KR930011088B1 - 왜곡 검출기 - Google Patents

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내용 없음.

Description

왜곡 검출기

제1도는 본원 발명의 제1의 실시예에 의한 왜곡검출기의 구성도.

제2a, b도는 본원 발명의 제1실시예에 의한 왜곡검출기의 자기회로도 및 전기적 등가회로도.

제3a, b도는 본원 발명의 제2의 실시예에 의한 왜곡검출기의 자기회로도 및 전기적 등가회로도.

제4도 및 제5도는 본원 발명의 제3의 실시예에 의한 왜곡검출기의 구성도 및 검출코일에서 발생하는 자계의 설명도.

제6a, b도는 본원 발명의 제3 및 제4의 실시예에 의한 검출코일의 구성도.

제7도는 종래의 왜곡검출기의 구성도.

제8a, b도는 종래의 왜곡검출기의 자기회로도 및 전기적 등가회로도.

제9a, b도는 종래의 검출코일의 자계분포 및 자속의 흐름을 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 수동축 5, 6 : 자성층

8, 9, 15, 16 : 검출코일 8a, 8b, 9a, 9b : 코일부분

12, 13 : 금속층

본원 발명은 예를 들면 회전축 등의 수동축의 왜곡을 검출하는 왜곡검출기에 관한 것이다.

제7도는 종래의 왜곡검출기의 구성도를 나타내며, (1)은 토크를 받는 수동축, (2)는 수동축(1)의 중심축, (3), (4)는 수동축(1)을 회전자재로 지지하는 베어링이다. (5), (6)은 수동축(1)의 주위에 고착된 자성층이고, 고투자율(高透磁率) 연자성재(軟磁性材)로 형성되어 있으며, 자성층(5)은 중심축(2)에 대하여 +45도 방향으로, 자성층(6)은 중심축(2)에 대하여 -45도 방향으로 형성되어 있다. 자성층(5), (6)의 외주에는 원통형의 코일보빈(7)이 배설되고, 코일보빈(7)에는 자성층(5), (6)과 대응해서 자성층(5), (6)과 동일폭의 솔레노이드형 검출코일(8), (9)가 감겨져 있으며 각 검출코일(8), (9)는 검출회로(14)와 접속된다. (10), (11)은 검출코일(8), (9)의 외주에 배설된 자기수속층(磁氣收束層)이며, 고투자율 연자성재로 형성되어 있다.

다음에, 동작에 대해 설명한다. 수동축(1)에 외력이 인가되면 각 자성층(5), (6)의 한쪽에 인장력이 발생하고, 다른쪽에 압축력이 발생하여 왜곡이 생긴다. 이 왜곡에 의해서 자성층(5), (6)의 투자율이 변화하고, 인장력에 의한 경우와 압축력에 의한 경우에는 투자율은 반대방향으로 변화한다. 검출코일(8), (9)은 검출회로(14)로부터의 통전에 의해 자속을 발생하고, 상기 투자율의 변화를 자기적 임피던스의 변화로서 검출하며, 검출회로(14)는 각 검출코일(8), (9)의 출력을 차동증폭하여 수동축(1)의 왜곡량에 따른 검출전압 V을 출력한다. 자기수속층(10), (11)은 검출코일(8), (9)의 외주측의 자속을 수속하고, 자기회로의 자기저항을 감소시켜 감소를 향상시킨다.

제8a, b도는 상기 종래 장치의 자기회로도 및 그 전기적 등가회로도이며, 검출코일(8), (9)에의 통전에 의해 발생한 자속중 E_g, F'_g는 검출코일(8), (9)와 자성층(5), (6)과의 갭을 지나는 자속, F_eff는 자성층(5), (6)을 지나는 자속, F_s는 수동축(1)을 지나는 자속을 표시한다. 자기수속층(10), (11)은 고투자율이므로 검출코일(8), (9)의 외주측에서는 자속 F_g, F_eff, F_S는 모두 자기수속층(10), (11)을 통과한다. 또, 전류 I_g, I_eff, I_s는 자속 F_g와 F'_g, F_eff, F₅를 변환한 것이며, 전압 E는 검출코일(8), (9)의 기자력(起磁力)에 대응한다. 또, R_g, R_eff, R_s는 각각 갭, 자성층(5), (6) 및 수동축(1)의 자기저항이며, R_ex는 검출코일(8), (9)의 외주측에서의 자기저항이다. 또한, 자기수속층(10), (11)의 자기저항 R_y가 R_ex와 병렬로 삽입된다. 따라서, 이 자기저항 R_y가 작으므로 총전류 I가 커지며, 자속 F_eff도 커져서 감도가 상승한다.

그러나, 상술한 종래 장치에 있어서는 자성층(5), (6)을 통과하지 않고 왜곡검출에 공헌하지 않는 자속 F_g, F'_g, F_s가 비교적 큰 비율로 존재하며, 충분한 왜곡검출 감도를 얻을 수 없다는 과제가 있었다.

또, 솔레노이드형 검출코일(8), (9)에서 발생한 자속은 자기수속층(10), (11)로부터 자성층(5), (6)을 지나 일주하며, 제9a, b도에 도시한 바와 같이 검출코일(8), (9)의 길이 1의 중앙부에서의 자계를 Ho, 코일 단부에서의 자계를 He라 하면, Ho≒1/2He가 되어 자계분포가 불균일하게 되었다. 따라서, 검출코일(8), (9)의 길이방향의 중앙부에서는 자성층(5), (6)의 자속밀도는 높아지나, 자속의 일부는 제9b도에 도시한 바와 같이 검출코일(8), (9)와 자성층(5), (6)사이의 공간을 지나게 되므로, 검출코일(8), (9)의 통전효율이 악화되어 감도가 저하하였다.

본원 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 자성층을 지나는 자속을 증대시켜 감도를 향상시킬 수 있는 왜곡검출기를 얻는 것을 목적으로 한다.

또, 검출코일의 효율을 높여서 검출감도를 향상시킬 수 있는 왜곡검출기를 얻는 목적으로 한다.

본원 발명의 청구항 1에 관한 왜곡검출기는 자성층과 검출코일 사이의 갭에 비자성 고전도율의 금속층을 배설한 것이다.

본원 발명의 청구항 2에 관한 왜곡검출기는 상기 금속층의 축방향 길이를 검출코일의 축방향 길이보다 짧게 한 것이다.

본원 발명의 청구항 3에 관한 왜곡검출기는 검출코일을 동일축의 2분할 구성으로 하고, 각 분할 부분에 동일방향의 전류를 흐르게 한 것이다.

또, 청구항 4에 관한 왜곡검출기는 검출코일을 양 단부가 조밀하고 중간부가 넓게 되도록 감은 것이다.

본원 발명에 있어서는 금속층이 비자성 고전도율이기 때문에, 검출코일에서 발생한 자속중, 금속층과 검출코일 사이의 갭을 통류하려고 하는 자속은 금속층의 표피효과에 의해 그 통류가 방해되어 자성층을 지나게 된다. 또, 상기 갭을 짧은 회로로 통류하려고 하는 자속도 금속층의 축방향 길이가 검출코일보다 짧으므로, 이 금속층에 의해 유효하게 통류가 방해된다.

또, 본원 발명에 있어서의 검출코일은 분할구성 또는 양단부가 조밀하고 중간부가 넓게 되어, 그 발생하는 자속분포는 양단부까지는 대략 균일하게 되고, 자속이 거의 자성층을 통과하게 된다.

이하, 본원 발명의 실시예를 도면과 함께 설명한다. 제1도는 이 발명의 제1실시예에 의한 왜곡검출기의 구성을 나타내며, (12), (13)은 동이나 알루미늄 등의 고도전율 비자성재로 이루어지는 제1 및 제2의 금속층이며, 코일보빈(7)에 있어서의 검출코일(8), (9)의 내주측에 자성층(5), (6)과 대응해서 배설된다. 원통형의 금속층(12), (13)의 축방향 길이는 역시 원통형의 검출코일(8), (9)의 축방향 길이보다 짧게 되어 있다. 다른 구성은 종래와 같다.

제2a, b도는 제1도의 왜곡검출기의 자기회로도 및 그 전기적 등가회로를 나타낸다. 금속층(12), (13)은 비자성 고도전율이므로 표피효과에 의해 교류자속의 침투깊이가 매우 얕아진다. 따라서, 검출코일(8), (9)에서 발생하는 자속중, 검출코일(8), (9)와 자성층(5), (6)과의 갭을 지나고 있던 자속 F_g, F'_g는 금속층(12), (13)이 있기 때문에 자속 F'_eff으로서 자성층(5), (6)을 통과하게 되고, 감도가 향상된다. 특히 금속층(12), (13)의 축방향 길이를 검출코일(8), (9)보다 짧게 하였으므로, 작은 폐회로에서 흐르는 자속 F'_g를 큰 폐회로에서 흐르도록 하여 F'_eff로서 자성층(5), (6)을 통과하도록 하기 위해 유효하다.

제3a, b도는 본원 발명의 제2의 실시예에 관한 왜곡검출기의 자기회로도 및 전기적 등가회로도를 나타내며, 이 예에서는 금속층(12), (13)을 자성층(5), (6)의 외주면상에 배설하였으며, 다른 구성은 제1의 실시예와 같다. 이 예에있어서도 금속층(12), (13)의 표피효과에 의해 자속 F_g, F'_g가 자속 F'_eff으로서 자성층(5), (6)을 지나게 되어 감도가 향상된다.

이하, 본원 발명의 제3의 실시예를 도면과 함께 설명한다. 이 실시예에 있어서는 제4도 및 제6a도에 도시한 바와 같이 자성층(5), (6)에 대응하여 코일보빈(7)에 감겨진 검출코일(8), (9)를 동일 중심축의 2개의 코일부분(8a), (8b) 및 (9a), (9b)로 이루어지는 분할형으로 하고, 코일부분(8a), (8b) 및 코일부분(9a), (9b)에는 동일 방향으로 전류를 흐르게 한다. 다른 구성은 제1의 실시예와 같다.

상기 구성에 있어서, 제5도에 도시한 바와 같이 각 코일부분(8a), (8b), (9a), (9b)의 반경을 a, 코일부분(8a), (9a)와 코일부분(8b), (9b) 사이의 간격을 2b, 그 중점을 0, 코일 전류를 I로 하고, 또한, a≒2b로 한 경우에 중심축상 0점에서 X의 거리의 점 P의 자계 H는

가 된다. 따라서, 중점 0의 자계 Ho는 X=0으로 하여

또, 코일부분(8a), (8b), (9a), (9b)의 위치의 자계 He는 x=b로 하여

여기서, a≒2b이므로

로 된다. 따라서, 검출코일(8), (9)의 중앙부와 단부에서는 자계가 거의 변하지 않으며, 균일한 자계분포가 얻어진다. 이 때문에, 검출코일(8), (9)의 중앙부에서 자성층(5), (6) 사이의 공간을 지나는 자속이 적어지고, 대부분의 자속이 자성층(5), (6)을 지나도록 되어 효율이 향상되고, 감도도 향상된다. 또한, 반드시 a≒2b의 조건을 충족하지 않아도 같은 효과를 얻을 수 있다.

제6b도는 본원 발명의 제4의 실시예를 나타내며, 이 실시예에서는 검출코일(15), (16)을 양단부가 조밀하고 중앙부가 넓게 되도록 감겨진 것으로 하고 있으며, 이 경우에도 역시 균일한 자계가 얻어지고, 상기 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이 본원 발명에 의하면, 자성층과 검출코일 사이에 비자성 고도전율의 금속층을 배설하였으므로, 이 갭을 통과하려고 하는 자속은 금속층의 표피효과에 의해 그 통류가 방해되어 자성층을 지나게 되고, 왜곡검출감도가 향상된다. 또, 금속층의 축방향길이를 검출코일보다 더 짧게 하였으므로 상기 갭을 조금 돌아서 통류하려고 하는 자속도 금속층에 의해 유효하게 방해되어 자성층을 지나게 되어 한층 감도가 향상된다.

또, 검출코일을 2분할 구성 또는 양단이 조밀하고 중간부가 넓게 되도록 감겨져 있으며, 검출코일에서 발생하는 자계분포는 그 양단까지 균일하게 되고, 그 대부분의 자속이 자성층을 지나게 되므로, 검출코일의 자속발생효율이 향상되고, 또한 왜곡검출감도가 향상된다.

Claims (4)

1. 외력을 받는 수동축과, 수동축의 외주면상에 고착된 고투자율 연자성의 자성층과, 자성층의 주위에 갭을 두고 배설되며, 자성층의 상기 외력에 따른 왜곡에 의한 투자율 변화를 검출하는 검출코일과, 자성층과 검출코일 사이의 갭에 배설된 비자성 고도전율의 금속층을 구비한 것을 특징으로 하는 왜곡검출기.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속층의 축방향 길이를 검출코일의 축방향 길이보다 짧게 한 것을 특징으로 하는 왜곡검출기.
3. 외력을 받는 수동축과, 고투자율 연자성재로 이루어지며 수동축의 주위에 고착된 자성층과, 자성층의 주위에 배설되고, 자성층의 상기 외력에 따른 왜곡에 의한 투자율 변화를 검출하는 검출코일을 구비한 왜곡검출기에 있어서, 상기 검출코일을 동일축의 2분할 구성으로 하고, 각 분할부분에 동일방향의 전류를 흐르게 한 것을 특징으로 하는 왜곡검출기.
4. 외력을 받는 수동축과, 고투자율 연자성재로 이루어지며 수동축의 주위에 고착된 자성층과, 자성층의 주위에 배설되고, 자성층의 상기 외력에 따른 왜곡에 의한 투자율 변화를 검출하는 검출코일을 구비한 왜곡검출기에 있어서, 상기 검출코일을 양단부가 조밀하고 중간부가 넓게 되도록 감은 것을 특징으로 하는 왜곡검출기.

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