JP2004184190A

JP2004184190A - Magnetostrictive torque sensor

Info

Publication number: JP2004184190A
Application number: JP2002350461A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kubota; 剛久保田; Satomi Ishikawa; さとみ石川; Kazuyoshi Kaneko; 和佳金子
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-07-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly sensitive and precise magnetostrictive sensor easy to allow working for imparting magnetic anisotropy to a torque sensing part, and also reducing a cost. <P>SOLUTION: This sensor is provided with the first and second sensing parts with a thin film made of a ferromagnetic substance indicating magnetic anisotropy along a direction forming an angle within a range of angle larger than 0° and smaller than 90° with respect to the longitudinal-directional center axis of a rotary shaft. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸の周囲に磁場を与えるためのコイルを巻回し、外部から加わるトルクによる回転軸の歪に起因するコイルのインピーダンス変化に基づいてそのトルクを検知する磁歪式トルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁歪効果を利用した非接触式の磁歪式トルクセンサは、強磁性体から成る回転軸にトルクが加わるときの歪に応じた回転軸自身の透磁率変化により、その周囲に巻回されたコイルを含む交流抵抗のインピーダンス変化が生じ、このインピーダンス変化からトルクを検出するものである。
【０００３】
従来、このような磁歪式トルクセンサにおいて、トルクを正確に検知するとともに、温度特性を改善するために、トルクが作用する回転軸の中心軸線に対して傾斜した方向の磁気異方性を有する２組の磁歪材を、それぞれ逆方向を指向するように傾斜させて配置する試みがなされている。
【０００４】
例えば、以下に示す特許文献１では、トルク受感部をなす磁歪材にらせん状の溝を形成し、その磁歪材を一般鋼で挟む形で接合するによって磁気異方性を発現させる技術についての開示がなされている。
【０００５】
また、トルク受感部に磁歪材の膜を形成し、回転軸に対してねじり応力を加えた状態で熱処理を施すことによって磁気異方性を発現させ技術も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３３０５２４号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−８２０００号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のうち、特許文献１に開示されている技術の場合、溝を形成するための加工が難しいために手間がかかり、トルクの検出特性にばらつきが生じる恐れがあるのは勿論のこと、非効率かつ高コストであった。
【０００９】
また、特許文献２に開示されている技術の場合、ねじり応力を加えた状態で熱処理を施すため、成膜室の大きさが制限される上、熱処理前の工程が増加するなど、やはり効率とコストの面で改善すべき点があった。
【００１０】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、トルク受感部に磁気異方性を持たせるための加工が容易であるとともに高感度かつ高精度であり、さらにコストの低減も図ることのできる磁歪式トルクセンサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明は、回転軸の周囲に磁場を与えるためのコイルを巻回し、外部から加わるトルクによる前記回転軸の歪に起因する前記コイルのインピーダンス変化に基づいて前記トルクを検知する磁歪式トルクセンサにおいて、前記回転軸の表面に、当該回転軸の長手方向の中心軸に対して０度より大きく９０度より小さい角度をなす方向に磁気異方性を示す強磁性体製の薄膜が貼付されて成る第１および第２の受感部を備えたことを要旨とする。
【００１２】
請求項１記載の本発明によれば、回転軸の表面に、当該回転軸の長手方向の中心軸に対して０度より大きく９０度より小さい角度をなす方向に磁気異方性を示す強磁性体製の薄膜が貼付されて成る第１および第２の受感部を備えた磁歪式トルクセンサを提供することにより、トルク受感部に磁気異方性を持たせるための加工が容易であるとともに高感度かつ高精度であり、さらにコストの低減も実現することができる。
【００１３】
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の発明において、前記第１および第２の受感部は、前記回転軸の長手方向の中心軸と直交する軸のいずれかを対称軸として互いに対称な方向を指向する磁気異方性をそれぞれ有することを要旨とする。
【００１４】
請求項２記載の本発明によれば、回転軸でトルクを受感する部分を二つ設け、各々の受感部が有する磁気異方性が、その回転軸の長手方向と垂直な方向に対して対称になるように二つの受感部を配置することにより、より高精度で温度特性を改善し得る磁歪式トルクセンサを提供することが可能となる。
【００１５】
請求項３記載の本発明は、請求項１または２記載の発明において、前記薄膜は、エッチング処理によって磁気異方性を発現したものであることを要旨とする。
【００１６】
請求項４記載の本発明は、前記薄膜は樹脂フィルム上に積層され、この樹脂フィルムと一体で前記回転軸表面に貼付されたことを要旨とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る磁歪式トルクセンサの構成を表す部分断面図である。同図に示す磁歪式トルクセンサ１は、外部からのトルクにより回転する回転軸１１、回転軸１１上でトルクを直接受感する受感部１３Ａおよび１３Ｂ（第１および第２の受感部）、受感部１３Ａおよび１３Ｂの周囲にそれぞれ巻回されるコイル１５Ａおよび１５Ｂ、以上の部位を収容するヨーク１７から少なくとも構成されている。
【００１９】
図２は、図１に示す磁歪式トルクセンサ１の矢視Ａ方向の側面図である。同図に示すように、磁歪式トルクセンサ１は側面が円筒形状をなしていることが好ましい。
【００２０】
回転軸１１は、ベアリング１９Ａおよび１９Ｂを介して磁歪式トルクセンサ１本体に対して回転可能に支持されている。この回転軸１１は、通過する磁束の状態に応じて非磁性体でもよいし強磁性体でもよい。図１においては、回転軸１１の両端は異なる形状をなしている。これは、ベアリング１９Ａ側をモータに連結する一方で、ベアリング１９Ｂ側をブレーキに連結し、そのモータで回転軸１１を回転させ、ブレーキをかけたときに生じるトルクが回転軸１１に加わる場合を想定しているためであるが、両端の構成はこれに限られるわけではなく、両端が他の形状を有する場合でも以後の説明は全く変わらない。
【００２１】
受感部１３Ａおよび１３Ｂは、回転軸１１の長手方向中心軸に対して、０度より大きく９０度より小さい所定の傾斜角をなす方向に磁気異方性を有している。磁気異方性とは、巨視的な磁化が一定方向を指向する傾向のことであり、外部磁場がないときに磁化が安定する方向、すなわち内部エネルギー（または磁気異方性エネルギー）が安定する方向は磁化容易軸と呼ばれる。
【００２２】
このような磁気異方性を持たせるために、回転軸１１のうち周囲にコイル１５Ａまたは１５Ｂが巻回されている部分の表面には、強磁性ステンレス鋼等の磁歪効果を有する強磁性体製の薄膜を縞上にエッチングしたものが貼付されている。なお、貼付される薄膜の回転軸長手方向の長さは、場合によってはコイル１５Ａまたは１５Ｂが外周に巻回されている部分より若干長くてもよいし、若干短くてもよい。
【００２３】
縞模様のエッチング処理を施す場合には、図１に示すように磁歪式トルクセンサ１の側面から見て回転軸１１の長手方向中心軸と４５度の角度をなすのが理論的にも好ましいが、少なくとも長手方向中心軸に平行または垂直でさえなければ磁気異方性は発現する。本実施形態においては、あえて４５度以外の角度にする必然性がないため、以後の説明においては、最適なエッチングを施したものとする。
【００２４】
図３は、前述した縞模様のエッチングを施した薄膜８１を用いて受感部１３Ａまたは１３Ｂを構成する際の概略を示す説明図である。同図に示すように、薄膜８１は回転軸１１に貼付されて受感部１３が構成される。
【００２５】
エッチングする際には、貼付工程等における薄膜８１の取り扱いが難しくなることもある。そこで、薄膜８１にポリイミド等の樹脂フィルムを熱圧着して積層したものにエッチングを施し、その樹脂フィルム付きの薄膜８１を回転軸に貼付する方法も考えられる。ちなみに、このような樹脂フィルム付き薄膜は市販されており、前述した積層工程を行う必要はない。
【００２６】
以上のように構成される受感部１３Ａおよび１３Ｂの周囲にコイル１５Ａおよび１５Ｂをそれぞれ巻回し、これらを、磁路を構成するためのヨーク１７に収納する。
【００２７】
ヨーク１７は磁性材料から成り、回転軸１１とともにコイルを流れる電流によって生じる磁束を還流させて磁束の磁路を構成する。
【００２８】
なお、図示はしないが、各コイルの外側にさらに２次コイルをそれぞれ巻回し、それらとコイル１５Ａおよび１５Ｂとの相互誘導を利用してトルクを検出する構成にすることも可能である。
【００２９】
また、図１は、あくまで磁歪式トルクセンサ１要部の構成を示すものであり、図面記載を簡略化している部分もある。例えば、磁歪式トルクセンサ１を適用対象に固定するためのネジ等の部材については記載を省略している。
【００３０】
図４は、外部からトルクが加わるときに受感部１３Ａおよび１３Ｂに加わる作用を模式的に示す説明図である。
【００３１】
このうち図４（ａ）は、受感部１３ＡがＰ方向に回転（図で受感部１３の左側面から見たときに反時計回りに回転）するトルクが加わっている。このようなトルクが加わると受感部１３Ａの表面では薄膜の形状に沿って引張ひずみが発生し、受感部１３Ａの透磁率が増加する。その結果、受感部１３Ａを貫通する磁束も増加する。
【００３２】
他方、図４（ｂ）は、図４（ａ）と同様に受感部１３ＢがＰ方向に回転するトルクが加わっている。この場合、受感部１３Ｂの磁化容易軸は図４（ａ）とは鉛直方向を対称軸として対称な方向を指向しているため、材料特性が図４（ａ）の場合と逆になり、受感部１３Ｂに圧縮ひずみが生じ、受感部１３Ｂの透磁率は減少する。その結果、受感部１３Ｂを貫通する磁束も減少する。
【００３３】
以上説明したように、回転軸１１上に磁化容易軸の方向が異なる二つの受感部１３Ａおよび１３Ｂとして、縞模様のエッチングを施した薄膜８１を回転軸１１の表面に貼付して構成することにより、トルクを受感するときの二つのコイル１５Ａおよび１５Ｂにおける自己インダクタンス変化の差がトルクの大きさに応じて大きくなるため、この差を差動増幅することによってトルクに対応するセンサ出力信号を得ることができる。このセンサ信号の大きさと出力値の正負により、トルクの大きさおよび方向を検出することができる。また、二つの受感部１３Ａおよび１３Ｂを用いれば、前述した感度の向上に加えて、温度特性の改善も実現することができる。
【００３４】
なお、二つの受感部の縞模様を逆にして本実施形態に係る磁歪式トルクセンサを構成することも勿論可能である。
【００３５】
従来のように、受感部の表面に溝等を設けることによって磁気異方性を発現させる場合には、切削加工または鍛造加工を行うための高度な技術が必要になる。これに対して本実施形態の磁歪式トルクセンサ１は、回転軸１１に薄膜８１を貼付するだけなので、容易に構成可能であり、加工時間の大幅な削減とコストダウンを図ることが可能となる。
【００３６】
以上説明した本発明の一実施形態によれば、軸に溝を掘ったり、スリーブにスリットを設けたりするような難しい切削加工を必要とせず、溶射等のように磁歪材に無駄が生じないため、材料費を軽減することができる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、エッチングによって最適な磁気異方性を示す受感部を構成することができるので、磁歪式トルクセンサ自体の性能を向上させることができる。
【００３８】
なお、エッチングにより施される模様（パターン）は上述した縞模様に限られるわけではない。例えば、図５および図６に示すようなエッチング（４５度の傾斜角で同じパターンを繰り返すようなエッチング）を施した薄膜８１を用いても上記同様の効果を得ることができる。
【００３９】
以上説明した磁歪式トルクセンサは、例えば、電動アシスト自転車や電動車椅子等、人力に加えて電動モータを補助駆動力として利用する小型電動移動体において、人力によって外部から加わるトルクを検出する場合、あるいはオートバイ等の自動二輪車、四輪バギー、水上ビーグル等の操舵軸上に設けてハンドル操作時の回転トルクを検出するために好適である。これらの適用対象ごとに、磁歪式トルクセンサの大きさや回転軸の径、検出するトルクの絶対値および要求精度は異なる。しかしながら、その基本構成はいずれも上述したものに他ならない。
【００４０】
ところで、本発明は、以上説明した実施の形態のみに限られるわけではない。上述した実施の形態と同様の効果を奏する範囲内において、種々の設計変更等を行うことが可能であるとともに、前述した以外にもさまざまな適用例を想定することができることは勿論であり、この意味で、本発明は、上記実施形態と同様の効果を奏するさまざまな実施の形態等を含みうるものである。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、トルク受感部に磁気異方性を持たせるための加工が容易であるとともに高感度かつ高精度であり、さらにコストの低減も図ることのできる磁歪式トルクセンサを提供することができる。
【００４２】
特に、本発明によれば、トルクを受感するのに最適な磁気異方性を容易に受感部に持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁歪式トルクセンサの構成を示す部分断面図である。
【図２】図１の矢視Ａ方向の側面図である。
【図３】縞模様のエッチングを施した薄膜により受感部を構成する場合の説明図である。
【図４】外部からトルクが加わり、受感部に透磁率変化が生じる場合の概略を示す説明図である。
【図５】薄膜に施される別なエッチングの例（パターン）を示す説明図である。
【図６】薄膜に施されるエッチングの第３例（パターン）を示す説明図である。
【符号の説明】
１磁歪式トルクセンサ
１１回転軸
１３、１３Ａ、１３Ｂ受感部
１５Ａ、１５Ｂコイル
１７ヨーク
１９Ａ、１９Ｂベアリング
８１薄膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor that winds a coil for applying a magnetic field around a rotating shaft and detects the torque based on a change in impedance of the coil caused by distortion of the rotating shaft due to externally applied torque.
[0002]
[Prior art]
A non-contact type magnetostrictive torque sensor using the magnetostrictive effect is a coil wound around the rotating shaft made of a ferromagnetic material due to a change in magnetic permeability of the rotating shaft itself according to the distortion when torque is applied to the rotating shaft. A change in impedance of the AC resistance including the change occurs, and the torque is detected from the change in impedance.
[0003]
Conventionally, such a magnetostrictive torque sensor has a magnetic anisotropy in a direction inclined with respect to the center axis of the rotating shaft on which the torque acts in order to accurately detect the torque and improve the temperature characteristics. Attempts have been made to arrange the sets of magnetostrictive materials at an angle so as to be directed in opposite directions.
[0004]
For example, in Patent Document 1 shown below, a technique is disclosed in which a spiral groove is formed in a magnetostrictive material forming a torque sensing portion, and the magnetostrictive material is joined by sandwiching the magnetostrictive material with general steel to exhibit magnetic anisotropy. Disclosure has been made.
[0005]
In addition, a technology has been proposed in which a film of a magnetostrictive material is formed on a torque sensing portion and heat treatment is performed while applying a torsional stress to a rotating shaft to thereby exhibit magnetic anisotropy (for example, Patent Document 1). 2).
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-330524 A
[Patent Document 2]
JP-A-2002-82000
[Problems to be solved by the invention]
Of the above-mentioned conventional techniques, in the case of the technique disclosed in Patent Literature 1, it is troublesome to perform processing for forming a groove, which is troublesome, and of course, there is a possibility that the torque detection characteristics may vary, It was inefficient and expensive.
[0009]
Further, in the case of the technology disclosed in Patent Document 2, heat treatment is performed in a state where a torsional stress is applied, so that the size of the film formation chamber is limited and the number of steps before the heat treatment is increased. There was a point to be improved in terms of cost.
[0010]
The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide easy processing for imparting magnetic anisotropy to a torque sensing portion, high sensitivity and high accuracy, and further reduction in cost. An object of the present invention is to provide a magnetostrictive torque sensor that can be achieved.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 winds a coil for applying a magnetic field around a rotating shaft, and changes impedance of the coil due to distortion of the rotating shaft due to externally applied torque. In the magnetostrictive torque sensor that detects the torque based on the magnetic anisotropy, the surface of the rotating shaft has a magnetic anisotropy in a direction forming an angle greater than 0 degree and smaller than 90 degrees with respect to a central axis in a longitudinal direction of the rotating shaft. The first and second sensing parts are provided with a thin film made of a ferromagnetic material attached thereto.
[0012]
According to the first aspect of the present invention, a ferromagnetic material exhibiting magnetic anisotropy on the surface of the rotating shaft in a direction forming an angle larger than 0 degree and smaller than 90 degrees with respect to the central axis in the longitudinal direction of the rotating shaft. By providing a magnetostrictive torque sensor having first and second sensing parts each having a body-made thin film attached thereto, processing for imparting magnetic anisotropy to the torque sensing parts is easy. In addition, the sensitivity and accuracy are high, and the cost can be further reduced.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the first and second sensing portions are arranged so that one of the axes orthogonal to a central axis in the longitudinal direction of the rotation axis is a symmetric axis. The gist is to have magnetic anisotropy pointing in symmetric directions.
[0014]
According to the second aspect of the present invention, two portions are provided for sensing the torque on the rotating shaft, and the magnetic anisotropy of each sensing portion has a magnetic anisotropy in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the rotating shaft. By arranging the two sensing portions so as to be symmetrical, it is possible to provide a magnetostrictive torque sensor that can improve the temperature characteristics with higher accuracy.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the thin film has a magnetic anisotropy developed by an etching process.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, the thin film is laminated on a resin film, and is attached to the surface of the rotating shaft integrally with the resin film.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration of a magnetostrictive torque sensor according to an embodiment of the present invention. The magnetostrictive torque sensor 1 shown in FIG. 1 includes a rotating shaft 11 that rotates by an external torque, and sensing units 13A and 13B (first and second sensing units) that directly sense the torque on the rotating shaft 11. And coils 15A and 15B wound around the sensing parts 13A and 13B, respectively, and a yoke 17 for accommodating the above-mentioned parts.
[0019]
FIG. 2 is a side view of the magnetostrictive torque sensor 1 shown in FIG. As shown in the figure, the magnetostrictive torque sensor 1 preferably has a cylindrical side surface.
[0020]
The rotating shaft 11 is rotatably supported with respect to the main body of the magnetostrictive torque sensor 1 via bearings 19A and 19B. The rotating shaft 11 may be a non-magnetic material or a ferromagnetic material depending on the state of the magnetic flux passing therethrough. In FIG. 1, both ends of the rotating shaft 11 have different shapes. This assumes that the bearing 19A is connected to the motor while the bearing 19B is connected to the brake, and the rotating shaft 11 is rotated by the motor, and the torque generated when the brake is applied is applied to the rotating shaft 11. However, the configuration at both ends is not limited to this, and the following description does not change even when both ends have other shapes.
[0021]
The sensing portions 13A and 13B have magnetic anisotropy in a direction forming a predetermined inclination angle that is greater than 0 degree and smaller than 90 degrees with respect to the central axis in the longitudinal direction of the rotating shaft 11. Magnetic anisotropy refers to the tendency of macroscopic magnetization to be oriented in a certain direction, in the direction in which magnetization is stable in the absence of an external magnetic field, that is, in the direction in which internal energy (or magnetic anisotropic energy) is stable. Is called the easy axis of magnetization.
[0022]
In order to provide such magnetic anisotropy, a surface of a portion of the rotating shaft 11 around which the coil 15A or 15B is wound is made of a ferromagnetic material having a magnetostrictive effect such as ferromagnetic stainless steel. A thin film obtained by etching a thin film on a stripe is attached. The length of the thin film to be attached in the longitudinal direction of the rotation axis may be slightly longer or slightly shorter than the portion around which the coil 15A or 15B is wound around depending on the case.
[0023]
When performing a striped etching process, it is theoretically preferable to form an angle of 45 degrees with the longitudinal center axis of the rotating shaft 11 as viewed from the side of the magnetostrictive torque sensor 1 as shown in FIG. The magnetic anisotropy develops unless it is at least parallel or perpendicular to the longitudinal central axis. In the present embodiment, there is no need to intentionally set the angle to an angle other than 45 degrees. Therefore, in the following description, it is assumed that optimal etching has been performed.
[0024]
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing the configuration of the sensing unit 13A or 13B using the thin film 81 on which the above-mentioned striped pattern has been etched. As shown in the figure, the thin film 81 is affixed to the rotating shaft 11 to form the sensing unit 13.
[0025]
At the time of etching, it may be difficult to handle the thin film 81 in an attaching step or the like. Therefore, a method in which a resin film of polyimide or the like is laminated by thermocompression bonding on the thin film 81 is etched, and the thin film 81 with the resin film is attached to a rotating shaft is also conceivable. Incidentally, such a thin film with a resin film is commercially available, and there is no need to perform the above-described laminating step.
[0026]
The coils 15A and 15B are wound around the sensing portions 13A and 13B configured as described above, respectively, and are stored in the yoke 17 for forming a magnetic path.
[0027]
The yoke 17 is made of a magnetic material, and recirculates a magnetic flux generated by a current flowing through the coil together with the rotating shaft 11 to form a magnetic path of the magnetic flux.
[0028]
Although not shown, a secondary coil may be further wound around each coil, and a torque may be detected by utilizing mutual induction between the coils and the coils 15A and 15B.
[0029]
FIG. 1 shows only the configuration of the main part of the magnetostrictive torque sensor 1, and some parts of the drawing are simplified. For example, a member such as a screw for fixing the magnetostrictive torque sensor 1 to an application target is not described.
[0030]
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing an action applied to the sensing units 13A and 13B when a torque is applied from the outside.
[0031]
In FIG. 4A, a torque is applied to rotate the sensing section 13A in the P direction (counterclockwise when viewed from the left side of the sensing section 13 in the figure). When such a torque is applied, tensile strain is generated on the surface of the sensing portion 13A along the shape of the thin film, and the magnetic permeability of the sensing portion 13A increases. As a result, the magnetic flux penetrating through the sensing section 13A also increases.
[0032]
On the other hand, in FIG. 4B, a torque is applied to rotate the sensing unit 13B in the P direction as in FIG. 4A. In this case, since the easy axis of magnetization of the sensing portion 13B is directed in a symmetric direction with the vertical direction as the axis of symmetry in FIG. 4A, the material characteristics are opposite to those in FIG. Compressive strain is generated in the sensing part 13B, and the magnetic permeability of the sensing part 13B decreases. As a result, the magnetic flux penetrating through the sensing portion 13B also decreases.
[0033]
As described above, the striped etched thin film 81 is attached to the surface of the rotating shaft 11 as the two sensing portions 13A and 13B having different directions of the easy axis on the rotating shaft 11. As a result, when the torque is sensed, the difference between the self-inductance changes in the two coils 15A and 15B increases according to the magnitude of the torque. By differentially amplifying this difference, the sensor output signal corresponding to the torque is obtained. Obtainable. The magnitude and direction of the torque can be detected from the magnitude of the sensor signal and the sign of the output value. Further, if the two sensing units 13A and 13B are used, in addition to the improvement of the sensitivity described above, the improvement of the temperature characteristic can be realized.
[0034]
It is of course possible to configure the magnetostrictive torque sensor according to the present embodiment by reversing the stripe pattern of the two sensing units.
[0035]
In the case where magnetic anisotropy is developed by providing a groove or the like on the surface of the sensing portion as in the related art, an advanced technique for performing cutting or forging is required. On the other hand, the magnetostrictive torque sensor 1 according to the present embodiment can be easily configured because the thin film 81 is simply stuck to the rotating shaft 11, so that the processing time can be greatly reduced and the cost can be reduced. .
[0036]
According to the embodiment of the present invention described above, it is not necessary to perform difficult cutting such as digging a groove in a shaft or providing a slit in a sleeve, and there is no waste in a magnetostrictive material such as thermal spraying. In addition, material costs can be reduced.
[0037]
In addition, according to the present embodiment, the sensing portion exhibiting the optimum magnetic anisotropy can be formed by etching, so that the performance of the magnetostrictive torque sensor itself can be improved.
[0038]
In addition, the pattern (pattern) provided by etching is not limited to the above-mentioned stripe pattern. For example, the same effect as described above can be obtained by using a thin film 81 which has been etched as shown in FIGS. 5 and 6 (etching such that the same pattern is repeated at an inclination angle of 45 degrees).
[0039]
The magnetostrictive torque sensor described above is, for example, an electrically assisted bicycle or an electric wheelchair, or the like, in a small electric vehicle that uses an electric motor as an auxiliary driving force in addition to human power, when detecting externally applied torque by human power, or It is suitable to be provided on a steering shaft of a motorcycle such as a motorcycle, a four-wheel buggy, a water beagle or the like to detect a rotational torque at the time of operating a steering wheel. The size of the magnetostrictive torque sensor, the diameter of the rotating shaft, the absolute value of the torque to be detected, and the required accuracy differ for each of these applications. However, the basic configuration is none other than the above.
[0040]
By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiment. Various design changes and the like can be made within a range in which the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. Needless to say, various application examples other than those described above can be assumed. In a sense, the present invention can include various embodiments and the like having the same effects as the above embodiments.
[0041]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, the processing for imparting magnetic anisotropy to the torque sensing portion is easy, the sensitivity is high, the accuracy is high, and the cost is reduced. And a magnetostrictive torque sensor that can perform the method.
[0042]
In particular, according to the present invention, it is possible to easily provide the magnetic sensing anisotropy optimal for sensing the torque to the sensing unit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration of a magnetostrictive torque sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view in the direction of arrow A in FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a case where a sensing unit is formed by a thin film subjected to striped etching.
FIG. 4 is an explanatory view schematically showing a case where a torque is applied from the outside and a magnetic permeability changes in a sensing portion.
FIG. 5 is an explanatory view showing another example (pattern) of etching performed on a thin film.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a third example (pattern) of etching performed on a thin film.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetostrictive torque sensor 11 Rotation shaft 13, 13A, 13B Sensing part 15A, 15B Coil 17 Yoke 19A, 19B Bearing 81 Thin film

Claims

回転軸の周囲に磁場を与えるためのコイルを巻回し、外部から加わるトルクによる前記回転軸の歪に起因する前記コイルのインピーダンス変化に基づいて前記トルクを検知する磁歪式トルクセンサにおいて、
前記回転軸の表面に、当該回転軸の長手方向の中心軸に対して０度より大きく９０度より小さい角度をなす方向に磁気異方性を示す強磁性体製の薄膜が貼付されて成る第１および第２の受感部を備えたことを特徴とする磁歪式トルクセンサ。A magnetostrictive torque sensor that winds a coil for applying a magnetic field around a rotation axis and detects the torque based on an impedance change of the coil caused by distortion of the rotation axis due to externally applied torque,
On the surface of the rotating shaft, a thin film made of a ferromagnetic material exhibiting magnetic anisotropy in a direction making an angle larger than 0 degree and smaller than 90 degrees with respect to a central axis in a longitudinal direction of the rotating shaft is attached. A magnetostrictive torque sensor comprising a first and a second sensing unit.

前記第１および第２の受感部は、前記回転軸の長手方向の中心軸と直交する軸のいずれかを対称軸として互いに対称な方向を指向する磁気異方性をそれぞれ有することを特徴とする請求項１記載の磁歪式トルクセンサ。The first and second sensing units each have a magnetic anisotropy that is directed in mutually symmetric directions with one of axes orthogonal to a central axis in the longitudinal direction of the rotation axis as a symmetry axis. The magnetostrictive torque sensor according to claim 1, wherein

前記薄膜は、エッチング処理によって磁気異方性を発現したものであることを特徴とする請求項１または２記載の磁歪式トルクセンサ。The magnetostrictive torque sensor according to claim 1, wherein the thin film exhibits magnetic anisotropy by an etching process.

前記薄膜は樹脂フィルム上に積層され、この樹脂フィルムと一体で前記回転軸表面に貼付されたことを特徴とする請求項３記載の磁歪式トルクセンサ。The magnetostrictive torque sensor according to claim 3, wherein the thin film is laminated on a resin film, and is attached to the surface of the rotating shaft integrally with the resin film.