JPS6044839A - トルク検出装置 - Google Patents
トルク検出装置Info
- Publication number
- JPS6044839A JPS6044839A JP15372283A JP15372283A JPS6044839A JP S6044839 A JPS6044839 A JP S6044839A JP 15372283 A JP15372283 A JP 15372283A JP 15372283 A JP15372283 A JP 15372283A JP S6044839 A JPS6044839 A JP S6044839A
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- torque
- magnetic
- magnetic layers
- stress
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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)
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- 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】
［発明の技術分野］
この発明は例えば回転軸などの受動軸の軸トルクを非接
触で測定するトルク検出装置に関するものである。
触で測定するトルク検出装置に関するものである。
［従来技術］
従来、受動軸例えば回転軸の軸トルクを測定する方法と
しては、ストレンゲージを回転軸に貼り付けて、トルク
による軸のねじれに起因するストレンゲージの抵抗値変
化によりトルクを検出する方法、既知のヤング率を有す
る中間軸を駆動側と負荷側との間に挿入して、その中間
軸のねじれを位相差として検出する方法、さらには外力
つまりトルクにより磁性材軸即ち回転軸の透磁率が変化
するいわゆる磁歪効果を利用する方法等がある。
しては、ストレンゲージを回転軸に貼り付けて、トルク
による軸のねじれに起因するストレンゲージの抵抗値変
化によりトルクを検出する方法、既知のヤング率を有す
る中間軸を駆動側と負荷側との間に挿入して、その中間
軸のねじれを位相差として検出する方法、さらには外力
つまりトルクにより磁性材軸即ち回転軸の透磁率が変化
するいわゆる磁歪効果を利用する方法等がある。
ストレンゲージを回転軸に貼り付ける方法は、ストレン
ゲージの貼り付げの良否如何により精度が左右されると
いう不都合があるうえ、加えて出力信号の取り出しにス
リップリング、テレメータ等を取り付ける必要があり、
装置が大きくなる。さらに加えて、高速回転、長時間運
転になると、スリップリングの電気抵抗値が変化してノ
イズが発生しやすいなどの欠点がある。中間軸のねじれ
による位相差を検出する方法は、電気回路が複雑となる
ため高価であり、また回転軸の高速回転時と低速回転時
の検出が両立しがたいという不都合をもつ。磁性材軸を
用いて磁歪効果を利用する方法は、実際の軸が利用でき
るという利点はあるが。
ゲージの貼り付げの良否如何により精度が左右されると
いう不都合があるうえ、加えて出力信号の取り出しにス
リップリング、テレメータ等を取り付ける必要があり、
装置が大きくなる。さらに加えて、高速回転、長時間運
転になると、スリップリングの電気抵抗値が変化してノ
イズが発生しやすいなどの欠点がある。中間軸のねじれ
による位相差を検出する方法は、電気回路が複雑となる
ため高価であり、また回転軸の高速回転時と低速回転時
の検出が両立しがたいという不都合をもつ。磁性材軸を
用いて磁歪効果を利用する方法は、実際の軸が利用でき
るという利点はあるが。
しかし一方では通常の軸は強度にその多くの注意が払わ
れ、磁気特性についてはあまり考慮されていないので、
磁気的にははなはだ不均一である。
れ、磁気特性についてはあまり考慮されていないので、
磁気的にははなはだ不均一である。
このため、この軸の磁気的不均一性による出力の回転角
依存性すなわち軸の回転に伴なう出力のドリフトを持つ
、換言すれば回転角によって出力が変動するという欠点
を持っている。もつともこの出力のドリフトつまり出力
変動は、軸のまわりに複数個の検出器を設けることなど
によって補正することはできるが、構造がそれだけ複雑
になり。
依存性すなわち軸の回転に伴なう出力のドリフトを持つ
、換言すれば回転角によって出力が変動するという欠点
を持っている。もつともこの出力のドリフトつまり出力
変動は、軸のまわりに複数個の検出器を設けることなど
によって補正することはできるが、構造がそれだけ複雑
になり。
好ましい方法とはいえない。
［発明の概要］
この発明は上記のような従来方法の欠点を除去するため
になされたものであり、磁歪効果を利用した新方式のト
ルク検出装置を提供しようとするもので、トルクを受け
る受動軸の外周に、細長い磁性材からなる磁性層を固着
し、この磁性層に現われる透磁率の変化により、受動軸
に加わるトルクを検出しようとするものである。
になされたものであり、磁歪効果を利用した新方式のト
ルク検出装置を提供しようとするもので、トルクを受け
る受動軸の外周に、細長い磁性材からなる磁性層を固着
し、この磁性層に現われる透磁率の変化により、受動軸
に加わるトルクを検出しようとするものである。
［発明の実施例］
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図はそ
の出力回路図であり、（１）は回転軸などの受動軸（以
下回転軸として説明を進める）であり。
の出力回路図であり、（１）は回転軸などの受動軸（以
下回転軸として説明を進める）であり。
軸受（２） 、 ＋３）により回転自在忙支承されてい
る。この回転軸（１）はステンレス鋼などの非磁性材で
できており、トルクに耐え得る十分な機械的強度をもつ
ものとする。（４）は複数条の細長いリボン状の薄い磁
性材からなる第１の磁性層であり′９図示のように回転
軸（１）の外周に、その中心軸（５）に対しプラス４５
°をなす方向にかつ螺旋状に接着剤等により固着されて
いる。（６）は上記中心軸（５）に対しマイナス４５°
をなす方向に設けられた同様の第２の磁性層であり、こ
れら第１及び第２の磁性層をなす磁性材としては、軟磁
性ア高磁気ひずみ特性をもつものが望ましく、非晶質金
属がよい。何故なら。
る。この回転軸（１）はステンレス鋼などの非磁性材で
できており、トルクに耐え得る十分な機械的強度をもつ
ものとする。（４）は複数条の細長いリボン状の薄い磁
性材からなる第１の磁性層であり′９図示のように回転
軸（１）の外周に、その中心軸（５）に対しプラス４５
°をなす方向にかつ螺旋状に接着剤等により固着されて
いる。（６）は上記中心軸（５）に対しマイナス４５°
をなす方向に設けられた同様の第２の磁性層であり、こ
れら第１及び第２の磁性層をなす磁性材としては、軟磁
性ア高磁気ひずみ特性をもつものが望ましく、非晶質金
属がよい。何故なら。
非晶質金属は高磁気ひずみ特性をもち９機械的強度にも
すぐれ、温度による特性変化も小さいからである。（７
）は回転軸（１１と同一の中心軸をもつ円筒状のコイル
ボビン？ （８ａ） ｅ Ｃ８ｂ＞は上記第１の磁性層
（４）を包囲するようにコイルボビン（７）を介して回
転軸（１）に巻回された巻き数が等しい２本巻きの検出
コイル、 （９ａ） ＃ （９ｂ）は上記第２の磁性層
（６）を包囲するようにコイルボビン（７）を介して回
転軸（１）に巻回された巻き数が等しい２本巻きの検出
コイルである。これら４つの検出コイル（８ａ） 、
（８ｂ） Ｉ （９ａ） 。
すぐれ、温度による特性変化も小さいからである。（７
）は回転軸（１１と同一の中心軸をもつ円筒状のコイル
ボビン？ （８ａ） ｅ Ｃ８ｂ＞は上記第１の磁性層
（４）を包囲するようにコイルボビン（７）を介して回
転軸（１）に巻回された巻き数が等しい２本巻きの検出
コイル、 （９ａ） ＃ （９ｂ）は上記第２の磁性層
（６）を包囲するようにコイルボビン（７）を介して回
転軸（１）に巻回された巻き数が等しい２本巻きの検出
コイルである。これら４つの検出コイル（８ａ） 、
（８ｂ） Ｉ （９ａ） 。
（９ｂ）は、第２図に示すように、ブリッジ回路を構成
するように接続される。第２図において、叫は交流定電
流電源ｅ ｖＯは出力端子に現われる出力を示す。
するように接続される。第２図において、叫は交流定電
流電源ｅ ｖＯは出力端子に現われる出力を示す。
第３図はこの発明の動作原理を説明するための図である
が、第３図において回転軸（１）Ｋ）ルクＴを加えると
中心軸（５）に対し、±４５°方向に応力σが生ずる。
が、第３図において回転軸（１）Ｋ）ルクＴを加えると
中心軸（５）に対し、±４５°方向に応力σが生ずる。
こ〜で、実線で示す応力σは引張応力であり９点線で示
す応力−σは圧縮応力である。
す応力−σは圧縮応力である。
磁性材に応力が加えられると、磁気特性が変化すること
はよく知られており、透磁率は引張応力σにより増加し
、圧縮応力−〇により減少する。
はよく知られており、透磁率は引張応力σにより増加し
、圧縮応力−〇により減少する。
いま第１図において１回転軸（１）にトルクＴが加えら
れると２回転軸（１）には第３図で説明したとうりの応
力が発生する。したがって回転軸（１１の外周面に固着
されている磁性層（４） 、 （６１にも、それぞれ同
様の圧縮応力、引張応力が加わる。ところで上記磁性層
＋４１ 、 ＋６１は十分細長い形状であり９回転軸（
１）の左右両側で中心軸（５）に対し、＋４５°、−４
５°の方向に即ち軸上で最大の引張あるいは圧縮応力の
かかる方向にそれぞれ螺旋状に固着されているから９両
磁性層の一方はほとんど引張応力のみを受け、他方はほ
とんど圧縮応力のみ゛を受けることになる。したがって
第１図に示すトルクＴが軸（１）Ｋ加わると、第１の磁
性層（４）は圧縮応力を受けて透磁率が減少し、第２の
磁性層（６）は引張応力を受けて透磁率が増加する。ト
ルクＴの方向が逆向きになれば、各磁性層（４） 、
（６１の透磁率変化が逆になることはいうまでもない。
れると２回転軸（１）には第３図で説明したとうりの応
力が発生する。したがって回転軸（１１の外周面に固着
されている磁性層（４） 、 （６１にも、それぞれ同
様の圧縮応力、引張応力が加わる。ところで上記磁性層
＋４１ 、 ＋６１は十分細長い形状であり９回転軸（
１）の左右両側で中心軸（５）に対し、＋４５°、−４
５°の方向に即ち軸上で最大の引張あるいは圧縮応力の
かかる方向にそれぞれ螺旋状に固着されているから９両
磁性層の一方はほとんど引張応力のみを受け、他方はほ
とんど圧縮応力のみ゛を受けることになる。したがって
第１図に示すトルクＴが軸（１）Ｋ加わると、第１の磁
性層（４）は圧縮応力を受けて透磁率が減少し、第２の
磁性層（６）は引張応力を受けて透磁率が増加する。ト
ルクＴの方向が逆向きになれば、各磁性層（４） 、
（６１の透磁率変化が逆になることはいうまでもない。
回転軸（１）外周面に固着されたこの磁性層＋４） 、
＋６１の透磁率の変化を検出コイル（８ａ） 、 （
ｅｂ） ｔ （９ａ） ｅ （９ｂ）により検出する。
＋６１の透磁率の変化を検出コイル（８ａ） 、 （
ｅｂ） ｔ （９ａ） ｅ （９ｂ）により検出する。
周知のように検出コイルのインダクタンスはコイル内の
コア即ちこメでは磁性層の透磁率に比例するので。
コア即ちこメでは磁性層の透磁率に比例するので。
この検出コイルのインダクタンスの変化を検出すれば、
磁性層の透磁率変化が検出でき、すなわち軸（１）に加
わる応力を測定することができる。上述したように検出
コイル（８ａ） ９ （８ｂ） ？ （９ａ） Ｉ Ｃ
９ｂ＞はすべて同数の巻数とされ、しかも（８ａ） ？
（８１１１）は２本巻きで磁性層（４）を包囲するよ
うに巻かれ、 （９ａ） 。
磁性層の透磁率変化が検出でき、すなわち軸（１）に加
わる応力を測定することができる。上述したように検出
コイル（８ａ） ９ （８ｂ） ？ （９ａ） Ｉ Ｃ
９ｂ＞はすべて同数の巻数とされ、しかも（８ａ） ？
（８１１１）は２本巻きで磁性層（４）を包囲するよ
うに巻かれ、 （９ａ） 。
（９ｂ）も同様に２本巻きで磁性層（６）を包囲するよ
うに巻かれている。したがって検出コイル（８ａ） ？
（８ｂ）を一対ｔ （９ａ） ｅ （９ｂ）を一対と
して、第２図に示すようにブリッジ回路を構成しておけ
ば、無負荷時には検出コイル（８ａ） 、 （８ｍ））
＃ （９＆） Ｉ Ｃ９ｂ＞のインダクタンスがすべ
て等しいので、ブリッジ回路の出力端子に出力は現われ
ない。ところが回転軸（１）にトルクＴが加わると、第
１の磁性層（４）が圧縮応力を受けて透磁率が減少する
ため検出コイル（８ａ） 、 （ｓｂ）のインダクタン
スは減少し、他方第２の磁性層（６）が引張応力を受け
て透磁率が増大するため検出コイル（９ａ） ｅ （９
１））のインダクタンスは増大する。このためブリッジ
回路のバランスがくずれ、ブリッジ回路出力端には電源
Ｑｌの周波数と同一周波数の。
うに巻かれている。したがって検出コイル（８ａ） ？
（８ｂ）を一対ｔ （９ａ） ｅ （９ｂ）を一対と
して、第２図に示すようにブリッジ回路を構成しておけ
ば、無負荷時には検出コイル（８ａ） 、 （８ｍ））
＃ （９＆） Ｉ Ｃ９ｂ＞のインダクタンスがすべ
て等しいので、ブリッジ回路の出力端子に出力は現われ
ない。ところが回転軸（１）にトルクＴが加わると、第
１の磁性層（４）が圧縮応力を受けて透磁率が減少する
ため検出コイル（８ａ） 、 （ｓｂ）のインダクタン
スは減少し、他方第２の磁性層（６）が引張応力を受け
て透磁率が増大するため検出コイル（９ａ） ｅ （９
１））のインダクタンスは増大する。このためブリッジ
回路のバランスがくずれ、ブリッジ回路出力端には電源
Ｑｌの周波数と同一周波数の。
そして加えられたトルクに比例した大きさの振幅をもつ
出力信号ｖ（１が現われる。したがってこの出力ｖｏの
大きさを読み取れば、加えられたトルクＴの大きさを知
ることができる。出力”０の大きさは。
出力信号ｖ（１が現われる。したがってこの出力ｖｏの
大きさを読み取れば、加えられたトルクＴの大きさを知
ることができる。出力”０の大きさは。
例えばこれを増幅、整流２士滑することにより。
直流レベルとして読み出すこともできる。
なお、上記実施例では感度をよくする意味から第１．第
２の磁性層を複数条の磁性材とし、また第１．第２の検
出コイルをそれぞれ２本巻きとしてブリッジ回路に組み
上げる例を示したが、原理的には各磁性層は１本の磁性
材であってもよく。
２の磁性層を複数条の磁性材とし、また第１．第２の検
出コイルをそれぞれ２本巻きとしてブリッジ回路に組み
上げる例を示したが、原理的には各磁性層は１本の磁性
材であってもよく。
また各検出コイルも１本巻きとし、何らかの手段で雨検
出コイルの出力差を導出するようにしても所期の目的を
達成することができる。また上記説明では受動軸が回転
軸である場合について述べたが１回転軸に限定されるも
のでないことはいうまでもない。
出コイルの出力差を導出するようにしても所期の目的を
達成することができる。また上記説明では受動軸が回転
軸である場合について述べたが１回転軸に限定されるも
のでないことはいうまでもない。
［発明の効果］
以上のようにこの発明によれば、受側軸外周に。
互いに異なる方向でかつ軸方向に対し４５°の傾きをも
った２つの磁性層を固着し、これら各磁性層のそれぞれ
を包囲するように受動軸に回転対称に検出コイルを巻回
するものとしているから、軸の回転角依存性をもたせる
ことなく、かつ非接触でトルクを検出することができる
という効果を有する。
った２つの磁性層を固着し、これら各磁性層のそれぞれ
を包囲するように受動軸に回転対称に検出コイルを巻回
するものとしているから、軸の回転角依存性をもたせる
ことなく、かつ非接触でトルクを検出することができる
という効果を有する。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図で。
第２図はその出力回路図、第３図はこの発明の動作原理
を説明するための図であり９図において（１１は回転軸
などの受動軸、（４）は第１の磁性層、（６）は第２の
磁性層、 （８ａ） 、 （ａｂ）は第１の検出コイル
。 （９ａ） 、 （９ｂ）は第２の検出コイルである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人大岩 増雄 （ほか２名）
を説明するための図であり９図において（１１は回転軸
などの受動軸、（４）は第１の磁性層、（６）は第２の
磁性層、 （８ａ） 、 （ａｂ）は第１の検出コイル
。 （９ａ） 、 （９ｂ）は第２の検出コイルである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人大岩 増雄 （ほか２名）
Claims (3)
- （１）トルクを受ける受動軸の外周に、互いに異なる方
向でかつ軸方向に対し４５°の傾きをもつ、て固着され
た細長い磁性材からなる第１及び第２の磁性層、これら
各磁性層のそれぞれを包囲するように上記受動軸に所定
のギャップを隔てて巻回された第１及び第２の検出コイ
ルを備え、これら第１及び第２の検出コイルの出力差に
より上記受動軸に加わるトルクを検出するようにしたこ
とを特徴とするトルク検出装置。 - （２）磁性材が軟磁性の非晶質金属であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載のトルク検出装置。 - （３） 各磁性層がそれぞれ複数条の磁性材からなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のトルク検出
装置。 、（４）各検出コイルをそれぞれ巻数が等しい２つのコ
イルで構成し、これら４つのコイルにより交流ブリッジ
回路を構成することにより９両検出コイルの出力差を得
るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のトルク検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15372283A JPS6044839A (ja) | 1983-08-23 | 1983-08-23 | トルク検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15372283A JPS6044839A (ja) | 1983-08-23 | 1983-08-23 | トルク検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6044839A true JPS6044839A (ja) | 1985-03-11 |
Family
ID=15568664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15372283A Pending JPS6044839A (ja) | 1983-08-23 | 1983-08-23 | トルク検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6044839A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6288792A (ja) * | 1985-10-15 | 1987-04-23 | 三菱電機株式会社 | エレベ−タの荷重検出装置 |
| JPS62113037A (ja) * | 1985-11-13 | 1987-05-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | トルクセンサ |
| US4942771A (en) * | 1987-06-15 | 1990-07-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Magnetostriction type torque sensor |
| US4964308A (en) * | 1986-02-10 | 1990-10-23 | Shouichi Edo | Magnetostrictive device for measuring torsional torque |
| US5092182A (en) * | 1989-04-22 | 1992-03-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Strain detector |
-
1983
- 1983-08-23 JP JP15372283A patent/JPS6044839A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6288792A (ja) * | 1985-10-15 | 1987-04-23 | 三菱電機株式会社 | エレベ−タの荷重検出装置 |
| JPS62113037A (ja) * | 1985-11-13 | 1987-05-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | トルクセンサ |
| US4765192A (en) * | 1985-11-13 | 1988-08-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Torque sensor |
| US4964308A (en) * | 1986-02-10 | 1990-10-23 | Shouichi Edo | Magnetostrictive device for measuring torsional torque |
| US4942771A (en) * | 1987-06-15 | 1990-07-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Magnetostriction type torque sensor |
| US5092182A (en) * | 1989-04-22 | 1992-03-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Strain detector |
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