JPH0242418B2 - - Google Patents

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JPH0242418B2
JPH0242418B2 JP58099472A JP9947283A JPH0242418B2 JP H0242418 B2 JPH0242418 B2 JP H0242418B2 JP 58099472 A JP58099472 A JP 58099472A JP 9947283 A JP9947283 A JP 9947283A JP H0242418 B2 JPH0242418 B2 JP H0242418B2
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
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Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕 本発明は非接触でトルクを検出するトルクセン
サに関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 近年、回転体のトルクを正確に検出することが
求められている。この要望に対しては、回転体に
検出体が接触しない非接触方式が適している。 従来、非接触方式によるトルクセンサとして
は、軸のねじり角を光や磁気により検出して間接
的にトルクを検出する間接方式によるもの、或い
は回転体に磁性体を設け、磁性体の回転による磁
気ひずみ現象を利用してトルクを検出する直接方
式等が試みられている。しかしながら実用上、使
用に耐えるものではない。 上記直接方式は間接方式に比較すると、簡便
で、かつ静止、正転、逆転時のトルクの検出が可
能で応用上好ましいが、従来のものでは磁性体の
磁気的特性の不均一により正確なトルク検出が困
難であつた。 ところで、最近アモルフアス磁性合金の磁気ひ
ずみ特性を利用し、直接、非接触でトルクを検出
するトルクセンサが提案されている(電気学会マ
グネテイツクス研究会資料、MAG−81−71)。 これは、大きな磁気ひずみ特性を有するアモル
フアス磁性合金薄帯を回転軸に巻いて固定し、ト
ルクによる軸のひずみ応力がアモルフアス磁性合
金薄帯に導入されるようにして、磁気ひずみ現象
によるアモルフアス磁性合金薄帯の磁気特性の変
化を外部から非接触で検出することによりトルク
を検出するものである。 即ち、前記トルクセンサは第1図に示す如く回
転軸1に嵌装されたアモルフアス磁性合金薄帯か
らなる環状磁芯2を有する。今、トルク3を回転
軸1に加えると、回転軸1にはその周方向に対し
て±45°の方向にひずみ応力が加わり、これに伴
つて回転軸1に完全密着した環状磁芯2にも同第
1図に示す如くその周方向に対してひずみ応力σ
4が生じる。 このトルクセンサでは、第2図に示す如く、環
状磁芯2に、その周方向に対して例えばθ=45°
の方向に一軸磁気異方性Ku5を予め導入し、こ
の方向に磁化しやすいようにしている。前述した
ように、トルク3を加えると、それに応じて環状
磁芯2に生じたひずみ応力σによつて誘起された
誘導磁気異方性が加わり、一軸磁気異方性はKu
5からKu′6へ変化する。したがつて、この一軸
磁気異方性の変化量を電気的に検出することによ
り、回転軸1に加わるトルク3を検出することが
できる。具体的には、例えば環状磁芯2の周囲に
励磁巻線7及び検出巻線8を配設し、励磁巻線7
に電源回路(図示せず)を、検出巻線8に検出回
路(図示せず)をそれぞれ接続する。そして、励
磁巻線7により環状磁芯2を励磁する。回転軸1
にトルク3が加わることにより、環状磁芯2の一
軸磁気異方性が変化すると、磁束貫通方向におけ
る環状磁芯2の透磁率が変化する。この透磁率の
変化は、検出巻線7及び検出回路により、電圧変
化として検出される。したがつて、トルク3の大
きさと電圧変化の大きさとの対応関係から、トル
クを検出することができる。 なお、環状磁芯2に予め一軸磁気異方性Kuを
導入していない場合、トルク検出特性(電圧変
化)がヒステリシスを示すため、センサとして使
用できなくなる。 上述した一軸磁気異方性Kuを付与する具体的
な方法としては、回転軸の径に合わせてアモルフ
アス磁性合金薄帯の環状磁芯を作製し、熱処理し
て内部応力を除去した後、これを前記回転軸に嵌
装して軸にねじりを与えた状態で接着し、軸のね
じりをもどすという方法が挙げられる。この際、
アモルフアス磁性合金に加えられるトルクをT0
検出すべき回転軸のトルクをTとすると出力は
λs(T0−T)に比例する。ここで、λsはアモルフ
アス磁性合金の磁歪定数である。 上記トルクセンサにおいては、アモルフアス磁
性合金としては磁歪定数が大きく、飽和磁化が高
いほど大きな出力が得られるので望ましい。ま
た、大きなトルクTを検出するためにはT0を予
め大きくしておけばよい。すなわち、回転軸に大
きなねじりを加えた状態でアモルフアス磁性合金
を接着すればよい。 ところが、本発明者らが上記資料に記載されて
いるMetglas2826MB(米国アライド社商品名
Fe40Ni38Mo4B18アモルフアス磁性合金)を用い
て上述したプロセスによつてトルクを検出しよう
としたところ、このアモルフアス磁性合金薄帯の
環状磁芯は内部応力除去のために熱処理を行つた
段階で非常にもろくなり、検出しようとするトル
クTが大きくなるのに応じてアモルフアス磁性合
金薄帯の環状磁芯に与えるトルクT0が大きくな
ると、その応力により環状磁芯にクラツクが発生
し、大きなトルクの検出ができないという欠点の
あることが判明した。 なお、アモルフアス磁性合金薄帯は、必ずしも
環状磁芯の形状で用いられるとは限らず、回転軸
の周方向の一部だけを覆うことができる短冊状の
薄帯片が用いられる場合もある。また、アモルフ
アス磁性合金薄帯に一軸磁気異方性を付与する方
法は、前述したように回転軸のねじりを利用する
方法と異なり、アモルフアス磁性合金薄帯に大き
な応力を与えないような方法も開発されている。 しかし、形状が環状でも短冊状でも、アモルフ
アス磁性合金薄帯を回転軸に接着するためには、
アモルフアス磁性合金薄帯を強い力で回転軸に押
し付ける必要がある。したがつて、熱処理により
内部応力が除去されたアモルフアス磁性合金薄帯
がもろいと、単に回転軸に接着する時にも上記と
同様な問題が生じやすい。 〔発明の目的〕 本発明は上記欠点を解消するためになされたも
のであり、大きなトルクを検出し得るトルクセン
サを提供することを目的とするものである。 〔発明の概要〕 本発明者らは上述したトルクセンサに用いられ
るアモルフアス磁性合金として各種アモルフアス
磁性合金について鋭意研究を行つた結果、結晶化
温度の高い鉄基アモルフアス磁性合金を用いれば
上記目的を達成できることを見出した。 すなわち、本発明のトルクセンサは、アモルフ
アス磁性合金として結晶化温度Txが450°以上の
鉄基アモルフアス磁性合金を用いることを特徴と
するものである。 本発明において鉄基アモルフアス磁性合金の結
晶化温度を450℃以上としたのは450℃未満である
とアモルフアス磁性合金薄帯の環状磁芯は内部応
力除去のために熱処理を行つた段階でもろくな
り、回転軸に接着する際に大きな応力が加わると
クラツクが発生するため、大きなトルクTを検出
することができなくなる。特に、回転軸への接着
時に軸のねじりを利用して一軸磁気異方性を導入
する場合には、この問題が顕著となる。 こうした鉄基アモルフアス磁性合金としては一
般式 (Fe1-aMazSixBy 〔但し、M=Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Y、
Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wのうち少なくとも1
種、aはMがNi、Coのときは0.2以下、その他の
Mについては0.1以下、x=0〜20、y=5〜30、
x+y+z=100〕 にて表わされるものが望ましい。 ここで、Mは結晶化温度を上昇させるのに効果
があるが、その割合がある限度を超えると磁歪定
数が小さくなるとともに飽和磁化も小さくなり実
用的でなくなる。その限度はMがCo、Niの場合
はa=0.2、その他の上記Mに対してはa=0.1で
ある。Siは結晶化温度を上昇させるのに効果のあ
る元素であるが、その含有率を上記範囲に限定し
たのは、xが20を超えるとアモルフアス合金の製
造が困難になるためである。また、Bはアモルフ
アス合金の製造に不可欠の元素であるが、その含
有率を上記範囲に限定したのはyが5未満になる
と450℃以上の結晶化温度を得るのが困難となり、
30を超えるとアモルフアス合金の製造が困難にな
るためである。 本発明に用いられるアモルフアス磁性合金薄帯
の板厚は薄い方が良く、平均の板厚(重量と比重
から求めた板厚)として20μm以下であることが
好ましい。これは、板厚が20μmを超えると、ア
モルフアス磁性合金薄帯と検出すべきトルクを発
生する回転軸との接着が充分でなくなり、トルク
を正しく検出することが困難となるためである。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例に基づいて説明する。 実施例1〜13及び比較例1〜3 下記表に示す組成の各アモルフアス磁性合金の
薄帯を単ロール法を用いて作製した。得られた薄
帯の幅は約10mm、平均の板厚は約18μmであつ
た。これらのアモルフアス磁性合金薄帯につい
て、示差熱分析器(DTA)を用いて昇温スピー
ド10℃/分の条件で結晶化温度(Tx)を、スト
レイン・ゲージ法を用いて磁歪定数(λs)を
夫々測定した。これらの結果を下記表に併記す
る。 次に、これらアモルフアス磁性合金薄帯を予め
回転軸の径(10mm)に合わせて巻き、環状磁芯を
作製した後、内部応力除去のための熱処理を施し
た。つづいて、環状磁芯を前記回転軸に嵌挿し、
5Kg・mまでのトルクTを測定しようとして軸に
ねじりを与えた状態で接着剤により固定した後、
軸のねじりをもどして前記環状磁芯に一軸磁気異
方性Kuを与えた。この段階で環状磁芯にクラツ
クが発生した比較例1〜3についてはクラツクが
発生した時に環状磁芯に与えたトルクT0を下記
表に併記する。 実施例1〜13のトルクセンサについては軸を回
転させ、トルクを変化させて動トルクを検出し
た。測定すべきトルクTが5Kg・mの時の出力
(mV)を下記表に併記する。また、実施例1の
トルクセンサについてはその動トルク検出特性を
第2図に示す。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く本発明によれば、大きなトル
クを検出し得るトルクセンサを提供できるもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は非接触型のトルクセンサの
原理図、第3図は本発明の実施例1におけるトル
クセンサのトルク検出特性図である。 1……回転軸、2……環状磁芯、3……トル
ク、4……ひずみ応力、5,6……一軸磁気異方
性。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 熱処理により内部応力が除去された、大きな
    磁歪定数を有するアモルフアス磁性合金の薄帯を
    回転軸に固定し、該回転軸に加えられたトルクに
    より前記アモルフアス磁性合金薄帯の磁気特性が
    変化することを利用してトルクの非接触検出を行
    うトルクセンサにおいて、前記アモルフアス磁性
    合金として結晶化温度が450℃以上の鉄基アモル
    フアス磁性合金を用いたことを特徴とするトルク
    センサ。 2 鉄基アモルフアス磁性合金が一般式 (Fe1-aMazSixBy 〔但し、M=Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Y、
    Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wのうち少なくとも1
    種、a=0〜0.2(M=Co、Niの場合)、a=0〜
    0.1(M=Co、Ni以外の上記元素)、x=0〜20、
    y=5〜30、x+y+z=100〕 で表わされるものであることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載のトルクセンサ。 3 鉄基アモルフアス磁性合金の薄帯の板厚が
    20μm以下であることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項もしくは第2項記載のトルクセンサ。
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CN103409707B (zh) * 2013-07-18 2015-07-01 北京航空航天大学 一种MnaMAbMBc块体非晶合金及其制备方法

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JPS5735633A (en) * 1980-08-08 1982-02-26 Hitachi Ltd Heat treatment of metallic thin strip

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