JPS62100630A - トルクセンサ - Google Patents
トルクセンサInfo
- Publication number
- JPS62100630A JPS62100630A JP60240390A JP24039085A JPS62100630A JP S62100630 A JPS62100630 A JP S62100630A JP 60240390 A JP60240390 A JP 60240390A JP 24039085 A JP24039085 A JP 24039085A JP S62100630 A JPS62100630 A JP S62100630A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotating shaft
- torque
- magnetic field
- easy magnetization
- crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (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】
[発明の目的J
〔産業上の利用分野〕
この発明は1回転体のトルクを非接触で精度良く検出す
るのに利用される磁歪方式のトルクセンサに関するもの
である。
るのに利用される磁歪方式のトルクセンサに関するもの
である。
(従来の技術)
従来の磁歪方式のトルクセンサとしては、例えば第1[
4に示す構造のものがある。
4に示す構造のものがある。
すなわち、図に示すl・ルクセンサ1は、磁性金属より
なる回転軸2の外周部に、4本足のヨーク3と該ヨーク
3に巻きイ・1けた励磁コイル4および検出コイル5と
より構成された検出・\−,ドロを設置11シたもので
あり、磁化力向と検出方向とが第2図に示すように直交
する配首どしたものである。そして、回転軸2には、結
晶質のFe−Ni合金、Fe−AQ金合金Fe−Co合
金。
なる回転軸2の外周部に、4本足のヨーク3と該ヨーク
3に巻きイ・1けた励磁コイル4および検出コイル5と
より構成された検出・\−,ドロを設置11シたもので
あり、磁化力向と検出方向とが第2図に示すように直交
する配首どしたものである。そして、回転軸2には、結
晶質のFe−Ni合金、Fe−AQ金合金Fe−Co合
金。
Ni−Co合金あるいはN1などからなるIa (’!
、’>属を全体にもしくは金属薄体として表面にのみ用
いたものがあった(A″お、結晶質の磁性金属薄帯を巻
いた回転軸を用いたものとして、特開昭59−6173
0号公報に記・戎のものがある。)。
、’>属を全体にもしくは金属薄体として表面にのみ用
いたものがあった(A″お、結晶質の磁性金属薄帯を巻
いた回転軸を用いたものとして、特開昭59−6173
0号公報に記・戎のものがある。)。
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながら、このような結晶質の磁性金属よりなる回
転軸2を用いたトルクセンサ1では、当該回転軸2の外
周部に設置される検出へ7ド6の位置によって、検出さ
れる出力にばらつきを伴うことがあると共に、加えられ
るトルク当りの感度が低く、この出力からトルクを推定
するには誤差が大きくなりやすいという問題点があった
。
転軸2を用いたトルクセンサ1では、当該回転軸2の外
周部に設置される検出へ7ド6の位置によって、検出さ
れる出力にばらつきを伴うことがあると共に、加えられ
るトルク当りの感度が低く、この出力からトルクを推定
するには誤差が大きくなりやすいという問題点があった
。
本発明者らは、このような問題点が生ずる原因について
詳細な解析を行ったところ、次のような結果を得た。
詳細な解析を行ったところ、次のような結果を得た。
すなわち、従来の含A文−Fe基磁性合金よりなる回転
軸2は、第6図に示す1/4分割形状のインゴット8よ
り切り出して製作していたため、 (1)結晶粒の粒(¥が3mm(短い方向)〜10mm
(長い方向)にもなっていて粗大であり、検出ヘッド6
を構成するヨーク3の1本当りの面積に入る結晶粒数が
少ないこと、 (2)インゴット8の任意の位置から切り出していたこ
とおよび鋳造時に徐冷していたため結晶粒の成長方向が
はっきり決まっていないことから、回転軸2の表面にお
ける結晶の方向が一定していないこと、 が原因であることを確かめた。すなわち、結晶構造によ
って異なるが、結晶はその方向で磁化の雑晶性が大きく
異なり、磁化の容易な方向にそろっている場合に比べて
、いろいろな方向の結晶が混在している場合には磁化の
ばらつきが大きくかつ磁化の程度が低下してしまい、上
述した従来の問題点が生じていることがわかった。
軸2は、第6図に示す1/4分割形状のインゴット8よ
り切り出して製作していたため、 (1)結晶粒の粒(¥が3mm(短い方向)〜10mm
(長い方向)にもなっていて粗大であり、検出ヘッド6
を構成するヨーク3の1本当りの面積に入る結晶粒数が
少ないこと、 (2)インゴット8の任意の位置から切り出していたこ
とおよび鋳造時に徐冷していたため結晶粒の成長方向が
はっきり決まっていないことから、回転軸2の表面にお
ける結晶の方向が一定していないこと、 が原因であることを確かめた。すなわち、結晶構造によ
って異なるが、結晶はその方向で磁化の雑晶性が大きく
異なり、磁化の容易な方向にそろっている場合に比べて
、いろいろな方向の結晶が混在している場合には磁化の
ばらつきが大きくかつ磁化の程度が低下してしまい、上
述した従来の問題点が生じていることがわかった。
この発明は、−■−述した従来の問題点に着目してなさ
れたもので1回転軸の外周部に設置される検出ヘッドの
位置が変化したときでもトルクに対する出力の変化のば
らつきが小さくなるようにすると共に、中位トルク当り
の出力が大きくなるようにし、性能を大幅に向−トさせ
た磁歪方式のトルクセンサを提供することを目的として
いる。
れたもので1回転軸の外周部に設置される検出ヘッドの
位置が変化したときでもトルクに対する出力の変化のば
らつきが小さくなるようにすると共に、中位トルク当り
の出力が大きくなるようにし、性能を大幅に向−トさせ
た磁歪方式のトルクセンサを提供することを目的として
いる。
[発明の構成J
(問題点を解決するための手段)
この発明は、磁性金属よりなる回転軸に加えられるトル
クによって該回転軸の磁気特性が変化することを利用し
て当該変化を検出ヘッドにより検知し、トルクの非接触
検出を行うトルクセンサにおいて、111j記回転軸に
結晶質の磁性金属を用いると共に、前記回転軸表面にお
ける納品粒径R(mm)が、次式、 (ただし、Aは検出へラドヨーク1本当りの面積(mm
?)である) を満足し、かつ前記回転軸に対する磁場方向(回転軸表
面に対しほぼ垂直方向)と当該回転軸中の結晶の磁化容
易方向とを合わせて近似ないしは一致させるようにした
ことを特徴としている。
クによって該回転軸の磁気特性が変化することを利用し
て当該変化を検出ヘッドにより検知し、トルクの非接触
検出を行うトルクセンサにおいて、111j記回転軸に
結晶質の磁性金属を用いると共に、前記回転軸表面にお
ける納品粒径R(mm)が、次式、 (ただし、Aは検出へラドヨーク1本当りの面積(mm
?)である) を満足し、かつ前記回転軸に対する磁場方向(回転軸表
面に対しほぼ垂直方向)と当該回転軸中の結晶の磁化容
易方向とを合わせて近似ないしは一致させるようにした
ことを特徴としている。
この発191によるトルクセン勺は、−1,記したよう
に、磁性金属の磁気ひずみ効果を利用したものであり、
例えば第1図に示した概略構造のものとすることができ
、回転軸2としては、主にAn含有量が10〜16mf
M%であるFe基合金のほか、主にCo含有JA−を多
くしたFe基合金、主にNi含有量を多くしたFe基合
金、主にCoもしくはFeを含むNi基合金などが使用
される。
に、磁性金属の磁気ひずみ効果を利用したものであり、
例えば第1図に示した概略構造のものとすることができ
、回転軸2としては、主にAn含有量が10〜16mf
M%であるFe基合金のほか、主にCo含有JA−を多
くしたFe基合金、主にNi含有量を多くしたFe基合
金、主にCoもしくはFeを含むNi基合金などが使用
される。
このような成分よりなる磁性金属を素材として回転軸2
を製作するに際して、鋳造したイン′:iットを塑性加
工して回転軸2の形状とし、熱処理によって結晶の磁化
容易方向を設定するのはあまり容易でなく、再結晶させ
ると結晶が微細化し、検出へラド6の位置による出力の
ばらつきは減少するが、出力の向1−はあまり望めない
、さらに、塑性加工は900℃を超える高温を必要とす
るためそのコントロールが難かしい。
を製作するに際して、鋳造したイン′:iットを塑性加
工して回転軸2の形状とし、熱処理によって結晶の磁化
容易方向を設定するのはあまり容易でなく、再結晶させ
ると結晶が微細化し、検出へラド6の位置による出力の
ばらつきは減少するが、出力の向1−はあまり望めない
、さらに、塑性加工は900℃を超える高温を必要とす
るためそのコントロールが難かしい。
そこで、回転軸2における結晶の磁化容易方向を設定す
るに際しては、磁化容易方向が溶融金属の凝固時の結晶
成長方向と同じであることを利用すれば簡便である。す
なわち、回転軸2の表面における磁場方向(回転軸2の
表面にほぼ垂直の方向)に凝固時の温度勾配を設け、結
晶の成長方向を磁場方向に合わせるようにして、Iji
記磁場方向と磁化容易方向とを一致ないしは近似させる
ようにするのがより望ましい。
るに際しては、磁化容易方向が溶融金属の凝固時の結晶
成長方向と同じであることを利用すれば簡便である。す
なわち、回転軸2の表面における磁場方向(回転軸2の
表面にほぼ垂直の方向)に凝固時の温度勾配を設け、結
晶の成長方向を磁場方向に合わせるようにして、Iji
記磁場方向と磁化容易方向とを一致ないしは近似させる
ようにするのがより望ましい。
そして、この発明においては、回転軸2に対する磁場方
向と当該回転軸中の結晶の磁化容易方向とを合わせて一
致ないしは近似させると共に、回転軸表面における結晶
粒径R(mm)が2次式、(ただし、Aは検出へラドヨ
ークl*ちりの面積(mm2)である) を満足するようになすことによって、検出へ7ド6の位
若によるトルク値の変動が小さくなるようにする。この
場合、結晶粒径の微細ブヒは、前述した溶融金属の凝固
時に温度勾配の方向を特定するのに合わせて急冷によっ
て温度勾配が比較的太きくなるようにし、急冷効果番ご
よって・イ゛/ゴツトの表面において結晶粒を?I1.
細化することがより好ましい。
向と当該回転軸中の結晶の磁化容易方向とを合わせて一
致ないしは近似させると共に、回転軸表面における結晶
粒径R(mm)が2次式、(ただし、Aは検出へラドヨ
ークl*ちりの面積(mm2)である) を満足するようになすことによって、検出へ7ド6の位
若によるトルク値の変動が小さくなるようにする。この
場合、結晶粒径の微細ブヒは、前述した溶融金属の凝固
時に温度勾配の方向を特定するのに合わせて急冷によっ
て温度勾配が比較的太きくなるようにし、急冷効果番ご
よって・イ゛/ゴツトの表面において結晶粒を?I1.
細化することがより好ましい。
(実施例1)
第1表のB、C,Dに示す成分の磁性金属を空間角B’
I 22 m mの金型を用いて棒状にPi造したのち
、第3図に示す形状の回転軸2 (L=50mm 、D
= 17mm)を製作した。このとき、凝固時の結晶成
長方向は第5図に示すインゴット9のマクロ組織にみら
れるとおりであり。
I 22 m mの金型を用いて棒状にPi造したのち
、第3図に示す形状の回転軸2 (L=50mm 、D
= 17mm)を製作した。このとき、凝固時の結晶成
長方向は第5図に示すインゴット9のマクロ組織にみら
れるとおりであり。
結晶の磁化容易方向が回転軸2に対する磁場方向と一致
しているものである。また、〕冷によって、表面の結晶
粒径が第1表に示すごとく小さくなるようにした。
しているものである。また、〕冷によって、表面の結晶
粒径が第1表に示すごとく小さくなるようにした。
次いで、検出へット6として、ヨーク3の1本当りの面
積が約9mm’であるものを用いて、第4図に示、すト
ルク−出力曲線のC点位首における最小出力時のトルク
値変化、1位トルク当りの出力変化、第4図に示すトル
ク−出力曲線における直線性およびヒステリシスを測定
したところ、同じくf51表に示す結果であった。
積が約9mm’であるものを用いて、第4図に示、すト
ルク−出力曲線のC点位首における最小出力時のトルク
値変化、1位トルク当りの出力変化、第4図に示すトル
ク−出力曲線における直線性およびヒステリシスを測定
したところ、同じくf51表に示す結果であった。
(比較例1)
第1表のAに示す成分の磁性金属を空間直径65mmの
セラミックス鋳型を用いて棒状に鋳造したのち第6図に
示したように4分割したインゴット8とし、さらに第3
図に示した形状の回転軸2 (L= 50mm 、D=
17mm)を製作した。このとき、凝固時の結晶成長
方向は第6図に示すインゴット8のマクロ組織にみられ
るとおりであり、製作4灸の回転軸2の磁化容易方向は
、当該回転軸2に対する磁場方向と一致していないもの
であった。また、表面の結晶粒径は第1表に示すように
大きなものであった。
セラミックス鋳型を用いて棒状に鋳造したのち第6図に
示したように4分割したインゴット8とし、さらに第3
図に示した形状の回転軸2 (L= 50mm 、D=
17mm)を製作した。このとき、凝固時の結晶成長
方向は第6図に示すインゴット8のマクロ組織にみられ
るとおりであり、製作4灸の回転軸2の磁化容易方向は
、当該回転軸2に対する磁場方向と一致していないもの
であった。また、表面の結晶粒径は第1表に示すように
大きなものであった。
次いで、最小出力時のトルク値変化、単位トルク当りの
出力変化、第4図に示すトルク−出力曲線における直線
性およびヒステリシスを測定したところ、同じく第1表
に示す結果であった。
出力変化、第4図に示すトルク−出力曲線における直線
性およびヒステリシスを測定したところ、同じく第1表
に示す結果であった。
(実施例2)
第1表のE、F、G、Hに示す成分の磁性金属を空間直
径22mmの金型を用いて棒状に鋳造したのち、第3図
に示す形状の回転軸2(L=50mm、D=17mm)
を製作した。コノとき、凝固時の結晶成長方向は第5図
に示すインゴット9のマクロ組織にみられるとおりであ
り、結晶の磁化容易方向が回転軸2に対する磁場方向と
一致しているものである。また、急冷によって表面の結
晶粒径が第1表に示すごとく小さくなるようにした。
径22mmの金型を用いて棒状に鋳造したのち、第3図
に示す形状の回転軸2(L=50mm、D=17mm)
を製作した。コノとき、凝固時の結晶成長方向は第5図
に示すインゴット9のマクロ組織にみられるとおりであ
り、結晶の磁化容易方向が回転軸2に対する磁場方向と
一致しているものである。また、急冷によって表面の結
晶粒径が第1表に示すごとく小さくなるようにした。
次いで、第4図のトルク−出力曲線における直線性およ
びヒステリシスを測定したところ、同じく第1表に示す
結果であった。
びヒステリシスを測定したところ、同じく第1表に示す
結果であった。
曹ニブD″
) ′リニ、ぐ
←/”−’−1
、、、、’”
、27′
/″
第1表に示すように、回転軸B、C,Dは1回転+l+
2の外周部に配置される検出へラド6の位置に対する最
小出力時のトルクの変動幅が、回転軸表面の結晶粒径が
小さくなるほど小さくなっており、結晶粒径が0.3m
m前後のものでは変動幅が約3%というかなり小さいも
のになっている。
2の外周部に配置される検出へラド6の位置に対する最
小出力時のトルクの変動幅が、回転軸表面の結晶粒径が
小さくなるほど小さくなっており、結晶粒径が0.3m
m前後のものでは変動幅が約3%というかなり小さいも
のになっている。
さらに、検出ヘンドロの位とに対する中位トルク付加時
(1kgf−m)の出力が大澤くかつその変動幅かなり
小さいものとなっている。
(1kgf−m)の出力が大澤くかつその変動幅かなり
小さいものとなっている。
これに対して回転軸Aでは回転軸の表面の結晶粒径が大
きくかつ当該回転軸中の結晶の方向が一定していないた
め、最小出力時のトルク仙の変動幅が大きいと共に、中
位トルク当りの出力が小さくかつ変動幅が大きいもので
あった。
きくかつ当該回転軸中の結晶の方向が一定していないた
め、最小出力時のトルク仙の変動幅が大きいと共に、中
位トルク当りの出力が小さくかつ変動幅が大きいもので
あった。
さらに、回転軸E−Hのうち、AM含有敏が少なすぎる
場合(回転軸E)には第4図に示すトルク−出力曲線の
ヒステリシスが大きくなり、トルク検i、Hiこ12“
1差を生じやすくなる。また、AM金含有tが多すぎる
場合(回転軸H)には非磁性領域に近づくため出力が小
きくなる。したがって、回転軸2としてF e−An系
の合金を使用する場合は、An含有量が10〜161i
i%であることがより望ましいことがわかった。
場合(回転軸E)には第4図に示すトルク−出力曲線の
ヒステリシスが大きくなり、トルク検i、Hiこ12“
1差を生じやすくなる。また、AM金含有tが多すぎる
場合(回転軸H)には非磁性領域に近づくため出力が小
きくなる。したがって、回転軸2としてF e−An系
の合金を使用する場合は、An含有量が10〜161i
i%であることがより望ましいことがわかった。
[発明の効果]
以上説明してきたように、この発明によれば、磁性金属
よりなる回転軸に加えられるトルクによって該回転軸の
磁気特性が変化することを利用して当該変化を検出ヘッ
ドにより検知し、非接触でトルクの検出を行うトルクセ
ンサにおいて、前記回転軸に結晶質の磁性金属を用いる
と共に、前記回転軸表面における結晶粒径R(mm)が
、次式。
よりなる回転軸に加えられるトルクによって該回転軸の
磁気特性が変化することを利用して当該変化を検出ヘッ
ドにより検知し、非接触でトルクの検出を行うトルクセ
ンサにおいて、前記回転軸に結晶質の磁性金属を用いる
と共に、前記回転軸表面における結晶粒径R(mm)が
、次式。
(ただし、Aは検出ヘッドヨーク1本ちりの面積(mm
’ )である) を満足し、かつ前記回転軸に対する磁場方向と当該回転
軸中の結晶の磁化容易方向とを合わせて近似ないしは一
致させた構成としたから、回転軸の外周部に設置される
検出ヘッドの位置が変化したと3でもトルクに対する出
力の変化のばらつきを小さなものとすることが可能であ
ると共に、単位トルク当りの出力を大きくすることがで
き、性能が大幅に向上した磁歪式トルクセンサであると
いう非常に憬れた効果を有するものである。
’ )である) を満足し、かつ前記回転軸に対する磁場方向と当該回転
軸中の結晶の磁化容易方向とを合わせて近似ないしは一
致させた構成としたから、回転軸の外周部に設置される
検出ヘッドの位置が変化したと3でもトルクに対する出
力の変化のばらつきを小さなものとすることが可能であ
ると共に、単位トルク当りの出力を大きくすることがで
き、性能が大幅に向上した磁歪式トルクセンサであると
いう非常に憬れた効果を有するものである。
第1図および第2図は磁歪式トルクセンサの一例を示す
各々創面構造説明図および斜面作用説明図、第3図はこ
の発明の実施例で製作したトルクセンサ用回転軸の正面
図、第4図はトルクセンサのトルク−出力曲線を例示す
るグラフ、第5図はこの発明の実施例による回転軸素材
のマクロ組織を示す説明図、第6図は従来の回転軸素材
のマクロ組織を示す説明図である。 1・・・トルクセンサ、 2・・・回転軸、 6・・・検出ヘッド。 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人弁理士 小 塩 豊 第1図 2riJ虹軸 第2図 第4図 トルク (kgf−m) 第5図 第6図
各々創面構造説明図および斜面作用説明図、第3図はこ
の発明の実施例で製作したトルクセンサ用回転軸の正面
図、第4図はトルクセンサのトルク−出力曲線を例示す
るグラフ、第5図はこの発明の実施例による回転軸素材
のマクロ組織を示す説明図、第6図は従来の回転軸素材
のマクロ組織を示す説明図である。 1・・・トルクセンサ、 2・・・回転軸、 6・・・検出ヘッド。 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人弁理士 小 塩 豊 第1図 2riJ虹軸 第2図 第4図 トルク (kgf−m) 第5図 第6図
Claims (2)
- (1)磁性金属よりなる回転軸に加えられるトルクによ
って該回転軸の磁気特性が変化することを利用して当該
変化を検出ヘッドにより検知し、非接触でトルクの検出
を行うトルクセンサにおいて、前記回転軸に結晶質の磁
性金属を用いると共に、前記回転軸表面における結晶粒
径R(mm)が、次式、 R<√((2A)/(40π)) (ただし、Aは検出ヘッドヨーク1本当りの面積(mm
^2)である) を満足し、かつ前記回転軸に対する磁場方向と当該回転
軸中の結晶の磁化容易方向とを合わせて近似ないしは一
致させたことを特徴とするトルクセンサ。 - (2)結晶質の磁性金属として、主にAl含有量が10
〜16重量%であるFe基合金を用いたことを特徴とす
る特許請求の範囲第(1)項記載のトルクセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60240390A JPS62100630A (ja) | 1985-10-29 | 1985-10-29 | トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60240390A JPS62100630A (ja) | 1985-10-29 | 1985-10-29 | トルクセンサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62100630A true JPS62100630A (ja) | 1987-05-11 |
Family
ID=17058766
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60240390A Pending JPS62100630A (ja) | 1985-10-29 | 1985-10-29 | トルクセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62100630A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0464964A2 (en) * | 1986-09-26 | 1992-01-08 | Nissan Motor Company Limited | Torque detecting devices |
-
1985
- 1985-10-29 JP JP60240390A patent/JPS62100630A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0464964A2 (en) * | 1986-09-26 | 1992-01-08 | Nissan Motor Company Limited | Torque detecting devices |
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