JPS6153535A - トルクセンサ - Google Patents
トルクセンサInfo
- Publication number
- JPS6153535A JPS6153535A JP17522984A JP17522984A JPS6153535A JP S6153535 A JPS6153535 A JP S6153535A JP 17522984 A JP17522984 A JP 17522984A JP 17522984 A JP17522984 A JP 17522984A JP S6153535 A JPS6153535 A JP S6153535A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- torque
- magnetic alloy
- amorphous magnetic
- transmission shaft
- sensor
- 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
-
- G—PHYSICS
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- 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
- G01L3/103—Details about the magnetic material used
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (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】
（産業上の利用分野）
本発明は静止あるいは回転トルクを磁気により検出する
トルクセンサに関するものである。
トルクセンサに関するものである。
（従来例の構成とその問題点）
動力の伝達中＋ｌ＋から直接１ヘルクを検出し、動力系
の制御を行なうことが、自動車をはじめ種々の分野で考
えられている。この１〜ルクを検出するセンサとしては
、トルク伝達軸のねじれ量を直接検出するものと、トル
ク伝達軸に生じた応力を検出するものがある。前者の代
表的なものには、第１図（ａ）に示すようにトルク伝達
１１！１Ｉ１１」二の一定距離を隔てた２ケ所に歯車２
，２′を固定し、トルクにより生じるこの歯車の歯の元
の位置がらのずれを光学的手段３等で検出し、軸のねじ
れ量を正確に検知し軸材料とその形状によりトルクを検
出するトルクセンサがある。このとき１〜ルクＴは次式
で求められる。
の制御を行なうことが、自動車をはじめ種々の分野で考
えられている。この１〜ルクを検出するセンサとしては
、トルク伝達軸のねじれ量を直接検出するものと、トル
ク伝達軸に生じた応力を検出するものがある。前者の代
表的なものには、第１図（ａ）に示すようにトルク伝達
１１！１Ｉ１１」二の一定距離を隔てた２ケ所に歯車２
，２′を固定し、トルクにより生じるこの歯車の歯の元
の位置がらのずれを光学的手段３等で検出し、軸のねじ
れ量を正確に検知し軸材料とその形状によりトルクを検
出するトルクセンサがある。このとき１〜ルクＴは次式
で求められる。
Ｔ＝ｋ（１
ｋ ： （ｉｌＩｌ材料、形状で決定する定数、 ０
：ねじれ量このセンサは原理が前車であり、がっ高精度
であるが、検出部の軸に大きなねじれ量が得られる材料
または構造が必要であり、ねじれ量検出手段を加えると
、大型化、形状制限などの種々の制限が生じるため汎用
トルクセンサとして容易に使用することかできない。ま
た後者の代表的なものに第１図（ｂ）に示すように１〜
ルク伝達：ｌｉ＋ｈ ｌ上に歪ゲージ３を接着し、その
抵抗変化で応力を検出するもの、あるいは第１図（Ｃ）
に示すように伝達軸１またはその表面層に磁歪を有する
磁性材料４を設け。
：ねじれ量このセンサは原理が前車であり、がっ高精度
であるが、検出部の軸に大きなねじれ量が得られる材料
または構造が必要であり、ねじれ量検出手段を加えると
、大型化、形状制限などの種々の制限が生じるため汎用
トルクセンサとして容易に使用することかできない。ま
た後者の代表的なものに第１図（ｂ）に示すように１〜
ルク伝達：ｌｉ＋ｈ ｌ上に歪ゲージ３を接着し、その
抵抗変化で応力を検出するもの、あるいは第１図（Ｃ）
に示すように伝達軸１またはその表面層に磁歪を有する
磁性材料４を設け。
これらの磁性変化によって応力を検知するものがある。
これらは比較的単純な手段であり、いかなる場所にでも
簡単に設置できるなどの特徴を有し、特に磁気式のもの
はトルク伝達軸と非接触での検知が可能であり、回転軸
のトルク測定にはスリップリング等で出力を軸から取り
出す歪ゲージ方式のものより適している。しかし、この
磁気トルクセンサにも次のような欠点が存在する。
簡単に設置できるなどの特徴を有し、特に磁気式のもの
はトルク伝達軸と非接触での検知が可能であり、回転軸
のトルク測定にはスリップリング等で出力を軸から取り
出す歪ゲージ方式のものより適している。しかし、この
磁気トルクセンサにも次のような欠点が存在する。
すなわち、
（１）トルク伝達軸自体を高磁歪、高透磁率を有する磁
性材料で形成することが望ましいが、トルク伝達軸には
機械的強度が要求されるため、これまで適した材料が得
られなかった。
性材料で形成することが望ましいが、トルク伝達軸には
機械的強度が要求されるため、これまで適した材料が得
られなかった。
（２）高磁歪、高透磁率アモルファス磁性合金薄帯をト
ルク伝達軸表面層に接着する方法などが考えられている
が、接着の際の応力の解除がむずかしくこの応力が磁気
特性に大きな影響を与えるため、均一なセンサ出力を得
ることが極めて難しい欠点があった。
ルク伝達軸表面層に接着する方法などが考えられている
が、接着の際の応力の解除がむずかしくこの応力が磁気
特性に大きな影響を与えるため、均一なセンサ出力を得
ることが極めて難しい欠点があった。
（発明の目的）
本発明の目的は、従来の欠点を解消した磁気式トルクセ
ンサを提供することである。
ンサを提供することである。
（発明の構成）
本発明のトルクセンサはトルクを伝達する軸の一部に磁
歪を有する磁性体を設け、生じた歪による透磁率変化に
よってトルクを検出するトルク検出手段において、検出
部軸材料主部を磁歪を有するアモルファス磁性合金で構
成したものである。
歪を有する磁性体を設け、生じた歪による透磁率変化に
よってトルクを検出するトルク検出手段において、検出
部軸材料主部を磁歪を有するアモルファス磁性合金で構
成したものである。
またトルクセンサ部のトルク伝達軸の構成においてアモ
ルファス磁性合金層が５０１重量比以上であるものであ
る。
ルファス磁性合金層が５０１重量比以上であるものであ
る。
（実施例の説明）
本発明による実施例を第２図ないし第５図に基づいて説
明する 第２図（ａ）は本発明の第１実施例の断面図であす、第
２図（ｂ）は第２図（ａ）のＸ−Ｘの断面図である。同
図においてトルク伝達１１ｉ１１１１１の部分に飽和磁
歪λ、＝３３ Ｘ ｔｏ−’のＦｅ＋ ｅ Ｓｌｅ Ｂ
ｉ ４ （数字は原子％）なるアモルファス磁性合金巻
回層１２を固定部１３で固定し、アモルファス磁性合金
巻回ＦＪ１２の外側に回軸状にコイル１４を巻回し、軸
に伝達されるトルクによって生じるアモルファス磁性合
金によるインダクタンス変化を電気回路１５によって検
出する。
明する 第２図（ａ）は本発明の第１実施例の断面図であす、第
２図（ｂ）は第２図（ａ）のＸ−Ｘの断面図である。同
図においてトルク伝達１１ｉ１１１１１の部分に飽和磁
歪λ、＝３３ Ｘ ｔｏ−’のＦｅ＋ ｅ Ｓｌｅ Ｂ
ｉ ４ （数字は原子％）なるアモルファス磁性合金巻
回層１２を固定部１３で固定し、アモルファス磁性合金
巻回ＦＪ１２の外側に回軸状にコイル１４を巻回し、軸
に伝達されるトルクによって生じるアモルファス磁性合
金によるインダクタンス変化を電気回路１５によって検
出する。
このトルクセンサはそのセンサ部が全てアモルファス磁
性合金によって構成されるため、機械的強度は鋼で形成
される伝達軸の部分に比べ１．５倍大きくなる。またイ
ンダクタンス出力変化も、トルク伝達軸表面Ｒｇにだけ
アモルファス磁性合金層を形成したものにくらべ、１０
０ｋｌｌｚ以下の周波数領域で２．５倍以上になる。
性合金によって構成されるため、機械的強度は鋼で形成
される伝達軸の部分に比べ１．５倍大きくなる。またイ
ンダクタンス出力変化も、トルク伝達軸表面Ｒｇにだけ
アモルファス磁性合金層を形成したものにくらべ、１０
０ｋｌｌｚ以下の周波数領域で２．５倍以上になる。
第３図は本発明による第２実施例のセンサ部分の一部断
面図である。同図においてトルク伝達軸２１の一部分に
、飽和磁歪λ、＝２３ Ｘ １０”’のＦｅ、Ｃｒ、、
５ｉ１３０゜（数字は原子χ）のアモルファス磁性合金
層２２を、加工したψ＋Ｈ１″上に溶射法によって形成
する。アモルファス層２２の外側に同軸」二にコイル２
３およびフェライト製筒２４を設置する。伝達軸２１上
に形成したアモルファス層２２の磁気特性は、軸に伝達
されるトルクによって変化する。この変化をアモルファ
ス層２２、コイル２３、フェライト製筒２４およびイン
ダクタンス測定器２５で構成された磁気凹路によりイン
ダクタンス変化として検出し、軸に伝達する１−ルクを
８１１１定する。この１−ルクセンサの機械的強度は鋼
で形成される伝達軸の部分に比べ、１．２倍大きくなる
。またインダクタンス出力変化も、１−ルク伝達軸表面
層に３０μｎ１の厚さの溶射アモルファス磁性合金層を
形成したものに比へ１００ｋｌｆｚ以下の周波数領域で
２倍以上となった。
面図である。同図においてトルク伝達軸２１の一部分に
、飽和磁歪λ、＝２３ Ｘ １０”’のＦｅ、Ｃｒ、、
５ｉ１３０゜（数字は原子χ）のアモルファス磁性合金
層２２を、加工したψ＋Ｈ１″上に溶射法によって形成
する。アモルファス層２２の外側に同軸」二にコイル２
３およびフェライト製筒２４を設置する。伝達軸２１上
に形成したアモルファス層２２の磁気特性は、軸に伝達
されるトルクによって変化する。この変化をアモルファ
ス層２２、コイル２３、フェライト製筒２４およびイン
ダクタンス測定器２５で構成された磁気凹路によりイン
ダクタンス変化として検出し、軸に伝達する１−ルクを
８１１１定する。この１−ルクセンサの機械的強度は鋼
で形成される伝達軸の部分に比べ、１．２倍大きくなる
。またインダクタンス出力変化も、１−ルク伝達軸表面
層に３０μｎ１の厚さの溶射アモルファス磁性合金層を
形成したものに比へ１００ｋｌｆｚ以下の周波数領域で
２倍以上となった。
またインダクタンス測定において、直流バイアス磁界を
１−ルクセンサに印加するとさらに出力を向上すること
ができ、かつ温度変化にも安定な出力を示す１−ルクセ
ンサが作製可能である。
１−ルクセンサに印加するとさらに出力を向上すること
ができ、かつ温度変化にも安定な出力を示す１−ルクセ
ンサが作製可能である。
第４図は、本発明の第３実施例のセンサ部分の一部断面
図である。同図において１−ルク伝達軸３１の一部分に
、飽和磁歪λ、＝３０ Ｘ １０−’のＦｅ５ｏ１３ｚ
ｏ（数字は原子％）なるアモルファス磁性合金層３２を
、加工した軸３１′上にアモルファス磁性薄帯を巻回し
。
図である。同図において１−ルク伝達軸３１の一部分に
、飽和磁歪λ、＝３０ Ｘ １０−’のＦｅ５ｏ１３ｚ
ｏ（数字は原子％）なるアモルファス磁性合金層３２を
、加工した軸３１′上にアモルファス磁性薄帯を巻回し
。
その薄帯間を樹脂固着して形成する。アモルファス層３
２の外側にコイル３３及び高透磁率をもつアモルファス
製筒３４を設置する。伝達軸３１上に形成したアモルフ
ァス層３２の磁気特性は、軸に伝達されるトルクによっ
て変化する。この変化をアモルファス層３２、コイル３
３、アモルファス製筒３４およびインダクタンス測定器
３５で構成された磁気回路によりインダクタンス変化と
して検出し、軸に伝達するトルクを測定する。このトル
クセンサの機械的強度は鋼で形成される伝達軸の部分に
比べて２倍大きくなる。またインダクタンス出力変化も
、１〜ルク伝達軸表面層に１巻回したアモルファス磁性
薄帯層を形成したものに比べ、１００ｋｌ（ｚ以下の周
波数領域で、２倍以上となる。本発明のセンサ構成部ト
ルク伝達軸は、軸部材上にアモルファス磁性合金層を形
成していて、このトルク伝達軸基材とアモルファス磁性
合金層の構成比（重量比）は１：４であり、アモルファ
ス層が８０％を占めたが、１前記の機械的強度、磁性特
性の向上効果は、第５図に示すように構成比においてア
モルファス磁性合金層が５０重量１以上のとき、特に顕
著である。
２の外側にコイル３３及び高透磁率をもつアモルファス
製筒３４を設置する。伝達軸３１上に形成したアモルフ
ァス層３２の磁気特性は、軸に伝達されるトルクによっ
て変化する。この変化をアモルファス層３２、コイル３
３、アモルファス製筒３４およびインダクタンス測定器
３５で構成された磁気回路によりインダクタンス変化と
して検出し、軸に伝達するトルクを測定する。このトル
クセンサの機械的強度は鋼で形成される伝達軸の部分に
比べて２倍大きくなる。またインダクタンス出力変化も
、１〜ルク伝達軸表面層に１巻回したアモルファス磁性
薄帯層を形成したものに比べ、１００ｋｌ（ｚ以下の周
波数領域で、２倍以上となる。本発明のセンサ構成部ト
ルク伝達軸は、軸部材上にアモルファス磁性合金層を形
成していて、このトルク伝達軸基材とアモルファス磁性
合金層の構成比（重量比）は１：４であり、アモルファ
ス層が８０％を占めたが、１前記の機械的強度、磁性特
性の向上効果は、第５図に示すように構成比においてア
モルファス磁性合金層が５０重量１以上のとき、特に顕
著である。
（発明の効果）
本発明によれば、アモルファス磁性合金は、極めで弾性
領域が広く、かつ強度も極めて大きく、かつアモルファ
スの構造上、異方性をもたないため、高透磁率を有する
磁性合金が容易に得られ、磁歪の大きさもその組成によ
り容易に調整できる。
領域が広く、かつ強度も極めて大きく、かつアモルファ
スの構造上、異方性をもたないため、高透磁率を有する
磁性合金が容易に得られ、磁歪の大きさもその組成によ
り容易に調整できる。
このような特性を利用したトルクセンサは、センサ部の
伝達軸強度を従来の軸材料の１．２ないし２倍に高める
ことができ、かつ軸向体のアモルファス磁性合金を用い
るため、その出力感度を伝達軸表面層にアモルファス磁
性合金層を形成したものにくらべ２倍以上に向上するこ
とができた。
伝達軸強度を従来の軸材料の１．２ないし２倍に高める
ことができ、かつ軸向体のアモルファス磁性合金を用い
るため、その出力感度を伝達軸表面層にアモルファス磁
性合金層を形成したものにくらべ２倍以上に向上するこ
とができた。
このように本発明によるトルクセンサは、機械的強度部
１１・″′出Ｉ増灯１す３′ｊれた効果がある。
１１・″′出Ｉ増灯１す３′ｊれた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の各種１−ルクセンサの斜視図、第２図な
いし第４図は本発明の各種実施例の断面図、第５図はト
ルクセンサ部伝達軸の構成によるトルクセンサの機械的
強度および出力感度のチャー１・図である。 １ 、１１，２１．２１’、３１．３１’ ・・・ １
−ルク伝達軸、 ２゜２′ ・・・歯車、 ３ ・・・
歪ゲージ、 ４ ・・・磁性材料、 ■２・・・アモル
ファス磁性合金巻回層、１３・・・固定部、 １４，２
３．：１３・・・コイル、１５・・・インダクタンス検
出電気回路部、２２．３２・・・アモルファス磁性合金
層、２４・・・ フェライト製筒、２５．３５・・・イ
ンダクタンス測定器、３４・・・アモルファス製円筒。 特許出願人 松下電器産業株式会社 第２図 第３図 第４図
いし第４図は本発明の各種実施例の断面図、第５図はト
ルクセンサ部伝達軸の構成によるトルクセンサの機械的
強度および出力感度のチャー１・図である。 １ 、１１，２１．２１’、３１．３１’ ・・・ １
−ルク伝達軸、 ２゜２′ ・・・歯車、 ３ ・・・
歪ゲージ、 ４ ・・・磁性材料、 ■２・・・アモル
ファス磁性合金巻回層、１３・・・固定部、 １４，２
３．：１３・・・コイル、１５・・・インダクタンス検
出電気回路部、２２．３２・・・アモルファス磁性合金
層、２４・・・ フェライト製筒、２５．３５・・・イ
ンダクタンス測定器、３４・・・アモルファス製円筒。 特許出願人 松下電器産業株式会社 第２図 第３図 第４図
Claims (2)
- （１）トルクを伝達する軸の一部に磁歪を有する磁性体
を設け、該磁性体により生じた歪による透磁率変化によ
つてトルクを検出するトルクセンサにおいて、検出部軸
材料主部を磁歪を有するアモルファス磁性合金で構成す
ることを特徴とするトルクセンサ。 - （２）トルクセンサ部のトルク伝達軸の構成においてア
モルファス磁性合金層が５０重量％以上であることを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のトルクセンサ
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17522984A JPS6153535A (ja) | 1984-08-24 | 1984-08-24 | トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17522984A JPS6153535A (ja) | 1984-08-24 | 1984-08-24 | トルクセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6153535A true JPS6153535A (ja) | 1986-03-17 |
Family
ID=15992528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17522984A Pending JPS6153535A (ja) | 1984-08-24 | 1984-08-24 | トルクセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6153535A (ja) |
-
1984
- 1984-08-24 JP JP17522984A patent/JPS6153535A/ja active Pending
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