JPS61290338A - トルク検出器 - 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、非接触で、軸に伝わるトルクを検出するトル
ク検出器に関する 従来の技術 軸に伝わるトルクが正転のトルクか、逆転のトルクかを
検出できるトルク検出器として、第６図に示す構成のも
のがある。図中１は回転軸、３は磁歪を有する軟磁性層
、４はコイルで、軟磁性層と磁気回路を形成しており、
両端はインダクタンス検出回路５に結合しである。軟磁
性層３の固着の時、軸１にねじれを与えた状態で接着し
軸１のねじりをもどす事により、軟磁性層３中に一軸異
方性Ｋｕ　を与え、トルクが、正転のトルクか逆転のト
ルクかの検出を可能としている。

（例えば、特開昭５９−６１７３０　号公報゛）発明が
解決しようとする問題点 このような従来の構成のトルク検出器では、軟磁性層３
中に、一軸異方性Ｋｕ　を与える目的で、軸１にねじり
を与えた状態で軟磁性層３を軸１に直接接着した後、軸
１のねじりをもどしていた。

一般に、自動車のエンジン、モータ等の出力トルクは、
最大２０　Ｋｐ　ｍ程度あり、軸１の剛性も強く、ねじ
りを加えにくい材料である。このため、センサ作成時に
、軸１をねじるという作業は生産性を大きく低下させて
いた。

また、軸１に直接軟磁性層３を直接固着しており、温度
が変化すると軸１と軟磁性層３０線熱膨張差に起因して
、軟磁性層３の透磁率が変化し、問題となっていた。

問題点を解決するだめの手段 このため本発明のトルク検出器はトルクを伝達する軸の
外側に空隙を介して同心円上に円筒体を配置し、その円
筒体の両端部分を弾性体を介して前記軸に固定し、前記
円筒体の外周面上に一軸異方性の磁歪を有する軟磁性層
を固着し、さらにその外側に一定空隙を介して同心円状
にコイルを巻固しで、前記軟磁性層と前記コイルとを含
んで磁気回路を構成し、トルクにより軸に発生する歪を
前記回路のインダクタンス変化として検出するよう構成
され、前記一軸異方性の磁歪を有する軟磁性層は前記円
筒体にねじりトルクを加えた状態で磁歪を有する軟磁性
層を固着し、前記ねじりトルクを除去することにより形
成される。

作　　用 円筒体は小さなトルクでねじｐを生じせしめることがで
きるため、一軸異方性の磁歪を有する軟磁性層を形成す
ることが容易である。また、軸と軟磁性層の熱膨張差は
、前記弾性体で吸収することができ、軸の熱膨張の影響
は前記磁歪を有する軟磁性層に伝達しなくなる。

実施例 第１図に本発明による一実施例のトルク検出器の構造を
示す。１は、Ｆｅ系の一般に用いられるトルク伝達軸、
２は４２％Ｎｉ鋼梨の円筒体で両端部分を弾性体２ａを
介して固着部２ｂで、軸１に溶接しである。円筒体の外
周面上には、軟磁性層であるＦｅ　系の非晶質磁性合金
３がノ・ンダ付けしである。その外側には、一定空隙を
介して、コイル４が巻回してあり、インダクタンス検出
回路５に結合しである。

第２図は円筒体２の外周面上に、Ｆｅ系の非晶質磁性合
金３を固着する手順図であり円筒体２の両端にトルクＴ
を印加しく同図（−）　）　、非晶質磁性合金３を固着
しく同図中））、トルクＴを除去した後（同図（Ｃ））
、軸に、弾性体を介して取りつける（同図（ｄ））順に
行なった。

軸１．Ｆｅ系非晶質磁性合金３２円筒体２の線熱膨張率
は、それぞれ１３Ｘ１０−６（１／Ｘ）、８Ｘ１０−６
（１／Ｋ）、５Ｘ１０　　（１／Ｋ　）であり、Ｆｅ系
の非晶質磁性合金３と円筒体２の線熱膨張率差は３×１
０　　（１／Ｋ）となっている。

本発明による構造のトルク検出器の出力について以下説
明する。

第３図は、軸径２０ｍｍのトルク検出器に、トルクを、
−１０〜ｍ（逆転のトルク）〜＋１０＄ｍ（正転のトル
ク）を加えた時の出力曲線である。また温度、−３０℃
、３０℃、９０℃で測定した結果を示している。図より
明らかなように各温度でトルクの絶対値のみならず、正
転のトルクか逆転のトルクかの検出が可能である。

軸１をねじって作る従来のトルク検出器を、−１０％−
ｍ〜１０１５ｍのトルクレンジで絶対値のみならず、正
転のトルクか逆転のトルクかを検出できるようにするた
めには、作製時に、２ｏｏｍ以上の大きなトルクで軸１
をねじった状態で非晶質磁性合金３を接着する必要があ
った。このため、大型のトルク発生機等が必要であった
。本発明によるトルク検出器では、円筒体をねじるが、
この時必要なトルクは、１．ｓｌｊｍで良い。また、軸
のように大きな材料をねじる必要がなく小型の装置で十
分であり、生産性が非常に良くなる。

さらに、本発明によるトルク検出器は、温度特性も犬き
く改善できる。第４図に、一定トルク６１ｍ下で、−５
０℃〜１５０’（：、の温度変化をさせた時の、トルク
検出器の出力である。図中、破線は従来のトルク検出器
、実線は本発明によるトルク検出器の出力である。温度
変化が１０分の１以下となっている。これは、弾性体２
ａが軸１とＦｅ系の非晶質磁性合金の熱膨張差の約８０
係以上を吸収し、残り２０チの伸びは円筒体２の熱膨張
率に加算される。この結果、円筒体２０線熱膨張率が幾
分大きくなる。円筒体２の実効的な線熱膨張率が、Ｆｅ
系の非晶質磁性合金の線熱膨張率と一致した事によって
、トルク検出器の出力の温度変化が低減されている。

また、軸１が回転すると軸の偏心によってトルク検出器
の出力が変動していた。しかし、弾性部２ａは、偏心に
よる歪の吸収も行なうため回転下での安定性が上昇する
。

なお、円筒体としては、線熱膨張率７．８×１Ｏ−６（
１／Ｋ）の４５％Ｎｉ　　鋼を用いても同様の効果があ
った。軸１円筒体２と軟磁性層３の順に線熱膨張率が大
きく、円筒体２とＦｅ系の軟磁性合金３との差が３Ｘ１
０　　（１／Ｃ）であれば良い事が確認され、第３図に
示した結果と一致した。

発明の効果 本発明によれば、トルクの絶対値のみならず、正転のト
ルクか、逆転のトルクかの判別が出来、温度変化が小さ
く、回転下の信頼性の高い、作製容易なトルク検出器を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるトルク検出器の構造を
示す部分断面図、第２図は円筒体への軟磁性層の固着方
法を説明するための手順図、第３図はトルク検出器の出
力を示す特性図、第４図は一定トルク下でのトルク検出
器の温度特性図、第５図は従来のトルク検出器の構造を
示す部分断面図である。 １・・・・・・軸、２・・・・・・円筒体、２ａ・・・
・・・弾性体、２ｂ・・・・・・固着部、３・・・・・
・軟磁性層、４・・・・・・コイル、６・・・・・・イ
ンダクタンス検出回路、６・・・・・・一軸異方性。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名（−
−一釉 ２ｂ−−１！Ｊ１邦 ４−−−　：＋　（ル 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）トルクを伝達する軸の外側に空隙を介して同心円
   上に円筒体を配置しこの円筒体を弾性体を介して前記軸
   に固定し、前記円筒体の外周面上に一軸異方性の磁歪を
   有する軟磁性層を固着し、さらにその外側に一定空隙を
   介して同心円状にコイルを巻回して、前記軟磁性層と前
   記コイルとを含んで、磁気回路を構成し、トルクにより
   軸に発生する歪を前記回路のインダクタンス変化として
   検出するよう構成し、前記一軸異方性の磁歪を有する軟
   磁性層は、前記円筒体にねじりトルクを加えた状態で磁
   歪を有する軟磁性層を固着し、前記ねじりトルクを除去
   することにより形成されたトルク検出器。
2. （２）軸の膨張の一部を弾性体で吸収することにより軟
   磁性層と円筒体の実効的な線熱膨張率をほぼ一致させた
   特許請求の範囲第１項記載のトルク検出器。