JPH0648222B2 - トルク検出装置 - Google Patents
トルク検出装置Info
- Publication number
- JPH0648222B2 JPH0648222B2 JP61021235A JP2123586A JPH0648222B2 JP H0648222 B2 JPH0648222 B2 JP H0648222B2 JP 61021235 A JP61021235 A JP 61021235A JP 2123586 A JP2123586 A JP 2123586A JP H0648222 B2 JPH0648222 B2 JP H0648222B2
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- JP
- Japan
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- shaft
- torque
- magnetic
- output
- stress
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は磁歪式のトルク検出装置に係り、トルク検出
出力の安定化、特に軸の回転に対する出力変動の低減を
図ったトルク検出装置に関するものである。
出力の安定化、特に軸の回転に対する出力変動の低減を
図ったトルク検出装置に関するものである。
（従来の技術） 被測定軸、例えば回転軸や固定軸などの軸にトルクを加
えた場合、軸素材の歪が軸の中心部よりも軸の表面部に
おいて大きくなることが知られている。
えた場合、軸素材の歪が軸の中心部よりも軸の表面部に
おいて大きくなることが知られている。
また、例えば、被測定軸の軸横断面に向かって時計方向
にトルクＴを加えると、軸の周囲に第２図に示すように
軸方向と４５度傾いた右方向に引張り応力＋σが、また
４５度傾いた左方向に圧縮応力−σが発生する。
にトルクＴを加えると、軸の周囲に第２図に示すように
軸方向と４５度傾いた右方向に引張り応力＋σが、また
４５度傾いた左方向に圧縮応力−σが発生する。
一方、磁性体は応力が加わると、透磁率が変化する、い
わゆる磁歪特性を持っており、この磁性体の特性を利用
して磁性体に作用する応力を磁気的に測定することがで
きる。
わゆる磁歪特性を持っており、この磁性体の特性を利用
して磁性体に作用する応力を磁気的に測定することがで
きる。
すなわち、正の磁歪を有する磁性体では引張り応力方向
に透磁率が増加し、逆に負の磁歪を有する磁性体では引
張り応力方向に透磁率が減少する。
に透磁率が増加し、逆に負の磁歪を有する磁性体では引
張り応力方向に透磁率が減少する。
この性質を利用して回転軸や固定軸などの軸に加えられ
たトルクを検出するには、励磁コイルから発せられた磁
束を軸の表面部、すなわち大きな歪の生じる部分に集中
させることにより大きな検出出力を得ることが可能であ
る。
たトルクを検出するには、励磁コイルから発せられた磁
束を軸の表面部、すなわち大きな歪の生じる部分に集中
させることにより大きな検出出力を得ることが可能であ
る。
このようにして、例えば、鉄鋼で製作された軸の出力特
性は第７図に示すようなものが得られ、これによって、
印加されるトルクと検出出力とを対応させることにより
トルク検出が行われる。
性は第７図に示すようなものが得られ、これによって、
印加されるトルクと検出出力とを対応させることにより
トルク検出が行われる。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、測定に使用される軸は、機械加工および
／または焼入れ等の熱処理によって、局部的な応力が加
わり、これらの応力によって磁壁が移動して固着された
状態になっている。そのため、第５図に示すように局部
的に透磁率の異方性をもつ分布状態になり、このままの
状態で測定すると、第３図に示すトルクＴ＝０kgf・mの
状態での出力（以下、「零トルク」と称す。）が、軸の
回転位置による変動となって現われる。そして、この局
部的な透磁率の異方性をもつ分布状態は、測定すべきト
ルク領域では消えることなく保存されるので、第３図に
示すトルクＴと出力との関係が、軸の回転位置による出
力変動となって表われ、被測定軸に対して作用するトル
クＴを正確に計測することができないという問題点があ
った。
／または焼入れ等の熱処理によって、局部的な応力が加
わり、これらの応力によって磁壁が移動して固着された
状態になっている。そのため、第５図に示すように局部
的に透磁率の異方性をもつ分布状態になり、このままの
状態で測定すると、第３図に示すトルクＴ＝０kgf・mの
状態での出力（以下、「零トルク」と称す。）が、軸の
回転位置による変動となって現われる。そして、この局
部的な透磁率の異方性をもつ分布状態は、測定すべきト
ルク領域では消えることなく保存されるので、第３図に
示すトルクＴと出力との関係が、軸の回転位置による出
力変動となって表われ、被測定軸に対して作用するトル
クＴを正確に計測することができないという問題点があ
った。
そこでこの発明は、上述した従来の問題点に着目してな
されたもので、軸の局部的な透磁率の異方性を矯正し、
軸全周にわたって透磁率を等方的な分布状態とすること
によって、被測定軸を回転状態で使用するときでも、ト
ルクの検出出力特性が軸の回転位置によって変化するこ
とのない安定したトルク出力が得られるトルク検出装置
を提供することを目的としている。
されたもので、軸の局部的な透磁率の異方性を矯正し、
軸全周にわたって透磁率を等方的な分布状態とすること
によって、被測定軸を回転状態で使用するときでも、ト
ルクの検出出力特性が軸の回転位置によって変化するこ
とのない安定したトルク出力が得られるトルク検出装置
を提供することを目的としている。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するためのこの発明によるトルク検出
装置の構成は、磁性体からなる軸と、前記軸を磁路の一
部とする磁気回路を形成する励磁手段と、前記軸を通る
磁歪成分を検出する検出手段とを備えたトルク検出装置
において、前記軸として、当該軸表面部の透磁率の局部
異方性を応力印加により等方化した軸を用いたことを特
徴とするものである。
装置の構成は、磁性体からなる軸と、前記軸を磁路の一
部とする磁気回路を形成する励磁手段と、前記軸を通る
磁歪成分を検出する検出手段とを備えたトルク検出装置
において、前記軸として、当該軸表面部の透磁率の局部
異方性を応力印加により等方化した軸を用いたことを特
徴とするものである。
（実施例） 以下、この発明を図面に基づいて説明する。第１図
（ａ），（ｂ）はこの発明に係るトルク検出装置の一実
施例の構成を示す正面図および側面図である。同図にお
いて、鉄を主成分として０．２重量％の炭素を含んだニ
ッケル・クロム・モリブデン合金鋼（０．２重量％Ｃ，
ＪＩＳ−ＳＮＣＭ４２０Ｈ材）からなる被測定軸（外径
１７mm）１の外周には、例えばパーマロイ等の高い透磁
率を有する物質からなるヨーク４が軸１に対して所定の
間隔をおくようにして近接されている。
（ａ），（ｂ）はこの発明に係るトルク検出装置の一実
施例の構成を示す正面図および側面図である。同図にお
いて、鉄を主成分として０．２重量％の炭素を含んだニ
ッケル・クロム・モリブデン合金鋼（０．２重量％Ｃ，
ＪＩＳ−ＳＮＣＭ４２０Ｈ材）からなる被測定軸（外径
１７mm）１の外周には、例えばパーマロイ等の高い透磁
率を有する物質からなるヨーク４が軸１に対して所定の
間隔をおくようにして近接されている。
ヨーク４には、前記軸１を磁路の一部とする磁気回路を
形成する励磁手段としての励磁コイル２と、前記軸１を
通る磁歪成分を検出する検出手段としての検出コイル３
とが交差するように配置されている。従って、励磁コイ
ル２から発せられた磁束が軸１およびヨーク４を磁路と
して磁気回路を形成する。
形成する励磁手段としての励磁コイル２と、前記軸１を
通る磁歪成分を検出する検出手段としての検出コイル３
とが交差するように配置されている。従って、励磁コイ
ル２から発せられた磁束が軸１およびヨーク４を磁路と
して磁気回路を形成する。
そして、このトルク検出装置の構成において、例えば第
２図に示す軸１の軸横断面に向かって時計方向にトルク
Ｔを加える場合、軸方向と４５度傾いた右方向の引張り
応力＋σによる透磁率の増加と、４５度傾いた左方向の
圧縮応力−σによる透磁率の減少との和を出力としてと
らえている。
２図に示す軸１の軸横断面に向かって時計方向にトルク
Ｔを加える場合、軸方向と４５度傾いた右方向の引張り
応力＋σによる透磁率の増加と、４５度傾いた左方向の
圧縮応力−σによる透磁率の減少との和を出力としてと
らえている。
そこで、第３図に示す軸１に対するトルクＴ＝０kgf・m
の状態で現われる零トルク出力は、軸１を磁路の一部と
する磁気回路における検出コイル３を通過する磁束のバ
ランスのくずれを読み取っていることになる。
の状態で現われる零トルク出力は、軸１を磁路の一部と
する磁気回路における検出コイル３を通過する磁束のバ
ランスのくずれを読み取っていることになる。
すなわち、本来は零トルク出力は零であるはずである
が、第１図（ａ），（ｂ）に示すヨーク４の各磁極の加
工精度や、励磁コイル２および検出コイル３の配置の微
妙なずれと、軸１の局部的な透磁率の不均一とから零ト
ルク出力は零でなく、数ミリボルトから数十ミルボルト
の値を示す。この場合、零トルク出力が零でないこと自
体はさほど大きな問題ではないが、軸１の回転による出
力変動を生じることには問題があり、軸１の局部的な磁
気的不均一からくる出力の回転位置による変動が大きな
問題となり、測定トルクの印加時にも保存されるので好
ましくない。そこで、この発明では、上記変動要因のう
ち軸１自体の問題に絞って考えるために、前記ヨーク４
の各磁極の加工精度が高く、励磁コイル２および検出コ
イル３がバランスよく作られていて、軸１がヨーク４，
励磁コイル２および検出コイル３から無限長の距離にあ
るときの出力は零であるとする。
が、第１図（ａ），（ｂ）に示すヨーク４の各磁極の加
工精度や、励磁コイル２および検出コイル３の配置の微
妙なずれと、軸１の局部的な透磁率の不均一とから零ト
ルク出力は零でなく、数ミリボルトから数十ミルボルト
の値を示す。この場合、零トルク出力が零でないこと自
体はさほど大きな問題ではないが、軸１の回転による出
力変動を生じることには問題があり、軸１の局部的な磁
気的不均一からくる出力の回転位置による変動が大きな
問題となり、測定トルクの印加時にも保存されるので好
ましくない。そこで、この発明では、上記変動要因のう
ち軸１自体の問題に絞って考えるために、前記ヨーク４
の各磁極の加工精度が高く、励磁コイル２および検出コ
イル３がバランスよく作られていて、軸１がヨーク４，
励磁コイル２および検出コイル３から無限長の距離にあ
るときの出力は零であるとする。
この場合に軸１とヨーク４の先端の磁極とを１mmの間隔
をおいて接近させて測定したとき、軸１の表面部全周に
わたって零トルク出力が零である場合には、軸表面部の
透磁率は当該軸表面部のどの位置においても等方的であ
り、例えば第４図に示すように４５度方向の透磁率が等
しい形で表わすことができる。また、零トルク出力が零
でない値を示す場所がある場合には、その場所は軸１の
軸方向に対して４５度傾いた右方向の透磁率μと、４
５度傾いた左方向の透磁率μとの差｜μ−μ｜の
大きい場所である。この場合の軸表面部の透磁率は、全
周にわたっては等方的でなく、第５図に示すように部分
的にどちらかが優勢な分布になっている。これは測定す
べきトルク領域でも消えることなく保存され、第３図に
示すトルクと出力との関係から軸１の回転位置によって
出力変動となって表われる。
をおいて接近させて測定したとき、軸１の表面部全周に
わたって零トルク出力が零である場合には、軸表面部の
透磁率は当該軸表面部のどの位置においても等方的であ
り、例えば第４図に示すように４５度方向の透磁率が等
しい形で表わすことができる。また、零トルク出力が零
でない値を示す場所がある場合には、その場所は軸１の
軸方向に対して４５度傾いた右方向の透磁率μと、４
５度傾いた左方向の透磁率μとの差｜μ−μ｜の
大きい場所である。この場合の軸表面部の透磁率は、全
周にわたっては等方的でなく、第５図に示すように部分
的にどちらかが優勢な分布になっている。これは測定す
べきトルク領域でも消えることなく保存され、第３図に
示すトルクと出力との関係から軸１の回転位置によって
出力変動となって表われる。
そこで、第５図に示すような軸１の局部的な透磁率の異
方性を矯正し、第４図に示すような等方的な分布にすれ
ば回転変動が解消されることになる。そこで、本発明者
は第５図に示すような軸１に対して磁壁の固着エネルギ
ー以上の応力を印加し、磁壁を大きく移動させて、局部
的な透磁率の異方性を矯正し、第４図に示すような軸表
面部全周にわたって等方的な分布状態にすることによっ
て、軸１の回転位置による出力変動を解消することを見
出した。
方性を矯正し、第４図に示すような等方的な分布にすれ
ば回転変動が解消されることになる。そこで、本発明者
は第５図に示すような軸１に対して磁壁の固着エネルギ
ー以上の応力を印加し、磁壁を大きく移動させて、局部
的な透磁率の異方性を矯正し、第４図に示すような軸表
面部全周にわたって等方的な分布状態にすることによっ
て、軸１の回転位置による出力変動を解消することを見
出した。
これを具体例で説明すると、被測定軸１として、鉄を主
成分としかつ０．２重量％の炭素を含んだニッケル・ク
ロム・モリブデン合金鋼（０．２重量％Ｃ，ＪＩＳ−Ｓ
ＮＣＭ４２０Ｈ材）からなる外径１７mmのものを使用
し、この軸１に対して浸炭焼入れ・焼戻しを施したの
ち、その軸横断面に向かってまず時計方向に７０kgf・m
の捩りトルクを印加し、次に、前記捩りトルクを零まで
戻し、さらに反時計方向に７０kgf・mの捩りトルクを印
加して、再び前記捩りトルクを零に戻した。続いて、同
様の方法で５０kgf・m，次いで３０kgf・mと捩りトルクを
減衰させながら反復印加した。その結果、第６図（ｂ）
に示すように零トルク出力の回転変動が、第６図（ａ）
に示す初期の状態に比べて約１／４に低減することがで
きた。また、上記と同様の方法で軸１にまず１００kgf・
mの捩りトルクを反復印加し、次に７０kgf・m，次いで５
０kgf・m，さらに３０kgf・mと測定トルク域まで減衰させ
るトルクを印加した場合の結果を第６図（ｃ）に示す。
この場合、第６図（ｃ）に示すように、零トルク出力の
変動が第６図（ａ）に示す初期の状態に比べて約１／１
０に低減しており、軸１の回転による出力変動は、ほぼ
完全に解消できた。
成分としかつ０．２重量％の炭素を含んだニッケル・ク
ロム・モリブデン合金鋼（０．２重量％Ｃ，ＪＩＳ−Ｓ
ＮＣＭ４２０Ｈ材）からなる外径１７mmのものを使用
し、この軸１に対して浸炭焼入れ・焼戻しを施したの
ち、その軸横断面に向かってまず時計方向に７０kgf・m
の捩りトルクを印加し、次に、前記捩りトルクを零まで
戻し、さらに反時計方向に７０kgf・mの捩りトルクを印
加して、再び前記捩りトルクを零に戻した。続いて、同
様の方法で５０kgf・m，次いで３０kgf・mと捩りトルクを
減衰させながら反復印加した。その結果、第６図（ｂ）
に示すように零トルク出力の回転変動が、第６図（ａ）
に示す初期の状態に比べて約１／４に低減することがで
きた。また、上記と同様の方法で軸１にまず１００kgf・
mの捩りトルクを反復印加し、次に７０kgf・m，次いで５
０kgf・m，さらに３０kgf・mと測定トルク域まで減衰させ
るトルクを印加した場合の結果を第６図（ｃ）に示す。
この場合、第６図（ｃ）に示すように、零トルク出力の
変動が第６図（ａ）に示す初期の状態に比べて約１／１
０に低減しており、軸１の回転による出力変動は、ほぼ
完全に解消できた。
したがって、反復印加する捩りトルクの大きさについて
は、通常の測定範囲を超えるトルクを印加すればよい
が、特に塑性域、すなわち０．２％耐力（本実施例にお
けるニッケル・クロム・モリブデン合金鋼の場合、τ
０．２≒９０kgf・mm2）を超えるような応力に相当する
捩りトルクを反復印加すると、透磁率の等方化に大きな
効果がある。
は、通常の測定範囲を超えるトルクを印加すればよい
が、特に塑性域、すなわち０．２％耐力（本実施例にお
けるニッケル・クロム・モリブデン合金鋼の場合、τ
０．２≒９０kgf・mm2）を超えるような応力に相当する
捩りトルクを反復印加すると、透磁率の等方化に大きな
効果がある。
なお、反復印加する捩りトルクは、弾性域の測定トルク
範囲まで徐々に減衰させる捩りトルクの方がその効果は
大きい。
範囲まで徐々に減衰させる捩りトルクの方がその効果は
大きい。
また、軸１に対する捩りトルクの反復印加だけではな
く、軸１に対する軸方向の引張りと圧縮の反復印加によ
っても、上記と同様の効果が得られる。
く、軸１に対する軸方向の引張りと圧縮の反復印加によ
っても、上記と同様の効果が得られる。
さらに、上述した実施例では軸１として強度の比較的大
きなニッケル・クロム・モリブデン合金鋼を用いる例を
示したが、この発明にあってはこれに限定されるもので
はなく、ニッケルやパーマロイのような高磁歪材料を用
いた場合にも、また強度の大きな各種の炭素鋼および合
金鋼よりなる軸を用いる場合にも、あるいはそれらの複
合材料よりなる被測定軸を用いる場合にも十分適用でき
る。
きなニッケル・クロム・モリブデン合金鋼を用いる例を
示したが、この発明にあってはこれに限定されるもので
はなく、ニッケルやパーマロイのような高磁歪材料を用
いた場合にも、また強度の大きな各種の炭素鋼および合
金鋼よりなる軸を用いる場合にも、あるいはそれらの複
合材料よりなる被測定軸を用いる場合にも十分適用でき
る。
さらに、励磁コイル２，検出コイル３，ヨーク４におい
てもこれらを軸１と同軸的に配置する構造のものであっ
ても、また磁束を検出する従来公知の検出手段、例えば
ホール素子等のトルク検出装置にも適用可能であること
は言うまでもない。
てもこれらを軸１と同軸的に配置する構造のものであっ
ても、また磁束を検出する従来公知の検出手段、例えば
ホール素子等のトルク検出装置にも適用可能であること
は言うまでもない。
［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明のトルク検出装置に
よれば、磁性体からなる軸と、前記軸を磁路の一部とす
る磁気回路を形成する励磁手段と、前記軸を通る磁歪成
分を検出する検出手段とを備えたトルク検出装置におい
て、前記軸として、当該軸表面部の透磁率の局部異方性
を応力印加により等方化した軸を用いた構成としたこと
により、軸の回転による出力変動がなく極めて安定した
ものにして、軸に作用するトルクを正確に検出すること
ができるという優れた効果が得られる。
よれば、磁性体からなる軸と、前記軸を磁路の一部とす
る磁気回路を形成する励磁手段と、前記軸を通る磁歪成
分を検出する検出手段とを備えたトルク検出装置におい
て、前記軸として、当該軸表面部の透磁率の局部異方性
を応力印加により等方化した軸を用いた構成としたこと
により、軸の回転による出力変動がなく極めて安定した
ものにして、軸に作用するトルクを正確に検出すること
ができるという優れた効果が得られる。
第１図（ａ），（ｂ）はこの発明の一実施例によるトル
ク検出装置の構造を説明する各々正面図および側面図、
第２図は軸トルクと応力との関係を示す説明図、第３図
は軸を一回転させたときの検出出力の変動を示す特性説
明図、第４図は軸表面部の透磁率の等方的な分布状態を
示す概念的説明図、第５図は軸表面部の透磁率の局部異
方的な分布状態を示す概念的説明図、第６図（ａ），
（ｂ），（ｃ）は各々トルクを印加しない軸を用いた場
合（同図（ａ）の場合）、最大７０kgf・mのトルクを印
加した軸を用いた場合（同図（ｂ）の場合）、および最
大１００kgf・mのトルクを印加した軸を用いた場合（同
図（ｃ）の場合）における当該軸を一回転させたときの
零トルク出力の低減を示す説明図、第７図はトルク検出
装置において軸を一定に固定したときのトルクと出力と
の関係を示す特性説明図である。 １……軸、 ２……励磁コイル（励磁手段）、 ３……検出コイル（検出手段）、 ４……ヨーク。
ク検出装置の構造を説明する各々正面図および側面図、
第２図は軸トルクと応力との関係を示す説明図、第３図
は軸を一回転させたときの検出出力の変動を示す特性説
明図、第４図は軸表面部の透磁率の等方的な分布状態を
示す概念的説明図、第５図は軸表面部の透磁率の局部異
方的な分布状態を示す概念的説明図、第６図（ａ），
（ｂ），（ｃ）は各々トルクを印加しない軸を用いた場
合（同図（ａ）の場合）、最大７０kgf・mのトルクを印
加した軸を用いた場合（同図（ｂ）の場合）、および最
大１００kgf・mのトルクを印加した軸を用いた場合（同
図（ｃ）の場合）における当該軸を一回転させたときの
零トルク出力の低減を示す説明図、第７図はトルク検出
装置において軸を一定に固定したときのトルクと出力と
の関係を示す特性説明図である。 １……軸、 ２……励磁コイル（励磁手段）、 ３……検出コイル（検出手段）、 ４……ヨーク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 貴伸 愛知県東海市加木屋町南鹿持18 (56)参考文献 特開 昭60−244811（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】磁性体からなる軸と、前記軸を磁路の一部
とする磁気回路を形成する励磁手段と、前記軸を通る磁
歪成分を検出する検出手段とを備えたトルク検出装置に
おいて、前記軸として、当該軸表面部の透磁率の局部異
方性を応力印加により等方化した軸を用いたことを特徴
とするトルク検出装置。 - 【請求項２】応力印加は、軸に対する捩りトルクの反復
印加によるものであることを特徴とする特許請求の範囲
第(1)項記載のトルク検出装置。 - 【請求項３】応力印加は、軸に対する軸方向の引張りと
圧縮の反復印加によるものであることを特徴とする特許
請求の範囲第(1)項または第(2)項記載のトルク検出装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61021235A JPH0648222B2 (ja) | 1986-02-04 | 1986-02-04 | トルク検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61021235A JPH0648222B2 (ja) | 1986-02-04 | 1986-02-04 | トルク検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62179626A JPS62179626A (ja) | 1987-08-06 |
| JPH0648222B2 true JPH0648222B2 (ja) | 1994-06-22 |
Family
ID=12049374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61021235A Expired - Fee Related JPH0648222B2 (ja) | 1986-02-04 | 1986-02-04 | トルク検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0648222B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1477788B1 (en) * | 2003-05-12 | 2006-04-26 | HONDA MOTOR CO., Ltd. | Magnetostrictive coat forming method |
-
1986
- 1986-02-04 JP JP61021235A patent/JPH0648222B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62179626A (ja) | 1987-08-06 |
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