JPS63172932A - トルク検出装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は回転軸等に印加されたトルクを非接触で検出す
るトルク検出装置に関する。

（従来の技術） トルクは、例えば回転駆動系の制御を行なう際に検出す
べき基本量の１つである。従来、トルクを検出する装置
としては、コイルばねや板ばねを用いた機械式のものが
知られているが１回転制御系のようにトルクを精密に検
出しなければならない用途には、非接触式のトルク検出
装置が要求される。

そこで、近年、このような要求を満たすトルク検出装置
としてアモルファス磁性合金の薄帯に生ずる磁性歪み効
果を利用したものが提案されている（電気学会マグネテ
ィクス研究会資料ＭＡＧ−８１−７２）　。

このトルク検出装置の原理を第４図を参照して説明する
。第４図において、トルクを検出すべき回転軸、すなわ
ちトルク伝達軸１にはアモルファス磁性合金薄帯からな
る環状磁心２が巻回されて固定されている。この環状磁
心２には、予めその周方向に対して角度θの方向を磁化
容易軸とする誘導磁気異方性Ｍ。が付与されている。ま
た、この環状磁心２に近接して図示しない検出コイルが
配置され、この検出コイルは図示しない検出回路に接続
されている。

このような構成のトルク検出装置を用い、以下のように
してトルクを検出することができる。ここで、説明を簡
単にするためにθ〉４５°、飽和磁歪定数λｓ＞Ｏとす
る。いま、トルク伝達軸１に破線矢印で示すトルクＴが
加わると、トルク伝達軸１に発生した歪み応力σが環状
磁心２に伝達され、環状磁心２には＋４５＠の方向に張
力σが、−４５°の方向に圧縮応力−σがそれぞれ発生
する。

これに伴って環状磁心２には磁気歪み効果によって＋４
５°の方向に誘導磁気異方性Ｍｌ（＝３λＳσ）が誘導
される。この結果、ＭｏとＭｌとが合成されて環状磁心
２の誘導磁気異方性はＭ２に変化する。

この場合、環状磁心２の内部を通過する磁束の向きが一
定であれば、誘導磁気異方性の方向が変化することによ
り環状磁心２における磁束貫通方向の透磁率が変化する
。したがって、この透磁率変化を例えば検出コイル及び
これに接続された検出回路により電圧の変化として測定
することができ、その値からトルク伝達軸１に加えられ
たトルクＴを求めることができる。

なお、上記トルク検出装置の説明では、環状磁心２を構
成する磁性体としてアモルファス磁性合金を用いた場合
について述べたが、これに限らず軟質磁性を示すもので
あれば、例えばパーマロイ（Ｆｅ　−Ｎｉ合金）、セン
ダスト（Ｆｅ　−ＡＱ　−ＳＬ金合金、Ｆａ−３ｉ合金
など他の磁性体を用いることができる。

以上のように磁性金属薄帯からなる環状磁心の周囲に近
接して検出コイルや検出ヘッドを設置すれば、トルクの
検出を行なうことができる。

上述したような検出機構で回転時のトルク検出出力を実
用レベルにするためにはトルク伝達軸に巻いて固定する
環状磁芯に予め大きな誘導磁気異方性を付与しなければ
ならないが、環状磁芯に大きな誘導磁気異方性を±４５
°方向に付与することは極めて困難である。

そこで本発明者らは、トルク伝達軸の周方向の一部にの
み磁性金属薄帯を設けるようにして容易に大きな誘導磁
気異方性を付与できるようにした提案をした。（特願昭
５８−２３８６５８）このようにトルク伝達軸の周方向
の一部にのみ磁性金属薄帯を設けることで安定したトル
ク検出を行なえるようになる。

しかし、トルク伝達軸にはＦｅ系などの強磁性体を用い
ることが多く、材質の不均一性から一周のうちに透磁率
が変化してしまう場合が生ずる。

部分的に金属薄帯を設けても、検出コイルや検出ヘッド
はトルク伝達軸の全周にわたって走査するため、前述の
透磁率変化に起因する出力変動がトルクの検出出力に重
畳され、Ｓ／Ｎ比が低下するという若干の問題が生じて
いた。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したように従来のトルク検出装置では、トルク伝達
軸の表層部の透磁率のばらつきによる透磁率変動が生じ
、トルク検出出力が変動しＳ／Ｎ比が低下するという若
干の問題が生じていた。そこで、本発明は上記欠点を解
消するためになされたものであり、Ｓ／Ｎ比を向上し安
定したトルク検出ができるトルク検出装置を提供するこ
とを目的としている。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明のトルク検出装置は、磁歪を有する磁性金属薄帯
をトルク伝達軸に部分的に固定し、トルク伝達軸に加え
られた回転トルクに応じた磁性金属薄帯の磁気特性の変
化を検出ヘッドで非接触検出するトルク検出装置におい
て、磁性金属薄帯の固定された部分の回転トルクのみ選
択的に検出する比較検出手段を設けて構成し工いる。

（作　用） このようなトルク検出装置によれば、トルク伝達軸の一
部に磁性金属薄帯を固定しているので。

磁性金属薄帯が固定されている部分と、磁性金属薄帯が
固定されておらずトルク伝達軸が露出している部分とを
比較すると、透磁率については前者の部分では後者の部
分の２倍以上と大きい。そして、検出ヘッドの検出信号
は、前者の部分で大きく、後者の部分では小さい、しか
し、トルク伝達軸の表層部の透磁率にバラツキがあると
、磁性金属薄帯の固定していない部分もあたかもトルク
変動があるかのごとく信号に変動をきたしＳ／Ｎの低下
をまねいていた。

したがって、検出信号を例えば比較器に入力して、磁性
金属薄帯の固定されていない部分の信号はカットし、磁
性金属薄帯の固定されている部分の信号のみを取り出し
、ノイズ成分の少ない安定したＳ／Ｎのよいトルク検出
が可能となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係るトルク検出装置の概略的な構成図
である。第１図において、図示しないモータ等の駆動源
によって回転する強磁性体からな金属薄帯憾、猪はアモ
ルファス磁性合金からなり、それぞれ周方向に対して角
度θ及び角度−〇に対向し所定のギャップを隔てて近接
するように、されている。

第２図は本発明に係るトルク検出装置の回路図である。

まず、検出磁心１３ａ、　１３ｂに施した励磁巻ＩＷ１
４ａ。

１４ｂに発振器２６で正弦波電流を加え磁性金属薄帯１
２ａ、　１２ｂをトルク伝達軸１１の周方向に励磁する
。

いま、トルク伝達軸１１にトルクが加ねると、予め付与
された誘導磁気異方性の方向に応じて磁性金属薄帯１２
ａ、　１２ｂの透磁率は、それぞれ増減の変化を生じる
。この変化量を電気信号に変換して増幅回路１８を通し
た後に比較回路１９へと導入する。この比較回路１９で
は、入力信号が設定したしきい値を上まわるか下まわる
かを判定している。入出力の関係を第３図（ａ）、（ｂ
）に示す、トルク伝達軸１１の一部分に固定している磁
性金属薄帯１２ａ、　１２ｂでの信号レベルは大きく、
磁性金属薄帯の固定されていないところでの信号は小さ
い。この信号を比較回路１９へ入力し設定したしきい値
を越えると出力レベルがハイ、下まわる伴出力レベルが
ローになる。

回転数が上がれば比較回路１９の出力レベルのパルス幅
は狭く１回転数が下がれば広まる。一定のデユーティを
持たせることができる。

比較回路１９の出力でアナログスイッチ２０をオン・オ
フさせる。いま、比較回路１９の出力レベルがハイの時
にアナログスイッチ２０がオンすると、トルク伝達軸１
１に固定されている磁性金属薄帯１２ａ。

１２ｂの部分の信号のみが得られ、磁性金属薄帯１２ａ
。

１２ｂの固定されていない部分の信号はカットされる。

すなわち、信号処理にとって不必要な信号は削除し、ト
ルク検出に必要な信号のみを取り込み検波回路２１に加
える。更にＡ／Ｄコンバータ２２を経て平均化演算処理
器２３に導入する。

一方、トルク伝達軸１１の別の位置には回転数センサ２
４が配設されておりこの回転数センサ２４により得られ
る信号を基に１回転毎に平均化されたディジタル出力値
が得られる。更に、このディジタル出力値をＤ／Ａコン
バータ２５によりアナログ出力電圧に変換している。

しかして１本発明のトルク検出装置によれば、トルク伝
達軸１１に磁性金属薄帯１２ａ、　１２ｂを固定してい
ない部分、すなわち１表面層の透磁率が不均一でバラツ
キを生じる部分を削除して１回転平均を行っているので
１回転全周の信号で平均化するよりもＳ／Ｎ比がよく、
かつ安定したトルク検出を行うことができる。第３図（
ｃ）は本発明による処理をしないで検波した波形、第３
図（ｄ）は、本発明による処理後の検波波形である。

なお、上記実施例では、磁性金属薄帯１２ａ、　１２ｂ
の固定されていない部分の信号を削除した後１回転平均
化を行っているが、磁性金属薄帯１２ａ、　１２ｂの固
定している部分のみを平均化しても同様な作用効果が得
られる。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように、トルク伝達軸の透磁率の
変化の影響を受けず、広範囲の材質のトルク伝達軸のト
ルクを高Ｓ／Ｎ比で安定して検出できる等工業上極めて
実用性の高いトルク検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すトルク検出装置の概
略斜視図、第２図は、同トルク検出装置の回路図、第３
図（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る比較回路の入出力波
形、第３図（ｃ）は、従来の検波波形、第３図（ｄ）は
、本発明に係る検波波形、第４図は、非接触方式のトル
ク検出装置の原理を示す説明図である。 １１・・・トルク伝達軸　　　　　１２ａ、１２ｂ・・
・磁性金属薄帯１３ａ、１３ｂ・・・検出磁心　　　　
１４ａ、１４ｂ・・・励磁巻線１５ａ、１５ｂ・・・検
出巻線　　　　１８・・・増幅回路１９・・・比較回路
　　　　　　　２０・・・アナログスイッチ２１・・・
検波回路　　　　　　　２２・・・Ａ／Ｄコンバータ２
３・・・平均化演算処理器　　　２４・・・回転数セン
サ２５・・・Ｄ／Ａコンバータ　　　２６・・・発振器
代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男 （ｂ） （Ｃ） 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁歪を有する磁性金属薄帯をトルク伝達軸に部分的に固
   定し、前記トルク伝達軸に加えられた回転トルクに応じ
   た前記磁性金属薄帯の磁気特性の変化を検出ヘッドで非
   接触検出するトルク検出装置において、前記磁性金属薄
   帯の固定された部分の回転トルクのみ選択的に検出する
   比較検出手段を設けたことを特徴とするトルク検出装置
   。