JP3253947B2 - トルク検知装置 - Google Patents
トルク検知装置Info
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- JP3253947B2 JP3253947B2 JP2000066056A JP2000066056A JP3253947B2 JP 3253947 B2 JP3253947 B2 JP 3253947B2 JP 2000066056 A JP2000066056 A JP 2000066056A JP 2000066056 A JP2000066056 A JP 2000066056A JP 3253947 B2 JP3253947 B2 JP 3253947B2
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- Japan
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- torque
- shaft
- axis
- core
- magnetoelastic
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/105—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Power Steering Mechanism (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トルク検知装置に
関し、特に、磁気弾性部材を含むトルク検知装置に関す
る。
関し、特に、磁気弾性部材を含むトルク検知装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び解決しようとする課題】細長いシャフ
トに与えられているトルクを検出するために、多数のト
ルク検知装置が開発されている。かようなトルク検知装
置は、典型的には、シャフトに固着された磁気弾性リン
グを含む。この磁気弾性リングは、シャフトに与えられ
ているトルクに対応して、典型的には軸方向に、磁場を
提供する。センサは、磁場を検知するために、磁気弾性
リングに隣接して位置づけられる。トルクの量は、検知
された磁場に基づいて決定される。かようなシステム
は、しばしば、磁場を正確に検出するために、複雑なセ
ンサを必要とする。
トに与えられているトルクを検出するために、多数のト
ルク検知装置が開発されている。かようなトルク検知装
置は、典型的には、シャフトに固着された磁気弾性リン
グを含む。この磁気弾性リングは、シャフトに与えられ
ているトルクに対応して、典型的には軸方向に、磁場を
提供する。センサは、磁場を検知するために、磁気弾性
リングに隣接して位置づけられる。トルクの量は、検知
された磁場に基づいて決定される。かようなシステム
は、しばしば、磁場を正確に検出するために、複雑なセ
ンサを必要とする。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明は、長手方向軸を
有する長いシャフトにおけるトルクを検知するためのト
ルク検知装置に関する。トルク検知装置は、シャフトに
同軸に固着されているほぼ筒状の磁気弾性部材を含む。
磁気弾性部材は、互いに離隔されている第１及び第２の
端部を有する。各端部は、シャフトの軸に直交して延在
する平面に対して、所定角度で、軸方向に面取りされて
いる。各端部に対する所定角度は、約４２度〜約４８度
の範囲である。磁気弾性部材は、シャフトに与えられて
いるトルクに対応して変化する軸方向磁場を提供する。
これによる磁束は該磁気弾性部材を軸方向に通り延びま
た上記第１及び第２の面取りした端部を通って延びる。
検出器は、面取りした端部を通る磁場を検知して、与え
られたトルクを表示する信号を提供するよう、磁気弾性
部材に隣接して位置づけられている。この検出器は、シ
ャフト軸にほぼ平行な軸を有しシャフト軸から所定距離
だけ離隔されている長いコアと、少なくとも上記コアの
軸方向長さの大部分の周りに巻き付いているコイルと、
を備えている。
有する長いシャフトにおけるトルクを検知するためのト
ルク検知装置に関する。トルク検知装置は、シャフトに
同軸に固着されているほぼ筒状の磁気弾性部材を含む。
磁気弾性部材は、互いに離隔されている第１及び第２の
端部を有する。各端部は、シャフトの軸に直交して延在
する平面に対して、所定角度で、軸方向に面取りされて
いる。各端部に対する所定角度は、約４２度〜約４８度
の範囲である。磁気弾性部材は、シャフトに与えられて
いるトルクに対応して変化する軸方向磁場を提供する。
これによる磁束は該磁気弾性部材を軸方向に通り延びま
た上記第１及び第２の面取りした端部を通って延びる。
検出器は、面取りした端部を通る磁場を検知して、与え
られたトルクを表示する信号を提供するよう、磁気弾性
部材に隣接して位置づけられている。この検出器は、シ
ャフト軸にほぼ平行な軸を有しシャフト軸から所定距離
だけ離隔されている長いコアと、少なくとも上記コアの
軸方向長さの大部分の周りに巻き付いているコイルと、
を備えている。
【０００４】
【好ましい実施形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限
定されるものではない。
本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限
定されるものではない。
【０００５】図１は、本発明によるトルク検知装置の好
ましい実施形態を示す。トルク検知装置は、概して符号
１０で示されている。トルク検知装置１０は、長いシャ
フト１２に与えられているトルクを検知する。長いシャ
フト１２は、車輌ステアリングシステムのトーションバ
ーであってもよい。シャフト１２は、筒状の外面及びシ
ャフトを軸方向に貫通して延在する長手方向軸１４を有
する。シャフト１２は、剛性材料から形成されていて、
好ましくは低い透磁率を有する。長手方向軸１４に対し
て与えられているＴで示されているトルクに対応して、
シャフト１２はトーションを受ける。
ましい実施形態を示す。トルク検知装置は、概して符号
１０で示されている。トルク検知装置１０は、長いシャ
フト１２に与えられているトルクを検知する。長いシャ
フト１２は、車輌ステアリングシステムのトーションバ
ーであってもよい。シャフト１２は、筒状の外面及びシ
ャフトを軸方向に貫通して延在する長手方向軸１４を有
する。シャフト１２は、剛性材料から形成されていて、
好ましくは低い透磁率を有する。長手方向軸１４に対し
て与えられているＴで示されているトルクに対応して、
シャフト１２はトーションを受ける。
【０００６】トルク検知装置１０は、シャフト１２に対
して同軸に固着されている１６で示されている筒状磁気
弾性部材を含む。磁気弾性部材１６は、筒状管状スリー
ブであり、シャフト１２と磁気弾性部材１６との間にス
リップが生じないように、圧入、溶接ないしは他の方法
でシャフト１２の外面に固着されてもよい。与えられた
トルクＴに起因するシャフト１２のトーションは、磁気
弾性部材１６に転移する。
して同軸に固着されている１６で示されている筒状磁気
弾性部材を含む。磁気弾性部材１６は、筒状管状スリー
ブであり、シャフト１２と磁気弾性部材１６との間にス
リップが生じないように、圧入、溶接ないしは他の方法
でシャフト１２の外面に固着されてもよい。与えられた
トルクＴに起因するシャフト１２のトーションは、磁気
弾性部材１６に転移する。
【０００７】磁気弾性部材１６は、互いに離隔している
第１及び第２の端部１８及び２０を有する。各端部１８
及び２０は、シャフトの軸１４に直交して延在する２２
及び２４で示される平面に対して所定角度にて、磁気弾
性部材１６から軸方向に面取りされている。Θ1及びΘ2
で示される角度は、約４２度〜約４８度の範囲にあり、
好ましくは４５度である。円錐台形端部１８及び２０の
軸方向長さは、角度Θ 1及びΘ2は好ましくは４５度に維
持されたままであるが、磁気弾性部材１６の厚さに応じ
て変化してもよい。
第１及び第２の端部１８及び２０を有する。各端部１８
及び２０は、シャフトの軸１４に直交して延在する２２
及び２４で示される平面に対して所定角度にて、磁気弾
性部材１６から軸方向に面取りされている。Θ1及びΘ2
で示される角度は、約４２度〜約４８度の範囲にあり、
好ましくは４５度である。円錐台形端部１８及び２０の
軸方向長さは、角度Θ 1及びΘ2は好ましくは４５度に維
持されたままであるが、磁気弾性部材１６の厚さに応じ
て変化してもよい。
【０００８】磁気弾性部材１６は、例えば、マルエージ
鋼又は磁気弾性材料群に含まれる他の材料などの磁気異
方性材料から形成される。磁気弾性部材１６は、シャフ
トの軸１４を中心として円周方向に、磁気極性化されて
いる。磁気弾性部材１６は、薄い筒状側壁部を有し、所
定の軸方向長さであるが、この長さは装置１０の用途に
応じて変えてもよい。
鋼又は磁気弾性材料群に含まれる他の材料などの磁気異
方性材料から形成される。磁気弾性部材１６は、シャフ
トの軸１４を中心として円周方向に、磁気極性化されて
いる。磁気弾性部材１６は、薄い筒状側壁部を有し、所
定の軸方向長さであるが、この長さは装置１０の用途に
応じて変えてもよい。
【０００９】検出器３０は、磁気弾性部材１６によって
与えられた磁場を検知するため、磁気弾性部材１６に近
接して位置づけられている。検出器３０は、ソリッドス
テート又はホール効果センサなどの公知の形状の一体化
された回路センサであってもよい。検出器３０は、シャ
フトの軸１４にほぼ平行な長手方向軸３４を有する長い
コア３２の形態のセンサコイルアセンブリとして図示さ
れている。コア３２は、公知の強磁性材料が適当である
が、磁性材料のキャストアモルファスワイヤの形態であ
る。コア３２は、約０．１ｍｍ〜約０．２ｍｍの範囲の
所定の直径を有する。検出器３０は、さらに、少なくと
もコア３２の軸方向長さの大部分を取り巻く、適当には
約２００回以上であるが、複数回のコイル巻き３６を有
するワイヤを含む。コイル巻き３６は、好ましくは、例
えば、４１ゲージ銅ワイヤなど導電性ワイヤから形成さ
れている。コイル巻き３６は、複数の重ね合わせの積層
としてコア３２の周りに巻き付く。
与えられた磁場を検知するため、磁気弾性部材１６に近
接して位置づけられている。検出器３０は、ソリッドス
テート又はホール効果センサなどの公知の形状の一体化
された回路センサであってもよい。検出器３０は、シャ
フトの軸１４にほぼ平行な長手方向軸３４を有する長い
コア３２の形態のセンサコイルアセンブリとして図示さ
れている。コア３２は、公知の強磁性材料が適当である
が、磁性材料のキャストアモルファスワイヤの形態であ
る。コア３２は、約０．１ｍｍ〜約０．２ｍｍの範囲の
所定の直径を有する。検出器３０は、さらに、少なくと
もコア３２の軸方向長さの大部分を取り巻く、適当には
約２００回以上であるが、複数回のコイル巻き３６を有
するワイヤを含む。コイル巻き３６は、好ましくは、例
えば、４１ゲージ銅ワイヤなど導電性ワイヤから形成さ
れている。コイル巻き３６は、複数の重ね合わせの積層
としてコア３２の周りに巻き付く。
【００１０】コアの軸３４は、磁気弾性部材１６の外面
から、ｄで示される所定距離だけ離隔されている。例え
ば、直径約０．１２５ｍｍのコア３２では、コアの軸３
４は、磁気弾性部材１６の外面から約１．７５ｍｍ〜約
２．２５ｍｍの範囲で適当に離隔されている。特定の距
離ｄは、コア３２の直径、コイル巻き３６の半径方向厚
み、磁気弾性部材１６の寸法、並びに装置１０の特定の
用途に応じて変えてもよい。検出器３０のコイル巻き３
６の外面と磁気弾性部材１６との間のエアギャップは、
約１．０ｍｍ〜約１．７５ｍｍの範囲が適当である。長
いコア３２は、さらに、磁気弾性部材１６とほぼ同じ範
囲を占める。特に、コア３２は磁気弾性部材端部１８及
び２０に隣接して位置づけられている端部３８及び４０
を有する。各コア端部３８及び４０は、好ましくは、そ
れぞれ磁気弾性部材端部１８及び２０から約０．８ｍｍ
〜約１．２ｍｍの範囲で離隔されている。
から、ｄで示される所定距離だけ離隔されている。例え
ば、直径約０．１２５ｍｍのコア３２では、コアの軸３
４は、磁気弾性部材１６の外面から約１．７５ｍｍ〜約
２．２５ｍｍの範囲で適当に離隔されている。特定の距
離ｄは、コア３２の直径、コイル巻き３６の半径方向厚
み、磁気弾性部材１６の寸法、並びに装置１０の特定の
用途に応じて変えてもよい。検出器３０のコイル巻き３
６の外面と磁気弾性部材１６との間のエアギャップは、
約１．０ｍｍ〜約１．７５ｍｍの範囲が適当である。長
いコア３２は、さらに、磁気弾性部材１６とほぼ同じ範
囲を占める。特に、コア３２は磁気弾性部材端部１８及
び２０に隣接して位置づけられている端部３８及び４０
を有する。各コア端部３８及び４０は、好ましくは、そ
れぞれ磁気弾性部材端部１８及び２０から約０．８ｍｍ
〜約１．２ｍｍの範囲で離隔されている。
【００１１】磁気弾性部材１６は、軸方向磁場を提供す
る。この軸方向磁場の磁束は、シャフト１２に与えられ
ているトルクＴに対応して変化する。磁場は、コア３２
及び面取りされた端部１８及び２０の間のコイル巻き３
６を貫通して移動する磁束曲線を有する。検出器３０
は、磁気弾性部材１６によって与えられた軸方向磁場を
検知する。検出器３０は、トルク対応磁場を表示、すな
わち与えられたトルクＴを表示する信号を提供する。
る。この軸方向磁場の磁束は、シャフト１２に与えられ
ているトルクＴに対応して変化する。磁場は、コア３２
及び面取りされた端部１８及び２０の間のコイル巻き３
６を貫通して移動する磁束曲線を有する。検出器３０
は、磁気弾性部材１６によって与えられた軸方向磁場を
検知する。検出器３０は、トルク対応磁場を表示、すな
わち与えられたトルクＴを表示する信号を提供する。
【００１２】例えば、公知の周波数及び磁力を有する交
流電源４２は、コイル巻き３６の一端部に与えられても
よい。コイル巻き３６の他端部における出力は、公知の
信号比較回路などの信号処理回路４４に供給されてもよ
い。コイル巻き３６のインプットに供給された信号は、
さらに、信号処理回路４４に入力される。信号処理回路
４４は、公知の態様で、コイル巻き３６の入力信号と出
力信号とを比較して、与えられたトルクＴを決定する。
流電源４２は、コイル巻き３６の一端部に与えられても
よい。コイル巻き３６の他端部における出力は、公知の
信号比較回路などの信号処理回路４４に供給されてもよ
い。コイル巻き３６のインプットに供給された信号は、
さらに、信号処理回路４４に入力される。信号処理回路
４４は、公知の態様で、コイル巻き３６の入力信号と出
力信号とを比較して、与えられたトルクＴを決定する。
【００１３】信号処理回路４４からの検出されたトルク
出力信号は、所望の成分を効果的に作動させるために、
システム制御回路（図示せず）に与えられてもよい。比
較回路４４からのトルク信号は、例えば、車輌のハンド
ルに与えられたトルクに対応して車輌の車輪を転回させ
る電気モータを制御するために使用されてもよい。
出力信号は、所望の成分を効果的に作動させるために、
システム制御回路（図示せず）に与えられてもよい。比
較回路４４からのトルク信号は、例えば、車輌のハンド
ルに与えられたトルクに対応して車輌の車輪を転回させ
る電気モータを制御するために使用されてもよい。
【００１４】端部１８及び２０は、面取りされているの
で、軸方向に発生した磁場及び対応する磁束曲線は増加
する。ほぼ平坦な端部の部材を有する従来のシステムを
凌駕するかような面取りされた端部の磁気弾性部材を有
する本発明によるシステムによって、信号強度において
約５％の増加が与えられる。こうして、検出器３０など
の簡易な電気機器をトルク依存型磁場の検知に使用でき
ることになる。加えて、慣用のセンサは、与えられたト
ルクのより少量を検知することができるので、システム
の応答性を改良することができる。さらに、複数のかよ
うなトルク検知装置が、シャフト１２と一緒に使われて
もよい。
で、軸方向に発生した磁場及び対応する磁束曲線は増加
する。ほぼ平坦な端部の部材を有する従来のシステムを
凌駕するかような面取りされた端部の磁気弾性部材を有
する本発明によるシステムによって、信号強度において
約５％の増加が与えられる。こうして、検出器３０など
の簡易な電気機器をトルク依存型磁場の検知に使用でき
ることになる。加えて、慣用のセンサは、与えられたト
ルクのより少量を検知することができるので、システム
の応答性を改良することができる。さらに、複数のかよ
うなトルク検知装置が、シャフト１２と一緒に使われて
もよい。
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態によるトル
ク検知装置の側面立面図である。
ク検知装置の側面立面図である。
１０：トルク検知装置 １２：シャフト １４：シャフトの長手方向軸 １６：磁気弾性部材 １８，２０：磁気弾性部材の端部 ３０：検出器 ３２：コア ３４：コアの軸 ３８，４０：コアの端部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−62987（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−250673（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−140339（ＪＰ，Ｕ) 特表 平９−511832（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 3/10
Claims (5)
- 【請求項１】 長手方向軸を有する長いシャフトに与え
られているトルクを検出するトルク検知装置であって、 上記シャフトに対して同軸に固着されていて、各々上記
シャフトの軸に直交して延在する平面に対して約４２度
〜約４８度の範囲の所定角度で面取りされている第１及
び第２の離隔した端部を有したほぼ筒状の磁気弾性部材
であって、上記シャフトに与えられているトルクに対応
して変化する軸方向磁場を提供しそれによる磁束が該磁
気弾性部材を軸方向に通り延びまた前記第１及び第２の
面取りした端部を通って延びる、前記磁気弾性部材と、前記面取りした両端部を通る 上記磁場を検出して、上記
与えられているトルクを表示する信号を与えるよう、上
記磁気弾性部材に隣接して位置づけられている検出器
と、を有し、該検出器は、前記シャフト軸にほぼ平行な軸を有し、前
記シャフト軸から所定距離だけ離隔されている長いコア
と、少なくとも上記コアの軸方向長さの大部分の周りに
巻き付いているコイルと、 を備えることを特徴とするト
ルク検知装置。 - 【請求項２】 請求項１のトルク検知装置であって、 前記コアの軸は、前記磁気弾性部材から、約１．７５ｍ
ｍ〜約２．２５ｍｍの範囲で離隔されていることを特徴
とするトルク検知装置。 - 【請求項３】 請求項１のトルク検知装置であって、 前記コアは、前記磁気弾性部材の各前記端部に各々隣接
した、軸方向に離隔されている端部を有する、ことを特
徴とするトルク検知装置。 - 【請求項４】 請求項３のトルク検知装置であって、 各前記コア端部は、前記磁気弾性部材の各隣接する端部
から約０．８ｍｍ〜約１．２ｍｍの範囲で、軸方向内方
に離隔されている、ことを特徴とするトルク検知装置。 - 【請求項５】 請求項１のトルク検知装置であって、 各前記所定角度は、前記シャフトの軸に直交して延在す
る平面に対して、約４５度である、ことを特徴とするト
ルク検知装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/271706 | 1999-03-18 | ||
| US09/271,706 US6301976B1 (en) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | Torque sensing apparatus having a magnetoelastic member secured to a shaft |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000283862A JP2000283862A (ja) | 2000-10-13 |
| JP3253947B2 true JP3253947B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=23036722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000066056A Expired - Lifetime JP3253947B2 (ja) | 1999-03-18 | 2000-03-10 | トルク検知装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6301976B1 (ja) |
| EP (1) | EP1037029A3 (ja) |
| JP (1) | JP3253947B2 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6467360B1 (en) * | 1999-04-23 | 2002-10-22 | Trw Inc. | Torque sensing apparatus and method |
| US6516508B1 (en) | 1999-11-10 | 2003-02-11 | Siemens Vdo Automotive Corporation | Magnetoelastic non-compliant torque sensor and method of producing same |
| US7127797B1 (en) * | 2000-04-20 | 2006-10-31 | Kilmartin Brian D | Imparting compressive hoop stress into a bonded magnetoelastic element by means of diameter reduction of the underlying shaft |
| US6456913B1 (en) * | 2000-12-22 | 2002-09-24 | S.N.R. Roulements | Steering column with hall linear array |
| US6929518B1 (en) | 2003-12-09 | 2005-08-16 | Brunswick Corporation | Method for controlling a shift procedure for a marine propulsion system |
| US20080134802A1 (en) * | 2006-12-06 | 2008-06-12 | Turbo Trac Systems Ulc | Torque sensor |
| DE102008042213A1 (de) * | 2008-09-19 | 2010-03-25 | Zf Lenksysteme Gmbh | Elektromagnetische Servoeinheit |
| KR101597627B1 (ko) * | 2009-02-05 | 2016-02-25 | 마그나-라스틱 디바이시스, 인코포레이티드 | 배터리 충전 상태 센서 |
| WO2017057750A1 (ja) | 2015-10-01 | 2017-04-06 | ヤマハ発動機株式会社 | 磁歪式センサ |
| DE102017109536B4 (de) | 2017-05-04 | 2020-04-23 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Anordnung und Verfahren zum Messen einer Kraft oder eines Momentes an einem Maschinenelement mit mindestens drei Magnetisierungsbereichen |
| DE102017109532A1 (de) | 2017-05-04 | 2018-11-08 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Anordnung und Verfahren zum Messen eines Drehmomentes an einem Maschinenelement mit zwei Magnetfeldsensoren |
| DE102017109535B4 (de) | 2017-05-04 | 2019-12-12 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Verfahren zum Messen eines Biegemomentes an einem Maschinenelement |
| DE102017109534B4 (de) | 2017-05-04 | 2019-10-24 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Anordnung und Verfahren zum Messen einer Kraft oder eines Momentes an einem Maschinenelement mit mindestens zwei Magnetfeldsensoren |
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