JPH09159551A - 磁歪式トルクセンサ - Google Patents
磁歪式トルクセンサInfo
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- JPH09159551A JPH09159551A JP33830895A JP33830895A JPH09159551A JP H09159551 A JPH09159551 A JP H09159551A JP 33830895 A JP33830895 A JP 33830895A JP 33830895 A JP33830895 A JP 33830895A JP H09159551 A JPH09159551 A JP H09159551A
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- Japan
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- magnetic
- magnetic anisotropy
- magnetic anisotropic
- torque sensor
- rotating shaft
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転軸に曲げ応力を生じさせた際にも出力変
動が発生しない磁歪式トルクセンサを提供する。 【解決手段】 回転軸１の表面に軸長方向に対して傾斜
角を持った複数のパターンで形成され、軸端から遠い位
置に設けた第１の磁気異方性部２１と、第１の磁気異方
性部２１と反対方向に傾斜し、かつ第１の磁気異方性部
２１より軸端に近い位置に設けた第２の磁気異方性部２
２と、第１の磁気異方性部２１および第２の磁気異方性
部２２に同心円上に配置した励磁コイル３１、３２およ
び検出コイル４１、４２と、励磁コイル３１、３２に励
磁電流を通電する励磁回路とを備え、検出コイル４１、
４２からの信号により回転軸１に加えられたトルクを検
出する磁歪式トルクセンサにおいて、第１の磁気異方性
部２１の直径を第２の磁気異方性部２２の直径より大き
くしたものである。
動が発生しない磁歪式トルクセンサを提供する。 【解決手段】 回転軸１の表面に軸長方向に対して傾斜
角を持った複数のパターンで形成され、軸端から遠い位
置に設けた第１の磁気異方性部２１と、第１の磁気異方
性部２１と反対方向に傾斜し、かつ第１の磁気異方性部
２１より軸端に近い位置に設けた第２の磁気異方性部２
２と、第１の磁気異方性部２１および第２の磁気異方性
部２２に同心円上に配置した励磁コイル３１、３２およ
び検出コイル４１、４２と、励磁コイル３１、３２に励
磁電流を通電する励磁回路とを備え、検出コイル４１、
４２からの信号により回転軸１に加えられたトルクを検
出する磁歪式トルクセンサにおいて、第１の磁気異方性
部２１の直径を第２の磁気異方性部２２の直径より大き
くしたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁性体の逆磁歪効
果を利用した非接触式トルクセンサに関するもので、と
くに例えばロボット、工作機械などの回転駆動系の回転
軸のトルクを検出するトルクセンサに関する。
果を利用した非接触式トルクセンサに関するもので、と
くに例えばロボット、工作機械などの回転駆動系の回転
軸のトルクを検出する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
小形のトルクセンサが要求されている。このようなトル
クセンサには種々方式があるが、非接触で小形化に有利
な方式として磁歪式トルクセンサがある（例えば、特開
平５−７２０６４号）。これは、磁性体に力が印加され
ると、磁性体の透磁率が変わるという逆磁歪効果を利用
してトルク検出を行うものである。例えば図４に示すよ
うに、磁歪合金材からなる回転軸１の表面に回転軸長の
方向と角度をなし、互いに反対方向に傾斜した溝を設け
て、磁気異方性を付与した第１および第２の磁気異方性
部２１、２２を設け、第１および第２の磁気異方性部に
同心円上にそれぞれ一定のギャップを保って巻回した励
磁コイル３１、３２および検出コイル４１、４２または
励磁・検出コイルを巻いた磁気ヘッド（図示せず）と、
励磁コイルに励磁電流を通電する励磁回路（図示せず）
とを備え、検出コイル４１、４２からの信号により回転
軸１に加えられたトルクを検出するようにしてある。回
転軸１にトルクを印加すると、印加トルクに伴う第１お
よび第２の磁気異方性部２１、２２の磁気異方性による
透磁率の変化はそれぞれ検出コイル４１、４２のインピ
ーダンス変化として検出される。このインピーダンス変
化をトルクに換算してトルク出力を発生する。この構成
では、差動構造となり、ノイズや温度に対する影響が少
なく、また、一つの磁気異方性部と一つのコイルのみを
用いる場合に比べて、同一トルクに対する出力感度が大
きくなる。
ニピュレータおよび工作機械の制御に、非接触で、かつ
小形のトルクセンサが要求されている。このようなトル
クセンサには種々方式があるが、非接触で小形化に有利
な方式として磁歪式トルクセンサがある（例えば、特開
平５−７２０６４号）。これは、磁性体に力が印加され
ると、磁性体の透磁率が変わるという逆磁歪効果を利用
してトルク検出を行うものである。例えば図４に示すよ
うに、磁歪合金材からなる回転軸１の表面に回転軸長の
方向と角度をなし、互いに反対方向に傾斜した溝を設け
て、磁気異方性を付与した第１および第２の磁気異方性
部２１、２２を設け、第１および第２の磁気異方性部に
同心円上にそれぞれ一定のギャップを保って巻回した励
磁コイル３１、３２および検出コイル４１、４２または
励磁・検出コイルを巻いた磁気ヘッド（図示せず）と、
励磁コイルに励磁電流を通電する励磁回路（図示せず）
とを備え、検出コイル４１、４２からの信号により回転
軸１に加えられたトルクを検出するようにしてある。回
転軸１にトルクを印加すると、印加トルクに伴う第１お
よび第２の磁気異方性部２１、２２の磁気異方性による
透磁率の変化はそれぞれ検出コイル４１、４２のインピ
ーダンス変化として検出される。このインピーダンス変
化をトルクに換算してトルク出力を発生する。この構成
では、差動構造となり、ノイズや温度に対する影響が少
なく、また、一つの磁気異方性部と一つのコイルのみを
用いる場合に比べて、同一トルクに対する出力感度が大
きくなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術では、回転軸に負荷を付加する際に発生する曲げ応力
による出力変化が大きいという問題があった。これは、
回転軸１の片側に負荷を付加したときに、第１の磁気異
方性部２１と第２の磁気異方性部２２の曲げモーメント
がアンバランスしていることに起因している。このアン
バランスは、回転軸１を支持する構造および負荷を与え
る構成により異なるが、負荷を回転軸の片側に付加する
場合、あるいは両側に負荷してもその大きさが異なる場
合には必ず発生する。本発明は、回転軸に曲げ応力を生
じさせた際にも出力変動が発生しない磁歪式トルクセン
サを提供することを目的とするものである。
術では、回転軸に負荷を付加する際に発生する曲げ応力
による出力変化が大きいという問題があった。これは、
回転軸１の片側に負荷を付加したときに、第１の磁気異
方性部２１と第２の磁気異方性部２２の曲げモーメント
がアンバランスしていることに起因している。このアン
バランスは、回転軸１を支持する構造および負荷を与え
る構成により異なるが、負荷を回転軸の片側に付加する
場合、あるいは両側に負荷してもその大きさが異なる場
合には必ず発生する。本発明は、回転軸に曲げ応力を生
じさせた際にも出力変動が発生しない磁歪式トルクセン
サを提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、回転軸の表面に軸長方向に対して傾斜角
を持った複数のパターンで形成され、軸端から遠い位置
に設けた第１の磁気異方性部と、前記第１の磁気異方性
部と反対方向に傾斜し、かつ前記第１の磁気異方性部よ
り軸端に近い位置に設けた第２の磁気異方性部と、前記
第１および第２の磁気異方性部に同心円上に配置した励
磁コイルおよび検出コイルまたは励磁・検出コイルを巻
いた磁気ヘッドと、前記励磁コイルに励磁電流を通電す
る励磁回路とを備え、前記検出コイルからの信号により
前記回転軸に加えられたトルクを検出する磁歪式トルク
センサにおいて、前記第１の磁気異方性部の直径を前記
第２の磁気異方性部の直径より大きくしたものである。
また、前記回転軸に軸端側の直径が小さくなるようにし
たテーパ面を設け、前記第１の磁気異方性部と前記第２
の磁気異方性部を、前記回転軸のテーパ面に設けたもの
である。
め、本発明は、回転軸の表面に軸長方向に対して傾斜角
を持った複数のパターンで形成され、軸端から遠い位置
に設けた第１の磁気異方性部と、前記第１の磁気異方性
部と反対方向に傾斜し、かつ前記第１の磁気異方性部よ
り軸端に近い位置に設けた第２の磁気異方性部と、前記
第１および第２の磁気異方性部に同心円上に配置した励
磁コイルおよび検出コイルまたは励磁・検出コイルを巻
いた磁気ヘッドと、前記励磁コイルに励磁電流を通電す
る励磁回路とを備え、前記検出コイルからの信号により
前記回転軸に加えられたトルクを検出する磁歪式トルク
センサにおいて、前記第１の磁気異方性部の直径を前記
第２の磁気異方性部の直径より大きくしたものである。
また、前記回転軸に軸端側の直径が小さくなるようにし
たテーパ面を設け、前記第１の磁気異方性部と前記第２
の磁気異方性部を、前記回転軸のテーパ面に設けたもの
である。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施例に
ついて説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す正
面図である。図において、１はマルエージング鋼などの
磁歪合金材からなる回転軸、２は磁気異方性部で、回転
軸１の表面に回転軸長の方向とある角度をなし、互いに
反対方向に傾斜した軸端から遠い位置ｘ1 に設けた直径
Ｄ1 の段付部１Ａに形成した第１の溝１１と、軸端に近
い位置ｘ2 に設けた直径Ｄ2 の段付部１Ｂに形成した第
２の溝１２を設けてあり、次の（１）式を満足する関係
にしてある。 Ｄ1 ＝（ｘ1 ・Ｄ2 3／ｘ2 ）1/3 …（１） ２１は第１の溝１１の周囲に形成された第１の磁気異方
性部、２２は第２の溝１２の周囲に形成された第２の磁
気異方性部である。３１および３２は励磁コイル、４１
および４２は検出コイルで、第１および第２の磁気異方
性部２１、２２の周囲にそれぞれ一定のギャップを保っ
て励磁コイル３１、３２および検出コイル４１、４２を
巻回し、励磁コイル３１、３２に励磁電流を通電する励
磁回路（図示せず）とを備え、検出コイル４１、４２か
らの信号により、回転軸１に加えられたトルクを検出す
るようにしてある。次に、負荷荷重と磁歪式トルクセン
サの出力との関係を説明する。本発明の構成の磁気異方
性部を備えた場合と、軸方向幅が同一の二つの磁気異方
性部を持つ従来例の構成の場合の回転軸１を、図２に示
すように、回転軸１を直径２０ｍｍのマルエージング鋼
で作製し、軸端からの位置ｘ1 に第１の磁気異方性部２
１、軸端からの位置ｘ2 に第２の磁気異方性部２２を設
け（本実施例では、Ｄ1 ＝２２ｍｍ，ｘ1 ＝７０ｍｍ、
Ｄ2 ＝２０ｍｍ，ｘ2 ＝５０ｍｍ）て片持支持とし、そ
の先端に負荷Ｗ（本実施例では、Ｗ＝１〜２０ｋｇ）を
加え、歪みセンサの出力を求めると、次の表１に示すよ
うな実験結果となった。
ついて説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す正
面図である。図において、１はマルエージング鋼などの
磁歪合金材からなる回転軸、２は磁気異方性部で、回転
軸１の表面に回転軸長の方向とある角度をなし、互いに
反対方向に傾斜した軸端から遠い位置ｘ1 に設けた直径
Ｄ1 の段付部１Ａに形成した第１の溝１１と、軸端に近
い位置ｘ2 に設けた直径Ｄ2 の段付部１Ｂに形成した第
２の溝１２を設けてあり、次の（１）式を満足する関係
にしてある。 Ｄ1 ＝（ｘ1 ・Ｄ2 3／ｘ2 ）1/3 …（１） ２１は第１の溝１１の周囲に形成された第１の磁気異方
性部、２２は第２の溝１２の周囲に形成された第２の磁
気異方性部である。３１および３２は励磁コイル、４１
および４２は検出コイルで、第１および第２の磁気異方
性部２１、２２の周囲にそれぞれ一定のギャップを保っ
て励磁コイル３１、３２および検出コイル４１、４２を
巻回し、励磁コイル３１、３２に励磁電流を通電する励
磁回路（図示せず）とを備え、検出コイル４１、４２か
らの信号により、回転軸１に加えられたトルクを検出す
るようにしてある。次に、負荷荷重と磁歪式トルクセン
サの出力との関係を説明する。本発明の構成の磁気異方
性部を備えた場合と、軸方向幅が同一の二つの磁気異方
性部を持つ従来例の構成の場合の回転軸１を、図２に示
すように、回転軸１を直径２０ｍｍのマルエージング鋼
で作製し、軸端からの位置ｘ1 に第１の磁気異方性部２
１、軸端からの位置ｘ2 に第２の磁気異方性部２２を設
け（本実施例では、Ｄ1 ＝２２ｍｍ，ｘ1 ＝７０ｍｍ、
Ｄ2 ＝２０ｍｍ，ｘ2 ＝５０ｍｍ）て片持支持とし、そ
の先端に負荷Ｗ（本実施例では、Ｗ＝１〜２０ｋｇ）を
加え、歪みセンサの出力を求めると、次の表１に示すよ
うな実験結果となった。
【０００６】
【表１】
【０００７】これにより、軸方向長さが同一の二つの磁
気異方性部を持つ従来例の構成の場合に、負荷荷重に対
して出力値が変化していたのに対し、本発明の構成では
出力値の変化が小さくなっていることがわかる。
気異方性部を持つ従来例の構成の場合に、負荷荷重に対
して出力値が変化していたのに対し、本発明の構成では
出力値の変化が小さくなっていることがわかる。
【０００８】図３は本発明の第２の実施例を示す正面図
である。この場合、上記第１の実施例で説明した構成の
うち、回転軸１にテーパ面１３を設けたもので、軸端に
近い側の直径を小さくしてある。第１の溝１１はテーパ
面１３上で平均直径がＤ1 の軸端から遠い位置ｘ1 に形
成し、第２の溝１２は平均直径がＤ2 の軸端に近い位置
ｘ2 に形成してある。ここで、負荷荷重と磁歪式トルク
センサの出力との関係を説明する。本発明の構成の磁気
異方性部を備えた場合と、軸方向幅が同一の二つの磁気
異方性部を持つ従来例の構成の場合の回転軸１を、図２
に示すように、片持支持とし、その先端に負荷を加え、
第１の実施例と同様の実験を行って、歪みセンサの出力
を求めると、上記表１とほぼ同じ結果となった。これに
より、軸方向幅が同一の二つの磁気異方性部を持つ従来
例の構成の場合に、負荷荷重に対して出力値が変化して
いたのに対し、本発明の構成では出力値の変化が小さく
なっていることがわかる。なお、疲労試験では、第１の
実施例の段付部に磁気異方性部を設けた場合に比べて、
テーパー面に磁気異方性部を設けた場合は、ほぼ１．５
倍寿命が延びるという結果が得られた。
である。この場合、上記第１の実施例で説明した構成の
うち、回転軸１にテーパ面１３を設けたもので、軸端に
近い側の直径を小さくしてある。第１の溝１１はテーパ
面１３上で平均直径がＤ1 の軸端から遠い位置ｘ1 に形
成し、第２の溝１２は平均直径がＤ2 の軸端に近い位置
ｘ2 に形成してある。ここで、負荷荷重と磁歪式トルク
センサの出力との関係を説明する。本発明の構成の磁気
異方性部を備えた場合と、軸方向幅が同一の二つの磁気
異方性部を持つ従来例の構成の場合の回転軸１を、図２
に示すように、片持支持とし、その先端に負荷を加え、
第１の実施例と同様の実験を行って、歪みセンサの出力
を求めると、上記表１とほぼ同じ結果となった。これに
より、軸方向幅が同一の二つの磁気異方性部を持つ従来
例の構成の場合に、負荷荷重に対して出力値が変化して
いたのに対し、本発明の構成では出力値の変化が小さく
なっていることがわかる。なお、疲労試験では、第１の
実施例の段付部に磁気異方性部を設けた場合に比べて、
テーパー面に磁気異方性部を設けた場合は、ほぼ１．５
倍寿命が延びるという結果が得られた。
【０００９】上記実施例では、回転軸に磁歪材料を用い
た例について説明したが、ＳＵＳ３０４からなる回転軸
に、スパッタ法、真空蒸着法または湿式メッキ法により
Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる磁歪膜を形成して、磁気異方性
部を構成しても同様の結果が得られた。このように、回
転軸の直径が同一の場合に軸端に負荷を加えると、第１
および第２の磁気異方性部に生じる曲げモーメントは負
荷を回転軸にどのように付加するかによって変わるが、
上記手段により、軸方向に並べて配置した第１および第
２の磁気異方性部を形成した歪み式トルクセンサで、軸
径が同一であれば曲げによる歪みの大きい第１の磁気異
方性部の直径を第２の磁気異方性部の直径より大きくし
てあるので、軸端に負荷を加えた際に生じる第１の磁気
異方性部と第２の磁気異方性部の曲げによる歪み量が同
じになり、曲げによる出力を同じにすることができる。
た例について説明したが、ＳＵＳ３０４からなる回転軸
に、スパッタ法、真空蒸着法または湿式メッキ法により
Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる磁歪膜を形成して、磁気異方性
部を構成しても同様の結果が得られた。このように、回
転軸の直径が同一の場合に軸端に負荷を加えると、第１
および第２の磁気異方性部に生じる曲げモーメントは負
荷を回転軸にどのように付加するかによって変わるが、
上記手段により、軸方向に並べて配置した第１および第
２の磁気異方性部を形成した歪み式トルクセンサで、軸
径が同一であれば曲げによる歪みの大きい第１の磁気異
方性部の直径を第２の磁気異方性部の直径より大きくし
てあるので、軸端に負荷を加えた際に生じる第１の磁気
異方性部と第２の磁気異方性部の曲げによる歪み量が同
じになり、曲げによる出力を同じにすることができる。
【００１０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、第
１の磁気異方性部と第２の磁気異方性部の曲げによる歪
みセンサの出力が同じになるように第１の磁気異方性部
と第２の磁気異方性部の直径を変えてあるので、回転軸
の曲げによる影響はキャンセルされ、曲げによる出力変
動のない磁歪式トルクセンサを提供できる効果がある。
１の磁気異方性部と第２の磁気異方性部の曲げによる歪
みセンサの出力が同じになるように第１の磁気異方性部
と第２の磁気異方性部の直径を変えてあるので、回転軸
の曲げによる影響はキャンセルされ、曲げによる出力変
動のない磁歪式トルクセンサを提供できる効果がある。
【図１】 本発明の第１の実施例を示す正面図である。
【図２】 本発明の実施例の実験状態を示す正面図であ
る。
る。
【図３】 本発明の第２の実施例を示す正面図である。
【図４】 従来例を示す正面図である。
１：回転軸、１Ａ，１Ｂ：段付部、１１：第１の溝、１
２：第２の溝、１３：テーパー面、２１：第１の磁気異
方性部、 ２２：第２の磁気異方性部、３１、３２：励
磁コイル、４１、４２：検出コイル
２：第２の溝、１３：テーパー面、２１：第１の磁気異
方性部、 ２２：第２の磁気異方性部、３１、３２：励
磁コイル、４１、４２：検出コイル
Claims (4)
- 【請求項１】 回転軸の表面に軸長方向に対して傾斜角
を持った複数のパターンで形成され、軸端から遠い位置
に設けた第１の磁気異方性部と、前記第１の磁気異方性
部と反対方向に傾斜し、かつ前記第１の磁気異方性部よ
り軸端に近い位置に設けた第２の磁気異方性部と、前記
第１および第２の磁気異方性部に同心円上に配置した励
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を備え、前記検出コイルからの
信号により前記回転軸に加えられたトルクを検出する磁
歪式トルクセンサにおいて、前記第１の磁気異方性部の
直径を前記第２の磁気異方性部の直径より大きくしたこ
とを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 - 【請求項２】 前記回転軸に軸端側の直径が小さくなる
ようにしたテーパ面を設け、前記第１の磁気異方性部と
前記第２の磁気異方性部を、前記回転軸のテーパ面に設
けた請求項１記載の磁歪式トルクセンサ。 - 【請求項３】 前記第１の磁気異方性部と前記第２の磁
気異方性部を磁歪膜によって形成した請求項１または２
記載の磁歪式トルクセンサ。 - 【請求項４】 前記回転軸を磁歪材料によって構成し、
前記第１の磁気異方性部と前記第２の磁気異方性部を前
記回転軸の表面に回転軸長の方向とある角度をなし、か
つ互いに反対方向に傾斜した第１の溝と第２の溝とを設
けることによって形成した請求項１または２記載の磁歪
式トルクセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33830895A JPH09159551A (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 磁歪式トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33830895A JPH09159551A (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 磁歪式トルクセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09159551A true JPH09159551A (ja) | 1997-06-20 |
Family
ID=18316920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33830895A Pending JPH09159551A (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 磁歪式トルクセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09159551A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1967444A1 (en) | 2007-03-07 | 2008-09-10 | Honda Motor Co., Ltd | Magnetostrictive torque sensor and electric power steering apparatus |
| JP2008256480A (ja) * | 2007-04-03 | 2008-10-23 | Honda Motor Co Ltd | 磁歪式トルクセンサの製造方法 |
| US7752923B2 (en) | 2007-05-30 | 2010-07-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Magnetostrictive torque sensor |
-
1995
- 1995-12-01 JP JP33830895A patent/JPH09159551A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1967444A1 (en) | 2007-03-07 | 2008-09-10 | Honda Motor Co., Ltd | Magnetostrictive torque sensor and electric power steering apparatus |
| US7581455B2 (en) | 2007-03-07 | 2009-09-01 | Honda Motor Co., Ltd. | Magnetostrictive torque sensor and electric power steering apparatus |
| JP2008256480A (ja) * | 2007-04-03 | 2008-10-23 | Honda Motor Co Ltd | 磁歪式トルクセンサの製造方法 |
| EP1978344A3 (en) * | 2007-04-03 | 2008-12-31 | HONDA MOTOR CO., Ltd. | Magnetostrictive torque sensor and method for manufacturing same |
| US7752922B2 (en) | 2007-04-03 | 2010-07-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Magnetostrictive torque sensor and method for manufacturing same |
| US7752923B2 (en) | 2007-05-30 | 2010-07-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Magnetostrictive torque sensor |
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