JPH0565094B2 - - Google Patents
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- JPH0565094B2 JPH0565094B2 JP62257480A JP25748087A JPH0565094B2 JP H0565094 B2 JPH0565094 B2 JP H0565094B2 JP 62257480 A JP62257480 A JP 62257480A JP 25748087 A JP25748087 A JP 25748087A JP H0565094 B2 JPH0565094 B2 JP H0565094B2
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- magnetic field
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- shaft
- sensor
- magnetic
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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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
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- 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
- G01L3/105—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 inductive means
-
- 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
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S73/00—Measuring and testing
- Y10S73/02—Magnetostrictive
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、回転する特に軟質磁性軸において伝
達すべきトルクに比例した機械的応力に感応する
装置に関する。
達すべきトルクに比例した機械的応力に感応する
装置に関する。
従来の技術
あらゆる軟質磁性材料例えば軸材料は、その機
械的な来歴に応じて多かれ少なかれ大きな基礎磁
化を有している。これは殊に機械的な荷重のもと
で材料の老化によつて変化する。誘導された直線
磁界の中に存在する強磁性の棒がねじられるとそ
の磁化が変化するというマツトイシ効果
（Matteucci−Effekt）を利用して、軸の中に生
じた機械的応力に関して言明するために、相応し
た磁界センサー系によつて磁化変化を検出しよう
とする場合、これによる言明は基礎磁化自体およ
び軸材料の基礎磁化の一様でない変化に左右され
狂いが生じてしまうので、適当に相対的に評価し
なければならない。
械的な来歴に応じて多かれ少なかれ大きな基礎磁
化を有している。これは殊に機械的な荷重のもと
で材料の老化によつて変化する。誘導された直線
磁界の中に存在する強磁性の棒がねじられるとそ
の磁化が変化するというマツトイシ効果
（Matteucci−Effekt）を利用して、軸の中に生
じた機械的応力に関して言明するために、相応し
た磁界センサー系によつて磁化変化を検出しよう
とする場合、これによる言明は基礎磁化自体およ
び軸材料の基礎磁化の一様でない変化に左右され
狂いが生じてしまうので、適当に相対的に評価し
なければならない。
冒頭に述べた装置は既に知られており（ドイツ
連邦共和国特許出願公開第23 16 344号公報参
照）、この場合軟質磁性軸の上に、非磁性材料の
被覆層が設けられ、更にこの被覆層の上に良好な
磁歪特性の被覆層が設けられている。この場合非
磁性の被覆層は、交流電流が給電される磁気コイ
ルによつて発生される磁束全体が導かれねばなら
ない外側被覆層から軸を磁気的に絶縁する目的を
満足しなければならない。その場合磁束の変化は
変圧器原理に基づく検出コイルによつて検出され
る。この場合測定層と軸との間に絶縁層が設けら
れているにも拘わらず、軸の不安定な基礎磁化が
動的な荷重のもとで相変わらず測定結果を狂いを
生じてしまう。これは磁化した軸の磁界が測定層
の中にも混入するからである。
連邦共和国特許出願公開第23 16 344号公報参
照）、この場合軟質磁性軸の上に、非磁性材料の
被覆層が設けられ、更にこの被覆層の上に良好な
磁歪特性の被覆層が設けられている。この場合非
磁性の被覆層は、交流電流が給電される磁気コイ
ルによつて発生される磁束全体が導かれねばなら
ない外側被覆層から軸を磁気的に絶縁する目的を
満足しなければならない。その場合磁束の変化は
変圧器原理に基づく検出コイルによつて検出され
る。この場合測定層と軸との間に絶縁層が設けら
れているにも拘わらず、軸の不安定な基礎磁化が
動的な荷重のもとで相変わらず測定結果を狂いを
生じてしまう。これは磁化した軸の磁界が測定層
の中にも混入するからである。
発明が解決しようとする問題点
本発明の目的は、冒頭に述べた形式の装置を、
大きな機械的な交番荷重のもとで且つ物理的およ
び化学的に厳しい環境条件のもとで連続運転する
場合でも、確実に長期間に亘つて狂いのない測定
信号が得られるように形成することにある。
大きな機械的な交番荷重のもとで且つ物理的およ
び化学的に厳しい環境条件のもとで連続運転する
場合でも、確実に長期間に亘つて狂いのない測定
信号が得られるように形成することにある。
問題点の解決手段
本発明によればこの目的は特許請求の範囲第１
項の特徴部分に記載した手段によつて達成され
る。
項の特徴部分に記載した手段によつて達成され
る。
実施例
以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説
明する。
明する。
本発明に基づくトルク測定装置の作動原理は、
直線磁界内にある軟質磁性棒をねじると、その磁
化が変化するというそれ自体公知のマツトイシ効
果（Matteucci−Effekt）に基づいている。第１
図においてトルク測定装置は一方ではセンサー系
１を有し、他方では軟質磁性軸２（被測定物）の
上に形成された被覆層２，１，２，２，２，３を
有している。
直線磁界内にある軟質磁性棒をねじると、その磁
化が変化するというそれ自体公知のマツトイシ効
果（Matteucci−Effekt）に基づいている。第１
図においてトルク測定装置は一方ではセンサー系
１を有し、他方では軟質磁性軸２（被測定物）の
上に形成された被覆層２，１，２，２，２，３を
有している。
センサー系１は特に、軸２の長手方向に延びる
Ｕ字状の磁界発生器１，１とセンサー１，２とか
ら構成されている。前記磁界発生器１，１は、そ
の軸２の側の脚部側に永久磁石１，１，２，１，
１，３が配置されているＵ字状の軟質磁性継鉄
１，１，１によつて形成されている。前記センサ
ー１，２は、継鉄１，１，１の内部に位置する非
磁歪性のアモルフアス金属から成るＵ字状の鉄心
１，２，１を有し、その脚部端は同様に軸２に面
して位置し、そのクロスピースはコイル１，２，
２を支持している。このコイル１，２，２は判別
回路３に接続される電気接続端子１，２，３を持
つている。永久磁石並びに鉄心の脚部端はそれぞ
れ軸２に対して小さな間隔を隔てて配置されてい
る。軸２はセンサー系１の作用範囲に、即ち軸２
の長手方向に永久磁石を幾分越えて延びている被
覆層を有しており、その場合軸２に直ちに高透磁
性で非磁歪性アモルフアスの第３被覆層２，３が
固定して設けられ、その上に高非磁性の第２被覆
層２，２が、更にその上に高軟質磁性で磁歪性の
アモルフアスの第１被覆層２，１が固く設けられ
ている。勿論それらの被覆層は軸２をその全周に
亘つて取り囲んでいる。
Ｕ字状の磁界発生器１，１とセンサー１，２とか
ら構成されている。前記磁界発生器１，１は、そ
の軸２の側の脚部側に永久磁石１，１，２，１，
１，３が配置されているＵ字状の軟質磁性継鉄
１，１，１によつて形成されている。前記センサ
ー１，２は、継鉄１，１，１の内部に位置する非
磁歪性のアモルフアス金属から成るＵ字状の鉄心
１，２，１を有し、その脚部端は同様に軸２に面
して位置し、そのクロスピースはコイル１，２，
２を支持している。このコイル１，２，２は判別
回路３に接続される電気接続端子１，２，３を持
つている。永久磁石並びに鉄心の脚部端はそれぞ
れ軸２に対して小さな間隔を隔てて配置されてい
る。軸２はセンサー系１の作用範囲に、即ち軸２
の長手方向に永久磁石を幾分越えて延びている被
覆層を有しており、その場合軸２に直ちに高透磁
性で非磁歪性アモルフアスの第３被覆層２，３が
固定して設けられ、その上に高非磁性の第２被覆
層２，２が、更にその上に高軟質磁性で磁歪性の
アモルフアスの第１被覆層２，１が固く設けられ
ている。勿論それらの被覆層は軸２をその全周に
亘つて取り囲んでいる。
第３被覆層２，３はセンサー系１の作用範囲に
おいて軸２の基礎磁気を短絡する目的を満たして
いるので、この基礎磁気から生ずる磁束φkは、
軸２および第３被覆層２，３の内部だけしか通ら
ない。
おいて軸２の基礎磁気を短絡する目的を満たして
いるので、この基礎磁気から生ずる磁束φkは、
軸２および第３被覆層２，３の内部だけしか通ら
ない。
第２被覆層２，２は第３被覆層２，３と第１被
覆層２，１とを磁気的に切り離すために使用し、
第１被覆層２，１は本来の測定層となる。
覆層２，１とを磁気的に切り離すために使用し、
第１被覆層２，１は本来の測定層となる。
第１図から分るように、磁界発生器１，１によ
つて直流磁界が発生され、第１被覆層２，１に導
入されるので（磁束φ）、軸２の長手方向におい
て磁気回路が閉じられる。いま軸２（およびそれ
に伴つて被覆層）がねじられると、被覆層２，１
においてその磁化状態が変化し、これは磁束φを
変化させる結果となる。センサー１，２の鉄心
１，２，１が同様に磁気回路の中に位置している
ので、磁束φの変化はセンサー１，２の鉄心１，
２，１における磁束φsも変化させる結果となり、
詳しくは次の関係において変化させる結果とな
る。
つて直流磁界が発生され、第１被覆層２，１に導
入されるので（磁束φ）、軸２の長手方向におい
て磁気回路が閉じられる。いま軸２（およびそれ
に伴つて被覆層）がねじられると、被覆層２，１
においてその磁化状態が変化し、これは磁束φを
変化させる結果となる。センサー１，２の鉄心
１，２，１が同様に磁気回路の中に位置している
ので、磁束φの変化はセンサー１，２の鉄心１，
２，１における磁束φsも変化させる結果となり、
詳しくは次の関係において変化させる結果とな
る。
センサー１，２のコイル１，２，２は判別回路
３の電源３，１から一定周波数例えば100kHzの
周波数で給電され、これによつてセンサー１，２
に一定した交流磁界が発生され、センサー１，２
の鉄心１，２，１は飽和状態に制御されている。
この交流磁界に磁界発生器の直流磁界成分が重畳
されるので、直流磁界から生ずる磁束φの変化
は、鉄心１，２，１における磁束φsの変化をも、
詳しくは直流磁界成分に関連して引き起こす。こ
の磁束φsの変化は鉄心１，２，１において磁化
曲線の非線形関数Ｂ＝ｆ(H)に応じてその動的な透
磁率μ(H)＝dB／dHの変化を生じ、その結果コイ
ル１，２，２のインダクタンス(L)の変化を生じ、
これは判別回路３例えば単純な振動電子回路の信
号選別回路３，２において、ねじりの関数として
電圧あるいは周波数の表示ができるように判別さ
れる。
３の電源３，１から一定周波数例えば100kHzの
周波数で給電され、これによつてセンサー１，２
に一定した交流磁界が発生され、センサー１，２
の鉄心１，２，１は飽和状態に制御されている。
この交流磁界に磁界発生器の直流磁界成分が重畳
されるので、直流磁界から生ずる磁束φの変化
は、鉄心１，２，１における磁束φsの変化をも、
詳しくは直流磁界成分に関連して引き起こす。こ
の磁束φsの変化は鉄心１，２，１において磁化
曲線の非線形関数Ｂ＝ｆ(H)に応じてその動的な透
磁率μ(H)＝dB／dHの変化を生じ、その結果コイ
ル１，２，２のインダクタンス(L)の変化を生じ、
これは判別回路３例えば単純な振動電子回路の信
号選別回路３，２において、ねじりの関数として
電圧あるいは周波数の表示ができるように判別さ
れる。
第２図および第３図における実施例の場合、第
１図の実施例と異なつて、センサー１，２に加え
て直径線的に対向した位置に別のセンサー１，
２′が軸２に配置されており、その場合両方のセ
ンサー１，２，１，２′はそれらの接続端子を介
して判別回路３に接続されている。これらのセン
サーによつて発生される信号は今や判別回路３に
おいて電子式に加算される。この処置によつて垂
直方向における軸２の振動およびそれに伴つて生
ずる磁束変化は消去させられ、他方では有効信号
が倍増される。
１図の実施例と異なつて、センサー１，２に加え
て直径線的に対向した位置に別のセンサー１，
２′が軸２に配置されており、その場合両方のセ
ンサー１，２，１，２′はそれらの接続端子を介
して判別回路３に接続されている。これらのセン
サーによつて発生される信号は今や判別回路３に
おいて電子式に加算される。この処置によつて垂
直方向における軸２の振動およびそれに伴つて生
ずる磁束変化は消去させられ、他方では有効信号
が倍増される。
特に第３図から理解できるように、センサー
１，２，１，２′は互いに直径線的に対向して位
置し垂直方向に配置されており、センサー１，
２，１，２′と軸２との空隙はほぼ一定に保たれ
るので、軸２の水平方向における小さな振動は、
センサー１，２，１，２′によつて発生される信
号に影響を与えない。
１，２，１，２′は互いに直径線的に対向して位
置し垂直方向に配置されており、センサー１，
２，１，２′と軸２との空隙はほぼ一定に保たれ
るので、軸２の水平方向における小さな振動は、
センサー１，２，１，２′によつて発生される信
号に影響を与えない。
センサー１，２，１，２′が垂直方向に移動で
きる支持体４に保持されている場合、センサー
１，２，１，２′によつて発生される信号に関し
て零点調整ができる。
きる支持体４に保持されている場合、センサー
１，２，１，２′によつて発生される信号に関し
て零点調整ができる。
センサー１，２，１，２′の形成に関して、そ
の無感温性誘導抵抗がその感温性オーム抵抗より
も数倍大きく決められるように注意を払い、その
場合センサーコイルに対して好適には、熱抵抗係
数の小さな銅線例えばサーモシン（Thermosyn）
が使用され、それによつて事情によつて生ずる温
度偏流は非常に小さくさせられる。
の無感温性誘導抵抗がその感温性オーム抵抗より
も数倍大きく決められるように注意を払い、その
場合センサーコイルに対して好適には、熱抵抗係
数の小さな銅線例えばサーモシン（Thermosyn）
が使用され、それによつて事情によつて生ずる温
度偏流は非常に小さくさせられる。
被覆層２，１〜２，３は最も単純な場合に（厚
さが約20〜50μmの）３枚の薄いフイルムを貼着
あるいは爆発溶着によつて相互におよび軸２に接
続して形成される。しかし別の（蒸着、スパツタ
リングなどあるいは電解付着ないし化学的付着反
応のような）化学的あるいは物理的な方法によつ
て、あるいは化学的な被覆方法と物理的な方法と
の組合せによつて、その特殊な物理的特性を有す
る上述した順序の被覆層を作ることもできる。
さが約20〜50μmの）３枚の薄いフイルムを貼着
あるいは爆発溶着によつて相互におよび軸２に接
続して形成される。しかし別の（蒸着、スパツタ
リングなどあるいは電解付着ないし化学的付着反
応のような）化学的あるいは物理的な方法によつ
て、あるいは化学的な被覆方法と物理的な方法と
の組合せによつて、その特殊な物理的特性を有す
る上述した順序の被覆層を作ることもできる。
少量の燐を含むニツケルの化学的な付着方法が
特に有利であり、その場合燐の量を制御すること
により、その磁化特性において高軟質磁性から高
非磁性までに及び被覆層が作れる。この方法によ
れば化学的な付着において僅かなパラメータを変
更することによつて３層全部の被覆層を軸の上に
設けることができる。各被覆層の分子間結合によ
り、大きな動的な荷重において非常に長い時間に
亘つて、機械的特性および磁気的特性は変化せ
ず、被覆層相互およびその軸との強固な接着が達
成される。更にこれらの被覆層はその表面組織に
基づいて腐食を生ずる傾向はなく、この理由から
もこれらの被覆層の磁気的および機械的な特性は
非常に長時間に亘つて安定する。
特に有利であり、その場合燐の量を制御すること
により、その磁化特性において高軟質磁性から高
非磁性までに及び被覆層が作れる。この方法によ
れば化学的な付着において僅かなパラメータを変
更することによつて３層全部の被覆層を軸の上に
設けることができる。各被覆層の分子間結合によ
り、大きな動的な荷重において非常に長い時間に
亘つて、機械的特性および磁気的特性は変化せ
ず、被覆層相互およびその軸との強固な接着が達
成される。更にこれらの被覆層はその表面組織に
基づいて腐食を生ずる傾向はなく、この理由から
もこれらの被覆層の磁気的および機械的な特性は
非常に長時間に亘つて安定する。
即ち本発明によれば、
−単純で頑丈な機械的構造を有し、
−機械的な大きな交番荷重のもとで且つ物理的お
よび化学的に厳しい環境条件のもとで連続運転
する場合も、確実に長時間に亘つて機能し、 −センサーによつて発生された信号を単純で廉価
な電子式信号選別器において再処理できる、 ようなトルク測定装置が作れる。
よび化学的に厳しい環境条件のもとで連続運転
する場合も、確実に長時間に亘つて機能し、 −センサーによつて発生された信号を単純で廉価
な電子式信号選別器において再処理できる、 ようなトルク測定装置が作れる。
第１図は本発明に基づくトルク測定装置の概略
構成図である。第２図は本発明に基づくトルク測
定装置の異なつた実施例の概略構成図である。
第３図は第２図における−線に沿つた断面図
である。 １……センサー系、１，１……磁界発生器、
１，２……センサー、１，２，１……鉄心、１，
２，２……コイル、２……軸、２，１……第１被
覆層、２，２……第２被覆層、２，３……第３被
覆層、３……判別回路、３，２……信号選別装
置、４……支持体。
構成図である。第２図は本発明に基づくトルク測
定装置の異なつた実施例の概略構成図である。
第３図は第２図における−線に沿つた断面図
である。 １……センサー系、１，１……磁界発生器、
１，２……センサー、１，２，１……鉄心、１，
２，２……コイル、２……軸、２，１……第１被
覆層、２，２……第２被覆層、２，３……第３被
覆層、３……判別回路、３，２……信号選別装
置、４……支持体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 軸から僅かな間隔を隔てられたセンサ系と、
このセンサー系の範囲において前記軸の上に固定
して形成された被覆層とを含み、前記センサー系
がＵ字状の磁界発生器と、鉄心および電気接続端
子付のコイルとを持つた少なくとも１つのセンサ
ーと、このセンサーが接続端子を介して接続され
ている判別回路とから構成され、前記磁界発生器
によつて発生された直線磁界が前記軸の長手方向
において磁界回路を閉じるように高軟質磁性で磁
歪性アモルフアスの第１被覆層を通して導かれ、
この第１被覆層がその下側に位置する高非磁性の
第２被覆層の上に設けられており、前記センサー
が第１被覆層を通して導かれる直線磁界の範囲に
配置され、軸にねじれが生じた際に第１被覆層の
磁化変化がその鉄心における磁束の変化の形で検
出されるような軸におけるトルクを非接触で間接
的に電気式に測定する装置において、 第２被覆層２，２が軸２の上に設けられた高透
磁性で非磁歪性アモルフアスの第３被覆層２，３
の上に形成され、同様に磁気回路内に位置するセ
ンサー１，２の鉄心１，２，１が非磁歪性のアモ
ルフアス金属から成り、磁界発生器１，１によつ
て発生される磁界が直流磁界であり、これが励磁
されたコイル１，２，２によつて発生された交流
磁界に重畳され、磁束φsの変化が磁化曲線の非線
形関数Ｂ＝ｆ(H)に応じて鉄心１，２，１の動的透
磁率μ(H)＝dB／ｄ(H)の変化を生じ、この結果コ
イル１，２，２のインダクタンス(L)が変化し、こ
のインダクタンス(L)が判別回路３，３，２におい
てねじりに相応した電気信号に変換されることを
特徴とする軸におけるトルクを非接触で間接的に
電気式に測定する装置。 ２ 軸２に、前記センサー１，２に垂直方向にお
いて直径線的に対向して位置し且つその接続端子
を介して判別回路３に同様に接続されている別の
センサー１，２′が配置されていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 両方のセンサー１，２，１，２′が垂直方向
に移動可能な支持体４によつて保持されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装
置。 ４ ３つの被覆層２，１〜２，３がニツケルおよ
び一種類の少量の半金属あるいは複数種類の少量
の半金属の化学的な付着方法によつて軸に設けら
れ、その場合付着工程中において半金属の量が層
ごとに変化されることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE19863635207 DE3635207A1 (de) | 1986-10-16 | 1986-10-16 | Einrichtung zur beruehrungslosen indirekten elektrischen messung des drehmomentes an einer welle |
| DE3635207.1 | 1986-10-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63109338A JPS63109338A (ja) | 1988-05-14 |
| JPH0565094B2 true JPH0565094B2 (ja) | 1993-09-17 |
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| JP62257480A Granted JPS63109338A (ja) | 1986-10-16 | 1987-10-14 | 軸におけるトルクを非接触で間接的に電気式に測定する装置 |
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