JPH05118938A - トルクトランスデユーサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 励磁コイルや感知コイルに対する回転軸のぶ
れを防ぎ、熱応力やはめ合い応力を抑制し、回転軸の変
形、変位、振動等の影響を防止して、回転軸に作用する
トルク値の検出精度を良くする。 【構成】 電磁遮蔽ケース４４の内側に、感知コイル捲
回の感知コイル用ボビン５２・５３及び励磁コイル捲回
の励磁コイル用ボビン４６・４７を同心状に固定する。
固定ハウジング部材２６の内側に、断面鈎型で弾性体の
保持部材６４を介して電磁遮蔽ケース４４を固定状に保
持する。トルク伝達用の回転軸１０を、玉軸受３０・３
２を介して固定ハウジング部材２６に回転自在に保持さ
せる。回転軸１０周面部の螺旋方向磁気異方性を有する
環状帯１２・１４を、励磁コイル及び感知コイルが回転
軸１０と同軸状に非接触状態で囲む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転軸に作用している
トルクの測定値を与える非接触型磁気弾性トルクトラン
スデューサの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転軸に作用しているトルクの測定値を
与える非接触型磁気弾性トルクトランスデューサの例と
して、特開昭６３−２５２４８７号公報に開示されてい
るものを挙げることができる。

【０００３】これを中央部縦断面図である第１０図およ
び回路図である第１１図を示して説明するならば、ａお
よびｂは、互いに対称的な螺旋方向の磁気異方性を有す
る環状帯であって、回転軸ｃの表面部に、軸方向に離隔
した状態で設けられている。

【０００４】この環状帯を、回転軸ｃと同軸のボビン
ｄ、ｅが囲んでおり、ボビンｄ、ｅに、１対のコイル
ｆ、ｇ及びｈ、ｉが取り付けられている。そのうちｆと
ｈは、直列に接続されて交流で駆動される励磁コイルで
あり、ｇとｉは、２つの環状帯の磁束の差を感知する反
対向きに接続された感知コイルである。またｊは、フェ
ライト材料コアである。 励磁コイルｆ、ｈは交流電源
ｋから給電され、反対向きに接続された感知コイルｇ、
ｉに誘起された起電力は、整流器ｍで同期整流されて電
圧表示器ｎに表示される。第１０図における黒点はコイ
ルの極性を示す。

【０００５】回転軸ｃにトルクが加えられていないとき
には、環状帯ａ、ｂ内の応力は対称的で且つ等しいの
で、励磁コイルｆ、ｈに交流電流が加えられても、整流
器ｍの出力信号は実質上生じない。

【０００６】しかしトルクが回転軸ｃに加えられている
ときには、環状帯ａ、ｂはそれぞれ引張応力および圧縮
応力を受け、その結果、一方の環状帯における透磁率は
増大し、他方においては減少する。そのため、一方の環
状帯を通る磁束は増大して、他方においては減少し、一
方の感知コイルに誘起された電圧は他方における誘起電
圧を上回る。その結果、その誘起された電圧の差に対応
する出力信号、すなわち、加えられたトルクに比例する
出力信号が得られ、整流器ｍによって、トルク値に対応
する直流電圧に変換される。この整流器出力の極性によ
って、加えられたトルクの方向が知れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなトルクト
ランスデューサにおいては、回転軸に対し非接触状態で
トルク値を検出するものであるから、回転軸に作用する
トルク値を精度良く検出する上で、励磁コイルや感知コ
イルに対する回転軸のぶれを十分に小さいレベルに保つ
ことが必要となる。また、励磁コイルや感知コイルおよ
び電磁遮蔽手段に、温度変化による熱応力や各部品の公
差の蓄積等によるはめ合い応力が一定の程度を超えて生
じたり、或は回転軸の変形、変位、振動等の影響がある
程度を越えて及ぶと、トルク値検出の精度に悪影響を及
ぼす。ところが、このような点については、従来必ずし
も十分な解決手段が提供されていない。

【０００８】本発明は、従来技術に存した上記のような
問題点に鑑み行われたものであって、その目的とすると
ころは、励磁コイルや感知コイルに対する回転軸のぶれ
を十分に小さいレベルに保ち、温度変化による熱応力や
各部品の公差の蓄積等によるはめ合い応力が励磁コイル
や感知コイルおよび電磁遮蔽手段に一定の程度を超えて
生じたり、或は回転軸の変形、変位、振動等の影響があ
る程度を越えて励磁コイルや感知コイルおよび電磁遮蔽
手段に及ぶことを防いで、回転軸に作用するトルク値を
精度良く検出することができるトルクトランスデューサ
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のトルクトランスデューサは、磁場付与手段
及び感知手段を内側に固定保持した電磁遮蔽手段が、軸
受手段を介してトルク伝達用の回転軸を保持した固定ハ
ウジング部材に対して、断面鈎型で弾性体の保持部材を
介して保持されたものである。

【００１０】

【作用】回転軸にトルクが作用すると、強磁性磁歪手段
の透磁率が変化し、その影響が、磁場付与手段によって
与えられている磁場に及ぶ。その磁場の変化から、感知
手段が前記透磁率の変化を感知して、回転軸に作用して
いるトルクの大きさに対応する電気信号に変換する。

【００１１】回転軸に作用するトルクに応答して透磁率
を変化させる強磁性磁歪手段の、固定ハウジング部材に
対する相対的なぶれは、回転軸と固定ハウジング部材の
間に軸受手段を介在させることにより実質上防止されて
いる。電磁遮蔽手段は、固定ハウジング部材に断面鈎型
で弾性体の保持部材を介して固定状に保持されているの
で、保持部材と電磁遮蔽手段との嵌合関係および保持部
材と固定ハウジング部材との嵌合関係をそれぞれ適宜の
寸法で選択し、設定することができ、電磁遮蔽手段及び
その内側に固定保持されている磁場付与手段及び感知手
段に対し、回転軸に設けた強磁性磁歪手段は、がたつき
や相対的なぶれが実質上防止される。

【００１２】殊に、保持部材と電磁遮蔽手段との嵌合関
係おいて保持部材に初期張力が生じるような寸法に設定
しておけば、保持部材と固定ハウジング部材との嵌合関
係で生じやすい保持部材の圧縮むらによる芯振れを防止
しやすくなる。

【００１３】このように、電磁遮蔽手段が、弾性体の保
持部材を介して固定ハウジング部材に固定状に保持され
ているので、温度変化による熱応力や各部品の組み立て
による公差の蓄積等によるはめ合い応力が電磁遮蔽手段
並びに磁場付与手段及び感知手段に生じたり、回転軸の
変形、変位、振動等の影響が軸受及び固定ハウジング部
材を経て電磁遮蔽手段並びに磁場付与手段及び感知手段
に伝達されることが、弾性体の保持部材によって抑制さ
れることとなる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を、第１図乃至第９図を参照
しつつ説明する。第１図乃至第９図は本発明トルクトラ
ンスデューサの１実施例に関するものであり、そのうち
第１図は中央部縦断面図、第２図は電磁遮蔽手段と保持
部材の組付関係を示す断面図、第３図は、第２図におけ
る保持部材の拡大断面図である。第４図乃至第９図は、
第２図および第３図に相当する他の実施例を示す各断面
図である。

【００１５】第１図において、１０は、トルクが加えら
れる回転軸である。この回転軸１０は、強磁性磁歪材料
からできている。１２及び１４は、軸方向に離隔して設
けられた環状帯であって、互いに軸対称的な螺旋方向の
磁気異方性を有する。この螺旋方向の磁気異方性を有す
る環状帯１２及び１４は、回転軸１０の中央部における
周面部に、軸線に対しそれぞれ＋４５度、−４５度をな
す多数の螺線状の溝１６を形成し、その方向に残留応力
を生成させることにより磁気異方性を形成させている。
その磁気異方性の強さは、回転軸１０の他の部分に存在
し得る無秩序な磁気異方性より十分に強いので、当該他
の部分の無秩序な磁気異方性は無視することができる。

【００１６】２６はアルミニウム等の固定ハウジング部
材である。この固定ハウジング部材２６は、略筒状をな
し、その側壁部に透孔２８が設けられている。固定ハウ
ジング部材２６内には、回転軸１０が挿通されており、
この回転軸１０は、環状帯１２、１４の軸線方向両外方
部において、玉軸受３０及び３２を介して固定ハウジン
グ部材２６に回転自在に保持されている。

【００１７】４４は、パーマロイ等の高透磁率材料から
できた電磁遮蔽ケースである。電磁遮蔽ケース４４は二
つ割り状に形成されており、その内側に、１対の感知コ
イル用ボビン５２及び５３が軸線方向離隔状態で接着固
定され、それらの内側にそれぞれ同心状に、励磁コイル
用ボビン４６及び４７が嵌合した状態で接着固定され
る。また、励磁コイル用ボビン４６及び４７にはそれぞ
れ励磁コイルが、感知コイル用ボビン５２及び５３には
それぞれ感知コイルが、それぞれ捲回されている。

【００１８】電磁遮蔽ケース４４は、固定ハウジング部
材２６に、電磁遮蔽ケース４４及び固定ハウジング部材
２６の材料よりも弾力性に富む環状の保持部材６４を介
して固定状に保持されている。この保持部材６４による
保持によって、両環状帯１２及び１４のそれぞれを、励
磁コイル及び感知コイルが回転軸１０と同軸状に、非接
触状態で囲むよう構成されている。保持部材６４の横断
面形状は略鈎形である。保持部材６４の材料は、温度変
化による各部品の膨張率の差や、各部品の公差をある程
度吸収し得るようなものであることを要し、このトルク
トランスデューサの使用対象や使用部位をなるべく制限
しないようにするために、ある程度の高温に耐えるもの
であることや、耐油性を有することが望ましい。また絶
縁性のものであることが望ましい。なおこの実施例にお
いては、保持部材６４の横断面形状は前述のように略鈎
形であるが、回転軸線に垂直な面に沿う環状平板状部分
と回転軸線に平行な周面に沿う筒状部分とに分離された
ものであっても勿論差し支えない。

【００１９】保持部材と電磁遮蔽ケースとの嵌合関係お
よび保持部材と固定ハウジング部材との嵌合関係は、保
持部材の弾性度に合わせて適宜の寸法に選択できる。本
実施例では電磁遮蔽ケースの保持部材嵌合部外径寸法に
対して保持部材の内径寸法を０．２〜０．４ミリメート
ル小さめに設定している。従って両者を組付たときの嵌
合関係では保持部材に初期的な引張応力が生じている。
全体の組付ではまず電磁遮蔽ケースに保持部材が組付け
られ次いで固定ハウジング部材に嵌合するが、このとき
保持部材は固定ハウジング部材によって圧縮され乍ら嵌
合が終了する。

【００２０】８２は、玉軸受３０及び３２の軸方向外側
に位置する回転軸１０の溝部に外嵌されたＣリング、８
４は、第１図における左側の玉軸受３０と保持部材６４
との間に挿入された環状のスペーサである。シールドケ
ーブル９０は、固定ハウジング部材２６に固定されてい
るケーブル押え９６を介して固定ハウジング部材２６に
保持されている。

【００２１】回転軸１０にトルクが加えられていないと
きには、環状帯１２及び１４内の応力は対称的で且つ等
しいので、励磁コイルに交流電流が加えられても、整流
器の出力信号は実質上生じない。この場合は、両環状帯
１２及び１４における透磁率が等しく、両感知コイルに
誘起される電圧は、大きさが等しく極性が反対であり、
互いに打ち消し合うからである。

【００２２】しかし、トルクが回転軸１０に加えられて
いるときには、環状帯１２及び１４はそれぞれ引張応力
および圧縮応力を受け、その結果、環状帯１２及び１４
のうち一方における透磁率は増大し、他方の環状帯にお
いては減少する。そのため、一方の環状帯を通る磁束は
増大して、他方においては減少し、一方の感知コイルに
誘起された電圧は、他方の感知コイルにおける誘起電圧
を上回る。その結果、その誘起された電圧の差に対応す
る出力信号、すなわち、加えられたトルクに比例する出
力信号が得られる。その出力信号は、整流器によって、
トルク値に対応する直流電圧に変換される。この整流器
の出力の極性によって、加えられたトルクの方向、すな
わち時計回り又は反時計回りが知れる。

【００２３】回転軸１０は、玉軸受３０及び３２を介し
て固定ハウジング部材２６により回転自在に保持されて
いるので、回転軸１０のうち少なくとも環状帯１２及び
１４が設けられている部分の固定ハウジング部材２６に
対する相対的なぶれが実質上防止されており、電磁遮蔽
ケース４４は、固定ハウジング部材２６に軸方向及び径
方向に対し固定状に保持されている。電磁遮蔽ケース４
４及びその内側に固定保持されている励磁コイル並びに
感知コイルに対し、回転軸１０の前記部分は、相対的な
ぶれが実質上防止される。

【００２４】上述のように、電磁遮蔽ケース４４は比較
的弾力性のある保持部材６４を介して固定ハウジング部
材２６に軸方向及び径方向に対し固定状に保持されてい
るので、温度変化による熱応力や、各部品の組み立てに
よる公差の蓄積等によるはめ合い応力が電磁遮蔽ケース
４４並びに励磁コイル並びに感知コイルに生じるのを抑
制する。回転軸１０の変形、変位、振動等の影響が玉軸
受３０及び３２並びに固定ハウジング部材２６を経て電
磁遮蔽ケース４４、励磁コイル６０及び６１並びに感知
コイル６２及び６３に伝達されることは抑制される。

【００２５】

【発明の効果】本発明のトルクトランスデューサでは、
温度変化による熱応力や各部品の公差の蓄積等によるは
め合い応力が一定の程度を超えて励磁コイルや感知コイ
ルおよび電磁遮蔽手段に生じたり、或は回転軸の変形、
変位、振動等の影響がある程度を越えて励磁コイルや感
知コイルおよび電磁遮蔽手段に及ぶことが防止できるの
で回転軸に作用するトルク値を精度良く検出することが
できる。

【００２６】また、電磁遮蔽部材が、２つ割りのものの
場合は、保持部材が断面鈎型のため２つの電磁遮蔽部材
半体を強固に安定良く一体化出来るのでトルクトランス
デューサの組付作業が楽になる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す軸方向断面図である。

【図２】図１における要部断面図である。

【図３】図２の一部拡大図である。

【図４】別の実施例を示す要部断面図である。

【図５】図４の一部拡大図である。

【図６】更に別の実施例を示す要部断面図である。

【図７】図６の一部拡大図である。

【図８】更に別の実施例を示す要部断面図である。

【図９】図８の一部拡大図である。

【図１０】従来技術を示すトルクトランスデューサの縦
断面図である。

【図１１】従来技術を示す回路図である。

【符合の説明】

１０ 回転軸 １２ 環状帯 １４ 環状帯 ２６ 固定ハウジング部材 ３０ 玉軸受 ３２ 玉軸受 ４４ 電磁遮蔽ケース ４６ 励磁コイルのボビン ４７ 励磁コイルのボビン ５２ 感知コイルのボビン ５３ 感知コイルのボビン ６４ 保持部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸に設けられ、その回転軸に作用する
   トルクに応答して透磁率を変化させる強磁性磁歪手段
   と、その強磁性磁歪手段に磁場を与える磁場付与手段
   と、前記の回転軸に作用するトルクに起因する透磁率の
   変化を感知してそのトルクの大きさに対応する電気信号
   に変換する感知手段と、回転軸のうち少なくとも感知手
   段により前記強磁性磁歪手段の透磁率変化を感知する部
   分の相対的なぶれを実質上防止し得るように、軸受手段
   を介して回転軸を回転自在に保持する固定ハウジング部
   材と、前記磁場付与手段及び感知手段を内側に固定保持
   して電磁遮蔽する電磁遮蔽手段とを備え、前記磁場付与
   手段及び感知手段が回転軸に非接触の状態で、前記電磁
   遮蔽手段が断面鈎形で弾性体の保持部材を介して固定ハ
   ウジング部材に固定状に保持されていることを特徴とす
   るトルクトランスデューサ。
2. 【請求項２】保持部材が環状に連続し、組付前における
   嵌合部の内周長さが、電磁遮蔽手段の嵌合部の外周長さ
   より短く構成されている請求項１記載のトルクトランス
   デューサ。