JP2018109595A

JP2018109595A - Magnetostrictive torque sensor

Info

Publication number: JP2018109595A
Application number: JP2017001033A
Authority: JP
Inventors: 雅宏酒井; Masahiro Sakai; 和之石橋; Kazuyuki Ishibashi
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2017-01-06
Filing date: 2017-01-06
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2037-01-06
Also published as: JP6841472B2

Abstract

【課題】本発明は、磁歪式トルクセンサの軸方向の長さを短くし、温度変化、回転軸の磁化及び磁気ノイズに強くする。【解決手段】磁歪式トルクセンサ１０には、回転軸２が設けられている。前記回転軸２には、径方向の外周面にめっき処理による第１合金膜３１と第２合金膜３２とが前記回転軸２の長手方向に直列状に設けられている。前記回転軸２の外側には、これと同軸状に輪状ステータ４が設けられている。前記輪状ステータ４は、前記第１合金膜３１に対向している第１ステータコア４５と、前記第２合金膜３２に対向している第２ステータコア４６とを備えている。前記輪状ステータ４及び前記回転軸２は、ハウジング５に収容されている。前記輪状ステータ４は電磁鋼板を積層することで、前記第１ステータコア４５と、前記第２ステータコア４６とが一体に形成されて構成されている。【選択図】図１A magnetostrictive torque sensor has a short axial length and is resistant to temperature change, magnetization of a rotating shaft, and magnetic noise. A magnetostrictive torque sensor (10) is provided with a rotating shaft (2). A first alloy film 31 and a second alloy film 32 formed by plating on the radial outer peripheral surface of the rotating shaft 2 are provided in series in the longitudinal direction of the rotating shaft 2 . A ring-shaped stator 4 is provided coaxially outside the rotating shaft 2 . The annular stator 4 includes a first stator core 45 facing the first alloy film 31 and a second stator core 46 facing the second alloy film 32 . The ring-shaped stator 4 and the rotating shaft 2 are housed in a housing 5 . The ring-shaped stator 4 is configured by laminating electromagnetic steel sheets so that the first stator core 45 and the second stator core 46 are integrally formed. [Selection drawing] Fig. 1

Description

この発明は磁歪式トルクセンサに関し、特に、コイルのインピーダンスの変化から、回転軸の歪みを検出する磁歪式トルクセンサに関する。 The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor, and more particularly to a magnetostrictive torque sensor that detects distortion of a rotating shaft from a change in impedance of a coil.

例えば車両の操舵装置等の機器に搭載される従来の磁歪式トルクセンサの構造としては、例えば以下の特許文献１に記載された内容を図７として挙げることができる。すなわち、従来の磁歪式トルクセンサ１では、回転軸２の外周面に環状に異方性付与部材である第１合金膜３１及び第２合金膜３２が設けられ、前記第１合金膜３１に対向するように第１輪状検出コイル４１及び第２輪状検出コイル４２が前記回転軸２の軸方向に互いにずらされた状態で設けられており、前記第２合金膜３２に対向するように第３輪状検出コイル４３及び第４輪状検出コイル４４が前記回転軸２の軸方向に互いにずらされた状態で設けられている。前記第２合金膜３２は、前記第１合金膜３１の磁気異方性に対して９０度位相が異なるように設けられている。 For example, as a structure of a conventional magnetostrictive torque sensor mounted on a device such as a vehicle steering device, for example, the contents described in Patent Document 1 below can be cited as FIG. That is, in the conventional magnetostrictive torque sensor 1, the first alloy film 31 and the second alloy film 32 that are anisotropy imparting members are provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 in a ring shape, and face the first alloy film 31. The first ring-shaped detection coil 41 and the second ring-shaped detection coil 42 are provided so as to be shifted from each other in the axial direction of the rotating shaft 2, and the third ring-shaped detection coil 42 faces the second alloy film 32. The detection coil 43 and the fourth annular detection coil 44 are provided in a state of being shifted from each other in the axial direction of the rotary shaft 2. The second alloy film 32 is provided so as to be 90 degrees out of phase with the magnetic anisotropy of the first alloy film 31.

前記回転軸２にトルクが作用した状態では、前記回転軸２に歪みが生じることで前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２に歪みが生じて、ビラリ効果により前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２の透磁率が変化する。それにより、前記第１輪状検出コイル４１及び前記第２輪状検出コイル４２と、前記第３輪状検出コイル４３及び前記第４輪状検出コイル４４とのインピーダンスが変化し、インピーダンスの変化に対応して前記第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４の検出電圧が変化する。したがって、第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４の検出電圧を測定することで、前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２の透磁率の変化を算出して、前記回転軸２の歪みを検出することができる。そして、前記回転軸２の歪みから、前記回転軸２にかかるトルクを算出することができる。 In a state where torque is applied to the rotating shaft 2, distortion occurs in the rotating shaft 2, and thus distortion occurs in the first alloy film 31 and the second alloy film 32, and the first alloy film 31 is caused by a barrier effect. And the magnetic permeability of the second alloy film 32 changes. Thereby, the impedances of the first annular detection coil 41 and the second annular detection coil 42, the third annular detection coil 43, and the fourth annular detection coil 44 change, and the impedance changes in response to the change in impedance. The detection voltages of the first, second, third, and fourth annular detection coils 41, 42, 43, and 44 change. Therefore, the change in the magnetic permeability of the first alloy film 31 and the second alloy film 32 is measured by measuring the detection voltage of the first, second, third, and fourth annular detection coils 41, 42, 43, and 44. Can be calculated and the distortion of the rotating shaft 2 can be detected. Then, the torque applied to the rotating shaft 2 can be calculated from the distortion of the rotating shaft 2.

特開２００６−６４４４５号公報JP 2006-64445 A

上記のような従来の前記磁歪式トルクセンサ１では、検出精度や感度の向上及び故障検知のために、前記第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４の４つの検出コイルが設けられている。そして、前記磁歪式トルクセンサ１にさらに二重冗長性を持たせたい場合には、さらに４つの検出コイルを追加して合計８つの検出コイルを前記回転軸２に設ける必要がある。 In the conventional magnetostrictive torque sensor 1 as described above, the first, second, third, and fourth annular detection coils 41, 42, 43, and 44 are improved in order to improve detection accuracy and sensitivity and detect a failure. Four detection coils are provided. When it is desired to provide the magnetostrictive torque sensor 1 with double redundancy, it is necessary to add four detection coils and provide a total of eight detection coils on the rotary shaft 2.

しかし、８つの検出コイルを前記回転軸２に設けると、前記磁歪式トルクセンサ１の軸方向の長さが長大になるので、前記磁歪式トルクセンサ１の機器への搭載が難しくなり、また、周囲の温度変化により前記磁歪式トルクセンサ１の両端に温度差が生じて温度勾配が発生した場合には、検出コイルの配置位置により各検出コイルのインピーダンス特性が変化し、前記磁歪式トルクセンサ１の歪み検出精度に悪影響を及ぼすという問題点があった。また、前記第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４の発生させる磁束と、前記回転軸２が同方向になるので、前記回転軸２の磁化等で前記回転軸２を貫通する方向に生じた磁気ノイズが前記第１，第２，第３，第４輪状検出コイル４１，４２，４３，４４の中心を貫いてインダクタンスが大きく変化し、歪み検出精度が悪化するという問題点があった。 However, if the eight detection coils are provided on the rotating shaft 2, the axial length of the magnetostrictive torque sensor 1 becomes long, so that it is difficult to mount the magnetostrictive torque sensor 1 on a device. When a temperature difference occurs at both ends of the magnetostrictive torque sensor 1 due to a change in ambient temperature and a temperature gradient occurs, the impedance characteristics of each detection coil change depending on the arrangement position of the detection coil, and the magnetostrictive torque sensor 1. There is a problem of adversely affecting the distortion detection accuracy. Also, since the magnetic flux generated by the first, second, third and fourth annular detection coils 41, 42, 43, 44 and the rotary shaft 2 are in the same direction, the magnetization of the rotary shaft 2 etc. Magnetic noise generated in the direction penetrating the rotating shaft 2 passes through the centers of the first, second, third, and fourth annular detection coils 41, 42, 43, and 44, and the inductance changes greatly, so that distortion detection accuracy is improved. There was a problem of getting worse.

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、特に、軸方向の長さを短くし、耐温度変化、回転軸の磁化及び磁気ノイズに対する特性を、強くした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 has been made to solve such a problem, and in particular, the magnetostrictive torque has been shortened in the axial direction, and has enhanced resistance to temperature change, magnetization of the rotating shaft, and magnetic noise. An object is to provide a sensor.

この発明に係る磁歪式トルクセンサは、回転方向が反転することで磁歪特性が反転するようにその軸方向に沿って二分されて異方性付与部材となる第１，第２合金膜が表面に設けられた回転軸と、回転軸と同軸に設けられた第１ステータコア及び第２ステータコアが一体に形成された輪状ステータと、第１ステータコアに設けられ、回転軸に向かって突出した複数の第１ティースと、第２ステータコアに設けられ、輪状ステータの周方向において第１ティースに対して異なった位置から回転軸に向かって突出した複数の第２ティースとを備え、各第１ティースのうち奇数個目には第１検出コイルが巻回され、各第１ティースのうち偶数個目には第２検出コイルが巻回され、各第２ティースのうち奇数個目には第１検出コイルと同じ巻回方向に第３検出コイルが巻回され、各第２ティースのうち偶数個目には第２検出コイルと同じ巻回方向に第４検出コイルが巻回され、第１検出コイルの出力と、第２検出コイルの出力と、第３検出コイルの出力と、第４検出コイルの出力とに基づいて、回転軸に発生するトルク及び各検出コイルの故障を検出し、また、第２ティースは、輪状ステータの周方向において、隣接する第１ティース４５０同士が輪状ステータの中心に対してなす中心角の半分の角度だけ、第１ティースに対して異なった位置から回転軸に向かって突出する。 In the magnetostrictive torque sensor according to the present invention, the first and second alloy films, which are bisected along the axial direction so that the magnetostrictive characteristics are reversed by reversing the rotational direction, are formed on the surface. A rotating shaft provided; a ring-shaped stator integrally formed with the first stator core and the second stator core provided coaxially with the rotating shaft; and a plurality of first stators provided on the first stator core and projecting toward the rotating shaft. And a plurality of second teeth provided on the second stator core and projecting toward the rotation shaft from different positions with respect to the first teeth in the circumferential direction of the annular stator, and an odd number of the first teeth. The first detection coil is wound around the eyes, the second detection coil is wound around the even number of the first teeth, and the same winding as the first detection coil is wound around the odd number of the second teeth. In the direction of rotation 3 detection coils are wound, the fourth detection coil is wound in the same winding direction as the second detection coil in the even number of the second teeth, and the output of the first detection coil and the second detection coil On the basis of the output of the third detection coil, the output of the third detection coil, and the output of the fourth detection coil, the torque generated on the rotating shaft and the failure of each detection coil are detected. In the direction, the first teeth 450 adjacent to each other project toward the rotation axis from different positions with respect to the first teeth by an angle that is half the center angle formed with respect to the center of the annular stator.

この発明の磁歪式トルクセンサによれば、回転軸と同軸に設けられた第１ステータコア及び第２ステータコアが一体に形成された輪状ステータと、第１ステータコアに設けられ、回転軸に向かって突出した複数の第１ティースと、第２ステータコアに設けられ、輪状ステータの周方向において第１ティースに対して異なった位置から回転軸に向かって突出した複数の第２ティースとを備え、第２ティースは、輪状ステータの周方向において、隣接する第１ティース４５０同士が輪状ステータの中心に対してなす中心角の半分の角度だけ、第１ティースに対して異なった位置から回転軸に向かって突出し、第１ステータコアに第１検出コイル及び第２検出コイルが巻回され、第２ステータコアに第３検出コイル及び第４検出コイルが巻回され、第１検出コイルの出力と、第２検出コイルの出力と、第３検出コイルの出力と、第４検出コイルの出力とに基づいて、回転軸に発生するトルク及び各検出コイルの故障を検出するので、軸方向の長さを短くし、耐温度変化、回転軸の磁化及び磁気ノイズに対する特性を強くすることができる。 According to the magnetostrictive torque sensor of the present invention, the first stator core and the second stator core, which are provided coaxially with the rotation shaft, are integrally formed with the first stator core, and are provided on the first stator core and project toward the rotation shaft. A plurality of first teeth and a plurality of second teeth provided on the second stator core and projecting toward the rotation shaft from different positions with respect to the first teeth in the circumferential direction of the annular stator, In the circumferential direction of the annular stator, the adjacent first teeth 450 protrude from the different positions relative to the first teeth toward the rotation axis by an angle that is half the central angle made with respect to the center of the annular stator, A first detection coil and a second detection coil are wound around one stator core, and a third detection coil and a fourth detection coil are wound around a second stator core, Based on the output of the 1 detection coil, the output of the 2nd detection coil, the output of the 3rd detection coil, and the output of the 4th detection coil, the torque generated on the rotating shaft and the failure of each detection coil are detected. The length in the axial direction can be shortened and the characteristics against temperature change, magnetization of the rotating shaft and magnetic noise can be strengthened.

この発明の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサの断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view of a magnetostrictive torque sensor according to an embodiment of the present invention. 図１に示す磁歪式トルクセンサの輪状ステータの平面図である。It is a top view of the ring-shaped stator of the magnetostrictive torque sensor shown in FIG. 図１に示す磁歪式トルクセンサの輪状ステータの斜視図である。It is a perspective view of the ring-shaped stator of the magnetostrictive torque sensor shown in FIG. 図１に示す磁歪式トルクセンサのＡ−Ａ線における断面概略図である。It is the cross-sectional schematic in the AA line of the magnetostrictive torque sensor shown in FIG. 図１に示す磁歪式トルクセンサのＢ−Ｂ線における断面概略図である。It is the cross-sectional schematic in the BB line of the magnetostrictive torque sensor shown in FIG. 図１に示す磁歪式トルクセンサの回転軸への入力トルクと検出コイルの出力信号電圧との関係を示す概略のグラフである。2 is a schematic graph showing a relationship between an input torque to a rotating shaft of the magnetostrictive torque sensor shown in FIG. 1 and an output signal voltage of a detection coil. 従来の磁歪式トルクセンサの概略図である。It is the schematic of the conventional magnetostrictive torque sensor.

以下、この発明の実施の形態を添付図面の図１〜図６に基づいて説明する。なお、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１は、この発明の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサ１０の断面概略図である。前記磁歪式トルクセンサ１０には、回転軸２が設けられている。前記回転軸２には、径方向の外周面にめっき処理による第１合金膜３１と第２合金膜３２とが前記回転軸２の長手方向に直列状に、すなわち前記回転軸２の軸方向に沿って二分されて設けられている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 6 of the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to a part the same as that of a prior art example, or an equivalent part.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a magnetostrictive torque sensor 10 according to an embodiment of the present invention. The magnetostrictive torque sensor 10 is provided with a rotating shaft 2. The rotary shaft 2 has a first alloy film 31 and a second alloy film 32 formed by plating on the outer peripheral surface in the radial direction in series in the longitudinal direction of the rotary shaft 2, that is, in the axial direction of the rotary shaft 2. It is divided into two along.

前記第１合金膜３１は、前記回転軸２に右回りのトルクがかかった場合と、左回りのトルクがかかった場合とで、磁歪特性が反転するようにめっき処理がなされて形成されている。前記第２合金膜３２も、前記回転軸２に右回りのトルクがかかった場合と、左回りのトルクがかかった場合とで、磁歪特性が反転するようにめっき処理がなされて形成されている。そして、前記第２合金膜３２の磁歪特性は、前記第１合金膜３１の磁歪特性に対して逆向きになるように形成されている。 The first alloy film 31 is formed by plating so that the magnetostrictive characteristics are reversed when a clockwise torque is applied to the rotating shaft 2 and when a counterclockwise torque is applied. . The second alloy film 32 is also formed by plating so that the magnetostrictive characteristics are reversed when a clockwise torque is applied to the rotating shaft 2 and when a counterclockwise torque is applied. . The magnetostriction characteristic of the second alloy film 32 is formed to be opposite to the magnetostriction characteristic of the first alloy film 31.

すなわち、前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２にはめっき処理によって磁気異方性が付与されており、前記第２合金膜３２には前記第１合金膜３１に対して９０度異なる位相の磁気異方性が付与されている。また、前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２は、異方性付与部材を構成している。 That is, the first alloy film 31 and the second alloy film 32 are given magnetic anisotropy by plating, and the second alloy film 32 differs by 90 degrees with respect to the first alloy film 31. Phase magnetic anisotropy is imparted. The first alloy film 31 and the second alloy film 32 constitute an anisotropy imparting member.

前記回転軸２の外側には、これと同軸状に輪状ステータ４が設けられている。前記輪状ステータ４は、前記第１合金膜３１に対向している第１ステータコア４５と、前記第２合金膜３２に対向している第２ステータコア４６とを備えている。前記輪状ステータ４及び前記回転軸２は、ハウジング５に収容されている。 A ring-shaped stator 4 is provided on the outer side of the rotating shaft 2 coaxially therewith. The ring-shaped stator 4 includes a first stator core 45 that faces the first alloy film 31 and a second stator core 46 that faces the second alloy film 32. The annular stator 4 and the rotating shaft 2 are accommodated in a housing 5.

図２は前記輪状ステータ４の平面図であり、図３は前記輪状ステータ４の斜視図である。図２及び図３に示すように、前記輪状ステータ４は電磁鋼板を積層することで、前記第１ステータコア４５と、前記第２ステータコア４６とが一体に形成されて構成されている。 FIG. 2 is a plan view of the annular stator 4, and FIG. 3 is a perspective view of the annular stator 4. As shown in FIGS. 2 and 3, the annular stator 4 is configured such that the first stator core 45 and the second stator core 46 are integrally formed by laminating electromagnetic steel plates.

前記第１ステータコア４５には、前記回転軸２に向かって突出された複数の第１ティース４５０が設けられている。また、前記第２ステータコア４６には前記回転軸２に向かって突出された複数の第２ティース４６０が設けられている。そして、前記第２ステータコア４６は、隣接する前記第１ティース４５０同士が前記輪状ステータ４の中心に対してなす中心角の半分の角度だけ、前記第１ステータコア４５に対して前記輪状ステータ４の周方向に回転させたように形成されている。すなわち、前記第２ティース４６０は、前記第２ステータコア４６に設けられており、前記輪状ステータ４の周方向において、隣接する前記第１ティース４５０同士が前記輪状ステータ４の中心に対してなす中心角の半分の角度だけ、前記第１ティース４５０に対して異なった位置から前記回転軸２に向かって突出している。 The first stator core 45 is provided with a plurality of first teeth 450 protruding toward the rotating shaft 2. The second stator core 46 is provided with a plurality of second teeth 460 protruding toward the rotary shaft 2. The second stator core 46 has a circumference of the annular stator 4 with respect to the first stator core 45 by an angle that is half the central angle that the adjacent first teeth 450 form with respect to the center of the annular stator 4. It is formed to rotate in the direction. That is, the second teeth 460 are provided on the second stator core 46, and a central angle formed by the adjacent first teeth 450 with respect to the center of the annular stator 4 in the circumferential direction of the annular stator 4. Is projected toward the rotary shaft 2 from a different position with respect to the first tooth 450 by an angle of half the angle.

図４は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面として前記磁歪式トルクセンサ１０を見た時の平面断面概略図である。前記各第１ティース４５０のうち奇数個目の前記各第１ティース４５０に、第１検出コイル４５１が巻回されている。また、前記各第１ティース４５０のうち偶数個目の前記各第１ティース４５０に、第２検出コイル４５２が、前記第１検出コイル４５１とは逆の巻回方向に巻回されている。すなわち、前記第１ステータコア４５には、前記第１検出コイル４５１及び前記第２検出コイル４５２の２つの系統分のコイルが設けられている。前記第１検出コイル４５１と、前記第２検出コイル４５２とは、図示しない信号検出部に接続されている。 FIG. 4 is a schematic plan cross-sectional view of the magnetostrictive torque sensor 10 as a cross section taken along the line AA of FIG. A first detection coil 451 is wound around each odd-numbered first tooth 450 among the first teeth 450. In addition, the second detection coil 452 is wound around the even number of the first teeth 450 among the first teeth 450 in the winding direction opposite to that of the first detection coil 451. That is, the first stator core 45 is provided with coils for two systems of the first detection coil 451 and the second detection coil 452. The first detection coil 451 and the second detection coil 452 are connected to a signal detection unit (not shown).

図５は、図１のＢ−Ｂ線において切断して前記磁歪式トルクセンサ１０を見た時の平面断面概略図である。前記各第２ティース４６０のうち奇数個目の前記各第２ティース４６０に、第３検出コイル４６１が前記第１検出コイル４５１（図４参照）と同じ巻回方向に巻回されている。また、前記各第２ティース４６０のうち偶数個目の前記各第２ティース４６０に、第４検出コイル４６２が、前記第２検出コイル４５２と同じ巻回方向（前記第３検出コイル４６１とは逆の巻回方向）に巻回されている。すなわち、前記第２ステータコア４６には、前記第３検出コイル４６１及び前記第４検出コイル４６２の２つの系統分のコイルが設けられている。前記第３検出コイル４６１と、前記第４検出コイル４６２とは、前記図示しない信号検出部に接続されている。前記図示しない信号検出部には、図示しない増幅回路及び図示しない差動回路等が設けられている。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional plan view of the magnetostrictive torque sensor 10 taken along the line BB in FIG. A third detection coil 461 is wound in the same winding direction as the first detection coil 451 (see FIG. 4) on each of the odd-numbered second teeth 460 among the second teeth 460. In addition, the fourth detection coil 462 has the same winding direction as that of the second detection coil 452 (the reverse of the third detection coil 461) on each of the second teeth 460 of the even number among the second teeth 460. Winding direction). That is, the second stator core 46 is provided with coils for two systems of the third detection coil 461 and the fourth detection coil 462. The third detection coil 461 and the fourth detection coil 462 are connected to the signal detection unit (not shown). The signal detector (not shown) is provided with an amplifier circuit (not shown) and a differential circuit (not shown).

次に、実施の形態に係る前記磁歪式トルクセンサ１０の動作を説明する。
図１に示すように、前記回転軸２にトルクが入力された状態では、前記回転軸２に歪みが発生することにより、前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２に歪みが発生して透磁率が変化する。すると、前記回転軸２に入力されたトルクに応じて、図４，図５に示す、前記第１，第２，第３，第４検出コイル４５１，４５２，４６１，４６２のインピーダンスが変化する。 Next, the operation of the magnetostrictive torque sensor 10 according to the embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, when torque is input to the rotary shaft 2, distortion occurs in the first alloy film 31 and the second alloy film 32 due to distortion generated in the rotary shaft 2. As a result, the permeability changes. Then, the impedances of the first, second, third, and fourth detection coils 451, 452, 461, and 462 shown in FIGS. 4 and 5 change according to the torque input to the rotating shaft 2.

次に、前記第１，第２，第３，第４検出コイル４５１，４５２，４６１，４６２のインピーダンス変化に応じて、各検出コイルの出力信号電圧の変化が信号検出部に入力される。 Next, the change in the output signal voltage of each detection coil is input to the signal detection unit in accordance with the impedance change in the first, second, third, and fourth detection coils 451, 452, 461, and 462.

信号検出部では、増幅回路により各検出コイルの信号電圧が増幅され、続いて、差動回路により、前記第１検出コイル４５１と、前記第３検出コイル４６１との作動電圧ＶＴ１と、前記第２検出コイル４５２と前記第４検出コイル４６２との作動電圧ＶＴ２とが算出される。 In the signal detection unit, the signal voltage of each detection coil is amplified by the amplifier circuit, and subsequently, the differential voltage causes the operating voltage VT1 between the first detection coil 451 and the third detection coil 461, and the second An operating voltage VT2 between the detection coil 452 and the fourth detection coil 462 is calculated.

ここで、前記第１検出コイル４５１と前記第２検出コイル４５２とは互いに巻回方向が反対となっており、また、前記第３検出コイル４６１と前記第４検出コイル４６２とでは、互いに巻回方向が反対となっているので、図６に示す通り、前記回転軸２（図１参照）へ入力された入力トルクの大きさに対して発生する信号電圧の関係をグラフに示すと、前記第１検出コイル４５１及び前記第３検出コイル４６１は、前記第２検出コイル４５２及び前記第４検出コイル４６２に対して、グラフの傾きが逆になるような関係になっている。すなわち、前記回転軸２にＣＷ方向のトルクが入力された時には前記第２検出コイル４５２及び前記第４検出コイル４６２の出力電圧が高くなるとともに前記第１検出コイル４５１及び前記第３検出コイル４６１の出力電圧が低くなる。また、前記回転軸２にＣＣＷ方向のトルクが入力された時には前記第２検出コイル４５２及び前記第４検出コイル４６２の出力電圧が低くなるとともに前記第１検出コイル４５１及び前記第３検出コイル４６１の出力電圧が高くなる。 Here, the winding directions of the first detection coil 451 and the second detection coil 452 are opposite to each other, and the third detection coil 461 and the fourth detection coil 462 are wound together. Since the directions are opposite, as shown in FIG. 6, the relationship between the signal voltage generated and the magnitude of the input torque input to the rotating shaft 2 (see FIG. 1) is shown in the graph. The first detection coil 451 and the third detection coil 461 are in such a relationship that the inclination of the graph is reversed with respect to the second detection coil 452 and the fourth detection coil 462. That is, when a torque in the CW direction is input to the rotating shaft 2, the output voltages of the second detection coil 452 and the fourth detection coil 462 increase and the first detection coil 451 and the third detection coil 461 The output voltage is lowered. When torque in the CCW direction is input to the rotating shaft 2, output voltages of the second detection coil 452 and the fourth detection coil 462 are lowered and the first detection coil 451 and the third detection coil 461 are output. The output voltage increases.

したがって、作動電圧ＶＴ１又は作動電圧ＶＴ２のいずれか一方の値より、前記第１検出コイル４５１と、前記第３検出コイル４６１とのインピーダンスの変化、又は前記第２検出コイル４５２と、前記第４検出コイル４６２とのインピーダンスの変化が分かり、第１，第２，第３，第４検出コイルの４５１，４５２，４６１，４６２のインピーダンスの変化により、前記回転軸２に入力されたトルクを算出することができる。 Therefore, a change in impedance between the first detection coil 451 and the third detection coil 461 or the second detection coil 452 and the fourth detection is determined based on one of the values of the operating voltage VT1 and the operating voltage VT2. The change in impedance with the coil 462 is known, and the torque input to the rotary shaft 2 is calculated based on the change in impedance of the first, second, third and fourth detection coils 451, 452, 461 and 462. Can do.

次に、前記磁歪式トルクセンサ１０の故障を検出する場合について説明する。
前記磁歪式トルクセンサ１０の動作中には、前記信号検出部により、前記第１検出コイル４５１と、前記第２検出コイル４５２との作動電圧ＶＴＦ１と、前記第３検出コイル４６１と、前記第４検出コイル４６２との作動電圧ＶＴＦ２とが算出されている。そして、ＶＴＦ１又はＶＴＦ２との少なくともいずれか一方が、所定の閾値の範囲外になったときに、前記磁歪式トルクセンサ１０が故障したものと判断される。これにより、作動電圧ＶＴＦ１又はＶＴＦ２から、前記磁歪式トルクセンサ１０の故障を検出することができる。 Next, a case where a failure of the magnetostrictive torque sensor 10 is detected will be described.
During the operation of the magnetostrictive torque sensor 10, the signal detection unit causes the first detection coil 451, the operation voltage VTF 1 of the second detection coil 452, the third detection coil 461, and the fourth The operating voltage VTF2 with the detection coil 462 is calculated. Then, when at least one of VTF1 and VTF2 is outside the predetermined threshold range, it is determined that the magnetostrictive torque sensor 10 has failed. Thereby, a failure of the magnetostrictive torque sensor 10 can be detected from the operating voltage VTF1 or VTF2.

このように、回転方向が反転することで磁歪特性が反転する前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２が表面に設けられた前記回転軸２と、前記回転軸２と同軸に設けられた前記第１ステータコア４５及び前記第２ステータコア４６が一体に形成された前記輪状ステータ４と、前記第１ステータコア４５に設けられ、前記回転軸２に向かって突出した複数の前記第１ティース４５０と、前記第２ステータコア４６に設けられ、前記輪状ステータ４の周方向において前記第１ティース４５０に対して異なった位置から前記回転軸２に向かって突出した複数の第２ティース４６０と、を備え、前記各第１ティース４５０のうち奇数個目には前記第１検出コイル４５１が巻回され、前記各第１ティース４５０のうち偶数個目には前記第２検出コイル４５２が巻回され、前記各第２ティース４６０のうち奇数個目には前記第１検出コイル４５１と同じ巻回方向に前記第３検出コイル４６１が巻回され、前記各第２ティース４６０のうち偶数個目には前記第２検出コイル４５２と同じ巻回方向に前記第４検出コイル４６２が巻回され、前記第１検出コイル４５１の出力と、前記第２検出コイル４５２の出力と、前記第３検出コイル４６１の出力と、前記第４検出コイル４６２の出力とに基づいて、前記回転軸２に発生するトルク及び前記第１，第２，第３，第４検出コイル４５１，４５２，４６１，４６２の故障を検出するので、前記第１ステータコア４５及び前記第２ステータコア４６にそれぞれ２つの系統分の検出コイルが設けられているために、前記輪状ステータ４の軸方向の長さが短くなり、前記磁歪式トルクセンサ１０の軸方向の長さを短くすることができ、耐温度変化を強くすることができる。 In this way, the first alloy film 31 and the second alloy film 32 whose magnetostrictive characteristics are reversed by reversing the rotation direction are provided on the surface of the rotation shaft 2 and coaxially with the rotation shaft 2. The ring-shaped stator 4 in which the first stator core 45 and the second stator core 46 are integrally formed, and a plurality of the first teeth 450 provided on the first stator core 45 and projecting toward the rotating shaft 2. A plurality of second teeth 460 provided on the second stator core 46 and projecting toward the rotary shaft 2 from different positions with respect to the first teeth 450 in the circumferential direction of the annular stator 4; The first detection coil 451 is wound around the odd number of the first teeth 450, and the second detection coil is wound around the even number of the first teeth 450. 452 is wound, and the third detection coil 461 is wound in the same winding direction as the first detection coil 451 in the odd number of the second teeth 460, and the second teeth 460 are rotated. In the even number, the fourth detection coil 462 is wound in the same winding direction as the second detection coil 452, and the output of the first detection coil 451, the output of the second detection coil 452, and the first Based on the output of the third detection coil 461 and the output of the fourth detection coil 462, the torque generated in the rotary shaft 2 and the first, second, third and fourth detection coils 451, 452, 461, Since the failure of 462 is detected, since the first stator core 45 and the second stator core 46 are provided with detection coils for two systems, the length of the annular stator 4 in the axial direction is reduced. No longer the it is possible to shorten the axial length of the magnetostrictive torque sensor 10, it is possible to increase the resistance to temperature changes.

また、前記第２ティース４６０は、前記輪状ステータ４の周方向において、隣接する前記第１ティース４５０同士が前記輪状ステータ４の中心に対してなす中心角の半分の角度だけ、前記第１ティース４５０に対して異なった位置から前記回転軸２に向かって突出するので、前記輪状ステータ４の軸方向の長さを短くした場合に前記第１ティース４５０と前記第２ティース４６０とが干渉することがない。 Further, the second teeth 460 are formed in the circumferential direction of the annular stator 4 by the first teeth 450 by an angle that is half the central angle that the adjacent first teeth 450 form with respect to the center of the annular stator 4. , The first teeth 450 and the second teeth 460 may interfere with each other when the axial length of the annular stator 4 is shortened. Absent.

また、前記第１，第２，第３，第４検出コイル４５１，４５２，４６１，４６２の発生させる磁束が前記回転軸２と直角方向となるために、前記回転軸２の磁化により前記回転軸２を貫通する方向に生じた磁気ノイズの影響を受けにくくなり、さらに、前記第１ステータコア４５及び前記第２ステータコア４６のバックヨークが前記回転軸２に対して直交する方向からの磁気ノイズに対してシールドの役目を果たすので、前記磁歪式トルクセンサ１０を前記回転軸２の磁化及び磁気ノイズに対する耐性を強くすることができる。 Further, since the magnetic flux generated by the first, second, third and fourth detection coils 451, 452, 461, 462 is perpendicular to the rotating shaft 2, the rotating shaft 2 is magnetized by the magnetization of the rotating shaft 2. 2, and the back yoke of the first stator core 45 and the second stator core 46 is resistant to magnetic noise from a direction perpendicular to the rotating shaft 2. Therefore, the magnetostrictive torque sensor 10 can be more resistant to the magnetization of the rotating shaft 2 and magnetic noise.

なお、この実施の形態では、図１に示す前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２はめっき処理により、前記回転軸２に右回りのトルクがかかった場合と、左回りのトルクがかかった場合とで、磁歪特性が反転するように形成されて磁気異方性が付与されていたが、他の方法により磁気異方性が付与されていてもよい。例えば、前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２の表面に溝加工を施すことや、前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２の表面に溶射による加工を施すことで前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２に磁気異方性が付与されていてもよい。 In this embodiment, the first alloy film 31 and the second alloy film 32 shown in FIG. 1 are subjected to a plating process in which a clockwise torque is applied to the rotary shaft 2 and a counterclockwise torque is applied. In this case, the magnetic anisotropy is imparted by reversing the magnetostriction characteristics, but the magnetic anisotropy may be imparted by other methods. For example, the surface of the first alloy film 31 and the second alloy film 32 is grooved, or the surface of the first alloy film 31 and the second alloy film 32 is processed by thermal spraying to form the first alloy film 31 and the second alloy film 32. Magnetic anisotropy may be imparted to the first alloy film 31 and the second alloy film 32.

また、この実施の形態では、前記輪状ステータ４は１つ設けられていたが、これ以上の数の輪状ステータが設けられていてもよい。例えば、前記第１ステータコア及び前記第２ステータコアとが一体に形成されている前記輪状ステータ４に代えて、前記第１ステータコア及び前記第２ステータコアと、前記第１ステータコア及び前記第２ステータコアと同じ構成である第３ステータコア及び第４ステータコアとが一体に形成されている第２輪状ステータを設けてもよい。これにより、ステータコアが４つとなり検出コイルの数が合計８つになるので、前記磁歪式トルクセンサ１０にさらに冗長性を持たせることができる。 In this embodiment, one annular stator 4 is provided. However, a larger number of annular stators may be provided. For example, instead of the annular stator 4 in which the first stator core and the second stator core are integrally formed, the same configuration as the first stator core and the second stator core, and the first stator core and the second stator core A second annular stator in which a third stator core and a fourth stator core are integrally formed may be provided. As a result, there are four stator cores and a total of eight detection coils, so that the magnetostrictive torque sensor 10 can be further provided with redundancy.

また、この実施の形態では、前記第２検出コイル４５２は前記第１検出コイル４５１と逆の巻回方向に巻回され、前記第４検出コイル４６２は前記第３検出コイル４６１と逆の巻回方向に巻回されていたが、前記第１検出コイル４５１と前記第２検出コイル４５２とが同じ方向に巻回され、前記第３検出コイル４６１と前記第４検出コイル４６２とが同じ方向に巻回されていてもよい。 In this embodiment, the second detection coil 452 is wound in the winding direction opposite to the first detection coil 451, and the fourth detection coil 462 is wound in the reverse direction to the third detection coil 461. The first detection coil 451 and the second detection coil 452 are wound in the same direction, and the third detection coil 461 and the fourth detection coil 462 are wound in the same direction. It may be turned.

また、この実施の形態では、前記第２ティース４６０は、前記輪状ステータ４の周方向において、隣接する前記第１ティース４５０同士が前記輪状ステータ４の中心に対してなす中心角の半分の角度だけ、前記第１ティース４５０に対して異なった位置から前記回転軸２に向かって突出していたが、前記第２ティース４６０の位置は必ずしもこの位置に限定されず、前記第１ティース４５０と干渉しない範囲で前記第１ティース４５０に対して適宜異なった位置から突出するように設けられていてもよい。 In this embodiment, the second teeth 460 are only half the central angle formed by the adjacent first teeth 450 with respect to the center of the annular stator 4 in the circumferential direction of the annular stator 4. However, the position of the second tooth 460 is not necessarily limited to this position and does not interfere with the first tooth 450. The first teeth 450 may be provided so as to protrude from different positions as appropriate.

なお、本発明による磁歪式トルクセンサの要旨としては、以下の通りである。すなわち、回転方向が反転することで磁歪特性が反転するようにその軸方向に沿って二分されて異方性付与部材となる前記第１合金膜３１及び前記第２合金膜３２が表面に設けられた前記回転軸２と、前記回転軸２と同軸に設けられた前記第１ステータコア４５及び前記第２ステータコア４６が一体に形成された前記輪状ステータ４と、前記第１ステータコア４５に設けられ、前記回転軸２に向かって突出した複数の前記第１ティース４５０と、前記第２ステータコア４６に設けられ、前記輪状ステータ４の周方向において前記第１ティース４５０に対して異なった位置から前記回転軸２に向かって突出した複数の前記第２ティース４６０とを備え、前記各第１ティース４５０のうち奇数個目には前記第１検出コイル４５１が巻回され、前記各第１ティース４５０のうち偶数個目には前記第２検出コイル４５２が巻回され、前記各第２ティース４６０のうち奇数個目には前記第１検出コイル４５１と同じ巻回方向に前記第３検出コイル４６１が巻回され、前記各第２ティース４６０のうち偶数個目には前記第２検出コイル４５２と同じ巻回方向に前記第４検出コイル４６２が巻回され、前記第１検出コイル４５１の出力と、前記第２検出コイル４５２の出力と、前記第３検出コイル４６１の出力と、前記第４検出コイル４６２の出力とに基づいて、前記回転軸２に発生するトルク及び各検出コイル４５１，４５２，４６１，４６２の故障を検出するように構成されている。 The gist of the magnetostrictive torque sensor according to the present invention is as follows. That is, the first alloy film 31 and the second alloy film 32 which are bisected along the axial direction so as to reverse the magnetostrictive characteristics by reversing the rotation direction and serving as anisotropy imparting members are provided on the surface. The rotating stator 2, the annular stator 4 integrally formed with the first stator core 45 and the second stator core 46 provided coaxially with the rotating shaft 2, and the first stator core 45. The plurality of first teeth 450 projecting toward the rotating shaft 2 and the second stator core 46 are provided on the second stator core 46, and the rotating shaft 2 is positioned from different positions with respect to the first teeth 450 in the circumferential direction of the annular stator 4. A plurality of second teeth 460 projecting toward the first, and the first detection coil 451 is wound around an odd number of the first teeth 450, The second detection coil 452 is wound on the even number of the first teeth 450, and the third detection coil 451 is wound on the odd number of the second teeth 460 in the same winding direction as the first detection coil 451. The detection coil 461 is wound, and the fourth detection coil 462 is wound in the same winding direction as the second detection coil 452 in the even number of the second teeth 460, and the first detection coil 451 is wound. , The output of the second detection coil 452, the output of the third detection coil 461, and the output of the fourth detection coil 462, and the torque generated in the rotary shaft 2 and each detection coil 451. , 452, 461, and 462 are detected.

本発明による磁歪式トルクセンサは、回転方向が反転することで磁歪特性が反転するようにその軸方向に沿って二分されて異方性付与部材となる第１合金膜３１及び第２合金膜３２が表面に設けられた回転軸２と、回転軸２と同軸に設けられた第１ステータコア４５及び第２ステータコア４６が一体に形成された輪状ステータ４と、第１ステータコア４５に設けられ、回転軸２に向かって突出した複数の第１ティース４５０と、第２ステータコア４６に設けられ、輪状ステータ４の周方向において第１ティース４５０に対して異なった位置から回転軸２に向かって突出した複数の第２ティース４６０とを用い、回転軸に発生するトルク及び各検出コイルの故障を検出するので、軸方向の長さを短くし、温度変化、回転軸の磁化及び磁気ノイズに強くすることができる。 The magnetostrictive torque sensor according to the present invention is divided into two along the axial direction so that the magnetostrictive characteristics are reversed when the rotational direction is reversed, and the first alloy film 31 and the second alloy film 32 which are anisotropy imparting members. Is provided on the first stator core 45, the rotary stator 2 provided on the surface, the annular stator 4 formed integrally with the first stator core 45 and the second stator core 46 provided coaxially with the rotary shaft 2, and the rotary shaft. A plurality of first teeth 450 projecting toward 2 and a plurality of first teeth 450 provided on the second stator core 46 and projecting toward the rotary shaft 2 from different positions with respect to the first teeth 450 in the circumferential direction of the annular stator 4. The second tooth 460 is used to detect the torque generated on the rotating shaft and the failure of each detection coil, so that the length in the axial direction is shortened, temperature change, magnetization of the rotating shaft, and magnetic noise. It is possible to strongly.

２回転軸
４輪状ステータ
１０磁歪式トルクセンサ
３１第１合金膜
３２第２合金膜
４５第１ステータコア
４６第２ステータコア
４５０第１ティース
４５１第１検出コイル
４５２第２検出コイル
４６０第２ティース
４６１第３検出コイル
４６２第４検出コイル 2 Rotating shaft 4 Ring-shaped stator 10 Magnetostrictive torque sensor 31 First alloy film 32 Second alloy film 45 First stator core 46 Second stator core 450 First tooth 451 First detection coil 452 Second detection coil 460 Second tooth 461 Third Detection coil 462 Fourth detection coil

Claims

Rotation in which the first and second alloy films (31, 32) which are bisected along the axial direction and become anisotropy imparting members are provided on the surface so that the magnetostrictive characteristics are reversed by reversing the rotation direction Axis (2),
A ring-shaped stator (4) integrally formed with a first stator core (45) and a second stator core (46) provided coaxially with the rotating shaft (2);
A plurality of first teeth (450) provided on the first stator core (45) and projecting toward the rotating shaft (2);
A plurality of second protrusions provided on the second stator core (46) and projecting toward the rotating shaft (2) from different positions with respect to the first teeth (450) in the circumferential direction of the annular stator (4). Teeth (460),
With
A first detection coil (451) is wound on the odd number of the first teeth (450), and a second detection coil (452) is wound on the even number of the first teeth (450). A third detection coil (461) is wound in the same winding direction as the first detection coil (451) on the odd number of the second teeth (460), and the second teeth (460) are wound. (460), the fourth detection coil (462) is wound in the same winding direction as the second detection coil (452) in the even number.
Based on the output of the first detection coil (451), the output of the second detection coil (452), the output of the third detection coil (461), and the output of the fourth detection coil (462). A magnetostrictive torque sensor that detects torque generated in the rotating shaft (2) and a failure of each of the detection coils (451, 452, 461, 462).

In the circumferential direction of the annular stator (4), the second teeth (460) are only half the central angle formed by the adjacent first teeth 450 with respect to the center of the annular stator (4). 2. The magnetostrictive torque sensor according to claim 1, wherein the magnetostrictive torque sensor protrudes from the position different from the first tooth toward the rotating shaft.