JPS63109338A - 軸におけるトルクを非接触で間接的に電気式に測定する装置 - Google Patents
軸におけるトルクを非接触で間接的に電気式に測定する装置Info
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- JPS63109338A JPS63109338A JP62257480A JP25748087A JPS63109338A JP S63109338 A JPS63109338 A JP S63109338A JP 62257480 A JP62257480 A JP 62257480A JP 25748087 A JP25748087 A JP 25748087A JP S63109338 A JPS63109338 A JP S63109338A
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Classifications
-
- 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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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S73/00—Measuring and testing
- Y10S73/02—Magnetostrictive
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】
Ｌｌ上り月」±１
本発明は、回転する特に軟質磁性軸において伝達すべき
トルクに比例した機械的応力に感応する装置に関する。
トルクに比例した機械的応力に感応する装置に関する。
更Ｘ五韮］
あらゆる軟質磁性材料例えば軸材料は、その機械的な経
歴に応じて多かれ少なかれ大きな基礎磁気を有している
。これは殊に機械的な荷重のもとで材料の老化によって
変化する。誘導された直！！磁界の中に存在する強磁性
の棒がねじられるとその磁化が変化するというマットイ
シ効果（Ｍａｔｔｅｕｃｃｉ−Ｅｆｆｅｋｔ）を利用し
て、軸の中に生じた機械的応力に関して言明するために
、相応した磁界センサー系によって磁化変化を検出しよ
うとする場合、これによる言明は基礎磁気自体および軸
材料の基礎磁気の一定しない変化に左右され狂いが生じ
てしまうので、適当に相対的に評価しなければならない
。
歴に応じて多かれ少なかれ大きな基礎磁気を有している
。これは殊に機械的な荷重のもとで材料の老化によって
変化する。誘導された直！！磁界の中に存在する強磁性
の棒がねじられるとその磁化が変化するというマットイ
シ効果（Ｍａｔｔｅｕｃｃｉ−Ｅｆｆｅｋｔ）を利用し
て、軸の中に生じた機械的応力に関して言明するために
、相応した磁界センサー系によって磁化変化を検出しよ
うとする場合、これによる言明は基礎磁気自体および軸
材料の基礎磁気の一定しない変化に左右され狂いが生じ
てしまうので、適当に相対的に評価しなければならない
。
冒頭に述べた装置は既に知られており（ドイツ連邦共和
国特許出願公開第２３１８３４４号公報参照）、この場
合軟質磁性軸、の上に、非磁性材料の被覆層が設けられ
、更にこの被覆層の上に良好なご９ 磁歪特性の被覆層が設けられている。この場合非磁性の
被覆層は、交流電流が給電される磁気コイルによって発
生される磁束全体が導かれねばならない外側被覆層から
軸を磁気的に絶縁する目的を満足しなければならない、
その場合磁束の変化は変圧器原理に基づく検出コイルに
よって検出される。この場合測定層と軸との間に絶縁層
が設けられているにも拘わらず、軸の不安定な基礎磁気
が動的な荷重において相変わらず測定結果に狂いを生じ
てしまう、これは磁化した軸の磁界が測定層の中にも混
入するからである。
国特許出願公開第２３１８３４４号公報参照）、この場
合軟質磁性軸、の上に、非磁性材料の被覆層が設けられ
、更にこの被覆層の上に良好なご９ 磁歪特性の被覆層が設けられている。この場合非磁性の
被覆層は、交流電流が給電される磁気コイルによって発
生される磁束全体が導かれねばならない外側被覆層から
軸を磁気的に絶縁する目的を満足しなければならない、
その場合磁束の変化は変圧器原理に基づく検出コイルに
よって検出される。この場合測定層と軸との間に絶縁層
が設けられているにも拘わらず、軸の不安定な基礎磁気
が動的な荷重において相変わらず測定結果に狂いを生じ
てしまう、これは磁化した軸の磁界が測定層の中にも混
入するからである。
が ・ しようと る９、 点
本発明の目的は、冒頭に述べた形式の装置を、大きな機
械的な交番荷重のもとで且つ物理的および化学的に厳し
い環境条件のもとで連続運転する場合でも一１確実に長
期間に亘って狂いのない測定信号が得られるように形成
することにある。
械的な交番荷重のもとで且つ物理的および化学的に厳し
い環境条件のもとで連続運転する場合でも一１確実に長
期間に亘って狂いのない測定信号が得られるように形成
することにある。
・１．の ｔ −
本発明によればこの目的は特許請求の範囲第１項の特徴
部分に記載した手段によって達成される。
部分に記載した手段によって達成される。
災−」Ｌ−勿
以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
本発明に基づくトルク測定装置の作動原理は、直線磁界
内にある軟質磁性棒をねじると、その磁化が変化すると
いうそれ自体公知のマットイシ効果（Ｍａｔｔｅｕｃｃ
ｉ−Ｅｆｆｅｋｔ）に基づいている。第１図においてト
ルク測定装置は一方ではセンサー系（１）を有し、他方
では軟質磁性軸（２）（被測定物）の上に形成された被
覆層（２，１，２，２，２，３）を有している。
内にある軟質磁性棒をねじると、その磁化が変化すると
いうそれ自体公知のマットイシ効果（Ｍａｔｔｅｕｃｃ
ｉ−Ｅｆｆｅｋｔ）に基づいている。第１図においてト
ルク測定装置は一方ではセンサー系（１）を有し、他方
では軟質磁性軸（２）（被測定物）の上に形成された被
覆層（２，１，２，２，２，３）を有している。
センサー系（１）は特に、軸（２）の長手方向に延びる
Ｕ字状の磁界発生器（１，１）とセンサー（！、２）と
から構成されている。前記磁界発生器（１，１）は、そ
の軸（２）の側の脚部側に永久磁石（１，１，２゜１．
１．３）が配置されているＵ字状の軟質磁性継鉄（１，
１，１）によって形成されている。前記センサー（１，
２）は、継鉄（１，１，１）の内部に位置する非磁歪性
のアモルファス金属から成るＵ字状の鉄心（１，２，１
）を有し、その脚部端は同様に軸（２）に面して位置し
、そのクロスピースはコイル（１−，２，２）を支持し
ている。このコイル（１，２，２）は判別回路（３）に
接続される電気接続端子（１，２，３）を持っている。
Ｕ字状の磁界発生器（１，１）とセンサー（！、２）と
から構成されている。前記磁界発生器（１，１）は、そ
の軸（２）の側の脚部側に永久磁石（１，１，２゜１．
１．３）が配置されているＵ字状の軟質磁性継鉄（１，
１，１）によって形成されている。前記センサー（１，
２）は、継鉄（１，１，１）の内部に位置する非磁歪性
のアモルファス金属から成るＵ字状の鉄心（１，２，１
）を有し、その脚部端は同様に軸（２）に面して位置し
、そのクロスピースはコイル（１−，２，２）を支持し
ている。このコイル（１，２，２）は判別回路（３）に
接続される電気接続端子（１，２，３）を持っている。
永久磁石並びに鉄心の脚部端はそれぞれ軸（２）に対し
て小さな間隔を隔てて配置されている。軸（２）はセン
サー系（１）の作用範囲に、即ち軸（２）の長手方向に
永久磁石を幾分越えて延びている被覆層を宥しており、
その場合軸（２）に直ちに高透過性で非磁歪性アモルフ
ァスの第３被覆層（２，３）が固定して設けられ、その
上に高非磁性の第２被覆層（２，２）が、更にその上に
高軟質磁性で磁歪性のアモルファスの第１被覆層（２，
１）が固く設けられている。勿論それらの被覆層は軸（
２）をその全周に亘って取り囲んでいる。
て小さな間隔を隔てて配置されている。軸（２）はセン
サー系（１）の作用範囲に、即ち軸（２）の長手方向に
永久磁石を幾分越えて延びている被覆層を宥しており、
その場合軸（２）に直ちに高透過性で非磁歪性アモルフ
ァスの第３被覆層（２，３）が固定して設けられ、その
上に高非磁性の第２被覆層（２，２）が、更にその上に
高軟質磁性で磁歪性のアモルファスの第１被覆層（２，
１）が固く設けられている。勿論それらの被覆層は軸（
２）をその全周に亘って取り囲んでいる。
第３被覆層（２，３）はセンサー系（１）の作用範囲に
おいて軸（２）の基礎磁気を短絡する目的を満たしてい
るので、この基礎磁気から生ずる磁束 ｋは、軸（２）
および第３被覆層（２，３）の内部だけしか通らない。
おいて軸（２）の基礎磁気を短絡する目的を満たしてい
るので、この基礎磁気から生ずる磁束 ｋは、軸（２）
および第３被覆層（２，３）の内部だけしか通らない。
第２被覆層（２，２）は第３被覆層（２，３）と第１被
覆層（２，１）とを磁気的に切り離すために使用し、第
１被覆層（２，１）は本来の測定層となる。
覆層（２，１）とを磁気的に切り離すために使用し、第
１被覆層（２，１）は本来の測定層となる。
第１図から分るように、磁界発生器（１，１）によって
直流磁界が発生され、第１被覆層（２，１）に導入され
るので（磁束φ）、軸（２）の長手方向において磁気回
路が閉じられる。いま軸（２）（およびそれに伴って被
覆層）がねじられると、被覆層（２，１）においてその
磁化状態が変化し、これは磁束φを変化させる結果とな
る。センサー（１，２）の鉄心（１，２，１）が同様に
磁気回路の中に位置しているので、磁束φの変化はセン
サー（１，２）の鉄心（１゜２．１）における磁束φｓ
も変化させる結果となり、詳しくは次の関係において変
化させる結果となる。
直流磁界が発生され、第１被覆層（２，１）に導入され
るので（磁束φ）、軸（２）の長手方向において磁気回
路が閉じられる。いま軸（２）（およびそれに伴って被
覆層）がねじられると、被覆層（２，１）においてその
磁化状態が変化し、これは磁束φを変化させる結果とな
る。センサー（１，２）の鉄心（１，２，１）が同様に
磁気回路の中に位置しているので、磁束φの変化はセン
サー（１，２）の鉄心（１゜２．１）における磁束φｓ
も変化させる結果となり、詳しくは次の関係において変
化させる結果となる。
センサー（１，２）のコイル（１，２，２）は判別回路
（３）の電源（３，１）から一定周波数例えば１００
ｋＨｚの周波数で給電され、これによってセンサー（１
，２）に一定した交流磁界が発生され、センサー（１，
２）の鉄心（１，２，１）は飽和状態に制御されている
。この交流磁界に磁界発生器の直流磁界成分が重畳され
るので、直流磁界から生ずる磁束φｓの変化は、鉄心（
１，２，１）における磁束φｓの変化も、詳しくは直流
磁界成分に関連して引き起こす、この磁束φｓの変化は
鉄心（１，２，１）において磁化曲線の非線形関数Ｂ＝
ｆ（Ｈ）に応じてその動的な透過性μ（Ｈ）＝ｄＢ／ｄ
Ｈの変化を生じ、その結果コイル（１，２，２）のイン
ダクタンス（Ｌ）の変化を生じ、これは判別回路（３）
例えば単純な振動電子回路の信号選別回路（３，２）に
おいて、ねじりの関数として電圧あるいは周波数の表示
ができるように判別される。
（３）の電源（３，１）から一定周波数例えば１００
ｋＨｚの周波数で給電され、これによってセンサー（１
，２）に一定した交流磁界が発生され、センサー（１，
２）の鉄心（１，２，１）は飽和状態に制御されている
。この交流磁界に磁界発生器の直流磁界成分が重畳され
るので、直流磁界から生ずる磁束φｓの変化は、鉄心（
１，２，１）における磁束φｓの変化も、詳しくは直流
磁界成分に関連して引き起こす、この磁束φｓの変化は
鉄心（１，２，１）において磁化曲線の非線形関数Ｂ＝
ｆ（Ｈ）に応じてその動的な透過性μ（Ｈ）＝ｄＢ／ｄ
Ｈの変化を生じ、その結果コイル（１，２，２）のイン
ダクタンス（Ｌ）の変化を生じ、これは判別回路（３）
例えば単純な振動電子回路の信号選別回路（３，２）に
おいて、ねじりの関数として電圧あるいは周波数の表示
ができるように判別される。
第２図および第３図における実施例の場合、第１図の実
施例と異なって、センサー（１，２）に加えて直径線的
に対向した位置に別のセンサー（１，２つが軸（２）に
配置されており、その場合両方のセンサー（１，２，１
，２９はそれらの接続端子を介して判別回路（３）に接
続されている。これらのセンサーによって発生される信
号は今や判別回路（３）において電子式に加算される。
施例と異なって、センサー（１，２）に加えて直径線的
に対向した位置に別のセンサー（１，２つが軸（２）に
配置されており、その場合両方のセンサー（１，２，１
，２９はそれらの接続端子を介して判別回路（３）に接
続されている。これらのセンサーによって発生される信
号は今や判別回路（３）において電子式に加算される。
この処置によって垂直方向における軸（２）の振動およ
びそれに伴って生ずる磁束変化は消去させられ、他方で
は有効信号が倍増される。
びそれに伴って生ずる磁束変化は消去させられ、他方で
は有効信号が倍増される。
特に第３図から理解できるように、センサー（１，２，
１，２’）は互いに直径線的に対向して位置し垂直方向
に配置されており、センサー（１，２，１，２’）と軸
（２）との空隙はほぼ一定に保たれるので、軸（２）の
水平方向における小さな振動は、センサー（１，２，１
，２’）によって発生される信号に影響を与えない。
１，２’）は互いに直径線的に対向して位置し垂直方向
に配置されており、センサー（１，２，１，２’）と軸
（２）との空隙はほぼ一定に保たれるので、軸（２）の
水平方向における小さな振動は、センサー（１，２，１
，２’）によって発生される信号に影響を与えない。
センサー（１，２，１，２’）が垂直方向に移動できる
支持体（４）に保持されている場合、センサー（１，２
゜１．２’）によって発生される信号に関して零点調整
ができる。
支持体（４）に保持されている場合、センサー（１，２
゜１．２’）によって発生される信号に関して零点調整
ができる。
センサー（１，２，１，２’）の形成に関して、その無
感温性誘導抵抗がその感温性オーム抵抗よりも数倍大き
く決められるように注意を払い、その場合センサーコイ
ルに対して好適には、熱抵抗係数の小さなｔｊ４線例え
ばサーモシン（Ｔｈｅｒｍｏｓｙｎ）が使用され、それ
によって事情によって生ずる温度偏流は非常に小さくさ
せられる。
感温性誘導抵抗がその感温性オーム抵抗よりも数倍大き
く決められるように注意を払い、その場合センサーコイ
ルに対して好適には、熱抵抗係数の小さなｔｊ４線例え
ばサーモシン（Ｔｈｅｒｍｏｓｙｎ）が使用され、それ
によって事情によって生ずる温度偏流は非常に小さくさ
せられる。
被覆層（２，１〜２．３）は最も単純な場合に（厚さが
約２０〜５０□ｍの）３枚の薄いフィルムを貼着あるい
は爆発溶着によって相互におよび軸（２）に接続して形
成される。しかし別の（蒸着、スパッタリングなどある
いは電解付着ないし化学的付着反応のような）化学的あ
るいは物理的な方法によって、あるいは化学的な被覆方
法と物理的な方法との組合せによって、その特殊な物理
的特性を有する上述した順序の被覆層を作ることもでき
る。
約２０〜５０□ｍの）３枚の薄いフィルムを貼着あるい
は爆発溶着によって相互におよび軸（２）に接続して形
成される。しかし別の（蒸着、スパッタリングなどある
いは電解付着ないし化学的付着反応のような）化学的あ
るいは物理的な方法によって、あるいは化学的な被覆方
法と物理的な方法との組合せによって、その特殊な物理
的特性を有する上述した順序の被覆層を作ることもでき
る。
少量の燐を含むニッケルの化学的な付着方法が特に有利
であり、その場合燐の量を制御することにより、その磁
化特性において高軟質磁性から高非磁性までに及ぶ被覆
層が作れる。この方法によれば化学的な付着において僅
かなパラメータを変更することによって３層全部の被覆
層を軸の上に設けることができる。各被覆層の分子間結
合により、大きな動的な荷重において非常に長い時間に
亘って、機械的特性および磁気的特性は変化せず、被覆
層相互およびその軸との大きな接着が達成される。更に
これらの被覆層はその表面組織に基づいて腐食を生ずる
傾向はなく、この理由からもこれらの被覆層の磁気的お
よび機械的な特性は非常に長時間に亘って安定する。
であり、その場合燐の量を制御することにより、その磁
化特性において高軟質磁性から高非磁性までに及ぶ被覆
層が作れる。この方法によれば化学的な付着において僅
かなパラメータを変更することによって３層全部の被覆
層を軸の上に設けることができる。各被覆層の分子間結
合により、大きな動的な荷重において非常に長い時間に
亘って、機械的特性および磁気的特性は変化せず、被覆
層相互およびその軸との大きな接着が達成される。更に
これらの被覆層はその表面組織に基づいて腐食を生ずる
傾向はなく、この理由からもこれらの被覆層の磁気的お
よび機械的な特性は非常に長時間に亘って安定する。
即ち本発明によれば、
一単純で頑丈な機械的構造を有し、
−機械的な大きな交番荷重のもとで且つ物理的および化
学的に厳しい環境条件のもとで連続運転する場合も、確
実に長時間に亘って機能し、 一センサーによって発生された信号を単純で廉価な電子
式信号選別器において再処理できる、 ようなトルク測定装置が作れる。
学的に厳しい環境条件のもとで連続運転する場合も、確
実に長時間に亘って機能し、 一センサーによって発生された信号を単純で廉価な電子
式信号選別器において再処理できる、 ようなトルク測定装置が作れる。
第１図は本発明に基づくトルク測定装置の概略構成図で
ある。 第２図は本発明に基づくトルク測定装置の異なった実施
例の概略構成図である。 第３図は第２図における■−ｍ線に沿った断面図である
。 ■・・・・・・センサー系、 １．１・・・・・・磁界
発生器。 １．２・・・・・・センサー、 １．２．１・・・・・
・鉄心、１．２．２・・・・・・コイル、 ２・・・・
・・軸。
ある。 第２図は本発明に基づくトルク測定装置の異なった実施
例の概略構成図である。 第３図は第２図における■−ｍ線に沿った断面図である
。 ■・・・・・・センサー系、 １．１・・・・・・磁界
発生器。 １．２・・・・・・センサー、 １．２．１・・・・・
・鉄心、１．２．２・・・・・・コイル、 ２・・・・
・・軸。
Claims (4)
- （１）軸から僅かな間隔を隔てられたセンサ系と、この
センサー系の範囲において前記軸の上に固定して形成さ
れた被覆層とを含み、前記センサー系がＵ字状の磁界発
生器と、鉄心および電気接続端子付のコイルとを持つた
少なくとも１つのセンサーと、このセンサーが接続端子
を介して接続されている判別回路とから構成され、前記
磁界発生器によつて発生された直線磁界が前記軸の長手
方向において磁界回路を閉じるために高軟質磁性で磁歪
性アモルフアスの第１被覆層を通して導かれ、この第１
被覆層がその下側に位置する高非磁性の第２被覆層の上
に設けられており、前記センサーが第１被覆層を通して
導かれる直線磁界の範囲に配置され、軸にねじれが生じ
た際に第１被覆層の磁化変化がその鉄心における磁束の
変化の形で検出されるような軸におけるトルクを非接触
で間接的に電気式に測定する装置において、 第２被覆層（２．２）が軸（２）の上に設けられた高透
過性で非磁歪性アモルフアスの第３被覆層（２．３）の
上に形成され、同様に磁気回路内に位置するセンサー（
１．１）の鉄心（１．２．１）が非磁性のアモルフアス
金属から成り、磁界発生器（１．１）によつて発生され
る磁界が直流磁界であり、これが励磁されたコイル（１
．２．２）によつて発生された交流磁界に重畳され、磁
束（φｓ）の変化が磁化曲線の非線形関数Ｂ＝ｆ（Ｈ）
に応じて鉄心（１．２．１）の動的透過率μ（Ｈ）＝ｄ
Ｂ／ｄＨの変換を生じ、この結果コイル（１．２．２）
のインダクタンス（Ｌ）が変化し、このインダクタンス
（Ｌ）が判別回路（３，３．２）においてねじりに相応
した電気信号に変換されることを特徴とする軸における
トルクを非接触で間接的に電気式に測定する装置。 - （２）軸（２）に、前記センサー（１．２）に垂直方向
において直径線的に対向して位置し且つその接続端子を
介して判別回路（３）に同様に接続されている別のセン
サー（１．２′）が配置されていることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の装置。 - （３）両方のセンサー（１．２，１．２’）が垂直方向
に移動可能な支持体（４）によつて保持されていること
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装置。 - （４）３つの被覆層（２．１〜２．３）がニツケルおよ
び（燐のような）一種類の少量の非金属あるいは複数種
類の少量の非金属の化学的な付着方法によつて軸に設け
られ、その場合付着工程中において燐あるいは別の非金
属の量が層ごとに変化されることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE3635207.1 | 1986-10-16 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPS63109338A true JPS63109338A (ja) | 1988-05-14 |
| JPH0565094B2 JPH0565094B2 (ja) | 1993-09-17 |
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ID=6311829
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| JP62257480A Granted JPS63109338A (ja) | 1986-10-16 | 1987-10-14 | 軸におけるトルクを非接触で間接的に電気式に測定する装置 |
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