JPH11326080A - Torque sensor - Google Patents

Torque sensor

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Publication number
JPH11326080A
JPH11326080A JP15668698A JP15668698A JPH11326080A JP H11326080 A JPH11326080 A JP H11326080A JP 15668698 A JP15668698 A JP 15668698A JP 15668698 A JP15668698 A JP 15668698A JP H11326080 A JPH11326080 A JP H11326080A
Authority
JP
Japan
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torque
rotating body
cylindrical portion
detection unit
coil
Prior art date
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Pending
Application number
JP15668698A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinobu Kunida
忍 国田
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KYB Corp
Original Assignee
Kayaba Industry Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH11326080A publication Critical patent/JPH11326080A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain a signal quality at a practicable level by determining the maximum surface roughness of an inner and outer surface of a cylindrical portion such that a specific expression is realized. SOLUTION: A magnetic circuit is formed by a magnetic flux induction case 9 and a cylindrical portion 21 and a magnetic flux S detecting a variation by an action of a torsion torque applied to an input portion 22 and an output portion 23 becomes a signal of a sensitive coil 13. However, since a transmittance of the cylindrical potion 21 is higher than that of an air forming a space between the magnetic flux induction case 9 and the cylindrical portion 21, a magnetic flux N passes on a surface of an inner surface of the cylindrical portion 21. Therefore, the surface state of the inner surface of the cylindrical portion 21 influences to the signal of the torsion torque. Here, if a conductivity of detecting portions (x), (y) is defined as (s), an alternating current excitation frequency is defined as (f) at the time of measuring a rotation torque, a relative magnetic permeability of the detecting portions (x), (y) at the frequency (f) is defined as (u) and a skin depth is defined as ξs , an expression I is realized. At this time, the maximum surface roughness of the inner and outer surface of the cylindrical portion 21 is determined when a thickness of the detecting portions (x), (y) is defined as T such that an expression II is realized. Thereby, a practicable level of a signal quality can be maintained without influenced by a material of the detecting portions and the surface roughness.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、出力軸などの回
転体に形成した磁気異方性部の透磁率の変化を利用し
て、その回転体に作用するトルクを検出するための、ト
ルクセンサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torque sensor for detecting a torque acting on a rotating body by utilizing a change in magnetic permeability of a magnetic anisotropic portion formed on the rotating body such as an output shaft. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のトルクセンサとして、特開平7
−1136983号公報に記載されたものが従来から知
られている。この従来のトルクセンサを示したしたのが
図3であるが、このトルクセンサは、アルミニウム等か
らなるケーシング1に設けた軸受2、3で、強磁性磁歪
材料からなる回転軸4が回転自在に支持されている。
2. Description of the Related Art Japanese Patent Laid-Open No.
What is described in -1136983 is known conventionally. FIG. 3 shows this conventional torque sensor. In this torque sensor, a rotating shaft 4 made of a ferromagnetic magnetostrictive material is rotatable by bearings 2 and 3 provided in a casing 1 made of aluminum or the like. Supported.

【0003】この回転軸4には一対の異方性部x,yを
形成しているが、これら異方性部x,yは、回転軸4に
一対の環状凸部5、6を形成するとともに、これら環状
凸部5、6に螺旋状のスリット7、8を多数形成してな
る。そして、このスリット7、8は、軸線に対して略4
5度の角度を維持するとともに、スリット7と8とで、
それらの角度が互いに反対になるようにしている。
A pair of anisotropic parts x and y are formed on the rotating shaft 4, and these anisotropic parts x and y form a pair of annular convex parts 5 and 6 on the rotating shaft 4. In addition, a number of spiral slits 7 and 8 are formed in these annular convex portions 5 and 6. The slits 7 and 8 are approximately 4 with respect to the axis.
While maintaining the angle of 5 degrees, with the slits 7 and 8,
Their angles are opposite to each other.

【0004】したがって、この回転軸4にトルクが作用
すると、その回転方向に応じて、一方の異方性部x又は
yに圧縮応力が作用し、他方の異方性部y又はxに引っ
張り応力が作用する。このとき、その応力に応じて一方
の異方性部の透磁率が大きくなり、他方の異方性部の透
磁率が小さくなる。
Accordingly, when a torque acts on the rotating shaft 4, a compressive stress acts on one anisotropic portion x or y and a tensile stress acts on the other anisotropic portion y or x in accordance with the direction of rotation. Works. At this time, the magnetic permeability of one anisotropic part increases and the magnetic permeability of the other anisotropic part decreases according to the stress.

【0005】また、ケーシング1と回転軸4との間には
高透磁率材料からなる磁束誘導ケース9を設けている。
この磁束誘導ケース9内には、励磁コイル10、11を
内側に、感知コイル12、13を外側にして設けてい
る。そして、励磁コイル10と感知コイル12とを一方
の異方性部xに対応させ、励磁コイル11と感知コイル
13とを他方の異方性部yに対応させている。
A magnetic flux guide case 9 made of a material having high magnetic permeability is provided between the casing 1 and the rotating shaft 4.
In the magnetic flux guide case 9, the exciting coils 10 and 11 are provided inside and the sensing coils 12 and 13 are provided outside. The exciting coil 10 and the sensing coil 12 correspond to one anisotropic part x, and the exciting coil 11 and the sensing coil 13 correspond to the other anisotropic part y.

【0006】いま、回転軸4にトルクが作用していない
ときには、異方性部x,yの応力が対称的でかつ等しい
ので、異方性部x,yの透磁率が等しくなる。そのため
に励磁コイル10と11に交流電圧を加えたとき、感知
コイル12と13に誘起される電圧は、大きさが等し
い。したがって、その誘起電圧の差は生じないことにな
る。
When the torque is not acting on the rotating shaft 4, the stress in the anisotropic portions x and y is symmetric and equal, so that the magnetic permeability of the anisotropic portions x and y becomes equal. Therefore, when an AC voltage is applied to the exciting coils 10 and 11, the voltages induced in the sensing coils 12 and 13 are equal in magnitude. Therefore, no difference occurs between the induced voltages.

【0007】また、回転軸4にトルクが作用すると、そ
の回転方向に応じて、例えば、一方の異方性部xの透磁
率が大きくなり、他方の異方性部yの透磁率が小さくな
る。したがって、励磁コイル10、11に交流電圧を加
えると、一方の異方性部xに対応する感知コイル12に
誘起される電圧が、他方の異方性部yに対応する感知コ
イル13に誘起される電圧よりも大きくなる。上記のよ
うに感知コイル12、13に誘起される電圧の差をとれ
ば、トルクの方向と大きさを検出できることになる。
Further, when a torque acts on the rotating shaft 4, for example, the magnetic permeability of one anisotropic portion x increases and the magnetic permeability of the other anisotropic portion y decreases according to the direction of rotation. . Therefore, when an AC voltage is applied to the exciting coils 10 and 11, the voltage induced in the sensing coil 12 corresponding to one anisotropic part x is induced in the sensing coil 13 corresponding to the other anisotropic part y. Voltage. If the difference between the voltages induced in the sensing coils 12 and 13 is determined as described above, the direction and magnitude of the torque can be detected.

【0008】なお、感知コイル12、13に誘起される
電圧は、回転軸4のねじり角に比例する。そして、この
ねじり角は、ねじりトルクに比例することになるが、図
14に示すように、回転軸4の軸径によって直線の傾き
が異なる。つまり、回転軸4が細ければ、わずかなねじ
りトルクでも、ねじり角が大きくなる。反対に回転軸4
が太ければ、大きなねじりトルクが作用しても、ねじり
角がそれほど大きくならない。
The voltage induced in the sensing coils 12 and 13 is proportional to the torsion angle of the rotating shaft 4. The torsion angle is proportional to the torsion torque, but the inclination of the straight line varies depending on the diameter of the rotating shaft 4 as shown in FIG. That is, if the rotating shaft 4 is thin, the torsion angle increases even with a slight torsion torque. Conversely, rotating shaft 4
Is large, the torsion angle does not become so large even if a large torsion torque acts.

【0009】上記したように感知コイル12、13に誘
起される電圧は、ねじり角に比例するので、回転軸4を
太くしなければならないようなときには、トルクの検出
精度が悪くなってしまう。特に大きなトルクが発生して
も回転軸4の弾性変化が起きないようにするためには、
軸径を太くせざるをえない。しかし、それを太くすれば
するほど、トルク検出の精度が悪くなるし、かといっ
て、トルク検出の精度を上げるために、回転軸を細くす
れば、今度は強度を保てなくなってしまう。
As described above, since the voltage induced in the sensing coils 12 and 13 is proportional to the torsion angle, when the rotating shaft 4 needs to be thickened, the accuracy of detecting the torque deteriorates. In order to prevent the elastic change of the rotating shaft 4 from occurring even when a particularly large torque is generated,
The shaft diameter must be increased. However, as the thickness is increased, the accuracy of torque detection becomes worse. On the other hand, if the rotating shaft is made thinner in order to increase the accuracy of torque detection, the strength cannot be maintained.

【0010】このように従来のトルクセンサでは、トル
クの検出精度を上げようとすると、回転軸の強度を犠牲
にしなければならない。反対に、回転軸の強度を維持し
ようとすれば、今度は検出精度を犠牲にしなければなら
ないというように二律背反的な問題があった。そこで、
本出願人は、特開平9−21708号公報に記載したよ
うな構成のトルクセンサを提案した。
As described above, in the conventional torque sensor, the strength of the rotating shaft must be sacrificed in order to increase the torque detection accuracy. On the other hand, there is a trade-off problem in that the detection accuracy must be sacrificed to maintain the strength of the rotating shaft. Therefore,
The present applicant has proposed a torque sensor having a configuration as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-21708.

【0011】すなわち、図4〜図6に示したものは、従
来の回転軸4として機能する回転体Aを、筒部21、入
力部22、出力部23及びストッパ軸24という別々の
部材で構成している。そして、上記筒部21には、前記
従来と同様の一対の異方性部x,yを設けている。この
ようにした筒部21の一端には入力部22を圧入し、多
端には出力部23を圧入している。したがって、入力部
22を回転させることによって、筒部21及び出力部2
3も一体回転するが、その回転力が入力部22から出力
部23へ伝達される過程で、筒部21がねじれることに
なる。
4 to 6, the rotating body A functioning as the conventional rotating shaft 4 is constituted by separate members such as a cylindrical portion 21, an input portion 22, an output portion 23 and a stopper shaft 24. doing. The cylindrical portion 21 is provided with a pair of anisotropic portions x and y as in the conventional case. The input portion 22 is press-fitted into one end of the cylindrical portion 21 as described above, and the output portion 23 is press-fitted into multiple ends. Therefore, by rotating the input unit 22, the cylindrical unit 21 and the output unit 2 are rotated.
3 also rotates integrally, but in the process of transmitting the rotational force from the input section 22 to the output section 23, the cylindrical section 21 is twisted.

【0012】そして、入力部22には、ストッパ軸24
の一端を圧入し、入力部22とともにストッパ軸24も
一体回転するようにしている。
The input unit 22 has a stopper shaft 24
Is press-fitted so that the stopper shaft 24 rotates integrally with the input section 22.

【0013】また、出力部23であって筒部21に圧入
した端面に、その直径方向(長円形でもよい)の穴25
を形成している。そして、ストッパ軸24であって、入
力部22に圧入した側とは反対側に挿入部26を形成す
るとともに、この挿入部26の断面形状を図5に示すよ
うにしている。
A hole 25 in the diametrical direction (which may be oval) is formed in the end face of the output section 23 which is press-fitted into the cylindrical section 21.
Is formed. An insertion portion 26 is formed on the stopper shaft 24 on the side opposite to the side pressed into the input portion 22, and the cross-sectional shape of the insertion portion 26 is as shown in FIG.

【0014】すなわち、この挿入部26の側面中央部分
を山形に突出させ、その山形の頂き部26a、26bの
両側をテーパ部26c、26d、26e、26fとして
いる。そして、上記頂き部26a、26b間の厚さが穴
25の幅とぴったり一致するようにし、しかも、ストッ
パ軸24がニュートラル位置にあるとき、各テーパ部2
6c〜26fの全てが、穴25の壁面との間に空間27
を確保するようにしている。なお、上記空間27がこの
発明のゆとり部を構成するものである。
That is, the central portion of the side surface of the insertion portion 26 is projected in a mountain shape, and both sides of the mountain-shaped ridges 26a, 26b are tapered portions 26c, 26d, 26e, 26f. The thickness between the ridges 26a and 26b exactly matches the width of the hole 25, and when the stopper shaft 24 is in the neutral position, each tapered portion 2
6c to 26f all have a space 27 between the wall and the hole 25.
To ensure that. In addition, the space 27 constitutes a clearance of the present invention.

【0015】また、上記入力部22及び出力部23は、
前記従来のケーシング1に設けた軸受2、3に回転自在
に支持されるものである。そして、このケーシング1及
びその内部構造は、前記特開平7−1136983号と
同様なので、その詳細を省略する。
The input unit 22 and the output unit 23 are
It is rotatably supported by bearings 2 and 3 provided on the conventional casing 1. The casing 1 and its internal structure are the same as in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-113983, so that the details thereof will be omitted.

【0016】次に、この構造の作用を説明する。入力部
22に回転トルクが作用すると、それに伴って筒部21
及びストッパ軸24が回転する。このとき、入力部22
に入力したトルクと出力部23側の負荷に応じて、筒部
21にねじりトルクが作用する。この筒部21に作用し
たねじりトルクに応じて、感知コイル12、13に誘起
される電圧の大きさが決まることになる。
Next, the operation of this structure will be described. When a rotational torque acts on the input portion 22, the cylindrical portion 21
And the stopper shaft 24 rotates. At this time, the input unit 22
The torsion torque acts on the cylindrical portion 21 in accordance with the torque input to the cylinder and the load on the output portion 23 side. The magnitude of the voltage induced in the sensing coils 12 and 13 is determined according to the torsional torque applied to the cylindrical portion 21.

【0017】また、上記のように入力部22に回転トル
クが作用すればストッパ軸24も回転するが、その回転
角が上記空間27を超えない限り、ストッパ軸24には
ねじりトルクが作用しない。ただし、ストッパ軸24の
挿入部26に形成したいずれかのテーパ部が穴25の壁
面に当たってから以降は、このストッパ軸24にもねじ
りトルクが作用することになる。
When the rotation torque acts on the input section 22 as described above, the stopper shaft 24 also rotates. However, as long as the rotation angle does not exceed the space 27, no torsional torque acts on the stopper shaft 24. However, after one of the tapered portions formed on the insertion portion 26 of the stopper shaft 24 hits the wall surface of the hole 25, torsional torque also acts on the stopper shaft 24.

【0018】そして、例えば、自動車のパワーステアリ
ング装置などで操舵トルクを検出する場合には、筒部2
1だけにねじりトルクが作用している間だけをトルク検
出範囲とすれば十分である。なぜなら、パワーステアリ
ング装置の最大アシスト力には限界があるので、一定以
上の検出トルクに対してはアシスト力を最大にするとい
うことだけで足りるからである。
For example, when the steering torque is detected by a power steering device of an automobile or the like, the cylinder 2
It is sufficient to set the torque detection range only while the torsional torque is acting on only one. This is because there is a limit to the maximum assisting force of the power steering device, and it is sufficient to maximize the assisting force for a detected torque equal to or greater than a certain value.

【0019】このようにした構成では、必要なトルクを
検出する範囲内では、筒部21だけにねじりトルクが作
用して、そのねじりトルクに対するねじり角の変化率を
大きくする。ねじり角の変化率が大きければ大きいほ
ど、それに比例して発生する誘起電圧の変化率も大きく
なるので、トルク検出精度が向上する。そして、一例と
して、自動車のパワーステアリング装置などでは、トル
ク検出範囲の剛性が回転体Aに求められる。しかし、こ
の構成では、トルク検出範囲以上の剛性が、筒部21と
ストッパ軸24との剛性を合成したものとなるので、そ
の強度も十分に保たれる。
In such a configuration, within the range in which the required torque is detected, the torsion torque acts only on the cylindrical portion 21 to increase the rate of change of the torsion angle with respect to the torsion torque. The greater the rate of change of the torsion angle, the greater the rate of change of the induced voltage generated in proportion thereto, so that the torque detection accuracy is improved. As an example, in a power steering device of an automobile, the rigidity of the torque detection range is required for the rotating body A. However, in this configuration, the stiffness greater than the torque detection range is a combination of the stiffness of the cylindrical portion 21 and the stopper shaft 24, so that the strength is sufficiently maintained.

【0020】つまり、この発明の回転体Aは、十分な強
度を維持しながら、正確なトルク検出に対応できるもの
で、従来の二律背反的な問題を同時に解決したものとい
える。
In other words, the rotating body A of the present invention can cope with accurate torque detection while maintaining sufficient strength, and can be said to solve the conventional trade-off problem at the same time.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
にした構成によると、従来の二律背反的な問題点は解決
できるものの、検出部の材質、表面粗さ等の影響で、ト
ルクの測定結果においてノイズが大きくなると言う問題
点があった。この発明の目的は信号品質が実用化できる
レベルとなるトルクセンサを提供することである。
However, according to the above-described structure, the conventional inconsistent problems can be solved, but the torque measurement results are affected by the influence of the material and surface roughness of the detecting portion. There was a problem that noise increased. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a torque sensor having a signal quality that can be put to practical use.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】第1発明のセンサは、ケ
ーシングと、ケーシングに回動自在に支持された回転体
と、この回転体に形成されかつ面対称の磁気異方性また
は形状異方性を有する一対の検出部と、この検出部の周
囲に設けた励磁コイルと感知コイルとを備え、前記回転
体に回転トルクが加わったときに検出部の透磁率が変化
し、その変化に応じる相互インダクタンス変化を前記感
知コイルで検出するトルクセンサであって、前記回転体
が検出部を設けた筒部と、この筒部の一端に設けた入力
部と、他端に設けた出力部と、筒部内に位置するストッ
パ軸とからなり、このストッパ軸と入力部、またはスト
ッパ軸と出力との何れか一方に回転ゆとり部が設けら
れ、この回転ゆとり部の範囲で、ストッパ軸と、入力部
または出力部とが相対回転するようにしたトルクセンサ
において、前記検出部の導伝率をρ、回転トルク測定時
におけるコイルの交流励磁周波数をf、その交流励磁周
波数fにおける前記検出部の比透磁率をμ、表皮深さを
δSとすると、
According to a first aspect of the present invention, there is provided a sensor comprising: a casing; a rotating body rotatably supported by the casing; and a magnetically anisotropic or shape anisotropic member formed on the rotating body and having plane symmetry. A pair of detection units having a characteristic, an excitation coil and a sensing coil provided around the detection unit, and when a rotational torque is applied to the rotating body, the magnetic permeability of the detection unit changes and responds to the change. A torque sensor that detects a mutual inductance change with the sensing coil, wherein the rotating body includes a detection unit provided with a detection unit, an input unit provided at one end of the cylinder unit, and an output unit provided at the other end. A rotation shaft is provided in one of the stopper shaft and the input portion, or the stopper shaft and the output, and the stopper shaft and the input portion are provided within the range of the rotation clearance portion. Or the output section In the torque sensor configured to rotate, the conductivity of the detection unit is ρ, the AC excitation frequency of the coil at the time of measuring the rotation torque is f, the relative permeability of the detection unit at the AC excitation frequency f is μ, and the skin depth is μ. and it is referred to as δ S is,

【0023】[0023]

【数5】 (Equation 5)

【0024】であり、前記検出部の厚みをTとし、前記
筒部の外面及び内面の最大表面粗さをRとすれば、この
最大表面粗さRが、
If the thickness of the detecting portion is T and the maximum surface roughness of the outer and inner surfaces of the cylindrical portion is R, the maximum surface roughness R is

【0025】[0025]

【数6】 (Equation 6)

【0026】であるようにした。[0026]

【0027】又、第2発明のトルクセンサは、ケーシン
グと、ケーシングに回動自在に支持された回転体と、こ
の回転体に形成されかつ面対称の磁気異方性または形状
異方性を有する一対の検出部と、この検出部の周囲に設
けたコイルを備え、前記回転体に回転トルクが加わった
ときに検出部の透磁率が変化し、その変化に応じる自己
インダクタンス変化を前記コイルで検出するトルクセン
サであって、前記回転体が検出部を設けた筒部と、この
筒部の一端に設けた入力部と、他端に設けた出力部と、
筒部内に位置するストッパ軸とからなり、このストッパ
軸と入力部、またはストッパ軸と出力との何れか一方に
回転ゆとり部が設けられ、この回転ゆとり部の範囲で、
ストッパ軸と、入力部または出力部とが相対回転するよ
うにしたトルクセンサにおいて、前記検出部の導伝率を
ρ、回転トルク測定時におけるコイルの交流励磁周波数
をf、その交流励磁周波数fにおける前記検出部の比透
磁率をμ、表皮深さをδSとすると、
A torque sensor according to a second aspect of the present invention has a casing, a rotating body rotatably supported by the casing, and a plane-symmetric magnetic anisotropy or shape anisotropy formed on the rotating body. A pair of detection units and a coil provided around the detection unit are provided, and when a rotational torque is applied to the rotating body, the magnetic permeability of the detection unit changes, and a change in self-inductance according to the change is detected by the coil. A torque sensor, wherein the rotating body is provided with a detection section, an input section provided at one end of the cylinder section, an output section provided at the other end,
A rotation shaft is provided in one of the stopper shaft and the input portion, or the stopper shaft and the output, and a rotation clearance portion is provided within a range of the rotation clearance portion.
In a torque sensor in which a stopper shaft and an input unit or an output unit are relatively rotated, the conductivity of the detection unit is ρ, the AC excitation frequency of the coil at the time of measuring the rotation torque is f, and the AC excitation frequency is f. the relative magnetic permeability of the detecting portion mu, when the skin depth and [delta] S,

【0028】[0028]

【数7】 (Equation 7)

【0029】であり、前記検出部の厚みをTとし、前記
筒部の外面及び内面の最大表面粗さをRとすれば、この
最大表面粗さRが、
If the thickness of the detecting portion is T and the maximum surface roughness of the outer and inner surfaces of the cylindrical portion is R, the maximum surface roughness R is

【0030】[0030]

【数8】 (Equation 8)

【0031】であるようにした。[0031]

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】次に、本発明を自動車のパワ−ス
テアリング装置のトルクセンサに具体化した実施例につ
いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an embodiment in which the present invention is embodied in a torque sensor of a power steering device of an automobile will be described.

【0033】本発明の形式のトルクセンサにおいては、
逆磁歪現象を利用しており、これは、(応力歪)−(磁気
特性変化)現象であるが、磁歪材検出部の応力の検出方
法に関しては、母材の表面部に効率的に磁束を流すため
に、「表皮効果(skin effect)」を利用する
ことが多い。
In a torque sensor of the type according to the invention,
The reverse magnetostriction phenomenon is used, which is (stress distortion)-(magnetic property change) phenomenon.However, regarding the method of detecting the stress of the magnetostrictive material detecting section, magnetic flux is efficiently applied to the surface of the base material. In order to flush, a "skin effect" is often used.

【0034】「表皮効果」とは、媒体が完全導体であれ
ば、磁束はその内部に侵入できないが、媒体が完全導体
から不導体に近くなるほど、媒体の表面からどんどん内
部に侵入する磁束の割合が多くなることを意味する。媒
体の表面の磁束密度をB0、表皮深さをδSとすれば、 (媒体の半無限遠深さまでの全磁束量)=δS・B0 ・・・・・(1) となり、表皮深さδSは次のように示されている。
The "skin effect" means that if the medium is a perfect conductor, the magnetic flux cannot penetrate into the inside, but the closer the medium is from the perfect conductor to the non-conductor, the more the magnetic flux penetrates inside from the surface of the medium. Means more. Assuming that the magnetic flux density on the surface of the medium is B 0 and the skin depth is δ S , (the total amount of magnetic flux up to the depth of semi-infinity of the medium) = δ S · B 0 (1) depth [delta] S is shown as follows.

【0035】[0035]

【数9】
・・・・・(2)
(Equation 9)
・ ・ ・ ・ ・ (2)

【0036】但し、fは励磁周波数(Hz)、μは媒体
の透磁率、ρは媒体の導伝率を示す。
Here, f indicates the excitation frequency (Hz), μ indicates the magnetic permeability of the medium, and ρ indicates the conductivity of the medium.

【0037】ところで、磁束密度BYは媒体の表面から
の深さtにより、指数関数的に減少することが知られて
おり、 BY=B0・exp(−t/δS) ・・・・・(3) となる。
It is known that the magnetic flux density B Y decreases exponentially with the depth t from the surface of the medium, and B Y = B 0 · exp (−t / δ S )・ ・ (3)

【0038】図1は本発明における代表的な実施例にお
ける磁束の流を表わす図であるが、図中のSとNは磁束
の流れ方を示し、今は片側の励磁コイル11と感知コイ
ル13に関してのみ検討すし、又、その他の部分は従来
例で示した図3のものと同様なので図示及び説明を省略
する。磁束誘導ケース9と筒部21とで磁気回路を形成
し、入力部22と出力部23とに加わるねじりトルクの作
用により、その変化を検出する磁束Sが感知コイル13
の信号となる。しかし、筒部21の透磁率は磁束誘導ケ
ース9と筒部21との間隙を成す空気より高い事や前述
のように磁束は媒体表面を流れやすい事などにより、筒
部21の内面の表面を通過する磁束Nが存在している。
だから筒部21の内面の表面状態もねじりトルクの信号
品質に影響してくる。筒部21の厚みをTとすれば、磁
束T/2まで侵入するから、その磁束量(μH)Sは、
(3)式より
FIG. 1 is a diagram showing the flow of magnetic flux in a typical embodiment of the present invention. In the drawing, S and N show the flow of the magnetic flux, and now the excitation coil 11 and the sensing coil 13 on one side are shown. Only, and other parts are the same as those in FIG. 3 shown in the conventional example, so that illustration and description are omitted. A magnetic circuit is formed by the magnetic flux induction case 9 and the cylindrical portion 21, and a magnetic flux S for detecting the change is generated by the action of the torsional torque applied to the input portion 22 and the output portion 23, and the sensing coil 13.
Signal. However, since the magnetic permeability of the cylindrical portion 21 is higher than the air that forms the gap between the magnetic flux guide case 9 and the cylindrical portion 21 and the magnetic flux easily flows on the medium surface as described above, the inner surface of the cylindrical portion 21 is removed. A passing magnetic flux N exists.
Therefore, the surface condition of the inner surface of the cylindrical portion 21 also affects the signal quality of the torsional torque. If the thickness of the cylindrical portion 21 is T, because to penetrate flux T / 2, the magnetic flux amount (.mu.H) S is
From equation (3)

【0039】[0039]

【数10】 ・・
・・・(4)
[Equation 10]
... (4)

【0040】また、筒部21の外面および内面の最大表
面粗さをRとすれば、表面から深さRの間の磁束量(μ
H)Nは、
When the maximum surface roughness of the outer surface and the inner surface of the cylindrical portion 21 is R, the amount of magnetic flux (μ
H) N is

【0041】[0041]

【数11】 ・・
・・・(5)
[Equation 11]
... (5)

【0042】(4)式の磁束量をトルクセンサ信号の寄
与分と考え、筒部21の内面に回り込む磁束量は外面の
1/2程度と考え、(5)式は雑音として考慮して考え
ると、そのSN比SNは、
The amount of magnetic flux in equation (4) is considered to be the contribution of the torque sensor signal, the amount of magnetic flux wrapping around the inner surface of the cylindrical portion 21 is considered to be about 1/2 of the outer surface, and the formula (5) is considered in consideration of noise. and, its SN ratio S N,

【0043】[0043]

【数12】 ・・
・・・(6)
[Equation 12]
... (6)

【0044】SN≧40〔dB〕のとき実用と考え、It is considered practical when S N ≥40 [dB].

【0045】[0045]

【数13】 ・・
・・・(7)
[Equation 13]
... (7)

【0046】これを整理してThis is organized

【0047】[0047]

【数14】 ・・
・・・(8)
[Equation 14]
... (8)

【0048】一例として、筒部の材料にパーマロイ(N
i−Fe)を用い、T=4〔mm〕の場合 μ=5000(但し、μ0=4π×10-7〔H/m〕 ρ=0.0058〔Ω・m〕 f=50〔KHZ〕 として、δS=2.424〔mm〕=2.424×10
-3 〔m〕このとき、(8)式から R=0.0274〔mm〕 最大表面粗さRMAX≦27.4〔μm〕とすると、 SN
≧40〔dB〕となり、本実施例のトルクセンサの信号
品質が改善されることが判った。において相違するのみ
である。
As an example, permalloy (N
When T = 4 [mm], μ = 5000 (where μ 0 = 4π × 10 −7 [H / m] ρ = 0.958 [Ω · m] f = 50 [KH Z ] Δ S = 2.424 [mm] = 2.424 × 10
-3 [m] At this time, assuming that R = 0.0274 [mm] and the maximum surface roughness R MAX ≦ 27.4 [μm] from the equation (8), S N
≧ 40 [dB], indicating that the signal quality of the torque sensor of this embodiment is improved. The only difference is.

【0049】[0049]

【発明の効果】第1、2の発明によれば、トルクセンサ
の信号品質を実用化できるレベルに維持することが可能
になる。
According to the first and second aspects of the present invention, the signal quality of the torque sensor can be maintained at a practical level.

【0050】また、図2に励磁、感知を兼ねそなえたコ
イル10‘、11’を使用した第2実施例を示す。この
場合は、信号検出として自己インダクタンス変化を利用
する点において相違するのみである。
FIG. 2 shows a second embodiment using the coils 10 'and 11' having both excitation and sensing. In this case, the only difference is that the self-inductance change is used for signal detection.

【0051】[0051]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の回転体の一部断面図である。FIG. 1 is a partial sectional view of a rotating body of the present invention.

【図2】トルクセンサの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a torque sensor.

【図3】従来のトルクセンサの断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a conventional torque sensor.

【図4】従来構造の回転体の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a rotating body having a conventional structure.

【図5】図4のB−B線の断図面である。FIG. 5 is a sectional view taken along line BB of FIG. 4;

【図6】回転体のねじり角とねじりトルクとの関係を示
すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a torsion angle and a torsion torque of a rotating body.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ケーシング A 回転体 X,Y 検出部 10 励磁コイル 12 感知コイル 21 筒部 22 入力部 23 出力部 24 ストッパ軸 27 回転ゆとり部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Casing A Rotating body X, Y detection part 10 Exciting coil 12 Sensing coil 21 Tube part 22 Input part 23 Output part 24 Stopper shaft 27 Rotation clearance part

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ケーシングと、ケーシングに回動自在に支
持された回転体と、この回転体に形成されかつ面対称の
磁気異方性または形状異方性を有する一対の検出部と、
この検出部の周囲に設けた励磁コイルと感知コイルとを
備え、前記回転体に回転トルクが加わったときに検出部
の透磁率が変化し、その変化に応じる相互インダクタン
ス変化を前記感知コイルで検出するトルクセンサであっ
て、前記回転体が検出部を設けた筒部と、この筒部の一
端に設けた入力部と、他端に設けた出力部と、筒部内に
位置するストッパ軸とからなり、このストッパ軸と入力
部、またはストッパ軸と出力との何れか一方に回転ゆと
り部が設けられ、この回転ゆとり部の範囲で、ストッパ
軸と、入力部または出力部とが相対回転するようにした
トルクセンサにおいて、 前記検出部の導伝率をρ、回転トルク測定時におけるコ
イルの交流励磁周波数をf、その交流励磁周波数fにお
ける前記検出部の比透磁率をμ、表皮深さをδSとする
と、 【数1】 であり、前記検出部の厚みをTとし、前記筒部の外面及
び内面の最大表面粗さをRとすれば、この最大表面粗さ
Rが、 【数2】 であることを特徴とするトルクセンサ。
A casing, a rotating body rotatably supported by the casing, and a pair of detecting units formed on the rotating body and having plane-symmetric magnetic anisotropy or shape anisotropy;
An exciting coil and a sensing coil provided around the detecting unit are provided, and when a rotating torque is applied to the rotating body, the magnetic permeability of the detecting unit changes, and a mutual inductance change corresponding to the change is detected by the sensing coil. A torque sensor, wherein the rotating body includes a cylinder provided with a detection unit, an input unit provided at one end of the cylinder, an output unit provided at the other end, and a stopper shaft located in the cylinder. A rotation clearance portion is provided on one of the stopper shaft and the input portion or between the stopper shaft and the output portion so that the stopper shaft and the input portion or the output portion rotate relative to each other within the range of the rotation clearance portion. In the torque sensor, the conductivity of the detection unit is ρ, the AC excitation frequency of the coil at the time of measuring the rotational torque is f, the relative permeability of the detection unit at the AC excitation frequency f is μ, and the skin depth is δ. and S And that, [number 1] When the thickness of the detection unit is T and the maximum surface roughness of the outer surface and the inner surface of the cylindrical portion is R, the maximum surface roughness R is given by: A torque sensor characterized by the following.
【請求項2】ケーシングと、ケーシングに回動自在に支
持された回転体と、この回転体に形成されかつ面対称の
磁気異方性または形状異方性を有する一対の検出部と、
この検出部の周囲に設けたコイルを備え、前記回転体に
回転トルクが加わったときに検出部の透磁率が変化し、
その変化に応じる自己インダクタンス変化を前記コイル
で検出するトルクセンサであって、前記回転体が検出部
を設けた筒部と、この筒部の一端に設けた入力部と、他
端に設けた出力部と、筒部内に位置するストッパ軸とか
らなり、このストッパ軸と入力部、またはストッパ軸と
出力との何れか一方に回転ゆとり部が設けられ、この回
転ゆとり部の範囲で、ストッパ軸と、入力部または出力
部とが相対回転するようにしたトルクセンサにおいて、 前記検出部の導伝率をρ、回転トルク測定時におけるコ
イルの交流励磁周波数をf、その交流励磁周波数fにお
ける前記検出部の比透磁率をμ、表皮深さをδSとする
と、 【数3】 であり、前記検出部の厚みをTとし、前記筒部の外面及
び内面の最大表面粗さをRとすれば、この最大表面粗さ
Rが、 【数4】 であることを特徴とするトルクセンサ。
2. A casing, a rotating body rotatably supported by the casing, and a pair of detecting units formed on the rotating body and having plane-symmetric magnetic anisotropy or shape anisotropy;
A coil provided around the detection unit is provided, and when a rotation torque is applied to the rotating body, the magnetic permeability of the detection unit changes,
A torque sensor for detecting a change in self-inductance according to the change with the coil, wherein the rotating body has a cylinder provided with a detection section, an input section provided at one end of the cylinder section, and an output section provided at the other end. And a stopper shaft located in the cylindrical portion. A rotational clearance is provided in one of the stopper shaft and the input portion, or one of the stopper shaft and the output. , The input unit or the output unit is configured to rotate relative to each other, wherein the conductivity of the detection unit is ρ, the AC excitation frequency of the coil at the time of measuring the rotational torque is f, and the detection unit at the AC excitation frequency f Let μ be the relative magnetic permeability and δ S be the skin depth of Where T is the thickness of the detection portion and R is the maximum surface roughness of the outer and inner surfaces of the cylindrical portion, the maximum surface roughness R is given by: A torque sensor characterized by the following.
JP15668698A 1998-05-20 1998-05-20 Torque sensor Pending JPH11326080A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021177282A1 (en) * 2020-03-03 2021-09-10 日本精工株式会社 Detecting circuit and detecting method for magnetostrictive torque sensor

Cited By (3)

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WO2021177282A1 (en) * 2020-03-03 2021-09-10 日本精工株式会社 Detecting circuit and detecting method for magnetostrictive torque sensor
JP2021139685A (en) * 2020-03-03 2021-09-16 日立金属株式会社 Detection circuit and detection method of magnetostrictive torque sensor
US11346731B2 (en) 2020-03-03 2022-05-31 Hitachi Metals, Ltd. Detection circuit and detection method for magnetostrictive torque sensor

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