアンドホールド回路
96a…第1サンプルアンドホールド回路
96b…第2サンプルアンドホールド回路
97…第2差動増幅回路
98…ローパスフィルタ
99…電圧検出部
10…センサ部
10a…ブリッジ回路
1...Magnetostrictive torque sensor (torque sensor)
2...Magnetostrictive material 3...Detection coil 31...First detection coil 32...Second detection coil 33...Third detection coil 34...Fourth detection coil 31a, 33a...First linear section 32a, 34a...Second linear section 8...Driver 81...Clock generating circuit 82...Amplifier circuit 9...Voltage measuring section 91a...Current detection resistor 91b...Comparator 92...Delay circuit 93...Pulse generating circuit 93a...First pulse generating circuit 93b...Second pulse generating circuit 95...First differential amplifier circuit 96...Sample and hold circuit 96a...First sample and hold circuit 96b...Second sample and hold circuit 97...Second differential amplifier circuit 98...Low pass filter 99...Voltage detection section 10...Sensor section 10a...Bridge circuit
Claims (6)
前記磁歪材の軸方向に対して所定角度傾斜した第1直線部を有する第1の検出コイルと、前記磁歪材の軸方向に対して前記第1直線部と反対方向に前記所定角度傾斜した第2直線部を有する第2の検出コイルとを含むブリッジ回路を有するセンサ部と、
前記ブリッジ回路に対して、交流の駆動電圧を印加する駆動部と、
前記ブリッジ回路から出力される電圧を測定する電圧測定部と、を備え、
前記電圧測定部は、前記ブリッジ回路に流れる電流がゼロになるときの電圧を測定するように構成されている、
磁歪式トルクセンサ。 A torque sensor that detects torque transmitted by a magnetostrictive material having magnetostrictive properties,
a sensor unit having a bridge circuit including a first detection coil having a first linear portion inclined at a predetermined angle with respect to the axial direction of the magnetostrictive material, and a second detection coil having a second linear portion inclined at the predetermined angle in a direction opposite to the first linear portion with respect to the axial direction of the magnetostrictive material;
a drive unit that applies an AC drive voltage to the bridge circuit;
a voltage measuring unit that measures a voltage output from the bridge circuit,
The voltage measurement unit is configured to measure the voltage when the current flowing through the bridge circuit becomes zero.
Magnetostrictive torque sensor.
前記ブリッジ回路に流れる電流がゼロとなるタイミングでパルスを出力するパルス発生回路と、
前記パルス発生回路からのパルスが入力されたときの前記ブリッジ回路の出力電圧を保持するサンプルアンドホールド回路と、を有する、
請求項1に記載の磁歪式トルクセンサ。 The voltage measurement unit
a pulse generating circuit that outputs a pulse at the timing when the current flowing through the bridge circuit becomes zero;
a sample-and-hold circuit that holds the output voltage of the bridge circuit when a pulse is input from the pulse generating circuit,
2. The magnetostrictive torque sensor according to claim 1.
前記ブリッジ回路に直列に接続された電流検出用抵抗と、
前記電流検出用抵抗の両端の電圧を比較するコンパレータと、を有し、
前記パルス発生回路は、前記コンパレータからの出力に応じてパルスを出力するように構成されている、
請求項2に記載の磁歪式トルクセンサ。 The voltage measurement unit
a current detection resistor connected in series to the bridge circuit;
a comparator that compares the voltages across the current detection resistor;
the pulse generating circuit is configured to output a pulse in response to the output from the comparator.
3. The magnetostrictive torque sensor according to claim 2.
前記サンプルアンドホールド回路は、前記ブリッジ回路の出力電圧が入力される第1及び第2サンプルアンドホールド回路を有し、
前記第1サンプルアンドホールド回路は、前記第1パルス発生回路からパルスが入力されたときの前記出力電圧を保持するように構成され、
前記第2サンプルアンドホールド回路は、前記第2パルス発生回路からパルスが入力されたときの前記出力電圧を保持するように構成されており、
前記電圧測定部は、前記第1及び第2サンプルアンドホールド回路の出力の差分を検出する電圧検出部を有する、
請求項3に記載の磁歪式トルクセンサ。 the pulse generating circuit includes a first pulse generating circuit to which the output from the comparator is directly input, and a second pulse generating circuit to which the output from the comparator is input via an inverting circuit;
the sample and hold circuit includes first and second sample and hold circuits to which the output voltage of the bridge circuit is input;
the first sample-and-hold circuit is configured to hold the output voltage when a pulse is input from the first pulse generating circuit;
the second sample-and-hold circuit is configured to hold the output voltage when a pulse is input from the second pulse generating circuit;
the voltage measurement unit includes a voltage detection unit that detects a difference between outputs of the first and second sample-and-hold circuits;
4. The magnetostrictive torque sensor according to claim 3.
前記電圧測定部は、前記クロック発生回路からのクロック信号が入力され、入力されたクロック信号を遅延して出力する遅延回路を有し、
前記パルス発生回路は、前記遅延回路からの出力に応じてパルスを出力するように構成されている、
請求項2に記載の磁歪式トルクセンサ。 the drive unit includes a clock generation circuit and an amplifier circuit that amplifies a clock signal output from the clock generation circuit and outputs the amplified clock signal as the drive voltage;
the voltage measurement unit has a delay circuit that receives a clock signal from the clock generation circuit, delays the input clock signal, and outputs the delayed clock signal;
The pulse generating circuit is configured to output a pulse in response to the output from the delay circuit.
3. The magnetostrictive torque sensor according to claim 2.
前記ブリッジ回路は、前記第1、第2、第3、及び第4の検出コイルを順次環状に接続して構成され、
前記駆動部は、前記第1及び第4の検出コイルの接続部と、前記第2及び第3の検出コイルの接続部との間に、駆動電圧を印加するように構成され、
前記電圧測定部は、前記第1及び第2の検出コイルの接続部と、前記第3及び前記第4の検出コイルの接続部との間の電圧を測定するように構成されている、
請求項1に記載の磁歪式トルクセンサ。 the sensor unit includes a third detection coil having the first linear portion and a fourth detection coil having the second linear portion;
the bridge circuit is configured by sequentially connecting the first, second, third, and fourth detection coils in a circular fashion;
the drive unit is configured to apply a drive voltage between a connection portion of the first and fourth detection coils and a connection portion of the second and third detection coils;
the voltage measurement unit is configured to measure a voltage between a connection portion of the first and second detection coils and a connection portion of the third and fourth detection coils.
2. The magnetostrictive torque sensor according to claim 1.
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