JPH0979922A - 磁歪式歪センサ - Google Patents

磁歪式歪センサ

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JPH0979922A
JPH0979922A JP7262100A JP26210095A JPH0979922A JP H0979922 A JPH0979922 A JP H0979922A JP 7262100 A JP7262100 A JP 7262100A JP 26210095 A JP26210095 A JP 26210095A JP H0979922 A JPH0979922 A JP H0979922A
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JP
Japan
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strain sensor
force
force transmission
coil
transmission member
Prior art date
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Pending
Application number
JP7262100A
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English (en)
Inventor
Mitsuaki Ikeda
満昭 池田
Koji Kamimura
浩司 上村
Iwao Sasaki
巌 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 インピーダンスを小さくして、消費電力の小
さい磁歪式歪センサを得る。 【構成】 逆磁歪効果を有する磁性材料からなる力伝達
部材2と、非磁性材料からなる非力伝達部材3または非
磁性材料からなり力伝達部材の表面または他の面に付加
される付加部材7と、力伝達部材と非力伝達部材または
付加部材のそれぞれの周囲に卷回された励磁コイル5お
よび検出コイル6からなるコイル対4が少なくとも二組
配置され、かつ、各々の励磁コイルが直列に接続された
検出回路とを備えた構成にしている。また、コイル対を
磁気ヘッド8に替えた構成にしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は磁性体の逆磁歪効果を利
用した磁歪式歪センサに関するもので、例えば、液体の
圧力、電線の張力、モータのトルク、被加工物をクラン
プするクランプメータのクランプ力を測定するための歪
センサに関する。
【0002】
【従来の技術】最近、油圧を利用したダイキャストマシ
ンやアクチュエータの高性能化が進められている。例え
ば、ダイキャストマシンでは正確な油圧のコントロール
によりダイキャスト材の不良率の低下が図られる。ま
た、アクチュエータにおいては動作の正確な制御につな
がる。このような意味で圧力センサの開発が進められて
おり、半導体のピエゾ効果を利用したものや磁歪を利用
した圧力センサが開発されている。中でも後者は耐熱性
に優れているので高温用として有利である。図5にその
構造を示す(特開平06−18026)。1は受圧部、
2は圧力を感じる力伝達部材、3は大気圧部2に配置さ
れた磁性材料からなる非力伝達部材、7〜8は励磁コイ
ル、6は検出コイルである。受圧部1はマルエージング
鋼製の磁性パイプを同心円状の段付きに加工された圧力
を感じる力伝達部材2からなる。非力伝達部材3は力伝
達部材2の段付き部に設けられ、外形は同じ寸法の圧力
を感じないマルエージング鋼部材である。力伝達部材2
の周囲には励磁コイル5と検出コイル6からなるコイル
対4を設け、非力伝達部材3の周囲にも同様なコイル対
4を設けている。受圧部1は高圧配管につながってお
り、油圧の圧力を受ける。今、油圧がかかると受圧部1
のマルエージング鋼に力がかかり、磁気特性が変化す
る。一方、非力伝達部材3のマルエージング鋼の磁気特
性は変化しないので、双方の検出コイル6のインピーダ
ンスに差を生じる。この差が大気圧との圧力差となる。
また、圧力センサの他、電線の張力、モータのトルク、
圧縮力等を測定するため同様の原理の歪センサが提案さ
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
構造の場合、非力伝達部材のコイルは磁性体部に配置さ
れているために、初期インピーダンスが大きくなり、消
費電力が大きくなる。したがって、電気回路が大型化し
バッテリーを用いる用途では長時間使用できないという
問題がある。そこで、本発明はインピーダンスを小さく
して、消費電力の小さい磁歪式歪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】上記の課題を解決するた
め、本発明は逆磁歪効果を有する磁性材料からなる力伝
達部材と、非磁性材料からなる非力伝達部材または非磁
性材料からなり前記力伝達部材の表面または他の面に付
加される付加部材と、前記力伝達部材と前記非力伝達部
材または付加部材のそれぞれの周囲に卷回された励磁コ
イルおよび検出コイルからなるコイル対が少なくとも二
組配置され、かつ、各々の励磁コイルが直列に接続され
た検出回路とを備えた構成にしている。また、前記コイ
ル対を磁気ヘッドに替えた構成にしてもよい。
【0005】
【作用】消費電力Wは次式で表され、電流Iを一定にし
なければ十分な出力が得られないので、消費電力を小さ
くするにはインピーダンスを小さくしなければならな
い。 W=I2 ×Z 一方、交流回路におけるインピーダンスZは次式で表さ
れる。 Z=R+jωL R:抵抗 ω:角振動数 L:自己インダクタン
ス ここで、L=μs/l μ:透磁率 s:磁性体の断面積 l:磁路長 従って、励磁コイルで発生した磁界が磁性体を通れば、
磁性体は透磁率が大きいので、自己インダクタンスが大
きくなり、インピーダンスも大きい事になる。以上のこ
とから、インピーダンスを下げるには、透磁率を小さく
すれば良い事が言える。ところが、歪が作用する部分の
磁性体については透磁率を下げるとセンサの感度が低下
するので、好ましくない。従って、歪によって透磁率の
変化しない、すなわち、歪がかからない部分の磁性体を
透磁率1の非磁性体に変えれば回路全体のインピーダン
スは小さくなる。また、力がかかる部材の一方を非磁性
体にしても同様の結果になる。このようにしてインピー
ダンスを小さくできるので、消費電力を低くすることが
できる。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に
説明する。 (第1実施例)図1は本発明の第1実施例を示す圧力を
検出する磁歪式歪センサの断面図である。図において1
は受圧部、2は力伝達部材、3は非力伝達部材、5は励
磁コイル、6は検出コイルである。力伝達部材2はマル
エージング鋼製の磁性パイプの外周を同心円状の段付き
に加工した形状にして圧力を感じる受圧部1を構成して
いる。非力伝達部材3は非磁性材料であるTi合金から
なるリング形状で、圧力を感じない部材である。外径は
力伝達部材2の大径部と同じ寸法で内径は力伝達部材2
の段付き部の外形寸法よりやや大きいリング形状をして
おり、力伝達部材2の段付き部分に装着される。力伝達
部材2の周囲には励磁コイル5と検出コイル6からなる
コイル対4を設け、非力伝達部材3の周囲にも同様に励
磁コイル5と検出コイル6からなるコイル対4を設けて
おり、二つの励磁コイルは直列に接続されている。励磁
コイル5と検出コイル6の巻数はそれぞれ200ターン
と600ターンである。 受圧部1は高圧配管につなが
っており、油圧の圧力を受ける。今、油圧がかかると受
圧部1の力伝達部材2であるマルエージング鋼に力がか
かり、磁気特性が変化する。一方、非力伝達部材3のT
i合金の特性は変化しないので、双方の検出コイル6の
インピーダンスに差を生じる。この差が大気圧との圧力
差となる。200℃、50気圧の油圧をかけたときの消
費電力を従来法と比較した。励磁コイル5に流す電流は
200mAとした。この時、従来法では10ワットであ
ったのに対して、本発明では7ワットと少ない消費電力
の値を示した。なお、出力の絶対値は従来法と差はなか
った。 (第2実施例)図2は本発明の第2実施例を示す圧縮力
を検出する磁歪式歪センサの断面図である。図におい
て、2は磁性材料であるNiからなる棒状の力伝達部材
であり、歪が加わることにより磁気特性が変化する磁歪
効果を有している。7は非磁性材料のCuからなる棒状
の付加部材で、非磁性材料であるので、圧縮力の印加に
よって磁気特性は変化しない。8は磁気ヘッドで、ヨー
ク11に励磁コイル9と検出コイル10とが巻回されて
いる。このセンサは、力伝達部材2と付加部材7とを摩
擦圧接により同一軸心に圧着接続され、各々の部材の近
傍に磁気ヘッド8をそれぞれ1組づつ配置した構成にな
っている。コイル巻数と励磁コイル9の配線は実施例1
と同じである。次に、力伝達部材2の軸方向に2 kg/mm
2 の圧縮力を印加した時の消費電力を調べた。その結
果、消費電力は従来法に比べて20%低減する良好な効
果が得られた。 (第3実施例)図3は本発明の第3実施例を示す圧縮力
を検出する磁歪式歪センサの断面図である。図におい
て、2は力伝達部材、7は付加部材で、4はコイル対で
ある。第2実施例と同様に力伝達部材2および付加部材
7とも同材質、同形状のものを用いて、静水圧により接
合しクラッド材を製作した。13はクラッド接合部であ
る。 力伝達部材2と付加部材7の周囲にコイル対4を
それぞれ1組づつ配置している。コイル巻数と配線は実
施例1と同じである。次に、力伝達部材2の軸方向に3
kg/mm2 の圧縮力を印加した時の消費電力を調べた。そ
の結果、消費電力は従来法に比べて30%低減する良好
な効果が得られた。 (第4実施例)図4は本発明の第4実施例を示す張力を
検出する磁歪式歪センサの断面図である。図において、
2は力伝達部材、14は付加部材で、4はコイル対であ
る。力伝達部材2および付加部材14は第3実施例と同
様の同材質、同形状のものを用いて、ねじ締結により結
合されている。力伝達部材2は軸心部に雄ねじを加工
し、付加部材14は同じく軸心部に雄ねじと結合する雌
ねじを加工している。力伝達部材2と付加部材7の周囲
にコイル対4をそれぞれ1組づつ配置している。コイル
巻数と配線は実施例1と同じである。次に、力伝達部材
2の軸方向に3 kg/mm2 の圧縮力を印加した時の消費電
力を調べた。その結果、消費電力は従来法に比べて30
%低減する良好な効果が得られた。 (第5実施例)図5は本発明の第5実施例を示すトルク
検出の磁歪式歪センサの断面図である。図において、2
は力伝達部材、16は付加部材で、17はコイル対であ
る。力伝達部材2は磁性材料であるマルエージング鋼か
らなる丸棒のものである。付加部材16は力伝達部材2
の表面の一部に設けた非磁性材の亜鉛皮膜であり、溶射
法および溶融めっき法によって形成されている。亜鉛皮
膜の膜厚は励磁コイルにより発生した磁界がマルエージ
ング鋼まで届かないように500μmとした。この磁界
が力伝達部材2であるマルエージング鋼まで届くと、歪
によりマルエージング鋼の磁気特性の変化を検出するの
で、誤差が大きくなり好ましくない。コイル対17は断
面がコ字状のヨーク18の内側に励磁コイル19と検出
コイル20とがソレノイド状に巻回されたものである。
力伝達部材2と付加部材16の周囲にコイル対17をそ
れぞれ1組づつ配置している。コイル巻数と配線は実施
例1と同じである。次に、励磁周波数100kHz、電
流を160mAとした時の消費電力を従来法と比較して
調べた。その結果、消費電力は従来法に比べて溶射亜鉛
皮膜試料で28%、亜鉛めっき試料で26%低減する良
好な効果が得られた。さらに、最大トルク25kgmを
繰り返し印加し、疲労特性を測定した。従来の段付き試
料が4×105 回に対して、本発明品は6×106 回繰
り返しても破断しなかった。以上、本実施例では付加部
材である磁性体上への非磁性体の形成法としてメッキお
よび溶射法を例としたが、これに限らず非磁性体の力ば
め、無電解めっきおよびスパッタ法などいずれの方法で
も良い事は明らかである。また、非磁性体が高分子樹脂
でもよい事も明かである。さらに、歪センサが圧縮力を
図るクランプメータなどにも適用できる。
【0007】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、逆
磁歪効果を有する磁性材料からなる力伝達部材と、非磁
性材料からなる非力伝達部材または非磁性材料からなる
力伝達部材に付加される付加部材とを設けて、それぞれ
の部材の周囲に励磁コイルと検出コイルからなる検出回
路を少なくとも二組配置し、かつ、各々の励磁コイルを
直列に接続した構成にしたので、インピーダンスを小さ
くでき、消費電力が小さい磁歪式歪センサを提供できる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に用いた磁歪式歪センサの
断面図である。
【図2】本発明の第2実施例に用いた磁歪式歪センサの
断面図である。
【図3】本発明の第3実施例に用いた磁歪式歪センサの
断面図である。
【図4】本発明の第4実施例に用いた磁歪式歪センサの
部分断面図である。
【図5】本発明の第5実施例に用いた磁歪式歪センサの
部分断面図である。
【図6】従来型の圧力センサを示す断面図である。
【符号の説明】
1 受圧部 2 力伝達部材 3 非力伝達部材 4、17 コイル対 5、9、19 励磁コイル 6、10、20 検出コイル 7、14、16 付加部材 8 磁気ヘッド 11、18 ヨーク 12 摩擦圧着部 13 クラッド接合部 15 ねじ部

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 逆磁歪効果を有する磁性材料からなる力
    伝達部材と、非磁性材料からなる非力伝達部材または非
    磁性材料からなり前記力伝達部材の表面または他の面に
    付加される付加部材と、前記力伝達部材と前記非力伝達
    部材または付加部材のそれぞれの周囲に卷回された励磁
    コイルおよび検出コイルからなるコイル対が少なくとも
    二組配置され、かつ、各々の励磁コイルが直列に接続さ
    れた検出回路とを備えたことを特徴とする磁歪式歪セン
    サ。
  2. 【請求項2】 前記検出回路を構成する前記コイル対を
    磁気ヘッドに替えた請求項1に記載の磁歪式歪センサ。
  3. 【請求項3】 前記付加部材は摩擦圧接法により前記力
    伝達部材に付加されたものである請求項1または2に記
    載の磁歪式歪センサ。
  4. 【請求項4】 前記付加部材はめっき法、溶射法または
    クラッド法のいずれかにより前記力伝達部材の表面に付
    加されたものである請求項1または2に記載の磁歪式歪
    センサ。
  5. 【請求項5】 前記付加部材の厚さが前記励磁コイルで
    発生する磁界の侵入深さより大きい請求項4に記載の磁
    歪式歪センサ。
  6. 【請求項6】 前記力伝達部材が管状であり、気体また
    は流体の圧力を検出する請求項1から5のいずれか1項
    に記載の磁歪式歪センサ。
  7. 【請求項7】 前記力伝達部材が中実であり、外部の圧
    縮力を検出する請求項1から5のいずれか1項に記載の
    磁歪式歪センサ。
  8. 【請求項8】 前記力伝達部材および前記付加部材が中
    実部材であり、この二つの部材を同一軸方向に突き合わ
    せた形状にし、ねじりトルクを検出する請求項1から5
    のいずれか1項に記載の磁歪式歪センサ。
  9. 【請求項9】 前記力伝達部材および前記付加部材が中
    実部材であり、この二つの部材を同一軸方向に突き合わ
    せた形状にし、外部の張力を検出する請求項1から5の
    いずれか1項に記載の磁歪式歪センサ。
JP7262100A 1995-09-16 1995-09-16 磁歪式歪センサ Pending JPH0979922A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1999034182A1 (en) * 1997-12-26 1999-07-08 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Load sensor
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