JP3001028B2 - 磁歪式トルクセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トルク伝達軸の外周に
磁気異方性部を形成し、トルク印加時における前記磁気
異方性部の透磁率の変化を検出するようにした磁歪式ト
ルクセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の磁歪式トルクセンサでは、磁気
異方性部に外部磁場が作用すると、検出誤差の原因とな
り好ましくない。そこで従来のトルクセンサでは、この
ような外部磁場の影響を排除するために、磁気異方性部
の周囲を、透磁率変化を検出するためのコイルともど
も、筒状のシールドケースで覆うようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにシ
ールドケースを設置したものでは、軸に直角な方向の外
部磁場の影響を排除することは可能であるものの、軸に
平行な方向の外部磁場、特に軸に平行な方向の直流磁場
の影響を排除することが著しく困難であるという問題点
がある。また、シールドケースを用いたものでは、トル
ク伝達軸上の磁気異方性部などの回転部材と検出コイル
などの非回転部材との間の磁気回路の構成が複雑になる
という欠点を有する。さらに、シールドケースに集めら
れた磁束を別部材に流すための磁気回路が必要であると
いう問題点もある。

【０００４】そこで本発明はこのような問題点を解決
し、トルク伝達軸に平行な方向の外部磁場の影響を簡単
な構造で確実に排除できるようにすることを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、トルク伝達軸を中空に形成するとともに、こ
の中空部に、トルク伝達軸の軸材よりも強磁性の材料で
形成された、軸心方向の外部磁場のバイパス部材を配置
したものである。

【０００６】

【作用】このような構成によれば、トルク伝達軸の軸心
方向の外部磁場の磁束はバイパス部材を通過して、これ
がトルク伝達軸自体の特に表面部分を通過することが防
止される。磁歪式トルクセンサは、軸表面の磁気異方性
部の最外表面部を通過する磁束の変化をとらえてトルク
を検出するため、外部磁場の磁束が軸中心部のバイパス
部材を通過しても、トルクの検出結果には実質的な影響
を及ぼさない利点がある。

【０００７】

【実施例】図１において、10はトルク伝達軸で、その外
周には、一対の磁気異方性部12、12が軸心方向に距離を
おいて形成されている。各磁気異方性部12、12は、斜め
方向に傾斜したナーリング加工溝などによって形成され
ており、印加トルクを精度良く検出するために、互いに
逆方向に傾斜するように構成されている。

【０００８】磁気異方性部12、12に対応したトルク伝達
軸10の部分は、軸心方向に距離をおいた一対のベアリン
グ14、14によってケース16に回転自在に支持されてい
る。ケース16の内部には、磁気異方性部12、12の外周を
囲むシールドコア18が設けられている。このシールドコ
ア18の内部には、各磁気異方性部12、12の外周に近接し
てそれぞれ配置されたトルク検出用のコイル20、20が、
シールドコア18に囲まれた状態で設置されている。

【０００９】トルク伝達軸10は中空状に形成されてお
り、その中空穴22には、その穴径よりも細径であるとと
もにトルク伝達軸10よりも長く形成された中実軸状のバ
イパス部材24が通されている。このバイパス部材24の一
端には、トルク伝達軸10の一端面に接して軸心方向の位
置決めを行うためのフランジ26が形成されており、この
フランジに続いて、トルク伝達軸10の開孔テーパ面28に
接してトルク伝達軸10と同心状に位置決めを行うための
外周テーパ面30が形成されている。またバイパス部材24
の他端には、トルク伝達10を通り過ぎた位置に達するね
じ部32が形成されており、このねじ部32にねじ合わされ
るナット34がトルク伝達軸10の他端面に接することで、
バイパス部材24がトルク伝達軸10に固定される。

【００１０】バイパス部材24は、トルク伝達軸10よりも
強磁性の材料にて構成されている。たとえば、トルク伝
達軸10が一般のニッケルクロムモリブデン鋼である場合
には、バイパス部材24にはパーマロイやフェライトなど
が用いられる。

【００１１】図２は、このような構成の磁歪式トルクセ
ンサ36を組み込んだ装置の一例を示す。ここで38はモー
タで、その出力軸は、本発明にもとづく磁歪式トルクセ
ンサ36を介して、磁場の印加によって作動するパウダー
ブレーキ40へ接続されている。各部材36、38、40は、カ
ップリング42、42により互いに機械的に連結されてい
る。なお、トルクセンサ36では、図１に示されるトルク
伝達軸10の両端部が、それぞれカップリング42、42に機
械的に連結される。

【００１２】このような構成において、コイル20により
発生する磁束は、磁気異方性部12、12の最外表面層、具
体的には、表面から約50μｍまでの範囲を通過する。そ
して、軸10にトルクが印加されると、その応力により磁
気異方性部12、12の透磁率が変化して磁束に影響を及ぼ
し、これがコイル20、20で検出されることで、印加トル
クの大きさが測定される。

【００１３】図２に示すような装置構成であると、トル
クセンサ36には、モータ38の磁場とパウダーブレーキ40
の磁場とが影響を及ぼそうとし、これらの磁場は、図に
おいて矢印で示されるようにトルク伝達軸10を軸心と平
行な方向に通過する直流磁場である。しかし、トルク伝
達軸10よりも強磁性の材料で形成されたバイパス部材24
がトルク伝達軸10の中心部に通されており、しかもバイ
パス部材24は中空穴22よりも小径であることからエアギ
ャップが形成されるため、このような外部磁場による軸
心方向の磁束は、このバイパス部材24の内部をバイパス
するように通り、トルク伝達軸10の特に磁気異方性部1
2、12の表面層は通らない。このためトルク検出用の磁
束が外部磁場の影響を受けることが回避され、磁力の中
立点がドリフトするなどの事態の発生が防止されて、セ
ンサにおける出力誤差の発生が防止される。

【００１４】このように本発明によれば、外部磁場、特
に軸心方向の直流磁場が存在するような場合であって
も、この外部磁場がトルク測定結果に悪影響を及ぼすこ
とを防止できる。したがって、直流磁場を発生する種種
の機械、たとえばＤＣモータなどの駆動機やパウダーブ
レーキなどの制動機やパウダークラッチなどの変速機に
直結して、磁歪式トルクセンサを設置することができ
る。

【００１５】また、回転物であるトルク伝達軸10の内部
にバイパス部材24を組み込むことで外部磁場の影響を防
止しているため、その構成が簡単になる利点がある。さ
らに、上述の各種機械の外部においてこれら機械に直結
するけでなく、その機械自体の内部に組み込むこともで
きるので、トルクセンサを応用した製品の範囲を拡大す
ることができる。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によると、トル
ク伝達軸を中空に形成するとともに、この中空部に、ト
ルク伝達軸の軸材よりも強磁性の材料で形成された、軸
心方向の外部磁場のバイパス部材を配置したため、トル
ク伝達軸の軸心方向の外部磁場の磁束をバイパス部材に
通すことができ、この磁束がトルク伝達軸自体の特に表
面部分を通過することを防止できる。このため、この外
部磁場の磁束がトルク検出結果に悪影響を及ぼすことを
防止でき、このような外部磁場の存在する部分において
もトルクの測定を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の磁歪式トルクセンサの概略
断面図である。

【図２】図１の磁歪式トルクセンサの使用例を示す図で
ある。

【符号の説明】

10 トルク伝達軸 12 磁気異方性部 22 中空穴 24 バイパス部材

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トルク伝達軸の外周に磁気異方性部を形
   成し、トルク印加時における前記磁気異方性部の透磁率
   の変化を検出するようにした磁歪式トルクセンサであっ
   て、前記トルク伝達軸を中空に形成するとともに、この
   中空部に、トルク伝達軸の軸材よりも強磁性の材料で形
   成された、軸心方向の外部磁場のバイパス部材を配置し
   たことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。