JP2006046987A - Torque sensor and its manufacturing method - Google Patents
Torque sensor and its manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006046987A JP2006046987A JP2004225185A JP2004225185A JP2006046987A JP 2006046987 A JP2006046987 A JP 2006046987A JP 2004225185 A JP2004225185 A JP 2004225185A JP 2004225185 A JP2004225185 A JP 2004225185A JP 2006046987 A JP2006046987 A JP 2006046987A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- torque sensor
- measured
- shaft
- torque
- magnetic sensing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、被測定軸に伝わるトルクを非接触にて検出するのに利用されるトルクセンサに係わり、特に、自動車の車軸のような高トルク伝達軸のトルクを検出するのに好適なトルクセンサ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a torque sensor used for non-contact detection of torque transmitted to a shaft to be measured, and particularly suitable for detecting torque of a high torque transmission shaft such as an axle of an automobile. And a manufacturing method thereof.
従来において、応用磁気効果を利用するトルク検出技術としては、例えば、磁歪効果を有するアモルファス合金薄帯を被測定軸の周方向にわたって接着し、印加トルクによる透磁率変化を軸近傍に設置した励磁コイルと検出コイルとの組合せにより検出する方式のものが提案されているほか、アモルファス合金薄帯に代えて磁歪効果を有するパーマロイを用いたトルクセンサが提案されている。 Conventionally, as a torque detection technique using the applied magnetic effect, for example, an exciting coil in which an amorphous alloy ribbon having a magnetostrictive effect is bonded in the circumferential direction of the axis to be measured, and the permeability change due to the applied torque is installed near the axis. In addition to an amorphous alloy ribbon, a torque sensor using a permalloy having a magnetostrictive effect has been proposed.
また、自動車の分野においては、近年のパワーステアリングの増加及び電動化に伴い、ステアリングシャフトに入力されるトルクをトーションビームを用いて測定する方式のトルクセンサが広く用いられるようになってきている。 In the field of automobiles, with the recent increase in power steering and electrification, torque sensors that measure torque input to a steering shaft using a torsion beam have come to be widely used.
ところが、アモルファス合金薄帯等を接着してなるトルクセンサの場合には、アモルファス合金薄帯の成形のためにひずみ取り焼鈍のような工程が必要となるうえ、非常に薄いアモルファス合金薄帯を軸上に接着する都合上、接着自体や接着剤の塗布に特殊な工程を必要とすることから、製造コストが高くついてしまうという問題があった。 However, in the case of a torque sensor made by bonding an amorphous alloy ribbon, etc., a process such as strain relief annealing is required to form the amorphous alloy ribbon, and a very thin amorphous alloy ribbon is used as the axis. Due to the fact that it adheres to the top, a special process is required for the adhesion itself and the application of the adhesive, resulting in a problem that the manufacturing cost is high.
また、このトルクセンサにおいては、アモルファス薄帯が回転軸に接着されているために、自動車の駆動トルクのような大トルクの入力に対して強度的に耐え難く、車輌運動性能及び安全性のレベルアップに不可欠な車輌運動制御にとって非常に有用な情報である駆動トルクを正確に計測することができないという問題を有していた。 Further, in this torque sensor, since the amorphous ribbon is bonded to the rotating shaft, it is difficult to withstand the input of a large torque such as a driving torque of an automobile, and the level of vehicle motion performance and safety. There was a problem that it was impossible to accurately measure the driving torque, which is very useful information for vehicle motion control indispensable for up.
一方、トーションビームを用いたトルクセンサも、その構造上の理由から大トルク入力に対して強度的に耐え難く、アモルファス合金薄帯等を接着してなるトルクセンサと同様に、駆動トルクを正確に計測することができないという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。 On the other hand, a torque sensor using a torsion beam is hard to withstand a large torque input due to its structural reasons, and the drive torque is accurately measured in the same way as a torque sensor formed by bonding an amorphous alloy ribbon or the like. There is a problem that it cannot be done, and solving these problems has been a conventional problem.
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、製造コストの低減を実現したうえで、低ヒステリシスでトルク検出精度に優れ、自動車の駆動トルクのような大トルクを正確に計測することが可能であるトルクセンサ及びその製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made by paying attention to the above-described conventional problems, and has realized low torque, high torque detection accuracy, and accurate measurement of large torque such as driving torque of an automobile after realizing reduction in manufacturing cost. It is an object of the present invention to provide a torque sensor that can be used and a manufacturing method thereof.
本発明は、回転可能に支持された被測定軸に伝わるトルクの大きさを検出するトルクセンサであって、上記被測定軸に配置した磁歪機能を有する感磁手段と、この感磁手段の周囲に配置されて上記被測定軸に伝わるトルクにより被測定軸の表面に発生する歪の変化を検出する歪検出手段を備え、上記感磁手段は、上記被測定軸の軸方向の少なくとも一部において表面に露出する金属ガラスを具備している構成としたことを特徴としており、このトルクセンサの構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。 The present invention relates to a torque sensor for detecting the magnitude of torque transmitted to a shaft to be measured that is rotatably supported, the magnetic sensor having a magnetostrictive function disposed on the shaft to be measured, and the surroundings of the magnetic sensor A strain detecting means for detecting a change in the strain generated on the surface of the shaft to be measured by torque transmitted to the shaft to be measured, wherein the magnetic sensing means is at least partially in the axial direction of the shaft to be measured. The present invention is characterized in that a metal glass exposed on the surface is provided, and the configuration of the torque sensor is used as a means for solving the above-described conventional problems.
本発明によれば、上記した構成としたから、自動車の駆動トルクのような大トルクを低コストで且つ高精度で測定することが可能になるという非常に優れた効果がもたらされる。 According to the present invention, since it is configured as described above, it is possible to obtain a very excellent effect that a large torque such as a driving torque of an automobile can be measured with low cost and high accuracy.
感磁手段を備えたトルクセンサにより、高精度のトルク測定を行う場合には、上記感磁手段が低ヒステリシスであることが重要であり、低ヒステリシス化を図るためには、感磁手段の表面硬さを高く、しかも結晶磁気異方性を低くする必要がある。例えば、Fe系金属ガラスの表面硬さは1000Hv程度と高く且つ結晶磁気異方性がないため、低ヒステリシスで精度の良いトルク検出が可能であり、したがって、感磁手段の金属ガラスには、Fe系金属ガラスを用いることが望ましい。 When performing highly accurate torque measurement with a torque sensor equipped with a magnetic sensing means, it is important that the magnetic sensing means has low hysteresis, and in order to reduce hysteresis, the surface of the magnetic sensing means is important. It is necessary to increase the hardness and lower the magnetocrystalline anisotropy. For example, since the surface hardness of Fe-based metallic glass is as high as about 1000 Hv and there is no crystal magnetic anisotropy, accurate torque detection with low hysteresis is possible. It is desirable to use a metallic glass.
また、本発明のトルクセンサにおいて、感磁手段を励磁し且つ上記被測定軸に伝わるトルクにより被測定軸の表面に発生する歪の変化を感磁手段の透磁率変化を介して自己インダクタンス変化として検出するコイルを歪検出手段とし、感磁手段が具備している金属ガラスを上記被測定軸の軸方向の少なくとも一部において全周にわたって表面に露出させている構成を採用することができる。 Further, in the torque sensor of the present invention, the change in distortion generated on the surface of the shaft to be measured due to the torque transmitted to the shaft to be measured by exciting the magnetic sensing device as the change in self-inductance through the change in the magnetic permeability of the magnetic sensing device. It is possible to adopt a configuration in which the coil to be detected is a strain detection means, and the metal glass provided in the magnetic sensing means is exposed on the surface over the entire circumference in at least a part of the axial direction of the axis to be measured.
さらに、本発明のトルクセンサにおいて、上記被測定軸の外周に接近して外部磁界の変化を検出する磁気抵抗素子(MR素子;Magneto−Resistance),強磁性体磁気抵抗素子(GMR素子;Giant Magneto−Resistance)及び磁気インピーダンス素子(MI素子;Magneto−Impedance)のうちのいずれかの素子を歪検出手段とし、感磁手段が具備している金属ガラスを上記被測定軸の軸方向の一部において周方向に所定の間隔をもって複数配置した構成を採用することができる。歪検出手段として磁気抵抗素子,強磁性体磁気抵抗素子及び磁気インピーダンス素子のうちのいずれかを用いる場合、配置する個数は1個でも複数個でもよく、僅かな磁界の変化を高精度で検出することができる磁気インピーダンス素子を用いることが望ましい。 Furthermore, in the torque sensor of the present invention, a magnetoresistive element (MR element; Magneto-Resistance) that detects a change in the external magnetic field by approaching the outer periphery of the measured shaft, a ferromagnetic magnetoresistive element (GMR element; Giant Magneto). -Resistance) or magneto-impedance element (MI element; Magneto-Impedance) is used as a strain detection means, and the metallic glass provided in the magnetic sensing means is partly in the axial direction of the measured axis. It is possible to adopt a configuration in which a plurality are arranged at a predetermined interval in the circumferential direction. When any one of a magnetoresistive element, a ferromagnetic magnetoresistive element, and a magnetoimpedance element is used as the strain detection means, the number of arrangement may be one or more, and a slight change in magnetic field is detected with high accuracy. It is desirable to use a magneto-impedance element that can be used.
ここで、感磁手段である金属ガラスと被測定軸を構成する材料とでは、同じ歪が生じた際の磁界の変化量が大きく相違することから、外部磁界の変化を検出する磁気抵抗素子,強磁性体磁気抵抗素子及び磁気インピーダンス素子のうちのいずれかの素子を歪検出手段として用いた場合には、これらの素子で検知する両者の信号が大きく異なることとなり、その結果、上記信号の大小の検知時間間隔から被測定軸の回転位置及び回転速度をも高精度で測定可能である。 Here, since the amount of change in the magnetic field when the same strain occurs is greatly different between the metallic glass as the magnetic sensing means and the material constituting the axis to be measured, a magnetoresistive element for detecting a change in the external magnetic field, When one of the ferromagnetic magnetoresistive element and the magneto-impedance element is used as the strain detection means, the signals detected by these elements are greatly different. As a result, the magnitude of the above signal is small. The rotational position and rotational speed of the shaft to be measured can be measured with high accuracy from the detection time interval.
このように、外部磁界の変化を検出する磁気抵抗素子,強磁性体磁気抵抗素子及び磁気インピーダンス素子のうちのいずれかの素子を歪検出手段として用いた場合には、モータ駆動により種々の制御を行う機器や自動車に取り付けられていたレゾルバ等の回転検出装置を設置する必要がなくなり、すなわち、モータの出力トルクを検出するトルクセンサとは別個にレゾルバを設置する必要がなくなり、その分だけコストの低減及び省スペース化が図られることとなる。 As described above, when any one of a magnetoresistive element, a ferromagnetic magnetoresistive element, and a magnetoimpedance element that detects a change in an external magnetic field is used as a strain detecting means, various controls are performed by driving a motor. It is no longer necessary to install a rotation detection device such as a resolver attached to the equipment to be performed or the vehicle, that is, it is not necessary to install a resolver separately from the torque sensor that detects the output torque of the motor. Reduction and space saving will be achieved.
さらにまた、本発明のトルクセンサにおいて、感磁手段の金属ガラスに、被測定軸の軸方向に対して所定角度傾斜するスリットを設ける構成を採用することができる。このスリットの傾斜角度は、被測定軸の軸方向に対して、時計回り方向及び反時計回り方向のいずれの方向にも45°とすることが理想であるが、製造ばらつき等の理由により、±2.5°程度の角度のばらつきが生じていたとしても、性能上への大きな影響は無い。なお、感磁手段の金属ガラスにスリットを設けずに、感磁手段の金属ガラス自体を被測定軸の軸方向に対して所定角度傾斜させるようにしてもよい。 Furthermore, in the torque sensor of the present invention, it is possible to employ a configuration in which a slit that is inclined at a predetermined angle with respect to the axial direction of the axis to be measured is provided in the metallic glass of the magnetic sensing means. The inclination angle of this slit is ideally set to 45 ° in both the clockwise direction and the counterclockwise direction with respect to the axial direction of the axis to be measured. Even if an angle variation of about 2.5 ° occurs, there is no significant effect on performance. Note that the metallic glass itself of the magnetic sensing means may be inclined at a predetermined angle with respect to the axial direction of the axis to be measured without providing a slit in the metallic glass of the magnetic sensing means.
この際、トルクセンサのトルク検出精度の観点からは、スリットが形成される部位に適用される感磁手段の金属ガラスは、微小な入力トルクすなわち金属ガラスの微小な歪による透磁率変化が大きいほど、また高透磁率であるほど検出精度が優れたものとなることから、本発明のトルクセンサにおいて、感磁手段の金属ガラスをFe−Co−Ln−B系金属ガラスとしている。 At this time, from the viewpoint of the torque detection accuracy of the torque sensor, the metal glass of the magnetic sensing means applied to the portion where the slit is formed has a larger magnetic permeability change due to a minute input torque, that is, a minute distortion of the metal glass. In addition, the higher the magnetic permeability, the better the detection accuracy. Therefore, in the torque sensor of the present invention, the metal glass of the magnetic sensing means is Fe-Co-Ln-B-based metal glass.
感磁手段の金属ガラスにおいて、金属ガラス粉末をSPS焼結することにより強度が1GPaを超えるバルク材を製造することができる。そこで、本発明において、金属ガラス粉末のSPS焼結法により、被測定軸の表面に感磁手段の金属ガラスの層を一体で成形するようにしている。このような製造方法により、被測定軸と金属ガラスとを一体成形することで、従来のアモルファス合金薄帯を用いたトルクセンサで必要としていた接着の際の特殊な工程を用いることなく、非常に高強度な感磁手段を得ることが可能である。 In the metal glass of the magnetic sensing means, a bulk material having a strength exceeding 1 GPa can be produced by SPS sintering of the metal glass powder. Therefore, in the present invention, the metallic glass layer of the magnetic sensing means is integrally formed on the surface of the shaft to be measured by the SPS sintering method of metallic glass powder. By such a manufacturing method, the shaft to be measured and the metallic glass are integrally formed, and without using a special process at the time of bonding, which is necessary for a torque sensor using a conventional amorphous alloy ribbon, It is possible to obtain a high-strength magnetic sensing means.
さらに、本発明のトルクセンサにおいて、バルク金属ガラスを被測定軸に接合することができ、この場合には、バルク金属ガラスと被測定軸との結合が非常に強固であり、従来のアモルファス合金薄帯を接着したトルクセンサとは異なり、従来では適用出来なかった自動車の車軸トルクの検出にも適用することが可能になる。 Furthermore, in the torque sensor of the present invention, bulk metal glass can be bonded to the shaft to be measured. In this case, the bond between the bulk metal glass and the shaft to be measured is very strong, and the conventional amorphous alloy thin film is thin. Unlike a torque sensor with a band attached, it can be applied to detection of automobile axle torque, which could not be applied conventionally.
ここで、バルク金属ガラスと被測定軸との接合に際しては、接合の際に大きな入熱があってバルク金属ガラス及び被測定軸の温度が上がってしまうと、バルク金属ガラスの組織が壊れてしまうので、可能な限り低入熱で接合を行う必要がある。このような観点から、接合に用いられる接合工法としては、摩擦接合,摩擦撹拌接合,電子ビーム溶接,レーザ溶接のうちのいずれかの接合手段を用いることが望ましい。 Here, when joining the bulk metal glass and the shaft to be measured, if there is a large heat input during the joining and the temperature of the bulk metal glass and the shaft to be measured rises, the structure of the bulk metal glass will be broken. Therefore, it is necessary to perform bonding with the lowest possible heat input. From such a viewpoint, it is desirable to use any one of friction welding, friction stir welding, electron beam welding, and laser welding as a bonding method used for bonding.
さらにまた、接合されるバルク金属ガラスの製造方法としては、前述のSPS焼結法の他に鋳造法、例えば、溶湯鍛造法が挙げられる。なお、上記のような一体成形や接合の他に、バルク金属ガラスと被測定軸とを強固に固定する方法として、被測定軸上に金属ガラス粉末を溶接肉盛してもよい。 Furthermore, as a manufacturing method of the bulk metallic glass to be joined, in addition to the above-described SPS sintering method, a casting method, for example, a molten metal forging method may be mentioned. In addition to the integral molding and joining as described above, as a method for firmly fixing the bulk metal glass and the shaft to be measured, metal glass powder may be welded on the shaft to be measured.
上記したように、バルク金属ガラスの硬さは非常に硬いことから、複数のスリットを形成するに際して、切削加工のような除去加工を行うことはコストを増加させる要因となる。そこで、低コストで複数のスリットを形成する方法として、バルク金属ガラスを鋳造成形する際に一体成形するという手法の他に、金属ガラスが過冷却液体領域で完全ニュートン粘性流動を示すことを利用して、鋳造法あるいはSPS焼結法により作製したバルク金属ガラスを過冷却液体領域となる温度域まで再加熱した後、その温度で鍛造等の型加圧による超塑性変形により複数のスリットを形成することも可能である。 As described above, since the bulk metal glass is very hard, performing a removal process such as a cutting process when forming a plurality of slits increases the cost. Therefore, as a method of forming a plurality of slits at a low cost, in addition to the method of integrally forming when bulk metal glass is cast and formed, it is utilized that metal glass exhibits complete Newtonian viscous flow in the supercooled liquid region. Then, the bulk metallic glass produced by the casting method or the SPS sintering method is reheated to a temperature range that becomes a supercooled liquid region, and a plurality of slits are formed by superplastic deformation by die pressurization such as forging at that temperature. It is also possible.
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to a following example.
[実施例1]
図1は本発明のトルクセンサの一実施例を示している。
[Example 1]
FIG. 1 shows an embodiment of the torque sensor of the present invention.
図1に示すように、このトルクセンサは、鋼からなる回転軸(被測定軸)1に配置した磁歪機能を有する感磁手段としての金属ガラス2と、この金属ガラス2の周囲に配置されて金属ガラス2を励磁し且つ回転軸1に伝わるトルクにより回転軸1の表面に発生する歪の変化を感磁手段の透磁率変化を介して自己インダクタンス変化として検出する励磁兼検出コイル5a,5bを備えている。
As shown in FIG. 1, this torque sensor is disposed around a
感磁手段としての金属ガラス2は、回転軸1の表面に、軸方向の2箇所において全周にわたって接合してある。この金属ガラス2の図示左側に位置する金属ガラス2には、軸方向に対して時計回り方向に45°傾斜させたスリット3が複数本形成してあると共に、金属ガラス2の図示右側に位置する金属ガラス2には、軸方向に対して反時計回り方向に45°傾斜させたスリット3が複数本形成してある。
The
上記のようにして金属ガラス2が接合された回転軸1は、ハウジング7の両端部に設けたボールベアリング4を介して回転自在に取り付けてあり、このハウジング7内における回転軸1に配置した2個の金属ガラス2,2と対向する位置に、上記励磁兼検出コイル5a,5bが回転軸1と同心円状に装着してある。そして、励磁兼検出コイル5a,5bの外側には、磁気ヨーク6が取り付けてある。
The rotating shaft 1 to which the
上記した構成のトルクセンサでは、回転軸1にトルクが加わると、回転軸1の軸方向の2箇所に接合してある金属ガラス2,2に歪が発生し、軸方向に対して時計回り方向に45°傾斜させた複数のスリット3及び軸方向に対して反時計回り方向に45°傾斜させた複数のスリット3が形成された左右の金属ガラス2,2の透磁率がそれぞれ変化する。その結果、左右の励磁兼検出コイル5a,5bの各自己インダクタンスが変化することから、この左右の自己インダクタンスの差からトルクの大きさを検出することが可能となる。
In the torque sensor having the above-described configuration, when torque is applied to the rotating shaft 1, distortion occurs in the
[実施例2]
図2は本発明のトルクセンサの他の実施例を示している。
[Example 2]
FIG. 2 shows another embodiment of the torque sensor of the present invention.
図2に示すように、回転軸11は、感磁手段としての金属ガラスを金属ガラス粉末のSPS焼結により一体成形して成るものであり、強度部材としての強度と感磁手段としての磁気特性を兼ね備えている。
As shown in FIG. 2, the rotating
この感磁手段としての磁気特性を兼ね備えた金属ガラス製回転軸11には、その軸方向の2箇所において、軸方向に対して時計回り方向に45°傾斜させたスリット3が複数本形成してあると共に、金属ガラス2の図示右側に位置する金属ガラス2には、軸方向に対して反時計回り方向に45°傾斜させたスリット3が複数本形成してある。
The metallic
上記回転軸11は、ハウジング7の両端部に設けたボールベアリング4を介して回転自在に取り付けてあり、このハウジング7内における回転軸1の2箇所に配置したスリット3,3と対向する位置に、励磁兼検出コイル5a,5bが回転軸1と同心円状に装着してある。そして、励磁兼検出コイル5a,5bの外側には、磁気ヨーク6が取り付けてある。
The rotating
上記した構成のトルクセンサでは、回転軸11にトルクが加わると、回転軸11の軸方向の2箇所に設けたスリット3,3の部分に歪が発生し、軸方向に対して時計回り方向に45°傾斜させた複数のスリット3及び軸方向に対して反時計回り方向に45°傾斜させた複数のスリット3の部分の透磁率がそれぞれ変化する。その結果、左右の励磁兼検出コイル5a,5bの各自己インダクタンスが変化することから、この左右の自己インダクタンスの差からトルクの大きさを検出することが可能となる。
In the torque sensor having the above-described configuration, when torque is applied to the
[実施例3]
図3は本発明のトルクセンサのさらに他の実施例を示している。
[Example 3]
FIG. 3 shows still another embodiment of the torque sensor of the present invention.
図3に示すように、このトルクセンサは、鋼からなる回転軸(被測定軸)21に配置した磁歪機能を有する感磁手段としての金属ガラス2と、この金属ガラス2の周囲に配置されて金属ガラス2を励磁し且つ回転軸1に伝わるトルクにより回転軸21の表面に発生する歪の変化を感磁手段の透磁率変化を介して自己インダクタンス変化として検出する励磁兼検出コイル5を備えている。
As shown in FIG. 3, this torque sensor is disposed around a
感磁手段としての金属ガラス2は、回転軸21の表面に、軸方向の1箇所において全周にわたって接合してある。この金属ガラス2には、軸方向に対して反時計回り方向に(あるいは時計回り方向に)45°傾斜させたスリット3が複数本形成してある。
The
上記のようにして金属ガラス2が接合された回転軸21は、ハウジング7の両端部に設けたボールベアリング4を介して回転自在に取り付けてあり、このハウジング7内における回転軸21に配置した金属ガラス2と対向する位置に、上記励磁兼検出コイル5が回転軸21と同心円状に装着してある。そして、励磁兼検出コイル5の外側には、磁気ヨーク6が取り付けてある。
The rotating
上記した構成のトルクセンサでは、回転軸21にトルクが加わると、回転軸21の軸方向の1箇所に接合してある金属ガラス2に歪が発生し、軸方向に対して反時計回り方向に(あるいは時計回り方向に)45°傾斜させた複数のスリット3が形成された金属ガラス2の透磁率が変化する。その結果、励磁兼検出コイル5の自己インダクタンスが変化することから、このときの自己インダクタンスと0トルク時の自己インダクタンスとの差からトルクの大きさを検出することが可能となる。
In the torque sensor having the above-described configuration, when torque is applied to the
[実施例4]
図4は本発明のトルクセンサのさらに他の実施例を示している。
[Example 4]
FIG. 4 shows still another embodiment of the torque sensor of the present invention.
図4に示すように、回転軸31は、感磁手段としての金属ガラスを金属ガラス粉末のSPS焼結により一体成形して成るものであり、強度部材としての強度と感磁手段としての磁気特性を兼ね備えている。
As shown in FIG. 4, the rotating
この感磁手段としての磁気特性を兼ね備えた金属ガラス製回転軸31には、その軸方向の1箇所において、軸方向に対して反時計回り方向に(あるいは時計回り方向に)45°傾斜させたスリット3が複数本形成してある。
The metallic
上記回転軸31は、ハウジング7の両端部に設けたボールベアリング4を介して回転自在に取り付けてあり、このハウジング7内における回転軸1の1箇所に配置したスリット3と対向する位置に、励磁兼検出コイル5が回転軸31と同心円状に装着してある。そして、励磁兼検出コイル5の外側には、磁気ヨーク6が取り付けてある。
The rotating
上記した構成のトルクセンサでは、回転軸31にトルクが加わると、回転軸31の軸方向の1箇所に設けたスリット3の部分に歪が発生し、軸方向に対して反時計回り方向に(あるいは時計回り方向に)45°傾斜させた複数のスリット3の部分の透磁率が変化する。その結果、左右の励磁兼検出コイル5の各自己インダクタンスが変化することから、このときの自己インダクタンスと0トルク時の自己インダクタンスとの差からトルクの大きさを検出することが可能となる。
In the torque sensor having the above-described configuration, when torque is applied to the
[実施例5]
図5は本発明のトルクセンサのさらに他の実施例を示している。
[Example 5]
FIG. 5 shows still another embodiment of the torque sensor of the present invention.
図5(a)に示すように、このトルクセンサは、鋼からなる回転軸(被測定軸)41に配置した磁歪機能を有する感磁手段としての金属ガラス42と、この金属ガラス42の周囲に配置されて回転軸41の外周に接近して外部磁界の変化を検出する歪検出手段としての磁気抵抗素子45を備えている。
As shown in FIG. 5 (a), the torque sensor includes a
感磁手段としての金属ガラス42は、図5(b)に示すように、回転軸41の表面に、軸方向の1箇所において90°の間隔をもって4個接合してある。これらの金属ガラス42には、軸方向に対して時計回り方向に(あるいは反時計回り方向に)45°傾斜させたスリット43が1本ずつ形成してある。
As shown in FIG. 5B, four
上記のようにして金属ガラス42が接合された回転軸41は、図6に示すように、ハウジング47の両端部に設けたボールベアリング44を介して回転自在に取り付けてあり、上記した2個の磁気抵抗素子45は、回転軸41のハウジング47の外部に位置する金属ガラス42を上下から挟むようにしてハウジング47に装着してある。なお、図6における符号48はロータ、符号49はステータである。
As shown in FIG. 6, the rotating
上記した構成のトルクセンサでは、回転軸41にトルクが加わると、回転軸41に接合してある4個の金属ガラス42に歪が発生し、軸方向に対して時計回り方向に(あるいは反時計回り方向に)45°傾斜させたスリット43が形成された金属ガラス42の磁界が変化する。その結果、外部磁界の変化を検出するための磁気抵抗素子45から出力される電気的信号が変化し、この電気的信号の大きさからトルクの大きさを検出することができる。
In the torque sensor having the above-described configuration, when torque is applied to the
この際、回転軸41と金属ガラス42とでは磁界の大きさが異なるので、磁気抵抗素子45から出力される信号の大きさが図7に示す波形を描くようになり、これにより、金属ガラス42と磁気抵抗素子45の配設数との関係から、回転速度を求めることができる。なお、図2は、負荷されるトルクが徐々に増加している場合を示している。
At this time, since the magnitude of the magnetic field is different between the
[実施例6]
図8は本発明のトルクセンサのさらに他の実施例を示している。
[Example 6]
FIG. 8 shows still another embodiment of the torque sensor of the present invention.
図8に示すように、このトルクセンサでは、磁歪機能を有する感磁手段としての金属ガラス52を2個備えていると共に、歪検出手段としての磁気抵抗素子55を1個備えており、金属ガラス52は、回転軸51の表面に、軸方向の1箇所において180°の間隔をもって2個接合してある。
As shown in FIG. 8, this torque sensor includes two
このトルクセンサにおいても、上記した実施例5のトルクセンサと同様のメカニズムにより、トルク及び回転数を検出することが可能である。このように、感磁手段の配設数及び歪検出手段の数は1以上であればその数が制限されるものではない。 Also in this torque sensor, it is possible to detect the torque and the rotational speed by the same mechanism as the torque sensor of the fifth embodiment. Thus, the number is not limited as long as the number of magnetic sensing means and the number of strain detection means are one or more.
上記した各実施例では、いずれも感磁手段の金属ガラス2,42,52にスリット3,43,53を設けた構成としているが、金属ガラス2,42,52にスリット3,43,53を設けずに、感磁手段の金属ガラス2,42,52自体を回転軸の軸方向に対して所定角度傾斜させる構成としてもよい。
In each of the above-described embodiments, the
また、上記した各実施例における感磁手段としての金属ガラスに用いる材料としては、磁歪定数が大きいという観点から、Fe−Co−Ln−B系の金属ガラスが好ましい。さらに、被測定軸としての回転軸に用いられる鋼材としては、構造用炭素鋼,構造用低合金高張力鋼,構造用合金鋼等、特にその種類を限られるものでは無い。さらにまた、磁気ヨークに用いられる材料としては、純鉄,低炭素鋼,Fe−Si合金,パーマロイ等、特にその種類を限られるものでは無い。加えて、実施例1〜4において、ハウジング7は、トルクセンサのために専用に構成されたものとして説明を行ってきたが、このような構成に限られるものではない。 Moreover, as a material used for the metal glass as the magnetic sensing means in each of the above-described embodiments, an Fe—Co—Ln—B-based metal glass is preferable from the viewpoint of a large magnetostriction constant. Further, the type of steel used for the rotating shaft as the shaft to be measured is not particularly limited, such as structural carbon steel, structural low-alloy high-strength steel, structural alloy steel, and the like. Furthermore, the material used for the magnetic yoke is not particularly limited in its kind, such as pure iron, low carbon steel, Fe-Si alloy, permalloy and the like. In addition, although the housing 7 has been described as being configured exclusively for the torque sensor in the first to fourth embodiments, it is not limited to such a configuration.
そして、磁界の変化を検出するための歪検出手段は、実施例5のように、モータのハウジング47を利用して保持したりすることができるほか、エンジンやトランスミッションのケースやハウジングに同様に保持したりすることも可能であるし、専用の保持具を用いて取り付けても構わない。
The strain detecting means for detecting the change in the magnetic field can be held using the
[実施例7]
図9は、本発明のトルクセンサにおける感磁手段としての金属ガラス2が接合された回転軸61の軸方向に沿う断面を示している。
[Example 7]
FIG. 9 shows a cross section along the axial direction of the rotating shaft 61 to which the
この実施例では、半リング状(あるいは1/4リング状)の金属ガラス部品2Aを鋳造法あるいはSPS焼結法によって成形した後、回転軸41に予め設けた溝61aに上記金属ガラス部品2Aをセットし、その後、突合せ外周部8を電子ビーム溶接法,レーザ溶接法,あるいは摩擦撹拌接合法を用いて接合することにより、感磁手段としてのリング状のバルク金属ガラス2を一体化した回転軸61を得ることが可能となる。
In this embodiment, after forming a semi-ring (or ¼ ring)
なお、ここでは、半リング状(あるいは1/4リング状)の金属ガラス部品2Aを合わせてリング状のバルク金属ガラス2を成形する場合を例に挙げて説明したが、リング状のバルク金属ガラス2の分割数は2個や4個である必要は無く、3個や5個以上でも一向に問題ない。
Here, the case where the ring-shaped
[実施例8]
図10は、本発明のトルクセンサにおける感磁手段としての金属ガラス2が接合された回転軸71の軸方向に沿う断面を示している。
[Example 8]
FIG. 10 shows a cross section along the axial direction of the
この実施例では、円盤状ないしは円柱状の金属ガラス部品2を鋳造法又はSPS焼結法により成形した後、予め2分割された回転軸71を構成する鋼部品71A,71Aの間に設置し、その後、突合せ外周部8を電子ビーム溶接法,レーザ溶接法,あるいは摩擦撹拌接合法を用いて接合したり、金属ガラス2と鋼部品71Aとの接触面9を摩擦接合法を用いて接合したりすることにより、感磁手段としてのバルク金属ガラス2を一体化した回転軸71を得ることが可能となる。
In this embodiment, after forming the disk-shaped or columnar
[実施例9]
図11は、本発明のトルクセンサにおける感磁手段としての金属ガラス2が接合された回転軸81の軸方向に沿う断面を示している。
[Example 9]
FIG. 11 shows a cross section along the axial direction of the
この実施例では、所定の形状に金属ガラス部品2を鋳造法又はSPS焼結法により成形した後、予め2分割された回転軸81を構成する鋼部品81Aの端面を金属ガラス部品2を挿入可能な形状に加工し、この加工した端面に金属ガラス部品2を挿入した後、2分割した回転軸81を構成するもう一方の鋼部品81Bを金属ガラス部品2を挟み込むようにして突合せ、その後、突合せ外周部8を電子ビーム溶接法,レーザ溶接法,あるいは摩擦撹拌接合法を用いて接合する。これにより、感磁手段としてのバルク金属ガラスが一体化された回転軸81を得ることが可能である。なお、金属ガラス部品2と鋼部品81Aとの接触面9を電子ビーム溶接法、レーザ溶接法あるいは摩擦撹拌接合法で接合すれば、より強度の高い回転軸81を得ることが可能である。
In this embodiment, the
本発明のトルクセンサは、上記したように、高精度,低コスト,高強度で且つ高トルクの検出が可能であることから、パワーステアリングの軸トルクの検出のみならず、自動車の出力軸トルクの検出や自動車の各種制御用モータの出力軸トルクの検出にも適用することが可能であるほか、工作機械のスピンドルの出力軸トルクの検出にも適用することが可能である。 As described above, the torque sensor of the present invention is capable of detecting high torque with high accuracy, low cost, high strength and high torque. The present invention can be applied to detection and detection of output shaft torque of various control motors for automobiles, and can also be applied to detection of output shaft torque of a spindle of a machine tool.
1,11,21,31,41,51,61,71,81 回転軸(被測定軸)
2,42,52 感磁手段としての金属ガラス
3,43,53 スリット
5,5a,5b 歪検出手段としての励磁兼検出コイル
45,55 歪検出手段としての磁気抵抗素子
1, 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81 Rotating axis (axis to be measured)
2, 42, 52 Metal glass as magnetic sensing means 3, 43, 53
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004225185A JP2006046987A (en) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | Torque sensor and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004225185A JP2006046987A (en) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | Torque sensor and its manufacturing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006046987A true JP2006046987A (en) | 2006-02-16 |
Family
ID=36025716
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004225185A Pending JP2006046987A (en) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | Torque sensor and its manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006046987A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012073151A (en) * | 2010-09-29 | 2012-04-12 | Topy Ind Ltd | Magnetostrictive torque detection device |
JP4975174B1 (en) * | 2011-04-14 | 2012-07-11 | パナソニック株式会社 | Magnetostrictive torque sensor manufacturing method and magnetostrictive torque sensor |
JP5000022B1 (en) * | 2012-03-13 | 2012-08-15 | パナソニック株式会社 | Magnetostrictive torque sensor manufacturing method and magnetostrictive torque sensor |
WO2012173261A1 (en) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | 株式会社中山製鋼所 | Torque sensor and manufacturing method therefor |
CN103454024A (en) * | 2013-05-24 | 2013-12-18 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | Concrete bridge steel bar tension measuring method based on converse magnetostriction |
RU2695299C2 (en) * | 2015-05-21 | 2019-07-22 | Усуй Ко., Лтд. | Equipment and method for manufacturing of torque sensor shaft |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62185136A (en) * | 1986-02-10 | 1987-08-13 | Nissan Motor Co Ltd | Magnetostrictive type torque sensor |
JPS63281032A (en) * | 1987-05-12 | 1988-11-17 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Strain measuring method |
JPH05203507A (en) * | 1992-01-29 | 1993-08-10 | Mitsubishi Materials Corp | Magnetostriction type torque sensor |
JPH05322673A (en) * | 1992-05-18 | 1993-12-07 | Nissan Motor Co Ltd | Magnetostriction measuring member |
JPH07159257A (en) * | 1993-12-06 | 1995-06-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Torque sensor |
JPH1171645A (en) * | 1997-08-29 | 1999-03-16 | Alps Electric Co Ltd | Hard magnetic alloy sintered compact and its production |
JPH11127548A (en) * | 1997-08-22 | 1999-05-11 | Alps Electric Co Ltd | Stepping motor |
JP2004120892A (en) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Hitachi Ltd | Ring magnet, its manufacturing method, and rotor and motor using this ring magnet |
-
2004
- 2004-08-02 JP JP2004225185A patent/JP2006046987A/en active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62185136A (en) * | 1986-02-10 | 1987-08-13 | Nissan Motor Co Ltd | Magnetostrictive type torque sensor |
JPS63281032A (en) * | 1987-05-12 | 1988-11-17 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Strain measuring method |
JPH05203507A (en) * | 1992-01-29 | 1993-08-10 | Mitsubishi Materials Corp | Magnetostriction type torque sensor |
JPH05322673A (en) * | 1992-05-18 | 1993-12-07 | Nissan Motor Co Ltd | Magnetostriction measuring member |
JPH07159257A (en) * | 1993-12-06 | 1995-06-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Torque sensor |
JPH11127548A (en) * | 1997-08-22 | 1999-05-11 | Alps Electric Co Ltd | Stepping motor |
JPH1171645A (en) * | 1997-08-29 | 1999-03-16 | Alps Electric Co Ltd | Hard magnetic alloy sintered compact and its production |
JP2004120892A (en) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Hitachi Ltd | Ring magnet, its manufacturing method, and rotor and motor using this ring magnet |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012073151A (en) * | 2010-09-29 | 2012-04-12 | Topy Ind Ltd | Magnetostrictive torque detection device |
JP4975174B1 (en) * | 2011-04-14 | 2012-07-11 | パナソニック株式会社 | Magnetostrictive torque sensor manufacturing method and magnetostrictive torque sensor |
WO2012140828A1 (en) * | 2011-04-14 | 2012-10-18 | パナソニック株式会社 | Process for producing magnetostrictive torque sensor, and magnetostrictive torque sensor |
WO2012173261A1 (en) * | 2011-06-17 | 2012-12-20 | 株式会社中山製鋼所 | Torque sensor and manufacturing method therefor |
JPWO2012173261A1 (en) * | 2011-06-17 | 2015-02-23 | 株式会社中山アモルファス | Torque sensor and manufacturing method thereof |
JP5000022B1 (en) * | 2012-03-13 | 2012-08-15 | パナソニック株式会社 | Magnetostrictive torque sensor manufacturing method and magnetostrictive torque sensor |
CN103454024A (en) * | 2013-05-24 | 2013-12-18 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | Concrete bridge steel bar tension measuring method based on converse magnetostriction |
RU2695299C2 (en) * | 2015-05-21 | 2019-07-22 | Усуй Ко., Лтд. | Equipment and method for manufacturing of torque sensor shaft |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5130097B2 (en) | Torque sensor | |
US6330833B1 (en) | Magnetoelastic torque sensor | |
US7584672B2 (en) | Magnetostrictive torque sensor | |
JP5684442B2 (en) | Magnetic sensor device | |
US6220105B1 (en) | Magnetoelastic disc-shaped load cell having spiral spokes | |
EP2072985A1 (en) | Torque detector, method of producing the torque detector, and electric power steering device | |
JP2001133337A (en) | Magnetostrictive torque sensor and electric power steering device loaded with magnetostrictive torque sensor | |
JPS62249026A (en) | Torque measuring instrument | |
JPH07190867A (en) | Non-contact type torque sensor for shaft and measuring layerfor torque sensor thereof | |
US8302492B2 (en) | Magnetostrictive torque sensor and electric power steering apparatus | |
JP2006046987A (en) | Torque sensor and its manufacturing method | |
WO2015194609A1 (en) | Rotary support device | |
US20050160834A1 (en) | Assembly for measuring movement of and a torque applied to a shaft | |
Garshelis et al. | Development of a non-contact torque transducer for electric power steering systems | |
JP4197360B2 (en) | Force and displacement detection method | |
JP2010091316A (en) | Torque sensor | |
JP4907272B2 (en) | Magnetic torque sensor | |
JP2011013134A (en) | Torque sensor | |
KR20050114702A (en) | Weightmeasuring sensor | |
JP5031672B2 (en) | Torque sensor assembly method | |
JP2012088185A (en) | Magnetic detection device, and magnetostriction force sensor | |
JPH01318933A (en) | Torque sensor | |
JP2002228526A (en) | Torque sensor | |
JPH04329327A (en) | Torque sensor | |
JP2003315180A (en) | Torque detector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070625 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100601 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100721 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100811 |