JPS59164931A - トルク検出器 - Google Patents
トルク検出器Info
- Publication number
- JPS59164931A JPS59164931A JP3992083A JP3992083A JPS59164931A JP S59164931 A JPS59164931 A JP S59164931A JP 3992083 A JP3992083 A JP 3992083A JP 3992083 A JP3992083 A JP 3992083A JP S59164931 A JPS59164931 A JP S59164931A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetostrictive
- shaft
- torque
- magnetostriction
- coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
- G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
- G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
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- Electromagnetism (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はトルク検出器に関し、特に、回転体シャフトに
加わる族ｎ方向のトルクを検出するトルク検出器に関Ｔ
る。
加わる族ｎ方向のトルクを検出するトルク検出器に関Ｔ
る。
従来のトルク検出器においては、例えばシャフトに配置
した２つの信号発生器で得らｎる信号の位相差を用いる
もの、磁歪効呆念用いるもの等がある。しかしながら、
位相差方式ではシャフトの低速回転時には応答性が悪く
、高速回転時には精度が悪いという欠点がある。また、
磁歪方式ではシャフト自身の磁歪を利用しているため、
シャフトに強靭性を付与Ｔるために行なう焼入れ、焼も
どしにより生じる磁気特性のバラツキのため、同一性能
のものを製作するのが困難であった。
した２つの信号発生器で得らｎる信号の位相差を用いる
もの、磁歪効呆念用いるもの等がある。しかしながら、
位相差方式ではシャフトの低速回転時には応答性が悪く
、高速回転時には精度が悪いという欠点がある。また、
磁歪方式ではシャフト自身の磁歪を利用しているため、
シャフトに強靭性を付与Ｔるために行なう焼入れ、焼も
どしにより生じる磁気特性のバラツキのため、同一性能
のものを製作するのが困難であった。
本発明は、回転数による精度及び応答性の悪化を防止し
、かつシ七７トの材質や加工状態の影響を防止すること
を目的とする。
、かつシ七７トの材質や加工状態の影響を防止すること
を目的とする。
上記目的を達成Ｔるために、本発明においては、回転体
シャフトに磁歪金属をメッキすることにより磁歪膜２形
成し、磁歪膜に生ずる磁歪を検知してシャ′フトに加わ
るトルクを検出Ｔる。丁なわち、印加されるトルクに応
じて回転体シャフトが化するので、こｎを検出すｎばト
ルクの大＝Ｖを検出しうる。
シャフトに磁歪金属をメッキすることにより磁歪膜２形
成し、磁歪膜に生ずる磁歪を検知してシャ′フトに加わ
るトルクを検出Ｔる。丁なわち、印加されるトルクに応
じて回転体シャフトが化するので、こｎを検出すｎばト
ルクの大＝Ｖを検出しうる。
上記榴威によれば、磁歪の変化によりトルクを検出する
ので、回転数の影響が少なく、′また、メッキにより磁
歪膜を形成するためシャフトの材質や加工状態の影響が
少なく、所′期の目的が達成びれる。加えて、メッキに
より磁歪膜が形成できるため、同一性能のものを多量に
製作する事ができる。
ので、回転数の影響が少なく、′また、メッキにより磁
歪膜を形成するためシャフトの材質や加工状態の影響が
少なく、所′期の目的が達成びれる。加えて、メッキに
より磁歪膜が形成できるため、同一性能のものを多量に
製作する事ができる。
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する０
第１図において、回転体シャフト１（このシャフトは、
例えば自動車のトランスミッション出力シャフト、ステ
アリングシャフトあるいはモータ等の出力シャフト等で
ある）に、磁歪金属であるニッケルをメッキすることに
より形成した磁歪膜２がシャフト１の全周に渡り、配Ｉ
ｎる。ざらに、シャフト１には２個のコイルが筒状に巻
回びγし、コイル３が励振用コイル３であり、コイル４
が出力コイ／Ｌ／４である。励振用コイル３には、励振
用発振器５が接続２ｎている。また、出力コイル４には
、ダイオード６、コンデンサ７、抵抗８よりなる平滑回
路９が接続ざｎている。
例えば自動車のトランスミッション出力シャフト、ステ
アリングシャフトあるいはモータ等の出力シャフト等で
ある）に、磁歪金属であるニッケルをメッキすることに
より形成した磁歪膜２がシャフト１の全周に渡り、配Ｉ
ｎる。ざらに、シャフト１には２個のコイルが筒状に巻
回びγし、コイル３が励振用コイル３であり、コイル４
が出力コイ／Ｌ／４である。励振用コイル３には、励振
用発振器５が接続２ｎている。また、出力コイル４には
、ダイオード６、コンデンサ７、抵抗８よりなる平滑回
路９が接続ざｎている。
この回路において、シャフト１にトルクが加わらない状
態では、発振器５により生ずるコイル８の磁界が、出力
用コイル４に伝達ざｎで、これが平滑回路９により、直
流電圧に変換されて所定電圧が出力ざｎる。
態では、発振器５により生ずるコイル８の磁界が、出力
用コイル４に伝達ざｎで、これが平滑回路９により、直
流電圧に変換されて所定電圧が出力ざｎる。
次に、シャフトｌにトルクが加わり、シャフト１が＆ｌ
’Ｌると、ニッケル磁歪膜２の透磁率か変化するが、ニ
ッケルは負の磁歪効果を有するため、捩旧、に対して透
磁率が増大し、従って、コイル４のインダクタンスが増
大し、出力電圧が減少する。ゆえに、トルクに応じた出
力電圧にニッケルの場合、上記の如く傾きは負となる）
が、平滑回路９の出力端に得らＩＬる。
’Ｌると、ニッケル磁歪膜２の透磁率か変化するが、ニ
ッケルは負の磁歪効果を有するため、捩旧、に対して透
磁率が増大し、従って、コイル４のインダクタンスが増
大し、出力電圧が減少する。ゆえに、トルクに応じた出
力電圧にニッケルの場合、上記の如く傾きは負となる）
が、平滑回路９の出力端に得らＩＬる。
な８、この実施例においては、シャフト１の捩ＩＬ方向
の判別はできず、どちらの捩ｎに対しても同等の出力電
圧が得らＩＬる。
の判別はできず、どちらの捩ｎに対しても同等の出力電
圧が得らＩＬる。
茨に、ニッケルーメッキ磁歪膜の形成方法としては、電
解ニッケルメッキが好ましい。Ｔなわち、無電解メーツ
キでは膜厚が１０μｍ程度が限度であるのに対し、電解
メッキでは数１０μｍ〜２００μｍと極めて原く形成で
きるためである。この様にして形成ぎわ、た磁歪膜は、
数１０μｍ厚でシャフトに強固に接着された結晶質磁歪
膜となるので、機械的にも熱的にも堅固で信頼性が極め
て高い。さらに、ニッケル磁歪膜は、耐食性が優れ、し
かも保持力が数Ｏｅであるため外乱磁界に強い。
解ニッケルメッキが好ましい。Ｔなわち、無電解メーツ
キでは膜厚が１０μｍ程度が限度であるのに対し、電解
メッキでは数１０μｍ〜２００μｍと極めて原く形成で
きるためである。この様にして形成ぎわ、た磁歪膜は、
数１０μｍ厚でシャフトに強固に接着された結晶質磁歪
膜となるので、機械的にも熱的にも堅固で信頼性が極め
て高い。さらに、ニッケル磁歪膜は、耐食性が優れ、し
かも保持力が数Ｏｅであるため外乱磁界に強い。
実際に、シャフトにニッケル磁歪膜を形成するには、シ
ャフトのニッケル磁歪膜の不必要な部分にマスクをし、
ニッケルメッキ浴に俗人し、所定時間通電ｙ ｎ、ば良
い。
ャフトのニッケル磁歪膜の不必要な部分にマスクをし、
ニッケルメッキ浴に俗人し、所定時間通電ｙ ｎ、ば良
い。
次に、第２図に本発明の第２実施例を示す。
シャフト１０には、適宜間隔を配して斜ａ 状に形成し
た磁歪膜１１．１２が形成２９でおり、一方の磁歪膜１
１に対し他方の磁歪膜１２はその斜線方向が逆になるべ
く形成される。なお、この斜線状磁歪膜のシャイトの軸
方向に対する傾斜角は、２つの磁歪膜１１，１２の傾斜
角が互いに逆方向で等しくなるようにＴｈば良いが、好
ましくは、第２図に示した如く、シャフトの軸方向に対
し、磁歪膜１１が一４５度、磁歪膜１２が＋４５度とな
るべく形成するのが適当である。
た磁歪膜１１．１２が形成２９でおり、一方の磁歪膜１
１に対し他方の磁歪膜１２はその斜線方向が逆になるべ
く形成される。なお、この斜線状磁歪膜のシャイトの軸
方向に対する傾斜角は、２つの磁歪膜１１，１２の傾斜
角が互いに逆方向で等しくなるようにＴｈば良いが、好
ましくは、第２図に示した如く、シャフトの軸方向に対
し、磁歪膜１１が一４５度、磁歪膜１２が＋４５度とな
るべく形成するのが適当である。
次に、磁歪検出回路１８は、前記磁歪膜１１および磁歪
膜１２にそれぞｎ対向してシャフト１０に筒状に巻回さ
れた、巻数の同じコイル１４戸よびコイル１５を含むマ
ルチバイブレータ回路と、コンデンサ１６で構成ざｎる
平滑回路でなる交流−直流交換回路で構成しである。ま
た、スイッチング用トランジスタ１７．１８およびバラ
ンス調整用の可変抵抗器１９がそれぞれ配ざｔしている
０次に動作を説明Ｔる。シャフト１０にトルクが印加２
２１．ないときは、トランジスタ１７．１８が交互にオ
ン、オフを繰り返丁。このときトランジスタ１７を流九
るコレクタ（又はエミッタ）電流１Ｃ１とトランジスタ
１８を流れるコレクタ（又Ｇｆエミッタ）電流１０２の
最大値が等しくなるように可変抵抗ｆ５１９を調整する
と、出方端の電圧はＥｄａはＯＶとなる。
膜１２にそれぞｎ対向してシャフト１０に筒状に巻回さ
れた、巻数の同じコイル１４戸よびコイル１５を含むマ
ルチバイブレータ回路と、コンデンサ１６で構成ざｎる
平滑回路でなる交流−直流交換回路で構成しである。ま
た、スイッチング用トランジスタ１７．１８およびバラ
ンス調整用の可変抵抗器１９がそれぞれ配ざｔしている
０次に動作を説明Ｔる。シャフト１０にトルクが印加２
２１．ないときは、トランジスタ１７．１８が交互にオ
ン、オフを繰り返丁。このときトランジスタ１７を流九
るコレクタ（又はエミッタ）電流１Ｃ１とトランジスタ
１８を流れるコレクタ（又Ｇｆエミッタ）電流１０２の
最大値が等しくなるように可変抵抗ｆ５１９を調整する
と、出方端の電圧はＥｄａはＯＶとなる。
また・この電流ｉｃｌによりコイル１４が、電流１ｏ２
によりコイル１５がそｎ ｆ７−Ｌ交互に励磁される。
によりコイル１５がそｎ ｆ７−Ｌ交互に励磁される。
次に、シャツ）１０にトルクが第２図Ａ方向に印加され
たとすると、磁歪Ｍ１１はその斜線方向がシャフト１ｏ
の軸方向−４５度の傾斜を有Ｔるため、磁歪膜１１には
圧縮力が、また磁歪膜１２には張力がそれぞれ作用Ｔる
。
たとすると、磁歪Ｍ１１はその斜線方向がシャフト１ｏ
の軸方向−４５度の傾斜を有Ｔるため、磁歪膜１１には
圧縮力が、また磁歪膜１２には張力がそれぞれ作用Ｔる
。
ここで磁歪膜が負の磁歪効果を有すると丁ｊ、ば、透磁
率は磁歪膜１１で増大し、磁歪膜１２で減少する。従っ
て、各コイル１４．１５のインタやオフタンスは、コイ
ル１４で増大し、コイル１５で減少する。ゆえに、電流
１ｃｌが減少し、電流ｉｃｅ’が増大する。出力電圧Ｅ
ｄｃは、ｉ Ｑ、１ ｉ ０２に応じた電圧を平滑し
た直流電圧であり、こｎは、第３図に示すようにトルク
Ｔに比例して得らｎる。ここで、シャフト１０の回転方
向が逆になれば、上述した動作と逆の現象が各磁歪膜１
１．１Ｂに生ずるため、コイル１４とコイル１５のイン
ダクタンスの大小関係が逆転するので、正負のトルクを
検出することができる。
率は磁歪膜１１で増大し、磁歪膜１２で減少する。従っ
て、各コイル１４．１５のインタやオフタンスは、コイ
ル１４で増大し、コイル１５で減少する。ゆえに、電流
１ｃｌが減少し、電流ｉｃｅ’が増大する。出力電圧Ｅ
ｄｃは、ｉ Ｑ、１ ｉ ０２に応じた電圧を平滑し
た直流電圧であり、こｎは、第３図に示すようにトルク
Ｔに比例して得らｎる。ここで、シャフト１０の回転方
向が逆になれば、上述した動作と逆の現象が各磁歪膜１
１．１Ｂに生ずるため、コイル１４とコイル１５のイン
ダクタンスの大小関係が逆転するので、正負のトルクを
検出することができる。
なお、ここでは磁歪膜の磁歪効果２負の特性で説明した
が、正の特性をもつものでも同様に正負のトルク検出が
可能である。
が、正の特性をもつものでも同様に正負のトルク検出が
可能である。
次に磁歪膜の形成、方法について説明する。
こｎは、第１実施例にて説明したものと同様にヘニッケ
ルを電解メッキによりシャフトに形成するのが好ましい
。ここで、使用Ｔるニラチルメッキ浴としてはＮｉ５０
４− Ｎ５Ｃ１２−Ｈ３ＢＯ３浴（ワット浴）であり、
各メッキ条件を表１に示Ｔ。
ルを電解メッキによりシャフトに形成するのが好ましい
。ここで、使用Ｔるニラチルメッキ浴としてはＮｉ５０
４− Ｎ５Ｃ１２−Ｈ３ＢＯ３浴（ワット浴）であり、
各メッキ条件を表１に示Ｔ。
表 １
この条件により、メッキを行なうと、メッキの厚みが６
０〜７０μ富で純度が９９・９９％のものが得ら１する
。なお、同じワット浴でも電流密度を大さくし、メッキ
時間を減らＴことも可能だが、メッキ表面が荒く、上記
条件にょｆＬば表面が滑らかで磁歪膜として適している
。
０〜７０μ富で純度が９９・９９％のものが得ら１する
。なお、同じワット浴でも電流密度を大さくし、メッキ
時間を減らＴことも可能だが、メッキ表面が荒く、上記
条件にょｆＬば表面が滑らかで磁歪膜として適している
。
第４図が実際に用いらｎるマスク・パターンである。こ
のマスク・パターン４０をシャフト１０に、図示Ｂ方向
に巻きつけてメッキすれば良い。
のマスク・パターン４０をシャフト１０に、図示Ｂ方向
に巻きつけてメッキすれば良い。
ここでは、磁歪膜の全幅Ｘを２５１１８９４５度に傾、
斜した斜線状磁歪膜の幅即ち、マスク・パターン４０の
穴４１の幅ｙを２鰭、間隙２を８鱈としである。
斜した斜線状磁歪膜の幅即ち、マスク・パターン４０の
穴４１の幅ｙを２鰭、間隙２を８鱈としである。
以上の様にして磁歪膜を形成したシャフトは、残留磁気
および歪を除去Ｔるためにアニール処理サレル。アニー
ル条件としては、炉にて４５０℃、１時間程度が好まし
い。
および歪を除去Ｔるためにアニール処理サレル。アニー
ル条件としては、炉にて４５０℃、１時間程度が好まし
い。
このシャフトにコイルをそれぞＴＬ巻回し、前記の磁歪
検出回路を接続すｎば良い。
検出回路を接続すｎば良い。
第５図に上記の条件にて形ＭＪすれたトルク検出器の出
力特性を示Ｔ０メッキ条件は表１の各条件であり、シャ
フト径はｆ３ｖｚ、各コイルの巻回数は共に５００ター
ン、また、各グラフの諸条件は表２の通りである。
力特性を示Ｔ０メッキ条件は表１の各条件であり、シャ
フト径はｆ３ｖｚ、各コイルの巻回数は共に５００ター
ン、また、各グラフの諸条件は表２の通りである。
このように、本発明のトルク検出器によれば、極めて直
線性の良い出力特性が得らｔ”する。加えて、マルチバ
イブレータ回路の発振周波数、すなわち励振周波数を数
Ｋ ＨＺ ＝ １０ Ｋ Ｈｚ程度にすｎば、シャフト
材の磁歪効果を除去できるため、磁歪膜自体の磁歪効果
のみを検出でき、精度が高いマタ、メッキｐｒＬる金属
としては、必らずしもニッケルに限定さｎるものでなく
、磁歪効果の良好なものであｎば可能である。
線性の良い出力特性が得らｔ”する。加えて、マルチバ
イブレータ回路の発振周波数、すなわち励振周波数を数
Ｋ ＨＺ ＝ １０ Ｋ Ｈｚ程度にすｎば、シャフト
材の磁歪効果を除去できるため、磁歪膜自体の磁歪効果
のみを検出でき、精度が高いマタ、メッキｐｒＬる金属
としては、必らずしもニッケルに限定さｎるものでなく
、磁歪効果の良好なものであｎば可能である。
訂１図Ｃ：ｌ：本発明の一実施例を示Ｔ図、＠２図は本
発明の第２実施例を示す図、第８図（ゴ第２実施例の検
出特性を示Ｔダラフ、第４図は第２実施例の磁歪膜を形
成する際のマスク・パターンを示Ｔ図、第５図は第２実
尻１例の実験結果を示すタラワである。 １．１０・・・回転体シャフト、２，１１．１２・・・
磁歪膜、８，４，１４．１５・・・電気コイル（磁歪検
出回路）、５・・・励振回路（磁歪検出回路）、１８・
・・磁歪検出回路特許出願人 アイシン精機株式会社 代表者中井令夫 第３ 「η １βゝ
発明の第２実施例を示す図、第８図（ゴ第２実施例の検
出特性を示Ｔダラフ、第４図は第２実施例の磁歪膜を形
成する際のマスク・パターンを示Ｔ図、第５図は第２実
尻１例の実験結果を示すタラワである。 １．１０・・・回転体シャフト、２，１１．１２・・・
磁歪膜、８，４，１４．１５・・・電気コイル（磁歪検
出回路）、５・・・励振回路（磁歪検出回路）、１８・
・・磁歪検出回路特許出願人 アイシン精機株式会社 代表者中井令夫 第３ 「η １βゝ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１） 回転体シャフトに磁歪金属をメッキすること
により形成した磁歪膜に生ずる磁歪を検出Ｔる磁歪検出
回路を備えたトルク検出器。 （２）前記磁歪膜は、前記回転体シャフトに斜線状に適
宜間隔？配して形成した、前記特許請求の範囲第（１）
項記載のトルク検出器。 （８） 前記磁歪膜の斜線方向を互いに逆方向に配し
、一対の磁歪膜を形成した、前記特許請求の範囲第（２
）項記載のトルク検出器。 （４）前記磁歪検出回路は、磁歪膜に対向して筒状に巻
回ぎわ、た電気コイルを備える、前記特許請求の範囲第
（１）項記載のトルク検出器。 （５）前記磁歪検出回路は、前記電気コイルを励振Ｔる
励振回路を備える、前記特許請求の範囲第（４）項記載
のトルク検出器。 （６）前記磁歪金属はニッケルである、前記特許請求の
範囲第（１）項記載のトルク検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3992083A JPS59164931A (ja) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | トルク検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3992083A JPS59164931A (ja) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | トルク検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59164931A true JPS59164931A (ja) | 1984-09-18 |
Family
ID=12566368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3992083A Pending JPS59164931A (ja) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | トルク検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59164931A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62220821A (ja) * | 1986-03-20 | 1987-09-29 | Aisin Seiki Co Ltd | 磁歪式応力測定方法 |
| JPS6332332A (ja) * | 1986-07-25 | 1988-02-12 | Nissan Motor Co Ltd | トルクセンサ |
| US4823620A (en) * | 1986-02-10 | 1989-04-25 | Nissan Motor Company, Ltd. | Magnetostrictive device for measuring torsional torque |
| US4887461A (en) * | 1987-06-26 | 1989-12-19 | Nissan Motor Co., Ltd | Magnetostriction type torque sensor |
| US4942771A (en) * | 1987-06-15 | 1990-07-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Magnetostriction type torque sensor |
| US5267476A (en) * | 1990-09-11 | 1993-12-07 | Mitsubishi Denki K.K. | Strain detector |
| US5491369A (en) * | 1992-08-24 | 1996-02-13 | Kubota Corporation | Magnetostrictive torque sensor shaft |
| JP2007333704A (ja) * | 2006-06-19 | 2007-12-27 | Honda Motor Co Ltd | 磁歪式トルクセンサの製造方法と電動パワーステアリング装置 |
-
1983
- 1983-03-10 JP JP3992083A patent/JPS59164931A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4823620A (en) * | 1986-02-10 | 1989-04-25 | Nissan Motor Company, Ltd. | Magnetostrictive device for measuring torsional torque |
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