JPH0755600A - 磁歪式トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡便な温度測定信号を用いて補正することによ
り、温度による出力変動の小さい磁歪式トルクセンサを
得る。 【構成】加えられるトルクに対応して透磁率が変化する
磁歪材料が少なくとも表面に存在する回転軸(1) と、磁
歪材料に磁場を加える励磁コイルおよびトルクに起因す
る磁歪材料の透磁率の変化を非接触で感知する検出コイ
ルからなるコイル対(3) と、検出コイルから得られた電
気信号をトルクの大きさに変換するトルク変換回路から
なる磁歪式トルクセンサの回転軸が大きい径Ｄ₁ と小さ
い径Ｄ₂ からなる異なった軸径を有し、コイル対を前記
径の大きい軸Ｄ₁ の段差の端面から（Ｄ₁ −Ｄ₂ ）／２
以内の外周部に少なくとも１個、段差の端面から（Ｄ₁
−Ｄ₂ ）／２以上離れた外周部に少なくとも１個を配置
した構成にしている。また、回転軸の大きい径の代わり
に円筒状の力嵌め部材(2) を用いてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁性体の逆磁歪効果を利
用した非接触式トルクセンサに関するもので、とくに、
ロボット、工作機械などに使用するモータのトルクを検
出するトルクセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】回転駆動系を有するロボットやマニピュ
レータおよび工作機械の制御に、非接触でかつ小型のト
ルクセンサが要求されている。このようなトルクセンサ
には種々の方式があるが、非接触で小型化に有利な方式
としては磁歪式トルクセンサがある。これは、磁性体に
力が印加されると磁性体の透磁率が変わるという逆磁歪
効果を利用してトルク検出を行うものである。これは磁
歪合金材により発生する回転軸表面の透磁率の変化を回
転軸の周囲に一定ギャップを保って巻いてあるコイルま
たはコイルを巻いた磁気ヘッドのインピーダンス変化と
して検出する。このインピーダンスの変化をトルクに換
算して出力を発生する。また、磁歪効果を有する磁性体
を回転軸に取付けて上記と同様にトルクを計測するもの
がある（実開昭第６２−６２９４２号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
な磁歪式トルクセンサは何れも温度変化による出力のド
リフト量が大きいという問題があった。そこで、本発明
は簡便な温度測定信号を用いて補正することにより、温
度による出力変動の小さい磁歪式トルクセンサを提供す
ることを目的する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は加えられるトルクに対応して透磁率が変化
する磁歪材料が少なくとも表面に存在する回転軸と、磁
歪材料に磁場を加える励磁コイルおよびトルクに起因す
る磁歪材料の透磁率の変化を非接触で感知する検出コイ
ルからなるコイル対と、検出コイルから得られた電気信
号をトルクの大きさに変換するトルク変換回路からなる
磁歪式トルクセンサの回転軸は大きい径Ｄ₁ と小さい径
Ｄ₂ からなる異なった軸径を有し、コイル対を前記径の
大きい軸Ｄ₁ の段差の端面から（Ｄ₁ −Ｄ₂ ）／２以内
の外周部に少なくとも１個、段差の端面から（Ｄ₁ −Ｄ
₂ ）／２以上離れた外周部に少なくとも１個を配置した
構成にしている。また、回転軸の大きい径の部分を力嵌
めによって固定装着され、磁歪材料が少なくとも表面に
存在する円筒状の力嵌め部材を用いてもよい。

【０００５】

【作用】図２に原理図を示すように段差の端面位置から
（Ｄ₁ −Ｄ₂ ）／２以内の梨地部分ではトルクが伝達さ
れにくい特性がある。したがって、この部分に配置した
信号検出手段からは、トルクが印加されても出力が発生
しない。しかし、温度変化による出力のドリフトは発生
する。つまり、この検出手段は温度検出手段となる。一
方、（Ｄ₁ −Ｄ₂ ）／２以外の外周部に配置した信号検
出手段からの信号は実際にはトルク出力信号と温度によ
るドリフト値を加算した出力が発生する。すなわち、前
記二つの信号検出手段の出力の差動をとれば、その値は
温度変化による出力のドリフトのないトルク出力値とな
る。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。 第１実施例 図１に本発明の第１実施例である磁歪式トルクセンサを
構成する断面図を示す。図において、１は回転軸、１１
は歪みが検出される大径部、３は励磁コイルと検出コイ
ルからなるトルク検出用のコイル対、４は同じく励磁コ
イルと検出コイルからなる温度補正用のコイル対であ
る。回転軸１はマルエージング鋼を機械加工により直径
がＤ₁ の大径部１１と直径がＤ₂ の小径部１２に作製し
たものである。この大径部１１の端面から（Ｄ₁ −
Ｄ₂ ）／２以内の外周部に温度補正用のコイル対４を配
置し、トルク検出用のコイル対３を（Ｄ₁ −Ｄ₂ ）／２
以外の外周部に配置してある。いま、周囲温度を変化さ
せてトルクの有無のそれぞれについて出力特性を測定し
た。結果を表１に示す。

【０００７】

【表１】

【０００８】本発明の信号出力はトルク検出コイルのみ
の信号および温度検出コイルを（Ｄ₁ −Ｄ₂ ）／２以外
の位置に配置して補正を行ったトルク信号に比べ、温度
ドリフトが大幅に改善された事が分かる。 第２実施例 図３に本発明の第２実施例である磁歪式トルクセンサの
断面図を示す。図において、１はＳ４５Ｃからなる回転
軸、２はマルエージング鋼からなる回転軸１に焼き嵌め
により嵌合する力嵌め部材である。第１実施例と同じく
温度補正用のコイル対４およびトルク検出用のコイル対
３を配置し、周囲温度を変化させてトルクの有無のそれ
ぞれについて出力特性を測定した。結果を表１に示す。
本発明の信号出力はトルク検出コイルのみの信号および
温度検出コイルを（Ｄ₁ −Ｄ₂ ）／２以外の位置に配置
して補正を行ったトルク信号に比べ、温度ドリフト（信
号に対する変動の割合）が大幅に改善された事が分か
る。なお、本実施例は回転軸または力嵌め部材が磁歪材
料であるマルエージング鋼についてのみ述べたが、回転
軸または力嵌め部材の表面に磁歪材料からなる膜を設け
たものでもさらに効果があることは明らかである。

【０００９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、回
転軸の大径部の段差部の近傍に励磁コイルと検出コイル
とからなるコイル対を配置し、その差動出力をとるよう
にしたので、温度による出力のドリフトをなくすことが
でき、精度の高い磁歪式トルクセンサを得る効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す磁歪式トルクセンサ
の部分断面図である。

【図２】本発明の動作原理を説明する説明図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す磁歪式トルクセンサ
の部分断面図である。

【符号の説明】

１：回転軸 ２：力嵌め部材 １１：大径部 ３、４：コイル対

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加えられるトルクに対応して透磁率が変化
   する磁歪材料を少なくとも表面部に設けた回転軸と、前
   記磁歪材料に磁場を加える励磁コイルおよびトルクに起
   因する磁歪材料の透磁率の変化を非接触で感知する検出
   コイルからなるコイル対と、前記コイルから得られた電
   気信号をトルクの大きさに変換するトルク変換回路から
   なる磁歪式トルクセンサにおいて、 前記回転軸は大きい径Ｄ₁ と小さい径Ｄ₂ からなる異な
   った軸径を有し、前記コイル対を前記回転軸の大きい径
   Ｄ₁ の段差の端面から（Ｄ₁ −Ｄ₂ ）／２以内の外周部
   に少なくとも１個、段差の端面から（Ｄ₁ −Ｄ₂ ）／２
   以上離れた外周部に少なくとも１個を配置したことを特
   徴とする磁歪式トルクセンサ。
2. 【請求項２】回転軸に力嵌めによって固定装着され、加
   えられるトルクに対応して透磁率が変化する円筒状の磁
   歪材料を少なくとも表面部に設けた力嵌め部材と、前記
   磁歪材料に磁場を加える励磁コイルおよびトルクに起因
   する磁歪材料の透磁率の変化を非接触で感知する検出コ
   イルからなるコイル対と、前記検出コイルから得られた
   電気信号をトルクの大きさに変換するトルク変換回路か
   らなる磁歪式トルクセンサにおいて、 前記力嵌め部材の外径をＤ₁ 、内径がＤ₂ とした場合、
   前記コイル対を端面から（Ｄ₁ −Ｄ₂ ）／２以内の外周
   部に少なくとも１個、（Ｄ₁ −Ｄ₂ ）／２以上離れた外
   周部に少なくとも１個を配置したことを特徴とする磁歪
   式トルクセンサ。