JP2905561B2 - 非接触式トルクセンサー - Google Patents
非接触式トルクセンサーInfo
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- JP2905561B2 JP2905561B2 JP13766690A JP13766690A JP2905561B2 JP 2905561 B2 JP2905561 B2 JP 2905561B2 JP 13766690 A JP13766690 A JP 13766690A JP 13766690 A JP13766690 A JP 13766690A JP 2905561 B2 JP2905561 B2 JP 2905561B2
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- torque sensor
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、非接触式トルクセンサーに係り、特にトル
クセンサー出力のヒステリシスを低減可能にした非接触
式トルクセンサーに関する。
クセンサー出力のヒステリシスを低減可能にした非接触
式トルクセンサーに関する。
（従来の技術及び解決しようとする課題） トルクセンサーには、大別して接触式と非接触式の２
通りの形式があるが、近年、種々の分野において高度な
制御を行うために、簡単な構造で瞬間トルク検出が可能
な非接触式のトルクセンサーの開発が望まれている。
通りの形式があるが、近年、種々の分野において高度な
制御を行うために、簡単な構造で瞬間トルク検出が可能
な非接触式のトルクセンサーの開発が望まれている。
従来、この種の非接触式トルクセンサーとしては、高
磁わいアモルファス薄帯とソレノイドコイルを用いた方
式や、更に小型で装着が容易な磁気ヘッド方式などが提
案されている。
磁わいアモルファス薄帯とソレノイドコイルを用いた方
式や、更に小型で装着が容易な磁気ヘッド方式などが提
案されている。
後者の磁気ヘッド方式のトルクセンサーは、トルク検
出のための応力磁気変換素子として通常の回転軸の逆磁
わい効果を利用したものであり、その原理は以下のとお
りである。
出のための応力磁気変換素子として通常の回転軸の逆磁
わい効果を利用したものであり、その原理は以下のとお
りである。
まず、第１図に示すように、一対のＵ字形磁心（磁気
ヘッド）１、２をその磁極対方向が軸材（被検査体）５
の軸方向に対して±45°となるように軸材に非接触に配
置されている。軸材に印加されたトルクＴの検出の原理
は、トルクＴによって軸材に誘導される主応力により、
その表層部の透磁率が異方的になるのを利用する。すな
わち、トルクＴを印加すると、その方向と軸材の飽和磁
わい定数λの符合に依存して軸表層部に45°或いは−45
°方向を磁化容易軸とする一軸磁気異方性が現われ、こ
れにより一対の磁心の自己インダクタンスに差が生じ、
トルク検出が可能となる。
ヘッド）１、２をその磁極対方向が軸材（被検査体）５
の軸方向に対して±45°となるように軸材に非接触に配
置されている。軸材に印加されたトルクＴの検出の原理
は、トルクＴによって軸材に誘導される主応力により、
その表層部の透磁率が異方的になるのを利用する。すな
わち、トルクＴを印加すると、その方向と軸材の飽和磁
わい定数λの符合に依存して軸表層部に45°或いは−45
°方向を磁化容易軸とする一軸磁気異方性が現われ、こ
れにより一対の磁心の自己インダクタンスに差が生じ、
トルク検出が可能となる。
第２図は、一対の磁心の自己インダクタンスの差を検
出するための回路の一例を示しており、磁心の自己イン
ダクタンスをＬとするＬ−Ｒブリッジ、それを励振する
励振部、及びブリッジの非平衡電圧から同期整流により
直流出力を得る部分からなっている。
出するための回路の一例を示しており、磁心の自己イン
ダクタンスをＬとするＬ−Ｒブリッジ、それを励振する
励振部、及びブリッジの非平衡電圧から同期整流により
直流出力を得る部分からなっている。
しかしながら、このような磁気ヘッド方式のトルクセ
ンサーは、構造が簡単となるものの、軸材の保磁力は一
般に大きく、出力に大きなヒステリシスを生じる問題が
あった。
ンサーは、構造が簡単となるものの、軸材の保磁力は一
般に大きく、出力に大きなヒステリシスを生じる問題が
あった。
本発明は、上記磁気ヘッド方式のトルクセンサーにお
ける問題点を解決するためになされたものであって、特
にヒステリシスの少ない高性能な非接触式トルクセンサ
ーを提供することを目的とするものである。
ける問題点を解決するためになされたものであって、特
にヒステリシスの少ない高性能な非接触式トルクセンサ
ーを提供することを目的とするものである。
（課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため、本発明者は、ヒステリシス
が応力を駆動源とする磁壁の非可逆的移動に起因し、磁
壁ピニングが大きいほど大きくなるので、減衰磁界を重
畳することによりヒステリシスの低減が可能であるとの
知見に基づいて、種々の方策について検討した。その結
果、トルク検出磁界と直交方向に振幅の大きな交流磁界
（直交シェイキング磁界）を連続的に重畳する方式を見
い出し、ここに本発明をなしたものである。
が応力を駆動源とする磁壁の非可逆的移動に起因し、磁
壁ピニングが大きいほど大きくなるので、減衰磁界を重
畳することによりヒステリシスの低減が可能であるとの
知見に基づいて、種々の方策について検討した。その結
果、トルク検出磁界と直交方向に振幅の大きな交流磁界
（直交シェイキング磁界）を連続的に重畳する方式を見
い出し、ここに本発明をなしたものである。
すなわち、本発明は、逆磁歪効果を利用して強磁性軸
材のトルクを非接触方式で検出するトルクセンサーであ
り、被検出体である強磁性軸材の軸方向に対して±45度
の角度で非接触状態で強磁性軸材の周囲に配置し、ブリ
ッジ回路を構成する一対の検出用Ｕ字形鉄心と、各Ｕ字
形鉄心に直交する一対のシェイキング磁界用Ｕ字形鉄心
とを備え、トルク検出磁界と直交方向にシェイキング磁
界を連続的に重畳させてトルクセンサー出力特性のヒス
テリシスを低減することを特徴とする。
材のトルクを非接触方式で検出するトルクセンサーであ
り、被検出体である強磁性軸材の軸方向に対して±45度
の角度で非接触状態で強磁性軸材の周囲に配置し、ブリ
ッジ回路を構成する一対の検出用Ｕ字形鉄心と、各Ｕ字
形鉄心に直交する一対のシェイキング磁界用Ｕ字形鉄心
とを備え、トルク検出磁界と直交方向にシェイキング磁
界を連続的に重畳させてトルクセンサー出力特性のヒス
テリシスを低減することを特徴とする。
以下に本発明を更に詳細に説明する。
（作用） 第３図は本発明における磁心の配置状況を示す図で、
１と２は検出磁界用の一対のＵ字形磁心、３と４はシェ
イキング磁界用の一対のＵ字形磁心であり、それぞれ磁
性体の回りにコイルが巻装されている。
１と２は検出磁界用の一対のＵ字形磁心、３と４はシェ
イキング磁界用の一対のＵ字形磁心であり、それぞれ磁
性体の回りにコイルが巻装されている。
検出用の一対のＵ字形磁心１、２は軸材（被検査体）
の軸方向に対して±45°となるように軸材５に非接触に
配置されており、トルクに比例した透磁率変化を検出す
るものである。
の軸方向に対して±45°となるように軸材５に非接触に
配置されており、トルクに比例した透磁率変化を検出す
るものである。
一方、シェイキング磁界用の一対のＵ字形磁心３、４
は、検出用のＵ字形磁心１、２のそれぞれに対して直交
した方向に配置されている。
は、検出用のＵ字形磁心１、２のそれぞれに対して直交
した方向に配置されている。
このような配置において、Ｕ字形磁心３、４によって
トルク検出磁界と直交方向に交流磁界（シェイキング磁
界）を連続的に重畳し、検出用磁心に誘起する、シェイ
キング磁界に起因した出力電圧成分をフィルターを用い
て除去し、その後同期整流によって直流出力を得て、ト
ルクが検出される。
トルク検出磁界と直交方向に交流磁界（シェイキング磁
界）を連続的に重畳し、検出用磁心に誘起する、シェイ
キング磁界に起因した出力電圧成分をフィルターを用い
て除去し、その後同期整流によって直流出力を得て、ト
ルクが検出される。
第４図はそのためのトルク検出回路の一例を示したも
ので、その構成は、大別して主回路とシェイキング回路
とからなっている。主回路はインダクタンスの差を検出
するＬ−Ｒブリッジ、それを励振する励振部及び共振用
コンデンサCP、シェイキング周波数成分を除去するフィ
ルタ、及び同期整流器からなっている（第４図（ａ）参
照）。シェイキング回路はシェイキング用磁気ヘッドを
励振する励振部及び共振用コンデンサCSからなっている
（第４図（ｂ）参照）。
ので、その構成は、大別して主回路とシェイキング回路
とからなっている。主回路はインダクタンスの差を検出
するＬ−Ｒブリッジ、それを励振する励振部及び共振用
コンデンサCP、シェイキング周波数成分を除去するフィ
ルタ、及び同期整流器からなっている（第４図（ａ）参
照）。シェイキング回路はシェイキング用磁気ヘッドを
励振する励振部及び共振用コンデンサCSからなっている
（第４図（ｂ）参照）。
シェイキング条件（周波数、電流）は特に制限されな
いが、シェイキング電流が200mA以上の場合にヒステリ
シス低減効果がより大きい。
いが、シェイキング電流が200mA以上の場合にヒステリ
シス低減効果がより大きい。
また、消費電力の点からは、振幅の大きなシェイキン
グ電流の周波数を振幅の小さな検出電流のそれより低く
するのが望ましい。
グ電流の周波数を振幅の小さな検出電流のそれより低く
するのが望ましい。
軸材（被検査体）は、強磁性の軸材であれば特に制限
はなく、例えばS45Cなどが挙げられる。
はなく、例えばS45Cなどが挙げられる。
なお、励磁条件（周波数、電流）は従来と同様でよい
が、励磁電流が100mAの如く低い方が直交シェイキング
効果が大きい。
が、励磁電流が100mAの如く低い方が直交シェイキング
効果が大きい。
次に本発明の実施例を示す。
（実施例） 第３図に示す構成の実験装置を使用し、磁心１、２と
してCo基アモルファス磁性体からなる断面円形（断面積
7.5mm2）で、コイル巻数200回のものを用い、磁心３、
４としてCo基アモルファス磁性体からなる断面円形（断
面積27mm2）で、コイル巻数300回のものを用いた。各磁
心の平均ギャップは約0.6mmである。被検査体の軸材に
は炭素鋼S45C（焼入れ処理なし）からなる直径25mmのも
のを用いた。
してCo基アモルファス磁性体からなる断面円形（断面積
7.5mm2）で、コイル巻数200回のものを用い、磁心３、
４としてCo基アモルファス磁性体からなる断面円形（断
面積27mm2）で、コイル巻数300回のものを用いた。各磁
心の平均ギャップは約0.6mmである。被検査体の軸材に
は炭素鋼S45C（焼入れ処理なし）からなる直径25mmのも
のを用いた。
実験は、軸材に±50kg・ｍ（＝±490N・ｍ）のトルク
を与え、ストロンゲージにより測定した出力電圧をＸ軸
に、トルクセンサーの出力電圧をＹ軸にとってＸ−Ｙレ
コーダに記録する方法で行った。
を与え、ストロンゲージにより測定した出力電圧をＸ軸
に、トルクセンサーの出力電圧をＹ軸にとってＸ−Ｙレ
コーダに記録する方法で行った。
実験の結果は以下のとおりである。
（１）非シェイキング時のヒステリシス： シェイキング磁界を与えない状態で、励磁周波数を10
kHzとし、励磁電流を50〜550mAまで変化させて出力にお
けるヒステリシスを測定した。励磁電流−ヒステリシス
特性を第５図に示す。
kHzとし、励磁電流を50〜550mAまで変化させて出力にお
けるヒステリシスを測定した。励磁電流−ヒステリシス
特性を第５図に示す。
第５図からわかるように、励磁電流が100mAの場合に
は約25％ものヒステリシスが存在するが、励磁電流の増
加に伴ってヒステリシスは減少し、400mA以上ではヒス
テリシスは６％以下と低いレベルとなっている。
は約25％ものヒステリシスが存在するが、励磁電流の増
加に伴ってヒステリシスは減少し、400mA以上ではヒス
テリシスは６％以下と低いレベルとなっている。
（２）シェイキング時のヒステリシス： 直交シェイキングによるヒステリシスの低減の程度を
調べるため、非シェイキング時に大きなヒステリシスが
存在する励磁条件（10kHz、100mA）と同一の条件に励磁
周波数及び励磁電流をに設定し、シェイキング周波数を
1kHzとし、シェイキング電流を０〜250mAまで変化させ
て出力におけるヒステリシスを測定した。シェイキング
電流−ヒステリシス及び感度特性を第６図に示す。な
お、シェイキング周波数を20kHzにした時も同様な結果
が得られた。
調べるため、非シェイキング時に大きなヒステリシスが
存在する励磁条件（10kHz、100mA）と同一の条件に励磁
周波数及び励磁電流をに設定し、シェイキング周波数を
1kHzとし、シェイキング電流を０〜250mAまで変化させ
て出力におけるヒステリシスを測定した。シェイキング
電流−ヒステリシス及び感度特性を第６図に示す。な
お、シェイキング周波数を20kHzにした時も同様な結果
が得られた。
第６図からわかるように、ヒステリシスはシェイキン
グ電流の増加に伴って減少していき、シェイキング電流
200mA以上ではヒステリシスが2.5％以下と非シェイキン
グ時の10分の１程度のレベルとなっている。感度につい
ては、シェイキング電流が100mA程度では非シェイキン
グ時と比較して若干低下しているが、シェイキング電流
200mA以上では非シェイキング時と同程度若しくはそれ
以上の感度が得られている。これらの傾向は、直交シェ
イキング磁界によって磁壁の実効的なピニング力が弱め
られたことに起因しているものと考えられる。
グ電流の増加に伴って減少していき、シェイキング電流
200mA以上ではヒステリシスが2.5％以下と非シェイキン
グ時の10分の１程度のレベルとなっている。感度につい
ては、シェイキング電流が100mA程度では非シェイキン
グ時と比較して若干低下しているが、シェイキング電流
200mA以上では非シェイキング時と同程度若しくはそれ
以上の感度が得られている。これらの傾向は、直交シェ
イキング磁界によって磁壁の実効的なピニング力が弱め
られたことに起因しているものと考えられる。
なお、軸材として、よりハードな磁気特性を有するSC
M415の焼入れ材を用いた場合においても、同様の効果が
得られた。
M415の焼入れ材を用いた場合においても、同様の効果が
得られた。
勿論、磁心用の磁性体の材質、断面形状、大きさ、コ
イル巻数、ギャップ等々も適宜決めることができること
は云うまでもない。
イル巻数、ギャップ等々も適宜決めることができること
は云うまでもない。
（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、逆磁わい効果
を利用した非接触式トルクセンサーにおいて、検出磁界
に直交シェイキング磁界を重畳することにより、ヒステ
リシスを著しく低減できるので、簡単な構造で、しかも
高性能な非接触式トルクセンサーを提供できる。
を利用した非接触式トルクセンサーにおいて、検出磁界
に直交シェイキング磁界を重畳することにより、ヒステ
リシスを著しく低減できるので、簡単な構造で、しかも
高性能な非接触式トルクセンサーを提供できる。
第１図は磁わい効果を利用した従来の非接触式トルクセ
ンサーの磁心の配置状況を示す図、 第２図はそのトルクセンサーのトルク検出用回路を示す
図、 第３図は本発明のトルクセンサーにおける磁心の配置状
況を示す図、 第４図はそのトルクセンサーのトルク検出回路の一例を
示す図で、（ａ）は主回路、（ｂ）はシェイキング回路
を示し、 第５図は非シェイキング時の励磁電流−ヒステリシス特
性を示す図、 第６図はシェイキング時のシェイキング電流−ヒステリ
シス及び感度特性を示す図である。 １、２…検出用Ｕ字形磁心、３、４…シェイキング磁界
用Ｕ字形磁心、５…軸材（被検査体）。
ンサーの磁心の配置状況を示す図、 第２図はそのトルクセンサーのトルク検出用回路を示す
図、 第３図は本発明のトルクセンサーにおける磁心の配置状
況を示す図、 第４図はそのトルクセンサーのトルク検出回路の一例を
示す図で、（ａ）は主回路、（ｂ）はシェイキング回路
を示し、 第５図は非シェイキング時の励磁電流−ヒステリシス特
性を示す図、 第６図はシェイキング時のシェイキング電流−ヒステリ
シス及び感度特性を示す図である。 １、２…検出用Ｕ字形磁心、３、４…シェイキング磁界
用Ｕ字形磁心、５…軸材（被検査体）。
Claims (1)
- 【請求項１】被検出体である強磁性軸材の軸方向に対し
て±45度の角度で非接触状態で強磁性軸材の周囲に配置
し、ブリッジ回路を構成する一対の検出用Ｕ字形鉄心
と、各Ｕ字形鉄心に直交する一対のシェイキング磁界用
Ｕ字形鉄心とを備え、トルク検出磁界と直交方向にシェ
イキング磁界を連続的に重畳させてトルクセンサー出力
特性のヒステリシスを低減することを特徴とする非接触
式トルクセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13766690A JP2905561B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 非接触式トルクセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13766690A JP2905561B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 非接触式トルクセンサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0431726A JPH0431726A (ja) | 1992-02-03 |
| JP2905561B2 true JP2905561B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=15203977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13766690A Expired - Fee Related JP2905561B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 非接触式トルクセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2905561B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4738353B2 (ja) * | 2007-01-05 | 2011-08-03 | デンカエンジニアリング株式会社 | 粉体空気圧送方法及び装置 |
| JP2008304263A (ja) * | 2007-06-06 | 2008-12-18 | Hitachi Metals Ltd | トルクセンサ用磁気コア、磁気コアユニット及びトルクセンサ |
-
1990
- 1990-05-28 JP JP13766690A patent/JP2905561B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0431726A (ja) | 1992-02-03 |
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Legal Events
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