JPS59102129A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、磁歪式トルク検出装置に係わり、特に製作
が容易でかつ被測定軸に加えられたトルクを高感度に検
出できるようにしたトルク検出装置に関する。

周知の如く４、被測定軸（回転軸または固定軸）にトル
クを印加した場合、軸素材の歪は被測定軸の中心部より
も外周部に大さく見られることが知られている。

従って、磁歪式トルク検出装置を用いて被測定軸に加え
られたトルクを検出する場合には、励磁コイルから発せ
られる磁束をなるべく被測定軸の表層部分、すなわち歪
の大なる部分に集中させることが好ましい。

そこで、従来被測定軸の表層部分に磁束を集中させよう
とする技術としては、特公昭５２−１４９８５号公報に
示された磁歪式応力測定方法が知られている。この方法
は、被測定物の表面に磁歪材料の被膜層を例えば電気メ
ッキ、溶融浸漬メッキ、金属浴剣法、真空蒸着、金属片
を接着する等によって形成するようにしたものである。

しかしながら、この方法においては、例えば自動車にお
けるステアリングシャフト、クランクシャフトあるいは
ドライブシャフト等の実動軸のｉ−ルクを測定すること
に適用した場合、これらの部品の測定箇所に局部的にメ
ッキを施すことの困難さ、メッキ厚自体も磁束の流れる
経路として考えた場合には磁気抵抗との関係から相当の
厚さを必要とするため製造能率の点から見た困難さある
いはメッキ層の密着強度の補償という点からの困難さ等
により実用に供し得ないという問題があった。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、その目的とするところはステアリングシャフ
ト、クランクシャフトあるいはドライブシャツ１〜等の
実動軸のトルク測定にも適用することができ、しかもト
ルク検出感度及び耐久性が良好で、製作も容易なトルク
検出装置を提供づ゛ることにある。

この発明は上記の目的を達成するために、被測定軸に対
して磁性円筒体を被せるとともに、これを被測定軸と一
体に固定させ、これにより被測定軸の外周に一定間隙の
エアギャップを介して磁束通路となる磁性円筒体が取り
巻くようにしたものである。

以下に、この発明の好適な実施例を添付図面に従って詳
細に説明する。

第１図はこの発明に係わるトルク検出装置の一実施例（
以下、これを第１実施例という）の構成を概略的に示す
図、第２図は第１図の■−■線断面図である。

第１図において１は被測定軸であって、例えば自動車に
おけるステアリングシャフト、クランクシャフト、ドラ
イブシャフト等の実動軸がこれに相当する。

２は被測定軸１と同一または同質の磁性材を用いてなる
円筒体であり、その両端肉厚部２ａ、２１」は被測定軸
１に対して溶接、＃！付、その他の方法により強固に接
合固定されている。

また、被測定軸１と磁性円筒体２とは互いに同心に配置
されてあり、このため被測定軸１と磁性円筒体の中央部
との間には、一定間隔で同心円状の空隙３が形成される
ことになる。

４は略コの字形に形成されかつ被測定軸１と平行に配置
された励磁コアであって、この励磁コア４の両脚部４ａ
、４ｂには、互いに直列接続された励磁コイル５，６が
巻回されており、このコイルには周知の如く例えば正弦
波、三角波等からなる対象交流波形電圧が印加される。

７は励磁コア４に対して直交して設けられた検出コアで
あって、この検出コア７も第２図に示す如く略コの字形
に形成されており、その両脚部７ａ、７ｂにはそれぞれ
互いに直列接続された検出用コイル８．９が巻回されて
おり、これらのコイルには印加トルクに応じた磁束の磁
歪成分に対応り“る電圧が誘起されることになる。

なお、以上説明した励磁コアおよび検出コアの栴造は、
一般に十字交差型コアと称される。

次に、以上の構成よりなるトルク検出装置の作用を説明
する。

今励磁コア４の両脚に形成される磁極が第３図に示づよ
うな状態にあるものとすると、Ｎ極から発せられた磁束
は磁性円筒体２に集中して流れＳ極へと達する。これは
、磁性円筒体２と被測定軸１どの間に空隙３が形成され
ているため、この空隙３の磁気抵抗が高いためにＮ極か
ら発せられた磁束が被測定軸１へ至ることなくＳ極へと
流れるためである。

従って、被測定＠１にトルクが加えられた場合、被測定
軸１と磁性円筒体２とは強固に一体に固定されているた
め、素材の歪は接合部を介して磁性円筒体２へと伝えら
れ、磁性円筒体２に最も大きな素材歪が生じ、この歪の
生じた磁性円筒体２内を磁束が集中して流れることによ
って、検出コイル７ａ、７ｂにはトルクの大きざに比例
した誘起電圧が高感度に検出されることになり、すなわ
ち、小さな励磁電流によって大きな出力感度が得られる
のである。

ここで、磁性円筒体２の素材としては、検出感度の増加
から見た場合には高磁歪、高透磁率材料が好ましいが、
前述したように、自動車用として見た場合には、経時変
化や耐久性等が優先され、その意味で被測定軸と同一材
料を使用し、かつ蝋付、溶接客−により確実に固定する
ことが望ましい。

また、通常これら自動車の実動軸材料は一般に硬鋼が使
用され、透磁率が非常に小さいため検出感度が低いとい
う欠点があるが、本発明のようにその外周に空隙を介し
て磁性円筒体２が配置された構造とすることにより、磁
束の集中が高まり充分な検出感度を得ることができる。

また、被測定＠１１と磁性円筒体２とを同一材料よｌｃ
は同質の材料を使用すれば、互いの熱膨張係数の差によ
る熱的歪の発生を防止し、熱による検出誤差を低減リ−
ることができる。

また、実動軸は通常加工効果による誘導磁気異方性を有
し、実動軸そのものの磁歪を使用してトルク検出を行な
う場合には、磁気特性の均一化を図るため実動軸そのも
のに対して焼鈍等の熱処理を行なう必要があるが、本発
明においては被測定軸１に実装するに先だって、測定用
磁性円筒体２だけを予め焼鈍しておくだけで済み、量産
性についても大幅な改善を見ることができる。

次に、第４図は本発明に係わるトルク検出装置の仙の一
実施例（以下、これを第２実施例という）の構成を示す
もので、この第２実施例の特徴は、被測定軸１の一部１
ａを他の部分の直径よりも小径化するとともに、磁性円
筒体２として被測定軸１と略同径のものを使用し、この
磁性円筒体２を被測定軸１に嵌合した後、その両端部を
前記第１実施例と同様にして接合固定したものである。

この第２実施例装置によれば、第１実施例装置に比べ全
体の外径を縮少することができることに加え、いわゆる
トーションバー機能を生かして捩じれ感度を拡大するこ
とができる。

なお、第１．第２実施例においては、励磁コアおよび検
出コアとして、いわゆる十字交差型コアを示したが、励
磁コアおよび検出コアの構造はこれに限られるものでは
なく、その他例えば特公昭３５−１２４４７号公報に示
されるようなリング型コアを使用したものあるいは十字
交差型コアの交差中心部に更に１本脚部を設けた５本脚
の交差型コアでも良いことは勿論である。

以上の各実施例の説明でも明らかなように、この発明に
係わるトルク検出装置は被測定軸の外周に磁性円筒体を
被せるとともに、これを被測定軸と同心に位置決めして
一体に固定し、更に磁性円筒体と被測定軸との間に一定
の同心円状空隙を設けたものであるから、励磁コイルか
ら発せられた磁束を素材の歪の最も大きな磁性円筒体に
集中させ、これにより小さな励磁電流によって大きな検
出電圧を得ることができることに加え、単に被測定軸の
外周に磁性円筒体を固定するだけであるから従来の被測
定軸外周にメッキを施したもの等に比べ著しく製作も容
易であるとともに、従来装置に比べて耐久性も向上でき
る等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるトルク検出装置の第１実施例の
構成を示す図、第２図は同Ｕ−ＩＪ線断面図、第３図は
本発明の詳細な説明するための説明図、第４図は本発明
の第２実施例の構成示す図である。 １・・・・・・・・・被測定軸 ２・・・・・・・・・磁性円筒体 ３・・・・・・・・・空隙 ５．６・・・励磁コイル ８．９・・・検出コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定軸に被せられるとともに、被測定軸との間
   に同心円状空隙が形成されるようにして被測定軸と一体
   に固定された磁性円筒体と：前記磁性円筒体の外側に配
   置され、かつ前記磁性円筒体を磁路の一部とする磁気回
   路を形成するための励磁コイルと； 前記磁性円筒体を流れる磁束の磁歪成分を検出するだめ
   の検出コイルとを具備Ｊることを特徴とするｌ・ルク検
   出装置。