JPH081465Y2 - トルクトランスデューサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、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。

［従来技術とその欠点］ 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。

これを中央部縦断面図である第９図および回路図であ
る第10図を示して説明するならば、ａおよびｂは、互い
に対照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。

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
きに接地された感知コイルｇ、ｉに誘起された起電力
は、整流器ｍで位相敏感に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。

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。

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数によって、加
えられたトルクの方向が知れる。

［従来技術の欠点］ 上述のトルクトランスデューサでは、励磁コイルは励
磁ボビンに巻かれ、また感知ボビンに巻かれるが、これ
ら励磁コイル及び／又は感知コイルの破断を防止する必
要があるが、かかる事項に関して、従来必ずしも十分な
解決手段が提供されていない。

［考案の目的］ 本考案は、上記事実に鑑みてなされたものであり、そ
の主目的は、励磁コイル及び感知コイルの破断を確実に
防止することができる、改良されたトルクトランスデュ
ーサを提供することである。

［考案の概要］ 本考案によれば、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コイル手
段と、 前記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
換する感知コイル手段と、 回転軸のうち少なくとも感知コイル手段により前記強
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、 前記磁場付与コイル手段は、励磁ボビンと、この励磁
ボビンに巻かれた励磁コイルを有し、前記ボビンには半
径方向外方に突出する突部が形成され、前記突部に励磁
ボビン端子が設けられており、 前記感知コイル手段は、前記励磁ボビンに外嵌される
感知ボビンと、この感知ボビンに巻かれた感知コイルを
有し、前記感知ボビンには前記励磁ボビンの前記突部に
対応して切欠部が設けられており、 前記感知ボビンを該励磁ボビンに所要の通り被嵌する
と、前記励磁ボビンの突部が前記感知コイルの切欠部に
位置し、前記感知ボビンに設けられた感知ボビン端子に
続いて前記励磁ボビン端子に続いて前記励磁ボビン端子
が位置する、 ことを特徴とするトルクトランスデューサが提供され
る。

［考案具体例］ 本考案のトルクトランスデューサの１具体例を、第１
図乃至第８図を参照しつつ説明する。

第１図乃至第６図は本考案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
断面図、第２図は全体の組立図である。

10は、トルクが加えられる回転軸である。この回転軸10
は、例えばニッケル・マレージング鋼製、すなわち強磁
性磁歪材料製である。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の中央部における側周面
部に、軸線に対しそれぞれ＋45度、−45度をなす多数の
螺旋状の溝16が設けられている。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、当該他の部分の磁気異方性は無
視することができる。この回転軸10には、軸線方向に貫
通する中空部18が設けられており、各環状帯12及び14の
軸線方向外側の環状部分20及び22に、それぞれ中空部18
と外部とを連通する径方向のオイル供給孔24が６つずつ
放射状に設けられている。

回転軸10は、必ずしも全体が強磁性磁歪材料製である
必要はない。例えば、環状帯12及び14を設ける部分の表
面近傍部のみを強磁性磁歪材料により構成しても良く、
表面に強磁性磁歪材料を帯状に接着してもよい。

26は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のう
ち両端状帯12及び14並びにオイル供給孔24が設けられて
いる両環状部分20及び22を含む部分が挿通されており、
この回転軸10は、両環状部分20及び22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により回転自在に保持されている。34及び36は玉軸
受の外輪、38及び40は内輪、42は転動球体である。

第３図をも参照して、44は、パーマロイ製、すなわち
高透磁率材料製の、電磁遮蔽ケースである。46及び47は
励磁コイル手段、また52及び53は感知コイル手段であ
る。励磁コイル用ボビン46a及び47aと、これらボビン46
a及び47aに巻かれた励磁コイル60及び61を有している。
励磁ボビン46a及び47aは、励磁コイル60及び61が巻かれ
る円筒状部を有し、円筒状部の両端部には半径方向外方
に突出する環状フランジ46b及び46c並びに47b及び47cが
設けられている。片方の環状フランジ46c及び47cは他方
の環状フランジ46b及び47bよりも厚さが厚く、かかる環
状フランジ46c及び47cの一部に略矩形状の突部50が設け
られている。これら突部50は半径方向外方に突出し、各
突出端面には周方向に間隔を置いて一対の励磁コイル用
ボビン端子48が設けられている。また、感知コイル手段
52及び53は、励磁コイル手段46及び47と略同様に、感知
コイル用ボビン52a及び53aと、これらボビン52a及び53a
に巻かれた感知コイル62及び63を有している。感知ボビ
ン52a及び53aは、感知コイル62及び63が巻かれる円筒状
部を有し、円筒状部の両端部には半径方向外方に突出す
る環状フランジ52b及び52c並び53b及び53cが設けられて
いる。片方の環状フランジ52c及び53cは他方の環状フラ
ンジ52b及び53bよりも厚さが厚く、これら環状フランジ
52c及び53cには、励磁ボビン46a及び47aの各突部50に対
応して、略矩形状の切欠部56が形成されている。環状フ
ランジ52b,52c,53b及び53cには、また、励磁ボビン46a
及び47aの突部50の突出端面と実質上同一面を規定する
ように面取が施されており、環状フランジ52c及び53cの
面取り部に、上記切欠部56と共に周方向に間隔を置いて
一対の感知コイル用ボビン端子54が設けられている。58
はフレキシブル回路基盤である。第３図は、これらの部
品の組み立て図、第４図はその完成図を表わす。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対の感知コイル手段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
磁コイル手段46及び47が嵌合した状態で接着固定され
る。感知ボビン52a及び53aの内側に励磁ボビン46a及び4
7aを嵌合すると、各突部50が対応する切欠部56内に位置
付けられ、感知ボビン52a及び53aと励磁ボビン46a及び4
7aとが所定の位置関係に保持され、両者の相対的回動が
確実に阻止される。また、かく嵌合すると、第３図及び
第５図から理解される如く、励磁ボビン46a及び47aのボ
ビン端子48と感知ボビン52a及び53aのボビン端子54は実
質上等間隔を置いて連続して位置し、これらボビン端子
48及び54への電気的接続が容易となる。また、具体例の
如く、励磁ボビン46a及び47aには励磁コイル60及び61の
両端部が電気的に接続されるボビン端子48が設けられ、
感知ボビン52a及び53bには感知コイル62及び63の両端部
が電気的に接続されるボビン端子５が設けられている故
に、励磁コイル60及び61並びに感知コイル62及び63の接
続作業が容易であり、またこれらのコイル60,61,62及び
63の破断も極めて少なくなり、更に、励磁ボビン46a及
び47aと感知ボビン52a及び53aの嵌合作業も容易とな
る。

電磁遮蔽ケース44の軸線方向両端外周部は、固定ハウ
ジング部材26の内部に、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ポリテトラフル
オロエチレン樹脂製の環状の保持部材64を介して軸方向
及び径方向固定状に保持されている。また回転軸10の軸
線をほぼ中心とする固定ハウジング部材26に対する電磁
遮蔽ケース44の回転も、保持部材64との間の摩擦により
一応防止される。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、回転軸10と同軸状に、
励磁コイル60及び感知コイル62並びに励磁コイル61及び
感知コイル63が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が、その横断面
における一部を切欠して軸方向及び径方向の接触部付近
の断面積を縮小することにより、その部分において軸方
向及び径方向に弾性変形し易いよう構成されている。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。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。

両玉軸受30及び32における外輪34及び36の軸線方向外
側には、多孔質材料の１つである焼結合金製の固定環状
板部66及び67が固定され、それらの外側には、回転軸10
と一体的に回転する同じく焼結合金製の回転環状板部68
及び69が、固定環状板部66及び67と環状に重合楷動する
ように設けられている。これらの回転環状板部68及び69
並びに固定環状板部66及び67は、オイル供給孔24から供
給されるオイル（液状潤滑材）の送出を許容しつつ玉軸
受30及び32への外部からの異物侵入を防止するシール装
置70及び72を構成するものである。そして一方（第１図
における左方）のシール装置70における回転環状板部68
の軸線方向外側には、回転軸10に固定された鈎形横断面
の環状保持器74によって皿ばね76等の弾性手段が保持さ
れており、これによって当該回転環状板部68の外周部内
側を固定環状板部66の内周部外部に弾性的に圧接させて
環状重合部78が開きすぎることのないように隙間調整を
図っている。またこの弾性手段によって同時に玉軸受3
0,32に予圧をかけることも可能である。第１図の右方の
シール装置72は、弾性手段が設けられない態様のものと
しているが、両方に設けることも勿論可能である。

この具体例においては、環状重合部78の隙間調整は定
圧予圧の状態で行なわれいいるが、例えば第７図に示す
ように、回転軸10に螺合された環状保持体80によって定
位置予圧の状態で隙間調整を行なってもよい。また例え
ば第８図に示すように、回転環状板部68を玉軸受30の側
に固定し、固定環状板部66をその軸線方向外側に環状に
重合するよう固定ハウジング部材26に固定しても勿論差
し支えない。

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、84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。

86は、螺子孔が貫通している外周が非導電材料の回り
止め86と電磁遮蔽ケース44との間にフレキシブル回路基
盤58を挟んだ状態で導電材料製の螺子88によってそれら
を固定している。全体の平面図を表わす第５図に示され
るように、各回り止め86は、透孔28内に突出してその透
孔28の周方向両側端部に接する状態に配接され、以て、
固定ハウジング部材26に対する電磁遮蔽ケース44の周方
向回動が防止されている。90はシールドケーブル、92は
リード線、94はアース線である。アース線94は、回り止
め86を介して電磁遮蔽ケース44に電気的に接続され、リ
ード線92は、フレキシブル回路基盤58における必要箇所
に接続されており、シールドケーブル90は、透孔28内を
通って導出されている。このシールドケーブル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、かく保持する
ことにより、シールドケーブル90もアースされる。98
は、そのケーブル押え96を締め付ける締め付け螺子、10
0は、シールドケーブル90の他端部に設けられたコネク
タである。なお、第５図においては、シールドケーブル
90、リード線92、アース線94、ケーブル押え96及び締め
付け螺子98は、省略されている。

本考案のトルクトランスデューサによるトルク検出回
路図の一例を表わす第６図に示されるように、励磁コイ
ル60及び61は、互いに同じ向きに直列接続されて交流電
源102により駆動され、感知コイル62及び63は、２つの
環状帯12及び14の磁束の差を感知すべく、向きを逆にし
て直列に接続されている。励磁コイル60及び61は交流電
源102から給電され、反対向きに接続された感知コイル6
2及び63に誘起された起電力は、整流器104で同期に整流
されて電圧表示器106に表示される。108は、両感知コイ
ル62及び63の間から導出された調整用ラインである。黒
点はコイルの極性を示す。

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60及び61に交流電流が加えられても、整流器104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62及び63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。

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及び圧縮応力を
受け、その結果、環状体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104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104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。

回転軸10は、両環状部分20及び22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固定状に保持されているので、電
磁遮蔽ケース44及びその内側に固定保持されている励磁
コイル60及び61並びに感知コイル62及び63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。

この玉軸受30及び32の潤滑は、回転軸10の中空部18を
経てオイル供給孔24から固定ハウジング部材26内へオイ
ルを供給し、そのオイルを、玉軸受30及び32の転動球体
42の起道部を経て、シール装置70及び72における焼結合
金製の回転環状板部68,69および／または焼結合金製の
固定環状板部66,67を浸透により通過させ、或はそれら
の環状重合部78を通過させて、固定ハウジング部材26の
外へ送り出すことにより、確実に行なわれる。而も、玉
軸受30及び32への外部からの異物侵入は、このシール装
置70及び72によって防止される。異物侵入の防止は、環
状重合部78の隙間調整を、前記弾性手段による定圧予圧
状態で或は、環状保持体による定位置予圧状態で行なう
ことにより、より確実化することができる。

そして、螺子88にによって透孔28内で固定された回り
止め86によって、電磁遮蔽ケース44とアース線94とが接
続されると共に固定ハウジング部材26に対する電磁遮蔽
ケース44の周方向回動が防止され、それによって回転軸
10に作用するトルク値の検出がより安定化されると共に
リード線92やアース線94の損傷が防がれる。

磁場付与手段及び感知手段は、上記のような励磁コイ
ル及び感知コイルに限定される物ではない。例えば磁気
ヘッドを、上記のような両環状帯の外側に１個づつ配設
することによって、前記磁場付与手段及び感知手段に代
えることが可能である。

また、外部からの異物の進入が問題とならない場合に
は、玉軸受30及び32の外側に配設したシール装置70及び
72を省略することも可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図乃至第６図は本考案トルクトランスデューサの１
具体例に関するものであり、そのうち第１図は中央部断
面図、第２図は全体の組立図、第３図は部分組立図、第
４図は部分完成図、第５図は全体の平面図、第６図は回
路図である。 第７図及び第８図はそれぞれ別の具体例についての要部
断面図である。 第９図は、従来のトルクトランスデューサについての中
央部縦断面図、第10図は回路図である。 図面中、10は回転軸、12及び14は環状帯、26固定ハウジ
ング部材、30及び32は玉軸受、44は電磁遮蔽ケース、60
及び61は励磁コイル、62及び63は感知コイル、64は保持
部材である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
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コイル手段
   と、 前記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
   する感知コイル手段と、 回転軸のうち少なくとも感知コイル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、 前記磁場付与コイル手段は、励磁ボビンと、この励磁ボ
   ビンに巻かれた励磁コイルを有し、前記ボビンには半径
   方向外方に突出する突部が形成され、前記突部に励磁ボ
   ビン端子が設けられており、 前記感知コイル手段は、前記励磁ボビンに外嵌される感
   知ボビンと、この感知ボビンに巻かれた感知コイルを有
   し、前記感知ボビンには前記励磁ボビンの前記突部に対
   応して切欠部が設けられており、 前記感知ボビンを該励磁ボビンに所要の通り被嵌する
   と、前記励磁ボビンの突部が前記感知コイルの切欠部に
   位置し、前記感知ボビンに設けられた感知ボビン端子に
   続いて前記励磁ボビン端子が位置する、 ことを特徴とするトルクトランスデューサ。