JPS60254678A - トルク検出装置 - Google Patents
トルク検出装置Info
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- JPS60254678A JPS60254678A JP59110057A JP11005784A JPS60254678A JP S60254678 A JPS60254678 A JP S60254678A JP 59110057 A JP59110057 A JP 59110057A JP 11005784 A JP11005784 A JP 11005784A JP S60254678 A JPS60254678 A JP S60254678A
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- JP
- Japan
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- shaft
- measured
- torque
- carbon
- stress
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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
-
- G—PHYSICS
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- 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
- G01L3/105—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 inductive means
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】
（産業上の利用分野）
本発明は、磁歪式のトルク検出装置に係り、特に検出精
度が高く、耐久性も良好なトルク検出装置に関する。
度が高く、耐久性も良好なトルク検出装置に関する。
（発明の背景）
被測定軸、例えば回転軸や固定軸にトルクを加えた揚台
、例えば軸横前面に向かって時泪方向にトルクＴを加え
ると、軸の回りに、第１図に示すように軸方向と４５°
傾いた右方向に引っ張り応力＋σが、また４５°傾いた
左方向に圧縮応力−σが発生する。
、例えば軸横前面に向かって時泪方向にトルクＴを加え
ると、軸の回りに、第１図に示すように軸方向と４５°
傾いた右方向に引っ張り応力＋σが、また４５°傾いた
左方向に圧縮応力−σが発生する。
一方、磁性体は応力が加わると透磁率が変化する、いわ
ゆる磁歪特性を持っており、これを利用して磁性体の応
力を磁気的に測定することができる。
ゆる磁歪特性を持っており、これを利用して磁性体の応
力を磁気的に測定することができる。
すなわち、東の磁歪を有する磁性体では引つ張＼、
り応力方向に透゛磁率が増加し、逆に負の磁歪を右する
磁性体では引っ張り応力方向に透磁率が減少する。
磁性体では引っ張り応力方向に透磁率が減少する。
この性質を利用して回転軸や固定軸に加えられたトルク
を検出するには、励磁コイルから発せられた磁束を被測
定軸に通し、磁歪に基づく透磁率の変化を検出コイルに
て誘導起電ノｊとして取り出すことにより行なう。 − ところで、高い検出感度を得るために、被測定軸自体を
ニッケルやパーマロイ等の磁歪材料にて構成する方法が
あるが、この場合機械的強度が不充分であり、ある程度
以上の動力を伝達するような部分では被測定軸の軸表面
部に大きな歪みが生じ、第２図に示すようなヒステリシ
スが現われる。
を検出するには、励磁コイルから発せられた磁束を被測
定軸に通し、磁歪に基づく透磁率の変化を検出コイルに
て誘導起電ノｊとして取り出すことにより行なう。 − ところで、高い検出感度を得るために、被測定軸自体を
ニッケルやパーマロイ等の磁歪材料にて構成する方法が
あるが、この場合機械的強度が不充分であり、ある程度
以上の動力を伝達するような部分では被測定軸の軸表面
部に大きな歪みが生じ、第２図に示すようなヒステリシ
スが現われる。
すなわち、トルク増加時とトルク減少時では検出出力に
ずれが生じ、このヒステリシス現象は大きなトルク変化
を検出する場合には問題ないが、より高精度にトルク変
化を検出しようとする場合には、なんらかの対策を施さ
なねばならない課題である。
ずれが生じ、このヒステリシス現象は大きなトルク変化
を検出する場合には問題ないが、より高精度にトルク変
化を検出しようとする場合には、なんらかの対策を施さ
なねばならない課題である。
一方、高強度材料、例えば高炭素鋼にて被測定軸を構成
すると、軸全体の透磁率が低いため、励磁コイルから発
せられた磁束が被測定軸に浸透せず、第３図に示すよう
に検出感度が極めて低いものとなり、実用に供し得ない
。
すると、軸全体の透磁率が低いため、励磁コイルから発
せられた磁束が被測定軸に浸透せず、第３図に示すよう
に検出感度が極めて低いものとなり、実用に供し得ない
。
また、高強度材料の被測定軸の軸表面部に磁歪材料の被
膜層をメッキ等により形成することが提案されている（
特公昭５２−１４９８５号）。
膜層をメッキ等により形成することが提案されている（
特公昭５２−１４９８５号）。
しかしながら、このように構成されたトルク検出方法に
あっては、被測定軸の外周に異種材料の被膜が積層され
た構成となっており、検出器の使用される環境の温度変
化が大きい場合や、被測定軸自体の温度変化が大きい状
況−トで長時間使用されると、被測定軸と被膜の熱膨張
係数の差によって被膜が被測定軸外表面から剥離、脱落
し易いという欠点がある。
あっては、被測定軸の外周に異種材料の被膜が積層され
た構成となっており、検出器の使用される環境の温度変
化が大きい場合や、被測定軸自体の温度変化が大きい状
況−トで長時間使用されると、被測定軸と被膜の熱膨張
係数の差によって被膜が被測定軸外表面から剥離、脱落
し易いという欠点がある。
このような状況の下で、特に自動車の駆動トルクの検出
にあっては、温度変化とトルク変動は極めて大きく、上
述した装置を用いた場合、長時間にわたる安定した高い
検出感度および検出精度を確保することは極めて困難で
あった。
にあっては、温度変化とトルク変動は極めて大きく、上
述した装置を用いた場合、長時間にわたる安定した高い
検出感度および検出精度を確保することは極めて困難で
あった。
（発明の目的）
本発明は、トルクの検出感度が高く、ヒステリシスが小
さく、高精度でかつ耐久性に優れたトルク検出装置を提
供することを目的とする。
さく、高精度でかつ耐久性に優れたトルク検出装置を提
供することを目的とする。
（発明の構成）
上記目的を達成するために、本発明は、被測定軸を鉄を
基体とした高透磁率材料で形成し、かつ該被測定軸の軸
表面部と軸内部とで組成成分比を変えることで、前記軸
表面部に硬化組織を形成したことを特徴としたものであ
る。
基体とした高透磁率材料で形成し、かつ該被測定軸の軸
表面部と軸内部とで組成成分比を変えることで、前記軸
表面部に硬化組織を形成したことを特徴としたものであ
る。
（実施例の説明）
以下、本発明の一実施例を添付図面を用いて詳細に説明
する。
する。
第４図は本発明のトルク検出装置の一実施例を示す正面
図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。
図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。
同図において、透磁率が高く磁歪の大きい純鉄を基体と
して軸の表面部に炭素を含む鉄からなる被測定軸１の外
周には、例えばパーマロイ等の高透磁率物質からなる十
字交叉形状のヨーク４が被測定軸１に対して間隔をおく
ようにして近接配置され、このヨーク４には励磁コイル
２および検出コイル３が図に示すように配置されている
。従って、励磁コイル２から発した磁束が被測定軸１お
よびヨーク４を磁路として磁気回路を形成する。
して軸の表面部に炭素を含む鉄からなる被測定軸１の外
周には、例えばパーマロイ等の高透磁率物質からなる十
字交叉形状のヨーク４が被測定軸１に対して間隔をおく
ようにして近接配置され、このヨーク４には励磁コイル
２および検出コイル３が図に示すように配置されている
。従って、励磁コイル２から発した磁束が被測定軸１お
よびヨーク４を磁路として磁気回路を形成する。
被測定軸１の軸表面部は、表面より０．４〜０゜８Ｉｌ
ｌＩｌｌの深さの部分に高温にて炭素を浸透させた後、
高温からの急冷によって硬化組織が形成されている。こ
の硬化組織の下は、純鉄が基体であるから、透磁率が高
く磁気歪みも大きくなっている。
ｌＩｌｌの深さの部分に高温にて炭素を浸透させた後、
高温からの急冷によって硬化組織が形成されている。こ
の硬化組織の下は、純鉄が基体であるから、透磁率が高
く磁気歪みも大きくなっている。
この硬化ｉｌｌ織は、高温におけるオーステナイト状態
に加熱した畝−炭素合金を急冷する際、その合金組成に
よって決まる一定温度、すなわちＭＳ点以下になると、
異常な膨１を起こして形成される組織である。この急冷
による組織変化は、体積の膨張を伴う現象であるから、
組織変化の進行により大きな内部応力が生じる。
に加熱した畝−炭素合金を急冷する際、その合金組成に
よって決まる一定温度、すなわちＭＳ点以下になると、
異常な膨１を起こして形成される組織である。この急冷
による組織変化は、体積の膨張を伴う現象であるから、
組織変化の進行により大きな内部応力が生じる。
すなわち、加工によって軸に残留する応力と異なり、軸
の表面からの距離に関与した比較的均一な応力を持つこ
とになる。
の表面からの距離に関与した比較的均一な応力を持つこ
とになる。
このように構成されたトルク検出装置は、被測定軸１に
おける軸表面部に均一な内部応力が働いているため、ト
ルク印加時とトルク開放時における不均一な歪みの残留
を防止できるので、トルク印加時とトルク開放時におけ
る検出出力が安定し、ヒステリシスが解消でき、極めて
高精度のトルク検出が行なえることになる。
おける軸表面部に均一な内部応力が働いているため、ト
ルク印加時とトルク開放時における不均一な歪みの残留
を防止できるので、トルク印加時とトルク開放時におけ
る検出出力が安定し、ヒステリシスが解消でき、極めて
高精度のトルク検出が行なえることになる。
また、被測定軸１における炭素が浸透した硬化組織の部
分は、被測定軸の表面より内部に向かつて炭素が拡散す
ることにより形成されたものであり、炭素のｍｕの変化
は緩やかである。
分は、被測定軸の表面より内部に向かつて炭素が拡散す
ることにより形成されたものであり、炭素のｍｕの変化
は緩やかである。
すなわち、上記の硬化組織は、被測定軸１と一体的に構
成されるので、温度変化やトルク変動等の環境変化等に
対して剥離が生ずる虞れがなく、優れた耐久性を有し、
かつ安定した出力を得ることができる。
成されるので、温度変化やトルク変動等の環境変化等に
対して剥離が生ずる虞れがなく、優れた耐久性を有し、
かつ安定した出力を得ることができる。
次に、本実施例における被測定軸１の軸表面部に炭素を
浸透させて硬化組織とし、均一な内部応力を作用させて
ヒステリシスを解消する好適な方法として、その−例を
挙げる。
浸透させて硬化組織とし、均一な内部応力を作用させて
ヒステリシスを解消する好適な方法として、その−例を
挙げる。
すなわち、純鉄からなる被測定軸１をプロパン（０３Ｈ
８）をニッケル触媒を用いて変成したＲＸガス中で約９
００℃にて加熱する。すると、次式で示すように、 ２Ｃａ Ｈａ ＋３０２ ＋１１．２８Ｎ２−６ＧＯ＋
８８２＋１１．２８Ｎ’２ なる反応が起こり、Ｃｏ、＋１２．Ｎ２の混合ガスが得
られ、次式に示す Ｆｅ ＋ＣＯ＋Ｈｐ ＝ （Ｃ）７＋８２０なる反応で
鉄中への炭素の浸透が起こる。
８）をニッケル触媒を用いて変成したＲＸガス中で約９
００℃にて加熱する。すると、次式で示すように、 ２Ｃａ Ｈａ ＋３０２ ＋１１．２８Ｎ２−６ＧＯ＋
８８２＋１１．２８Ｎ’２ なる反応が起こり、Ｃｏ、＋１２．Ｎ２の混合ガスが得
られ、次式に示す Ｆｅ ＋ＣＯ＋Ｈｐ ＝ （Ｃ）７＋８２０なる反応で
鉄中への炭素の浸透が起こる。
ここで、上式における（Ｃ）γは、鉄中に浸透した炭素
を表わしている。
を表わしている。
炭素の浸透量は材質、浸透の時間、温度によって決まる
拡散恒数および、表面炭素濃度の関数で決まる。
拡散恒数および、表面炭素濃度の関数で決まる。
前述のようにして、炭素を浸透させた被測定軸１を、約
９００℃から油中で急冷する。この処理により、高温組
織のオーステナイト結晶粒の微細化を図るとともに、炭
素浸透部に形成されている炭化物（Ｆｅ ３ Ｃ）を破
壊する。
９００℃から油中で急冷する。この処理により、高温組
織のオーステナイト結晶粒の微細化を図るとともに、炭
素浸透部に形成されている炭化物（Ｆｅ ３ Ｃ）を破
壊する。
次に、約８００℃に加熱し、水中で急冷する。
この処理により、被測定−軸１の表面の硬度が高くなる
。
。
更に、これを約１５０℃まで加熱して、空気中で冷却す
る操作を行なえば、部分的な急冷歪みを除去でき、はぼ
均質な内部応力を持った被測定軸１が得られる。
る操作を行なえば、部分的な急冷歪みを除去でき、はぼ
均質な内部応力を持った被測定軸１が得られる。
こうして得られた被測定軸１は、軸内部は純鉄で構成さ
れ、透磁率が高く、磁歪も大きいので、励磁コイル２に
よって発せられた磁束は純鉄部を通り、トルク印加によ
る応力で、透磁率が大きく変化し、磁気エネルギが有効
に磁気歪み出力として現われ、大きな検出出力となる。
れ、透磁率が高く、磁歪も大きいので、励磁コイル２に
よって発せられた磁束は純鉄部を通り、トルク印加によ
る応力で、透磁率が大きく変化し、磁気エネルギが有効
に磁気歪み出力として現われ、大きな検出出力となる。
更に、被測定軸１の軸表面部に炭素浸透による硬化組織
を有するため、この部分に存在する均質な内部応力によ
り、トルク印加時とトルク除去時における歪みの残留を
妨げることができる。
を有するため、この部分に存在する均質な内部応力によ
り、トルク印加時とトルク除去時における歪みの残留を
妨げることができる。
そのため、ヒステリシスが解消され、高精度のトルク検
出が可能となる。
出が可能となる。
本発明者の実験によれば、励磁コイル２に周波数１０Ｋ
Ｈｚ 、３００ｍ Ａの高周波電流を流して左右の回転
トルク出力変化を調べたところ、検出コイル３から第５
図に示すような結果を得た。
Ｈｚ 、３００ｍ Ａの高周波電流を流して左右の回転
トルク出力変化を調べたところ、検出コイル３から第５
図に示すような結果を得た。
これに対し、第４図に示す構成と同様なトルク検出装置
において、被測定軸１に本発明による炭素浸透硬化熱処
理を施さないままで同様の実験を行なったところ、トル
ク変化に対して第２図に示すような磁気歪み出力を得た
。
において、被測定軸１に本発明による炭素浸透硬化熱処
理を施さないままで同様の実験を行なったところ、トル
ク変化に対して第２図に示すような磁気歪み出力を得た
。
上記実験結果によれば、被測定軸１に、炭素浸透硬化熱
処理を施した場合の方が、ヒステリシスが小さく、検出
１ｍを高める効果が著しいことがわかる。
処理を施した場合の方が、ヒステリシスが小さく、検出
１ｍを高める効果が著しいことがわかる。
なお、上述の実施例では、被測定軸１として、透磁率の
良好な純鉄を用いる例を示したが、本発明にあってはこ
れに限定されるものではなく、鉄を主体とした強磁性体
を含む複数組成からなる被測定軸において、その軸表面
部に炭素を浸透させ、硬化組織を得ることにより、本発
明の目的達成が可能である。
良好な純鉄を用いる例を示したが、本発明にあってはこ
れに限定されるものではなく、鉄を主体とした強磁性体
を含む複数組成からなる被測定軸において、その軸表面
部に炭素を浸透させ、硬化組織を得ることにより、本発
明の目的達成が可能である。
更に、検出コイル３にあっても、磁束を検出する従来公
知の手段、例えばホール素子等を用いることが可能であ
るし、また励磁コイルと検出コイルとを、被測定軸１と
同軸的に配置させてなるトルク検出装置にも適用可能で
あることは言うまでもない。
知の手段、例えばホール素子等を用いることが可能であ
るし、また励磁コイルと検出コイルとを、被測定軸１と
同軸的に配置させてなるトルク検出装置にも適用可能で
あることは言うまでもない。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明のトルク検出装置は、被測
定軸の軸表面部に炭素を浸透させた硬化組織を形成し、
均質な内部応力を有した状態にすることにより、トルク
印加時とトルク除去時に現われるヒステリシスを抑制し
、トルク検出の精度を向上させられる上、異種材料との
接合とは異なって接合面が存在しないため、温度変化や
大きなトルク変動に起因する被膜の剥離や脱落等が生じ
ないので、耐久性に優れ、種々の条件の下において安定
した動作を確保することが可能である。
定軸の軸表面部に炭素を浸透させた硬化組織を形成し、
均質な内部応力を有した状態にすることにより、トルク
印加時とトルク除去時に現われるヒステリシスを抑制し
、トルク検出の精度を向上させられる上、異種材料との
接合とは異なって接合面が存在しないため、温度変化や
大きなトルク変動に起因する被膜の剥離や脱落等が生じ
ないので、耐久性に優れ、種々の条件の下において安定
した動作を確保することが可能である。
このように本発明は、種々の利点を有するので、特に自
動車の駆動トルク等の検出において極めて有用である。
動車の駆動トルク等の検出において極めて有用である。
第１図は軸１−ルクと応力の関係を示す説明図、第２図
および第３図はそれぞれ従来のトルク検出出力特性を示
す図、第４図は本発明のトルク検出装置の一実施例を示
す正面図および側面図、第５図は本発明のトルク検出装
置の検出出力特性図である。 １・・・被測定軸 ２・・・励磁コイル ３・・・検出コイル ４・・・ヨーク 特許出願人 日産自動車株式会社 第１図 第３図 第４図 （Ａ） （Ｂ）
および第３図はそれぞれ従来のトルク検出出力特性を示
す図、第４図は本発明のトルク検出装置の一実施例を示
す正面図および側面図、第５図は本発明のトルク検出装
置の検出出力特性図である。 １・・・被測定軸 ２・・・励磁コイル ３・・・検出コイル ４・・・ヨーク 特許出願人 日産自動車株式会社 第１図 第３図 第４図 （Ａ） （Ｂ）
Claims (1)
- （１）磁性体を主成分とする被測定軸と；前記被測定軸
を磁路の一部とする磁気回路を形成する励磁コイルと： 前記被測定軸を通る磁歪成分を検出する検出器とを具備
してなるトルク検出装置において：前記被測定軸を鉄を
基体とした高透磁率材料で形成し、かつ該被測定軸の軸
表面部と軸内部とで組成成分比を変えることにより、前
記軸表面部に硬化組織を形成したことを特徴とするトル
ク検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59110057A JPS60254678A (ja) | 1984-05-30 | 1984-05-30 | トルク検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59110057A JPS60254678A (ja) | 1984-05-30 | 1984-05-30 | トルク検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60254678A true JPS60254678A (ja) | 1985-12-16 |
| JPH0452633B2 JPH0452633B2 (ja) | 1992-08-24 |
Family
ID=14525990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59110057A Granted JPS60254678A (ja) | 1984-05-30 | 1984-05-30 | トルク検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60254678A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01169983A (ja) * | 1987-12-24 | 1989-07-05 | Kubota Ltd | 磁歪式トルクセンサ |
| US4896544A (en) * | 1986-12-05 | 1990-01-30 | Mag Dev Inc. | Magnetoelastic torque transducer |
| JPH0290030A (ja) * | 1988-09-28 | 1990-03-29 | Nissan Motor Co Ltd | トルク検出装置 |
| US4964308A (en) * | 1986-02-10 | 1990-10-23 | Shouichi Edo | Magnetostrictive device for measuring torsional torque |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60164375A (ja) * | 1984-02-07 | 1985-08-27 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 磁歪材料 |
-
1984
- 1984-05-30 JP JP59110057A patent/JPS60254678A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60164375A (ja) * | 1984-02-07 | 1985-08-27 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 磁歪材料 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4964308A (en) * | 1986-02-10 | 1990-10-23 | Shouichi Edo | Magnetostrictive device for measuring torsional torque |
| US4896544A (en) * | 1986-12-05 | 1990-01-30 | Mag Dev Inc. | Magnetoelastic torque transducer |
| JPH01169983A (ja) * | 1987-12-24 | 1989-07-05 | Kubota Ltd | 磁歪式トルクセンサ |
| JPH0710011B2 (ja) * | 1987-12-24 | 1995-02-01 | 株式会社クボタ | 磁歪式トルクセンサ |
| JPH0290030A (ja) * | 1988-09-28 | 1990-03-29 | Nissan Motor Co Ltd | トルク検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0452633B2 (ja) | 1992-08-24 |
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