JPH04106437A - 応力検出器 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、動力発生装置から被駆動装置相互の計測制
御に利用する応力検出器に関するものである。

［従来の技術］ 一般に外力を印加される受動部材が磁性材である場合に
は、外力によって受動部材に歪が生じ、この歪に応じて
その透磁率が変化する。従って受動部材に磁気を通すこ
とにより、歪の度合を透磁率の変化として検出できる。

第９図は例えば特開昭５７−２１１０３０号公報に示さ
れた従来の応力検出器の−っであるトルク検出器を示し
、（１）はトルクを受ける棒状の受動部材、（２）は受
動部材（１）に帯状に固着され、受動部材（１）に印加
されたトルクによって発生する内部歪量に応じて透磁率
が変化する一対の高透磁率軟磁性材からなる磁歪層、（
３）は各磁歪層（２）の外周にそれぞれ設けられ、その
透磁率の変化量を検出する検出器であると同時に、磁気
駆動源でもある一対の検出器（コイル）である。各磁歪
層（２）は複数個の短冊状素片から構成されており、左
右対称に±４５度の角度をなすよう配設されている。

次に動作について説明する。受動部材（１）に外部から
トルクが印加されると、短冊状棒片からなる磁歪層（２
）の長軸方向を主軸とする主応力が発生する。この主応
力は例えば一方の磁歪層（２ａ）の素片群が引張応力で
あるとすれば、他方の磁歪層（２ｂ）の素片群は圧縮応
力である。そしてこの２つの応力の絶対値は等しい。一
般に磁歪定数がゼロではない磁性材料に応力が加わると
、その磁気的性質が変化し、結果として透磁率の変化を
もたらすことは前述した通りであるが、この現象は機械
エネルギを磁気エネルギに変換するいわゆる磁歪変換器
で使われるものであり、磁性体を変形させると変形量に
応じて透磁率が変化するＶｉｌｌａｒｉ効果に該当する
。また、磁歪の大きさを定量的に表わす量である磁歪定
数が正の場合は、引張応力が働くときに透磁率が増大し
、圧縮応力が鋤くときは透磁率が減少すること、及び磁
歪定数が負の場合にその逆の結果となることが知られて
いる。従って外部より印加されたトルク量に応じた変形
のために、各磁歪層（２）の磁気の通り安さ、つまり透
磁率が変化する。この透磁率変化を検出器（３）から発
生した磁気の磁気的インピーダンスの変化として検出す
る。そしてこの２つの検出器が検出した磁気的インピー
ダンス変化の差を求めることにより、受動部材（１）に
印加された歪量を測定し、これに伴う応力を検出するこ
とができる。

このとき、差を求めることによりトルク作用方向による
透ａ率変化量の感度差がなく、線形な出力が得られる。

また、同時に曲げ応力や周囲温度による感度影響を少な
くできる。

［発明が解決しようとする課Ｒ］ 上記した従来の応力検出器において、磁気同士は互いに
反発する性質があるため、検出器から発生した磁気が発
散してしまい、磁気が効果的に磁歪層に通流せず、磁気
的インピーダンス測定による応力測定を感度よく、また
、精度よくできなかった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
てもので、磁気の発散を防ぎ、応力検出の精度及び感度
が向上する応力検出器を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る応力検出器は、外力を受ける棒状受動部
材の表面部に、高透磁率軟磁性材からなる複数個の扇長
い磁歪層を受動部材の母線に対して０度ではない角度で
左右対称に一対形成し、この磁歪層の歪による透磁率の
変化を検知する検出器を配置し、各検出器の外周にショ
ートコイル配置するものである。

［作用コ この発明においては、検出器で発生した磁気の発散を検
出器の外周のショートコイルの電磁誘導作用により、シ
ョートコイル内部に閉じ込めることによって、損失が少
なく効果的に磁気を磁歪層に通流でき、応力検出感度お
よび精度が向上する。

［実施例コ 以下この発明の一実施例を図面とともに説明する。

なお、説明に際しては従来例で用いた応力検出器の一つ
であるトルク検出器について行う。

第１図はこの発明の応力検出器（トルク検出器）の概念
図である。（１）はトルクを受ける棒状の受動部材、（
２）は受動部材（１）に帯状に固着され、受動部材（１
）に印加されたトルクによって発生する内部歪量に応じ
て、透磁率が変化する一対の高透磁率軟磁性材からなる
磁歪層、（３）は各磁歪層（２）の外周にそれぞれ設け
られ、その透磁率の変化量を検出する検出器であると同
時に磁気駆動源でもある一対の検出コイル、（４）は内
部磁気を閉じ込めるために各検出器の外周に配置された
ショートコイルでその軸方向の長さは検出！（３）より
も長し）。

上記のように構成された応力検出器においては、検出の
動作は従来と同様である。そこで、ここではショートコ
イルの動作についてのみ説明する。

第２図は、一般にコイル（５）の内部を通過する磁気（
６）の強度が変化するときの概念図である。

このときコイルの線端（７）間には、コイル内部を通過
する磁気の強度を変化を妨げる方向に磁気が発生するよ
うに、超電力Ｖが発生する。この現象は電磁誘導作用と
言われる。ここで第３図のように線端（７）を短絡（シ
ョート）することを考える。

このようなコイルをショートコイルと言恒　第３図の新
面図を第４図に示す。このように線端（７）を短絡した
場合、ショートコイル（４）の巻線（８）は電気抵抗は
極めてｉＪｚさいため、ショートコイルの内部を通過す
る僅かな磁気強度の変化で多くの電流が流れ、多くの電
力が得られることになる。従って、コイル内部の磁気（
９）の強度の変化を妨げる方向に発生する磁気（１０）
も多くなり、ショートコイル内部の磁気（９）と外部の
磁気（１０）が互いに反発しあい、コイル内部に磁気が
閉じ込められるため、コイル内部を通過する磁気の強度
変化はほとんどなくなる。このようにショートコイル（
４）には、強度変化する内部の磁気（９）を閉じ込める
作用がある。

このようなショートコイル（４）を検出器（３）の外周
に配置すれば、検出器で発生した磁気（９）はショート
コイル（４）の内部に閉じ込められて、効果的に磁歪層
を通流する。従ってトルク検出感度及び精度が向上する
。また、このようにショートコイルによって磁気が閉じ
込められるため、応力検出器の径方向の小型化が可能に
なる。さらに内部磁気の閉じ込め作用をより効果的に行
うには、検出器（３）に対するショートコイル（４）の
軸方向の長さは、第５図のように等しいかまたは短いよ
りは、第１図のように長いほうがはるかによい。

また、検出器がコイルの場合、ショートコイルの巻方向
を検出器のコイルのそれと反対にすると、コイルの流れ
る電流の方向が反対になり、効果的に磁気の閉じ込めが
行える。

なお、上記実施例では検出器（３）の外周にショートコ
イル（４）を接触させた構造であるが、第６図のように
検出器（３）とショートコイル（４）の間にギャップを
設けた構造にしてもよい。この場合、検出器（３）で発
生した磁気のループが検出器（３）の外周を通る際にシ
ョートコイル（４）との間を無理なく通り、検出器（３
）からみた磁気的インピーダンスの初期値が低くなり、
磁気的インピーダンスの測定感度が向上し、応力検出感
度が向上する。

さらに第７図のように、上記第６図に示した検出器（３
）とショートコイル（４）との間のギャップにフェライ
ト、アモルファス、パーマロイ等の高透磁率軟磁性を持
つヨークを配置すると、検出器（３）からみた磁気的イ
ンピーダンスの初期値がさらに低くなり、磁気的インピ
ーダンスの測定感度が向上し、応力検出感度がさらに向
上する。また、逆にギャップの間隔を小さくでき、応力
検出器の径方向の小型化が可能になる。

また、コイルの巻線の断面を示した第８図のように、検
出器の巻線（１１）に比べてショートコイルの巻線（８
）の断面積を小さくすることにより、ショートコイル（
４）の断面積を小さくでき小型化が可能になる。一般に
、コイルで発生する磁気はコイルの断面積ではなく、コ
イルの巻線の巻数に比例する。検出器の巻線（１１）に
比べてショートコイルの巻線（８）の断面積を小さくす
ることにより、検出器（３）に比べて断面積を小さく保
ったまま、はるかに巻数の多いショートコイル（４）が
製作可能である。

ところでこの発明で用いたショートコイルには、内部磁
気の閉じ込め作用だけではなく、外部からのノイズ磁気
の侵入を阻止する作用もある。

また、上記説明ではこの発明を応力検出器の−であるト
ルク検出器について述べたが、他の応力検出器にも利用
できることは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、ショートコイルを検出
器の外周に配置したので、検出器の磁気が効果的に磁歪
層を通過し、透磁率の測定精度及び感度が向上するため
、応力検出感度や精度が向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による応力検出器の概念図、第２図は
コイルの電磁誘導を示す説明図、１３３図はショートコ
イルの構成図、第４図はショートコイルの効果を示す新
面図、第５図はショートコイルと検出器の長さが等しい
場合の応力検出器の概略図、第６図はショートコイルと
検出器との間にギャップがある場合の応力検出器の概略
図、第７図はショートコイルと検出器との間にヨークが
ある場合の応力検出器の概略図、第８図はコイルの巻線
の断面を示した応力検出器の概略図、第９図は従来の応
力検出器の概念図である。 図において、（１）は受動部材、（２）は磁歪層、（３
）は磁気駆動源、かつ検出器（検出コイル）、（４）は
ショートコイル、（５）はコイル、（６）は磁気、（７
）はコイルの線端、（８）はショートコイルの巻線、（
９）はショートコイル内部磁気、（１０）はショートコ
イル外部磁気、（１１）は検出器の巻線である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外力を受ける棒状受動部材の表面に、高透磁率軟磁性材
   からなる複数個の細長い磁歪層を固定した棒状受動部材
   と、磁歪層応力歪による透磁率の変化を検出する検出器
   と、この検出器の回りにショートコイルを備えたことを
   特徴とする応力検出器。