JPH0271127A

JPH0271127A - トルクセンサ

Info

Publication number: JPH0271127A
Application number: JP22404688A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Nakamura; 嘉伸中村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-09-07
Filing date: 1988-09-07
Publication date: 1990-03-09
Anticipated expiration: 2011-12-11
Also published as: JP2563512B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、トルク伝達軸に加えられるトルクを非接触で
検出するトルクセンサに関する。

（従来の技術）トルクは回転駆動系の制御を行なう際の最も基本的な変
量であり、これを精密に検出するためにはその検出機構
が非接触であることが要求される。

近年、上述したような非接触方式のトルクセンサとして
、アモルファス磁性合金の薄帯を利用したものが提案さ
れている（電気学会マグネティックス研究会資料ＭＡに
−８１−７２）。

このトルクセンサの原理図及び概略構成図を第５図及び
第６図に示す。即ち、１はトルク伝達軸で、この軸１に
は周方向に沿って磁性金属薄帯２が接着により固定され
ている。上記磁性金属薄帯２は、アモルファス磁性合金
薄板を矩形状に切出したものであり、トルク伝達軸１の
周方向に対して角度θの傾き方向に誘導磁気異方性Ｋｕ
’が付与されている。尚、トルク伝達軸１の周囲には磁
性金属薄帯２を幅方向に励磁する励磁コイル３及びソレ
ノイドコイルより成る検出コイル４が配置されている。

しかして、上記のようなトルクセンサの原理を概略的に
説明するに、ここでは説明の便宜上、θ＞４５”、磁性
金属薄帯２の飽和磁歪定数λＳ〉０とする。

今、トルク伝達軸１に第５図に矢印で示すようなトルク
Ｔが加わると、その軸１に発生した歪み応力が磁性金属
薄帯２に伝達され、これに応じて磁性金属薄帯２には、
トルク伝達軸１の周方向に対して＋４５°及び−４５°
の各方向に夫々張力＋σ及び圧縮応力−σが発生する。

このとき、飽和磁歪定数λｓ＞０であるから、磁性金属
薄帯２には、磁気歪み効果により＋４５°の方向に誘導
磁気異方性Ｋｕ＝３λＳ・σが誘導される。

この結果、上記１（ｕｏとＫｕ”との合成として誘導磁
気異方性はＫｕへと変化する。このとき一般に、磁性体
の透磁率は励磁方向に対する誘導磁気異方性の方向によ
って変化する。従って、励磁コイル３によって磁性金属
薄帯２を励磁すると、その磁性金属薄帯２の誘導磁気異
方性の方向の変化に伴う透磁率の変化を、検出コイル４
により出力電圧の変化としてａｌｌ＋定することができ
、その測定電圧からトルク伝達軸１に加えられたトルク
を非接触検出することができる。

しかしながら、上記構成のトルクセンサでは、励磁コイ
ル３により磁性金属薄帯２を幅方向に励磁している関係
上、形状磁気異方性定数１／２ＮＩｓ’が大きくなる。

即ち、例えばトルク伝達軸１の直径が１２ｍｍ、磁性金
属薄帯２の幅が１３ｍｍであった場合、形状磁気異方性
定数は２Ｘ１０’ｅｒｇ　／　ｃ＋ｅ３となり、磁性金
属薄帯２に予め付与される誘導磁気異方性としては、上
記形状磁気異方性をはるかに上回る値が必要である。し
かも、励磁コイル３に供給する出力検出励磁電流値も１
００ｍＡを越える値を必要とするものであり、通常にお
いて強磁性体により形成されるトルク伝達軸１において
余分な起磁力を生ずることがある等、総じて磁気回路上
において不都合な点が多いという事情下にある。

そこで、従来においては、上記のような問題点′を解決
するものとして、例えば特公昭６３−２００３０号公報
に示されるようなトルクセンサが供されている。即ち、
このトルクセンサにあっては、１個または１対の検出磁
心を磁性金属薄帯の周方向に励磁するように配設すると
共に、この検出磁心に励磁コイル及び検出コイルを巻装
する構成とし、以て出力検出励磁電流値の減少等を図る
ようにしている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記従来構成では、トルク伝達軸の振れ
の影響を最小にし、検出精度を向上させるべく検出磁心
を複数個用いた場合に、検出磁心間隔が狭くなるのに伴
い各検出磁心同士が相互干渉を起こすことがあり、この
場合には検出出力に異常を生じて精度悪化を来たす虞が
あり、また最悪の場合検出不能になることもあって、こ
の点が未解決の課題となっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は、出力検出励磁電流値の減少を図り得ると共に、ト
ルク検出精度を大幅に向上させることが可能になる等の
効果を奏するトルクセンサを提供するにある。

Ｃ発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するために、トルク伝達軸に加
えられたトルクを、その軸の外周面に固定された磁歪を
有する磁性金属薄帯の磁気特性の変化に基づいて非接触
検出するトルクセンサにおいて、前記磁性金属薄帯を前
記トルク伝達軸の外周面にこれを一周するように固定し
、偶数鋼で１組の検出磁心を前記磁性金属薄帯の周方向
に励磁するようにして１組若しくは複数組等間隔に配置
し、前記各検出磁心に励磁コイル及び検出コイルを夫々
巻回し、さらに上記各励磁コイルを、隣接する検出磁心
の磁界方向が互に反対となるように励磁する構成とした
ものである。

（作用）トルク伝達軸にトルクか加えられた場合、その軸には上
記トルクに応じた歪み応力が作用して、磁性金属薄帯の
磁気特性が変化する。この場合、磁性金属薄帯の周方向
に励磁するように偶数個設けられた検出磁心の励磁コイ
ルに励磁電流を流しておけば、上記のような磁気特性変
化に応じて検出コイルから前記印加トルクに応じた検出
電圧が出力される。このように偶数個の検出磁心を磁性
金属薄帯の周方向に励磁するように配設し、磁性金属薄
帯の磁気特性の変化を検出すれば、出力検出励磁電流値
を小さくすることができる。このとき、各々励磁コイル
及び検出コイルが巻装された偶数個の検出磁心を２組以
上設けた場合には、その線形性を優れたものにすること
ができてトルク検出精度が向上するようになる。そして
、偶数個の検出磁心に巻装された各励磁コイルは、隣接
する検出磁心の磁界方向が互に反対となるように励磁さ
れる結果、トルク伝達軸の振れの影響や検出磁心同士の
相互干渉を防ぐことができ、トルク検出精度をさらに高
めることが可能となる。

（実施例）以下、本発明の第１の実施例について第１図乃至第３図
を参照しながら説明する。

第１図において、１１は例えば強磁性体より成るトルク
伝達軸で、この軸１１の外周面にはこれを一周するよう
にして磁歪を有する一対の磁性金属薄帯１２．１３が平
行して接着固定されている。

上記磁性金属薄帯１２．１３は、アモルファス磁性合金
薄板を矩形状に切出したものであり、トルク伝達軸１１
の周方向に対して夫々角度θと角度−θの傾き方向に誘
導磁気異方性が付与されている。

１４ａ〜１４ｄは４個で一組の検出磁心で、これらは例
えば酸化磁性体を０字状に形成して成り、磁性金属薄帯
１２の周囲にこれと１ｍｓ程度のギャップを存した状態
で等間隔（この場合９０″ピツチ）に配置され、その配
置状態で磁性金属薄帯１２を周方向に励磁するように設
けられている。また、１５ａ　〜１５ｄは上記検出磁心
１４　ａ　〜１４ｄと対をなす４個の検出磁心で、これ
らも酸化磁性体を０字状に形成して成り、磁性金属薄帯
１３の周囲に前記検出磁心１４ａ〜１４ｄと同様に配置
され、その配置状態で磁性金属薄帯１３を周方向に励磁
するように設けられている。

しかして、第２図に示すように、上記各検出磁心１４ａ
　〜１４ｄには、励磁コイル１６ａ〜１６ｄ及び検出コ
イル１７ａ〜１７ｄが夫々巻回されており、また、各検
出磁心１５ａ〜１５ｄには、励磁コイル１８ａ〜１８ｄ
及び検出コイル１９ａ〜１９ｄが夫々巻回されている。

このとき、励磁コイル１６　ａ　〜１６　ｄ及び１８ａ
〜１８ｄは、その６対が和動結線されていると共に、電
源２０から通電されたときに、検出磁心１４ａ〜１５ｄ
及び１５ａ〜１５ｄをその磁界方向がトルク伝達軸１１
の周方向に隣接するもの同士で互に反対となるように励
磁するように接続されている。また、検出コイル１７ａ
　〜１７ｄ及び１９ａ〜１９ｄは６対が差動結線されて
いる。

上記構成のトルクセンサを用いてトルク伝達軸１１の動
トルクを検出したところ、第３図に示すようにきわめて
優れた線形性を有していることを確認できた。また、励
磁コイル１６ａ〜１６ｄ及び１８ａ〜１８ｄに対する励
磁電流値、つまり出力検出励磁電流値も、検出コイルと
してソレノイドコイルを用いた従来構成のものに比して
大幅に減っていることが分かった。従って、強磁性体か
ら成るトルク伝達軸１１から受ける影響も大幅に低減で
き、磁気回路上においてａ利になる。さらに、４個ずつ
の検出磁心１４ａ　〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｄ並びに４
対の検出コイル１７ａ〜１７ｄ。

１９ａ〜１９ｄを設ける構成とした結果、トルク伝達軸
１１の振れの影響を小さくできて、トルク検出精度が高
くなることも判明した。特に、ごの場合において、各励
磁コイル１６ａ〜１６ｄ、１８ａ〜１８ｄは、検出磁心
１４ａ　〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｄのうちトルク伝達軸
１１の周方向に隣接するもの同士で互に反対となるよう
に励磁される構成であるから、検出磁心１４ａ〜１４ｄ
同士及び検出磁心１５ａ〜１５ｄ同士での相互干渉を効
果的に防ぐことができ、以てトルク検出精度をより一層
向上させ得るようになった。尚、励磁コイル１６　ａ　
〜１６　ｄ　、　　１８　ａ　〜１８　ｄの励磁に応じ
た検出磁心１４ａ　〜１４ｄ、１５ａ　〜１５ｄの磁界
方向が同一であった場合には、相互干渉の影響が増加し
てトルク検出精度が低下することが確認できた。この場
合、磁性金属薄帯１２．１３が寸法上の制約等により複
数個の単位磁性金属薄帯を継いで構成されたものであっ
たときには、その継目の数が多い程上記相互干渉の影響
が大きくなることも確認できた。

一方、検出磁心１４ａ　〜１４ｄ及び１５ａ〜１５ｄの
各群間の間隔が狭く、このため両者が干渉しあう虞があ
る場合には、本発明の第２の実施例を示す第４図のよう
に、励磁コイル１６ａ〜１６ｄ、１８ａ〜１８ｄを各対
電に差動結線する共に、検出コイル１７ａ　〜１７ｄ、
１９ａ　〜１９ｄを各対電に和動結線し、以て各検出磁
心１４ａ〜１４ｄ及び１５ａ〜１５ｄの各群の磁界方向
が逆となるようにすれば良い。

尚、上記実施例では、磁性金属薄帯１２．１３をアモル
ファス磁性合金から形成したが、これに代えてパーマロ
イ、センダスト等の磁性合金を用いても良く、また、検
出磁心１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｄをアモルファス
合金、パーマロイ。

センダスト等から形成する構成としても良い。

［発明の効果］本発明によれば以上の説明によって明らかなように、ト
ルク伝達軸の外周面にこれを一周するように磁歪を有す
る磁性金属薄帯を固定し、偶数個で１組の検出磁心を上
記磁性金属薄帯の周方向に励磁するようにして１組若し
くは複数組等間隔に配置し、これら各検出磁心に励磁コ
イル及び検出コイルを夫々巻回すると共に、特に上記各
励磁コイルを、隣接する検出磁心の磁界方向が互に反対
となるように励磁する１１が成としたので、出力検出励
磁電流値の減少を図り得ると共に、トルク検出精度を大
幅に向上させることが可能になるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の第１の実施例を示すもので
、第１図はトルクセンサの構成を示す斜視図、第２図は
励磁コイル及び検出コイルの結線状態を示す配線図、第
３図はトルク検出特性図であり、また、第４図は本発明
の第２の実施例を示す第２図相当図である。第５図及び
第６図は従来例説明用のもので、第５図はトルクセンサ
の原理図、第６図はトルクセンサの概略的構成図である
。図中、１１はトルク伝達軸、１２．１３は磁性金属薄帯
、１４ａ　〜１４ｄ、１５ａ　〜１５ｄは検出磁心、１
６ａ　〜１６ｄ、１８ａ　〜１８ｄは励磁コイル、１７
ａ　〜１７ｄ、１９ａ　〜１９ｄは検出コイルを示す。１４ａ〜１４ｄ、１５ａ−１５ｄ　ｉｔ出磁ｌシ第１図出願人　　株式会社　　東　　　芝第２図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

１、磁歪を有する磁性金属薄帯をトルク伝達軸の外周面
に固定し、その軸に加えられたトルクによる前記磁性金
属薄帯の磁気特性の変化に基づいて上記トルクを非接触
検出するトルクセンサにおいて、前記磁性金属薄帯を前
記トルク伝達軸の外周面にこれを一周するように固定す
ると共に、前記磁性金属薄帯の周方向に励磁するように
して偶数個で１組の検出磁心を１組若しくは複数組等間
隔に配置し、前記各検出磁心に励磁コイル及び検出コイ
ルを夫々巻回して構成され、前記励磁コイルは前記検出
磁心の磁界方向が隣接するもの同士で互に反対となるよ
うに励磁されることを特徴とするトルクセンサ。