JP2005274159A - Torque sensor - Google Patents

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JP2005274159A JP2004083602A JP2004083602A JP2005274159A JP 2005274159 A JP2005274159 A JP 2005274159A JP 2004083602 A JP2004083602 A JP 2004083602A JP 2004083602 A JP2004083602 A JP 2004083602A JP 2005274159 A JP2005274159 A JP 2005274159A
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Toshihiro Suzuki
利博 鈴木
Teruo Mori
輝夫 森
Kesaharu Takato
今朝春 高藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a torque sensor capable of reducing cost and improving detection sensitivity, and simultaneously preventing beforehand breakage or the like of a device and improving the strength against a torque. <P>SOLUTION: This torque sensor 10 has a constitution having an approximately cylindrical super-magnetostrictive rod 14 equipped with a super-magnetostrictive member and having one end 14A fixed to a base 12, a shaft 18 disposed through an inside space of the super-magnetostrictive rod 14 and equipped with an upper plate 16 having a larger diameter than the inner diameter of the super-magnetostrictive rod 14 on the other end 14B side of the super-magnetostrictive rod 14, a spring 20 for energizing the upper plate 16 of the shaft 18 to the other end 14B side of the super-magnetostrictive rod 14, and a detection coil 22 capable of detecting the change of the magnetic permeability or the residual magnetizing quantity of the super-magnetostrictive rod 14 based on deformation of the super-magnetostrictive rod 14. The torque of the shaft 18 can be transferred to the super-magnetostrictive rod 14 by a frictional force working between the upper plate 16 and the super-magnetostrictive rod 14. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、磁歪素子を用いたトルクセンサに関する。   The present invention relates to a torque sensor using a magnetostrictive element.

従来、磁歪素子の応力磁気効果を用いてトルクの変化を検出可能としたトルクセンサが広く知られている。このようなトルクセンサは、自動車ハンドルの回転操作力の検知等に適用され、所定の強度が必要とされる。   Conventionally, a torque sensor that can detect a change in torque by using a stress magnetic effect of a magnetostrictive element is widely known. Such a torque sensor is applied to detection of a rotational operation force of an automobile handle, and a predetermined strength is required.

例えば、図10に示されるトルクセンサ1は、複数の孔2Aが形成された磁歪合金薄帯2をシャフト3の外周に接着固定して構成されている。このトルクセンサ1では、シャフト3のトルクが1箇所に集中しないように、トルクを磁歪合金薄帯2の複数の孔2Aで分散させることによって、強度の向上が図られている。   For example, the torque sensor 1 shown in FIG. 10 is configured by bonding and fixing a magnetostrictive alloy ribbon 2 having a plurality of holes 2 </ b> A to the outer periphery of the shaft 3. In this torque sensor 1, the strength is improved by dispersing the torque in the plurality of holes 2 </ b> A of the magnetostrictive alloy ribbon 2 so that the torque of the shaft 3 is not concentrated in one place.

特開平7−113702号公報JP-A-7-113702

しかしながら、この従来公知のトルクセンサ1は、シャフト3のトルクに対して、ある程度の強度を確保することができる一方で、磁歪合金薄帯2の加工や接着が困難でコスト高になってしまう上に、磁歪合金薄帯2における磁気特性の変化が小さく、検出感度の向上には限界があった。   However, while this conventionally known torque sensor 1 can secure a certain degree of strength against the torque of the shaft 3, it is difficult to process and bond the magnetostrictive alloy ribbon 2 and increases the cost. In addition, the change in magnetic properties in the magnetostrictive alloy ribbon 2 is small, and there is a limit to the improvement of detection sensitivity.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、低コスト化や検出感度の向上が実現可能でありながら、同時に、装置の破損等を未然に防止可能で、トルクに対する強度を向上させることができる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 problems, and while being able to reduce costs and improve detection sensitivity, at the same time, it is possible to prevent damage to the device and to prevent torque. It aims at providing the torque sensor which can improve the intensity | strength with respect to.

本発明の発明者は、鋭意研究の結果、低コスト化や検出感度の向上が実現可能でありながら、同時に、装置の破損等を未然に防止可能で、トルクに対する強度を向上させることができるトルクセンサを見出した。   As a result of earnest research, the inventor of the present invention is able to reduce costs and improve detection sensitivity, but at the same time, can prevent damage to the device and the like, and can improve the strength against torque I found a sensor.

即ち、次のような本発明により、上記目的を達成することができる。   That is, the above-described object can be achieved by the following present invention.

(1)磁歪部材を備え、且つ、一端が固定部に固定された略筒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの内側空間内を貫通して配設され、且つ、前記磁歪ロッドの他端側に該磁歪ロッドの内径よりも大径の突出部を備えたシャフトと、該シャフトにおける前記突出部を前記磁歪ロッドの他端側に付勢するための弾性部材と、前記磁歪ロッドの変形に基づく該磁歪ロッドの透磁率又は残留磁化量の変化を検出可能な検出手段と、を有してなり、前記シャフトのトルクは、該シャフトの突出部と前記磁歪ロッドとの間に作用する摩擦力によって前記磁歪ロッドに伝達可能とされていることを特徴とするトルクセンサ。   (1) A substantially cylindrical magnetostrictive rod having a magnetostrictive member and having one end fixed to a fixed portion, and disposed through the inner space of the magnetostrictive rod, and the other end side of the magnetostrictive rod A shaft provided with a protruding portion having a diameter larger than the inner diameter of the magnetostrictive rod, an elastic member for biasing the protruding portion of the shaft toward the other end of the magnetostrictive rod, and based on deformation of the magnetostrictive rod. Detecting means capable of detecting a change in permeability or residual magnetization amount of the magnetostrictive rod, and the torque of the shaft is caused by a frictional force acting between the protruding portion of the shaft and the magnetostrictive rod. A torque sensor characterized in that transmission to the magnetostrictive rod is possible.

(2)前記弾性部材の付勢力は調整可能とされていることを特徴とする前記(1)記載のトルクセンサ。   (2) The torque sensor according to (1), wherein the urging force of the elastic member is adjustable.

(3)前記磁歪ロッドには所定のバイアス磁界が印加されていることを特徴とする前記(1)又は(2)記載のトルクセンサ。   (3) The torque sensor according to (1) or (2), wherein a predetermined bias magnetic field is applied to the magnetostrictive rod.

(4)前記シャフトの突出部は、前記磁歪ロッドの他端側の外径よりも大径とされていることを特徴とする前記(1)乃至(3)のいずれかに記載のトルクセンサ。   (4) The torque sensor according to any one of (1) to (3), wherein the protruding portion of the shaft has a larger diameter than the outer diameter on the other end side of the magnetostrictive rod.

(5)前記シャフトの突出部と前記磁歪ロッドとの間に弾性シートを介在させたことを特徴とする前記(1)乃至(4)のいずれかに記載のトルクセンサ。   (5) The torque sensor according to any one of (1) to (4), wherein an elastic sheet is interposed between the protruding portion of the shaft and the magnetostrictive rod.

(6)前記検出手段は、前記磁歪ロッドの外周を囲むように配設された検出コイルを含み、前記磁歪ロッドの透磁率又は残留磁化量の変化を前記検出コイルのインダクタンス値の変化として検出するようにしたことを特徴とする前記(1)乃至(5)のいずれかに記載のトルクセンサ。   (6) The detection means includes a detection coil disposed so as to surround the outer periphery of the magnetostrictive rod, and detects a change in permeability or residual magnetization of the magnetostrictive rod as a change in inductance value of the detection coil. The torque sensor according to any one of (1) to (5), wherein the torque sensor is configured as described above.

(7)前記検出手段はホール素子を含み、前記磁歪ロッドの透磁率又は残留磁化量の変化を前記ホール素子の起電力変化として検出するようにしたことを特徴とする前記(1)乃至(5)のいずれかに記載のトルクセンサ。   (7) The detection means includes a Hall element, and detects a change in magnetic permeability or residual magnetization of the magnetostrictive rod as a change in electromotive force of the Hall element. The torque sensor according to any one of the above.

(8)前記検出手段は磁気抵抗効果素子を含み、前記磁歪ロッドの透磁率又は残留磁化量の変化を前記磁気抵抗効果素子の起電力変化として検出するようにしたことを特徴とする前記(1)乃至(5)のいずれかに記載のトルクセンサ。   (8) The detection means includes a magnetoresistive effect element, and detects a change in magnetic permeability or residual magnetization of the magnetostrictive rod as a change in electromotive force of the magnetoresistive effect element. The torque sensor according to any one of (5) to (5).

(9)前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする前記(1)乃至(8)のいずれかに記載のトルクセンサ。   (9) The torque sensor according to any one of (1) to (8), wherein the magnetostrictive member is a giant magnetostrictive member made of a giant magnetostrictive element.

本発明に係るトルクセンサによれば、低コスト化や検出感度の向上が実現可能でありながら、同時に、装置の破損等を未然に防止可能で、トルクに対する強度を向上させることができるという優れた効果を有する。   According to the torque sensor of the present invention, it is possible to reduce costs and improve detection sensitivity, but at the same time, it is possible to prevent damage to the device and to improve strength against torque. Has an effect.

本発明に係るトルクセンサは、磁歪部材を備え、且つ、一端が固定部に固定された略筒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの内側空間内を貫通して配設され、且つ、前記磁歪ロッドの他端側に該磁歪ロッドの内径よりも大径の突出部を備えたシャフトと、該シャフトにおける前記突出部を前記磁歪ロッドの他端側に付勢するための弾性部材と、前記磁歪ロッドの変形に基づく該磁歪ロッドの透磁率又は残留磁化量の変化を検出可能な検出手段と、を有してなり、前記シャフトのトルクは、該シャフトの突出部と前記磁歪ロッドとの間に作用する摩擦力によって前記磁歪ロッドに伝達可能とされていることによって、上記課題を解決したものである。   The torque sensor according to the present invention includes a substantially cylindrical magnetostrictive rod having a magnetostrictive member, one end of which is fixed to a fixed portion, an inner space of the magnetostrictive rod, and the magnetostrictive rod. A shaft provided with a protrusion having a diameter larger than the inner diameter of the magnetostrictive rod on the other end of the rod; an elastic member for biasing the protrusion on the shaft toward the other end of the magnetostrictive rod; and the magnetostriction Detecting means capable of detecting a change in permeability or residual magnetization of the magnetostrictive rod based on deformation of the rod, and the torque of the shaft is between the protruding portion of the shaft and the magnetostrictive rod. The above-mentioned problem is solved by being able to transmit to the magnetostrictive rod by the acting frictional force.

以下、図面を用いて、本発明の実施例1及び2に係るトルクセンサについて詳細に説明する。   Hereinafter, the torque sensor according to the first and second embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1及び図2に示されるように、本実施例1に係るトルクセンサ10は、ベース(固定部)12に下端14Aが固定された略円筒状の超磁歪ロッド14と、この超磁歪ロッド14の内側空間内を貫通して配設され、且つ、超磁歪ロッドの上端14B側に上側プレート(突出部)16を備えたシャフト18と、このシャフト18における上側プレート16を超磁歪ロッド14の上端14B側に付勢するためのばね(弾性部材)20と、超磁歪ロッド14の変形に基づく超磁歪ロッド14の透磁率又は残留磁化量の変化を検出可能な検出コイル(検出手段)22と、を有して構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the torque sensor 10 according to the first embodiment includes a substantially cylindrical giant magnetostrictive rod 14 having a lower end 14 </ b> A fixed to a base (fixed portion) 12, and the giant magnetostrictive rod 14. And a shaft 18 provided with an upper plate (protrusion) 16 on the upper end 14B side of the giant magnetostrictive rod, and the upper plate 16 of this shaft 18 is connected to the upper end of the giant magnetostrictive rod 14. A spring (elastic member) 20 for biasing to the 14B side, a detection coil (detection means) 22 capable of detecting a change in permeability or residual magnetization of the giant magnetostrictive rod 14 based on deformation of the giant magnetostrictive rod 14, and It is comprised.

超磁歪ロッド14は、超磁歪素子を材料としている。ここで、「超磁歪素子」とは、希土類元素および/または特定の遷移金属などを主成分(例えば、テルビウム、ジスプロシウム、鉄など)とする粉末焼結合金あるいは単結晶合金から作られた磁歪素子をいい、外部からの応力によって変形すると大きな透磁率又は残留磁化量の変化を生じる性質を有している。   The giant magnetostrictive rod 14 is made of a giant magnetostrictive element. Here, the “super magnetostrictive element” is a magnetostrictive element made of a powder sintered alloy or a single crystal alloy containing a rare earth element and / or a specific transition metal as a main component (eg, terbium, dysprosium, iron, etc.). It has the property of producing a large change in magnetic permeability or residual magnetization when deformed by external stress.

シャフト18の上方に配設された上側プレート16は、この例では、略円板形状の部材からなり、その外径は、超磁歪ロッド14における上端14B側の外径よりも大径とされている。又、シャフト18の上側プレート16と超磁歪ロッド14の上端14Bとの間には、弾性シート24が介在されている。   In this example, the upper plate 16 disposed above the shaft 18 is made of a substantially disk-shaped member, and the outer diameter thereof is larger than the outer diameter of the giant magnetostrictive rod 14 on the upper end 14B side. Yes. An elastic sheet 24 is interposed between the upper plate 16 of the shaft 18 and the upper end 14 </ b> B of the giant magnetostrictive rod 14.

一方、シャフト18の下方には、上側プレート16と略同形状の下側プレート26が配設されており、この下側プレート26は、ナット28によってシャフト18に沿って上下動可能な構造となっている。又、この下側プレート26とベース12との間には、ばね20が縮設されており、ばね20の付勢力は、下側プレート26を上下動させることによって調整が可能となっている。   On the other hand, a lower plate 26 having substantially the same shape as the upper plate 16 is disposed below the shaft 18, and the lower plate 26 has a structure that can be moved up and down along the shaft 18 by a nut 28. ing. A spring 20 is contracted between the lower plate 26 and the base 12, and the urging force of the spring 20 can be adjusted by moving the lower plate 26 up and down.

検出コイル22は、超磁歪ロッド14の外周を囲むように配設されており、超磁歪ロッド14の透磁率又は残留磁化量の変化を検出可能である。   The detection coil 22 is disposed so as to surround the outer periphery of the giant magnetostrictive rod 14 and can detect a change in the permeability or residual magnetization of the giant magnetostrictive rod 14.

次に、本実施例1に係るトルクセンサ10の作用について説明する。   Next, the operation of the torque sensor 10 according to the first embodiment will be described.

シャフト18にトルクが加えられると、シャフト18に固定された上側プレート16がシャフト18の捩れに伴って回転する。この上側プレート16はばね20によって超磁歪ロッド14の上端14B側に付勢されているため、シャフト18のトルクは、上側プレート16と超磁歪ロッド14との間に作用する摩擦力によって超磁歪ロッド14に伝達される。その結果、超磁歪部材14に捻れ(変形)が生じ、この変形に基づいて超磁歪部材14の透磁率又は残留磁化量が変化する。従って、この超磁歪部材14の透磁率又は残留磁化率の変化を検出コイル22のインダクタンス値の変化として検出すれば、シャフト18のトルク変化を検出することができる。   When torque is applied to the shaft 18, the upper plate 16 fixed to the shaft 18 rotates as the shaft 18 is twisted. Since the upper plate 16 is biased to the upper end 14B side of the giant magnetostrictive rod 14 by the spring 20, the torque of the shaft 18 is caused by the frictional force acting between the upper plate 16 and the giant magnetostrictive rod 14. 14 is transmitted. As a result, the giant magnetostrictive member 14 is twisted (deformed), and the permeability or residual magnetization of the giant magnetostrictive member 14 changes based on this deformation. Therefore, if a change in the magnetic permeability or residual magnetic susceptibility of the giant magnetostrictive member 14 is detected as a change in the inductance value of the detection coil 22, a change in the torque of the shaft 18 can be detected.

本発明の発明者は、図3に示されるようなトルク測定器30及びLCRメータ32を用いて、トルクセンサ10のシャフト18に印加されるトルクと、検出コイル22におけるインダクタンス値の関係についてデータを採集した。なお、本実験では、外形8mm、内径5mm、長さ20mmの円筒形状の超磁歪ロッド14と、線径0.2mm、線種UEW、巻数200ターン、コイル長0.13cmの検出コイル22を用いた。又、超磁歪ロッド14と上側プレート16との間には、弾性シート24としてテフロン(登録商標)シートを介在させた。   The inventor of the present invention uses the torque measuring device 30 and the LCR meter 32 as shown in FIG. 3 to obtain data on the relationship between the torque applied to the shaft 18 of the torque sensor 10 and the inductance value in the detection coil 22. Collected. In this experiment, a cylindrical giant magnetostrictive rod 14 having an outer diameter of 8 mm, an inner diameter of 5 mm, and a length of 20 mm and a detection coil 22 having a wire diameter of 0.2 mm, a wire type UEW, a number of turns of 200 turns, and a coil length of 0.13 cm are used. It was. Further, a Teflon (registered trademark) sheet was interposed as the elastic sheet 24 between the giant magnetostrictive rod 14 and the upper plate 16.

又、本実施例1に係るトルクセンサ10との比較を行うために、図4に示されるような比較例1に係るトルクセンサ40についても同様のデータを採取した。なお、この比較例1に係るトルクセンサ40は、シャフト42に固定された略円板形状のプレート44を、超磁歪ロッド14の上端14Bに接着固定したものである。   In order to make a comparison with the torque sensor 10 according to the first embodiment, the same data was collected for the torque sensor 40 according to the first comparative example as shown in FIG. The torque sensor 40 according to the comparative example 1 is obtained by bonding and fixing a substantially disk-shaped plate 44 fixed to a shaft 42 to the upper end 14B of the giant magnetostrictive rod 14.

その結果、比較例1に係るトルクセンサ40は、図5に示されるように、トルクを0(cN・m)から徐々に増加させていったところ、トルクが80(cN・m)を超えたあたりで超磁歪ロッド14が破損に至った。   As a result, as shown in FIG. 5, the torque sensor 40 according to Comparative Example 1 gradually increased the torque from 0 (cN · m), and the torque exceeded 80 (cN · m). The giant magnetostrictive rod 14 was damaged.

一方、本実施例1に係るトルクセンサ10は、図6及び図7に示されるように、80(cN・m)を超えるトルクを加えた場合でも、トルクの最大値は50(cN・m)程度に抑止され、超磁歪ロッド14が破損に至ることは無かった。これは、シャフト18には80(cN・m)を超えるトルクが加えられたが、上側プレート16と超磁歪ロッド14との間に作用する摩擦力よりも超磁歪ロッド14が元の形状に復帰しようとする力が大きくなった結果、上側プレート16と超磁歪ロッド14との間に滑りが発生し、超磁歪ロッド14には50(cN・m)を超えるトルクが伝達されなかったことを意味する。なお、図6は超磁歪ロッド14に60kg/cmの予荷重を印加した場合、図7は80kg/cmの予荷重を印加した場合のデータをそれぞれ示したものである。 On the other hand, as shown in FIGS. 6 and 7, the torque sensor 10 according to the first embodiment has a maximum torque value of 50 (cN · m) even when a torque exceeding 80 (cN · m) is applied. The giant magnetostrictive rod 14 was not damaged and was not damaged. This is because a torque exceeding 80 (cN · m) was applied to the shaft 18, but the giant magnetostrictive rod 14 returned to its original shape rather than the frictional force acting between the upper plate 16 and the giant magnetostrictive rod 14. As a result of the increased force, slippage occurred between the upper plate 16 and the giant magnetostrictive rod 14, meaning that no torque exceeding 50 (cN · m) was transmitted to the giant magnetostrictive rod 14. To do. 6 shows data when a preload of 60 kg / cm 2 is applied to the giant magnetostrictive rod 14, and FIG. 7 shows data when a preload of 80 kg / cm 2 is applied.

本実施例1に係るトルクセンサ10によれば、超磁歪部材を備え、且つ、一端14Aがベース(固定部)12に固定された略筒状の超磁歪ロッド14と、この超磁歪ロッド14の内側空間内を貫通して配設され、且つ、超磁歪ロッドの他端14B側に、この超磁歪ロッド14の内径よりも大径の上側プレート(突出部)16を備えたシャフト18と、このシャフト18における上側プレート16を超磁歪ロッド14の他端14B側に付勢するためのばね(弾性部材)20と、超磁歪ロッド14の変形に基づく超磁歪ロッド14の透磁率又は残留磁化量の変化を検出可能な検出コイル(検出手段)22と、を有してなり、シャフト18のトルクは、シャフト18の上側プレート16と超磁歪ロッド14との間に作用する摩擦力によって超磁歪ロッド14に伝達可能とされているため、シャフト18から超磁歪ロッド14に所定以上のトルクが伝達された場合、シャフト18からのトルク伝達を遮断することができる。従って、超磁歪ロッド14にシャフト18から過大なトルクが加えられるのを防止することができ、超磁歪ロッド14の破損等を未然に防止し、強度を向上させることができる。又、従来のトルクセンサに比べ、加工が容易で低コスト化が可能である上に、略筒状の超磁歪ロッド14を用いているため、トルク変化の検出感度を向上させることができる。   According to the torque sensor 10 according to the first embodiment, the substantially magnetostrictive rod 14 having a giant magnetostrictive member and having one end 14 </ b> A fixed to the base (fixed portion) 12, and the giant magnetostrictive rod 14. A shaft 18 provided through the inner space and having an upper plate (protrusion) 16 having a diameter larger than the inner diameter of the giant magnetostrictive rod 14 on the other end 14B side of the giant magnetostrictive rod, A spring (elastic member) 20 for urging the upper plate 16 of the shaft 18 toward the other end 14B of the giant magnetostrictive rod 14 and the permeability or residual magnetization amount of the giant magnetostrictive rod 14 based on the deformation of the giant magnetostrictive rod 14 are obtained. And a detection coil (detection means) 22 capable of detecting a change, and the torque of the shaft 18 is reduced by a magnetostrictive force due to a frictional force acting between the upper plate 16 of the shaft 18 and the giant magnetostrictive rod 14. Because it is possible to transmit the de 14, when a predetermined or more torque is transmitted to the giant magnetostrictive rod 14 from the shaft 18, it is possible to cut off the transmission of torque from the shaft 18. Therefore, it is possible to prevent an excessive torque from being applied to the giant magnetostrictive rod 14 from the shaft 18, prevent the giant magnetostrictive rod 14 from being damaged, and improve the strength. Further, as compared with the conventional torque sensor, the processing is easy and the cost can be reduced, and the substantially cylindrical giant magnetostrictive rod 14 is used, so that the detection sensitivity of the torque change can be improved.

特に、超磁歪素子を材料とする超磁歪ロッド14を用いているため、トルク変化の検出感度をより一層高めることができる。   In particular, since the giant magnetostrictive rod 14 made of a giant magnetostrictive element is used, it is possible to further increase the sensitivity of detecting a torque change.

又、ばね(弾性部材)20の付勢力は調整可能とされているため、上側プレート16と超磁歪ロッド14との間に作用する摩擦力を変化させることができ、シャフト18から超磁歪ロッド14に伝達可能なトルクの大きさを容易に調整することができる。   Further, since the biasing force of the spring (elastic member) 20 can be adjusted, the frictional force acting between the upper plate 16 and the giant magnetostrictive rod 14 can be changed. The magnitude of the torque that can be transmitted to can be easily adjusted.

更に、シャフト18の上側プレート(突出部)16は、超磁歪ロッド14の他端14B側の外径よりも大径とされているため、上側プレート16と超磁歪ロッド14との接触面積を大きくすることができる。従って、シャフトの18のトルクをより確実に超磁歪ロッド14に伝達することができ、トルクの変化の検出感度を更に向上させることができる。   Furthermore, since the upper plate (projecting portion) 16 of the shaft 18 has a larger diameter than the outer diameter on the other end 14B side of the giant magnetostrictive rod 14, the contact area between the upper plate 16 and the giant magnetostrictive rod 14 is increased. can do. Therefore, the torque of the shaft 18 can be more reliably transmitted to the giant magnetostrictive rod 14, and the detection sensitivity of torque change can be further improved.

又、超磁歪ロッド14と上側プレート16との間に弾性シート24を介在させたため、シャフト18の軸方向の圧力を弾性シート24で吸収しつつ、シャフト18のトルクのみを超磁歪ロッド14に効率的に伝達することができる。   Further, since the elastic sheet 24 is interposed between the giant magnetostrictive rod 14 and the upper plate 16, only the torque of the shaft 18 is efficiently applied to the giant magnetostrictive rod 14 while absorbing the axial pressure of the shaft 18 by the elastic sheet 24. Can be transmitted.

次に、図8を用いて、本発明の実施例2に係るトルクセンサ50について詳細に説明する。   Next, the torque sensor 50 according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

図に示されるように、本実施例2に係るトルクセンサ50は、上記実施例1に係るトルクセンサ10の超磁歪ロッド14の軸方向両端に磁石52をそれぞれ配設し、超磁歪ロッド14に所定のバイアス磁界を印加したものである。なお、実施例1に係るトルクセンサ10と同様な部分については、図中において同じ番号を付す事とし、その説明は省略する。   As shown in the figure, the torque sensor 50 according to the second embodiment is provided with magnets 52 at both ends in the axial direction of the giant magnetostrictive rod 14 of the torque sensor 10 according to the first embodiment. A predetermined bias magnetic field is applied. In addition, about the part similar to the torque sensor 10 which concerns on Example 1, it shall attach | subject the same number in a figure, and the description is abbreviate | omitted.

本実施例2に係るトルクセンサ50によれば、超磁歪部材14には所定のバイアス磁界が印加されているため、シャフト18のトルク変化のみならず、シャフト18の回転方向をも検出することができる。   According to the torque sensor 50 according to the second embodiment, since a predetermined bias magnetic field is applied to the giant magnetostrictive member 14, not only the torque change of the shaft 18 but also the rotation direction of the shaft 18 can be detected. it can.

なお、本発明に係るトルクセンサは、上記実施例1及び2に係るトルクセンサ10、50の形状や構造等に限定されるものではなく、例えば、超磁歪ロッド14は円筒形状の部材に限定されず、角筒形状等の部材であってもよい。   The torque sensor according to the present invention is not limited to the shape and structure of the torque sensors 10 and 50 according to the first and second embodiments. For example, the giant magnetostrictive rod 14 is limited to a cylindrical member. Instead, a member such as a rectangular tube shape may be used.

又、シャフト18の突出部を略円板形状の上側プレート16によって構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、突出部をシャフト18と一体的に形成してもよく、又、多角形形状等であってもよい。更に、本発明に係る弾性部材は、ばね20に限定されるものではない。   Moreover, although the protrusion part of the shaft 18 was comprised by the substantially disk-shaped upper plate 16, this invention is not limited to this, For example, a protrusion part may be integrally formed with the shaft 18, Moreover, a polygonal shape etc. may be sufficient. Furthermore, the elastic member according to the present invention is not limited to the spring 20.

更に又、ばね20の付勢力を調整可能としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ばね20の付勢力は一定でもよく、超磁歪ロッド14が耐え得るトルクの値に基づいて最適設定すればよい。   Furthermore, although the biasing force of the spring 20 can be adjusted, the present invention is not limited to this, and the biasing force of the spring 20 may be constant and is based on a torque value that the giant magnetostrictive rod 14 can withstand. What is necessary is just to set optimally.

又、本発明における検出手段は検出コイルに限定されるものではなく、例えば、図9に示されるトルクセンサ60のように、検出手段としてホール素子62(又はMR、GMR等の磁気抵抗効果素子)を適用し、超磁歪ロッド14の透磁率又は残留磁化量の変化をホール素子62(又は磁気抵抗効果素子)の起電力変化として検出するようにしてもよい。   Further, the detection means in the present invention is not limited to the detection coil. For example, like the torque sensor 60 shown in FIG. May be applied to detect a change in permeability or residual magnetization of the giant magnetostrictive rod 14 as a change in electromotive force of the Hall element 62 (or magnetoresistive element).

なお、トルクセンサの検出感度が十分に得られる場合等には、超磁歪部材の代わりに、磁歪素子からなる磁歪部材を適用してもよい。   Note that when the detection sensitivity of the torque sensor is sufficiently obtained, a magnetostrictive member made of a magnetostrictive element may be applied instead of the super magnetostrictive member.

即ち、本発明に係るトルクセンサは、磁歪部材を備え、且つ、一端が固定部に固定された略筒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの内側空間内を貫通して配設され、且つ、前記磁歪ロッドの他端側に該磁歪ロッドの内径よりも大径の突出部を備えたシャフトと、該シャフトにおける前記突出部を前記磁歪ロッドの他端側に付勢するための弾性部材と、前記磁歪ロッドの変形に基づく該磁歪ロッドの透磁率又は残留磁化量の変化を検出可能な検出手段と、を有してなり、前記シャフトのトルクは、該シャフトの突出部と前記磁歪ロッドとの間に作用する摩擦力によって前記磁歪ロッドに伝達可能とされていればよい。   That is, the torque sensor according to the present invention is provided with a magnetostrictive member, and has a substantially cylindrical magnetostrictive rod whose one end is fixed to the fixing portion, and is disposed through the inner space of the magnetostrictive rod, and A shaft provided with a protruding portion having a diameter larger than the inner diameter of the magnetostrictive rod on the other end side of the magnetostrictive rod, and an elastic member for biasing the protruding portion of the shaft toward the other end side of the magnetostrictive rod; Detecting means capable of detecting a change in magnetic permeability or residual magnetization amount of the magnetostrictive rod based on deformation of the magnetostrictive rod, and the torque of the shaft is calculated between the protruding portion of the shaft and the magnetostrictive rod. What is necessary is just to be able to transmit to the said magnetostrictive rod by the frictional force which acts in between.

本発明の実施例1に係るトルクセンサの略示側断面図Schematic side sectional view of a torque sensor according to Embodiment 1 of the present invention 図1におけるII−II線に沿う略示断面図Schematic sectional view taken along line II-II in FIG. 本発明の実施例1に係るトルクセンサのトルクとインダクタンス値の測定手段を示す側断面図Sectional drawing which shows the measurement means of the torque of the torque sensor which concerns on Example 1 of this invention, and an inductance value 比較例1に係るトルクセンサのトルクとインダクタンス値の測定手段を示す側断面図Side sectional view showing measuring means of torque and inductance value of torque sensor according to comparative example 1 比較例1に係るトルクセンサのトルクとインダクタンス値の関係を示すグラフThe graph which shows the relationship between the torque of the torque sensor which concerns on the comparative example 1, and an inductance value 本発明の実施例1に係るトルクセンサに60kg/cmの予荷重を印加した場合における、トルクとインダクタンス値の関係を示すグラフThe graph which shows the relationship between a torque and an inductance value at the time of applying the preload of 60 kg / cm < 2 > to the torque sensor which concerns on Example 1 of this invention. 同トルクセンサに予荷重80kg/cmの予荷重を印加した場合における、トルクとインダクタンス値の関係を示すグラフGraph showing the relationship between torque and inductance value when a preload of 80 kg / cm 2 is applied to the torque sensor 本発明の実施例2に係るトルクセンサの略示側断面図Schematic side sectional view of a torque sensor according to Embodiment 2 of the present invention 本発明の実施例1に係るトルクセンサの検出手段として磁気抵抗効果素子を適用した例を示す側断面図Sectional drawing which shows the example which applied the magnetoresistive effect element as a detection means of the torque sensor which concerns on Example 1 of this invention 従来のトルクセンサの略示側断面図Schematic side sectional view of a conventional torque sensor

符号の説明Explanation of symbols

1、10、40、50、60…トルクセンサ
2…磁歪合金薄帯
3…シャフト
12…ベース
14…超磁歪ロッド
16、42…シャフト
18…上側プレート
20…ばね
22…検出コイル
24…シート
26…下側プレート
28…ナット
30…トルク測定器
32…LCRメータ
44…プレート
52…磁石
62…ホール素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 10, 40, 50, 60 ... Torque sensor 2 ... Magnetostrictive alloy ribbon 3 ... Shaft 12 ... Base 14 ... Giant magnetostrictive rod 16, 42 ... Shaft 18 ... Upper plate 20 ... Spring 22 ... Detection coil 24 ... Sheet 26 ... Lower plate 28 ... Nut 30 ... Torque measuring instrument 32 ... LCR meter 44 ... Plate 52 ... Magnet 62 ... Hall element

Claims (9)

磁歪部材を備え、且つ、一端が固定部に固定された略筒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドの内側空間内を貫通して配設され、且つ、前記磁歪ロッドの他端側に該磁歪ロッドの内径よりも大径の突出部を備えたシャフトと、該シャフトにおける前記突出部を前記磁歪ロッドの他端側に付勢するための弾性部材と、前記磁歪ロッドの変形に基づく該磁歪ロッドの透磁率又は残留磁化量の変化を検出可能な検出手段と、を有してなり、前記シャフトのトルクは、該シャフトの突出部と前記磁歪ロッドとの間に作用する摩擦力によって前記磁歪ロッドに伝達可能とされていることを特徴とするトルクセンサ。   A substantially cylindrical magnetostrictive rod having a magnetostrictive member and having one end fixed to a fixed portion, and disposed through the inner space of the magnetostrictive rod, and the magnetostrictive rod on the other end side of the magnetostrictive rod A shaft provided with a protrusion having a diameter larger than the inner diameter of the rod, an elastic member for urging the protrusion on the shaft toward the other end of the magnetostrictive rod, and the magnetostrictive rod based on deformation of the magnetostrictive rod Detecting means capable of detecting a change in magnetic permeability or residual magnetization amount of the shaft, and the torque of the shaft is generated by the frictional force acting between the protruding portion of the shaft and the magnetostrictive rod. A torque sensor characterized by being able to transmit to the motor. 請求項1において、
前記弾性部材の付勢力は調整可能とされていることを特徴とするトルクセンサ。
In claim 1,
A torque sensor characterized in that an urging force of the elastic member is adjustable.
請求項1又は2において、
前記磁歪ロッドには所定のバイアス磁界が印加されていることを特徴とするトルクセンサ。
In claim 1 or 2,
A torque sensor, wherein a predetermined bias magnetic field is applied to the magnetostrictive rod.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記シャフトの突出部は、前記磁歪ロッドの他端側の外径よりも大径とされていることを特徴とするトルクセンサ。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The torque sensor, wherein the protruding portion of the shaft has a larger diameter than the outer diameter of the other end side of the magnetostrictive rod.
請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記シャフトの突出部と前記磁歪ロッドとの間に弾性シートを介在させたことを特徴とするトルクセンサ。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
A torque sensor comprising an elastic sheet interposed between the projecting portion of the shaft and the magnetostrictive rod.
請求項1乃至5のいずれかにおいて、
前記検出手段は、前記磁歪ロッドの外周を囲むように配設された検出コイルを含み、前記磁歪ロッドの透磁率又は残留磁化量の変化を前記検出コイルのインダクタンス値の変化として検出するようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The detection means includes a detection coil disposed so as to surround the outer periphery of the magnetostrictive rod, and detects a change in permeability or residual magnetization of the magnetostrictive rod as a change in inductance value of the detection coil. Torque sensor characterized by the above.
請求項1乃至5のいずれかにおいて、
前記検出手段はホール素子を含み、前記磁歪ロッドの透磁率又は残留磁化量の変化を前記ホール素子の起電力変化として検出するようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The torque sensor according to claim 1, wherein the detecting means includes a Hall element and detects a change in magnetic permeability or residual magnetization of the magnetostrictive rod as a change in electromotive force of the Hall element.
請求項1乃至5のいずれかにおいて、
前記検出手段は磁気抵抗効果素子を含み、前記磁歪ロッドの透磁率又は残留磁化量の変化を前記磁気抵抗効果素子の起電力変化として検出するようにしたことを特徴とするトルクセンサ。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The torque sensor according to claim 1, wherein the detecting means includes a magnetoresistive effect element, and detects a change in magnetic permeability or residual magnetization of the magnetostrictive rod as a change in electromotive force of the magnetoresistive effect element.
請求項1乃至8のいずれかにおいて、
前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とするトルクセンサ。
In any one of Claims 1 thru | or 8.
The magnetostrictive member comprises a giant magnetostrictive member made of a giant magnetostrictive element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108163128A (en) * 2018-02-27 2018-06-15 宋文平 A kind of bilateral chain wheel axle torsion sensor of moped based on counter magnetostriction effect
CN112548126A (en) * 2020-12-01 2021-03-26 江苏科技大学 Lathe

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