JP2020134312A - Magnetostrictive torque detection sensor - Google Patents

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弘之 脇若
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顕秀 古川
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Abstract

To provide a magnetostrictive torque detection sensor capable of detecting change in torque generated in a circumferential direction on a side surface of an object to be detected and reducing thickness of the sensor in an axial direction.SOLUTION: A magnetic field generation unit M is arranged close to a side surface of an object S to be detected, and a torque is detected from change in inductance of a magnetic circuit formed between an inner diameter side peripheral wall and an outer diameter side peripheral wall of cores 5a and 5b and a magnetostrictive pattern 4 while a detection coil 5d is energized.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、磁歪式トルク検出センサに関する。 The present invention relates to a magnetostrictive torque detection sensor.

従来、車両用エンジンあるいは産業用モータなどにおいて、原動機の運転状態を分析するためにその回転数と並んでトルク測定が正確に行われている。特に、車両用エンジンにおいては、エンジン自体あるいはその駆動力伝達機構であるトランスミッション、プロペラシャフト、差動ギア等各種の駆動系のトルクを計測することにより、点火時期制御、燃料噴射量制御、変速時期あるいは変速比制御等に利用され、これらの分析結果に基づいて車両の燃費を改善しあるいは運転特性を向上させるなど各種の利用に供することができる。また、産業用モータにおいても正確なトルク測定に基づいて回転駆動系の最適制御及び診断作用を行うことができる。 Conventionally, in a vehicle engine, an industrial motor, or the like, torque measurement is accurately performed along with the rotation speed in order to analyze the operating state of the prime mover. In particular, in vehicle engines, ignition timing control, fuel injection amount control, and shift timing are measured by measuring the torque of the engine itself or various drive systems such as the transmission, propeller shaft, and differential gear that are the driving force transmission mechanism thereof. Alternatively, it is used for gear ratio control and the like, and can be used for various purposes such as improving the fuel efficiency of the vehicle or improving the driving characteristics based on these analysis results. Further, even in an industrial motor, optimum control and diagnostic action of a rotary drive system can be performed based on accurate torque measurement.

トルク測定装置として、例えば以下のものが知られている。即ち、トルクを伝達する回転円盤の側面に軟質高磁歪材料からなる磁歪層を形成し、磁歪層のトルク歪発生領域の側面に、励磁コイル及び磁束検出要素を含む第1の磁気センサを所定間隔で対向配置し、さらに磁歪層のトルク歪非発生領域の側面に、励磁コイル及び磁束検出要素を含む第2の磁気センサを所定間隔で対向配置し、第1の磁気センサ及び第2の磁気センサの各検出信号を演算処理することにより、回転円盤を介して伝達されるトルクを各磁気センサの検出する磁気歪をもって非接触で測定する装置がある(特許文献1:特公平6−72825号公報参照)。 The following torque measuring devices are known, for example. That is, a magnetostrictive layer made of a soft high magnetostrictive material is formed on the side surface of the rotating disk that transmits torque, and a first magnetic sensor including an exciting coil and a magnetostrictive detection element is placed at predetermined intervals on the side surface of the magnetostrictive layer in the torque strain generation region. A second magnetic sensor including an exciting coil and a magnetostrictive detection element is arranged to face each other at predetermined intervals on the side surface of the magnetostrictive layer in which torque distortion does not occur, and the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are arranged to face each other. There is a device that non-contactly measures the torque transmitted through the rotating disk with the magnetostriction detected by each magnetic sensor by arithmetically processing each detection signal of (Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-72825). reference).

特公平6−72825号公報Special Fair 6-72825 Gazette

上述した特許文献1のトルク測定装置は、回転円盤のトルク歪発生領域の側面に、磁気コイル及び磁束検出要素を含む磁気センサを所定間隔で離隔的に対向配置し、回転円盤を介して伝達されるトルクを磁気センサの検出する回転円盤の磁気歪をもって非接触で検出することができる。
しかしながら、磁気センサは回転円盤のトルク歪発生領域の側面に局所的に配置されて磁気歪を検出するため、回転円盤の側面に伝わる部分的なトルク変化を検出できても全周にわたって均一に検出することができない。
また、回転円盤の側面に対向して一対の磁気センサを所定間隔で対向配置するため、回転円盤の停止位置との関係で磁歪層の動作点が不明となり、磁気歪の発生箇所が不明となる。
更には、コアに巻き付けるコイルを増やすと、磁気センサが軸方向に大型化し、装置に組み付けることが困難になる。
In the torque measuring device of Patent Document 1 described above, magnetic sensors including a magnetic coil and a magnetic flux detection element are spaced apart from each other at predetermined intervals on the side surface of a torque distortion generation region of the rotating disk, and are transmitted via the rotating disk. The torque can be detected non-contact with the magnetic strain of the rotating disk detected by the magnetic sensor.
However, since the magnetic sensor is locally arranged on the side surface of the torque distortion generation region of the rotating disk to detect magnetostriction, even if a partial torque change transmitted to the side surface of the rotating disk can be detected, it is uniformly detected over the entire circumference. Can not do it.
Further, since the pair of magnetic sensors are arranged facing each other at predetermined intervals facing the side surface of the rotating disk, the operating point of the magnetostrictive layer becomes unknown in relation to the stop position of the rotating disk, and the location where the magnetostriction occurs becomes unknown. ..
Furthermore, if the number of coils wound around the core is increased, the magnetic sensor becomes larger in the axial direction, making it difficult to assemble it in the device.

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、被検出体の側面全周で発生するトルクを均一に検出することができ、かつ軸方向にセンサの薄型化を図ることができる磁歪式トルク検出センサを提供することにある。 The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to be able to uniformly detect the torque generated on the entire side surface of the object to be detected, and to make the sensor thin in the axial direction. It is an object of the present invention to provide a magnetostrictive torque detection sensor capable of achieving this.

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
駆動源から駆動伝達される出力部に設けられる被検出体の軸方向側面に作用するトルク変化を非接触で検出する磁歪式トルクセンサであって、前記被検出体の側面に周回して形成され、磁歪材料から成る磁歪被膜層が等間隔でシェブロン状に形成された磁歪パターンと、断面コ字状に形成された磁性体が架橋部を介して両側脚部が前記被検出体の径方向に沿って配置され、脚部端面が前記磁歪パターンと対向配置される環状コアと、前記環状コアの凹溝部内に周回して設けられた検出コイルとを備えた磁界発生部と、を具備し、前記検出コイルに通電して前記環状コアの前記内径側脚部端面及び外径側脚部端面と対向する前記磁歪パターンとの間で磁気回路が形成されるように前記磁界発生部が前記被検出体と近接して組み付けられていることを特徴とする。
これにより、磁界発生部を被検出体の側面に近接して配置し、検出コイルに通電して環状コアと対向配置された磁歪パターンとの間で形成される磁気回路のインダクタンス変化よりトルクを検出することができる。特に断面コ字状に形成された環状コアの凹溝部に検出コイルを設けて、環状コアの内径側脚部及び外径側脚部と対向する磁歪パターンとで形成される磁気回路に磁束を集中させることができるため、被検出体に作用するトルクの検出感度が向上する。よって、被検出体の側面全周で発生するトルクを均一に検出することができ、かつ軸方向にセンサの薄型化を図ることができる。
The present invention has the following configurations in order to achieve the above object.
A magnetostrictive torque sensor that non-contactly detects changes in torque acting on the axial side surface of a detected object, which is provided in an output unit that is driven and transmitted from a drive source, and is formed around the side surface of the detected object. , A magnetostrictive pattern in which magnetostrictive coating layers made of a magnetostrictive material are formed in a chevron shape at equal intervals, and a magnetic material formed in a U-shaped cross section via a cross-linking portion, with both legs in the radial direction of the object to be detected. A magnetic field generating portion including an annular core arranged along the line and having a leg end surface facing the magnetostrictive pattern and a detection coil provided around the concave groove portion of the annular core is provided. The magnetic field generating portion is detected by energizing the detection coil so that a magnetic circuit is formed between the inner diameter side leg end face and the outer diameter side leg end face and the magnetostrictive pattern facing the annular core. It is characterized by being assembled in close proximity to the body.
As a result, the magnetic field generating part is arranged close to the side surface of the object to be detected, the detection coil is energized, and the torque is detected from the inductance change of the magnetic circuit formed between the annular core and the magnetostrictive pattern arranged opposite to each other. can do. In particular, a detection coil is provided in the concave groove portion of the annular core formed in a U-shaped cross section, and the magnetic flux is concentrated on the magnetic circuit formed by the magnetostrictive pattern facing the inner diameter side leg portion and the outer diameter side leg portion of the annular core. Therefore, the detection sensitivity of the torque acting on the object to be detected is improved. Therefore, the torque generated on the entire side surface of the object to be detected can be uniformly detected, and the sensor can be made thinner in the axial direction.

前記被検出体の側面に同心状に周回して形成された第一磁歪パターンと第二磁歪パターンが近接配置されてシェブロン状の前記磁歪パターンが形成され、前記磁歪パターンを形成する各磁歪被膜層は、前記被検出体の軸心に対して±45°のいずれかの傾斜角度となるように形成されていることが好ましい。
上記構成より、被検出体の側面にトルクが作用すると、+45°の方向に圧縮応力が作用し−45°の方向に引張応力が作用するか、+45°の方向に引張応力が作用し−45°の方向に圧縮応力が作用する。その際、被検出体の軸心に対して±45°のいずれかの傾斜角度となるように磁歪被膜層が形成されていることで、被検出体に生じる透磁率の変化を検出コイルのインダクタンス変化量からトルクに換算して最大に検出することができる。
The first magnetostrictive pattern and the second magnetostrictive pattern formed concentrically on the side surface of the object to be detected are arranged close to each other to form the chevron-shaped magnetostrictive pattern, and each magnetostrictive coating layer forming the magnetostrictive pattern. Is preferably formed so as to have an inclination angle of any of ± 45 ° with respect to the axis of the detected body.
From the above configuration, when torque acts on the side surface of the object to be detected, compressive stress acts in the direction of + 45 ° and tensile stress acts in the direction of -45 °, or tensile stress acts in the direction of + 45 ° and -45. Compressive stress acts in the direction of °. At that time, since the magnetostrictive coating layer is formed so as to have an inclination angle of ± 45 ° with respect to the axis of the object to be detected, the change in magnetic permeability that occurs in the object to be detected is detected by the inductance of the detection coil. It can be detected at the maximum by converting the amount of change into torque.

また、前記磁界発生部は、第一環状コアと第二環状コアが前記被検出体の径方向内側から外側に向かって並んで保持されており、前記第一環状コアと前記第一磁歪パターンが対向配置され、前記第二環状コアと前記第二磁歪パターンが対向配置されていることが好ましい。
このように、磁界発生部に備えた第一環状コアと第二環状コアが径方向内側から外側に向かって並んで保持され、第一環状コアと第一磁歪パターンが対向配置され、第二環状コアと第二磁歪パターンが対向配置されているので、被検出体の側面に周方向のいずれかで+45°の方向に圧縮応力が作用し−45°の方向に引張応力が作用するか、+45°の方向に引張応力が作用し−45°の方向に圧縮応力が作用するいずれの場合においても、トルク変化を高感度に検出することが可能となる。
Further, in the magnetic field generating portion, the first annular core and the second annular core are held side by side from the inside to the outside in the radial direction of the object to be detected, and the first annular core and the first magnetostrictive pattern are held. It is preferable that the second annular core and the second magnetostrictive pattern are arranged to face each other.
In this way, the first annular core and the second annular core provided in the magnetic field generating portion are held side by side from the inside to the outside in the radial direction, the first annular core and the first magnetostrictive pattern are arranged to face each other, and the second annular core is arranged. Since the core and the second magnetostrictive pattern are arranged so as to face each other, a compressive stress acts on the side surface of the object to be detected in one of the circumferential directions in the + 45 ° direction, and a tensile stress acts in the -45 ° direction, or +45. In any case where the tensile stress acts in the direction of ° and the compressive stress acts in the direction of −45 °, the torque change can be detected with high sensitivity.

前記磁歪被膜層は、金属めっき、金属溶射、或いは金属箔の接着のいずれかにより形成されていてもよい。
これにより、被検出体の側面にシェブロン状の磁歪パターンを容易に形成することができる。
The magnetostrictive coating layer may be formed by any of metal plating, metal spraying, or adhesion of a metal foil.
As a result, a chevron-like magnetostrictive pattern can be easily formed on the side surface of the object to be detected.

前記磁歪被膜層は、前記被検出体の側面に重ねて形成されていてもよい。この場合には、被検出体に格別な加工を要さずに磁歪パターンを形成することができる。 The magnetostrictive coating layer may be formed so as to overlap the side surface of the object to be detected. In this case, the magnetostrictive pattern can be formed without requiring special processing on the object to be detected.

前記磁歪被膜層は、前記被検出体の側面に軸方向に薄肉状に形成された凹面部に重ねて形成されていてもよい。この場合には、磁気発生部を被検出体に対して軸方向側面に可及的に近接して配置できるので、磁束の漏れが少なくなり、軸方向のセンサの小型化を促進することができる。 The magnetic strain coating layer may be formed so as to be superimposed on a concave surface portion formed on the side surface of the object to be detected in a thin shape in the axial direction. In this case, since the magnetic generating portion can be arranged as close as possible to the side surface in the axial direction with respect to the object to be detected, leakage of magnetic flux can be reduced and miniaturization of the sensor in the axial direction can be promoted. ..

前記被検出体の径方向に第一環状コアと第一磁歪パターン、第二環状コアと第二磁歪パターンが内外で対向して形成される各磁気回路において、互いの磁気回路におけるインダクタンスL1,L2が互いに等しくなるように、各環状コアの構造若しくは材質、磁歪パターンの面積若しくは材質、磁歪パターンの被検出体上のトルク発生源からの距離、コイルの巻数若しくは材質の少なくともいずれかが調整され、又は前記第一環状コアに巻かれる第一検出コイルと前記第二環状コアに巻かれる第二検出コイルがブリッジ接続されていることが好ましい。
これにより、内外の磁気回路で検出されるインダクタンスL1,2が互いに等しくなるように各環状コアの構造若しくは材質、磁歪パターンの面積若しくは材質、磁歪パターンの被検出体上のトルク発生源からの距離、コイルの巻数若しくは材質の少なくともいずれかを調整しておくことで、検出される出力のオフセット量を相殺することで、信号強度を同じにすることができる。
また、第一環状コアに巻かれる第一検出コイルと第二環状コアに巻かれる第二検出コイルがブリッジ接続されていると、正負対称のトルク出力がオフセット分を零として出力される。よって、コイルの間で電磁ノイズや温度変化の影響を受け難く安定した出力が得られる。
In each magnetic circuit in which the first annular core and the first magnetostrictive pattern and the second annular core and the second magnetostrictive pattern face each other inside and outside in the radial direction of the object to be detected, the inductances L1 and L2 in each other's magnetic circuits. At least one of the structure or material of each annular core, the area or material of the magnetostrictive pattern, the distance of the magnetostrictive pattern from the torque source on the object to be detected, the number of coil turns or the material is adjusted so that Alternatively, it is preferable that the first detection coil wound around the first annular core and the second detection coil wound around the second annular core are bridge-connected.
As a result, the structure or material of each annular core, the area or material of the magnetostrictive pattern, and the torque generation source on the object to be detected of the magnetostrictive pattern are used so that the inductances L 1 and L 2 detected by the internal and external magnetic circuits are equal to each other. By adjusting at least one of the distance, the number of turns of the coil, and the material, the signal strength can be made the same by canceling the offset amount of the detected output.
Further, when the first detection coil wound around the first annular core and the second detection coil wound around the second annular core are bridge-connected, the positive / negative symmetric torque output is output with the offset portion set to zero. Therefore, a stable output can be obtained that is not easily affected by electromagnetic noise and temperature changes between the coils.

被検出体の側面全周にわたって発生するトルクを均一に検出することができ、かつ軸方向に薄型化を図ることができる磁歪式トルク検出センサを提供することできる。 It is possible to provide a magnetostrictive torque detection sensor that can uniformly detect the torque generated over the entire side surface of the object to be detected and can reduce the thickness in the axial direction.

磁歪式トルク検出センサが組み付けられた減速機付きモータの斜視図である。It is a perspective view of the motor with a reducer to which a magnetostrictive torque detection sensor is assembled. 図1の出力部を一部切り欠いた斜視図である。It is a perspective view which cut out a part of the output part of FIG. 図1の出力部の軸方向部分断面図である。It is a partial sectional view in the axial direction of the output part of FIG. 他例に係る出力部の軸方向部分断面図である。It is sectional drawing in the axial direction of the output part which concerns on another example. 図4の出力部の斜視図及び側面図である。It is a perspective view and the side view of the output part of FIG. 環状コア及び磁歪パターンを含む磁気回路の模式図及び部材相互の寸法関係を示す断面説明図である。It is a schematic diagram of the magnetic circuit including an annular core and a magnetostrictive pattern, and is the sectional explanatory view which shows the dimensional relationship between members.

以下、本発明に係る磁歪式トルク検出センサの一実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。先ず、磁歪式トルク検出センサの概略構成について図1乃至図3を参照して説明する。図1に示す磁歪式トルク検出センサが組み付けられた減速機付きモータは、駆動源であるモータ1より減速機2を介して出力部3に駆動伝達されるようになっている。以下では、モータ1から出力部3に駆動伝達される当該出力部3に組み付けられる被検出体Sの軸方向側面に作用するトルク変化を磁歪式トルクセンサにより非接触で検出する場合について説明する。被検出体Sは出力軸S1とこれより外径の大きい円盤部S2が一体に形成されている。この円盤部S2は減速機2とねじ止め固定される。磁歪式トルク検出センサは、円盤部S2に作用するトルク変化を測定するものとする。 Hereinafter, an embodiment of the magnetostrictive torque detection sensor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, the schematic configuration of the magnetostrictive torque detection sensor will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The motor with a speed reducer to which the magnetostrictive torque detection sensor shown in FIG. 1 is assembled is driven and transmitted from the motor 1 which is the drive source to the output unit 3 via the speed reducer 2. Hereinafter, a case where a torque change acting on the axial side surface of the detected body S assembled to the output unit 3 which is driven and transmitted from the motor 1 to the output unit 3 is detected by a magnetostrictive torque sensor in a non-contact manner will be described. The output shaft S1 and the disk portion S2 having a larger outer diameter than the output shaft S1 are integrally formed in the detected body S. The disk portion S2 is screwed and fixed to the speed reducer 2. The magnetostrictive torque detection sensor shall measure the torque change acting on the disk portion S2.

被検出体Sの一例としては、逆磁歪効果が大きい材料が好ましい。例えば、逆磁歪効果が高い材料として、パーメンジュール、Fe-Al(アルフェル)、Fe-Nix(パーマロイ)および球状黒鉛鋳鉄( JIS :FCD70 ) などがある。尚、逆磁歪効果とは、磁性体に外部から応力を加えると磁気特性が変化する現象である。また、被検出体Sには、必要に応じて磁性焼鈍を予め施しておくと、詳しくは後述するが被検出体Sに作用するトルクを好適に検出できる。また、非磁性材料であっても金属磁性材料を溶射等してコーティングしたり、磁性円筒を軸に圧入したりすることでトルク検出することが可能となる。尚、図2に例示した被検出体Sは、円盤状であるがこれに限定されない。被検出体Sは、外形が円盤状であれば、ねじ孔や貫通孔等が存在していてもよい。本実施例は、円盤部S2が減速機2にねじ孔3cを介してねじ止めされるようになっている。また、被検出体Sは、回転することが予定されているものであってもよいし、予定されていない固定されたものでもよい。 As an example of the object to be detected S, a material having a large magnetostrictive effect is preferable. For example, materials having a high magnetostrictive effect include permendur, Fe-Al (Alfer), Fe-Nix (Permalloy) and spheroidal graphite cast iron (JIS: FCD70). The inverse magnetostrictive effect is a phenomenon in which the magnetic characteristics change when stress is applied to the magnetic material from the outside. Further, if the object to be detected S is subjected to magnetic annealing in advance as necessary, the torque acting on the object to be detected S can be suitably detected, which will be described in detail later. Further, even if it is a non-magnetic material, torque can be detected by coating the metal magnetic material by thermal spraying or by press-fitting the magnetic cylinder into the shaft. The body S to be detected illustrated in FIG. 2 has a disk shape, but is not limited thereto. The detected body S may have a screw hole, a through hole, or the like as long as the outer shape is disk-shaped. In this embodiment, the disk portion S2 is screwed to the speed reducer 2 via the screw hole 3c. Further, the detected body S may be one that is scheduled to rotate, or may be a fixed one that is not scheduled to rotate.

図2に示すように、被検出体Sの円盤部S2の軸方向側面には、磁歪パターン4が周回して形成されている。磁歪パターン4は、磁歪材料から成る磁歪被膜層が等間隔でシェブロン状に形成されている。
具体的には、図2に示すように円盤部S2の内径側より第一磁歪パターン4aが周回して等間隔で形成されており、その外側に近接して第二磁歪パターン4bが周回して等間隔で形成されている。径方向に隣接する第一磁歪パターン4aと第二磁歪パターン4bとでシェブロン状の磁歪パターン4が形成されている。
第一、第二磁歪パターン4a,4bを形成する各磁歪被膜層は、被検出体Sの軸心Oに対して±45°のいずれかの傾斜角度となるように形成されている。磁歪被膜層は、金属めっき、金属溶射、或いは金属箔の接着のいずれかにより形成されている。
As shown in FIG. 2, a magnetostrictive pattern 4 is formed around the axial side surface of the disk portion S2 of the detected body S. In the magnetostrictive pattern 4, the magnetostrictive coating layers made of the magnetostrictive material are formed in a chevron shape at equal intervals.
Specifically, as shown in FIG. 2, the first magnetostriction pattern 4a orbits from the inner diameter side of the disk portion S2 and is formed at equal intervals, and the second magnetostriction pattern 4b orbits close to the outside thereof. It is formed at equal intervals. A chevron-shaped magnetostrictive pattern 4 is formed by the first magnetostrictive pattern 4a and the second magnetostrictive pattern 4b adjacent to each other in the radial direction.
The magnetostrictive coating layers forming the first and second magnetostrictive patterns 4a and 4b are formed so as to have an inclination angle of ± 45 ° with respect to the axial center O of the object to be detected S. The magnetostrictive coating layer is formed by either metal plating, metal spraying, or adhesion of metal foil.

磁歪被膜層は、例えば軟質高磁歪材料(例えばアモルファス合金、強磁性金属(Fe,Co,Ni等)を含むの磁歪膜、金属ガラスを含む磁歪膜(例えばFeを主成分としてFe含有量30%〜80%原子%である磁歪膜、金属ガラスがFe・Si・B・M、又はFe・Si・B・P・C・M(M=Cr、Nb、Ta、W、Ni、Co、Hf、Mo、又はM=無し)の磁歪膜、金属ガラスはFe76Si5.79.553.8である磁歪膜等)であってもよい。
これらは、被検出体S(円盤部S2)の軸方向側面に金属めっき、金属溶射、或いは金属箔の接着のいずれかで形成することができる。金属ガラスを用いて溶射する場合、金属ガラスの膜は、例えば高速フレーム溶射法、またはプラズマ溶射法で形成され、溶射形成の後、ガラス遷移温度より低く且つ、キュリー点温度以上で熱処理することが好ましい(WO2011/016399号参照)。
The magnetostrictive film layer is, for example, a soft high magnetostrictive material (for example, an amorphous alloy, a magnetostrictive film containing a ferromagnetic metal (Fe, Co, Ni, etc.), a magnetostrictive film containing metal glass (for example, Fe as a main component and an Fe content of 30%). Magnetostrictive film with a magnetostrictive film of ~ 80% atomic%, metal glass is Fe / Si / B / M, or Fe / Si / B / P / C / M (M = Cr, Nb, Ta, W, Ni, Co, Hf, The magnetostrictive film of Mo or M = none) and the metal glass may be a magnetostrictive film of Fe 76 Si 5.7 B 9.5 P 5 C 3.8 ).
These can be formed on the axial side surface of the object to be detected S (disk portion S2) by metal plating, metal spraying, or adhesion of metal foil. When spraying using metallic glass, the film of the metallic glass is formed by, for example, a high-speed frame spraying method or a plasma spraying method, and after the thermal spraying formation, heat treatment may be performed at a temperature lower than the glass transition temperature and higher than the Curie point temperature. Preferred (see WO2011 / 0163999).

図3において、磁界発生部Mは、磁歪パターン4と対向配置される環状コア5を備えている。環状コア5は、断面コ字状に形成された磁性体が架橋部を介して径方向両側に折り曲げ形成された脚部端面が磁歪パターン4と対向配置されている。
具体的には、一対の第一環状コア5a,第二環状コア5bと、各コアの凹溝部5c内に各々周回して設けられた第一検出コイル5d1、第二検出コイル5d2とを備えている。第一環状コア5aと第二環状コア5bは、環状に形成されたコア保持部5eに、凹溝部5cを軸方向外側に向けて開口するように径方向内側から外側に向かって並んで組み付けられている。第一環状コア5aと第二環状コア5bは、磁性板材を断面コ字状に折り曲げ形成されたものが環状に連なって形成されている。磁性板材としては、軟磁性材であることが好ましく、比較的透磁率が高いケイ素鋼板や純鉄などが用いられる。第一環状コア5a,第二環状コア5bは、磁性ナノワイヤであっても良い。また、例えば、アモルファス合金(金属ガラス)のナノワイヤがあり、このワイヤを束ねたファイバーを用いることもできる。更には、第一環状コア5a,第二環状コア5bは、フェライトで構成することもできる。
In FIG. 3, the magnetic field generating unit M includes an annular core 5 arranged to face the magnetostrictive pattern 4. In the annular core 5, the end faces of the legs formed by bending a magnetic material formed in a U-shaped cross section on both sides in the radial direction via a crosslinked portion are arranged to face the magnetostrictive pattern 4.
Specifically, it is provided with a pair of first annular cores 5a and second annular cores 5b, and first detection coils 5d1 and second detection coils 5d2 provided around the recessed grooves 5c of each core. There is. The first annular core 5a and the second annular core 5b are assembled side by side from the inside to the outside in the radial direction so as to open the concave groove portion 5c outward in the axial direction to the core holding portion 5e formed in an annular shape. ing. The first annular core 5a and the second annular core 5b are formed by bending a magnetic plate material into a U-shaped cross section and forming them in an annular shape. As the magnetic plate material, a soft magnetic material is preferable, and a silicon steel plate or pure iron having a relatively high magnetic permeability is used. The first annular core 5a and the second annular core 5b may be magnetic nanowires. Further, for example, there are nanowires of amorphous alloy (metal glass), and fibers in which the wires are bundled can also be used. Further, the first annular core 5a and the second annular core 5b may be made of ferrite.

第一環状コア5a,第二環状コア5bは、径方向断面形状がコ字状であり、両側脚部5a1,5b1とこれらを連結する架橋部5a2,5b2を有する。第一環状コア5a,第二環状コア5bは凹溝部5cに第一検出コイル5d1、第二検出コイル5d2が周回して通過するようにコア保持部5eに組み付けられる。コア保持部5eは、出力部3のケース体3aの中心孔3bに組み付けられると、第一環状コア5aの両側脚部5a1が第一磁歪パターン4aと対向配置され、第二環状コア5bの両側脚部5a2が第二磁歪パターン4bと対向配置されるようになっている(図2参照)。
第一、第二検出コイル5d1,5d2に通電すると、第一環状コア5aと第一磁歪パターン4aとの間で磁気回路が形成され、第二環状コア5bと第二磁歪パターン4bとの間で磁気回路が形成されるようになっている。
The first annular core 5a and the second annular core 5b have a U-shaped radial cross section, and have both side leg portions 5a1, 5b1 and bridge portions 5a2, 5b2 connecting them. The first annular core 5a and the second annular core 5b are assembled to the core holding portion 5e so that the first detection coil 5d1 and the second detection coil 5d2 circulate and pass through the concave groove portion 5c. When the core holding portion 5e is assembled into the central hole 3b of the case body 3a of the output portion 3, both side leg portions 5a1 of the first annular core 5a are arranged to face the first magnetostrictive pattern 4a, and both sides of the second annular core 5b. The legs 5a2 are arranged to face the second magnetostrictive pattern 4b (see FIG. 2).
When the first and second detection coils 5d1 and 5d2 are energized, a magnetic circuit is formed between the first annular core 5a and the first magnetostrictive pattern 4a, and between the second annular core 5b and the second magnetostrictive pattern 4b. A magnetic circuit is formed.

また、図2に示すように、第一磁歪パターン4aと第二磁歪パターン4bは被検出体S(円盤部S2)に形成される磁路が当該円盤部S2の軸心Oに対して±45°のいずれかの傾斜角度となるように形成されている。これにより、円盤部S2の軸心Oに対して+45°の方向に圧縮応力が作用し−45°の方向に引張応力が作用する場合、又は+45°の方向に引張応力が作用し−45°の方向に圧縮応力が作用する場合に、前述した逆磁歪効果により被検出体Sに生じる透磁率の変化を各検出コイル5cのインダクタンス変化量からトルクに換算して検出することができる。尚、第一磁歪パターン4aと第二磁歪パターン4bは、円盤部S2上で出力軸S1に可及的に近く形成することが好ましい。本実施例では、第一磁歪パターン4aと第二磁歪パターン4bは、円盤部S2において、径方向で出力軸S1とねじ孔3cとの間に形成されている。 Further, as shown in FIG. 2, in the first magnetostriction pattern 4a and the second magnetostriction pattern 4b, the magnetic path formed in the detected body S (disk portion S2) is ± 45 with respect to the axial center O of the disk portion S2. It is formed so that it has an inclination angle of either °. As a result, when compressive stress acts in the direction of + 45 ° and tensile stress acts in the direction of -45 ° with respect to the axial center O of the disk portion S2, or tensile stress acts in the direction of + 45 ° and -45 °. When compressive stress acts in the direction of, the change in magnetic permeability that occurs in the object to be detected S due to the above-mentioned inverse magnetostrictive effect can be detected by converting it into torque from the amount of change in inductance of each detection coil 5c. The first magnetostriction pattern 4a and the second magnetostriction pattern 4b are preferably formed on the disk portion S2 as close as possible to the output shaft S1. In this embodiment, the first magnetostrictive pattern 4a and the second magnetostrictive pattern 4b are formed between the output shaft S1 and the screw hole 3c in the radial direction in the disk portion S2.

磁界発生部Mは、第一環状コア5aと第二環状コア5bが径方向内側から外側に向かって並んで保持されており、第一環状コア5aと第一磁歪パターン4aが対向配置され、第二環状コア5bと第二磁歪パターン4bが対向配置されている。
これにより、円盤部S2の側面に周方向のいずれかで+45°の方向に圧縮応力が作用し−45°の方向に引張応力が作用するか、+45°の方向に引張応力が作用し−45°の方向に圧縮応力が作用するいずれの場合においても、トルク変化を高感度に検出することが可能となる。
In the magnetic field generating portion M, the first annular core 5a and the second annular core 5b are held side by side from the inside to the outside in the radial direction, and the first annular core 5a and the first magnetostrictive pattern 4a are arranged so as to face each other. The bicyclic core 5b and the second magnetostrictive pattern 4b are arranged to face each other.
As a result, compressive stress acts on the side surface of the disk portion S2 in any of the circumferential directions in the + 45 ° direction, and tensile stress acts in the direction of −45 °, or tensile stress acts in the direction of + 45 ° and −45. In any case where compressive stress acts in the direction of °, it is possible to detect torque changes with high sensitivity.

ここで、被検出体Sに作用するトルクの検出原理について説明する。被検出体Sにトルクが発生すると、逆磁歪効果により被検出体Sの透磁率μが変化し、その結果検出コイル5d(第一検出コイル5d1,第二検出コイル5d2)のインダクタンスの変化として測定することができる。詳細には、検出コイル5dのインダクタンスは、検出コイル5cの巻き数Nの2乗に比例し、検出コイル5dを挟み込む形で構成されている第一,第二環状コア5a,5bと被検出体Sの磁路を含む磁気抵抗Rmに反比例する。磁気抵抗Rmは、磁束が流れる磁路の断面積Aと比透磁率μrに反比例し、磁束が流れる磁路Lの長さに比例する。また、所望の方向の磁束量を増やすことで透磁率μの変化を鋭敏に取得することができる。検出コイル5dのインダクタンスを決定する第一,第二環状コア5a,5bから被検出体Sに流れ込む磁束と同じ方向に圧縮力が加わると、被検出体Sの透磁率μの値は低下し、その結果として検出コイル5dのインダクタンスは低下する。逆に、磁束の流れと同じ方向に引っ張り力が働くと、検出コイル5dのインダクタンスが増加する。 Here, the detection principle of the torque acting on the detected body S will be described. When torque is generated in the detected object S, the magnetic permeability μ of the detected object S changes due to the inverse magnetostrictive effect, and as a result, it is measured as a change in the inductance of the detection coil 5d (first detection coil 5d1, second detection coil 5d2). can do. Specifically, the inductance of the detection coil 5d is proportional to the square of the number of turns N of the detection coil 5c, and the first and second annular cores 5a and 5b and the object to be detected are configured to sandwich the detection coil 5d. It is inversely proportional to the magnetic resistance Rm including the magnetic path of S. The reluctance Rm is inversely proportional to the cross-sectional area A of the magnetic path through which the magnetic flux flows and the relative permeability μr, and is proportional to the length of the magnetic path L through which the magnetic flux flows. Further, by increasing the amount of magnetic flux in a desired direction, it is possible to sensitively acquire a change in magnetic permeability μ. When a compressive force is applied in the same direction as the magnetic flux flowing from the first and second annular cores 5a and 5b that determine the inductance of the detection coil 5d into the detected body S, the value of the magnetic permeability μ of the detected body S decreases. As a result, the inductance of the detection coil 5d decreases. On the contrary, when a tensile force acts in the same direction as the flow of magnetic flux, the inductance of the detection coil 5d increases.

例えば、図2において円盤部S2に+45°方向に引っ張り力が作用すると検出コイル5dのインダクタンスは増大し、−45°方向に圧縮力が作用すると検出コイル5dのインダクタンスは低下する。このインダクタンスの変化を、ロックインアンプを用いた位相検波方式により出力電圧の変化として検出し、被検出体Sにトルクが作用している場合の出力電圧値と、トルクが作用していない場合の出力電圧値との変化量に基づいて、被検出体Sに作用するトルクを検出するようになっている。
モータ1が起動して、減速機2を介して出力部3に駆動力が伝達される。このとき、出力軸S1と一体化した円盤部S2に作用するトルク変化を、その軸方向側面に形成された磁歪パターン4に対向配置された磁界発生部Mによりインダクタンス変化として検出されるようになっている。
For example, in FIG. 2, when a tensile force acts on the disk portion S2 in the + 45 ° direction, the inductance of the detection coil 5d increases, and when a compressive force acts in the −45 ° direction, the inductance of the detection coil 5d decreases. This change in inductance is detected as a change in output voltage by a phase detection method using a lock-in amplifier, and the output voltage value when torque is acting on the object to be detected and the output voltage value when torque is not acting. The torque acting on the object to be detected S is detected based on the amount of change from the output voltage value.
The motor 1 is started, and the driving force is transmitted to the output unit 3 via the speed reducer 2. At this time, the torque change acting on the disk portion S2 integrated with the output shaft S1 is detected as an inductance change by the magnetic field generating portion M arranged to face the magnetostrictive pattern 4 formed on the axial side surface thereof. ing.

このように、磁界発生部M被検出体S(円盤部S2)の側面に近接して配置し、第一,第二検出コイル5d1,5d2に通電して第一,第二環状コア5a,5bと対向する第一,第二磁歪パターン4a,4bとの間で形成される磁気回路の磁束変化よりトルク変化を検出することができる。特に断面コ字状に形成された第一,第二環状コア5a,5bの凹溝部5cに第一,第二検出コイル5d1,5d2を各々設けて、第一,第二環状コア5a,5bと対向する第一,第二磁歪パターン4a,4bとで形成される磁気回路に磁束を集中させることができるため、被検出体S(円盤部S2)に作用するトルクの検出感度が向上する。よって、被検出体Sの側面に全周にわたって発生するトルクを均一に検出することができ、かつ軸方向にセンサの薄型化を図ることができる。 In this way, the magnetic field generating portion M is arranged close to the side surface of the detected body S (disk portion S2), and the first and second detection coils 5d1 and 5d2 are energized to energize the first and second annular cores 5a and 5b. The torque change can be detected from the magnetic flux change of the magnetic circuit formed between the first and second magnetostrictive patterns 4a and 4b facing the above. In particular, the first and second detection coils 5d1 and 5d2 are provided in the concave groove portions 5c of the first and second annular cores 5a and 5b formed in a U-shaped cross section, respectively, to form the first and second annular cores 5a and 5b. Since the magnetic flux can be concentrated on the magnetic circuits formed by the opposing first and second magnetostrictive patterns 4a and 4b, the detection sensitivity of the torque acting on the detected object S (disk portion S2) is improved. Therefore, the torque generated on the side surface of the detected body S over the entire circumference can be uniformly detected, and the sensor can be made thinner in the axial direction.

次に磁歪式トルク検出センサの他例について、図4及び図5を参照して説明する。
前述した実施形態と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
前記実施形態は、被検出体Sの円盤部S2の軸方向側面に重ねて形成されていたが、図4に示すように、円盤部S2の側面の径方向内側が軸方向(板厚方向)に薄肉となる凹面部S3が形成されている。この凹面部S3に金属めっき、金属溶射、或いは金属箔の接着のいずれかで磁歪被膜層が形成され、当該磁歪被膜層を凹面部S3と面一に研磨してシェブロン状の磁歪パターン4が形成されている。磁歪パターン4は、凹面部S3に予めシェブロンパターン状に彫り込んでおいて、金属めっき、金属溶射、或いは金属箔の接着により形成してもよい。或いは凹面部S3に重ねて金属めっき、金属溶射、或いは金属箔の接着により形成してもよい。
Next, another example of the magnetostrictive torque detection sensor will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
The same members as those in the above-described embodiment shall be assigned the same number and the description shall be incorporated.
In the above embodiment, the object to be detected S is formed so as to overlap the axial side surface of the disk portion S2, but as shown in FIG. 4, the radial inside of the side surface of the disk portion S2 is the axial direction (plate thickness direction). A concave surface portion S3 having a thin wall is formed on the surface. A magnetostrictive coating layer is formed on the concave surface portion S3 by metal plating, metal spraying, or adhesion of a metal foil, and the magnetostrictive coating layer is polished flush with the concave surface portion S3 to form a chevron-shaped magnetostrictive pattern 4. Has been done. The magnetostrictive pattern 4 may be formed by engraving the concave surface portion S3 in advance in a chevron pattern shape, metal plating, metal spraying, or adhesion of metal foil. Alternatively, it may be formed by superimposing it on the concave surface portion S3 by metal plating, metal spraying, or adhesion of a metal foil.

また、磁束発生部5は、コア保持部5eをケース体3aとは別体に形成する必要はない。例えば、図4に示すように非磁性体であるケース体3aに第一環状コア5aを第一磁歪パターン4aに対向配置し、第二環状コア5bを第二磁歪パターン4bに各々対向配置するように径方向に並んで一体に組み付けられていてもよい。第一環状コア5a及び第二環状コア5bの各凹溝部5cには第一検出コイル5d1,第二検出コイル5d2が周回して巻かれている。
この場合には、磁界発生部Mが円盤部S2の薄肉状の凹面部S3に軸方向(板厚方向)に近接して配置され、磁歪パターン4がシェブロンパターン状に凹面部S3と面一かそれより後退して形成され、磁気発生部5は磁歪パターン4に可及的に近接して配置できるので、磁束の漏れが少なくなり、軸方向のセンサの小型化を促進することができる。
Further, the magnetic flux generating portion 5 does not need to form the core holding portion 5e separately from the case body 3a. For example, as shown in FIG. 4, the first annular core 5a is arranged to face the first magnetostriction pattern 4a and the second annular core 5b is arranged to face the second magnetostriction pattern 4b in the case body 3a which is a non-magnetic material. They may be integrally assembled side by side in the radial direction. The first detection coil 5d1 and the second detection coil 5d2 are wound around the concave groove portions 5c of the first annular core 5a and the second annular core 5b.
In this case, the magnetic field generating portion M is arranged close to the thin-walled concave surface portion S3 of the disk portion S2 in the axial direction (plate thickness direction), and the magnetostrictive pattern 4 is flush with the concave surface portion S3 in a chevron pattern. Since the magnetic field generating portion 5 is formed so as to recede from it and can be arranged as close as possible to the magnetostrictive pattern 4, the leakage of magnetic flux is reduced and the miniaturization of the sensor in the axial direction can be promoted.

また、上述した各実施例は、被検出体Sが出力部3にねじ孔3cを介してねじ止め固定される構成であったが、これに限定されない。例えば、図5A、Bに示すように、被検出体Sは出力軸S1と一体に形成された円盤部の外周面に歯面6が形成された歯車S4であってもよい。歯車S4は減速機2に設けられる遊星歯車や他の伝達歯車等と歯面6が噛み合う構成であってもよい。 Further, in each of the above-described embodiments, the object to be detected S is screwed and fixed to the output unit 3 via the screw hole 3c, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIGS. 5A and 5B, the detected body S may be a gear S4 having a tooth surface 6 formed on the outer peripheral surface of a disk portion integrally formed with the output shaft S1. The gear S4 may have a configuration in which the tooth surface 6 meshes with a planetary gear or another transmission gear provided in the speed reducer 2.

この場合、磁束発生部Mは、図3、図4と同様に、第一環状コア5a,第二環状コア5bは、径方向断面形状がコ字状であり、両側脚部5a1,5b1とこれらを連結する架橋部5a2,5b2を有し、これらに囲まれた凹溝部5cに第一,第二検出コイル5d1,5d2が通過するようにコア保持部5d(図3参照)、或いはケース体3a(図4参照)に組み付けられる。 In this case, as in FIGS. 3 and 4, the magnetic flux generating portion M has a U-shaped radial cross-sectional shape in the first annular core 5a and the second annular core 5b, and both side legs 5a1, 5b1 and these. The core holding portion 5d (see FIG. 3) or the case body 3a so that the first and second detection coils 5d1 and 5d2 pass through the concave groove portion 5c surrounded by the crosslinked portions 5a2 and 5b2 connecting the two. It is assembled to (see Fig. 4).

図6Aは、磁界発生部Mに備えた第二環状コア5bから第二磁歪パターン4bに向かう磁気回路の模式図であり、図6Bは部材相互の寸法関係を示す断面図である。第一環状コア5aから第一磁歪パターン4aに向かう磁気回路も同様であるため省略する。内側の第一検出コイル5d1の巻数N1、外側の第二検出コイル5d2の巻数N2、コイル電流をI、第二環状コア5b(両側脚部5b1、架橋部5b2)と第二磁歪パターン4bとの間に形成される磁気回路は図6Aのように表される。尚、全体の磁気抵抗をR、インダクタンスLは以下のようになる。
FIG. 6A is a schematic view of a magnetic circuit from the second annular core 5b provided in the magnetic field generating portion M toward the second magnetostrictive pattern 4b, and FIG. 6B is a cross-sectional view showing a dimensional relationship between the members. Since the same applies to the magnetic circuit from the first annular core 5a to the first magnetostrictive pattern 4a, it is omitted. Turns N 1 inside the first detection coil 5d1, the number of turns N 2 of the outside of the second detection coil 5d2, the coil current I, the second annular core 5b (both side legs 5b1, bridge portions 5b2) and the second magnetostrictive pattern 4b The magnetic circuit formed between and is represented as shown in FIG. 6A. The total magnetic resistance is R, and the inductance L is as follows.

以上により、インダクタンスLは
円盤部S2(ディスク)にトルクが加わることによって比透磁率μTが変化する。すなわち
他の項はすべて定数とおくと

環状ヨークコイル(第一,第二検出コイル5d1,5d2)がもう一組あるとき、比透磁率をμT1,μT2、インダクタンスをL1,L2とすると、
数式5よりコイルのインダクタンスL1,L2を求めると
上記数式6のL1,L2のインダクタンス変化からトルク信号を得る。
From the above, the inductance L is
The relative magnetic permeability μ T changes when torque is applied to the disk portion S2 (disk). That is,
If all other arguments are constants

Annular yoke coils (first, second detection coil 5D1,5d2) when is in another set, the relative permeability mu T1, mu T2, when the inductance and L 1, L 2,
Finding the coil inductances L 1 and L 2 from Equation 5
A torque signal is obtained from the inductance changes of L 1 and L 2 in the above equation 6.

これにより、式2のインダクタンスL1,L2の変化を電圧信号に変換し、回路によって信号処理し、トルク信号に変換する。この場合、内外センサの信号強度は異なるが、信号を検出後、増幅処理する必要がある(外側の信号感度を回路・ソフト的に増加させる)。このように、内外の磁気回路で検出されるインダクタンスL1,2が互いに等しくなるように、予め第一,第二環状コア5a,5bの構造若しくは材質、第一,第二磁歪パターン4a,4bの面積若しくは材質、第一,第二磁歪パターン4a,4bの被検出体S上のトルク発生源からの距離、第一検出コイル5d1と第二検出コイル5d2の巻数N1,N2若しくは材質の少なくともいずれかを調整しておくことで、検出される出力のオフセット量を相殺することで、信号強度を同じにすることができる。 As a result, the changes in the inductances L 1 and L 2 in Equation 2 are converted into voltage signals, signal processed by the circuit, and converted into torque signals. In this case, although the signal strengths of the internal and external sensors are different, it is necessary to perform amplification processing after detecting the signal (increasing the external signal sensitivity in terms of circuit and software). Thus, as the inductance L 1, L 2 that it is detected by the magnetic circuit of the inner and outer are equal to each other, in advance first, second annular core 5a, 5b structure or the material of the first, second magnetostrictive pattern 4a, Area or material of 4b, distance of first and second magnetostrictive patterns 4a and 4b from the torque generation source on the detected object S, number of turns N 1 , N 2 or material of the first detection coil 5d1 and the second detection coil 5d2. By adjusting at least one of the above, the signal strength can be made the same by canceling the amount of the detected output offset.

または、第一環状コア5a,第二環状コア5bの寸法を下記条件により設計し、インダクタンスL1,L2を等しくさせる。
数式7において、N1=N2、A1=A2,B1=B2とすれば、二つのコイルは、ブリッジ接続することで正負対称のトルク出力が得られる。この場合オフセットが0になる。さらにそれぞれ、μTによる微分値を等しくすればトルクに対する正負の感度も等しくなる。
式3を満たすようにμT(シェブロンパターンの面積、中心からの距離、材質など)、N(巻き数)などを物理的に変化させ、内外のセンサが検出する信号強度を同じにしてもよい。
これにより、円盤状の被検出体S2上でシェブロンパターンを形成する第一磁歪パターン4aと第二磁歪パターン4bを各々含む磁気回路において、正負対称のトルク出力がオフセット分を零として出力される。よって、コイルの間で電磁ノイズや温度変化の影響を受け難く安定した出力が得られる。
Alternatively, the dimensions of the first annular core 5a and the second annular core 5b are designed under the following conditions, and the inductances L 1 and L 2 are made equal.
In Equation 7, if N 1 = N 2, A 1 = A 2 , and B 1 = B 2 , the two coils are bridge-connected to obtain positive and negative symmetric torque outputs. In this case, the offset is 0. Furthermore, if the differential values by μ T are equalized, the positive and negative sensitivities to torque will also be equal.
The signal strength detected by the internal and external sensors may be the same by physically changing μ T (area of chevron pattern, distance from the center, material, etc.), N (number of turns), etc. so as to satisfy Equation 3. ..
As a result, in the magnetic circuit including the first magnetostriction pattern 4a and the second magnetostriction pattern 4b forming the chevron pattern on the disk-shaped object to be detected S2, the positive and negative symmetric torque output is output with the offset component as zero. Therefore, a stable output can be obtained that is not easily affected by electromagnetic noise and temperature changes between the coils.

以上説明したように、上記構成によれば、被検出体Sの側面全周にわたって発生するトルクを均一に検出することができ、かつ軸方向にセンサの薄型化を図った磁歪式トルク検出センサを提供することできる。 As described above, according to the above configuration, a magnetostrictive torque detection sensor capable of uniformly detecting the torque generated over the entire side surface of the object S to be detected and thinning the sensor in the axial direction. Can be provided.

上述した各実施形態では、被検出体Sに環状コア5a,5bの磁束鎖交面が+45°及び−45°の傾斜角度で交差した一対の磁歪パターン4a,4bを形成したがいずれか一方のみを設けてもよいし、3以上の磁歪パターンを設けてもよい。
また、第一,第二環状コア5a,5bの架橋部5a2,5b2には各コアを通過する磁束密度の変化を検出するサーチコイルが巻き付けられていてもよい。
また、第一,第二環状コア5は、磁性材料により両側脚部5a1,5b1とこれらを連結する架橋部5a2,5b2を有するコ字状に一体形成されていたが、両側脚部5a1,5b1を磁性板材で形成し、架橋部5a2,5b2をケース体3aに設けられた環状の磁性板で構成することも可能である。
また、ケース3aと第一環状コア5a,第二環状コア5bはインサート成形により一体に組み付けられていてもよい。
In each of the above-described embodiments, a pair of magnetostrictive patterns 4a and 4b are formed in the object S to be detected, in which the magnetic flux chain intersection surfaces of the annular cores 5a and 5b intersect at inclination angles of + 45 ° and −45 °, but only one of them. May be provided, or 3 or more magnetostrictive patterns may be provided.
Further, a search coil for detecting a change in the magnetic flux density passing through each core may be wound around the crosslinked portions 5a2 and 5b2 of the first and second annular cores 5a and 5b.
Further, the first and second annular cores 5 were integrally formed of a magnetic material in a U shape having both side leg portions 5a1, 5b1 and cross-linking portions 5a2, 5b2 connecting them, but both side leg portions 5a1,5b1. Is also formed of a magnetic plate material, and the crosslinked portions 5a2 and 5b2 may be formed of an annular magnetic plate provided on the case body 3a.
Further, the case 3a, the first annular core 5a, and the second annular core 5b may be integrally assembled by insert molding.

1 モータ 2 減速機 3 出力部 3a ケース体 3b 中心孔 3c ねじ孔 S 被検出体 S1 出力軸 S2 円盤部 S3 凹面部 S4 歯車 4 磁歪パターン 4a 第一磁歪パターン 4b 第二磁歪パターン 5 環状コア 5a 第一環状コア 5a1,5b1 脚部 5a2,5b2 架橋部 5b 第二環状コア 5c 凹溝部 5d 検出コイル 5d1 第一検出コイル 5d2 第二検出コイル 5e コア保持部 6 歯面 M 磁界発生部 1 Motor 2 Reducer 3 Output part 3a Case body 3b Center hole 3c Thread hole S Detected body S1 Output shaft S2 Disc part S3 Concave part S4 Gear 4 Magnetostriction pattern 4a 1st magnetostriction pattern 4b 2nd magnetostriction pattern 5a Single annular core 5a1,5b1 Leg 5a2, 5b2 Bridge 5b Second annular core 5c Recessed groove 5d Detection coil 5d1 First detection coil 5d2 Second detection coil 5e Core holder 6 Tooth surface M Magnetostrictor

Claims (7)

駆動源から駆動伝達される出力部に設けられる被検出体の軸方向側面に作用するトルク変化を非接触で検出する磁歪式トルクセンサであって、
前記被検出体の側面に周回して形成され、磁歪材料から成る磁歪被膜層が等間隔でシェブロン状に形成された磁歪パターンと、
断面コ字状に形成された磁性体が架橋部を介して両側脚部が前記被検出体の径方向に沿って配置され、脚部端面が前記磁歪パターンと対向配置される環状コアと、前記環状コアの凹溝部内に周回して設けられた検出コイルとを備えた磁界発生部と、を具備し、
前記検出コイルに通電して前記環状コアの前記内径側脚部端面及び外径側脚部端面と対向する前記磁歪パターンとの間で磁気回路が形成されるように前記磁界発生部が前記被検出体と近接して組み付けられていることを特徴とする磁歪式トルク検出センサ。
A magnetostrictive torque sensor that non-contactly detects changes in torque acting on the axial side surface of the object to be detected provided in the output unit that is driven and transmitted from the drive source.
A magnetostrictive pattern formed around the side surface of the object to be detected and having magnetostrictive coating layers made of a magnetostrictive material formed in a chevron shape at equal intervals.
An annular core in which a magnetic material formed in a U-shape in cross section is arranged on both side legs along a radial direction of the object to be detected via a crosslinked portion, and the end faces of the legs are arranged to face the magnetostrictive pattern, and the above. It is provided with a magnetic field generating portion having a detection coil provided around the concave groove portion of the annular core.
The magnetic field generating portion is detected so that a magnetic circuit is formed between the inner diameter side leg end surface and the outer diameter side leg end surface of the annular core and the magnetostrictive pattern facing the detection coil. A magnetostrictive torque detection sensor characterized by being assembled close to the body.
前記被検出体の側面に同心状に周回して形成された第一磁歪パターンと第二磁歪パターンが近接配置されてシェブロン状の前記磁歪パターンが形成され、前記磁歪パターンを形成する各磁歪被膜層は、前記被検出体の軸心に対して±45°のいずれかの傾斜角度となるように形成されている請求項1記載の磁歪式トルク検出センサ。 The first magnetostrictive pattern and the second magnetostrictive pattern formed concentrically around the side surface of the object to be detected are arranged in close proximity to form the chevron-shaped magnetostrictive pattern, and each magnetostrictive coating layer forming the magnetostrictive pattern. Is the magnetostrictive torque detection sensor according to claim 1, which is formed so as to have an inclination angle of any of ± 45 ° with respect to the axis of the object to be detected. 前記磁界発生部は、第一環状コアと第二環状コアが前記被検出体の径方向内側から外側に向かって並んで保持されており、前記第一環状コアと前記第一磁歪パターンが対向配置され、前記第二環状コアと前記第二磁歪パターンが対向配置されている請求項2記載の磁歪式トルク検出センサ。 In the magnetic field generating portion, the first annular core and the second annular core are held side by side from the inside to the outside in the radial direction of the detected body, and the first annular core and the first magnetostrictive pattern are arranged to face each other. The magnetostrictive torque detection sensor according to claim 2, wherein the second annular core and the second magnetostrictive pattern are arranged to face each other. 前記磁歪被膜層は、金属めっき、金属溶射、或いは金属箔の接着のいずれかにより形成されている請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の磁歪式トルク検出センサ。 The magnetostrictive torque detection sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetostrictive coating layer is formed by metal plating, metal spraying, or adhesion of a metal foil. 前記磁歪被膜層は、前記被検出体の側面に重ねて形成されている請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の磁歪式トルク検出センサ。 The magnetostrictive torque detection sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnetostrictive coating layer is formed so as to overlap the side surface of the object to be detected. 前記磁歪被膜層は、前記被検出体の側面に軸方向に薄肉状に形成された凹面部に重ねて形成されている請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の磁歪式トルク検出センサ。 The magnetostrictive torque detection sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnetostrictive coating layer is formed on a side surface of the object to be detected so as to be overlapped with a concave surface formed in a thin shape in the axial direction. 前記被検出体の径方向に第一環状コアと第一磁歪パターン、第二環状コアと第二磁歪パターンが内外で対向して形成される各磁気回路において、互いの磁気回路におけるインダクタンスL1,2が互いに等しくなるように、各環状コアの構造若しくは材質、磁歪パターンの面積若しくは材質、磁歪パターンの被検出体上のトルク発生源からの距離、コイルの巻数若しくは材質の少なくともいずれかが調整され、又は前記第一環状コアに巻かれる第一検出コイルと前記第二環状コアに巻かれる第二検出コイルがブリッジ接続されている請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の磁歪式トルク検出センサ。 In each of the magnetic circuits in the radial direction of the body to be detected first annular core and a first magnetostrictive pattern, the second annular core and a second magnetostrictive pattern is formed to face inside and outside, the inductance L 1 of the magnetic circuit of one another, At least one of the structure or material of each annular core, the area or material of the magnetostrictive pattern, the distance of the magnetostrictive pattern from the torque source on the detected object, the number of coil turns or the material is adjusted so that L 2 is equal to each other. The magnetostrictive torque according to any one of claims 1 to 6, wherein the first detection coil wound around the first annular core and the second detection coil wound around the second annular core are bridge-connected. Detection sensor.
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