JPH0593661A - Magnetostrictive torque sensor - Google Patents
Magnetostrictive torque sensorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、動力伝達軸にトルクを
作用させた際に、この動力伝達軸の表面に形成されてい
る磁歪層の磁気特性の変化を検出することにより、前記
トルクを非接触で検出するようにした磁歪式トルクセン
サに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention detects a change in the magnetic characteristics of a magnetostrictive layer formed on the surface of a power transmission shaft when the torque is applied to the power transmission shaft to detect the torque. The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor configured to detect in a non-contact manner.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、原動機や工作機械等に用いられ
ている動力伝達軸においては、出力制御や動力変動制御
等のために、動力伝達軸に加わるトルクを検出すること
が行なわれており、その検出方法の一つとして、動力伝
達軸の捩れ角を検出し、この検出された捩れ角に基づ
き、それと比例関係にあるトルクを検出することが知ら
れている。2. Description of the Related Art Generally, in a power transmission shaft used for a prime mover, a machine tool, etc., the torque applied to the power transmission shaft is detected for output control, power fluctuation control, etc. As one of the detection methods, it is known that the twist angle of the power transmission shaft is detected, and the torque proportional to the twist angle is detected based on the detected twist angle.
【０００３】ところで、このような検出方法であると、
多くの場合、動力伝達軸の回転が前提となり、動力伝達
軸が静止状態ある場合におけるトルク測定が困難である
といった不具合がある。By the way, with such a detection method,
In many cases, rotation of the power transmission shaft is premised, and there is a problem that torque measurement is difficult when the power transmission shaft is in a stationary state.
【０００４】そこで、従来では、例えば、特開昭６３ー
１５８４３２号公報に示されるように、動力伝達軸の表
面に、アモルファス磁性金属を合成樹脂系接着剤等によ
って接着して磁歪層を形成しておき、前記動力伝達軸に
トルクを作用させるとともに、動力伝達軸に作用するト
ルクによる動力伝達軸の歪応力を前記磁歪層に導入し、
このときの磁歪層の磁気歪現象による磁気特性の変化を
外部から非接触で検出することにより、前記トルクを検
出する技術が提案されている。Therefore, conventionally, as disclosed in, for example, JP-A-63-158432, a magnetostrictive layer is formed by bonding an amorphous magnetic metal to the surface of a power transmission shaft with a synthetic resin adhesive or the like. In addition, while applying a torque to the power transmission shaft, the strain stress of the power transmission shaft due to the torque acting on the power transmission shaft is introduced into the magnetostrictive layer,
A technique has been proposed in which the torque is detected by non-contact externally detecting a change in the magnetic characteristics of the magnetostrictive layer due to the magnetostrictive phenomenon.
【０００５】すなわち、このトルクセンサは、図１に示
すように、トルクが加えられる動力伝達軸１の表面に
は、アモルファス磁性金属からなる磁歪層２が一体に形
成されている。That is, in this torque sensor, as shown in FIG. 1, a magnetostrictive layer 2 made of amorphous magnetic metal is integrally formed on the surface of a power transmission shaft 1 to which torque is applied.
【０００６】ここで、図１に示すように、動力伝達軸１
にトルクＴを加えると、動力伝達軸１には、その軸線方
向に対して±４５°の方向に歪応力が発生し、これに伴
って前記磁歪層２にも同様の歪応力σが生じる。Here, as shown in FIG. 1, the power transmission shaft 1
When a torque T is applied to the power transmission shaft 1, a strain stress is generated in the power transmission shaft 1 in a direction of ± 45 ° with respect to the axial direction of the power transmission shaft 1, and a similar strain stress σ is also generated in the magnetostrictive layer 2.
【０００７】一方、前記磁歪層２に、図２に示すよう
に、例えば、θ＝４５°の方向に一軸異方性Ｋｕが付与
されたものを用いれば、前記トルクＴを加えることによ
って生じた歪応力σにより、前記ＫｕはＫｕ’に変化す
る。On the other hand, when the magnetostrictive layer 2 is provided with uniaxial anisotropy Ku in the direction of θ = 45 °, as shown in FIG. 2, it is caused by applying the torque T. Due to the strain stress σ, the Ku changes to Ku ′.
【０００８】したがって、前記一軸異方性Ｋｕの変化を
電気的に検出することにより、前記動力伝達軸１に加わ
るトルクが検出される。Therefore, the torque applied to the power transmission shaft 1 is detected by electrically detecting the change in the uniaxial anisotropy Ku.
【０００９】このような磁歪層を用いたトルクセンサに
より、静止状態にある動力伝達軸に作用するトルクの検
出が簡便に行なえるようになった。With the torque sensor using such a magnetostrictive layer, the torque acting on the power transmission shaft in a stationary state can be easily detected.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した磁
歪層を用いたトルクセンサにおいても、なお、次のよう
な改善すべき問題点が残されている。The torque sensor using the magnetostrictive layer described above still has the following problems to be improved.
【００１１】すなわち、磁歪層２を形成する場合、アモ
ルファス磁性金属を薄帯状に成形し、さらに、このアモ
ルファス磁性金属薄帯を動力伝達軸の表面に合成樹脂系
接着剤を用いて固着する必要がある。That is, when the magnetostrictive layer 2 is formed, it is necessary to form an amorphous magnetic metal into a ribbon shape and further to fix the amorphous magnetic metal ribbon to the surface of the power transmission shaft by using a synthetic resin adhesive. is there.
【００１２】しかしながら、このような薄帯状の磁性金
属および合成樹脂系接着剤を用いて形成された磁歪層２
にあっては、動力伝達軸１へ加えられるトルクＴの大き
さや、使用環境の温度によっては、加えられるトルクＴ
と検出される磁気特性の変化との相関関係が崩れてしま
い、検出精度が低下してしまうといった不具合である。However, the magnetostrictive layer 2 formed by using such a ribbon-shaped magnetic metal and a synthetic resin adhesive.
Then, depending on the magnitude of the torque T applied to the power transmission shaft 1 and the temperature of the operating environment, the torque T applied
The correlation with the change in the detected magnetic characteristics is broken, and the detection accuracy is reduced.
【００１３】このような不具合は、加えられるトルクＴ
と合成樹脂系接着剤の接着強度との比が、トルクＴが大
きくなるにしたがって小さくなり、動力伝達軸１に生じ
る歪応力を磁歪層へ十分に導入できなくなること、ま
た、合成樹脂経接着剤自体の経時変化や熱による劣化等
に起因しているものと想定される。Such a problem is caused by the applied torque T.
And the adhesive strength of the synthetic resin adhesive decreases as the torque T increases, and the strain stress generated in the power transmission shaft 1 cannot be sufficiently introduced into the magnetostrictive layer. It is presumed that it is caused by a change with time of itself or deterioration due to heat.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、前述した従来
の不具合を有効に解決し得る磁歪式トルクセンサを提供
せんとするもので、動力伝達軸の表面に、磁歪効果を有
する磁性金属を固着して磁歪層を形成しておき、前記動
力伝達軸にトルクを作用させた際に生じる前記磁歪層の
磁気特性の変化を検出することにより、前記トルクを検
出するようにした磁歪式トルクセンサにおいて、前記磁
歪層を、前記磁性金属の粉体を前記動力伝達軸の表面に
爆発圧搾法によって溶融拡散接合してなることを特徴と
する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a magnetostrictive torque sensor capable of effectively solving the above-mentioned conventional problems, in which a magnetic metal having a magnetostrictive effect is formed on the surface of a power transmission shaft. A magnetostrictive torque sensor configured to be fixed to form a magnetostrictive layer, and to detect the torque by detecting a change in magnetic characteristics of the magnetostrictive layer that occurs when a torque is applied to the power transmission shaft. In the above, the magnetostrictive layer is formed by melt-diffusion bonding the powder of the magnetic metal to the surface of the power transmission shaft by an explosion compression method.
【００１５】ここで、前記動力伝達軸は、ＳＮＣＭ４２
０、ＳＣＲ４１５、ＳＮＣ４１５、ＳＣＭ８２等の機械
構造用鋼が好適に用いられ、また、磁性金属としては、
ＦｅーＳｉーＢ系のアモルファス磁性合金粉末、Ｆｅー
Ｎｉ系のパーマロイ磁性合金粉末、あるいは、ＦｅーＡ
ｌーＳｉ系のセンダスト磁性合金粉末等が用いられる。Here, the power transmission shaft is SNCM42.
0, SCR415, SNC415, SCM82 and the like are preferably used for machine structural steel, and as the magnetic metal,
Fe-Si-B system amorphous magnetic alloy powder, Fe-Ni system permalloy magnetic alloy powder, or Fe-A
1-Si-based Sendust magnetic alloy powder or the like is used.
【００１６】さらに、爆着としては、爆速０．７〜７．
０ｋｍ／ｓの爆薬を用いた、円筒収束衝撃波による爆発
圧搾法が好適に用いられる。Further, as the explosive deposition, the explosive velocity is 0.7 to 7.
An explosive squeezing method using a cylindrical convergent shock wave using an explosive of 0 km / s is preferably used.
【００１７】そして、形成される磁歪層の厚さは、磁性
金属の種類や適用する動力伝達軸の材質によっても異な
るが、おおよそ、５μｍ〜１００μｍの範囲が好適に用
いられる。The thickness of the magnetostrictive layer formed varies depending on the type of magnetic metal and the material of the power transmission shaft to be applied, but a thickness of approximately 5 μm to 100 μm is preferably used.
【００１８】５μｍ以下であると、磁歪層の磁気特性の
変化量が十分でなく、また、１００μｍ以上であると、
動力伝達軸の歪応力の影響が磁歪層の表面に現われにく
くなり、トルクセンサとしての機能が十分に得られな
い。When it is 5 μm or less, the amount of change in the magnetic characteristics of the magnetostrictive layer is not sufficient, and when it is 100 μm or more,
The influence of the strain stress of the power transmission shaft is less likely to appear on the surface of the magnetostrictive layer, and the function as the torque sensor cannot be sufficiently obtained.
【００１９】[0019]
【作用】本発明に係わる磁歪式トルクセンサは、磁性金
属の粉体を爆発圧搾法による溶融拡散接合によって動力
伝達軸へ接合して磁歪層を形成するものであるから、磁
歪層を形成する磁性金属の粉体間および磁性金属粉体と
動力伝達軸との間が、金属どうしの直接接合となり、強
靱かつ緻密な接合構造が得られる。In the magnetostrictive torque sensor according to the present invention, the magnetic metal powder is bonded to the power transmission shaft by melt diffusion bonding by the explosive compression method to form the magnetostrictive layer. The metal powders and the magnetic metal powders and the power transmission shaft are directly bonded to each other, so that a strong and dense bonding structure is obtained.
【００２０】したがって、入力される大きなトルクに十
分に対抗し得、かつ、温度条件に左右されにくい接合構
造が得られる。Therefore, it is possible to obtain a joint structure which can sufficiently oppose a large input torque and is hardly affected by temperature conditions.
【００２１】[0021]
【実施例】以下、本発明の一実施例における動力伝達軸
１への磁歪層２の形成方法について説明する。EXAMPLES A method of forming the magnetostrictive layer 2 on the power transmission shaft 1 in one example of the present invention will be described below.
【００２２】本実施例においては、動力伝達軸１とし
て、材質がＳＮＣＭ４２０銅で直径が２０ｍｍ長さが１
００ｍｍの円柱体を用いた。In this embodiment, the power transmission shaft 1 is made of SNCM420 copper and has a diameter of 20 mm and a length of 1.
A 00 mm cylinder was used.
【００２３】この動力伝達軸１の周りに間隔４ｍｍの均
一な環状の隙間を形成するように、銅製の支持管５を配
置し、前記隙間内に、ＦｅーＳｉーＢ系のアモルファス
磁性合金粉末６を充填密度６．３ｇ／ｃｍ3で充填し、
前記支持管５の上下端部を蓋体７によって閉塞する。A support tube 5 made of copper is arranged so as to form a uniform annular gap with a space of 4 mm around the power transmission shaft 1, and Fe--Si--B type amorphous magnetic alloy powder is placed in the gap. 6 with a packing density of 6.3 g / cm 3 ,
The upper and lower ends of the support tube 5 are closed by a lid 7.
【００２４】このようにして組み上げられた動力伝達軸
１、支持管５、蓋体７、および、内部に充填されたアモ
ルファス磁性合金粉末６をプラスチック製の成形容器８
内の中央部に、図３に示すように配置し、この成形容器
８と支持管５との間の空間部内に爆速２．３ｋｍ／ｓの
爆薬９を６００ｇ充填し、前記成形容器８の上部に電気
雷管１０をセットする。The power transmission shaft 1, the support tube 5, the lid 7, and the amorphous magnetic alloy powder 6 filled in the interior thus assembled are molded into a plastic molding container 8.
In the center of the inside, as shown in FIG. 3, 600 g of the explosive 9 having an explosive velocity of 2.3 km / s is filled in the space between the forming container 8 and the support tube 5, and the upper portion of the forming container 8 is filled. Set the electric detonator 10 to.
【００２５】これより、前記電気雷管１０によって前記
爆薬９をその上部より起爆すると、爆薬９が下方へ向か
って爆燃し、そのとき発生した衝撃波、ならびに、成形
容器８からの反射波により、前記アモルファス磁性合金
粉末６が加圧され、この結果、これらのアモルファス磁
性合金粉末６の粒子表面が瞬間的に高温状態となされ
て、溶融拡散接合されるとともに、動力伝達軸１の表面
とアモルファス磁性合金粉末６が同様にして溶融拡散接
合される。Therefore, when the explosive 9 is detonated from above by the electric detonator 10, the explosive 9 deflagrates downward, and the shock wave generated at that time and the reflected wave from the molding container 8 cause the amorphous material to disappear. The magnetic alloy powder 6 is pressurized, and as a result, the particle surfaces of these amorphous magnetic alloy powders 6 are instantaneously brought to a high temperature state, melt diffusion bonding is performed, and the surface of the power transmission shaft 1 and the amorphous magnetic alloy powder 6 are 6 is similarly melt diffusion bonded.
【００２６】これによって、前記動力伝達軸１の表面
に、厚さ８０μｍの磁歪層２が形成される。As a result, the magnetostrictive layer 2 having a thickness of 80 μm is formed on the surface of the power transmission shaft 1.
【００２７】このようにして形成された磁歪層２を有す
る本実施例の磁歪式トルクセンサについて、加えられる
トルクと磁歪層２のインダクタンスの変化との対比を、
常温状態において行なった結果を図４に示す。With respect to the magnetostrictive torque sensor of this embodiment having the magnetostrictive layer 2 thus formed, the comparison between the applied torque and the change in the inductance of the magnetostrictive layer 2 is as follows.
The results obtained at room temperature are shown in FIG.
【００２８】図４において曲線Ａが本実施例に係わる磁
歪式トルクセンサの特性を示すものであり、曲線Ｂが従
来の合成樹脂系接着剤（エポキシ系接着剤）を用いて磁
歪層を形成した磁歪式トルクセンサの特性を示すもので
ある。In FIG. 4, a curve A shows the characteristics of the magnetostrictive torque sensor according to this embodiment, and a curve B has a magnetostrictive layer formed by using a conventional synthetic resin adhesive (epoxy adhesive). It shows the characteristics of the magnetostrictive torque sensor.
【００２９】この結果から明らかなように、本実施例の
磁歪式トルクセンサにおいては、トルクの幅広い領域内
で、大きな磁気特性の変化を得ることができる。As is clear from these results, in the magnetostrictive torque sensor of this embodiment, a large change in magnetic characteristics can be obtained within a wide torque range.
【００３０】また、使用環境温度に対する特性について
調べてみたところ、図５に示す結果が得られた。Further, when the characteristics with respect to the operating environment temperature were examined, the results shown in FIG. 5 were obtained.
【００３１】この図においても、曲線Ａが本実施例の磁
歪式トルクセンサの特性を示し、曲線Ｂが従来の磁歪式
トルクセンサの特性を示す。Also in this figure, the curve A shows the characteristic of the magnetostrictive torque sensor of this embodiment, and the curve B shows the characteristic of the conventional magnetostrictive torque sensor.
【００３２】この結果から明らかなように、本実施例の
磁歪式トルクセンサにおいては、低温域から高温域に至
る広い領域において安定した検出感度が得られる。As is clear from this result, in the magnetostrictive torque sensor of this embodiment, stable detection sensitivity can be obtained in a wide range from a low temperature range to a high temperature range.
【００３３】そして、原動機、例えば、内燃機関に適用
した場合における環境温度はほぼ１７０℃であるが、こ
のような環境下においても安定した検出精度が確保され
る。The environmental temperature when applied to a prime mover, for example, an internal combustion engine is about 170 ° C., but stable detection accuracy is ensured even under such an environment.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる磁
歪式トルクセンサは、動力伝達軸の表面に、磁歪効果を
有する磁性金属を固着して磁歪層を形成しておき、前記
動力伝達軸にトルクを作用させた際に生じる前記磁歪層
の磁気特性の変化を検出することにより、前記トルクを
検出するようにした磁歪式トルクセンサにおいて、前記
磁歪層を、前記磁性金属の粉体を前記動力伝達軸の表面
に爆着によって溶融拡散接合してなることを特徴とする
もので、次のような優れた効果を奏する。As described above, in the magnetostrictive torque sensor according to the present invention, a magnetic metal having a magnetostrictive effect is adhered to the surface of the power transmission shaft to form a magnetostrictive layer. By detecting a change in the magnetic characteristics of the magnetostrictive layer that occurs when a torque is applied to the magnetostrictive torque sensor to detect the torque, the magnetostrictive layer, the magnetic metal powder is It is characterized by being melt-diffusion bonded to the surface of the power transmission shaft by explosion welding, and has the following excellent effects.
【００３５】磁性金属の粉体相互ならびに磁性金属の粉
体と動力伝達軸とを、溶融拡散接合により直接接合する
ことにより、これらの接合強度を高め、これによって、
トルクの幅広い領域内で、磁歪層における大きな磁気特
性の変化を得ることができる。The magnetic metal powders and the magnetic metal powders and the power transmission shaft are directly bonded to each other by fusion diffusion bonding, whereby the bonding strength between them is increased.
It is possible to obtain a large change in the magnetic properties of the magnetostrictive layer within a wide range of torque.
【００３６】また、温度による特性への影響を抑えて、
低温域から高温域に至る広い領域において安定した検出
感度を得ることができる。Further, by suppressing the influence of temperature on the characteristics,
Stable detection sensitivity can be obtained in a wide range from low temperature to high temperature.
【図１】磁歪式トルクセンサの要部を示す斜視図であ
る。FIG. 1 is a perspective view showing a main part of a magnetostrictive torque sensor.
【図２】磁歪式トルクセンサの作動原理の説明図であ
る。FIG. 2 is an explanatory diagram of an operating principle of a magnetostrictive torque sensor.
【図３】本発明の一実施例における磁歪層の形成装置を
示す縦断面正面図である。FIG. 3 is a vertical cross-sectional front view showing a magnetostrictive layer forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図４】本発明の一実施例、ならびに、従来例の磁気特
性とトルクとの関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between magnetic characteristics and torque in one example of the present invention and a conventional example.
【図５】本発明の一実施例、ならびに、従来例の磁気特
性と使用温度との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the magnetic characteristics and the operating temperature of an example of the present invention and a conventional example.
１ 動力伝達軸 ２ 磁歪層 ５ 支持管 ６ 磁性合金粉末 ７ 蓋体 ８ 成形容器 ９ 爆薬 １０ 電気雷管 1 Power Transmission Shaft 2 Magnetostrictive Layer 5 Support Tube 6 Magnetic Alloy Powder 7 Lid 8 Molding Container 9 Explosive 10 Electric Detonator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 頓田 英機 熊本県熊本市東町４−２ 東町南住宅６− 201 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hideki Tonda 4-2 Higashimachi, Kumamoto City, Kumamoto Prefecture 6-201 Higashimachi Minami House
Claims (1)
磁性金属を固着して磁歪層を形成しておき、前記動力伝
達軸にトルクを作用させた際に生じる前記磁歪層の磁気
特性の変化を検出することにより、前記トルクを検出す
るようにした磁歪式トルクセンサにおいて、前記磁歪層
を、前記磁性金属の粉体を前記動力伝達軸の表面に爆発
圧搾法によって溶融拡散接合してなることを特徴とする
磁歪式トルクセンサ。1. A magnetic metal having a magnetostrictive effect is adhered to the surface of a power transmission shaft to form a magnetostrictive layer, and a magnetic characteristic of the magnetostrictive layer is generated when a torque is applied to the power transmission shaft. In a magnetostrictive torque sensor configured to detect the torque by detecting a change, the magnetostrictive layer is formed by melt diffusion bonding the powder of the magnetic metal to the surface of the power transmission shaft by an explosion compression method. A magnetostrictive torque sensor characterized by the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20958591A JPH0593661A (en) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | Magnetostrictive torque sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20958591A JPH0593661A (en) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | Magnetostrictive torque sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0593661A true JPH0593661A (en) | 1993-04-16 |
Family
ID=16575274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20958591A Withdrawn JPH0593661A (en) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | Magnetostrictive torque sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0593661A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004102146A1 (en) * | 2003-05-16 | 2004-11-25 | Ntn Corporation | Torque-detecting device |
-
1991
- 1991-08-21 JP JP20958591A patent/JPH0593661A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004102146A1 (en) * | 2003-05-16 | 2004-11-25 | Ntn Corporation | Torque-detecting device |
| US7263904B2 (en) | 2003-05-16 | 2007-09-04 | Ntn Corporation | Torque-detecting device |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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