JP3663517B2 - 磁歪式張力センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は磁性体の逆磁歪効果を利用した磁歪式張力センサに関するもので、特に、架空電線の張力の自動測定、及び張力の調整を行うセンサに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、架空電線等の張力を測定する方法として、逆磁歪効果を利用した磁歪式張力センサがある。これは図２に示すように、真空技術を利用して張力が加わる軸表面に磁歪膜を付着させたもので、軸１に張力が加わると、磁歪膜２の透磁率が変化し、磁歪膜の外周および磁歪膜の無い外周にそれぞれ設置したソレノイド状の励磁回路に接続してある励磁コイル３１、３２、及び信号処理回路に接続してある検出コイル４１、４２、のインピーダンス変化として検出し、信号処理回路内で各検出電圧の差動をとると、張力の信号出力を得る構成になっている。しかし、図３に示すように、磁歪膜のある側と磁歪膜のない側とでは検出電圧の温度係数が異なり、温度ドリフトが大きく現れるため精度が低下し、実用化を損ねる原因になっていた。この対策として、膜厚を調整することにより検出電圧の温度係数を変え、磁歪膜のない側の検出電圧の温度係数と等しくして張力信号出力の温度ドリフトを抑える手段が提案されいてる（特開平4-282428号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、真空技術やめっき技術を用いた磁歪膜作製法において、狙った膜厚試料を作製しようとしても膜厚が一定にならないので、膜厚を調整することにより、温度ドリフトを小さくすることは製品化レベルでは非常に困難であり、高精度の張力センサを製品化する妨げになっていた。
本発明は、狙った膜厚にならなくても磁歪膜の形状を特定方向に調整してヒステリシスを増大させずに各検出コイルの検出電圧の温度係数を等しくすることにより、温度ドリフトが小さく、高精度で実用性の高い張力センサの提供を目的としたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は張力伝達部材の表面に逆磁歪効果を有する磁歪膜を形成し、その周囲に励磁コイルと検出コイルが配置されており、前記張力伝達部材の表面に発生する歪に基づく前記磁歪膜の透磁率の変化を検出コイルのインピーダンス変化としてとらえ、前記コイル対が少なくとも２組から構成されており、一方の一組は磁歪膜の周囲に、他方の一組は前記磁歪膜の非形成部に配置されており、かつ、２つの励磁コイルが直列に接続し、前記張力伝達部材の表面に発生した歪を検出する磁歪式張力センサにおいて、前記磁歪膜は少なくとも一か所に軸方向に平行なトリミング部を設けた形状にしている。
【０００５】
【作用】
張力センサの精度はおもに温度ドリフト、ヒステリシス、非直線性の合計で決まる。温度ドリフトは前述のように磁歪膜の断面積を変えることにより変化する。磁歪膜の断面積を変える方法は種々あるが、たとえばスリットを軸の周方向に設けた場合、温度ドリフトは調整できるが、その反面ヒステリシスが増大して全体としての精度は低下する。ヒステリシスの増大原因は、励磁コイルで磁歪膜に磁界を印加すると膜は磁化されるが、この磁界の印加方向の途中にスリット等磁化を妨げるものがあると磁化されにくくなり、ヒステリシスが大きくなる。
本発明のように、磁歪膜の少なくとも一部に軸方向に平行なトリミング部（スリット）を設けた構成にすれば、ヒステリシスが増大せずに温度ドリフトを小さくできる。したがって、張力センサの精度も向上する。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第一の実施例を示す磁歪式張力センサの構成図である。図において、１は張力伝達部材である軸、２は磁歪膜、３は励磁コイル、４は検出コイル、５はヨークである。軸１はＳＵＳ３０４の丸棒を直径２７ｍｍに仕上げたもので、この表面に、スパッタ法を用いて９０ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金を６μｍの厚さに形成した磁歪膜２を固定した。次に、磁歪膜２の内部に周囲を膜で取り囲まれたトリミング部２１を形成した。トリミング部２１はレーザ一を用いて、幅と軸方向に対する角度を変えて形成した。このようにして作製した軸１の周囲に励磁コイル３および検出コイル４を巻回して張力センサを構成した。コイルは磁歪膜２の周囲に線径０．１４ｍｍの導体を２００ターン巻いた励磁コイル３１と線径０．０７ｍｍの導体を４００ターン巻いた検出コイル４１とし、磁歪膜２の無い部位に線径０．１４ｍｍの導体を２００ターン巻いた励磁コイル３２と線径０．０７ｍｍの導体を４００ターン巻いた検出コイル４２とした。各コイルの外周には、３％Ｓｉ−Ｆｅからなるヨーク５をして設置した。
つぎに、作製した各種形状の張力センサに３ｔの荷重を加えて、温度２０℃〜６０°Ｃの間の各温度に変動させて張力−出力特性を測定した。その結果を表１に示す。
【０００７】
【表１】
【０００８】
トリミング部２１の周方向の幅が８ｍｍでスリット方向が軸方向の時、温度ドリフトが０．５％と極めて小さく、ヒステリシスも変わらないことが分かった。なお、本実施例ではトリミング部２１を一か所としたが、二箇所以上としても、また、部分的でもよい。トリミングの方法として、レーザ一の他に鋭利な刃物でカットするか、研磨機で除去してもよい。また、軸１に圧縮力が加わる圧力センサや、トルクが加わるトルクセンサの場合も原理は同じであることから、本発明と同様な手段を適用すれば、同様な効果が得られる。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、軸長手方向に平行に磁歪膜の少なくとも一部をトリミングしたので、各検出電圧の温度係数を一致させることができ、差動後の出力電圧が温度により変動することがなくなり、温度ドリフトを極めて小さくすることができ、しかも、ヒステリシスなど他の精度を低下させることがない。したがって、高精度で適用範囲の広い張力センサを提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例である磁歪式張力センサの部分断面図である。
【図２】従来の磁歪式張力センサの構成を示す構成図である。
【図３】磁歪式張力センサの温度の影響を説明する説明図である。
【符号の説明】
１：軸 ５：ヨーク
２：磁歪膜
２１：トリミング部
３：励磁コイル
３１：磁歪膜側の励磁コイル
３２：磁歪膜の非形成側の励磁コイル
４：検出コイル
４１：磁歪膜側の検出コイル
４２：磁歪膜の非形成側の検出コイル
【産業上の利用分野】
本発明は磁性体の逆磁歪効果を利用した磁歪式張力センサに関するもので、特に、架空電線の張力の自動測定、及び張力の調整を行うセンサに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、架空電線等の張力を測定する方法として、逆磁歪効果を利用した磁歪式張力センサがある。これは図２に示すように、真空技術を利用して張力が加わる軸表面に磁歪膜を付着させたもので、軸１に張力が加わると、磁歪膜２の透磁率が変化し、磁歪膜の外周および磁歪膜の無い外周にそれぞれ設置したソレノイド状の励磁回路に接続してある励磁コイル３１、３２、及び信号処理回路に接続してある検出コイル４１、４２、のインピーダンス変化として検出し、信号処理回路内で各検出電圧の差動をとると、張力の信号出力を得る構成になっている。しかし、図３に示すように、磁歪膜のある側と磁歪膜のない側とでは検出電圧の温度係数が異なり、温度ドリフトが大きく現れるため精度が低下し、実用化を損ねる原因になっていた。この対策として、膜厚を調整することにより検出電圧の温度係数を変え、磁歪膜のない側の検出電圧の温度係数と等しくして張力信号出力の温度ドリフトを抑える手段が提案されいてる（特開平4-282428号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、真空技術やめっき技術を用いた磁歪膜作製法において、狙った膜厚試料を作製しようとしても膜厚が一定にならないので、膜厚を調整することにより、温度ドリフトを小さくすることは製品化レベルでは非常に困難であり、高精度の張力センサを製品化する妨げになっていた。
本発明は、狙った膜厚にならなくても磁歪膜の形状を特定方向に調整してヒステリシスを増大させずに各検出コイルの検出電圧の温度係数を等しくすることにより、温度ドリフトが小さく、高精度で実用性の高い張力センサの提供を目的としたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は張力伝達部材の表面に逆磁歪効果を有する磁歪膜を形成し、その周囲に励磁コイルと検出コイルが配置されており、前記張力伝達部材の表面に発生する歪に基づく前記磁歪膜の透磁率の変化を検出コイルのインピーダンス変化としてとらえ、前記コイル対が少なくとも２組から構成されており、一方の一組は磁歪膜の周囲に、他方の一組は前記磁歪膜の非形成部に配置されており、かつ、２つの励磁コイルが直列に接続し、前記張力伝達部材の表面に発生した歪を検出する磁歪式張力センサにおいて、前記磁歪膜は少なくとも一か所に軸方向に平行なトリミング部を設けた形状にしている。
【０００５】
【作用】
張力センサの精度はおもに温度ドリフト、ヒステリシス、非直線性の合計で決まる。温度ドリフトは前述のように磁歪膜の断面積を変えることにより変化する。磁歪膜の断面積を変える方法は種々あるが、たとえばスリットを軸の周方向に設けた場合、温度ドリフトは調整できるが、その反面ヒステリシスが増大して全体としての精度は低下する。ヒステリシスの増大原因は、励磁コイルで磁歪膜に磁界を印加すると膜は磁化されるが、この磁界の印加方向の途中にスリット等磁化を妨げるものがあると磁化されにくくなり、ヒステリシスが大きくなる。
本発明のように、磁歪膜の少なくとも一部に軸方向に平行なトリミング部（スリット）を設けた構成にすれば、ヒステリシスが増大せずに温度ドリフトを小さくできる。したがって、張力センサの精度も向上する。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第一の実施例を示す磁歪式張力センサの構成図である。図において、１は張力伝達部材である軸、２は磁歪膜、３は励磁コイル、４は検出コイル、５はヨークである。軸１はＳＵＳ３０４の丸棒を直径２７ｍｍに仕上げたもので、この表面に、スパッタ法を用いて９０ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金を６μｍの厚さに形成した磁歪膜２を固定した。次に、磁歪膜２の内部に周囲を膜で取り囲まれたトリミング部２１を形成した。トリミング部２１はレーザ一を用いて、幅と軸方向に対する角度を変えて形成した。このようにして作製した軸１の周囲に励磁コイル３および検出コイル４を巻回して張力センサを構成した。コイルは磁歪膜２の周囲に線径０．１４ｍｍの導体を２００ターン巻いた励磁コイル３１と線径０．０７ｍｍの導体を４００ターン巻いた検出コイル４１とし、磁歪膜２の無い部位に線径０．１４ｍｍの導体を２００ターン巻いた励磁コイル３２と線径０．０７ｍｍの導体を４００ターン巻いた検出コイル４２とした。各コイルの外周には、３％Ｓｉ−Ｆｅからなるヨーク５をして設置した。
つぎに、作製した各種形状の張力センサに３ｔの荷重を加えて、温度２０℃〜６０°Ｃの間の各温度に変動させて張力−出力特性を測定した。その結果を表１に示す。
【０００７】
【表１】
トリミング部２１の周方向の幅が８ｍｍでスリット方向が軸方向の時、温度ドリフトが０．５％と極めて小さく、ヒステリシスも変わらないことが分かった。なお、本実施例ではトリミング部２１を一か所としたが、二箇所以上としても、また、部分的でもよい。トリミングの方法として、レーザ一の他に鋭利な刃物でカットするか、研磨機で除去してもよい。また、軸１に圧縮力が加わる圧力センサや、トルクが加わるトルクセンサの場合も原理は同じであることから、本発明と同様な手段を適用すれば、同様な効果が得られる。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、軸長手方向に平行に磁歪膜の少なくとも一部をトリミングしたので、各検出電圧の温度係数を一致させることができ、差動後の出力電圧が温度により変動することがなくなり、温度ドリフトを極めて小さくすることができ、しかも、ヒステリシスなど他の精度を低下させることがない。したがって、高精度で適用範囲の広い張力センサを提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例である磁歪式張力センサの部分断面図である。
【図２】従来の磁歪式張力センサの構成を示す構成図である。
【図３】磁歪式張力センサの温度の影響を説明する説明図である。
【符号の説明】
１：軸 ５：ヨーク
２：磁歪膜
２１：トリミング部
３：励磁コイル
３１：磁歪膜側の励磁コイル
３２：磁歪膜の非形成側の励磁コイル
４：検出コイル
４１：磁歪膜側の検出コイル
４２：磁歪膜の非形成側の検出コイル
Claims (2)
- 張力伝達部材の表面に逆磁歪効果を有する磁歪膜を形成し、その周囲に励磁コイルと検出コイルが配置されており、前記張力伝達部材の表面に発生する歪に基づく前記磁歪膜の透磁率の変化を検出コイルのインピーダンス変化としてとらえ、前記コイル対が少なくとも２組から構成されており、一方の一組は磁歪膜の周囲に、他方の一組は前記磁歪膜の非形成部に配置されており、かつ、２つの励磁コイルが直列に接続し、前記張力伝達部材の表面に発生した歪を検出する磁歪式張力センサにおいて、前記磁歪膜は少なくとも一か所に軸方向に平行なトリミング部が設けられた形状であることを特徴とする磁歪式張力センサ。
- 前記トリミング部がスリット状である請求項１記載の磁歪式張力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31253294A JP3663517B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | 磁歪式張力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31253294A JP3663517B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | 磁歪式張力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08145827A JPH08145827A (ja) | 1996-06-07 |
| JP3663517B2 true JP3663517B2 (ja) | 2005-06-22 |
Family
ID=18030364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31253294A Expired - Fee Related JP3663517B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | 磁歪式張力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3663517B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017109114B4 (de) * | 2017-04-27 | 2019-03-21 | Trafag Ag | Kraftsensor und Kraftmessverfahren zum Messen axialer Kräfte |
| JP7438060B2 (ja) * | 2020-08-20 | 2024-02-26 | 日本発條株式会社 | 応力検出装置 |
-
1994
- 1994-11-21 JP JP31253294A patent/JP3663517B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08145827A (ja) | 1996-06-07 |
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Legal Events
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