JPH09159551A - 磁歪式トルクセンサ - Google Patents
磁歪式トルクセンサInfo
- Publication number
- JPH09159551A JPH09159551A JP33830895A JP33830895A JPH09159551A JP H09159551 A JPH09159551 A JP H09159551A JP 33830895 A JP33830895 A JP 33830895A JP 33830895 A JP33830895 A JP 33830895A JP H09159551 A JPH09159551 A JP H09159551A
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- JP
- Japan
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- magnetic
- magnetic anisotropy
- magnetic anisotropic
- torque sensor
- rotating shaft
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転軸に曲げ応力を生じさせた際にも出力変
動が発生しない磁歪式トルクセンサを提供する。 【解決手段】 回転軸1の表面に軸長方向に対して傾斜
角を持った複数のパターンで形成され、軸端から遠い位
置に設けた第1の磁気異方性部21と、第1の磁気異方
性部21と反対方向に傾斜し、かつ第1の磁気異方性部
21より軸端に近い位置に設けた第2の磁気異方性部2
2と、第1の磁気異方性部21および第2の磁気異方性
部22に同心円上に配置した励磁コイル31、32およ
び検出コイル41、42と、励磁コイル31、32に励
磁電流を通電する励磁回路とを備え、検出コイル41、
42からの信号により回転軸1に加えられたトルクを検
出する磁歪式トルクセンサにおいて、第1の磁気異方性
部21の直径を第2の磁気異方性部22の直径より大き
くしたものである。
動が発生しない磁歪式トルクセンサを提供する。 【解決手段】 回転軸1の表面に軸長方向に対して傾斜
角を持った複数のパターンで形成され、軸端から遠い位
置に設けた第1の磁気異方性部21と、第1の磁気異方
性部21と反対方向に傾斜し、かつ第1の磁気異方性部
21より軸端に近い位置に設けた第2の磁気異方性部2
2と、第1の磁気異方性部21および第2の磁気異方性
部22に同心円上に配置した励磁コイル31、32およ
び検出コイル41、42と、励磁コイル31、32に励
磁電流を通電する励磁回路とを備え、検出コイル41、
42からの信号により回転軸1に加えられたトルクを検
出する磁歪式トルクセンサにおいて、第1の磁気異方性
部21の直径を第2の磁気異方性部22の直径より大き
くしたものである。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】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
くに例えばロボット、工作機械などの回転駆動系の回転
軸のトルクを検出するトルクセンサに関する。
果を利用した非接触式トルクセンサに関するもので、と
くに例えばロボット、工作機械などの回転駆動系の回転
軸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】従来、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
小形のトルクセンサが要求されている。このようなトル
クセンサには種々方式があるが、非接触で小形化に有利
な方式として磁歪式トルクセンサがある(例えば、特開
平5−72064号)。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。例えば図4に示すよ
うに、磁歪合金材からなる回転軸1の表面に回転軸長の
方向と角度をなし、互いに反対方向に傾斜した溝を設け
て、磁気異方性を付与した第1および第2の磁気異方性
部21、22を設け、第1および第2の磁気異方性部に
同心円上にそれぞれ一定のギャップを保って巻回した励
磁コイル31、32および検出コイル41、42または
励磁・検出コイルを巻いた磁気ヘッド(図示せず)と、
励磁コイルに励磁電流を通電する励磁回路(図示せず)
とを備え、検出コイル41、42からの信号により回転
軸1に加えられたトルクを検出するようにしてある。回
転軸1にトルクを印加すると、印加トルクに伴う第1お
よび第2の磁気異方性部21、22の磁気異方性による
透磁率の変化はそれぞれ検出コイル41、42のインピ
ーダンス変化として検出される。このインピーダンス変
化をトルクに換算してトルク出力を発生する。この構成
では、差動構造となり、ノイズや温度に対する影響が少
なく、また、一つの磁気異方性部と一つのコイルのみを
用いる場合に比べて、同一トルクに対する出力感度が大
きくなる。
ニピュレータおよび工作機械の制御に、非接触で、かつ
小形のトルクセンサが要求されている。このようなトル
クセンサには種々方式があるが、非接触で小形化に有利
な方式として磁歪式トルクセンサがある(例えば、特開
平5−72064号)。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。例えば図4に示すよ
うに、磁歪合金材からなる回転軸1の表面に回転軸長の
方向と角度をなし、互いに反対方向に傾斜した溝を設け
て、磁気異方性を付与した第1および第2の磁気異方性
部21、22を設け、第1および第2の磁気異方性部に
同心円上にそれぞれ一定のギャップを保って巻回した励
磁コイル31、32および検出コイル41、42または
励磁・検出コイルを巻いた磁気ヘッド(図示せず)と、
励磁コイルに励磁電流を通電する励磁回路(図示せず)
とを備え、検出コイル41、42からの信号により回転
軸1に加えられたトルクを検出するようにしてある。回
転軸1にトルクを印加すると、印加トルクに伴う第1お
よび第2の磁気異方性部21、22の磁気異方性による
透磁率の変化はそれぞれ検出コイル41、42のインピ
ーダンス変化として検出される。このインピーダンス変
化をトルクに換算してトルク出力を発生する。この構成
では、差動構造となり、ノイズや温度に対する影響が少
なく、また、一つの磁気異方性部と一つのコイルのみを
用いる場合に比べて、同一トルクに対する出力感度が大
きくなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術では、回転軸に負荷を付加する際に発生する曲げ応力
による出力変化が大きいという問題があった。これは、
回転軸1の片側に負荷を付加したときに、第1の磁気異
方性部21と第2の磁気異方性部22の曲げモーメント
がアンバランスしていることに起因している。このアン
バランスは、回転軸1を支持する構造および負荷を与え
る構成により異なるが、負荷を回転軸の片側に付加する
場合、あるいは両側に負荷してもその大きさが異なる場
合には必ず発生する。本発明は、回転軸に曲げ応力を生
じさせた際にも出力変動が発生しない磁歪式トルクセン
サを提供することを目的とするものである。
術では、回転軸に負荷を付加する際に発生する曲げ応力
による出力変化が大きいという問題があった。これは、
回転軸1の片側に負荷を付加したときに、第1の磁気異
方性部21と第2の磁気異方性部22の曲げモーメント
がアンバランスしていることに起因している。このアン
バランスは、回転軸1を支持する構造および負荷を与え
る構成により異なるが、負荷を回転軸の片側に付加する
場合、あるいは両側に負荷してもその大きさが異なる場
合には必ず発生する。本発明は、回転軸に曲げ応力を生
じさせた際にも出力変動が発生しない磁歪式トルクセン
サを提供することを目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、回転軸の表面に軸長方向に対して傾斜角
を持った複数のパターンで形成され、軸端から遠い位置
に設けた第1の磁気異方性部と、前記第1の磁気異方性
部と反対方向に傾斜し、かつ前記第1の磁気異方性部よ
り軸端に近い位置に設けた第2の磁気異方性部と、前記
第1および第2の磁気異方性部に同心円上に配置した励
磁コイルおよび検出コイルまたは励磁・検出コイルを巻
いた磁気ヘッドと、前記励磁コイルに励磁電流を通電す
る励磁回路とを備え、前記検出コイルからの信号により
前記回転軸に加えられたトルクを検出する磁歪式トルク
センサにおいて、前記第1の磁気異方性部の直径を前記
第2の磁気異方性部の直径より大きくしたものである。
また、前記回転軸に軸端側の直径が小さくなるようにし
たテーパ面を設け、前記第1の磁気異方性部と前記第2
の磁気異方性部を、前記回転軸のテーパ面に設けたもの
である。
め、本発明は、回転軸の表面に軸長方向に対して傾斜角
を持った複数のパターンで形成され、軸端から遠い位置
に設けた第1の磁気異方性部と、前記第1の磁気異方性
部と反対方向に傾斜し、かつ前記第1の磁気異方性部よ
り軸端に近い位置に設けた第2の磁気異方性部と、前記
第1および第2の磁気異方性部に同心円上に配置した励
磁コイルおよび検出コイルまたは励磁・検出コイルを巻
いた磁気ヘッドと、前記励磁コイルに励磁電流を通電す
る励磁回路とを備え、前記検出コイルからの信号により
前記回転軸に加えられたトルクを検出する磁歪式トルク
センサにおいて、前記第1の磁気異方性部の直径を前記
第2の磁気異方性部の直径より大きくしたものである。
また、前記回転軸に軸端側の直径が小さくなるようにし
たテーパ面を設け、前記第1の磁気異方性部と前記第2
の磁気異方性部を、前記回転軸のテーパ面に設けたもの
である。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施例に
ついて説明する。図1は本発明の第1の実施例を示す正
面図である。図において、1はマルエージング鋼などの
磁歪合金材からなる回転軸、2は磁気異方性部で、回転
軸1の表面に回転軸長の方向とある角度をなし、互いに
反対方向に傾斜した軸端から遠い位置x1 に設けた直径
D1 の段付部1Aに形成した第1の溝11と、軸端に近
い位置x2 に設けた直径D2 の段付部1Bに形成した第
2の溝12を設けてあり、次の(1)式を満足する関係
にしてある。 D1 =(x1 ・D2 3/x2 )1/3 …(1) 21は第1の溝11の周囲に形成された第1の磁気異方
性部、22は第2の溝12の周囲に形成された第2の磁
気異方性部である。31および32は励磁コイル、41
および42は検出コイルで、第1および第2の磁気異方
性部21、22の周囲にそれぞれ一定のギャップを保っ
て励磁コイル31、32および検出コイル41、42を
巻回し、励磁コイル31、32に励磁電流を通電する励
磁回路(図示せず)とを備え、検出コイル41、42か
らの信号により、回転軸1に加えられたトルクを検出す
るようにしてある。次に、負荷荷重と磁歪式トルクセン
サの出力との関係を説明する。本発明の構成の磁気異方
性部を備えた場合と、軸方向幅が同一の二つの磁気異方
性部を持つ従来例の構成の場合の回転軸1を、図2に示
すように、回転軸1を直径20mmのマルエージング鋼
で作製し、軸端からの位置x1 に第1の磁気異方性部2
1、軸端からの位置x2 に第2の磁気異方性部22を設
け(本実施例では、D1 =22mm,x1 =70mm、
D2 =20mm,x2 =50mm)て片持支持とし、そ
の先端に負荷W(本実施例では、W=1〜20kg)を
加え、歪みセンサの出力を求めると、次の表1に示すよ
うな実験結果となった。
ついて説明する。図1は本発明の第1の実施例を示す正
面図である。図において、1はマルエージング鋼などの
磁歪合金材からなる回転軸、2は磁気異方性部で、回転
軸1の表面に回転軸長の方向とある角度をなし、互いに
反対方向に傾斜した軸端から遠い位置x1 に設けた直径
D1 の段付部1Aに形成した第1の溝11と、軸端に近
い位置x2 に設けた直径D2 の段付部1Bに形成した第
2の溝12を設けてあり、次の(1)式を満足する関係
にしてある。 D1 =(x1 ・D2 3/x2 )1/3 …(1) 21は第1の溝11の周囲に形成された第1の磁気異方
性部、22は第2の溝12の周囲に形成された第2の磁
気異方性部である。31および32は励磁コイル、41
および42は検出コイルで、第1および第2の磁気異方
性部21、22の周囲にそれぞれ一定のギャップを保っ
て励磁コイル31、32および検出コイル41、42を
巻回し、励磁コイル31、32に励磁電流を通電する励
磁回路(図示せず)とを備え、検出コイル41、42か
らの信号により、回転軸1に加えられたトルクを検出す
るようにしてある。次に、負荷荷重と磁歪式トルクセン
サの出力との関係を説明する。本発明の構成の磁気異方
性部を備えた場合と、軸方向幅が同一の二つの磁気異方
性部を持つ従来例の構成の場合の回転軸1を、図2に示
すように、回転軸1を直径20mmのマルエージング鋼
で作製し、軸端からの位置x1 に第1の磁気異方性部2
1、軸端からの位置x2 に第2の磁気異方性部22を設
け(本実施例では、D1 =22mm,x1 =70mm、
D2 =20mm,x2 =50mm)て片持支持とし、そ
の先端に負荷W(本実施例では、W=1〜20kg)を
加え、歪みセンサの出力を求めると、次の表1に示すよ
うな実験結果となった。
【0006】
【表1】
【0007】これにより、軸方向長さが同一の二つの磁
気異方性部を持つ従来例の構成の場合に、負荷荷重に対
して出力値が変化していたのに対し、本発明の構成では
出力値の変化が小さくなっていることがわかる。
気異方性部を持つ従来例の構成の場合に、負荷荷重に対
して出力値が変化していたのに対し、本発明の構成では
出力値の変化が小さくなっていることがわかる。
【0008】図3は本発明の第2の実施例を示す正面図
である。この場合、上記第1の実施例で説明した構成の
うち、回転軸1にテーパ面13を設けたもので、軸端に
近い側の直径を小さくしてある。第1の溝11はテーパ
面13上で平均直径がD1 の軸端から遠い位置x1 に形
成し、第2の溝12は平均直径がD2 の軸端に近い位置
x2 に形成してある。ここで、負荷荷重と磁歪式トルク
センサの出力との関係を説明する。本発明の構成の磁気
異方性部を備えた場合と、軸方向幅が同一の二つの磁気
異方性部を持つ従来例の構成の場合の回転軸1を、図2
に示すように、片持支持とし、その先端に負荷を加え、
第1の実施例と同様の実験を行って、歪みセンサの出力
を求めると、上記表1とほぼ同じ結果となった。これに
より、軸方向幅が同一の二つの磁気異方性部を持つ従来
例の構成の場合に、負荷荷重に対して出力値が変化して
いたのに対し、本発明の構成では出力値の変化が小さく
なっていることがわかる。なお、疲労試験では、第1の
実施例の段付部に磁気異方性部を設けた場合に比べて、
テーパー面に磁気異方性部を設けた場合は、ほぼ1.5
倍寿命が延びるという結果が得られた。
である。この場合、上記第1の実施例で説明した構成の
うち、回転軸1にテーパ面13を設けたもので、軸端に
近い側の直径を小さくしてある。第1の溝11はテーパ
面13上で平均直径がD1 の軸端から遠い位置x1 に形
成し、第2の溝12は平均直径がD2 の軸端に近い位置
x2 に形成してある。ここで、負荷荷重と磁歪式トルク
センサの出力との関係を説明する。本発明の構成の磁気
異方性部を備えた場合と、軸方向幅が同一の二つの磁気
異方性部を持つ従来例の構成の場合の回転軸1を、図2
に示すように、片持支持とし、その先端に負荷を加え、
第1の実施例と同様の実験を行って、歪みセンサの出力
を求めると、上記表1とほぼ同じ結果となった。これに
より、軸方向幅が同一の二つの磁気異方性部を持つ従来
例の構成の場合に、負荷荷重に対して出力値が変化して
いたのに対し、本発明の構成では出力値の変化が小さく
なっていることがわかる。なお、疲労試験では、第1の
実施例の段付部に磁気異方性部を設けた場合に比べて、
テーパー面に磁気異方性部を設けた場合は、ほぼ1.5
倍寿命が延びるという結果が得られた。
【0009】上記実施例では、回転軸に磁歪材料を用い
た例について説明したが、SUS304からなる回転軸
に、スパッタ法、真空蒸着法または湿式メッキ法により
Ni−Fe合金からなる磁歪膜を形成して、磁気異方性
部を構成しても同様の結果が得られた。このように、回
転軸の直径が同一の場合に軸端に負荷を加えると、第1
および第2の磁気異方性部に生じる曲げモーメントは負
荷を回転軸にどのように付加するかによって変わるが、
上記手段により、軸方向に並べて配置した第1および第
2の磁気異方性部を形成した歪み式トルクセンサで、軸
径が同一であれば曲げによる歪みの大きい第1の磁気異
方性部の直径を第2の磁気異方性部の直径より大きくし
てあるので、軸端に負荷を加えた際に生じる第1の磁気
異方性部と第2の磁気異方性部の曲げによる歪み量が同
じになり、曲げによる出力を同じにすることができる。
た例について説明したが、SUS304からなる回転軸
に、スパッタ法、真空蒸着法または湿式メッキ法により
Ni−Fe合金からなる磁歪膜を形成して、磁気異方性
部を構成しても同様の結果が得られた。このように、回
転軸の直径が同一の場合に軸端に負荷を加えると、第1
および第2の磁気異方性部に生じる曲げモーメントは負
荷を回転軸にどのように付加するかによって変わるが、
上記手段により、軸方向に並べて配置した第1および第
2の磁気異方性部を形成した歪み式トルクセンサで、軸
径が同一であれば曲げによる歪みの大きい第1の磁気異
方性部の直径を第2の磁気異方性部の直径より大きくし
てあるので、軸端に負荷を加えた際に生じる第1の磁気
異方性部と第2の磁気異方性部の曲げによる歪み量が同
じになり、曲げによる出力を同じにすることができる。
【0010】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、第
1の磁気異方性部と第2の磁気異方性部の曲げによる歪
みセンサの出力が同じになるように第1の磁気異方性部
と第2の磁気異方性部の直径を変えてあるので、回転軸
の曲げによる影響はキャンセルされ、曲げによる出力変
動のない磁歪式トルクセンサを提供できる効果がある。
1の磁気異方性部と第2の磁気異方性部の曲げによる歪
みセンサの出力が同じになるように第1の磁気異方性部
と第2の磁気異方性部の直径を変えてあるので、回転軸
の曲げによる影響はキャンセルされ、曲げによる出力変
動のない磁歪式トルクセンサを提供できる効果がある。
【図1】 本発明の第1の実施例を示す正面図である。
【図2】 本発明の実施例の実験状態を示す正面図であ
る。
る。
【図3】 本発明の第2の実施例を示す正面図である。
【図4】 従来例を示す正面図である。
1:回転軸、1A,1B:段付部、11:第1の溝、1
2:第2の溝、13:テーパー面、21:第1の磁気異
方性部、 22:第2の磁気異方性部、31、32:励
磁コイル、41、42:検出コイル
2:第2の溝、13:テーパー面、21:第1の磁気異
方性部、 22:第2の磁気異方性部、31、32:励
磁コイル、41、42:検出コイル
Claims (4)
- 【請求項1】 回転軸の表面に軸長方向に対して傾斜角
を持った複数のパターンで形成され、軸端から遠い位置
に設けた第1の磁気異方性部と、前記第1の磁気異方性
部と反対方向に傾斜し、かつ前記第1の磁気異方性部よ
り軸端に近い位置に設けた第2の磁気異方性部と、前記
第1および第2の磁気異方性部に同心円上に配置した励
磁コイルおよび検出コイルと、前記励磁コイルに励磁電
流を通電する励磁回路とを備え、前記検出コイルからの
信号により前記回転軸に加えられたトルクを検出する磁
歪式トルクセンサにおいて、前記第1の磁気異方性部の
直径を前記第2の磁気異方性部の直径より大きくしたこ
とを特徴とする磁歪式トルクセンサ。 - 【請求項2】 前記回転軸に軸端側の直径が小さくなる
ようにしたテーパ面を設け、前記第1の磁気異方性部と
前記第2の磁気異方性部を、前記回転軸のテーパ面に設
けた請求項1記載の磁歪式トルクセンサ。 - 【請求項3】 前記第1の磁気異方性部と前記第2の磁
気異方性部を磁歪膜によって形成した請求項1または2
記載の磁歪式トルクセンサ。 - 【請求項4】 前記回転軸を磁歪材料によって構成し、
前記第1の磁気異方性部と前記第2の磁気異方性部を前
記回転軸の表面に回転軸長の方向とある角度をなし、か
つ互いに反対方向に傾斜した第1の溝と第2の溝とを設
けることによって形成した請求項1または2記載の磁歪
式トルクセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33830895A JPH09159551A (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 磁歪式トルクセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33830895A JPH09159551A (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 磁歪式トルクセンサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09159551A true JPH09159551A (ja) | 1997-06-20 |
Family
ID=18316920
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33830895A Pending JPH09159551A (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 磁歪式トルクセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09159551A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1967444A1 (en) | 2007-03-07 | 2008-09-10 | Honda Motor Co., Ltd | Magnetostrictive torque sensor and electric power steering apparatus |
JP2008256480A (ja) * | 2007-04-03 | 2008-10-23 | Honda Motor Co Ltd | 磁歪式トルクセンサの製造方法 |
US7752923B2 (en) | 2007-05-30 | 2010-07-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Magnetostrictive torque sensor |
-
1995
- 1995-12-01 JP JP33830895A patent/JPH09159551A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1967444A1 (en) | 2007-03-07 | 2008-09-10 | Honda Motor Co., Ltd | Magnetostrictive torque sensor and electric power steering apparatus |
US7581455B2 (en) | 2007-03-07 | 2009-09-01 | Honda Motor Co., Ltd. | Magnetostrictive torque sensor and electric power steering apparatus |
JP2008256480A (ja) * | 2007-04-03 | 2008-10-23 | Honda Motor Co Ltd | 磁歪式トルクセンサの製造方法 |
EP1978344A3 (en) * | 2007-04-03 | 2008-12-31 | HONDA MOTOR CO., Ltd. | Magnetostrictive torque sensor and method for manufacturing same |
US7752922B2 (en) | 2007-04-03 | 2010-07-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Magnetostrictive torque sensor and method for manufacturing same |
US7752923B2 (en) | 2007-05-30 | 2010-07-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Magnetostrictive torque sensor |
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