JPH0450971B2 - - Google Patents
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- JPH0450971B2 JPH0450971B2 JP60090039A JP9003985A JPH0450971B2 JP H0450971 B2 JPH0450971 B2 JP H0450971B2 JP 60090039 A JP60090039 A JP 60090039A JP 9003985 A JP9003985 A JP 9003985A JP H0450971 B2 JPH0450971 B2 JP H0450971B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
-
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- G01L3/103—Details about the magnetic material used
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
- H01R13/66—Structural association with built-in electrical component
- H01R13/665—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit
- H01R13/6683—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit with built-in sensor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10S73/00—Measuring and testing
- Y10S73/02—Magnetostrictive
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- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は軸に伝わるトルクを非接触で検出する
トルクセンサに関する。
トルクセンサに関する。
従来の技術
従来のトルクセンサとして第７図に示す構成の
ものがある。図中１は軸、３は磁歪を有する軟磁
性層、４はコイル、５はコイルのインダクタンス
変化を検出する電気回路である。トルクが軸１に
伝わると、軟磁性層３中に歪が発生し透磁率が変
化し、コイル４のインダクタンスも変化する。こ
のインダクタンス変化からトルクを検出している
（例えば特開昭58−9034号公報）。
ものがある。図中１は軸、３は磁歪を有する軟磁
性層、４はコイル、５はコイルのインダクタンス
変化を検出する電気回路である。トルクが軸１に
伝わると、軟磁性層３中に歪が発生し透磁率が変
化し、コイル４のインダクタンスも変化する。こ
のインダクタンス変化からトルクを検出している
（例えば特開昭58−9034号公報）。
発明が解決しようとする問題点
従来の構成のトルクセンサでは、軸１上に磁歪
を有する軟磁性層３を直接固着していた。この構
成のトルクセンサでは、温度が上昇すると軸１と
軟磁性層３の熱膨張差に起因して軟磁性層３の透
磁率が変化し、変化の大きさは軸１の線熱膨張率
に依存していた。このため軸１の材質等の変更に
より線熱膨張率が変化すると、温度補償等の変更
を行なう必要があり大きな問題となつていた。
を有する軟磁性層３を直接固着していた。この構
成のトルクセンサでは、温度が上昇すると軸１と
軟磁性層３の熱膨張差に起因して軟磁性層３の透
磁率が変化し、変化の大きさは軸１の線熱膨張率
に依存していた。このため軸１の材質等の変更に
より線熱膨張率が変化すると、温度補償等の変更
を行なう必要があり大きな問題となつていた。
また、従来のトルクセンサでは、磁歪を有する
軟磁性層３に発生する歪を透磁率変化として検出
しトルクを得ているが軸１との熱膨張差に起因す
る熱歪が軟磁性層３に、400×10-6以上加わると
感度が極度に低下するという問題があつた。
軟磁性層３に発生する歪を透磁率変化として検出
しトルクを得ているが軸１との熱膨張差に起因す
る熱歪が軟磁性層３に、400×10-6以上加わると
感度が極度に低下するという問題があつた。
問題点を解決するための手段
本発明は、上記問題点を解決するため、トルク
を伝達する軸の外側に空隙を介して同心に円筒体
が配置され、この円筒体の軸方向の両端部分が、
前記円筒体と同心をなす円環形状の弾性体の外円
周部と結合されるとともに前記円環形状の弾性体
の内円周部が前記軸に固定され、前記円筒体の外
周面上に前記円筒体と熱膨張係数の近い磁歪を有
する軟磁性層が固着され、さらにその外側に一定
空隙を介して同心円状にコイルが巻回されて、前
記軟磁性層と前記コイルを含んで磁気回路が形成
され、トルクにより前記軸に発生する歪を前記磁
気回路のインダクタンス変化として検出する構成
を有する。そして、前記円環形状の弾性体の前記
軸方向の撓みにより主に軸長さ方向の熱歪を吸収
するものである。
を伝達する軸の外側に空隙を介して同心に円筒体
が配置され、この円筒体の軸方向の両端部分が、
前記円筒体と同心をなす円環形状の弾性体の外円
周部と結合されるとともに前記円環形状の弾性体
の内円周部が前記軸に固定され、前記円筒体の外
周面上に前記円筒体と熱膨張係数の近い磁歪を有
する軟磁性層が固着され、さらにその外側に一定
空隙を介して同心円状にコイルが巻回されて、前
記軟磁性層と前記コイルを含んで磁気回路が形成
され、トルクにより前記軸に発生する歪を前記磁
気回路のインダクタンス変化として検出する構成
を有する。そして、前記円環形状の弾性体の前記
軸方向の撓みにより主に軸長さ方向の熱歪を吸収
するものである。
作 用
トルク伝達軸のねじれはトルク伝達軸と円筒体
を結合する弾性体により、円筒体に効率良く伝達
されるが、伝達軸と円筒体の熱膨張差は前記弾性
体の歪として吸収される。従つて熱膨張差に起因
する応力が円筒体を介して軟磁性層に発生するこ
とはない。
を結合する弾性体により、円筒体に効率良く伝達
されるが、伝達軸と円筒体の熱膨張差は前記弾性
体の歪として吸収される。従つて熱膨張差に起因
する応力が円筒体を介して軟磁性層に発生するこ
とはない。
実施例
第１図は本発明の一実施例におけるトルクセン
サである。図中１はトルク伝達軸であり、一般に
用いられる鋼製の軸である。鋼の熱膨張率は12×
10-6（１／Ｋ）である。２は線熱膨張率９×10-6
（１／Ｋ）のチタニウム製の円筒体であり、同じ
材質で構成した円環形状の弾性部２ａの外円周部
に溶接固定されている。弾性部２ａと一体に加工
されたた固着部２ｂは軸１にろう付けされてい
る。円筒体２の外周面上には磁歪を有するFe系
の軟磁性層３を固着してある。軟磁性層３の線熱
膨張率は８×10-6（１／Ｋ）である。軟磁性層３
に外側には、一定空隙を介してコイル４が巻固し
てある。コイル４は検出回路５に結合してあり、
インダクタンス値を得る。トルクが軸１に伝達さ
れると、ねじれによる歪が軟磁性層３に発生し、
これにより透磁率が低下する。コイルのインダク
タンスも同時に低下するので、コイルのインダク
タンスによりトルクの値を得る事ができる。
サである。図中１はトルク伝達軸であり、一般に
用いられる鋼製の軸である。鋼の熱膨張率は12×
10-6（１／Ｋ）である。２は線熱膨張率９×10-6
（１／Ｋ）のチタニウム製の円筒体であり、同じ
材質で構成した円環形状の弾性部２ａの外円周部
に溶接固定されている。弾性部２ａと一体に加工
されたた固着部２ｂは軸１にろう付けされてい
る。円筒体２の外周面上には磁歪を有するFe系
の軟磁性層３を固着してある。軟磁性層３の線熱
膨張率は８×10-6（１／Ｋ）である。軟磁性層３
に外側には、一定空隙を介してコイル４が巻固し
てある。コイル４は検出回路５に結合してあり、
インダクタンス値を得る。トルクが軸１に伝達さ
れると、ねじれによる歪が軟磁性層３に発生し、
これにより透磁率が低下する。コイルのインダク
タンスも同時に低下するので、コイルのインダク
タンスによりトルクの値を得る事ができる。
本発明によるトルクセンサが温度Ｔの下にさら
された場合の様子を第２図に示す。第２図では、
軸１の熱膨張が、軟磁性層３に比してΔLだけ大
きい状態を示している。LTは、その温度での軟
磁性層３の長さである。軸１の熱膨張は、弾性体
２ａのたわみにより吸収された、軟磁性層３の部
分へは影響を及ぼさなくなる。このため軸１とし
て線熱膨張率の異なる材質のものを用いても、軟
磁性層３へは軸１の熱膨張歪は伝達されにくくな
る。この理由で、軸１の材質等による温度特性の
変化が極めて小さくなる。
された場合の様子を第２図に示す。第２図では、
軸１の熱膨張が、軟磁性層３に比してΔLだけ大
きい状態を示している。LTは、その温度での軟
磁性層３の長さである。軸１の熱膨張は、弾性体
２ａのたわみにより吸収された、軟磁性層３の部
分へは影響を及ぼさなくなる。このため軸１とし
て線熱膨張率の異なる材質のものを用いても、軟
磁性層３へは軸１の熱膨張歪は伝達されにくくな
る。この理由で、軸１の材質等による温度特性の
変化が極めて小さくなる。
上の構成にした場合の効果について以下に説明
する。一定トルク下で、−50℃〜150℃でのコイル
４のインダクタンスの温度変化の様子を第３図に
実線で示した。前述のように、Fe系軟磁性層３
の線熱膨張率12×10-6（１／Ｋ）に対し、鋼は12
×10-6（１／Ｋ）である。このように軸１と、軟
磁性合金層３との線熱膨張率に差があるにもかか
わらず、インダクタンスの温度変化が極めて小さ
い。これは、円筒体２および弾性部２ａを用いる
事により軸１の熱膨張を吸収できたためである。
比較のため、従来構成のトルクセンサで、軟磁性
合金層３を鋼製の軸に直接固着した構成のトルク
センサで、一定トルク下での−50℃〜150℃にお
けるコイル４のインダクタンス温度変化を破線で
示した。軸１との熱膨張差によりインダクタンス
の温度変化が大きい事がわかる。
する。一定トルク下で、−50℃〜150℃でのコイル
４のインダクタンスの温度変化の様子を第３図に
実線で示した。前述のように、Fe系軟磁性層３
の線熱膨張率12×10-6（１／Ｋ）に対し、鋼は12
×10-6（１／Ｋ）である。このように軸１と、軟
磁性合金層３との線熱膨張率に差があるにもかか
わらず、インダクタンスの温度変化が極めて小さ
い。これは、円筒体２および弾性部２ａを用いる
事により軸１の熱膨張を吸収できたためである。
比較のため、従来構成のトルクセンサで、軟磁性
合金層３を鋼製の軸に直接固着した構成のトルク
センサで、一定トルク下での−50℃〜150℃にお
けるコイル４のインダクタンス温度変化を破線で
示した。軸１との熱膨張差によりインダクタンス
の温度変化が大きい事がわかる。
ところで、磁歪を有する軟磁性層３は、引張歪
を加えた時、約４×10-4以上の伸びを加えると、
それ以上では歪に対して透磁率変化が極端に小さ
くなる。この様子を第４図に示す。すなわち、４
×10-4以上の歪で使用した時、トルクに対する透
磁率変化が極端に小さくなる。このため、軟磁性
層３に発生する熱膨張差による熱歪は４×10-4以
下である必要がある。車載用としてトルクセンサ
を用いた時、200℃程度の温度変化にさらされる。
このため、円筒体２と軟磁性層３の線熱膨張率差
は２×10-6以下とする事により、200℃の温度変
化の下で良好な感度を有するトルクセンサを実現
できる。
を加えた時、約４×10-4以上の伸びを加えると、
それ以上では歪に対して透磁率変化が極端に小さ
くなる。この様子を第４図に示す。すなわち、４
×10-4以上の歪で使用した時、トルクに対する透
磁率変化が極端に小さくなる。このため、軟磁性
層３に発生する熱膨張差による熱歪は４×10-4以
下である必要がある。車載用としてトルクセンサ
を用いた時、200℃程度の温度変化にさらされる。
このため、円筒体２と軟磁性層３の線熱膨張率差
は２×10-6以下とする事により、200℃の温度変
化の下で良好な感度を有するトルクセンサを実現
できる。
第５図に、円筒体２と軟磁性合金層３の線熱膨
張率差を２×10-6（１／Ｋ）以下にした場合の効
果について示す。同図は、Fe系軟磁性合金層
（線熱膨張率８×10-6（１／Ｋ）を、チタニウム合
金製の円筒体２（線熱膨張率９×10-6（１／Ｋ）
及び、軟鋼製円筒体２（線熱膨張率11×10-6
（１／Ｋ））に固着した場合について、100℃での
センサ出力を示したものである。
張率差を２×10-6（１／Ｋ）以下にした場合の効
果について示す。同図は、Fe系軟磁性合金層
（線熱膨張率８×10-6（１／Ｋ）を、チタニウム合
金製の円筒体２（線熱膨張率９×10-6（１／Ｋ）
及び、軟鋼製円筒体２（線熱膨張率11×10-6
（１／Ｋ））に固着した場合について、100℃での
センサ出力を示したものである。
軸径はφ30、印加トルクは０（Kgm）〜20
（Kgm）であつた。図中、実線はチタニウム合金
製の円筒を用いた場合であり、円筒体２と軟磁性
層との線熱膨張率差は２×10-6（１／Ｋ）以下で
ある。破線は、鋼製の円筒を用いたものであり、
軟磁性層３との線熱膨張率差は３×10-6（１／Ｋ）
である。同様の結果を−50〜150℃の温度域にお
いて得た。このように線熱膨張率差を２×10-6
（１／Ｋ）以下にする事で、−50℃〜150℃で安定
した出力を得る事ができる。
（Kgm）であつた。図中、実線はチタニウム合金
製の円筒を用いた場合であり、円筒体２と軟磁性
層との線熱膨張率差は２×10-6（１／Ｋ）以下で
ある。破線は、鋼製の円筒を用いたものであり、
軟磁性層３との線熱膨張率差は３×10-6（１／Ｋ）
である。同様の結果を−50〜150℃の温度域にお
いて得た。このように線熱膨張率差を２×10-6
（１／Ｋ）以下にする事で、−50℃〜150℃で安定
した出力を得る事ができる。
以上の構成以外でも、円筒体２と軟磁性層３の
線熱膨張率差を２×10-6（１／Ｋ）以下とすれば
材質等は何でも良い事が確認され、第４図で確認
した結果と一致した。
線熱膨張率差を２×10-6（１／Ｋ）以下とすれば
材質等は何でも良い事が確認され、第４図で確認
した結果と一致した。
一方、２×10-6（１／Ｋ）より大きい線熱膨張
差を有する場合第３図の破線と同様にインダクタ
ンス変化が小さくなつた。
差を有する場合第３図の破線と同様にインダクタ
ンス変化が小さくなつた。
以上の構成のトルクセンサは、軸の材質によら
ず、−50℃〜150℃で安定した出力を実現できる。
ず、−50℃〜150℃で安定した出力を実現できる。
本発明による他の実施例の１つを第６図に示
す。第６図中、軸１は、ステンレス鋼製の軸であ
る。軸１を加工して、円形の弾性部１ａを２か所
に形成してある。弾性部１ａの外周には、45％
Ni鋼製の中空円筒体２′（線熱膨張率８×10-6
（１／Ｋ））が溶接してある。他の部分の構成は第
１図と同じである。
す。第６図中、軸１は、ステンレス鋼製の軸であ
る。軸１を加工して、円形の弾性部１ａを２か所
に形成してある。弾性部１ａの外周には、45％
Ni鋼製の中空円筒体２′（線熱膨張率８×10-6
（１／Ｋ））が溶接してある。他の部分の構成は第
１図と同じである。
この構成のトルクセンサでは、実施例１と同じ
効果を実現できる事が確認されている。
効果を実現できる事が確認されている。
この構成にする利点を説明する。円筒体２を軸
に溶接する場合、第１の実施例の構成では、円筒
体２を軸表面に直接溶接するため、熱応力により
軸が偏心する場合がある。これに対し、本実施例
による構成では、円形弾性部１ａの外周部で溶接
するための軸１の偏心を避ける事ができる。
に溶接する場合、第１の実施例の構成では、円筒
体２を軸表面に直接溶接するため、熱応力により
軸が偏心する場合がある。これに対し、本実施例
による構成では、円形弾性部１ａの外周部で溶接
するための軸１の偏心を避ける事ができる。
以上の２つの実施例におけるトルクセンサで
は、以上述べた他に、軸が曲げモーメントを受
け、たわみを生じた場合に、軟磁性層３に伝達す
るたわみ量が1/10以下に低減できる効果もある。
また一般に回転軸は、回転時に偏心をし、たわみ
歪が軟磁性層３に伝わると出力誤差となつていた
が本実施例の構成にする事によりわたみによる出
力誤差を低減できた。
は、以上述べた他に、軸が曲げモーメントを受
け、たわみを生じた場合に、軟磁性層３に伝達す
るたわみ量が1/10以下に低減できる効果もある。
また一般に回転軸は、回転時に偏心をし、たわみ
歪が軟磁性層３に伝わると出力誤差となつていた
が本実施例の構成にする事によりわたみによる出
力誤差を低減できた。
また、軟磁性層３を形成する場合、軸１に直接
形成せず円筒体２上に形成すれば良い事から、作
業性も向上する。
形成せず円筒体２上に形成すれば良い事から、作
業性も向上する。
発明の効果
本発明によれば、軸材等の影響を受けず、−50
℃〜150℃で安定した出力を示し、かつ、軸のた
わみ変形に対して出力変化の少ない、作製容易な
トルクセンサを実現できる。
℃〜150℃で安定した出力を示し、かつ、軸のた
わみ変形に対して出力変化の少ない、作製容易な
トルクセンサを実現できる。
第１図は、本発明によるトルクセンサの一実施
例の一部切欠いた斜視図、第２図は、同実施例に
おける弾性部の働きを示す断面図、第３図は、イ
ンダクタンスの温度変化の比較を示すグラフ、第
４図は、逆磁歪効果を示すグラフ、第５図は、−
50℃，150℃でのトルクセンサ出力を示すグラフ、
第６図は、本発明の他の実施例を示す一部切欠い
た斜視図、第７図は、従来のトルクセンサを示す
一部切欠いた斜視図である。 １……軸、１ａ，２ａ……弾性部、２……円筒
体、３……軟磁性層、４……コイル、５……検出
回路。
例の一部切欠いた斜視図、第２図は、同実施例に
おける弾性部の働きを示す断面図、第３図は、イ
ンダクタンスの温度変化の比較を示すグラフ、第
４図は、逆磁歪効果を示すグラフ、第５図は、−
50℃，150℃でのトルクセンサ出力を示すグラフ、
第６図は、本発明の他の実施例を示す一部切欠い
た斜視図、第７図は、従来のトルクセンサを示す
一部切欠いた斜視図である。 １……軸、１ａ，２ａ……弾性部、２……円筒
体、３……軟磁性層、４……コイル、５……検出
回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ トルクを伝達する軸の外側に空隙を介して同
心に円筒体が配置され、この円筒体の軸方向の両
端部分が、前記円筒体と同心をなす円環形状の弾
性体の外円周部と結合されるとともに前記円環形
状の弾性体の内円周部が前記軸に固定され、前記
円筒体の外周面上に前記円筒体と熱膨張係数の近
い磁歪を有する軟磁性層が固着され、さらにその
外側に一定空隙を介して同心円状にコイルが巻回
されて、前記軟磁性層と前記コイルを含んで磁気
回路が形成され、トルクにより前記軸に発生する
歪を前記磁気回路のインダクタンス変化として検
出するとともに、前記円環形状の弾性体の前記軸
方向の撓みにより主に軸長さ方向の熱歪を吸収す
るよう構成されたトルクセンサ。 ２ 円筒体と軟磁性層の熱膨張率の絶対値が２×
10-6（１／Ｋ）以下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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60090039A JPS61247932A (ja) | 1985-04-26 | 1985-04-26 | トルクセンサ |
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| JP60090039A JPS61247932A (ja) | 1985-04-26 | 1985-04-26 | トルクセンサ |
Publications (2)
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Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP60090039A Granted JPS61247932A (ja) | 1985-04-26 | 1985-04-26 | トルクセンサ |
Country Status (2)
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-
1986
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61247932A (ja) | 1986-11-05 |
| US4780671A (en) | 1988-10-25 |
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