JPS61195323A - 磁気ひずみを用いたトルクセンサ - Google Patents
磁気ひずみを用いたトルクセンサInfo
- Publication number
- JPS61195323A JPS61195323A JP60036107A JP3610785A JPS61195323A JP S61195323 A JPS61195323 A JP S61195323A JP 60036107 A JP60036107 A JP 60036107A JP 3610785 A JP3610785 A JP 3610785A JP S61195323 A JPS61195323 A JP S61195323A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- torque
- transmission shaft
- parts
- torque transmission
- transmitting shaft
- 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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- 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】
この発明は磁気ひずみ現象を用いたトルクセンサに関す
るものである。
るものである。
磁気ひずみ現象に基づくトルク検出原理は、トルク伝達
軸にトルクを加えるとトルク伝達軸方向と±４５°傾い
て生じる応力によりひずみが発生する結果、磁気ひずみ
現象によって、＋４５°方向と一４５°方向では透磁率
に差を生じることを利用したものである。この透磁率の
差を非接触で検出する方法として、文献（０゜Ｄａｈｌ
ｅ：ＡＳＥＡ ＪｏｕｒｎａｌＶｏｌ、３３．Ｎｏ、
３． ｐ、２３゜１９６０）に見られるような励磁用
磁芯と検出用磁芯からなる磁気ブリッジ回路を用いたト
ルクセンサが実用化されているが、回転中の平均トルク
しか検出できなく、構造が複雑であった。
軸にトルクを加えるとトルク伝達軸方向と±４５°傾い
て生じる応力によりひずみが発生する結果、磁気ひずみ
現象によって、＋４５°方向と一４５°方向では透磁率
に差を生じることを利用したものである。この透磁率の
差を非接触で検出する方法として、文献（０゜Ｄａｈｌ
ｅ：ＡＳＥＡ ＪｏｕｒｎａｌＶｏｌ、３３．Ｎｏ、
３． ｐ、２３゜１９６０）に見られるような励磁用
磁芯と検出用磁芯からなる磁気ブリッジ回路を用いたト
ルクセンサが実用化されているが、回転中の平均トルク
しか検出できなく、構造が複雑であった。
また、文献（Ｋ、−Ｈａｒａｄａ ｅｔ、ａｌ。
：ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎ Ｍａ
ｇｎｅｔ ｉｃｓ、Ｖｏ １．ＭＡＧ−１８、Ｎｏ、
６． ｐ、 １７６７、１９８２）に見られるような一
軸磁気異方性を与えたアモルファス磁性薄帯を用いたト
ルクセンサが提案されているが、測定できる最大トルク
が限られていた。また、接着剤を用いてアモルファス磁
性薄帯をトルク伝達軸に接着する構造のため、機械的強
度が弱い、接着時に不均一な内部応力が発生しやすい、
経時変化や温度変化が著しいなど、実用上ｍ要な欠陥を
含んでいた。
ｇｎｅｔ ｉｃｓ、Ｖｏ １．ＭＡＧ−１８、Ｎｏ、
６． ｐ、 １７６７、１９８２）に見られるような一
軸磁気異方性を与えたアモルファス磁性薄帯を用いたト
ルクセンサが提案されているが、測定できる最大トルク
が限られていた。また、接着剤を用いてアモルファス磁
性薄帯をトルク伝達軸に接着する構造のため、機械的強
度が弱い、接着時に不均一な内部応力が発生しやすい、
経時変化や温度変化が著しいなど、実用上ｍ要な欠陥を
含んでいた。
本発明は、こうした問題点を取り除（ため、トルク伝達
軸表面に、直接、磁気異方性を与えて、トルクセンサを
構成しようとするもので、非接触で、静止、正転および
逆転時における平均および瞬時トルクが検出できる特長
を有している。
軸表面に、直接、磁気異方性を与えて、トルクセンサを
構成しようとするもので、非接触で、静止、正転および
逆転時における平均および瞬時トルクが検出できる特長
を有している。
本発明の構造を、図面について説明すると、（イ）トル
ク伝達軸１は、第１図に示めすように、トルク伝達軸１
表面にトルク伝達軸母材と応力ひずみ特性あるいはひず
み磁気特性が異なる部分４および５を、それぞれ互いに
逆巻きの螺旋帯様に形成した磁気異方性部分２および３
を有している。この螺旋帯様は連続した形状のものに限
らず不連続なものでも良いし、また、その数は一つに限
らず複数でも良い。
ク伝達軸１は、第１図に示めすように、トルク伝達軸１
表面にトルク伝達軸母材と応力ひずみ特性あるいはひず
み磁気特性が異なる部分４および５を、それぞれ互いに
逆巻きの螺旋帯様に形成した磁気異方性部分２および３
を有している。この螺旋帯様は連続した形状のものに限
らず不連続なものでも良いし、また、その数は一つに限
らず複数でも良い。
このトルク伝達軸母材と応力ひずみ特性あるいはひずみ
磁気特性が異なる部分４および５をトルク伝達軸１表面
に螺旋帯様に形成する方法としては、 （ａ）高周波焼入れ法などを用いて、鋼などの金属材料
からなるトルク伝達軸１を部分焼入れして、螺旋帯様に
硬化させる。
磁気特性が異なる部分４および５をトルク伝達軸１表面
に螺旋帯様に形成する方法としては、 （ａ）高周波焼入れ法などを用いて、鋼などの金属材料
からなるトルク伝達軸１を部分焼入れして、螺旋帯様に
硬化させる。
（ｂ）蒸着法、スパッタ法、あるいはメッキ法などを用
いて、トルク伝達軸１表面にトルク伝達軸母材と応力ひ
ずみ特性あるいはひずみ磁気特性が異なる材料を螺旋帯
様に付着させる。
いて、トルク伝達軸１表面にトルク伝達軸母材と応力ひ
ずみ特性あるいはひずみ磁気特性が異なる材料を螺旋帯
様に付着させる。
（Ｃ）高エネルギー密度を持ったレーザビーム、電子ビ
ーム、あるいはイオンビームなどを用いるビーム加工法
により、鋼などの金属材料からなるトルク伝達軸１また
は異種材料を付着させたトルク伝達軸ｌを局部加熱また
は溶融した後自然急冷して、螺旋帯様に硬化、アモルフ
ァス化、あるいは合金化させる。
ーム、あるいはイオンビームなどを用いるビーム加工法
により、鋼などの金属材料からなるトルク伝達軸１また
は異種材料を付着させたトルク伝達軸ｌを局部加熱また
は溶融した後自然急冷して、螺旋帯様に硬化、アモルフ
ァス化、あるいは合金化させる。
（ロ）トルク伝達軸１の磁気異方性部分２および３を励
磁する励磁用巻線７と透磁率の変化に対応した誘起電圧
を検出する差動結合した検出用巻線８および９を巻枠６
に形成し、第２図に示すようなトルク検出部を構成する
。
磁する励磁用巻線７と透磁率の変化に対応した誘起電圧
を検出する差動結合した検出用巻線８および９を巻枠６
に形成し、第２図に示すようなトルク検出部を構成する
。
この場合、トルク伝達軸ｌの回りに取付けるのが容易な
分割型巻線を用いて、構成しても良い。
分割型巻線を用いて、構成しても良い。
（ハ）第３図に示すように、励磁用巻線６に電流を流す
ための交流励磁電源回路ｌＯ２透磁率の変化に対応して
差動結合した検出用巻線８および９に誘起される電圧を
検出するための同期整流回路１１および同期整流した電
気信号を表示するためのトルク表示回路１２からなる電
気的回路部を構成する。
ための交流励磁電源回路ｌＯ２透磁率の変化に対応して
差動結合した検出用巻線８および９に誘起される電圧を
検出するための同期整流回路１１および同期整流した電
気信号を表示するためのトルク表示回路１２からなる電
気的回路部を構成する。
この発明は、第１図に示すように、トルク伝達軸１表面
にトルク伝達軸母材と応力ひずみ特性あるいはひずみ磁
気特性が異なる部分４および５を、螺旋帯様に形成して
いる構造であるから、螺旋帯様に形成した部分は磁気異
方性を持つことになる。また、この磁気異方性部分２お
よび３は互いに逆巻きの螺旋帯様で形成されているので
、磁気異方性はトルク伝達軸１に垂直な平面に対して対
称となる。したがって、トルク伝達軸ｌにトルクを加え
れば、トルク伝達軸１表面の磁気異方性部分２および３
の透磁率に差を生じることになる。交流励磁回路１０か
ら励磁用巻線７に電流を流し、トルク伝達軸１表面の磁
気異方性部分２および３を励磁すれば、この透磁率の差
に対応した電圧が、差動結合した検出用巻線８および９
に誘起される。この誘起電圧を同期整流回路１１で同期
整流すれば、誘起電圧の位相はトルク方向に関係するの
で、トルクをその方向も含めて検出することができる。
にトルク伝達軸母材と応力ひずみ特性あるいはひずみ磁
気特性が異なる部分４および５を、螺旋帯様に形成して
いる構造であるから、螺旋帯様に形成した部分は磁気異
方性を持つことになる。また、この磁気異方性部分２お
よび３は互いに逆巻きの螺旋帯様で形成されているので
、磁気異方性はトルク伝達軸１に垂直な平面に対して対
称となる。したがって、トルク伝達軸ｌにトルクを加え
れば、トルク伝達軸１表面の磁気異方性部分２および３
の透磁率に差を生じることになる。交流励磁回路１０か
ら励磁用巻線７に電流を流し、トルク伝達軸１表面の磁
気異方性部分２および３を励磁すれば、この透磁率の差
に対応した電圧が、差動結合した検出用巻線８および９
に誘起される。この誘起電圧を同期整流回路１１で同期
整流すれば、誘起電圧の位相はトルク方向に関係するの
で、トルクをその方向も含めて検出することができる。
この場合、トルク伝達軸１内部の磁束変化は両方の検出
用巻線８および９に対して同相であるから、トルク伝達
軸１内部の影響は現れない。また、螺旋帯様の数を多く
することによって、検出用巻線８および９とトルク伝達
軸ｌの磁気的結合を完全な回転対称に近づけることがで
きるので、検出出力の回転角依存性がなくなり、瞬時ト
ルクの検出ができる。さらに、交流励磁回路１０の励磁
周波数を十分高くすることによって、トルク伝達軸１内
部への磁束の侵入を小さくすることができ、検出感度を
上げることができる。
用巻線８および９に対して同相であるから、トルク伝達
軸１内部の影響は現れない。また、螺旋帯様の数を多く
することによって、検出用巻線８および９とトルク伝達
軸ｌの磁気的結合を完全な回転対称に近づけることがで
きるので、検出出力の回転角依存性がなくなり、瞬時ト
ルクの検出ができる。さらに、交流励磁回路１０の励磁
周波数を十分高くすることによって、トルク伝達軸１内
部への磁束の侵入を小さくすることができ、検出感度を
上げることができる。
このように本発明の磁気ひずみを用いたトルクセンサは
、構造が簡単丈夫で、非接触で、静止、正転、あるいは
逆転時における平均および瞬時のトルクが検出できるな
ど多くの点で従来のトルクセンサの問題点を解決してい
る。
、構造が簡単丈夫で、非接触で、静止、正転、あるいは
逆転時における平均および瞬時のトルクが検出できるな
ど多くの点で従来のトルクセンサの問題点を解決してい
る。
第１図は本発明の要部であるトルク伝達軸の構造を示し
た概略図である。第２図は本発明のトルク検出部の断面
図である。第３図は本発明の電気的部分の概略図である
。 １はトルク伝達軸 ２および３は磁気異方性部分 ４および５はトルク伝達軸母材と応力ひずみ特性あるい
はひずみ磁気特性が異なる部分６は巻枠 ７は励磁用巻線 ８および９は検出用巻線 １０は交流励磁回路 １１は同期整流回路 １２はトルク表示回路
た概略図である。第２図は本発明のトルク検出部の断面
図である。第３図は本発明の電気的部分の概略図である
。 １はトルク伝達軸 ２および３は磁気異方性部分 ４および５はトルク伝達軸母材と応力ひずみ特性あるい
はひずみ磁気特性が異なる部分６は巻枠 ７は励磁用巻線 ８および９は検出用巻線 １０は交流励磁回路 １１は同期整流回路 １２はトルク表示回路
Claims (1)
- トルク伝達軸（１）母材と応力ひずみ特性あるいはひ
ずみ磁気特性が異なる部分（４）および（５）をそれぞ
れ互いに逆巻きに連続または不連続な一つまたは複数の
螺旋帯様に形成した磁気異方性部分（２）および（３）
を有するトルク伝達軸（１）と、トルク伝達軸（１）の
回りに巻いた励磁用巻線（７）と差動結合した検出巻線
（８）および（９）からなるトルク検出部分と、交流励
磁回路（１０）、同期整流回路（１１）およびトルク表
示回路（１２）からなる電気的部分によって構成される
トルクセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60036107A JPS61195323A (ja) | 1985-02-25 | 1985-02-25 | 磁気ひずみを用いたトルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60036107A JPS61195323A (ja) | 1985-02-25 | 1985-02-25 | 磁気ひずみを用いたトルクセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61195323A true JPS61195323A (ja) | 1986-08-29 |
Family
ID=12460546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60036107A Pending JPS61195323A (ja) | 1985-02-25 | 1985-02-25 | 磁気ひずみを用いたトルクセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61195323A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6420678A (en) * | 1987-07-16 | 1989-01-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Torque sensor |
| WO1989000770A1 (en) * | 1987-07-21 | 1989-01-26 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Production of stress sensor |
| US4882936A (en) * | 1986-12-05 | 1989-11-28 | Mag Dev Inc. | Magnetoelastic torque tool |
| US4896544A (en) * | 1986-12-05 | 1990-01-30 | Mag Dev Inc. | Magnetoelastic torque transducer |
| US7363827B2 (en) | 2005-10-21 | 2008-04-29 | Stoneridge Control Devices, Inc. | Torque sensor system including an elliptically magnetized shaft |
| US7469604B2 (en) | 2005-10-21 | 2008-12-30 | Stoneridge Control Devices, Inc. | Sensor system including a magnetized shaft |
| CN108519180A (zh) * | 2018-03-31 | 2018-09-11 | 天津大学 | 一种基于电镀镍弾性轴的扭矩测量方法 |
-
1985
- 1985-02-25 JP JP60036107A patent/JPS61195323A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4882936A (en) * | 1986-12-05 | 1989-11-28 | Mag Dev Inc. | Magnetoelastic torque tool |
| US4896544A (en) * | 1986-12-05 | 1990-01-30 | Mag Dev Inc. | Magnetoelastic torque transducer |
| JPS6420678A (en) * | 1987-07-16 | 1989-01-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Torque sensor |
| WO1989000770A1 (en) * | 1987-07-21 | 1989-01-26 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Production of stress sensor |
| US7363827B2 (en) | 2005-10-21 | 2008-04-29 | Stoneridge Control Devices, Inc. | Torque sensor system including an elliptically magnetized shaft |
| US7469604B2 (en) | 2005-10-21 | 2008-12-30 | Stoneridge Control Devices, Inc. | Sensor system including a magnetized shaft |
| US7895906B2 (en) | 2005-10-21 | 2011-03-01 | Stoneridge Control Devices, Inc. | Sensor system including a magnetized shaft |
| US8001850B2 (en) | 2005-10-21 | 2011-08-23 | Stoneridge Control Devices, Inc. | Sensor system including a magnetized shaft |
| CN108519180A (zh) * | 2018-03-31 | 2018-09-11 | 天津大学 | 一种基于电镀镍弾性轴的扭矩测量方法 |
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