JPWO2007004472A1 - 磁歪式荷重センサおよびそれを備えた移動体 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]第1の実施の形態
(1)磁歪式荷重センサの基本構成
図1は、第1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサの基本構成を説明するための図である。
磁歪式荷重センサ100の動作時においては、図示しない周辺回路の発振回路によりリード線を介してコイルAに交流電流が供給される。それにより、コイルAが駆動される。この場合、コイルAが励磁コイルとして機能し、棒状部材Cが磁化される。また、磁気通路形成部材Bが磁気通路として機能する。
(3−a)
荷重伝達部材Daまたは荷重伝達部材Dbに荷重が加えられる際には、棒状部材Cの一端と荷重伝達部材Daとの当接部(図2点線部t1参照)、および棒状部材Cの他端と荷重伝達部材Dbとの当接部(図2点線部t2参照)に応力が作用し、棒状部材Cに圧縮力が作用する。
磁気通路形成部材Bと棒状部材Cとの間で接触状態および非接触状態が交互に発生すると、磁気通路形成部材Bと棒状部材Cとの間の磁気抵抗が著しく変化する。
磁気通路形成部材Bと棒状部材Cとが互いに接触せず、棒状部材Cの一端と荷重伝達部材Daとの接続部、および棒状部材Cの他端と荷重伝達部材Dbとの接続部が磁気通路形成部材Bの外部に位置する。
2つの方向から加えられる荷重を2つの荷重センサを用いて検出する装置を作製する場合には、2つの荷重センサの感度を等しく調整すること、または等しい感度を有する2つの荷重センサを選別することが必要である。それにより、製造工程数および製造コストが増加する。
荷重伝達部材Daが、荷重印加部材Faにより加えられる荷重を棒状部材Cに伝達するとともに、荷重伝達部材Dbを通じて棒状部材Cに伝達された荷重を受け止める。
本実施の形態に係る磁歪式荷重センサ100によれば、逆磁歪効果により荷重が検出される。それにより、歪ゲージ式ロードセルに比べて、非常に高い感度(数十倍から数百倍)で荷重を検出することができる。
第1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ100の第1の具体例を説明する。
図3は、第1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ100の第1の具体例を示す断面図である。図3に示すように、第1の具体例に係る磁歪式荷重センサ100aは、コイル10、磁気通路形成部材20、棒状部材30、2つの荷重伝達部材40a,40bおよびハウジング50を含む。
複数のOリングO1〜O4およびハウジング50内での各構成部材の支持状態について説明する。
磁歪式荷重センサ100aの内部に振動または衝撃が発生する際には、磁気通路形成部材20と棒状部材30との位置関係にずれが生じる場合がある。また、磁歪式荷重センサ100aの中心軸に対して傾斜した方向に荷重が加わる際にも、磁気通路形成部材20と棒状部材30との位置関係にずれが生じる場合がある。このような場合でも、上記のように、磁気通路形成部材20および棒状部材30はともに、ハウジング50内で弾性的に支持されているので、そのずれ量に応じてセンサ構成部のインピーダンスが変化する。
図6は、磁気通路形成部材20の開口22hから突出する棒状部材30の部分を説明するための図である。図6では、スペーサSPは省略する。
本発明者は、以下に説明する実施例および比較例の磁歪式荷重センサの中心軸に対して傾斜した方向から荷重が加えられた場合における磁歪式荷重センサの出力特性について調査するために実験を行った。
第1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ100の第2の具体例を説明する。第2の具体例に係る磁歪式荷重センサは、以下の点で第1の具体例に係る磁歪式荷重センサ100aと構成が異なる。
第1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ100の第3の具体例を説明する。第3の具体例に係る磁歪式荷重センサは、以下の点で第2の具体例に係る磁歪式荷重センサ100bと構成が異なる。
第1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ100の第4の具体例を説明する。第4の具体例に係る磁歪式荷重センサは、以下の点で第3の具体例に係る磁歪式荷重センサ100cと構成が異なる。
第1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ100の第5の具体例を説明する。第5の具体例に係る磁歪式荷重センサは、以下の点で第1の具体例に係る磁歪式荷重センサ100aと構成が異なる。
(1)磁歪式荷重センサの基本構成
第2の実施の形態に係る磁歪式荷重センサは、以下の点で第1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ100と構成が異なる。
上記のように、磁歪式荷重センサ200においては、2つの荷重印加部材Fa,Fbが、それぞれ回転軸Hを中心に回転することにより、ハウジングEの両端で支持される荷重伝達部材Da,Dbに荷重が加えられる。
第2の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ200の具体例を説明する。
(1)磁歪式荷重センサの基本構成
第3の実施の形態に係る磁歪式荷重センサは、以下の点で第1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ100と構成が異なる。
第3の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ300の具体例を説明する。
図16は、上記実施の形態に係る磁歪式荷重センサ100を用いた荷重検出回路の概略構成を示すブロック図である。なお、磁歪式荷重センサ100としては、磁歪式荷重センサ100a〜100eのいずれかを用いることができる。
図17は図13の磁歪式荷重センサ200aを用いた滑走艇の平面図である。図18は図17の滑走艇の制御系を示すブロック図である。
図19は図15の磁歪式荷重センサ300aを用いた電動自転車800の側面図である。図20は図19の電動自転車に用いられるパワーユニットの構成を示す断面図である。
上記実施の形態に係る磁歪式荷重センサ100a,100b,100c,100d,100e,200a,300aは、滑走艇および電動自転車に限らず、自動二輪車、水上バイク、電動車椅子等の輸送機器に適用することができ、あるいは輸送機器に限らず、移動棚等の種々の移動体にも適用することができる。
上記実施の形態に係る磁歪式荷重センサにおいては、コイルA,10の貫通孔Ah,10hが貫通孔に相当し、コイルA,10がコイルに相当し、開口Bha,21hが第1の開口に相当し、開口Bhb,22hが第2の開口に相当する。
Claims (20)
- 貫通孔を有するコイルと、
前記貫通孔に挿入された荷重検出部材と、
前記コイルにより発生された磁束が通過する磁気通路を形成する磁気通路形成部材とを備え、
前記荷重検出部材の両端部は、前記貫通孔に対向する前記磁気通路形成部材の部分からそれぞれ外側に突出し、
外部から印加される荷重を前記荷重検出部材の少なくとも一端部に伝達する荷重伝達部材と、
前記磁気通路形成部材および前記荷重伝達部材を支持する支持部材とをさらに備えた、磁歪式荷重センサ。 - 前記支持部材は、前記荷重検出部材が一定の範囲で移動可能となるように、前記荷重伝達部材を介して前記荷重検出部材を支持する、請求項1記載の磁歪式荷重センサ。
- 前記支持部材は、前記荷重検出部材と前記磁気通路形成部材とが接触しないように前記荷重伝達部材を介して前記荷重検出部材を支持する、請求項1記載の磁歪式荷重センサ。
- 前記荷重検出部材と前記磁気通路形成部材との間に非磁性材料からなる間隔形成部材が設けられた、請求項3記載の磁歪式荷重センサ。
- 前記支持部材は、前記荷重伝達部材が一定の範囲で移動可能となるように、前記荷重伝達部材を支持する、請求項1記載の磁歪式荷重センサ。
- 前記支持部材は、前記荷重伝達部材を弾性体を介して支持する、請求項5記載の磁歪式荷重センサ。
- 前記支持部材は、前記コイル、磁気通路形成部材、荷重検出部材および荷重伝達部材を収容するハウジングを含む、請求項1記載の磁歪式荷重センサ。
- 前記磁気通路形成部材は、前記貫通孔の両端部にそれぞれ対向する部分に第1および第2の開口を有し、
前記荷重検出部材の外面と前記第1および第2の開口の内面との間にそれぞれ第1の隙間が形成され、
前記ハウジングは、前記荷重検出部材および荷重伝達部材が一体的に一定の範囲で移動可能となるように、前記荷重伝達部材が嵌合する第3の開口を有し、
前記荷重伝達部材の外面と前記第3の開口の内面との間に第2の隙間が形成され、
前記第2の隙間の幅は、前記第1の隙間の幅以下である、請求項7記載の磁歪式荷重センサ。 - 一定の範囲で移動可能かつ前記荷重伝達部材に当接可能に設けられ、前記荷重伝達部材を通じて前記荷重検出部材に荷重を印加する荷重印加部材をさらに備えた、請求項1記載の磁歪式荷重センサ。
- 前記磁気通路形成部材は、前記貫通孔の両端部にそれぞれ対向する部分に第1および第2の開口を有し、
前記荷重検出部材の外面と前記第1および第2の開口の内面との間にそれぞれ第1の隙間が形成され、
前記ハウジングは、前記荷重検出部材および荷重伝達部材が一体的に一定の範囲で移動可能となるように、前記荷重伝達部材が嵌合する第3の開口を有し、
前記荷重伝達部材の外面と前記第3の開口の内面との間に第2の隙間が形成され、
前記第2の隙間の幅は、前記第1の隙間の幅以下であり、
前記荷重伝達部材を通じて前記荷重検出部材に荷重を印加する荷重印加部材をさらに備え、
前記荷重印加部材は、前記貫通孔の軸方向と直交する方向において前記第1の隙間の幅よりも大きな範囲で移動可能に設けられる、請求項7記載の磁歪式荷重センサ。 - 前記荷重伝達部材は、外部から印加される荷重を前記荷重検出部材の一端部および他端部にそれぞれ伝達する第1および第2の荷重伝達部材を含む、請求項1記載の磁歪式荷重センサ。
- 一定の範囲で移動可能かつ前記荷重伝達部材に当接可能に設けられ、前記第1および第2の荷重伝達部材を通して前記荷重検出部材の一端部および他端部に荷重をそれぞれ印加する第1および第2の荷重印加部材をさらに備えた、請求項11記載の磁歪式荷重センサ。
- 前記第1および第2の荷重印加部材および前記第1および第2の荷重伝達部材は、前記コイルの前記貫通孔の軸に沿って、前記荷重検出部材を中心として対称的に配置された、請求項12記載の磁歪式荷重センサ。
- 前記ハウジングは、前記荷重伝達部材が嵌合する第3の開口を有し、
前記荷重伝達部材は、前記ハウジングの内側の一端面に対向または接触するフランジ部および前記荷重検出部材の一端部が嵌合する凹部を有する、請求項7記載の磁歪式荷重センサ。 - 前記ハウジングの前記第3の開口の内面と前記荷重伝達部材の外面との間に隙間が形成され、
前記荷重伝達部材を前記ハウジングに対して前記貫通孔の軸方向と直交する方向に移動可能に保持する弾性部材をさらに備えた、請求項14記載の磁歪式荷重センサ。 - 前記荷重検出部材は、外部から印加される荷重を前記荷重検出部材の一端部および他端部にそれぞれ伝達する第1および第2の荷重伝達部材を含み、
前記ハウジングは、前記第1の荷重伝達部材が嵌合する第3の開口および前記第2の荷重伝達部材が嵌合する第4の開口を有し、
前記第1の荷重伝達部材は、前記ハウジングの内側の一端面に対向または接触する第1のフランジ部および前記荷重検出部材の一端部が嵌合する第1の凹部を有し、
前記第2の荷重伝達部材は、前記ハウジングの内側の他端面に対向または接触する第2のフランジ部および前記荷重検出部材の他端部が嵌合する第2の凹部を有する、請求項7記載の磁歪式荷重センサ。 - 前記ハウジングの前記第3の開口の内面と前記第1の荷重伝達部材の外面との間に隙間が形成され、前記ハウジングの前記第4の開口の内面と前記第2の荷重伝達部材の外面との間に隙間が形成され、
前記第1の荷重伝達部材を前記ハウジングに対して前記貫通孔の軸方向と直交する方向に移動可能に保持する第1の弾性部材と、
前記第2の荷重伝達部材を前記ハウジングに対して前記貫通孔の軸方向と直交する方向に移動可能に保持する第2の弾性部材とをさらに備えた、請求項16記載の磁歪式荷重センサ。 - 前記荷重検出部材と前記荷重伝達部材とが接合された、請求項1記載の磁歪式荷重センサ。
- 前記磁気通路形成部材は、前記貫通孔の両端部にそれぞれ対向する部分に第1および第2の開口を有し、
前記荷重検出部材は、円柱形状を有し、
前記荷重検出部材の両端部は、軸方向の断面の直径以上の長さ分、前記磁気通路形成部材の第1および第2の開口から突出する、請求項1記載の磁歪式荷重センサ。 - 本体部と、
前記本体部を移動させる駆動部と、
荷重を検出する磁歪式荷重センサと、
前記磁歪式荷重センサにより検出された荷重に基づいて前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記磁歪式荷重センサは、
貫通孔を有するコイルと、
前記貫通孔に挿入された荷重検出部材と、
前記コイルにより発生された磁束が通過する磁気通路を形成する磁気通路形成部材とを含み、
前記荷重検出部材の両端部は、前記貫通孔に対向する前記磁気通路形成部材の部分からそれぞれ外側に突出し、
外部から印加される荷重を前記荷重検出部材の少なくとも一端部に伝達する荷重伝達部材と、
前記磁気通路形成部材および前記荷重伝達部材を支持する支持部材とをさらに含む、移動体。
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