JPH01169983A - 磁歪式トルクセンサ - Google Patents
磁歪式トルクセンサInfo
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- JPH01169983A JPH01169983A JP62328882A JP32888287A JPH01169983A JP H01169983 A JPH01169983 A JP H01169983A JP 62328882 A JP62328882 A JP 62328882A JP 32888287 A JP32888287 A JP 32888287A JP H01169983 A JPH01169983 A JP H01169983A
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- torque
- shot
- magnetostrictive
- torque sensor
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、回転軸の印加トルクを、その軸表面の螺旋溝
を有する磁歪部の透磁率の変化として非接触的に検出す
る応力異方性磁歪式トルクセンサの改良に関する。
を有する磁歪部の透磁率の変化として非接触的に検出す
る応力異方性磁歪式トルクセンサの改良に関する。
電動機、工作機械、自動車等における回転駆動系の回転
軸に加わるトルクを検出するセンサとして、回転軸の適
所に螺旋溝（所謂シェブロン形状溝）を設けて磁歪部と
し、回転軸にトルクが印加されることにより該磁歪部に
生じる透磁率の変化を電気量として検出するようにした
応力異方性磁歪式トルクセンサが広く使用されている。
軸に加わるトルクを検出するセンサとして、回転軸の適
所に螺旋溝（所謂シェブロン形状溝）を設けて磁歪部と
し、回転軸にトルクが印加されることにより該磁歪部に
生じる透磁率の変化を電気量として検出するようにした
応力異方性磁歪式トルクセンサが広く使用されている。
第３図にその例を示す、 （２ａ）および（２ｂ）は、
回転軸（１）の周方向に略等間隔に形成されている螺旋
溝である。一方の螺旋溝（２ａ）と他方の螺旋溝（２ｂ
）の円周方向に対する傾斜角度は相等しく、向きは逆で
ある。
回転軸（１）の周方向に略等間隔に形成されている螺旋
溝である。一方の螺旋溝（２ａ）と他方の螺旋溝（２ｂ
）の円周方向に対する傾斜角度は相等しく、向きは逆で
ある。
（４）は励磁巻線、（６ａ） （６ｂ）は検出巻線であ
り、それぞれ回転軸（１）に回転対称に巻装されている
。
り、それぞれ回転軸（１）に回転対称に巻装されている
。
励磁巻線（４）は高周波電源（５）に励磁されて磁歪部
（３ａ） （３ｂ）に励磁々界を印加する。検出巻線（
６ａ）と（６ｂ）は逆極性に接続されており、その端子
に同期整流器（７）が接続されている。
（３ａ） （３ｂ）に励磁々界を印加する。検出巻線（
６ａ）と（６ｂ）は逆極性に接続されており、その端子
に同期整流器（７）が接続されている。
上記トルクセンサにおいて、回転軸（１）にトルクが印
加されていない状態では、螺旋溝（２ａ） （２ｂ）を
有する２つの磁歪部（３ａ）と（３ｂ）の透磁率は相等
しく、かつ検出巻線（６ａ）と（６ｂ）とは逆極性に接
続されているので、励磁巻線（４）との間の相互誘導に
より検出巻線（６ａ）に生じる誘起電圧と、検出巻線（
６ｂ）に生じる誘起電圧とは互いに打ち消し合い、従っ
て出力は現れない。回転軸（１）にトルク（Ｔ）が印加
されると、２つの磁歪部（３ａ）と（３ｂ）の一方には
張力が、他方には圧縮力がそれぞれ選択的に作用するこ
とにより、一方の磁歪部の透磁率は増加し、他方の磁歪
部のそれは減少する。この２つの磁歪部（３ａ）と（３
ｂ）の透磁率の差動的な変化により、検出巻線（６ａ）
と（６ｂ）の一方の誘起電圧は増加し、他方の検出巻線
の誘起電圧は減少する。その差が同期整流器（７）によ
り直流電圧として出力され、その出力値の大きさから印
加トルクの大きさを、また出力値の正負の符号からトル
クの印加方向を知ることができる。
加されていない状態では、螺旋溝（２ａ） （２ｂ）を
有する２つの磁歪部（３ａ）と（３ｂ）の透磁率は相等
しく、かつ検出巻線（６ａ）と（６ｂ）とは逆極性に接
続されているので、励磁巻線（４）との間の相互誘導に
より検出巻線（６ａ）に生じる誘起電圧と、検出巻線（
６ｂ）に生じる誘起電圧とは互いに打ち消し合い、従っ
て出力は現れない。回転軸（１）にトルク（Ｔ）が印加
されると、２つの磁歪部（３ａ）と（３ｂ）の一方には
張力が、他方には圧縮力がそれぞれ選択的に作用するこ
とにより、一方の磁歪部の透磁率は増加し、他方の磁歪
部のそれは減少する。この２つの磁歪部（３ａ）と（３
ｂ）の透磁率の差動的な変化により、検出巻線（６ａ）
と（６ｂ）の一方の誘起電圧は増加し、他方の検出巻線
の誘起電圧は減少する。その差が同期整流器（７）によ
り直流電圧として出力され、その出力値の大きさから印
加トルクの大きさを、また出力値の正負の符号からトル
クの印加方向を知ることができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記応力異方性磁歪式トルクセンサにおける回転軸の磁
歪部の螺旋溝（２ａ） （２ｂ）は切削加工やローレッ
ト加工等のナーリング加工により形成されるので、その
表面にはごく微細ではあるが、多数のパリやヘアークラ
ック等が存在しているのが一般である。磁歪式トルクセ
ンサでは、一般に１０ＫＨｚ程度の高周波で励磁される
ことが多く、その磁力線は軸の表皮層（約１００μｍ程
度）のみを流れる。
歪部の螺旋溝（２ａ） （２ｂ）は切削加工やローレッ
ト加工等のナーリング加工により形成されるので、その
表面にはごく微細ではあるが、多数のパリやヘアークラ
ック等が存在しているのが一般である。磁歪式トルクセ
ンサでは、一般に１０ＫＨｚ程度の高周波で励磁される
ことが多く、その磁力線は軸の表皮層（約１００μｍ程
度）のみを流れる。
このため、上記の微細な表面欠陥が、磁歪部の磁゛気特
性を不均一なものとし、トルク検出感度のバラツキやト
ルク検出のヒステリシスを生じさせる原因となる。また
、回転軸にトルクが印加されることにより軸の表皮層に
誘導されるねじり応力が大きくなると、軸の表皮層の結
晶粒界にすべりが生じる。この軸表皮層の結晶粒界のす
べりは、トルク検出におけるヒステリシスを増大させる
。
性を不均一なものとし、トルク検出感度のバラツキやト
ルク検出のヒステリシスを生じさせる原因となる。また
、回転軸にトルクが印加されることにより軸の表皮層に
誘導されるねじり応力が大きくなると、軸の表皮層の結
晶粒界にすべりが生じる。この軸表皮層の結晶粒界のす
べりは、トルク検出におけるヒステリシスを増大させる
。
本発明は上記問題点を解決するための応力異方性磁歪式
トルクセンサを提供するものである。
トルクセンサを提供するものである。
〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明の応
力異方性磁歪式トルクセンサは、回転軸表面の螺旋溝が
形成された磁歪部の表面に、圧縮加工硬化層が形成され
ていることを特徴としている。
力異方性磁歪式トルクセンサは、回転軸表面の螺旋溝が
形成された磁歪部の表面に、圧縮加工硬化層が形成され
ていることを特徴としている。
本発明における回転軸の磁歪部の表面圧縮加工硬化層は
、例えばショットピーニング法により導入される。その
ショットピーニングは、銑鉄ショットや鋳鋼ショット等
の硬質微細粒子を、圧空または遠心力等を利用して磁歪
部の表面に吹付けることにより行われる。
、例えばショットピーニング法により導入される。その
ショットピーニングは、銑鉄ショットや鋳鋼ショット等
の硬質微細粒子を、圧空または遠心力等を利用して磁歪
部の表面に吹付けることにより行われる。
回転軸表面の切削、ローレット加工等のナーリング加工
により形成された螺旋溝を有する磁歪部の表面にショッ
トピーニングを適用することにより、その表面に残存し
ている微細なパリやヘアークラック等が除去され、健全
な表面状態に修復される。また、その磁歪部表面にはシ
ョットの衝突による微細な圧痕（凹部）が均一かつ緻密
に形成されると共に、表層に加工硬化が導入され、硬質
化し、かつ変形抵抗の増加をみる。第１図はその磁歪部
の微細な圧痕による凹凸表面を模式的に示している。そ
の均一緻密な微細圧痕が形成された表面層の断面は、第
２図に示すように、繊維組織（ｆ）（軸材の製造工程に
おける圧延、鍛造等の過程で形成されたフィバフロー）
が圧痕（ｖ）により肉厚′方向に圧縮緻密化しているこ
とが観察される。
により形成された螺旋溝を有する磁歪部の表面にショッ
トピーニングを適用することにより、その表面に残存し
ている微細なパリやヘアークラック等が除去され、健全
な表面状態に修復される。また、その磁歪部表面にはシ
ョットの衝突による微細な圧痕（凹部）が均一かつ緻密
に形成されると共に、表層に加工硬化が導入され、硬質
化し、かつ変形抵抗の増加をみる。第１図はその磁歪部
の微細な圧痕による凹凸表面を模式的に示している。そ
の均一緻密な微細圧痕が形成された表面層の断面は、第
２図に示すように、繊維組織（ｆ）（軸材の製造工程に
おける圧延、鍛造等の過程で形成されたフィバフロー）
が圧痕（ｖ）により肉厚′方向に圧縮緻密化しているこ
とが観察される。
この組織の圧縮緻密化により、結晶粒界のすべり抵抗が
高められる。
高められる。
上記ショットピーニングによる表面圧縮硬化加工条件は
軸材の材質等にもよるが、ショット粒径：０．１〜０．
６鵬、ショット吹付は速度：６０ｍ／秒以上、ショット
カバレーデ（ショット粒子衝突面積率）ニア０％以上の
条件下に行うことにより、良好なヒステリシス改善効果
を達成することができる。
軸材の材質等にもよるが、ショット粒径：０．１〜０．
６鵬、ショット吹付は速度：６０ｍ／秒以上、ショット
カバレーデ（ショット粒子衝突面積率）ニア０％以上の
条件下に行うことにより、良好なヒステリシス改善効果
を達成することができる。
なお、回転軸の磁歪部の螺旋溝は、必ずしも回転軸その
ものに形成する必要はなく、適宜の磁性材料からなるス
リーブの周面に螺旋溝を形成し、これを受歪体として回
転軸に嵌着固定してもよい。
ものに形成する必要はなく、適宜の磁性材料からなるス
リーブの周面に螺旋溝を形成し、これを受歪体として回
転軸に嵌着固定してもよい。
回転軸の周面の２個所に周方向に対する傾斜角４５°の
螺旋溝と一４５″の螺旋溝をローレット加工により形成
し、ついでショットピーニングを施して表面に圧縮加工
硬化層を形成する。回転軸の軸径は３０ｍｍ、螺旋溝の
溝幅（ｄ）と溝間隔（Ｄ）の比（ｄ／Ｄ）は１／２以上
である。またショットピーニングにおけるショットの粒
径は０．３〜０．６ａｍ。
螺旋溝と一４５″の螺旋溝をローレット加工により形成
し、ついでショットピーニングを施して表面に圧縮加工
硬化層を形成する。回転軸の軸径は３０ｍｍ、螺旋溝の
溝幅（ｄ）と溝間隔（Ｄ）の比（ｄ／Ｄ）は１／２以上
である。またショットピーニングにおけるショットの粒
径は０．３〜０．６ａｍ。
ショット速度は６２ｍ／秒、ショットカバレージは９８
％である。
％である。
上記回転軸に、第３図に示すように励磁回路と検出回路
を配置してトルクセンサを構成した。これをトルクセン
サＡとする。
を配置してトルクセンサを構成した。これをトルクセン
サＡとする。
また、比較例として、回転軸の螺旋溝が形成された磁歪
部表面に対するショットピーニングを省略した点を除い
て前記と同一の条件および構成を有する従来のトルクセ
ンサを得た。これをトルクセンサＢとする。
部表面に対するショットピーニングを省略した点を除い
て前記と同一の条件および構成を有する従来のトルクセ
ンサを得た。これをトルクセンサＢとする。
上記トルクセンサＡおよびＢによるトルク検出試験を行
った。それぞれのトルク検出におけるヒステリシスを第
４図（トルクセンサＡ）および第５図（トルクセンサＢ
）に示す。
った。それぞれのトルク検出におけるヒステリシスを第
４図（トルクセンサＡ）および第５図（トルクセンサＢ
）に示す。
上記第４図と第５図とから、各トルクセンサにおけるヒ
ステリシス（（ａ 、 −ａ 、）／（Ａ 、 −Ａ、
） ）を比較すると、従来型のトルクセンサＢのそれは
約１０であるのに対し、発明例のトルクセンサＡは約２
％と著しく小さい。
ステリシス（（ａ 、 −ａ 、）／（Ａ 、 −Ａ、
） ）を比較すると、従来型のトルクセンサＢのそれは
約１０であるのに対し、発明例のトルクセンサＡは約２
％と著しく小さい。
本発明の応力異方性磁歪式トルクセンサは、ヒステリシ
スを極めて小さくできるので、高精度のトルク検出が可
能であり、回転駆動系の制御における高い信顛性を有す
るものである。
スを極めて小さくできるので、高精度のトルク検出が可
能であり、回転駆動系の制御における高い信顛性を有す
るものである。
第１図は本発明トルクセンサの回転軸の磁歪部表面状況
を、第２図は磁束部表層の断面をそれぞれ模式的に示す
図、第３図はトルクセンサの原理図、第４図および第５
図はトルク検出におけるヒステリシスを示す図である。 １：回転軸、２ａ、２ｂ：螺旋溝、３ａ、３ｂ：磁歪部
、４：励磁巻線、５：高周波電源、６ａ。 ６ｂ：検出巻線、７：同期整流器。
を、第２図は磁束部表層の断面をそれぞれ模式的に示す
図、第３図はトルクセンサの原理図、第４図および第５
図はトルク検出におけるヒステリシスを示す図である。 １：回転軸、２ａ、２ｂ：螺旋溝、３ａ、３ｂ：磁歪部
、４：励磁巻線、５：高周波電源、６ａ。 ６ｂ：検出巻線、７：同期整流器。
Claims (1)
- （１）回転軸に螺旋溝を有する磁歪部を形成しておき、
該回転軸に印加されるトルクを磁歪部に生じる透磁率の
変化として検出する応力異方性磁歪式トルクセンサにお
いて、 前記磁歪部の表面に圧縮加工硬化層が形成されているこ
とを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62328882A JPH0710011B2 (ja) | 1987-12-24 | 1987-12-24 | 磁歪式トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62328882A JPH0710011B2 (ja) | 1987-12-24 | 1987-12-24 | 磁歪式トルクセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01169983A true JPH01169983A (ja) | 1989-07-05 |
| JPH0710011B2 JPH0710011B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=18215149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62328882A Expired - Lifetime JPH0710011B2 (ja) | 1987-12-24 | 1987-12-24 | 磁歪式トルクセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0710011B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03110432A (ja) * | 1989-09-25 | 1991-05-10 | Kubota Corp | トルクセンサ軸の製造方法 |
| WO1994004896A1 (en) * | 1992-08-24 | 1994-03-03 | Kubota Corporation | Method for manufacturing magnetostriction type torque sensor shaft, and the shaft |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60254678A (ja) * | 1984-05-30 | 1985-12-16 | Nissan Motor Co Ltd | トルク検出装置 |
-
1987
- 1987-12-24 JP JP62328882A patent/JPH0710011B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60254678A (ja) * | 1984-05-30 | 1985-12-16 | Nissan Motor Co Ltd | トルク検出装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03110432A (ja) * | 1989-09-25 | 1991-05-10 | Kubota Corp | トルクセンサ軸の製造方法 |
| WO1994004896A1 (en) * | 1992-08-24 | 1994-03-03 | Kubota Corporation | Method for manufacturing magnetostriction type torque sensor shaft, and the shaft |
| US5491369A (en) * | 1992-08-24 | 1996-02-13 | Kubota Corporation | Magnetostrictive torque sensor shaft |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0710011B2 (ja) | 1995-02-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |