JPS599528A - トルクセンサ - Google Patents
トルクセンサInfo
- Publication number
- JPS599528A JPS599528A JP11850382A JP11850382A JPS599528A JP S599528 A JPS599528 A JP S599528A JP 11850382 A JP11850382 A JP 11850382A JP 11850382 A JP11850382 A JP 11850382A JP S599528 A JPS599528 A JP S599528A
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- JP
- Japan
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- rotary shaft
- magnetic
- elements
- torque
- magnetic flux
- Prior art date
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- 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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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
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】
本発明はトルクセンサに係り、さらに詳細には原動機、
あるいは電動機などの出力トルク検出に用いるトルクセ
ンサに関する。
あるいは電動機などの出力トルク検出に用いるトルクセ
ンサに関する。
従来のこの種のトルクセンサの概略構成を第１図に示す
。図中において符号１で示されるものはトルクを検出さ
れる回転軸で、磁歪効果を有する材質、たとえば鋳鉄な
どにより形成されており、この回転軸１の両端はそれぞ
れ不図示の駆動源および負荷と結合されて回転する。こ
の回転軸ｌの周面近傍には高透磁率材料により形成され
、それぞれ巻！！（不図示）を巻かれたＵ字型の磁極５
，６゜７．８が回転軸１に対してその先端部を微小間隔
を保って配置されている。この磁極５．Ｅｌ、７．８の
ほぼ中央部分の回転軸ｌに対接する位置には不図示の中
心磁極が設けられており、この中心磁極には図示を省略
した巻線が□巻かれている。
。図中において符号１で示されるものはトルクを検出さ
れる回転軸で、磁歪効果を有する材質、たとえば鋳鉄な
どにより形成されており、この回転軸１の両端はそれぞ
れ不図示の駆動源および負荷と結合されて回転する。こ
の回転軸ｌの周面近傍には高透磁率材料により形成され
、それぞれ巻！！（不図示）を巻かれたＵ字型の磁極５
，６゜７．８が回転軸１に対してその先端部を微小間隔
を保って配置されている。この磁極５．Ｅｌ、７．８の
ほぼ中央部分の回転軸ｌに対接する位置には不図示の中
心磁極が設けられており、この中心磁極には図示を省略
した巻線が□巻かれている。
以上の構成においては、回転駆動時におけるトルク変動
により、回転軸ｌに発生するねじれによる応力に基づい
て回転軸ｌの透磁率が変化するのを観測することによっ
て負荷に伝達されるトルク変動、あるいは逆に負荷側か
ら動力源側に逆起されたトルク変動を検出することがで
きる。ただし、第１図において符号３，４で示されるも
のはそれぞれ回転軸ｌにトルク変動が発生し矢印２゜９
の向きにねじれが発生した場合の引張り応力および圧縮
応力を示すものである。
により、回転軸ｌに発生するねじれによる応力に基づい
て回転軸ｌの透磁率が変化するのを観測することによっ
て負荷に伝達されるトルク変動、あるいは逆に負荷側か
ら動力源側に逆起されたトルク変動を検出することがで
きる。ただし、第１図において符号３，４で示されるも
のはそれぞれ回転軸ｌにトルク変動が発生し矢印２゜９
の向きにねじれが発生した場合の引張り応力および圧縮
応力を示すものである。
ここで中心磁極の巻線に交流を通電しておくと中心磁極
から発生した磁束は回転軸ｌを経てそれぞれの磁極５，
８，７．８に分流する。この磁極５．θ、７゜８を経た
磁束は再び中心磁極に集中し閉じたループを形成する。
から発生した磁束は回転軸ｌを経てそれぞれの磁極５，
８，７．８に分流する。この磁極５．θ、７゜８を経た
磁束は再び中心磁極に集中し閉じたループを形成する。
これによりそれぞれの磁極５，８．？。
８に設けられたａ線には中心磁極に通電した交流波形に
対応した電圧が変圧器と同様の原理により発生する。も
し、回転軸ｌに動力源、あるいは負荷側からのトルク変
動が発生した場合には、磁歪効果により引張り応力３に
対応しては磁極６．７に発生ずる電圧が変動し、圧縮応
力に対応しては磁極５，８に発生する電圧が変動するた
め、この両型圧の差を観測することにより第１近似とし
て回転軸１のトルク変動検出を行なえた。
対応した電圧が変圧器と同様の原理により発生する。も
し、回転軸ｌに動力源、あるいは負荷側からのトルク変
動が発生した場合には、磁歪効果により引張り応力３に
対応しては磁極６．７に発生ずる電圧が変動し、圧縮応
力に対応しては磁極５，８に発生する電圧が変動するた
め、この両型圧の差を観測することにより第１近似とし
て回転軸１のトルク変動検出を行なえた。
以」二のような従来のトルクセンサはコイルという製造
に手間のかかる部品を複数個必要とし構成が複雑で、ま
た中心磁極を励磁するためには比較的大きな電力を必要
とする欠点があった。
に手間のかかる部品を複数個必要とし構成が複雑で、ま
た中心磁極を励磁するためには比較的大きな電力を必要
とする欠点があった。
本発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構
造により、原動機、電動機などのトルク変動を検出する
ことができるトルクセンサを提供することを目的とする
。
造により、原動機、電動機などのトルク変動を検出する
ことができるトルクセンサを提供することを目的とする
。
以上の目的を達成するために回転軸に対して微小距離で
近接させて磁束発生部を設け、さらにこの磁束発生部の
発生する磁束の影！＃範囲で前記回転軸に微小距離近接
させて複数個の磁気抵抗効果を有する磁気センサを配置
する構造を採用した。
近接させて磁束発生部を設け、さらにこの磁束発生部の
発生する磁束の影！＃範囲で前記回転軸に微小距離近接
させて複数個の磁気抵抗効果を有する磁気センサを配置
する構造を採用した。
以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。ただし、以下の各図面において従来例と同一また
は相当する部分には同一の符号を付し、その説明は省略
する。
する。ただし、以下の各図面において従来例と同一また
は相当する部分には同一の符号を付し、その説明は省略
する。
第２図は本発明のトルクセンサの概略構成を示しており
、図においては回転軸１の周面の微小距離近傍には回転
軸１の直径方向に磁化方向を一致させて、たとえば永久
磁石などの磁界発生手段２５が配置されている。この磁
界発生手段２５の周囲には回転軸１の回転力伝達方向に
平行な直線上にそれぞれその長手方向を沿わして磁気抵
抗効果素子（以下、ＭＲ素子という） ２１，２４，２
２．２３が配置されている。ただし、ここではＭＲ素子
２１．２３および２２．２４はそれぞれ図示するように
ダイアゴナルに配置するものとする。また、ＭＲ素子は
公知のようにＮｉ−Ｆｅ合金などの強磁性体から形成さ
れ、印加磁界の変化によりその抵抗値が変化するもの真 で、素子の両端の端子に定電壮を与えておくと磁界の変
化を電圧変化として取り出すことができるものである。
、図においては回転軸１の周面の微小距離近傍には回転
軸１の直径方向に磁化方向を一致させて、たとえば永久
磁石などの磁界発生手段２５が配置されている。この磁
界発生手段２５の周囲には回転軸１の回転力伝達方向に
平行な直線上にそれぞれその長手方向を沿わして磁気抵
抗効果素子（以下、ＭＲ素子という） ２１，２４，２
２．２３が配置されている。ただし、ここではＭＲ素子
２１．２３および２２．２４はそれぞれ図示するように
ダイアゴナルに配置するものとする。また、ＭＲ素子は
公知のようにＮｉ−Ｆｅ合金などの強磁性体から形成さ
れ、印加磁界の変化によりその抵抗値が変化するもの真 で、素子の両端の端子に定電壮を与えておくと磁界の変
化を電圧変化として取り出すことができるものである。
次に第３図に本発明のトルクセンサに用いる電子回路の
一例を示す。第３図の回路は差動増幅器３３を用いた簡
単な比較回路で、分圧抵抗３１．３２および前記の磁気
素子２１．２３および２２．２４によりブリッジ回路を
構成したものである。すなわち、第２図のように配置し
たＭＲ素子のそれぞれ対角線」二のＭＲ素子２１．２３
および２２．２４をそれぞれ直列に配置し、さらにこれ
らを直列に接続した接続点で端子３４．３５から印加さ
れる定電圧を分圧し、この分圧と同じく分圧抵抗３１．
３２によって得られる分圧とを差動増幅器３３に入力す
るものである。この構成により差動増幅器３３の出力端
子３Ｂから得られる比較出力ＣはＭＲ素子２１，２２，
２３．２４の分圧をそれぞれｖ２１ ＋ ｖ２２ ＋
ｖ２３ ＋ Ｖ２４ 、差動増幅器３３（７） ４１幅
率をＡとすれば、以下の式によって表わされるのはいう
までもない。
一例を示す。第３図の回路は差動増幅器３３を用いた簡
単な比較回路で、分圧抵抗３１．３２および前記の磁気
素子２１．２３および２２．２４によりブリッジ回路を
構成したものである。すなわち、第２図のように配置し
たＭＲ素子のそれぞれ対角線」二のＭＲ素子２１．２３
および２２．２４をそれぞれ直列に配置し、さらにこれ
らを直列に接続した接続点で端子３４．３５から印加さ
れる定電圧を分圧し、この分圧と同じく分圧抵抗３１．
３２によって得られる分圧とを差動増幅器３３に入力す
るものである。この構成により差動増幅器３３の出力端
子３Ｂから得られる比較出力ＣはＭＲ素子２１，２２，
２３．２４の分圧をそれぞれｖ２１ ＋ ｖ２２ ＋
ｖ２３ ＋ Ｖ２４ 、差動増幅器３３（７） ４１幅
率をＡとすれば、以下の式によって表わされるのはいう
までもない。
Ｃ−（（Ｖ２ｔ＋Ｖ２３） （Ｖ２２＋Ｖ２４））Ｘ
Ａ・・・・・・（１）ＭＲ素子は温度特性が不安定であ
るから、このようなブリッジ回路を採用すれば回路の温
度補償が可能である。
Ａ・・・・・・（１）ＭＲ素子は温度特性が不安定であ
るから、このようなブリッジ回路を採用すれば回路の温
度補償が可能である。
以上の構成において、磁界発生手段から発生される磁束
は回転軸ｌを経て各ＭＲ素子２１，２２，２３゜２４に
流入する。回転軸ｌにトルク変動が発生し、第２図中の
矢印２，９で示した方向に回転軸１のねじれが生じると
、ＭＲ素子２１．２３の配置方向には圧縮応力が、２２
．２４方向には引っ張り応力が発生し、磁歪効果により
対角線方向に配置したＭＲ素子２１．２３および２２．
２４へ流入する磁束が変化する。これにより第３図に示
したＭＲ素子２１．２３および２２．２４の抵抗値は互
いに逆方向に変動し、これにより第１式にしたがって差
動増幅器３３の出力端子３６に圧縮、引っ張りの各応力
に比例した比較出力Ｃを得ることができる。
は回転軸ｌを経て各ＭＲ素子２１，２２，２３゜２４に
流入する。回転軸ｌにトルク変動が発生し、第２図中の
矢印２，９で示した方向に回転軸１のねじれが生じると
、ＭＲ素子２１．２３の配置方向には圧縮応力が、２２
．２４方向には引っ張り応力が発生し、磁歪効果により
対角線方向に配置したＭＲ素子２１．２３および２２．
２４へ流入する磁束が変化する。これにより第３図に示
したＭＲ素子２１．２３および２２．２４の抵抗値は互
いに逆方向に変動し、これにより第１式にしたがって差
動増幅器３３の出力端子３６に圧縮、引っ張りの各応力
に比例した比較出力Ｃを得ることができる。
第４図に磁界発生手段およびＭＲ素子の配置の他の実施
例を示す。ここでは回転軸ｌと同心の弧形状を有する磁
性材４１を回転軸１近傍に配置し、この磁性材４１に回
転軸１の周面に対して微小距離を以って対するようにＭ
Ｒ素子２１〜２４および磁界発生手段２５を配置したも
のである。このような構成を採用すれば磁界発生手段２
５〜回転軸１〜各ＭＲ素子間に磁路が構成され、磁界発
生手段２５からの名 磁束を有効に都−ＭＲ素子に流入させることができる。
例を示す。ここでは回転軸ｌと同心の弧形状を有する磁
性材４１を回転軸１近傍に配置し、この磁性材４１に回
転軸１の周面に対して微小距離を以って対するようにＭ
Ｒ素子２１〜２４および磁界発生手段２５を配置したも
のである。このような構成を採用すれば磁界発生手段２
５〜回転軸１〜各ＭＲ素子間に磁路が構成され、磁界発
生手段２５からの名 磁束を有効に都−ＭＲ素子に流入させることができる。
以上の実施例では磁界発生手段２５としては永久磁石を
例示したが、磁界発生手段として電磁石を用いることも
できる。第２図に示した実施例では磁界発生手段２５は
各ＭＲ素子にとっては動作点を決定するバイアス磁界の
役目も果たしているが、磁界発生手段に電磁石を用いれ
ばこのバイアス磁界を任意に設定変更できるため、用い
られる回転系の特性等に応じて調整が容易となる。
例示したが、磁界発生手段として電磁石を用いることも
できる。第２図に示した実施例では磁界発生手段２５は
各ＭＲ素子にとっては動作点を決定するバイアス磁界の
役目も果たしているが、磁界発生手段に電磁石を用いれ
ばこのバイアス磁界を任意に設定変更できるため、用い
られる回転系の特性等に応じて調整が容易となる。
また、チー・ブーＬのノル板にを薄膜形成技術によりＮ
ｉ−Ｆｅなとの薄膜を形成し、これをスパイラル上に巻
いたものをＭＲ素子として用いれば回転軸ｌからの磁束
を有効に集めることができる。
ｉ−Ｆｅなとの薄膜を形成し、これをスパイラル上に巻
いたものをＭＲ素子として用いれば回転軸ｌからの磁束
を有効に集めることができる。
また、以上の説明では磁気センサとしてＭＲ素子を例に
とり説明したが、これに限らず、ホールＩＣなど磁気抵
抗効果を有する素子であればどのようなものでも用いる
ことができるのはもちろんである。
とり説明したが、これに限らず、ホールＩＣなど磁気抵
抗効果を有する素子であればどのようなものでも用いる
ことができるのはもちろんである。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば回転軸
に対して微小距離で近接させて磁束発生部を設け、さら
にこの磁束発生部の発生する磁束の影響範囲で前記回転
軸に微小距離近接させて複数個の磁気抵抗効果素子によ
る磁気センサを配置した構成を採用しているため、従来
のトルクセンサのように多数のコイルを必要とせず、簡
単、安価な構造により少ない消費電力で回転軸のトルク
変動を検出することができる優れたトルクセンサを提供
することができる。
に対して微小距離で近接させて磁束発生部を設け、さら
にこの磁束発生部の発生する磁束の影響範囲で前記回転
軸に微小距離近接させて複数個の磁気抵抗効果素子によ
る磁気センサを配置した構成を採用しているため、従来
のトルクセンサのように多数のコイルを必要とせず、簡
単、安価な構造により少ない消費電力で回転軸のトルク
変動を検出することができる優れたトルクセンサを提供
することができる。
第１図は従来のトルクセンサの概略構成図、第２図以下
は本発明を説明するもので、第２図は本発明のトルクセ
ンサの概略構成図、第３図は本発明のトルクセンサに用
いられる電子回路の構成を示す回路図、第４図は本発明
のトルクセンサの他の実施例を示す説明図である。
は本発明を説明するもので、第２図は本発明のトルクセ
ンサの概略構成図、第３図は本発明のトルクセンサに用
いられる電子回路の構成を示す回路図、第４図は本発明
のトルクセンサの他の実施例を示す説明図である。
Claims (1)
- 回転軸のトルク変動を前記回転軸のねじれに関連して検
出するトルクセンサにおいて、前記回転軸に近接させて
磁束発生部を設け、さらにこの磁束発生部の発生する磁
束の影響範囲で前記回転軸に近接させて複数個の磁気抵
抗効果素子による磁気センサを配置したことを特徴とす
るトルクセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11850382A JPS599528A (ja) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11850382A JPS599528A (ja) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | トルクセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS599528A true JPS599528A (ja) | 1984-01-18 |
Family
ID=14738275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11850382A Pending JPS599528A (ja) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | トルクセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS599528A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5053548A (en) * | 1989-02-08 | 1991-10-01 | Otsuka Pharmaceutical Company, Ltd. | Biphenyl derivative composition for nerve cell degeneration repairing or protective agent and process for preparing a phenyl derivative contained in the composition |
| EP0525551A2 (en) * | 1991-07-29 | 1993-02-03 | Magnetoelastic Devices Inc. | Circularly magnetized non-contact torque sensor and method for measuring torque using same |
| US5520059A (en) * | 1991-07-29 | 1996-05-28 | Magnetoelastic Devices, Inc. | Circularly magnetized non-contact torque sensor and method for measuring torque using same |
| US5591925A (en) * | 1991-07-29 | 1997-01-07 | Garshelis; Ivan J. | Circularly magnetized non-contact power sensor and method for measuring torque and power using same |
| US6047605A (en) * | 1997-10-21 | 2000-04-11 | Magna-Lastic Devices, Inc. | Collarless circularly magnetized torque transducer having two phase shaft and method for measuring torque using same |
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| JP2007040956A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-02-15 | Nissan Motor Co Ltd | 応力センサ |
| US7742616B2 (en) | 2005-03-03 | 2010-06-22 | Seoul National University Industry Foundation | Electromagnetic acoustic transducer for generating and measuring bending vibration in rod member using anti-symmetric magnetic field structure |
| JP2012127977A (ja) * | 2005-06-30 | 2012-07-05 | Nissan Motor Co Ltd | 応力センサ |
| JP2017223514A (ja) * | 2016-06-14 | 2017-12-21 | ローム株式会社 | 磁歪式トルクセンサおよび駆動装置 |
-
1982
- 1982-07-09 JP JP11850382A patent/JPS599528A/ja active Pending
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6490934B2 (en) | 1991-07-29 | 2002-12-10 | Magnetoelastic Devices, Inc. | Circularly magnetized non-contact torque sensor and method for measuring torque using the same |
| US5520059A (en) * | 1991-07-29 | 1996-05-28 | Magnetoelastic Devices, Inc. | Circularly magnetized non-contact torque sensor and method for measuring torque using same |
| US5591925A (en) * | 1991-07-29 | 1997-01-07 | Garshelis; Ivan J. | Circularly magnetized non-contact power sensor and method for measuring torque and power using same |
| US5708216A (en) * | 1991-07-29 | 1998-01-13 | Magnetoelastic Devices, Inc. | Circularly magnetized non-contact torque sensor and method for measuring torque using same |
| US5706572A (en) * | 1991-07-29 | 1998-01-13 | Magnetoelastic Devices, Inc. | Method for producing a circularly magnetized non-contact torque sensor |
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| US5351555A (en) * | 1991-07-29 | 1994-10-04 | Magnetoelastic Devices, Inc. | Circularly magnetized non-contact torque sensor and method for measuring torque using same |
| US6260423B1 (en) | 1997-10-21 | 2001-07-17 | Ivan J. Garshelis | Collarless circularly magnetized torque transducer and method for measuring torque using same |
| US6145387A (en) * | 1997-10-21 | 2000-11-14 | Magna-Lastic Devices, Inc | Collarless circularly magnetized torque transducer and method for measuring torque using same |
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