JPS6079239A - 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】 （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、１ｑに捩じれ
方向の検出が可能で、かつ良好な耐久性および高い検出
感度の得られる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＋１１＋に捩じｉ’１．
　ｌ−ルクを加え／ｊ場合、軸素祠の歪が被測定軸の中
心８１１よりも軸表面部において人さくなることが知ら
れている。

そこで゛、磁歪式の１−ルク検出装冒を用いＣ被測定軸
に加えられた１〜ルクを検出Ｊるには、励磁−１イルか
ら発Ｕられる磁束をなるべく被８１１１定Ｑ１１１のＱ
＋ｌ＋表面部表面約１大きな歪の生ずる部分に集中さＩ
ることが望ましい。

そして、従来、被測定軸の軸表面部（９二磁束を集中さ
せなが１うトルクを検出づる１〜ルク検出方法としては
、例えば持分１１ｆｔ　Ｆ５２　１　’ｌ　９　Ｂ　５
号公報に示されるものが知られているう この方法は、被測定軸の軸表面部に磁歪４Ａ利の被膜層
を電気メッキ、溶融？！♂ｉメツ：ｌ゛、金属溶０・１
法もしくは真空蒸着法等によつ＝（形成し、励磁−１イ
ルからの磁束を被測定軸の軸表面部の磁歪月利に集中さ
けて捩じれトルクを検出しようどしたしのである。

しかしイｆ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’ｌ’ｌｌｌ　１に幻しでノ１−右
何れの方向の捩じれ１〜ルクが加えられても、被測定軸
１の磁歪′４ＡＭ’ｌの透磁率変化が同じであるため、
検出二１イルに発生ずる誘導起電力Ｆｐは、第１図に承
りようにその絶対値が同じどなる。

そのため、被測定’ｌ１１１１１　ｔこ加えられた捩し
れ方向の検出が困）！１［であり、捩じれ１−ルクの検
出が不充分ならのどなっている。

さらに、被測定軸の外周に異種月Ｍ’ｉ＋の被Ｉｌシ）
が積層された構成どなっており、被測定軸と被膜層の界
面において異種材）ｌ’ｌ同士が密るし、この密着強度
によって被膜層が保護される昂１成どなっているので、
環境の温度変化や、被測定軸自体の湿匪変化が大きい状
況下で長峙間使用りるど、被測定軸と被膜の熱膨張係数
の差によっで被膜層が被Ｉｌｌ定軸該表面から剥離、脱
落し易い欠点がある。

また、トルク変動の人込４＾状況の下で使用覆る場合に
は、被測定軸と被膜層の弾性率の違いがらＶん断応ノＪ
が界面部に作用して、〜１）はり長時間の使用により被
膜が剥＋１ｔｆｌ　、　Ｉｎ）落し易い動点がある。

このＪ、うな状況のもどにあ−）で、−［述のＩｉ法は
、特に、自動車の」−ンジンのｉ〜ルクの検出に、１３
い（は、長時間に口る高い検出感度を確保りることが極
めて回動Ｃあった。

（発明の目的） 本発１！ｌ］は、被測定軸に加えら１′ＩＩＪ捩じ４’
１．　ｌ−ルクの方向の検出が可能で゛あるうえ、被測
定軸に形成された磁歪４Δ別の剥１ｌＩ１客が生じにく
く、耐久（！１．１．Ｊ：浸れ、か°つ高い検出感度の
１！７られる［・ルク検出装間の提供を目的どりる。

（発明の構成） １記目的を達成するために本発明は、被測定軸の１ｈ１
１表面部に高透磁ヤ膜を形成し、口の高透＋、ｉト＋’
。

肱が、適宜間隔角になされた複数の螺旋状の溶接によっ
て前記被測定１１１１ｂに溶面されでいることを・１゛
１徴とするものぐある。

（実施例の説明） 以下、本発明の一実施例を第２図以−［・の図面を用い
て詳細に説明する。

同図は本発明の１〜ルク検出）ムｉＦｌ　Ｏ）一実施例
を承り概略断面図である。

第２図にａ３いて、鉄銅等からなる棒状の被測定軸１の
軸表面部には、第３図に承りように、高透磁率膜部祠ど
じ−Ｃの磁歪膜２が巻回形成されている。

この磁歪１ｊジ２は、高透磁ｙシを右し、かつ磁気歪効
果の高い磁歪材料、例えば、鉄系＜「ｅ−ｓ；−］３系
）のアモルファス磁性合金の簿膜帯からなり、所定の間
隔毎に複数条の溶接帯３が、レーザ溶接もしくは電子ビ
ーム溶接にＪ、っ（’　！ｌ！Ｉｆｆ旋状に形成され（
いる。

なＪ３、レーリ゛溶接によっ−（、形成される溶接帯３
は、第１図に示す展開図においでは、斜め方向、りなわ
ら捩じれ［−ルクにλＪ　シーｔ　（ｔｒｉ斜りる方向
に形成されている。

なｄ３、磁歪膜２にお（］る溶接’ｌ：’　ｊ３１よ、
」記溶接時に、溶融後結晶化づることにより、透磁率が
著しく低下し−（いる。

例えば、鉄系のアモルファス磁性合金の場合、アしルフ
７スの状態Ｃ初透磁率が１００００程磨であるのに対し
で、Ｅ５００〜６００′Ｇの加熱にＪ、って結晶化り−
ると、初透磁率が約１０　Ｃ）以上に（Ｉｆ手づる。

また、シー１１溶接以外の他の溶接法、例えＬＪ：　’
ｉ’−り溶接、ガス溶接、スポット溶接等は、゛（の熱
影響が大きく、ぞの熱がアーＬルノノ・スｋＡｉ　１！
１合金薄帯全域に及／υで、結晶化領域が拡がり、ま〕
こ熱４５によっＣ全体的に透磁率が低下りるのであ：↓
す（Ｉｆましくない。最も他の磁１月判を用いる場合に
（３１その使用が可能で・ある場合しある。

このように、上記溶接帯３が但透磁辛どなることによっ
て、磁歪膜２には、溶接帯ζ３に挾まれた高透磁率帯４
が螺旋状に複数形成されｌζＢ４造とｈ−）（いる。

さらに、第２図に戻って、磁歪膜２の外周には、励磁」
−イル！′５および検出コイル６が１：Ｌいに密接し、
かつ被測定１１＋　１に対して同軸的に配置されている
、。

励磁＝１イル５おＪ：び検出コイル６には１例えＩＪパ
ーマロイ等の高い透磁率物質からなるヨ：１−り７が被
測定軸１に対して間隔をおくＪ、うに被ＵらＪｌている
。

次に、本実施例のトルク検出装置の動作を、第５図の特
＋Ｌ図を用いて説明する。

まり゛、所定の振幅ａりＪ：び周波数の高周波電流を励
磁コイル５に流すと、励磁コイル５から磁束が発生づる
。被測定軸１の軸表面部には高い透磁率の磁歪膜２があ
るので、励磁コイル５からの磁束によってヨーク７　ａ
よび磁歪膜２を通る磁気回路が形成される。

ここて、時刻［にｄ３いて検出＝１イル６内を０通する
磁束をφ＜１＞どし、検出コイル６の巻数を１とＪるど
、検出コイル６に生ずる誘導起電カドｐは、 Ｌｐ＝＝Ｎ（ｄφ（ｔ、）／ｄｔ）　・・・（１）で示
される。

従って、トルクを検１１１づべき被測定軸１に捩じれト
ルクが加わると、磁歪膜２にその歪が伝わって検出］イ
ル６内を貞通ずる磁束が変化し、上記（１）式のｄψ（
ｔ）／ｄｔが変化して誘導起電力Ｅｐが変化し、検出出
力か１１１られる。

この場合、磁歪膜２にＪ３い−（螺旋状の溶１’８　’
ｉｉ！ペミ領域は、溶接時の加熱にＪ：す７”Ｅルノ／
・ス１ｉｆ１１１）１合金が一部結晶化して透磁率が低
十しくいるの（、磁力線Ｍは溶接帯３で挾まれたアモル
ノノ・ス妊目１１合金状態の部分、す＜Ｔわりｌ！′！
ｌ透磁率化４を良く通ることになる。

そして、被測定軸１に対して、例えばある方向くこれを
右回転どづる）に捩しれ１ヘルクが加；〕るど、磁歪膜
２は、第４図に示】１高透磁率ぜｔ！／′Ｉ　Ｏ）　Ｉ
、手方向に引っ張り変形を受りる。これｔＪ、Ｊ、・−
＞　Ｕ　磁歪膜２には、正の磁歪が働いてその透磁率が
増加する特性をイ１づ−るため、検出二１イル６内をＵ
１通りる１娃束φ（１）が増加りる。しか１〕、周波数
は変化しないので、上記（１〉式に承り（１φ（＋、　
）　、、／（口が増加し、誘導起電力１−１１が増入り
る。

一方、被測定軸１に対して、前記とｔ、Ｌ逆り向（左回
転どする）の捩じれ１〜ルクが加わると、）イ（：歪膜
２は第４図に承り高透磁率帯４の長子方向に圧縮変形を
受り、磁歪膜２にｐの磁歪が動いてその透磁率が減少し
、高透碓長率膜帯４を通過Ｊる磁束φ（１）が減少して
誘導起電力Ｅ　１１が減少する。

そして、上記引っ張りＪ３よびＬに縮による磁歪膜２の
透磁率の変化；ｒは、被測定軸１に対する印加トルクの
変化に比例するので、結局、第５図に示ずように印加さ
れたｌ−ルクの方向によって、その変化に対して出力が
直線的に増加あるいは減少することどなり、誘導起電力
１三ｐによって上記印加トルクの方向を検出覆ることが
可能となる１゜また、被測定軸１にアモルファス磁性合
金からなる単−栴成の磁歪膜２を溶接りる際に、磁歪膜
２の固首ど、ｉ〜ルク方向が検出可能な螺旋状の高透磁
率帯４の形成が同時に行なえるの（・、製造が間中どく
蒙る。また、温度変化等によって溶接帯３に生じる歪は
、非溶接の高透磁率帯４によって歪が吸収されるため、
磁歪膜２の剥離等が生じ知く。

耐久性が向上づ−る。

なお、上記磁歪膜２を被測定軸１に溶接回層するための
溶接帯３の幅は磁束の洩れが無視できる位に設定するの
が良い。また、被測定１１ｉｂ　１どしては非磁性月才
３）を用いる口とが望ｊしいが、被測定軸１の透磁率に
対して、磁歪膜２の畠透磁宇シ１シ４の透磁率の方が人
さい揚台にはこの限り−Ｃ（よない。

なａ３、ト述の実施例で番、１、磁歪膜２はアしルノア
ス磁性合金に限定されるもの（はなく、他の磁歪膜を用
いることが可能である、１ ま１ｃ、検出二１イル６にあっ゛（も、磁束を検出りる
従来公知の手段例えばホール素子等を用いることが’ｉ
Ｕ　ＩＪＩｉであるし、その他、励磁１イルど検出＝１
イルとを交叉ざＶて４する１−ルク検出装首にａ５い（
し本発明を適用（きることは古うまでもイｉい、１（発
明の効果） 以−１説明したように、本発明の１−ルク検出Ｋ　７ｔ
は、捩じれトルクの方向を検出づるこがｉ＋］能どくす
るどともに、高透磁率膜の剥前舌が〈１じツ１１＜、温
度変化や１−ルク変動に対しての耐久（’Ｉ−か１ｕり
１′（、かつ安定し・た検出信号が得られることと＜ｆ
ｆ１−ｉｊ＞。

従って、特に自動車のＪ−レジン１〜ルク智の検出にお
いて、本発明トルク検出装置はＬｌｉめて有用Ｃある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のトルク検出ジノ法による出力特性図、第
２図は本発明のトルク検出装首の一実施例を承り概略断
面図、第３３図は第２図の被測定軸を示づ正面図、第４
図は第２図に示す高透磁宰膜部刊の展開図、第５５図は
第２図の１〜ルク検出装ｈ゛の出力特性図である。 １・・・被測定軸 ２・・−磁歪膜（高透磁率膜） ３・・・溶接り↑１・ ４・・・高透磁率帯 ５・・・励磁二１イル ６・・・検出ｍｌイル ７・・・ヨーク 特ｉＱ出願人 ］−１片自動中株式会ネ１ 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定軸ど； 前記被測定軸の軸表面部に形成された高透磁率膜部月と
   ； 前記高透磁率膜を磁路の一部とする磁気回路を形成づる
   励磁コイルと； 前ｉ；Ｌ！高透磁率膜を通る磁束の磁歪成分を検出りる
   検出器を具備してなる１ヘルク検出装置にＪ５いて；前
   記ＴＦＪ透磁率膜は、適宜間隔毎になされた複数の螺旋
   状の溶接によって前記被測定軸に溶着されでいることを
   特徴どづるトルク検出、１？置。