JPH1028354A - トルクセンサ付きモータ - Google Patents
トルクセンサ付きモータInfo
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- JPH1028354A JPH1028354A JP8198269A JP19826996A JPH1028354A JP H1028354 A JPH1028354 A JP H1028354A JP 8198269 A JP8198269 A JP 8198269A JP 19826996 A JP19826996 A JP 19826996A JP H1028354 A JPH1028354 A JP H1028354A
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- rotating shaft
- magnetostrictive
- torque sensor
- motor
- rotor
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- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- 229910001240 Maraging steel Inorganic materials 0.000 description 1
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 正確なトルク検出値が得られるトルクセンサ
付きモータを提供する。 【解決手段】 回転子４を中央部に固定した回転軸３
と、回転軸３を回転子４の両側で支持する２つの軸受１
３、１４と、回転軸３の表面に設けられ、回転軸３の長
さ方向に対して一定角度をなし、前記一定角度が互いに
反対方向であるとともに、回転軸３の円周方向に整列し
た複数のスリットを持ち逆磁歪効果を有する２列の磁歪
膜５Ａ，５Ｂと、磁歪膜５Ａ，５Ｂに空隙を介してそれ
ぞれ対向する２つの励磁・検出コイル６Ａ，６Ｂとを備
えたトルクセンサ付きモータにおいて、磁歪膜５Ａ，５
Ｂは２つの軸受１３、１４から回転子４側にそれぞれ等
距離の位置に配置してあるものである。
付きモータを提供する。 【解決手段】 回転子４を中央部に固定した回転軸３
と、回転軸３を回転子４の両側で支持する２つの軸受１
３、１４と、回転軸３の表面に設けられ、回転軸３の長
さ方向に対して一定角度をなし、前記一定角度が互いに
反対方向であるとともに、回転軸３の円周方向に整列し
た複数のスリットを持ち逆磁歪効果を有する２列の磁歪
膜５Ａ，５Ｂと、磁歪膜５Ａ，５Ｂに空隙を介してそれ
ぞれ対向する２つの励磁・検出コイル６Ａ，６Ｂとを備
えたトルクセンサ付きモータにおいて、磁歪膜５Ａ，５
Ｂは２つの軸受１３、１４から回転子４側にそれぞれ等
距離の位置に配置してあるものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁性体の逆磁歪効
果を利用した磁歪式トルクセンサを内蔵したトルクセン
サ付きモータに関する。
果を利用した磁歪式トルクセンサを内蔵したトルクセン
サ付きモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、磁歪式トルクセンサを内蔵したト
ルクセンサ付きモータは、例えば図３に示すように、円
筒状のフレーム１の内側に円筒状の固定子２を設け、固
定子２の内側に回転軸３に固定された回転子４を設けて
ある。フレーム１の両端面に負荷側ブラケット１１と反
負荷側ブラケット１２を設け、各ブラケット１１、１２
にはそれぞれ軸受１３、１４を設けてある。回転軸３は
軸受１３、１４に支持されている。回転子４と軸受１３
との間の回転軸３の表面には、逆磁歪効果を有する磁歪
体を設けてある。この磁歪体は、回転軸３の長さ方向に
対して互いに反対方向に傾斜し、かつ回転軸３の円周方
向に整列した複数のスリットを有する２列の磁歪膜５
Ａ、５Ｂから形成されている。この磁歪膜５Ａ、５Ｂの
外周には、空隙を介して磁歪膜５Ａ、５Ｂにそれぞれ対
向する励磁・検出コイル６Ａ、６Ｂが設けられ、支持部
７によって負荷側ブラケット１１に取り付けられてい
る。トルクセンサ８は、磁歪膜５Ａ、５Ｂと励磁・検出
コイル６Ａ、６Ｂとを前述のように構成したものであ
る。なお、一定角度で傾斜した複数のスリットを回転軸
の長さ方向に対して互いに反対方向にする理由は、回転
軸の回転方向を検出するためである。このように、磁歪
膜と励磁・検出コイルからなる逆磁歪効果を利用したト
ルクセンサの例として、回転軸の応力によって変化する
磁歪膜の透磁率の変化を２つの検出コイルのインピーダ
ンスの変化として検出し、両検出コイルの検出値の差分
値により回転軸に加わるトルクを求める磁歪式トルクセ
ンサが多く開示されている（例えば、特開平６−２９１
３８４号公報）。また、図４に示すように、前記従来例
には、トルクセンサ８の回転子４側にもトルクセンサ専
用の軸受１５を設け、支持部７０によって負荷側ブラケ
ット１１に取り付けたものがある。この例では、２つの
軸受１３、１５によって回転軸３の表面に設けられた磁
歪膜５Ａ，５Ｂの両側が支持され、磁歪膜５Ａ，５Ｂを
設けた部分に曲げ応力が加わらないようにしてある。
ルクセンサ付きモータは、例えば図３に示すように、円
筒状のフレーム１の内側に円筒状の固定子２を設け、固
定子２の内側に回転軸３に固定された回転子４を設けて
ある。フレーム１の両端面に負荷側ブラケット１１と反
負荷側ブラケット１２を設け、各ブラケット１１、１２
にはそれぞれ軸受１３、１４を設けてある。回転軸３は
軸受１３、１４に支持されている。回転子４と軸受１３
との間の回転軸３の表面には、逆磁歪効果を有する磁歪
体を設けてある。この磁歪体は、回転軸３の長さ方向に
対して互いに反対方向に傾斜し、かつ回転軸３の円周方
向に整列した複数のスリットを有する２列の磁歪膜５
Ａ、５Ｂから形成されている。この磁歪膜５Ａ、５Ｂの
外周には、空隙を介して磁歪膜５Ａ、５Ｂにそれぞれ対
向する励磁・検出コイル６Ａ、６Ｂが設けられ、支持部
７によって負荷側ブラケット１１に取り付けられてい
る。トルクセンサ８は、磁歪膜５Ａ、５Ｂと励磁・検出
コイル６Ａ、６Ｂとを前述のように構成したものであ
る。なお、一定角度で傾斜した複数のスリットを回転軸
の長さ方向に対して互いに反対方向にする理由は、回転
軸の回転方向を検出するためである。このように、磁歪
膜と励磁・検出コイルからなる逆磁歪効果を利用したト
ルクセンサの例として、回転軸の応力によって変化する
磁歪膜の透磁率の変化を２つの検出コイルのインピーダ
ンスの変化として検出し、両検出コイルの検出値の差分
値により回転軸に加わるトルクを求める磁歪式トルクセ
ンサが多く開示されている（例えば、特開平６−２９１
３８４号公報）。また、図４に示すように、前記従来例
には、トルクセンサ８の回転子４側にもトルクセンサ専
用の軸受１５を設け、支持部７０によって負荷側ブラケ
ット１１に取り付けたものがある。この例では、２つの
軸受１３、１５によって回転軸３の表面に設けられた磁
歪膜５Ａ，５Ｂの両側が支持され、磁歪膜５Ａ，５Ｂを
設けた部分に曲げ応力が加わらないようにしてある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記図３に
示した従来技術では、回転子４によって発生する回転力
による歪みのため発生するトルクセンサの出力以外に、
回転子４のアンバランスとそれに伴う遠心力で、曲げ応
力による歪みが発生し、この歪によるトルクセンサの出
力が発生する。この曲げ応力によるトルクセンサの出力
は、２列の磁歪膜５Ａ，５Ｂの位置が軸受１３から異な
る距離の位置にあるため異なる出力値になり、２つの検
出値の差分値をとっても相殺されない。このため、モー
タによって回転軸４にトルクが加わっていなくても出力
が発生し、トルク値が正確に検出できないという問題が
あった。前記図４に示した従来技術では、２つの軸受１
３、１５によって回転軸３の磁歪膜５Ａ、５Ｂの両側を
支持し、磁歪膜５Ａ、５Ｂを設けた部分に前述の曲げ応
力が加わらないようにしてあるので、トルクセンサ８か
ら曲げによる出力は発生しない。しかし、負荷側の軸受
部分の軸方向長さがほぼ２倍に大きくなるという問題が
あった。さらに、図４の構成では、ロータ４からの熱が
２つの軸受に囲まれて逃げにくく、トルクセンサ部分の
温度上昇が大きくなるとともに、２列の磁歪膜５Ａ、５
Ｂの間に温度勾配が生じて、トルク検出精度が低下する
という問題があった。本発明は、回転軸に曲げ応力が加
わっても正確なトルク検出値が得られる高精度のトルク
センサ付きモータを提供することを目的とする。
示した従来技術では、回転子４によって発生する回転力
による歪みのため発生するトルクセンサの出力以外に、
回転子４のアンバランスとそれに伴う遠心力で、曲げ応
力による歪みが発生し、この歪によるトルクセンサの出
力が発生する。この曲げ応力によるトルクセンサの出力
は、２列の磁歪膜５Ａ，５Ｂの位置が軸受１３から異な
る距離の位置にあるため異なる出力値になり、２つの検
出値の差分値をとっても相殺されない。このため、モー
タによって回転軸４にトルクが加わっていなくても出力
が発生し、トルク値が正確に検出できないという問題が
あった。前記図４に示した従来技術では、２つの軸受１
３、１５によって回転軸３の磁歪膜５Ａ、５Ｂの両側を
支持し、磁歪膜５Ａ、５Ｂを設けた部分に前述の曲げ応
力が加わらないようにしてあるので、トルクセンサ８か
ら曲げによる出力は発生しない。しかし、負荷側の軸受
部分の軸方向長さがほぼ２倍に大きくなるという問題が
あった。さらに、図４の構成では、ロータ４からの熱が
２つの軸受に囲まれて逃げにくく、トルクセンサ部分の
温度上昇が大きくなるとともに、２列の磁歪膜５Ａ、５
Ｂの間に温度勾配が生じて、トルク検出精度が低下する
という問題があった。本発明は、回転軸に曲げ応力が加
わっても正確なトルク検出値が得られる高精度のトルク
センサ付きモータを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第１の発明によるトルクセンサ付きモータは、回転
子を中央部に固定した回転軸と、前記回転軸を前記回転
子の両側で支持する２つの軸受と、前記回転軸の表面に
設けられ、前記回転軸の長さ方向に対して一定角度をな
し、前記一定角度が互いに反対方向であるとともに、前
記回転軸の円周方向に整列した複数のスリットを持ち逆
磁歪効果を有する２列の磁歪体と、前記磁歪体に空隙を
介してそれぞれ対向する２つの励磁・検出コイルとを備
えたトルクセンサ付きモータにおいて、前記磁歪体は、
前記２つの軸受から前記回転子側にそれぞれ等距離の位
置に配置してあるものである。また、第２の発明による
トルクセンサ付きモータは、前記回転軸は非磁性材料か
らなり、前記磁歪体は前記回転軸の表面に膜を形成して
あるものである。 また、第３の発明によるトルクセン
サ付きモータは、前記回転軸は逆磁歪効果を有する磁性
材料からなり、前記磁歪体は前記回転軸の表面に前記ス
リットを加工することにより形成してあるものである。
め、第１の発明によるトルクセンサ付きモータは、回転
子を中央部に固定した回転軸と、前記回転軸を前記回転
子の両側で支持する２つの軸受と、前記回転軸の表面に
設けられ、前記回転軸の長さ方向に対して一定角度をな
し、前記一定角度が互いに反対方向であるとともに、前
記回転軸の円周方向に整列した複数のスリットを持ち逆
磁歪効果を有する２列の磁歪体と、前記磁歪体に空隙を
介してそれぞれ対向する２つの励磁・検出コイルとを備
えたトルクセンサ付きモータにおいて、前記磁歪体は、
前記２つの軸受から前記回転子側にそれぞれ等距離の位
置に配置してあるものである。また、第２の発明による
トルクセンサ付きモータは、前記回転軸は非磁性材料か
らなり、前記磁歪体は前記回転軸の表面に膜を形成して
あるものである。 また、第３の発明によるトルクセン
サ付きモータは、前記回転軸は逆磁歪効果を有する磁性
材料からなり、前記磁歪体は前記回転軸の表面に前記ス
リットを加工することにより形成してあるものである。
【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の実施例を示す側
断面図である。図に示した構成は従来例とほぼ同じであ
る。その構成は、円筒状のフレーム１の内側に円筒状の
固定子２を設け、固定子２の内側にステンレス鋼などの
非磁性材料からなる回転軸３に固定された回転子４が設
けられている。回転軸３は、フレーム１の両端面に設け
た負荷側ブラケット１１と反負荷側ブラケット１２に、
軸受１３、１４を介して支持されている。これに対し従
来例と異なる点は、逆磁歪効果を有する磁歪体として、
回転軸３の長さ方向に対して時計回りに見て互いに反対
方向に一定の角度で傾斜し、かつ回転軸３の円周方向に
整列した複数のスリットを有する磁歪膜５Ａと５Ｂを、
回転子４の両側の軸受１３と１４からの距離がほぼ等し
い位置に、それぞれ真空蒸着法あるいはメッキ法などに
より形成した構成にある。すなわち、磁歪膜５Ａは軸受
１３の近傍の回転子４側に、磁歪膜５Ｂは軸受１４の近
傍の回転子４側に、それぞれ中心間の距離がほぼ等しい
長さＬになるように配置されている。励磁・検出コイル
６Ａは、磁歪膜５Ａに空隙を介して対向するように支持
部７Ａによって負荷側ブラケット１１に取り付けられ、
励磁・検出コイル６Ｂは、磁歪膜５Ｂに空隙を介して対
向するように支持部７Ｂによって反負荷側ブラケット１
２に取り付けられている。
ついて説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す側
断面図である。図に示した構成は従来例とほぼ同じであ
る。その構成は、円筒状のフレーム１の内側に円筒状の
固定子２を設け、固定子２の内側にステンレス鋼などの
非磁性材料からなる回転軸３に固定された回転子４が設
けられている。回転軸３は、フレーム１の両端面に設け
た負荷側ブラケット１１と反負荷側ブラケット１２に、
軸受１３、１４を介して支持されている。これに対し従
来例と異なる点は、逆磁歪効果を有する磁歪体として、
回転軸３の長さ方向に対して時計回りに見て互いに反対
方向に一定の角度で傾斜し、かつ回転軸３の円周方向に
整列した複数のスリットを有する磁歪膜５Ａと５Ｂを、
回転子４の両側の軸受１３と１４からの距離がほぼ等し
い位置に、それぞれ真空蒸着法あるいはメッキ法などに
より形成した構成にある。すなわち、磁歪膜５Ａは軸受
１３の近傍の回転子４側に、磁歪膜５Ｂは軸受１４の近
傍の回転子４側に、それぞれ中心間の距離がほぼ等しい
長さＬになるように配置されている。励磁・検出コイル
６Ａは、磁歪膜５Ａに空隙を介して対向するように支持
部７Ａによって負荷側ブラケット１１に取り付けられ、
励磁・検出コイル６Ｂは、磁歪膜５Ｂに空隙を介して対
向するように支持部７Ｂによって反負荷側ブラケット１
２に取り付けられている。
【０００６】このような構成により、回転軸３にアンバ
ランスや遠心力により曲げ応力が生じたとき、軸受１３
から磁歪膜５Ａと軸受１４から磁歪膜５Ｂまでの距離が
同じ位置になるので、磁歪膜５Ａと５Ｂには同じ曲げ応
力が発生する。そのため、磁歪膜５Ａと５Ｂの検出値の
差分は零になる。また、モータの回転子４から磁歪膜５
Ａ，５Ｂまでの距離もほとんど同じになるので、温度変
化も同様に起こり、検出値の差分値には影響しない。こ
のような曲げ応力や温度変化による影響を実験で確認す
るため、実験条件として、ステンレス製の回転軸３の表
面に、スパッタ法により厚さ５μｍの９０％Ｎｉ−Ｆｅ
膜を磁歪膜５Ａ，５Ｂとして形成した。また、励磁コイ
ルを２００ターン、検出コイルを６００ターンとして励
磁・検出コイル６を形成した。このような条件下で、モ
ータを毎分１０００回転まで回転し、出力変化を測定し
た結果、曲げに基づく出力は全く観察されなかった。ま
た、毎分１０００回転で長時間連続運転を行ったが、温
度変化による出力変化も生じなかった。図２は、本発明
の第２の実施例を示す側断面図である。前記第１の実施
例では、磁歪体として回転軸３の表面に真空蒸着法ある
いはメッキ法などにより磁歪膜５Ａ，５Ｂを形成した例
について説明したが、この場合は、マルエージング鋼か
らなる回転軸３の表面に直接、機械加工またはエッチン
グ加工により、回転軸３の長さ方向に対して時計回りに
見て互いに反対方向に一定の角度で傾斜し、かつ回転軸
３の円周方向に整列した複数のスリット５０Ａ，５０Ｂ
を形成して磁歪体としたものである。第２の実施例の場
合の実験結果は、上記第１の実施例とほぼ同じ結果とな
った。
ランスや遠心力により曲げ応力が生じたとき、軸受１３
から磁歪膜５Ａと軸受１４から磁歪膜５Ｂまでの距離が
同じ位置になるので、磁歪膜５Ａと５Ｂには同じ曲げ応
力が発生する。そのため、磁歪膜５Ａと５Ｂの検出値の
差分は零になる。また、モータの回転子４から磁歪膜５
Ａ，５Ｂまでの距離もほとんど同じになるので、温度変
化も同様に起こり、検出値の差分値には影響しない。こ
のような曲げ応力や温度変化による影響を実験で確認す
るため、実験条件として、ステンレス製の回転軸３の表
面に、スパッタ法により厚さ５μｍの９０％Ｎｉ−Ｆｅ
膜を磁歪膜５Ａ，５Ｂとして形成した。また、励磁コイ
ルを２００ターン、検出コイルを６００ターンとして励
磁・検出コイル６を形成した。このような条件下で、モ
ータを毎分１０００回転まで回転し、出力変化を測定し
た結果、曲げに基づく出力は全く観察されなかった。ま
た、毎分１０００回転で長時間連続運転を行ったが、温
度変化による出力変化も生じなかった。図２は、本発明
の第２の実施例を示す側断面図である。前記第１の実施
例では、磁歪体として回転軸３の表面に真空蒸着法ある
いはメッキ法などにより磁歪膜５Ａ，５Ｂを形成した例
について説明したが、この場合は、マルエージング鋼か
らなる回転軸３の表面に直接、機械加工またはエッチン
グ加工により、回転軸３の長さ方向に対して時計回りに
見て互いに反対方向に一定の角度で傾斜し、かつ回転軸
３の円周方向に整列した複数のスリット５０Ａ，５０Ｂ
を形成して磁歪体としたものである。第２の実施例の場
合の実験結果は、上記第１の実施例とほぼ同じ結果とな
った。
【０００７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ト
ルクセンサを構成する逆磁歪効果を有する磁歪体を、回
転軸を支持する２つの軸受から等距離の位置に配置し
て、トルクセンサ専用の軸受がなくても、曲げ応力の影
響を受けないようにしてあるので、トルクセンサの出力
は曲げの影響を受けることがなく、またモータの発熱に
よる精度低下も防ぐことができ、正確なトルク検出値が
得られるトルクセンサ付きモータを提供できる効果があ
る。
ルクセンサを構成する逆磁歪効果を有する磁歪体を、回
転軸を支持する２つの軸受から等距離の位置に配置し
て、トルクセンサ専用の軸受がなくても、曲げ応力の影
響を受けないようにしてあるので、トルクセンサの出力
は曲げの影響を受けることがなく、またモータの発熱に
よる精度低下も防ぐことができ、正確なトルク検出値が
得られるトルクセンサ付きモータを提供できる効果があ
る。
【図１】 本発明の第１の実施例を示す側断面図であ
る。
る。
【図２】 本発明の第２の実施例を示す側断面図であ
る。
る。
【図３】 従来例を示す側断面図である。
【図４】 他の従来例を示す側断面図である。
１：フレーム、１１：負荷側ブラケット、１２：反負荷
側ブラケット、１３、１４：軸受、２：固定子、３：回
転軸、４：回転子、５Ａ，５Ｂ：磁歪膜、５０Ａ，５０
Ｂ：スリット、６Ａ，６Ｂ：励磁・検出コイル、７Ａ，
７Ｂ：支持部、８：トルクセンサ
側ブラケット、１３、１４：軸受、２：固定子、３：回
転軸、４：回転子、５Ａ，５Ｂ：磁歪膜、５０Ａ，５０
Ｂ：スリット、６Ａ，６Ｂ：励磁・検出コイル、７Ａ，
７Ｂ：支持部、８：トルクセンサ
Claims (3)
- 【請求項１】 回転子を中央部に固定した回転軸と、前
記回転軸を前記回転子の両側で支持する２つの軸受と、
前記回転軸の表面に設けられ、前記回転軸の長さ方向に
対して一定角度をなし、前記一定角度が互いに反対方向
であるとともに、前記回転軸の円周方向に整列した複数
のスリットを持ち逆磁歪効果を有する２列の磁歪体と、
前記磁歪体に空隙を介してそれぞれ対向する２つの励磁
・検出コイルとを備えたトルクセンサ付きモータにおい
て、前記磁歪体は、前記２つの軸受から前記回転子側に
それぞれ等距離の位置に配置してあることを特徴とする
トルクセンサ付きモータ。 - 【請求項２】 前記回転軸は非磁性材料からなり、前記
磁歪体は前記回転軸の表面に膜を形成してある請求項１
記載のトルクセンサ付きモータ。 - 【請求項３】 前記回転軸は逆磁歪効果を有する磁性材
料からなり、前記磁歪体は前記回転軸の表面に前記スリ
ットを加工することにより形成してある請求項１記載の
トルクセンサ付きモータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8198269A JPH1028354A (ja) | 1996-07-08 | 1996-07-08 | トルクセンサ付きモータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8198269A JPH1028354A (ja) | 1996-07-08 | 1996-07-08 | トルクセンサ付きモータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1028354A true JPH1028354A (ja) | 1998-01-27 |
Family
ID=16388333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8198269A Pending JPH1028354A (ja) | 1996-07-08 | 1996-07-08 | トルクセンサ付きモータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1028354A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1168582A1 (en) * | 2000-06-21 | 2002-01-02 | Meritor Light Vehicle Systems, Inc. | Method and system for detecting a resistive force applied against an automotive power window |
| JP2008070379A (ja) * | 2007-10-22 | 2008-03-27 | Honda Motor Co Ltd | 回転トルク検出機構及び電動パワーステアリング装置 |
| JP2010235113A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-21 | General Electric Co <Ge> | 先進型滑り防止機構制動及び駆動力制御の装置及び方法 |
| KR20170067446A (ko) * | 2015-12-08 | 2017-06-16 | 현대모비스 주식회사 | 친환경 차량용 구동 모터 |
| CN108429408A (zh) * | 2017-02-15 | 2018-08-21 | 住友重机械工业株式会社 | 马达 |
| US10072993B2 (en) | 2014-01-13 | 2018-09-11 | Nissan Motor Co., Ltd. | Torque estimating system for synchronous electric motor |
-
1996
- 1996-07-08 JP JP8198269A patent/JPH1028354A/ja active Pending
Cited By (7)
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