JPS6320030B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6320030B2 JPS6320030B2 JP58164857A JP16485783A JPS6320030B2 JP S6320030 B2 JPS6320030 B2 JP S6320030B2 JP 58164857 A JP58164857 A JP 58164857A JP 16485783 A JP16485783 A JP 16485783A JP S6320030 B2 JPS6320030 B2 JP S6320030B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- torque
- detection
- torque sensor
- transmission shaft
- 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.)
- Expired
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 66
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 40
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 27
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 5
- 229910001004 magnetic alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000702 sendust Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910017082 Fe-Si Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017133 Fe—Si Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910000808 amorphous metal alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は非接触でトルクを検出するトルクセン
サに関する。
サに関する。
トルクは回転駆動系の制御を行なう際の基本量
の一つである。トルクを精密に検出するために
は、その検出機構が非接触方式であることが必要
である。
の一つである。トルクを精密に検出するために
は、その検出機構が非接触方式であることが必要
である。
近年、上述したような非接触方式のトルクセン
サとしてアモルフアス磁性合金の薄帯を利用した
ものが提案されている（電気学会マグネテイツク
ス研究会資料MAG−81−72）。
サとしてアモルフアス磁性合金の薄帯を利用した
ものが提案されている（電気学会マグネテイツク
ス研究会資料MAG−81−72）。
このトルクセンサの概略構成は第１図に示すよ
うなものである。図中１はトルクを検出すべき回
転軸、すなわちトルク伝達軸であり、このトルク
伝達軸１にはアモルフアス磁性合金から形成され
た環状磁心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３に対して角度θ
の傾き方向に誘導磁気異方性Ku′4が付与されて
いる。なお、前記環状磁心２の周囲には例えば図
示しない検出コイルが近接して配設されており、
更に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。
うなものである。図中１はトルクを検出すべき回
転軸、すなわちトルク伝達軸であり、このトルク
伝達軸１にはアモルフアス磁性合金から形成され
た環状磁心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３に対して角度θ
の傾き方向に誘導磁気異方性Ku′4が付与されて
いる。なお、前記環状磁心２の周囲には例えば図
示しない検出コイルが近接して配設されており、
更に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。
上記トルクセンサの原理を概略的に説明する。
ここで、説明を簡単にするためにθ＞45゜、飽和
磁歪定数λs＞０とする。いま、トルク伝達軸１に
トルク５が加わると、トルク伝達軸１に発生した
ひずみ応力が環状磁心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。これに伴い環状磁
心２には磁気ひずみ効果により＋45゜方向に誘導
磁気異方性Ku″6（＝3λs・σ）が誘導される。こ
の結果、Ku′とKu″の合成として誘導磁気異方性
はKu7へ変化する。一般に、磁性体の透磁率は励
磁方向に対する誘導磁気異方性の方向によつて変
化する。したがつて、環状磁心２の誘導磁気異方
性の変化に伴う透磁率の変化を、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５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＞０とする。いま、トルク伝達軸１に
トルク５が加わると、トルク伝達軸１に発生した
ひずみ応力が環状磁心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。これに伴い環状磁
心２には磁気ひずみ効果により＋45゜方向に誘導
磁気異方性Ku″6（＝3λs・σ）が誘導される。こ
の結果、Ku′とKu″の合成として誘導磁気異方性
はKu7へ変化する。一般に、磁性体の透磁率は励
磁方向に対する誘導磁気異方性の方向によつて変
化する。したがつて、環状磁心２の誘導磁気異方
性の変化に伴う透磁率の変化を、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５を検出することが
できる。
なお、上記トルクセンサの説明では環状磁心を
構成する磁性体としてアモルフアス磁性合金を用
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−Al−Si合金）Fe
−Si合金など他の磁性体を用いることができる。
構成する磁性体としてアモルフアス磁性合金を用
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−Al−Si合金）Fe
−Si合金など他の磁性体を用いることができる。
ところで、上述した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を配設す
ればトルクの検出が可能であるが、こうした検出
コイル等の検出機構の構造、配設方法はトルクセ
ンサの性能を左右する重要な因子となる。
る環状磁心の周囲に近接して検出コイルを配設す
ればトルクの検出が可能であるが、こうした検出
コイル等の検出機構の構造、配設方法はトルクセ
ンサの性能を左右する重要な因子となる。
従来の検出機構の一例を第２図に示す。図中１
１はトルク伝達軸であり、このトルク伝達軸１１
には磁性金属薄帯の環状磁心１２が固定されてい
る。この環状磁心１２の外周にはソレノイドコイ
ル１３が非接触で配設されており、環状磁心１２
の巾方向に励磁するようになつている。さらに、
このソレノイドコイル１３の外周には検出巻線１
４が巻かれており、出力を検出するようになつて
いる。
１はトルク伝達軸であり、このトルク伝達軸１１
には磁性金属薄帯の環状磁心１２が固定されてい
る。この環状磁心１２の外周にはソレノイドコイ
ル１３が非接触で配設されており、環状磁心１２
の巾方向に励磁するようになつている。さらに、
このソレノイドコイル１３の外周には検出巻線１
４が巻かれており、出力を検出するようになつて
いる。
しかしながら、上述した検出機構ではソレノイ
ドコイル１３を用いて環状磁心１２の巾方向に励
磁しているため形状磁気異方性定数1/2NI2 sが大
きく、例えば直径12mmのトルク伝達軸１１に巻い
て固定された巾13mmの環状磁心１２の場合、形状
磁気異方性定数は２×104erg／cm3となり、予め付
与されるべき誘導磁気異方性としてはこの形状磁
気異方性をはるかに上回る値が必要となる。ま
た、出力検出励磁電流値も100ｍÅを超える値を
必要とする等磁気回路上不都合な点が多い。更
に、エンジントルク検出のようにトルク伝達軸が
複雑な形状で、かつ狭空間の場合、トルク伝達軸
に直接コイルを巻かねばならず、配設するための
作業が極めて繁雑で実用上問題が多い。
ドコイル１３を用いて環状磁心１２の巾方向に励
磁しているため形状磁気異方性定数1/2NI2 sが大
きく、例えば直径12mmのトルク伝達軸１１に巻い
て固定された巾13mmの環状磁心１２の場合、形状
磁気異方性定数は２×104erg／cm3となり、予め付
与されるべき誘導磁気異方性としてはこの形状磁
気異方性をはるかに上回る値が必要となる。ま
た、出力検出励磁電流値も100ｍÅを超える値を
必要とする等磁気回路上不都合な点が多い。更
に、エンジントルク検出のようにトルク伝達軸が
複雑な形状で、かつ狭空間の場合、トルク伝達軸
に直接コイルを巻かねばならず、配設するための
作業が極めて繁雑で実用上問題が多い。
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、出力検出励磁電流値が小さく、配設が
容易でしかも高精度のトルク検出を行うことがで
きるトルクセンサを提供しようとするものであ
る。
のであり、出力検出励磁電流値が小さく、配設が
容易でしかも高精度のトルク検出を行うことがで
きるトルクセンサを提供しようとするものであ
る。
本発明のトルクセンサは、トルク伝達軸に固定
された磁性金属薄帯（環状磁心）の磁気特性の変
化を、磁性金属薄帯の周方向に励磁するように配
設された１個又は１対の磁心を用いて検出するこ
とを特徴とするものである。
された磁性金属薄帯（環状磁心）の磁気特性の変
化を、磁性金属薄帯の周方向に励磁するように配
設された１個又は１対の磁心を用いて検出するこ
とを特徴とするものである。
このように１個又は１対の磁心を磁性金属薄帯
の周方向に励磁するように配設し、磁性金属薄帯
の磁気特性の変化を検出すれば、出力検出励磁電
流値を小さくすることができ、ソレノイドコイル
を用いる場合のように配設が困難となることもな
い。
の周方向に励磁するように配設し、磁性金属薄帯
の磁気特性の変化を検出すれば、出力検出励磁電
流値を小さくすることができ、ソレノイドコイル
を用いる場合のように配設が困難となることもな
い。
なお、１個の磁心を用いた場合、トルクの正負
反転に伴うトルク検出特性の線形性が悪いが、１
対の磁心を用い、各々の磁心に１次巻線（励磁巻
線）、２次巻線（検出巻線）を施した検出ヘツド
を用いれば、極めて優れた線形性を有するので望
ましい。また、この場合検出巻線を差動接続すれ
ば、トルク検出特性の線形性をより改善すること
ができる。
反転に伴うトルク検出特性の線形性が悪いが、１
対の磁心を用い、各々の磁心に１次巻線（励磁巻
線）、２次巻線（検出巻線）を施した検出ヘツド
を用いれば、極めて優れた線形性を有するので望
ましい。また、この場合検出巻線を差動接続すれ
ば、トルク検出特性の線形性をより改善すること
ができる。
本発明において用いられる磁心の材料としては
酸化物磁性体、アモルフアス合金、パーマロイ、
センダスト等を用いることができる。
酸化物磁性体、アモルフアス合金、パーマロイ、
センダスト等を用いることができる。
以下、本発明の実施例を第３図ａ，ｂ及び第４
図を参照して説明する。
図を参照して説明する。
第３図ａ中２１は直径55mmのトルク伝達軸であ
り、このトルク伝達軸２１には一対の環状磁心２
２1，２２2が固定されている。これら環状磁心２
２1，２２2は単ロール法により作製された幅５
mm、厚さ30μｍの（Fe0.65Ni0.3Cr0.05）75Si11B14ア
モルフアス磁性合金の薄帯を前記トルク伝達軸２
１に一周巻いて固定されている。また、これら環
状磁心２２1，２２2にはそれぞれその周方向に対
して角度θと角度−θの傾き方向に誘導磁気異方
性が付与されている。更に、環状磁心２２1，２
２2上には１mmのギヤツプを隔てて酸化物磁性体
からなる１対のＵ型の磁心２３1，２３2によつて
構成される検出ヘツドが配設されている。これら
磁心２３1，２３2には第３図ｂに示す如く１次巻
線（励磁巻線）２４および２次巻線（検出巻線）
２５が施されている。この検出ヘツドにより環状
磁心２２1，２２2の周方向に励磁することができ
る。また、２次巻線（検出巻線）２５は差動接続
されている。
り、このトルク伝達軸２１には一対の環状磁心２
２1，２２2が固定されている。これら環状磁心２
２1，２２2は単ロール法により作製された幅５
mm、厚さ30μｍの（Fe0.65Ni0.3Cr0.05）75Si11B14ア
モルフアス磁性合金の薄帯を前記トルク伝達軸２
１に一周巻いて固定されている。また、これら環
状磁心２２1，２２2にはそれぞれその周方向に対
して角度θと角度−θの傾き方向に誘導磁気異方
性が付与されている。更に、環状磁心２２1，２
２2上には１mmのギヤツプを隔てて酸化物磁性体
からなる１対のＵ型の磁心２３1，２３2によつて
構成される検出ヘツドが配設されている。これら
磁心２３1，２３2には第３図ｂに示す如く１次巻
線（励磁巻線）２４および２次巻線（検出巻線）
２５が施されている。この検出ヘツドにより環状
磁心２２1，２２2の周方向に励磁することができ
る。また、２次巻線（検出巻線）２５は差動接続
されている。
上記トルクセンサを用いてトルク伝達軸２１の
動トルクを検出したところ、第４図に示す如く極
めて優れた線形性を有していることが判明した。
また、従来のソレノイドコイルを用いて環状磁心
の巾方向に励磁するトルクセンサでは100ｍＡ程
度の励磁電流を必要としていたのに対し、上記ト
ルクセンサでは励磁電流は20ｍＡ程度であつた。
また、励磁電流を小さくできることから、強磁性
体からなるトルク伝達軸の影響も大巾に低減する
ことができた。更に、検出ヘツドを小型化するこ
とができ、センサ取り付け空間の制御されたシス
テムに対して有効に使用できる。
動トルクを検出したところ、第４図に示す如く極
めて優れた線形性を有していることが判明した。
また、従来のソレノイドコイルを用いて環状磁心
の巾方向に励磁するトルクセンサでは100ｍＡ程
度の励磁電流を必要としていたのに対し、上記ト
ルクセンサでは励磁電流は20ｍＡ程度であつた。
また、励磁電流を小さくできることから、強磁性
体からなるトルク伝達軸の影響も大巾に低減する
ことができた。更に、検出ヘツドを小型化するこ
とができ、センサ取り付け空間の制御されたシス
テムに対して有効に使用できる。
なお、本発明のトルクセンサに用いられる１対
の磁心からなる検出ヘツドは上記実施例で示した
ものに限らず、例えば第５図ａ，ｂ及び第６図
ａ，ｂに示すものでもよい。
の磁心からなる検出ヘツドは上記実施例で示した
ものに限らず、例えば第５図ａ，ｂ及び第６図
ａ，ｂに示すものでもよい。
第５図ａ及びｂ図示の検出ヘツドは１対の磁心
２３1，２３2を橋絡体２３3で結合し、この橋絡
体２３3に１次巻線（励磁巻線）２４′を施し、磁
心２３1，２３2に２次巻線（検出巻線）２５′を
施したものである。
２３1，２３2を橋絡体２３3で結合し、この橋絡
体２３3に１次巻線（励磁巻線）２４′を施し、磁
心２３1，２３2に２次巻線（検出巻線）２５′を
施したものである。
また、第６図ａ及びｂ図示の検出ヘツドは１対
の磁心２３1，２３2に上記実施例と同様に１次巻
線（励磁巻線）２４″を施し、２次巻線（検出巻
線）２５″を交叉させて施したものである。
の磁心２３1，２３2に上記実施例と同様に１次巻
線（励磁巻線）２４″を施し、２次巻線（検出巻
線）２５″を交叉させて施したものである。
また、上記実施例と同様な効果は環状磁心とし
てパーマロイ、センダスト、Fe−Si合金を用い
た場合、あるいは検出ヘツドを構成する磁心とし
てアモルフアス合金、パーマロイ、センダスト、
Fe−Si合金を用いた場合にも得られることが確
認された。
てパーマロイ、センダスト、Fe−Si合金を用い
た場合、あるいは検出ヘツドを構成する磁心とし
てアモルフアス合金、パーマロイ、センダスト、
Fe−Si合金を用いた場合にも得られることが確
認された。
以上詳述した如く本発明によれば、小さな励磁
電流でトルク伝達軸の材質の影響を受けずに広範
囲のトルク伝達軸のトルクを高精度で検出するこ
とができ、しかも配設が容易である等工業上極め
て実用性の高いトルクセンサを提供することがで
きるものである。
電流でトルク伝達軸の材質の影響を受けずに広範
囲のトルク伝達軸のトルクを高精度で検出するこ
とができ、しかも配設が容易である等工業上極め
て実用性の高いトルクセンサを提供することがで
きるものである。
第１図は非接触方式のトルクセンサ原理図、第
２図は従来のトルクセンサの構成図、第３図ａは
本発明の実施例におけるトルクセンサの構成図、
同図ｂは同トルクセンサ検出ヘツドの巻線の略記
図、第４図は同トルクセンサのトルク検出特性
図、第５図ａ及び第６図ａはそれぞれ本発明の他
の実施例におけるトルクセンサの検出ヘツドの斜
視図、第５図ｂ及び第６図ｂはそれぞれ第５図ａ
及び第６図ａの検出ヘツドの巻線の略記図であ
る。 ２１……トルク伝達軸、２２……環状磁心、２
３1，２３2……磁心、２３3……橋絡体、２４，
２４′，２４″……１次巻線（励磁巻線）、２５，
２５′，２５″……２次巻線（検出巻線）。
２図は従来のトルクセンサの構成図、第３図ａは
本発明の実施例におけるトルクセンサの構成図、
同図ｂは同トルクセンサ検出ヘツドの巻線の略記
図、第４図は同トルクセンサのトルク検出特性
図、第５図ａ及び第６図ａはそれぞれ本発明の他
の実施例におけるトルクセンサの検出ヘツドの斜
視図、第５図ｂ及び第６図ｂはそれぞれ第５図ａ
及び第６図ａの検出ヘツドの巻線の略記図であ
る。 ２１……トルク伝達軸、２２……環状磁心、２
３1，２３2……磁心、２３3……橋絡体、２４，
２４′，２４″……１次巻線（励磁巻線）、２５，
２５′，２５″……２次巻線（検出巻線）。
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
巻いて固定し、該軸に加えられたトルクにより前
記磁性金属薄帯の磁気特性が変化することを利用
してトルクの非接触検出を行うトルクセンサにお
いて、１個または１対の磁心を前記磁性金属薄帯
の周方向に励磁するように配置して磁性金属薄帯
の磁気特性の変化の検出を行うことを特徴とする
トルクセンサ。 ２ 一対の磁心に施された検出巻線が差動接続さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のトルクセンサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58164857A JPS6055682A (ja) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | トルクセンサ |
| US06/643,703 US4627298A (en) | 1983-08-30 | 1984-08-24 | Torque sensor of the noncontact type |
| DE8484305819T DE3475831D1 (en) | 1983-08-30 | 1984-08-24 | A torque sensor of the noncontact type |
| EP84305819A EP0136086B1 (en) | 1983-08-30 | 1984-08-24 | A torque sensor of the noncontact type |
| CA000462058A CA1225846A (en) | 1983-08-30 | 1984-08-29 | Torque sensor of the noncontact type |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58164857A JPS6055682A (ja) | 1983-09-07 | 1983-09-07 | トルクセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6055682A JPS6055682A (ja) | 1985-03-30 |
| JPS6320030B2 true JPS6320030B2 (ja) | 1988-04-26 |
Family
ID=15801230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58164857A Granted JPS6055682A (ja) | 1983-08-30 | 1983-09-07 | トルクセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6055682A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06249128A (ja) * | 1992-11-07 | 1994-09-06 | Naohisa Sawada | 環境保全に貢献する熱電併給方法 |
-
1983
- 1983-09-07 JP JP58164857A patent/JPS6055682A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6055682A (ja) | 1985-03-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0136086B1 (en) | A torque sensor of the noncontact type | |
| JPS6275328A (ja) | トルクセンサ | |
| JPS6228413B2 (ja) | ||
| US4364013A (en) | Magnetic transducer comprising a strained magnetic wire in a sheath of non-magnetic material | |
| US4762008A (en) | Torque detecting apparatus | |
| US4590807A (en) | Torque sensor of noncontact type | |
| US4616424A (en) | Magnetic direction sensor | |
| JPS6320030B2 (ja) | ||
| JP3846898B2 (ja) | ２重異方性微細組織を有する非接触式磁気弾性トルクトランスジューサ | |
| JPS5946526A (ja) | 電磁ストレスセンサ | |
| JPH0559374B2 (ja) | ||
| JPH0522858B2 (ja) | ||
| JPH0424530A (ja) | 磁歪トルクセンサ | |
| JPS59180338A (ja) | トルクセンサ | |
| JP2563512B2 (ja) | トルクセンサ | |
| Sasada et al. | A new method of assembling a torque transducer by the use of bilayer-structure amorphous ribbons | |
| JPH0522859B2 (ja) | ||
| JPS6055681A (ja) | トルクセンサ | |
| JPS6050429A (ja) | トルクセンサ | |
| JPS60123078A (ja) | トルクセンサ | |
| JPH07113698A (ja) | トルクセンサ | |
| JPH08184656A (ja) | 磁気センサ | |
| JPS63118627A (ja) | トルクセンサ | |
| JPS6183927A (ja) | トルクセンサ | |
| JPS6182126A (ja) | トルクセンサ |