JPH08145821A - 磁歪式トルクセンサおよびトルク測定方法 - Google Patents
磁歪式トルクセンサおよびトルク測定方法Info
- Publication number
- JPH08145821A JPH08145821A JP30960394A JP30960394A JPH08145821A JP H08145821 A JPH08145821 A JP H08145821A JP 30960394 A JP30960394 A JP 30960394A JP 30960394 A JP30960394 A JP 30960394A JP H08145821 A JPH08145821 A JP H08145821A
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- Japan
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- current
- torque
- magnetostrictive
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回転リップルがなく高精度で、かつ小形で安
価な磁歪式トルクセンサを得る。 【構成】少なくとも表面に磁歪材料を設けた回転軸１
と、回転軸の近傍に同心円状に配置した励磁コイル３お
よび検出コイル４と、励磁コイルに励磁電流を通電する
励磁回路５と、検出コイルからの信号を処理する信号処
理回路７とを備えた磁歪式トルクセンサの励磁回路はト
ルク測定用電流の通電前にこの値より大きい交流の消磁
電流を通電する制御回路を備えた構成にし、トルク測定
は測定前に励磁回路から励磁コイルに通電する測定電流
より大きい交流の消磁電流を一定時間通電した後、測定
用電流を通電して行う。
価な磁歪式トルクセンサを得る。 【構成】少なくとも表面に磁歪材料を設けた回転軸１
と、回転軸の近傍に同心円状に配置した励磁コイル３お
よび検出コイル４と、励磁コイルに励磁電流を通電する
励磁回路５と、検出コイルからの信号を処理する信号処
理回路７とを備えた磁歪式トルクセンサの励磁回路はト
ルク測定用電流の通電前にこの値より大きい交流の消磁
電流を通電する制御回路を備えた構成にし、トルク測定
は測定前に励磁回路から励磁コイルに通電する測定電流
より大きい交流の消磁電流を一定時間通電した後、測定
用電流を通電して行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁性体の逆磁歪効果を利
用した、例えばロボット、工作機械などに使用するモー
タのトルクを検出する非接触式トルクセンサに関する。
用した、例えばロボット、工作機械などに使用するモー
タのトルクを検出する非接触式トルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、回転駆動系を有するロボットやマ
ニピュレータおよび工作機械の制御に、非接触でかつ小
型のトルクセンサが提案されている。この方式は、回転
軸の表面に磁歪を有する磁性材料の膜や箔を付着させ、
回転軸にトルクが負荷されたときに発生する歪変化によ
る磁歪膜の磁気特性の変化をインピーダンスの変化とし
て検出コイルや磁気ヘッドにより検出している。この磁
歪膜はスパッタ法、湿式メッキ法または真空蒸着法など
の方法により回転軸の表面に形成されている。回転軸が
静止している時のトルク出力を提供することはもちろ
ん、回転している際にも安定したトルク出力を提供しな
ければならない。しかしながら、実際の磁歪式トルクセ
ンサにおいて回転に伴うリップルの発生が問題となって
いる。この回転に伴うインピーダンス変化の要因とし
て、回転軸の周方向の磁気特性不均一が考えられる。し
たがって、回転軸の回転に伴う検出コイルのインピーダ
ンス変化そのもののリップルを低減しなければならな
い。この対策として、信号処理回路の工夫によりリップ
ルを低減する事などが考えられるが、処理時間を要する
ためトルク検出の周波数特性が劣化するという問題があ
る。そこで、磁歪材料にアニールを施す対策や励磁回路
とは独立した別個の消磁コイルを設けて、トルクの測定
終了後に消磁する方法が提案されている（特開平３−７
３８１９号）。
ニピュレータおよび工作機械の制御に、非接触でかつ小
型のトルクセンサが提案されている。この方式は、回転
軸の表面に磁歪を有する磁性材料の膜や箔を付着させ、
回転軸にトルクが負荷されたときに発生する歪変化によ
る磁歪膜の磁気特性の変化をインピーダンスの変化とし
て検出コイルや磁気ヘッドにより検出している。この磁
歪膜はスパッタ法、湿式メッキ法または真空蒸着法など
の方法により回転軸の表面に形成されている。回転軸が
静止している時のトルク出力を提供することはもちろ
ん、回転している際にも安定したトルク出力を提供しな
ければならない。しかしながら、実際の磁歪式トルクセ
ンサにおいて回転に伴うリップルの発生が問題となって
いる。この回転に伴うインピーダンス変化の要因とし
て、回転軸の周方向の磁気特性不均一が考えられる。し
たがって、回転軸の回転に伴う検出コイルのインピーダ
ンス変化そのもののリップルを低減しなければならな
い。この対策として、信号処理回路の工夫によりリップ
ルを低減する事などが考えられるが、処理時間を要する
ためトルク検出の周波数特性が劣化するという問題があ
る。そこで、磁歪材料にアニールを施す対策や励磁回路
とは独立した別個の消磁コイルを設けて、トルクの測定
終了後に消磁する方法が提案されている（特開平３−７
３８１９号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前者の方法
では回転に伴うリップルの低減に十分な効果がなかっ
た。後者の方法では検出部が大型になることや消磁終了
後に磁界の影響を受けた場合、リップル低減ができなか
った。そこで、本発明は磁歪材料に何らの処理も施さず
に回転リップルがなく高精度で、かつ小形で安価な磁歪
式トルクセンサを提供することを目的とする。
では回転に伴うリップルの低減に十分な効果がなかっ
た。後者の方法では検出部が大型になることや消磁終了
後に磁界の影響を受けた場合、リップル低減ができなか
った。そこで、本発明は磁歪材料に何らの処理も施さず
に回転リップルがなく高精度で、かつ小形で安価な磁歪
式トルクセンサを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は少なくとも表面に磁歪材料を設けた回転軸
と、前記回転軸の近傍に同心円状に配置した励磁コイル
および検出コイルと、前記励磁コイルに励磁電流を通電
する励磁回路と、前記検出コイルからの信号を処理する
信号処理回路とを備えた磁歪式トルクセンサにおいて、
前記励磁回路はトルク測定用電流の通電前にこの値より
大きい交流の消磁電流を通電する制御回路を備えた構成
にしている。トルク測定は測定前に前記励磁回路から前
記励磁コイルに通電する測定電流より大きい交流の消磁
電流を一定時間通電した後、測定用電流を通電して行
う。
め、本発明は少なくとも表面に磁歪材料を設けた回転軸
と、前記回転軸の近傍に同心円状に配置した励磁コイル
および検出コイルと、前記励磁コイルに励磁電流を通電
する励磁回路と、前記検出コイルからの信号を処理する
信号処理回路とを備えた磁歪式トルクセンサにおいて、
前記励磁回路はトルク測定用電流の通電前にこの値より
大きい交流の消磁電流を通電する制御回路を備えた構成
にしている。トルク測定は測定前に前記励磁回路から前
記励磁コイルに通電する測定電流より大きい交流の消磁
電流を一定時間通電した後、測定用電流を通電して行
う。
【０００５】
【作用】上記手段により、励磁回路の中に消磁用の電流
が通電できる制御回路を備えたので、小形になり、トル
ク測定毎にその直前に消磁電流を通電するので、外部磁
界等の影響による残留磁気が零となり、磁気特性が均一
に揃うので、回転に伴うリップルを低減できる。また、
回転軸表面の磁歪材にアニール等の処理を加える必要が
ないので、安価に製造できる。
が通電できる制御回路を備えたので、小形になり、トル
ク測定毎にその直前に消磁電流を通電するので、外部磁
界等の影響による残留磁気が零となり、磁気特性が均一
に揃うので、回転に伴うリップルを低減できる。また、
回転軸表面の磁歪材にアニール等の処理を加える必要が
ないので、安価に製造できる。
【０００６】
【実施例】本発明の実施例を図に基づいて説明する。図
１は本発明の磁歪式トルクセンサを構成する説明図であ
る。図において、１は回転軸、２は磁歪膜、３は励磁コ
イル、４は検出コイル、５は励磁回路、６は制御回路、
７は信号処理回路、８は出力端子である。回転軸１は直
径２０ｍｍのＳＵＳ３０４からなる回転軸１である。回
転軸１に磁歪膜３をスパッタ法により形成した。磁歪膜
３はＮｉ−Ｆｅ合金を短冊状のパターンになるようにし
たもので、ＳＵＳ３０４の回転軸１を中性洗剤、純水、
アルコールの順に超音波洗浄を施した後、真空槽内にセ
ットし、５×１０-4Ｐａ以下に排気した後、加熱し、４
００℃にてＮｉ−Ｆｅ合金膜を形成した。スパッタ条件
はターゲット電圧３２５Ｖ、ターゲット電流１Ａとし
た。励磁回路５は励磁コイル３に通電する電源と励磁電
流を切り換える増幅回路、通電時間等をコントロールす
るシーケンス設定回路を含む制御回路６からなってい
る。磁歪膜３を形成した回転軸１を磁歪膜３の周方向に
対して不均一な外部磁界の影響のあるところ（最大１K
ガウス）に放置した後、回転軸１の磁歪膜３の周囲に同
心円状に励磁コイル３および検出コイル４を設けてトル
クセンサを作製した。さらに、制御回路６を備えた励磁
回路５および信号処理回路７に接続し、トルクを負荷し
てトルク測定を行い回転リップルを調べた。トルク測定
は図２に示す交流の励磁電流の通電パターンにより、消
磁電流を計測電流の２倍の大きさにして１秒間通電して
消磁した後、測定用の励磁電流を通電して測定した。そ
の結果、回転によるリップル値（Ｖｐｐ）は本発明の場
合、±０．５％と極めて小さく、従来例の場合の±５％
より大幅に低減することが分かった。また、回転軸１を
静止させたときの定格トルク出力は本発明、従来例とも
５．００Ｖで変わらなかった。なお、本実施例はスパッ
タ法による磁歪膜の結果について述べたが、真空蒸着
法、湿式メッキ法による磁歪膜においても同様のよい結
果が得られ、また、回転軸の一部に磁歪材料を用いた場
合でも同様のよい結果が得られた。
１は本発明の磁歪式トルクセンサを構成する説明図であ
る。図において、１は回転軸、２は磁歪膜、３は励磁コ
イル、４は検出コイル、５は励磁回路、６は制御回路、
７は信号処理回路、８は出力端子である。回転軸１は直
径２０ｍｍのＳＵＳ３０４からなる回転軸１である。回
転軸１に磁歪膜３をスパッタ法により形成した。磁歪膜
３はＮｉ−Ｆｅ合金を短冊状のパターンになるようにし
たもので、ＳＵＳ３０４の回転軸１を中性洗剤、純水、
アルコールの順に超音波洗浄を施した後、真空槽内にセ
ットし、５×１０-4Ｐａ以下に排気した後、加熱し、４
００℃にてＮｉ−Ｆｅ合金膜を形成した。スパッタ条件
はターゲット電圧３２５Ｖ、ターゲット電流１Ａとし
た。励磁回路５は励磁コイル３に通電する電源と励磁電
流を切り換える増幅回路、通電時間等をコントロールす
るシーケンス設定回路を含む制御回路６からなってい
る。磁歪膜３を形成した回転軸１を磁歪膜３の周方向に
対して不均一な外部磁界の影響のあるところ（最大１K
ガウス）に放置した後、回転軸１の磁歪膜３の周囲に同
心円状に励磁コイル３および検出コイル４を設けてトル
クセンサを作製した。さらに、制御回路６を備えた励磁
回路５および信号処理回路７に接続し、トルクを負荷し
てトルク測定を行い回転リップルを調べた。トルク測定
は図２に示す交流の励磁電流の通電パターンにより、消
磁電流を計測電流の２倍の大きさにして１秒間通電して
消磁した後、測定用の励磁電流を通電して測定した。そ
の結果、回転によるリップル値（Ｖｐｐ）は本発明の場
合、±０．５％と極めて小さく、従来例の場合の±５％
より大幅に低減することが分かった。また、回転軸１を
静止させたときの定格トルク出力は本発明、従来例とも
５．００Ｖで変わらなかった。なお、本実施例はスパッ
タ法による磁歪膜の結果について述べたが、真空蒸着
法、湿式メッキ法による磁歪膜においても同様のよい結
果が得られ、また、回転軸の一部に磁歪材料を用いた場
合でも同様のよい結果が得られた。
【０００７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によればトル
ク測定前にトルク測定電流より大きい交流の消磁電流
を、励磁回路から励磁コイルに一定時間通電した後、測
定用電流を通電するようにしたので、磁歪材料の周方向
の磁気特性の不均一がなくなり、回転に伴うリップルの
ない、安価な磁歪式トルクセンサを得る効果がある。
ク測定前にトルク測定電流より大きい交流の消磁電流
を、励磁回路から励磁コイルに一定時間通電した後、測
定用電流を通電するようにしたので、磁歪材料の周方向
の磁気特性の不均一がなくなり、回転に伴うリップルの
ない、安価な磁歪式トルクセンサを得る効果がある。
【図１】本発明の磁歪式トルクセンサの構成を示す説明
図である。
図である。
【図２】本発明のトルクセンサの励磁電流の通電パター
ンを示す説明図である。
ンを示す説明図である。
１：回転軸 ２：磁歪膜 ３：励磁コイル ４：検出コイル ５：励磁回路 ６：制御回路 ７：信号処理回路 ８：出力端子
Claims (2)
- 【請求項１】 少なくとも表面に磁歪材料を設けた回転
軸と、前記回転軸の近傍に同心円状に配置した励磁コイ
ルおよび検出コイルと、前記励磁コイルに励磁電流を通
電する励磁回路と、前記検出コイルからの信号を処理す
る信号処理回路とを備えた磁歪式トルクセンサにおい
て、 前記励磁回路はトルク測定用電流の通電前にこの値より
大きい交流の消磁電流を通電する制御回路を備えたこと
を特徴とする磁歪式トルクセンサ。 - 【請求項２】 回転軸の少なくとも表面に磁歪材料を設
け、前記回転軸の近傍に同心状に配置した励磁コイルに
励磁回路から測定用の励磁電流を通電し、前記回転軸の
表面に発生する歪に基づく前記磁歪材料の透磁率の変化
を検出コイルにより検出し、この検出信号を処理回路で
処理する磁歪式トルクセンサのトルク測定方法におい
て、 測定前に前記励磁回路から前記励磁コイルに通電する測
定電流より大きい交流の消磁電流を一定時間通電した
後、測定用電流を通電してトルク測定することを特徴と
する磁歪式トルクセンサのトルク測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30960394A JPH08145821A (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 磁歪式トルクセンサおよびトルク測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30960394A JPH08145821A (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 磁歪式トルクセンサおよびトルク測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08145821A true JPH08145821A (ja) | 1996-06-07 |
Family
ID=17995025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30960394A Pending JPH08145821A (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 磁歪式トルクセンサおよびトルク測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08145821A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001018514A1 (en) * | 1999-09-02 | 2001-03-15 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Load cell and washing machine with load cell |
| JP2009080137A (ja) * | 2009-01-19 | 2009-04-16 | Honda Motor Co Ltd | 磁歪式トルクセンサ |
| JP2010264772A (ja) * | 2009-05-12 | 2010-11-25 | Taiyo Yuden Co Ltd | 踏力検出装置を備えた電動車 |
| JP2013134152A (ja) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Hioki Ee Corp | インピーダンス測定装置 |
-
1994
- 1994-11-18 JP JP30960394A patent/JPH08145821A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001018514A1 (en) * | 1999-09-02 | 2001-03-15 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Load cell and washing machine with load cell |
| JP2009080137A (ja) * | 2009-01-19 | 2009-04-16 | Honda Motor Co Ltd | 磁歪式トルクセンサ |
| JP2010264772A (ja) * | 2009-05-12 | 2010-11-25 | Taiyo Yuden Co Ltd | 踏力検出装置を備えた電動車 |
| JP2013134152A (ja) * | 2011-12-27 | 2013-07-08 | Hioki Ee Corp | インピーダンス測定装置 |
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